1、一、名词解释（每题 5分，共 20分）1. 地理信息系统2. TIN模型3. 元数据4. 信息二、简答题（每题 10分，共 40分）1. 地理信息系统的组成。2. 简述栅格数据及其主要编码方式。3. 格网 DEM分析的主要应用。4. 根据下面示意图，给出其的矢量数据结构编码。三、分析题（每题 20分，共 40分）1. 论述点、线、多边形数据之间的叠加分析的内容和方法。2. 结合自己的实际工作，论述一个地理信息系统的应用实例一、名词解释1. 地理信息系统的定义是由两个部分组成的。一方面，地理信息系统是一门学科，是描述、存储、分析和输出空间信息的理论和方法的一门新兴的交叉学科；另一方面，地理信息系
2、统是一个技术系统，是以地理空间数据库为基础，采用地理模型分析方法，适时提供多种空间的和动态的地理信息，为地理研究和地理决策服务的计算机技术系统。2. TIN即不规则三角网（Triangulated Irregular Network），是一种表示数字高程模型的方法。TIN 模型根据区域有限个点集将区域划分为相连的三角面网络，区域中任意点落在三角面的顶点、边上或三角形内。如果点不在顶点上，该点的高程值通常通过线性插值的方法得到。3. 元数据是关于数据的描述性数据信息，它应尽可能多地反映数据集自身的特征规律，以便于用户对数据集的准确、高效与充分的开发与利用。元数据的内容包括对数据集的描述、）对数据
3、质量的描述、对数据处理信息的说明、对数据转换方法的描述、对数据库的更新、集成等的说明。4. 信息是向人们或机器提供关于现实世界新的事实的知识，是数据、消息中所包含的意义，它不随载体的物理设备形式的改变而改变。二、简答题1. 地理信息系统的组成。一个完整的 GIS主要由四个部分构成，即计算机硬件系统、计算机软件系统、地理数据（或空间数据）和系统管理操作人员。其核心部分是计算机系统（软件和硬件），空间数据反映 GIS的地理内容，而管理人员和用户则决定系统的工作方式和信息表示方式。（1）计算机硬件系统：是计算机系统中的实际物理装置的总称，是 GIS的物理外壳。包括输入/输出设备、中央处理单元、存储器
4、等，向提供信息、保存数据、返回信息给用户。（2）计算机软件系统：计算机软件系统是指必需的各种程序。对于 GIS应用而言，通常包括：计算机系统软件、地理信息系统软件和其他支持软件、应用分析程序。（3）系统开发、管理和使用人员：完善的地理信息系统项目应包括负责系统设计和执行的项目经理、信息管理的技术人员、系统用户化的应用工程师以及最终运行系统的用户。地理信息系统专业人员是地理信息系统应用的关键。（4）空间数据：它是由系统的建立者输入 GIS，是系统程序作用的对象，是 GIS所表达的现实世界经过模型抽象的实质性内容。主要包括空间位置、空间关系、属性等。2. 简述栅格数据及其主要编码方式。栅格结构是最
5、简单最直接的空间数据结构，是指将地球表面划分为大小均匀紧密相邻的网格阵列，每个网格作为一个象元或象素由行、列定义，并包含一个代码表示该象素的属性类型或量值，或仅仅包括指向其属性记录的指针。因此，栅格结构是以规则的阵列来表示空间地物或现象分布的数据组织，组织中的每个数据表示地物或现象的非几何属性特征。栅格数据的主要编码方式包括：（1）直接栅格编码：这是最简单直观而又非常重要的一种栅格结构编码方法，就是将栅格数据看作一个数据矩阵，逐行（或逐录尽可能多的信息，其类型又有信息无损编码和信息有损编码之分。a）链码：又称为弗里曼链码或边界链码，链码可以有效地压缩栅格数据，而且对于估算面积、长度、转折方向的
6、凹凸度等运算十分方便，比较适合于存储图形数据。b）游程长度编码：栅格图像常常有行（或列）方向上相邻的若干点具有相同的属性代码，因而可采取某种方法压缩那些重复的记录内容。一种编码方案是，只在各行（或列）数据的代码发生变化时依次记录该代码以及相同的代码重复的个数；另一种方案是逐个记录各行（或列）代码发生变化的位置和相应代码，c）块码：块码是游程长度编码扩展到二维的情况，采用方形区域作为记录单元，每个记录单元包括相邻的若干栅格，数据结构由初始位置（行、列号）和半径，再加上记录单位的代码组成。d）四叉树：又称四元树或四分树，是最有效的栅格数据压缩编码方法之一。四叉树将整个图像区逐步分解为一系列被单一类
7、型区域内含的方形区域，最小的方形区域为一个栅格象元。分割的原则是，不管是哪一层上的象限，只要划分到仅代表一种地物或符合既定要求的少数几种地物时，则不再继续划分，否则一直划分到单个栅格象元为止。3. 格网 DEM分析的主要应用。（1）地形曲面拟合：DEM 最基础的应用是求 DEM范围内任意点的高程，在此基础上进行地形属性分析。由于已知有限个格网点的高程，可以利用这些格网点高程拟合一个地形曲面，推求区域内任意点的高程。（2）立体透视图：绘制透视立体图是 DEM的一个极其重要的应用。透视立体图能更好地反映地形的立体形态，非常直观。人们可以根据不同的需要，对于同一个地形形态作各种不同的立体显示，更好地
8、研究地形的空间形态。（3）通视分析：通视分析有着广泛的应用背景。典型的例子是观察哨所的设定、森林中火灾监测点的设定、无线发射塔的设定等。通视问题可以分为五类：a）已知一个或一组观察点，找出某一地形的可见区域；b）欲观察到某一区域的全部地形表面，计算最少观察点数量；c）在观察点数量一定的前提下，计算能获得的最大观察区域；d）以最小代价建造观察塔，要求全部区域可见；e）在给定建造代价的前提下，求最大可见区。根据问题输出维数的不同，通视可分为点的通视，线的通视和面的通视。（4）流域特征地貌提取与地形自动分割：是进行流域空间模拟的基础技术。主要包括两个方面：a）流域地貌形态结构定义，定义能反映流域结构
9、的特征地貌，建立格网DEM对应的微地貌特征；b）特征地貌自动提取和地形自动分割算法。（5）计算地形属性：DEM 派生的地形属性数据可以分为单要素属性和复合属性二种。前者可由高程数据直接计算得到，如坡度因子，坡向。后者是由几个单要素属性按一定关系组合成的复合指标，用于描述某种过程的空间变化，这种组合关系通常是经验关系，也可以使用简化的自然过程机理模型。4. 根据下面示意图，给出其的矢量数据结构编码。点： 点号 坐标1 x1, y112 x12, y1221 X21, y2128 X28, y2839 X39, y39线：ID 起点 终点 点号a 39 1 39,45,46,47,48,49,50
10、,51,52,53,54,55,56,1b 28 39 28,40,41,42,43,44,39c 12 28 12,25,26,27,28d 1 12 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12e 12 1 12,13,14,15,16,1f 21 12 12,22,23,24,12g 1 21 1,17,18,19,20,21h 28 21 28m29,30,31,21i 21 39 21,32,33,34,35,36,37,38,39多边形多边形编号 多边形边界I d, eII c, f, hIII b, h, iIV a, i, g三、分析题（每题 20分，共 40分）1.
11、论述点、线、多边形数据之间的叠加分析的内容和方法。（1）点与多边形叠加点与多边形叠加，实际上是计算多边形对点的包含关系，进行点是否在一个多边形中的空间关系判断。在完成点与多边形的几何关系计算后，还要进行属性信息处理。最简单的方式是将多边形属性信息叠加到其中的点上。当然也可以将点的属性叠加到多边形上，用于标识该多边形，如果有多个点分布在一个多边形内的情形时，则要采用一些特殊规则，如将点的数目或各点属性的总和等信息叠加到多边形上。通过点与多边形叠加，可以计算出每个多边形类型里有多少个点，不但要区分点是否在多边形内，还要描述在多边形内部的点的属性信息。通常不直接产生新数据层面，只是把属性信息叠加到原
12、图层中，然后通过属性查询间接获得点与多边形叠加的需要信息。例如一个中国政区图（多边形）和一个全国矿产分布图（点），二者经叠加分析后，并且将政区图多边形有关的属性信息加到矿产的属性数据表中，然后通过属性查询，可以查询指定省有多少种矿产，产量有多少；而且可以查询，指定类型的矿产在哪些省里有分布等信息。（2）线与多边形叠加线与多边形的叠加，是比较线上坐标与多边形坐标的关系，判断线是否落在多边形内。计算过程通常是计算线与多边形的交点，只要相交，就产生一个结点，将原线打断成一条条弧段，并将原线和多边形的属性信息一起赋给新弧段。叠加的结果产生了一个新的数据层面，每条线被它穿过的多边形打断成新弧段图层，同时
13、产生一个相应的属性数据表记录原线和多边形的属性信息。根据叠加的结果可以确定每条弧段落在哪个多边形内，可以查询指定多边形内指定线穿过的长度。如果线状图层为河流，叠加的结果是多边形将穿过它的所有河流打断成弧段，可以查询任意多边形内的河流长度，进而计算它的河流密度等；如果线状图层为道路网，叠加的结果可以得到每个多边形内的道路网密度，内部的交通流量，进入、离开各个多边形的交通量，相邻多边形之间的相互交通量。（3）多边形叠加多边形叠加是 GIS最常用的功能之一。多边形叠加将两个或多个多边形图层进行叠加产生一个新多边形图层的操作，其结果将原来多边形要素分割成新要素，新要素综合了原来两层或多层的属性。叠加过
14、程可分为几何求交过程和属性分配过程两步。几何求交过程首先求出所有多边形边界线的交点，再根据这些交点重新进行多边形拓扑运算，对新生成的拓扑多边形图层的每个对象赋一多边形唯一标识码，同时生成一个与新多边形对象一一对应的属性表。多边形叠加结果通常把一个多边形分割成多个多边形，属性分配过程最典型的方法是将输入图层对象的属性拷贝到新对象的属性表中，或把输入图层对象的标识作为外键，直接关联到输入图层的属性表。这种属性分配方法的理论假设是多边形对象内属性是均质的，将它们分割后，属性不变。也可以结合多种统计方法为新多边形赋属性值。多边形叠加完成后，根据新图层的属性表可以查询原图层的属性信息，新生成的图层和其它
15、图层一样可以进行各种空间分析和查询操作。根据叠加结果最后欲保留空间特征的不同要求，一般的 GIS软件都提供了三种类型的多边形叠加操作：并、叠和、交。2. 结合自己的实际工作，论述一个地理信息系统的应用实例。（略）一、名词解释（每题 5分，共 20分）1. 地理数据2. 空间索引3. DTM与 DEM4. GIS互操作二、简答题（每题 10分，共 40分）1. 矢量数据结构与栅格数据结构的转换算法。2. 简述空间数据误差来源与数据质量控制方法。3. 3S集成的作用和意义4. 下面两个多边形图层 A和 B，图中标注的是多边形的属性，请画出 A与 B两个图层Overlay的结果图层 C的示意图，并标
16、注属性，其中 C的属性为 C=A+B。三、分析题（每题 20分，共 40分）1. 为了完成城市道路拓宽改建分析，论述需要那些空间数据，并描述在 GIS支持下的分析流程。2. 结合某具体领域（如区域规划、环境监测、土地利用、公共卫生等）进行应用 GIS总体设计与项目实施。一、名词解释（每题 5分，共 20分）1. 地理数据是各种地理特征和现象间关系的符号化表示，包括空间位置、属性特征及时态特征三部分。2. 空间索引就是指依据空间对象的位置和形状或空间对象之间的某种空间关系按一定的顺序排列的一种数据结构，其中包含空间对象的概要信息，如对象的标识、外接矩形及指向空间对象实体的指针。它通过筛选作用，大
17、量与特定空间操作无关的空间对象被排除，从而提高空间操作的速度和效率。3. DTM为数字地形模型（Digital Terrain Model），是地形表面形态属性信息的数字表达，是带有空间位置特征和地形属性特征的数字描述。数字地形模型中地形属性为高程时称为数字高程模型（Digital Elevation Model），简称 DEM。4. GIS互操作是指不同的 GIS间与平台无关的透明数据访问、共享空间数据库和其它服务。是当代 GIS技术发展的重要方向。二、简答题（每题 10分，共 40分）1. 矢量数据结构与栅格数据结构的转换算法。对于点状实体，每个实体仅由一个坐标对表示，其矢量结构和栅格结构
18、的相互转换基本上只是坐标精度变换问题。线实体的矢量结构由一系列坐标对表示，在变为栅格结构时，除把序列中坐标对变为栅格行列坐标外，还需根据栅格精度要求，在坐标点之间插满一系列栅格点，这可以由两点式直线方程得到。线实体由栅格结构变为矢量结构与将多边形边界表示为矢量结构相似，因此以下重点讨论多边形的矢量结构与栅格结构相互转换。（1）矢量向栅格转换矢量格式向栅格格式转换又称为多边形填充，就是在矢量表示的多边形边界内部的所有栅格点上赋以相应的多边形编码，从而形成栅格数据阵列。几种主要的算法描述如下：a）内部点扩散算法：由每个多边形一个内部点（种子点）开始，向其八个方向的邻点扩散，判断各个新加入点是否在多
19、边形边界上，如果是边界上，则该新加入点不作为种子点，否则把非边界点的邻点作为新的种子点与原有种子点一起进行新的扩散运算，并将该种子点赋以该多边形的编号。重复上述过程直到所有种子点填满该多边形并遇到边界停止为止。r，则该待判点属于此多边形，赋以多边形编号，否则在此多边形外部，不属于该多边形。b）复数积分算法：对全部栅格阵列逐个栅格单元地判断该栅格归属的多边形编码，判别方法是由待判点对每个多边形的封闭边界计算复数积分，对某个多边形，如果积分值为 2c）射线算法和扫描算法：射线算法可逐点判断数据栅格点在某多边形之外或在多边形内，由待判点向图外某点引射线，判断该射线与某多边形所有边界相交的总次数，如相
20、交偶数次，则待判点在该多边形外部，如为奇数次，则待判点在该多边形内部。要注意的是：射线与多边形边界相交时，有一些特殊情况会影响交点的个数，必须予以排除。d）边界代数算法：它适合于记录拓扑关系的多边形矢量数据转换为栅格结构。若多边形编号为 a，初始化的栅格阵列各栅格值为零，以栅格行列为参考坐标轴，由多边形边界上某点开始顺时针搜索边界线，当边界上行时，位于该边界左侧的具有相同行坐标的所有栅格被减去 a；当边界下行时，该边界左边所有栅格点加一个值 a，边界搜索完毕则完成了多边形的转换。（2）栅格格式向矢量格式的转换多边形栅格格式向矢量格式转换就是提取以相同的编号的栅格集合表示的多边形区域的边界和边界
21、的拓扑关系，并表示由多个小直线段组成的矢量格式边界线的过程。栅格格式向矢量格式转换通常包括以下四个基本步骤：a）多边形边界提取：采用高通滤波将栅格图像二值化或以特殊值标识边界点；b）边界线追踪：对每个边界弧段由一个结点向另一个结点搜索，通常对每个已知边界点需沿除了进入方向的其他 7个方向搜索下一个边界点，直到连成边界弧段；c）拓扑关系生成：对于矢量表示的边界弧段数据，判断其与原图上各多边形的空间关系，以形成完整的拓扑结构并建立与属性数据的联系；d）去除多余点及曲线圆滑：由于搜索是逐个栅格进行的，必须去除由此造成的多余点记录，以减少数据冗余；搜索结果，曲线由于栅格精度的限制可能不够圆滑，需采用一
22、定的插补算法进行光滑处理，常用的算法有：线形迭代法；分段三次多项式插值法；正轴抛物线平均加权法；斜轴抛物线平均加权法；样条函数插值法。2. 简述空间数据误差来源与数据质量控制方法。从空间数据的形式表达到空间数据的生成，从空间数据的处理变换到空间数据的应用，在这两个过程中都会有数据质量问题的发生。（1）空间现象自身存在的不稳定性：包括空间特征和过程在空间、专题和时间内容上的不确定性。（2）空间现象的表达：数据采集中的测量方法以及量测精度的选择等受到人类自身的认识和表达的影响，这对于数据的生成会出现误差。（3）空间数据处理中的误差：在空间数据处理过程中，容易产生的误差有以下几种：投影变换产生的差异
23、；地图数字化和扫描后的矢量化处理都可能出现误差；数据格式转换中的位置差异性；数据抽象时产生的误差；建立拓扑关系过程中的位置坐标的变化；与主控数据层的匹配位移导致误差；数据叠加操作和更新产生空间位置和属性值的差异；数据集成处理产生的误差；数据的可视化产生表达上的误差；数据处理过程中误差的传递和扩散（4）空间数据使用中的误差：主要包括两个方面：一是对数据的解释过程，一是缺少文档，这样往往导致数据用户对数据的随意性使用而使误差扩散。数据质量控制是个复杂的过程，要控制数据质量应从数据质量产生和扩散的所有过程和环节入手，分别用一定的方法减少误差。空间数据质量控制常见的方法有：（1）传统的手工方法：将数字
24、化数据与数据源进行比较，图形部分的检查包括目视方法、绘制到透明图上与原图叠加比较，属性部分的检查采用与原属性逐个对比或其他比较方法。（2）元数据方法：数据集的元数据中包含了大量的有关数据质量的信息，通过它可以检查数据质量，同时元数据也记录了数据处理过程中质量的变化，通过跟踪元数据可以了解数据质量的状况和变化。（3）地理相关法：用空间数据的地理特征要素自身的相关性来分析数据的质量。3. 3S集成的作用和意义。3S技术为科学研究、政府管理、社会生产提供了新一代的观测手段、描述语言和思维工具。3S 的结合应用，取长补短，是一个自然的发展趋势，三者之间的相互作用形成了“一个大脑，两只眼睛”的框架，即
25、RS和 GPS向 GIS提供或更新区域信息以及空间定位，GIS 进行相应的空间分析，以从 RS和 GPS提供的浩如烟海的数据中提取有用信息，并进行综合集成，使之成为决策的科学依据。GIS、RS 和 GPS三者集成利用，构成为整体的、实时的和动态的对地观测、分析和应用的运行系统，提高了 GIS的应用效率。在实际的应用中，较为常见的是 3S两两之间的集成，如 GIS/RS集成，GIS/GPS 集成或者 RS/GPS集成等，但是同时集成并使用 3S技术的应用实例则较少。RS、GIS、GPS 集成的方式可以在不同的技术水平上实现，最简单的办法是三种系统分开而由用户综合使用，进一步是三者有共同的界面，做
26、到表面上无缝的集成，数据传输则在内部通过特征码相结合，最好的办法是整体的集成，成为统一的系统。单纯从软件实现的角度来看，开发 3S集成的系统在技术上并没有多大的障碍。目前一般工具软件的实现技术方案是：通过支持栅格数据类型及相关的处理分析操作以实现与遥感的集成，而通过增加一个动态矢量图层以与 GPS集成。对于 3S集成技术而言，最重要的是在应用中综合使用遥感以及全球定位系统，利用其实时、准确获取数据的能力，降低应用成本或者实现一些新的应用。3S集成技术的发展，形成了综合的、完整的对地观测系统，提高了人类认识地球的能力；相应地，它拓展了传统测绘科学的研究领域。作为地理学的一个分支学科，Geomat
27、ics*产生并对包括遥感、全球定位系统在内的现代测绘技术的综合应用进行探讨和研究。同时，它也推动了其它一些相联系的学科的发展，如地球信息科学、地理信息科学等，它们成为“数字地球”这一概念提出的理论基础。4. 下面多边形图层 A和 B，图中标注的是多边形的属性，请画出 A与 B两个图层Overlay的结果图层 C的示意图，并标注属性，其中 C的属性为 C=A+B。三、分析题（每题 20分，共 40分）1. 为了完成城市道路拓宽改建分析，论述需要那些空间数据，并描述在 GIS支持下的分析流程。利用建立缓冲区、拓扑叠加和特征提取,计算一条道路拓宽改建过程中的拆迁指标。（1）明确分析的目的和标准目的是
28、计算由于道路拓宽而需拆迁的建筑物的建筑面积和房产价值，道路拓宽改建的标准是：a）道路从原有的 20m拓宽至 60m；b）拓宽道路应尽量保持直线；c）部分位于拆迁区内的 10层以上的建筑不拆除。（2）准备进行分析的数据需要涉及两类信息，一类是现状道路图；另一类为分析区域内建筑物分布图及相关信息。（3）进行空间操作首先选择拟拓宽的道路，根据拓宽半径，建立道路的缓冲区。然后将此缓冲区与建筑物层数据进行拓扑叠加，产生一幅新图，此图包括所有部分或全部位于拓宽区内的建筑物信息。（4）进行统计分析首先对全部或部分位于拆迁区内的建筑物进行选择，凡部分落入拆迁区且楼层高于10层以上的建筑物，将其从选择组中去掉，
29、并对道路的拓宽边界进行局部调整。然后对所有需拆迁的建筑物进行拆迁指标计算。（5）将分析结果以地图和表格的形式打印输出。2. 结合某具体领域（如区域规划、环境监测、土地利用、公共卫生等）进行应用GIS总体设计与项目实施。（略）第一章 地理信息系统概论介绍了地理信息系统的一些最基本的、但又非常重要的概念，包括信息、数据、信息系统、空间数据、空间信息和地理信息系统。有些概念，如空间信息和空间数据，还将得到进一步的阐述，实际上，空间数据也是本书中描述 GIS 功能的核心。GIS 既是一项技术，也是一门学科，本章也介绍了它的主要研究内容以及与其它学科，如地理学、地图学、遥感等的关系。同时介绍了 GIS
30、的组成、分类、功能、发展历史和展望，这些将在后面的章节中更为详尽地被描述。第二章 从现实世界到比特世界从空间认知的角度讲述了对现实世界进行抽象的过程。空间认知属于行为地理学的范畴，它研究个体如何对现实世界进行认知，并在意识中编码的过程。在认识的基础上进行逐步抽象，最后得到数字化的空间数据，这正是 OpenGIS 九层抽象模型前五层所描述的内容。最后是空间数据库模型，进一步强调了该抽象过程。第三章 空间数据模型本章描述的是整个 GIS 理论中最为核心的内容。为了能够利用信息系统工具来描述现实世界，并解决其中的问题，必须对现实世界进行建模。对于地理信息系统而言，其结果就是空间数据模型。空间数据模型
31、可以分为三种：1、场模型：用于描述空间中连续分布的现象；2、要素模型：用于描述各种空间地物；3、网络模型：可以模拟现实世界中的各种网络。在各种模型中，又介绍了相关的概念，如空间划分，空间关系，以及拓扑关系的形式化描述9 交模型等。最后讲述了普通的二维数据模型在空间上和时间上的扩展，时间数据模型和三维数据模型。值得注意的是，本章谈到的场模型和要素模型类同于后面提及的栅格数据和矢量数据，但是前者是概念模型；后者是指其在信息系统中的实现。第四章 空间参照系统和地图投影一个要素要进行定位，必须嵌入到一个空间参照系中，因为 GIS 所描述的是位于地球表面的信息，所以根据地球椭球体建立的地理坐标（经纬网）
32、可以作为所有要素的参照系统。因为地球是一个不规则的球体，为了能够将其表面的内容显示在平面的显示器或纸面上，必须进行坐标变换。本章讲述了地球椭球体参数、常见的投影类型。考虑到目前使用的 1：100 万以上地形图都是采用高斯克吕格投影，本章最后又对该种投影类型和相关的地形图分幅标准做了简单介绍。第五章 GIS 中的数据对空间数据的处理是 GIS 的核心功能， GIS 中的数据通常描述三部分信息：空间信息（位置，空间关系等等） ，非空间的属性信息，时间信息。数据按照其测量尺度，可以分为定名、定比、间隔、比率量四种类型。由于各方面的原因，GIS 数据存在着质量问题，了解数据质量有利于数据的正确使用，避
33、免出现“Garbage In, Garbage Out”的情形。数据质量可以通过元数据进行描述，简单的说，元数据是对数据的描述，在 GIS 应用不断发展、空间数据不断增长的情况下，元数据有助于数据的共享和有效使用第六章 空间数据获取与处理空间数据获取是地理信息系统建设首先要进行的任务，它可以有多种实现方式包括数据转换、遥感数据处理以及数字测量等等，其中已有地图的数字化录入，是目前被广泛采用的手段，也是最耗费人力资源的工作。在 GIS 中，录入的内容包括空间信息和非空间信息，前者是录入的主体。目前，空间信息的录入主要有两种方式，即手扶跟踪数字化和扫描矢量化，本章具体介绍了这两种方式，以及相关的算
34、法，如曲线近似拟合，栅格图形细化跟踪等。在图形数据录入完毕后，需要进行各种处理，包括坐标变换、拼接等等，其中最重要的是建立拓扑关系。在拓扑建立过程中，需要先对各种错误修改，本章描述了各种具体的错误情形，最后则介绍了多边形自动拓扑生成算法。第七章 空间数据管理本章首先介绍空间数据库、与一般数据库的比较，以及空间数据库的存储方式。然后介绍了 GIS 中两种重要的数据结构：栅格结构和矢量结构，以及其具体的存储方式，然后比较了两种结构的特点，并给出了其相互转换算法。最后介绍了空间检索中常用的技术空间索引，介绍了一些常用的空间索引方式，如 BSP 树、R 树、CELL 树等；以及空间数据的查询功能。第八
35、章 空间分析空间分析源于 60 年代地理和区域科学的计量革命，在开始阶段，主要是应用定量（主要是统计）分析手段用于分析点、线、面的空间分布模式。后来更多的是强调地理空间本身的特征、空间决策过程和复杂空间系统的时空演化过程分析。实际上自有地图以来，人们就始终在自觉或不自觉地进行着各种类型的空间分析。如在地图上量测地理要素之间的距离、方位、面积，乃至利用地图进行战术研究和战略决策等，都是人们利用地图进行空间分析的实例，而后者实质上已属较高层次上的空间分析。地理信息系统集成了多学科的最新技术，如关系数据库管理，高效图形算法，插值，区划和网络分析，为空间分析提供了强大的工具，使得过去复杂困难的高级空间
36、分析任务变得简单易行。目前绝大多数地理信息系统软件都有空间分析功能。空间分析早已成为地理信息系统的核心功能之一，它特有的对地理信息（特别是隐含信息）的提取、表现和传输功能，是地理信息系统区别于一般信息系统的主要功能特征。空间分析是对分析空间数据有关技术的统称。根据作用的数据性质不同，可以分为：（1）基于空间图形数据的分析运算；（2）基于非空间属性的数据运算；（3）空间和非空间数据的联合运算。空间分析赖以进行的基础是地理空间数据库，其运用的手段包括各种几何的逻辑运算、数理统计分析，代数运算等数学手段，最终的目的是解决人们所涉及到地理空间的实际问题，提取和传输地理空间信息，特别是隐含信息，以辅助决
37、策。本章介绍 GIS 中实现空间分析的基本功能，包括空间查询与量算，缓冲区分析、叠加分析、路径分析、空间插值、统计分类分析等，并描述了相关的算法，以及其中的计算公式。第九章 数字地形模型与地形分析DEM 和 DTM 主要用于描述地面起伏状况，可以用于提取各种地形参数，如坡度、坡向、粗糙度等，并进行通视分析、流域结构生成等应用分析。因此，DEM 在各个领域中被广泛使用。DEM 可以有多种表达方法，包括网格、等高线、三角网等，本章同时介绍了这些表达方法之间的相互转换算法，如由三角网生成等高线，网格 DEM 生成三角网等等。第十章 空间建模与空间决策支持本章介绍了“更高层次 ”的 GIS 分析功能，
38、第一节讲述了如何利用基本的分析，如缓冲区、叠加分析，进行组合，以完成特定的功能。后面几节分别介绍了空间决策支持系统、专家系统、数据仓库、元胞自动机和空间定位和配置方面的知识，这些内容，或者在其它的领域已经成熟，或者属于新兴的领域。在 GIS 的支持下，实现相关功能，并将其应用于空间分析，可以解决更为复杂的空间问题。第十一章 空间数据表现与地图制图空间数据的表现功能贯穿于 GIS 空间数据处理的始终，功能的许多方面，包括符号、专题信息表达、图幅配置、制图综合等，都来源于地图制图，这也表明了地理信息系统和制图学的渊源关系。从某种角度上来讲，地理信息系统可以称为“动态的地图” ，它提供了比普通地图更
39、为丰富和灵活的空间数据表现方式，如动态信息表达、虚拟现实等等。但是，从另外的角度来看，制图学又是一门艺术，单纯依靠计算机系统是难以制作完美的地图的，它需要人工的交互干预，如制图综合，目前还没有任何 GIS 软件能够很好地解决这些问题。本章最后介绍了可视化的内容，可视化与信息的感知和传输有着密切的关系，地学可视化的研究、以及在 GIS 中应用可视化技术，对于空间数据的广泛应用有着重要的意义第十二章 3S 集成技术本章简介了遥感和全球定位系统技术的基本概念以及它们与 GIS 的集成应用。作为实时、客观获取空间信息的新兴技术手段，遥感和全球定位系统成为地理信息系统的重要数据来源，而通过 GIS 对其
40、获得的数据进行处理和分析，可以提取各种有用信息，以进行决策支持。本章主要介绍了一些 3S 集成的具体应用，并简要描述了其技术实现方案。第十三章 网络地理信息系统本章首先介绍了计算机网络的基本知识，包括定义、拓扑结构、分类、网络协议等，然后介绍了因特网以及目前流行的 WWW 和 HTML 语言。第二节讲述了基于网络的分布计算以及地理信息系统在分布计算环境下的具体实现方案。第三节主要介绍了在 Web 上发布空间数据，即实现 WebGIS 的几种技术方案，并进行了比较。第十四章 地理信息系统应用实例本章介绍了地理信息系统在一些具体领域的应用。由于 GIS 是用来管理、分析空间数据的信息系统，所以几乎
41、所有的使用空间数据和空间信息的部门都可以应用 GIS。由于各个部门的不同， GIS 在具体业务系统中所占的比重、应用方式也各异，结合比较紧密的如城市规划、环境领域等，相对松散的有商业、医疗卫生领域。本章简单介绍了一些 GIS 应用实例，针对不同实例，介绍方法也不同，有的概述一个具体区域的应用，有的叙述工作流程，有的介绍了工作原理和分析方法，可以对相关领域的 GIS 建设提供借鉴，也可以作为其它领域建设 GIS 的参考。本章也引入了一些新的概念，如 AM/FM、GIS/T 以及一些具体的分析方法，如动态分段模型，它们处于 GIS 与具体领域的交叉部分，同时也是 GIS 理论和技术的有益补充。第十
42、五章 地理信息系统应用项目组织和管理 本章首先简单概括了 GIS 应用项目，提出了 GIS 应用的三元划分，然后介绍了几种GIS 应用的建立途径以及项目周期。在项目开始之前，需要进行策略性规划和实施规划，如果要进行项目承包，则要签订合同;在 GIS 项目进行过程中，要进行人员管理，数据管理以及质量控制，本章根据 GIS 具体技术特点，提出了相应的建议。在最后，介绍了软件研制和开发的质量控制的两个标准，ISO9000 系列标准和 CMM 模型，作为项目开发机构的指导。本章和地理信息系统软件工程技术一章讲述的内容是互相依赖的，后者重点在于技术，而本章则侧重于组织和管理，往往组织管理对项目成败的影响
43、比所采用的技术更大。第十六章 地理信息系统软件工程技术本章介绍了软件工程的基本概念，软件开发活动，过程模型以及两种重要的开发方法：结构化方法和面向对象的方法。在 GIS 开发过程中应用软件工程技术，可以提高软件开发效率和质量。本章讲述了软件工程技术在 GIS 系统开发中的几个应用方面：1、GIS 软件构件和构架2、需求分析3、数据管理设计4、用户界面设计5、设计模式在 GIS 软件开发中的应用6、应用配置管理来实现空间过程支持这些方面涉及了 GIS 开发过程中不同的阶段以及不同的层次，有些方法之间是互斥的，如 UML 和 Code 方法，但是软件工程技术最重要的是实用，开发者可以根据具体的情况
44、选用不同的技术。第十七章 地理信息系统标准 信息技术的标准对于产业的发展有着重要的意义，GIS 也不例外，目前 GIS 标准主要集中于空间数据模型和空间服务模型以及相关领域，此外还包括流程、认证等等。本章介绍了两个主要的 GIS 标准：ISO/TC 211 和 OpenGIS。地理信息系统的前沿问题与发展趋势第十八章 地理信息系统和社会 地理信息系统应用的社会化是其发展的必然趋势，在社会化的 GIS 应用阶段，GIS 技术在公众生活中被广泛使用，形成了 GIS 产业，这需要有相应的政策法规来规范产业运行，并且需要教育为 GIS 应用提供专业人才。在 GIS 技术影响社会的同时，一些社会因素也影
45、响着 GIS 的发展。第十九章 地球信息科学和数字地球 本章介绍了 GIS 发展的一些最新的概念，包括地球信息科学，数字地球等等，这些概念的具体含义至今仍在变化。数字地球与其说是一门技术，不如说是一个政策，它是 GIS 应用发展的顶点。最后介绍了国家空间数据基础设施，它是一个国家推广 GIS 应用重要的第一步 作业习题-课后练习第一章 地理信息系统概论名词解释： 信息 数据 地理信息系统 问答与思考题： 简述地理信息系统的主要组成部分以及各个部分的主要功能。 简述地理信息系统的发展过程，特别是我国地理信息的发展 论述地理信息系统的发展动态。第二章 从现实世界到比特世界问答与思考题： 论述地理信
46、息系统对现实世界的抽象过程。 简述空间认知的主要内容。 简述 GIS 空间数据建模的内容和分类。 第三章 空间数据模型名词解释： 空间数据模型 场模型 栅格数据模型 要素模型 问答与思考题： 比较分析场模型和要素模型。 简述空间关系分析内容和方法。 论述当前新型空间数据模型的研究现状和研究趋势。 第四章 空间参照系统和地图投影问答与思考题： 什么是空间参照系统和地图投影？GIS 为什么需要空间参照系统和地图投影？ 简述主要的地图投影的主要类型及其特点。 什么是高斯克吕格投影？ 简述国家基本比例尺地形图的图幅分幅和编号系统。 第五章 GIS 中的数据名词解释： 元数据 问答与思考题： 简述空间数
47、据的测量尺度及其特点。 简述空间数据误差的主要来源和质量控制方法。 简述空间数据元数据的内容和作用。 第六章 空间数据获取与处理问答与思考题： 简述空间数据采集的主要方法。 简述扫描矢量化的处理流程。 数据录入的后处理主要包括那些内容。 简述多边形拓扑关系的生成算法。 第七章 空间数据管理名词解释： 数据库 矢量模型 栅格模型 问答与思考题： 简述栅格数据结构及其编码方法。 简述矢量数据结构及其编码方法。 比较分析栅格数据结构和矢量数据结构的优缺点。 结合实际工作，论述如何对矢量数据结构和栅格数据结构进行选择。 简述空间索引的概念和作用。 简述空间信息查询的内容和方法。 第八章 空间分析名词解
48、释： 缓冲区分析 问答与思考题： 简述缓冲区分析的内容和主要作用。 论述点、线、面数据之间的叠加分析的内容和方法。 简述多边形叠加的主要类型和方式。 简述网络拓扑结构和网络分析的主要功能。 简述主要的空间插值方法并进行对比分析。 结合一个实例，论述空间分析在 GIS 应用中的作用。 第九章 数字地学模型（DTM）与地形分析名词解释： DTM TIN 问答与思考题： DEM 主要的标识模型有哪些？ TIN 模型如何通过不规则点集生成 TIN？ 如何通过 DEM 计算坡度、坡向、挖方、填方？ DEM 分析的主要应用有哪些？ 第十章 空间建模与空间决策支持名词解释： 空间决策支持系统 专家系统 知识
49、推理 空间数据挖掘 问答与思考题： 结合一个实例，简述空间分析和空间建模的过程。 简述空间数据挖掘的内容和主要方法。 第十一章 空间数据表现与地图制图名词解释： 可视化 虚拟现实 问答与思考题： 简述地图符号的类型和构成要素。 简述专题地图的类型和主要表示方法。 简述制图综合的概念、影响因素和主要方法。 论述当前地图可视化的发展前沿。 第十二章 3S 集成技术问答与思考题： 论述 3S 集成的作用和意义。 简述 3S 集成的主要方法。 结合一个实例，论述 3S 集成的具体应用。 第十三章 网络地理信息系统问答与思考题： 简述 WebGIS 的体系结构和主要实现方法 论述网络地理信息系统的发展方向。 第十四章 地理信息系统应用实例问答与思考题： 结合自己的实际工作，论述一个地理信息系统的应用实例。 第十五章 地理信息系统应用项目组织和管理问答与思考题： 简述 GIS 应用的建立途径和项目周期。 简述开发 GIS 应用的主要方式并进行比较分析。 第十六章 地理信息系统软件工程技术名词解释： 软件工程
