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GIS空间分析考试资料
《GIS空间分析原理与方法》期末复习资料
说明（注意）：
以下部分黑色粗斜体题干表示该题可能是未知题目具体所问，或者未知遗漏还是多出要求，或者表示答案不明确等。
所以仍需进一步检查核实。
欢迎大家改修补充。
第一章地理空间数据分析与GIS
1、什么是地理空间数据分析？
它是通过研究地理空间数据及其相应分析理论、方法和技术，探索、证明地理要素之间的关系，揭示地理特征和过程的内在规律和机理，实现对地理空间信息的认知、解释、预测和调控。
2、什么是地理系统数学模拟？
其模拟的一般过程是？
建立地理系统数学模型的过程称为地理系统的数学模拟（简称地理模型）。
地理系统数学模拟的一般过程是：
从实际的地理系统或其要素出发，对空间状态、空间成分、空间相互作用进行分析，建立地理系统或要素的数学模型；
经验检查，若与实际情况不符，则要重新分析，修改模型；若大致相符，则选择计算方法，进行程序设计、程序调试和上机运算，从而输出模型解；
分析模型解，若模型解出错，则修改模型；若模型解正确，则对成果进行地理解释，提出切实可行的方案。
3、地理空间数据挖掘的体系结构？
地理空间数据挖掘是数据挖掘的一个研究分支，其实质是从地理空间数据库中挖掘时空系统中潜在的、有价值的信息、规律和知识的过程，包括空间模式与特征、空间与非空间数据之间的概要关系等。
地理空间数据挖掘的体系结构由以下四部分组成：
（1）图形用户界面（交互式挖掘）；
（2）挖掘模块集合；
（3）数据库和知识库（空间、非空间数据库和相关概念）；
（4）空间数据库服务器（如ESRI/OracleSDE，ArcGIS以及其他空间数据库引擎）。
4、什么是地理空间数据立方体？
地理空间数据立方体是一个面向对象的、集成的、以时间为变量的、持续采集空间与非空间数据的多维数据集合，组织和汇总成一个由一组维度和度量值定义的多维结构，用以支持地理空间数据挖掘技术和决策支持过程。
5、地理空间统计模型的分为几类，它们的定义分别是什么？
地理空间统计模型大致可分为三类：
地统计、格网空间模型和空间点分布形态。
（1）地统计：
是以区域化变量理论为基础，以变差函数为主要工具，研究空间分布上既具有随机性又具有结构性的自然现象的科学。
它可以根据离散数据生成连续表面，通过空间自相关进行空间预测。
（2）格网空间模型：
用以描述分布于有限（或无穷离散）空间点（或区域）上数据的空间关系。
（3）空间点分布形态：
在自然科学研究中，许多资料是由点（或小区域）所构成的集合，比如，地震发生地点分布、树木在森林中的分布、某种鸟类鸟巢的分布、生物组织中细胞核的分布，太空中星球的分布等，称之为空间点分布形态，其中点的位置为事件。
6、地理空间分类与聚类算法的差别是什么？
（1）地理空间数据聚类是按照某种距离度量准则，在大型、多维数据集中标识出聚类或稠密分布的区域，从而发现数据集的整体空间分布模式。
地理空间分类与预测是根据已知的分类模型把数据库中的数据映射到给定类别中，进行数据趋势预测分析的方法。
（2）分类是将数据库中的对象根据一定的意义划分为若干个子集。
它和聚类算法的差别在于：
聚类算法是根据一定要求将对象聚为一个集合，最后得到的分布模式是聚类之前未确知的；分类算法则是根据已知分布模式的属性要求，将数据库对象归入相应的分类中。
在机器学习中，数据分类一般称为监督学习，而数据聚类则称为非监督学习。
分类目的是通过学习确定一个分类模型（或分类器），该模型能把数据库中的数据项映射到给定类别中。
7、什么是空间分析？
空间分析是集空间数据分析和空间模拟于一体的技术方法，通过地理计算和空间表达挖掘潜在空间信息，以解决实际问题。
8、空间分析的本质特征是什么？
（1）探测空间数据中的模式
（2）研究空间数据间的关系并建立相应的空间数据模型（3）提高适合于所有观察模式处理过程的理解（4）改进发生地理空间事件的预测能力和控制能力。
9、GIS环境下的空间分析方法分哪些？
（1）确定性空间分析
（2）探索性空间数据分析（3）时空数据分析（4）专业模型集成分析（5）智能化的空间分析（6）可视化空间分析。
第二章GIS空间分析基础
10、地理空间一般被被定义为哪两种形式？
GIS中地理空间一般被定义为绝对空间和相对空间两种形式。
绝对空间是具有属性描述的空间几何位置的集合，由一系列不同位置的空间坐标组成；相对空间是具有空间属性特征的实体集合，由不同实体之间的空间关系构成。
11、坐标系统分为哪几种？
测量中用什么坐标系统？
坐标系统可以分为天文地理坐标系统和大地地理坐标系统。
测量中一般采用两类坐标系：
天球坐标系和地球坐标系。
12、常用椭球面上的坐标系统有哪些？
我国常用的基本比例尺有哪些？
①国家大地坐标系②高斯平面直角坐标系统与UTM坐标系③WGS-84世界大地坐标系④独立坐标系
我国基本比例尺地图有：
1：
100万、1：
50万、1：
25万、1：
10万、1：
5万、1：
2.5万、1：
1万和1：
5000
13、什么是地理网格（系统）？
地理网格系统是一种以平面子集的规则分级剖分为基础的空间数据结构，具有较高的标准化程度，有利于开发面向空间数据库和几何操作的更有效的算法。
它能由粗到细、逐级地分割地球表面，将地球曲面用一定大小的多边形网格进行近似模拟，再现地球表面，其目的是将地理空间的定位和地理特征的描述一体化，并将误差控制在网格单元的大小范围内。
14、空间动态与过程的研究内容是什么？
空间动态与过程分析的内容主要包括：
时空数据的分类、时间量测、基于时间的平滑和综合、变化的统计分析、时空叠加、时间序列分析以及预测分析等。
第三章空间量测与计算
15、属性数据的量测尺度包括哪些？
属性数据的量测尺度或标准与几何数据不同，由粗略至详细大致可分为命名量、次序量、间隔量及比率量等四个层次。
16、点模式的空间分布的概念是什么？
线模式的空间分布和区域模式的空间分布？
A．点模式的空间分布是一种比较常见的状态，如不同区域内的人口、房屋、城市分布，油田区的油井分布等。
通常，点模式的描述参数有分布密度、分布中心、分布轴线、离散度等。
B．线划要素同点要素一样在地面上占有一定的空间，并表现出一定的结构和模式。
线划要素在空间中的分布，有些是具体分布，有些是抽象分布，由于线划要素本身属于一维空间体，与点要素相比增加了长度和方向，因此其空间分布也较点状空间分布复杂。
C．区域模式和点模式具有相似性，因此可利用点模式的一些研究方法来研究区域模式。
区域模式是一个二维空间分布，它具有零维和一维空间分布所不具有的信息，其分布模式主要包括离散区域分布和连续区域分布两种模式。
第四章空间表达变换分析
17、地理空间表达的形式有哪些？
（1）数据结构模型
（2）空间参考系统（3）时空尺度与比例尺（4）图形表达
18、空间数据格式的类型有哪些？
（1）矢量数据结构
（2）栅格数据结构
19、什么是坐标转换？
地理空间坐标转换的意义是什么？
坐标转换是指用一定的数学方法将一种坐标系的坐标转换为另一种坐标系的坐标的过程。
包括两方面的内容：
即不同坐标系统之间的转换和不同投影系统之间的转换。
意义：
空间数据的坐标转换是保证空间数据一致性、兼容性和可转换性的前提，是GIS实现多源数据无缝集成和正确进行空间分析及成果显示的基础。
20、坐标系统转换的方法有哪两种？
（1）仿射变换
（2）相似变换
21、地图投影的转换方法有哪些？
（1）解析变换法
（2）数值变换法（3）数值-解析变换法
22、什么是尺度？
尺度变换的概念？
从广义来讲，尺度是实体、模式或过程在空间或时间上的基准尺寸。
从研究者和被研究对象特征的角度，尺度是指研究某一现象或事件时采用的空间或时间单位，或某一现象或过程在空间和时间上所涉及到的范围和发生的频率。
信息在不同尺度范围（相邻尺度或多个尺度）之间的变换称为尺度变换，也称尺度推绎。
尺度变换将某一尺度上所获得的信息和知识扩展到其他尺度上，实现跨越不同尺度的辨识、推断、预测或推绎，包括尺度上推和尺度下推。
23、无级比例尺数据处理技术及流程是什么？
GIS中的无级比例尺数据处理技术是指以一个大比例尺单精度空间数据库为基础数据源，在一定空间区域内，空间对象的信息量随比例尺变化而自动增减，使GIS空间数据压缩和复现与比例尺自适应的信息处理技术。
流程：
建立空间数据库
确定地理范围
计算新图比例尺
确定地物要素选取数量
确定地物要素选取内容
地物要素的图形概括
地物要素的图形修饰
24、常见的图形表达方式有哪些？
（1）剖面图
（2）图解分布图（3）玫瑰图表（4）块状图
第五章空间几何关系分析
25、什么是邻近度？
缓冲区分析的概念？
邻近度：
是定性描述空间目标距离关系的重要物理量之一，表示地理空间中两个目标地物距离相近的程度。
缓冲区：
是指为了识别某一地理实体或空间物体对其周围地物的影响度而在其周围建立的具有一定宽度的带状区域。
缓冲区分析：
则是对一组或一类地物按缓冲的距离条件，建立缓冲区多边形，然后将这一图层与需要进行缓冲区分析的图层进行叠加分析，得到所需结果的一种空间分析方法。
26、理解缓冲区多变形的重叠合并，对于矢量数据的常用算法有哪些？
空间物体不可能都是孤立存在的，会出现多个空间物体缓冲区相互重叠。
重叠的情况包括多个要素缓冲区之间的重叠和同一要素缓冲区的重叠，必须对重叠缓冲区进行合并。
对于栅格数据，对缓冲区内的栅格赋上一个与其影响度惟一对应的值，如果发生重叠的区域具有相同的影响度，则取任一值；如果发生重叠的区域具有不同影响度等级，则影响度小的服从于影响度大的。
对于矢量数据，有以下几种常用的算法：
数学运算法
矢量—栅格转换法
矢量—栅格混合法
27、缓冲区分析的应用？
缓冲区作为一个独立的数据层可以参与叠加分析，常应用到道路、河流、居民点、工厂（污染源）等生产生活设施的空间分析，为不同工作需要（如道路修整、河道改建、居民区拆迁、污染范围确定等）提供科学依据。
结合不同的专业模型，缓冲区分析能够在景观生态、规划、军事应用等领域发挥更大的作用。
例如，利用缓冲区分析和相邻缓冲区的景观结构总体变异系数方法对自然保护区进行自然景观和人为影响景观的分割研究。
在虚拟军事演练系统中，缓冲区分析方法是对雷达群的合成探测范围和干扰效果进行研究的一种非常有效的手段。
28、泰森多边形的定义及特性？
Delaunay三角网是什么？
为了能根据离散分布的气象站降雨量数据来计算某地平均的降雨量，荷兰气候学家A.H.Thiessen提出了一种新的计算方法，即将所有相邻气象站连成三角形，作三角形各边的垂直平分线，每个气象站周围的若干垂直平分线便围成一个多边形，用这个多边形内所包含的惟一一个气象站的降雨强度来表示这个多边形区域内的降雨强度，该多边形称为泰森多边形
泰森多边形因其生成过程的特殊性，具有以下一些特性：
每个泰森多边形内仅含有一个控制点数据；
泰森多边形内的点到相应控制点的距离最近；
位于泰森多边形边上的点到其两边控制点的距离相等；
在判断一个控制点与其他哪些控制点相邻时，可直接根据泰森多边形得出结论，即若泰森多边形是n边形，则与n个离散点相邻。
Delaunay三角网是由与相邻泰森多边形共享一条边的相关点连接而成的三角网，它与泰森多边形是对偶关系。
29、泰森多边形建立过程是什么？
建立Delaunay三角网，对离散点和形成的三角形进行编号，并记录每个三角形是由哪三个离散点构成的；
找出与每个离散点相邻的所有三角形的编号，并记录下来；
将与每个离散点相邻的所有三角形按顺时针或逆时针方向进行排序；
计算出每个三角形的外接圆圆心，并记录下来；
连接相邻三角形的外接圆圆心，即可得到泰森多边形。
对于三角网边缘的泰森多边形，可作垂直平分线与图廓相交，与图廓一起构成泰森多边形。
30、叠加分析的概念？
叠加分析是指将同一地区、同一比例尺、同一数学基础，不同信息表达的两组或多组专题要素的图形或数据文件进行叠加，根据各类要素与多边形边界的交点或多边形属性建立具有多重属性组合的新图层，并对那些在结构和属性上既相互重叠，又相互联系的多种现象要素进行综合分析和评价；或者对反映不同时期同一地理现象的多边形图形进行多时相系列分析，从而深入揭示各种现象要素的内在联系及其发展规律的一种空间分析方法。
31、空间要素属性数据叠加分析、矢量和栅格数据的叠加分析。
A.按照叠加的方式，空间要素属性叠加可分为代数叠加与逻辑叠加。
B.矢量数据属性叠加处理更多地使用逻辑叠加运算，即布尔逻辑运算中的包含、交、并、差等。
以线与多边形叠加为例，判断线段与多边形的位置关系之后，建立叠加后线段的新属性表，由于原有线段被分割成多个线段，该属性表与原属性表不能一一对应，但它包含原来线段的属性和被叠加的多边形的属性，表示逻辑并的结果，既包含多边形的属性也包含线段的属性。
当要求逻辑差和逻辑交时，只需要从表中进行逻辑差和逻辑交运算。
多边形与多边形叠加的图形运算比较复杂，但是属性叠加只需依据运算规则进行各种代数以及逻辑运算即可。
C.用栅格方式来组织存储数据的最大优点就是数据结构简单，各种要素都可用规则格网和相应的属性来表示，且这种格网数据不会出现类似于矢量数据多层叠加后精度有限导致边缘不吻合的问题，因为对于同一区域、同一比例尺、同一数学基础的不同信息表达的要素来说，其栅格编号不会发生变化。
叠加分析操作的前提是要将其转换为统一的栅格数据格式，如BMP、GRID等，且各个叠加层必须具有统一的地理空间，即具有统一的空间参考（包括地图投影、椭球体、基准面等），统一的比例尺以及具有统一的分辨率（即像元大小）。
栅格数据叠加方法有：
局部变换
邻域变换
分带变换
全局变换
栅格逻辑叠加
32、什么是网络分析？
其功能是什么？
网络分析：
是通过研究网络的状态以及模拟和分析资源在网络上的流动和分配情况，对网络结构及其资源等的优化问题进行研究的一种空间分析方法。
功能：
（1）路径分析
（2）连通分析（3）资源分配（4）流分析（5）动态分段（6）地址匹配
33、什么是网络数据模型？
网络数据模型包括哪些组成部分？
网络数据模型是现实世界网络系统（如交通网、通讯网、自来水管网、煤气管网等）的抽象表示。
按照几何形态，空间实体被抽象为点、线、面目标，构成网络的最基本元素是线性实体以及这些实体的连接交汇点。
前者称为网线或链（Link），后者称为结点（Node）。
网络的几何形状可被数字化或由现有数据源导入，且必须具有实际应用的适当属性。
网络数据模型的组成包括：
（1）链（Link）
（2）结点（Node）
34、什么是最佳路径分析？
什么是连通分析？
什么是资源分配？
什么是地址匹配？
最佳路径分析：
也称最优路径分析，以最短路径分析为主，一直是计算机科学、运筹学、交通工程学、地理信息科学等学科的研究热点。
这里“最佳”包含很多含义，不仅指一般地理意义上的距离最短，还可以是成本最少、耗费时间最短、资源流量（容量）最大、线路利用率最高等标准。
连通分析：
在地理网络中从某一点出发能够到达的全部结点或边有哪些，如何选择对于用户来说成本最小的线路，即连通分析所要解决的问题。
资源分配：
也称定位与分配问题。
在多数的应用中，需要解决在网络中选定几个供应中心，并将网络的各边和点分配给某一中心，使各中心所覆盖范围内每一点到中心的总的加权距离最小，实际上包括定位与分配两个问题。
地址匹配：
是一种基于空间定位的技术，是地理编码的核心技术，它提供了一种把描述成地址的地理位置信息转换成可以被用于GIS系统的地理坐标的方式，它将只有属性数据的源表中记录的某个字段的值与地址数据库中的地理实体的对应字段的属性值进行匹配尝试，如果匹配成功，就将地理实体的地理坐标赋给源表中的记录，从而实现源表记录的地理编码。
35、地理编码存在的问题？
在对非标准的地址数据进行编码时，地理编码软件通常不能很好的执行。
如果一个地址表达得模糊并且能和多个街道地址相匹配，用户就无法选定这个地址的具体位置，不得不输出这些模糊的地址，分别进行处理。
地址匹配不能被成功应用的主要原因包括：
（a）地址数据不完整或者有歧义性；
（b）地址数据中包含的某些字符或者是地址数据的格式不能被地理编码软件正常处理；
（c）地址数据符合要求，但是作为地理参考的街道地图数据不完整或者没有及时更新。
第六章空间统计学分析
36、空间统计分析的概念？
空间统计学它是以区域化变量理论为基础，以变异函数为主要工具，研究具有地理空间信息特性的事物或现象的空间相互作用及变化规律的学科。
37、空间自相关的概念？
空间自相关反映的是一个区域单元上的某种地理现象或某一属性值与邻近区域单元上同一现象或属性值的相关程度，它是一种检测与量化从多个标定点中取样值变异的空间依赖性的空间统计方法，通过检测一个位置上的变异是否依赖于邻近位置的变异来判断该变异是否存在空间自相关性，即是否存在空间结构关系。
38、空间局部插值是什么？
常见的克里格插值模型有哪些？
运用空间局部插值法进行插值的一般步骤？
A.空间局部估计也称空间局部插值，它是利用在地表不同位置采集的样点生成（内插）一个连续表面。
空间局部插值法不仅能获得预测表面，而且能获得误差表面，有助于了解获得的预测表面的精确性。
B.常见的克里格插值模型有：
普通克立格、简单克立格、泛克立格、概率克立格、指示克立格、析取克立格及协同克立格等。
C.步骤：
第一步进行样点的空间结构量化分析，即半变异函数分析，为样点数据拟合一个空间独立模型；第二步利用第一步拟合的半变异函数、样点数据的空间分布及样点数据值对某一区域的未知点进行预测。
39、影响半变异函数的主要因素是什么？
（1）样点间的距离和支撑的大小
（2）样本数量的大小（3）异常值的影响（4）比例效应的影响（5）漂移的影响
40、什么是确定性插值法？
确定性插值分为哪两种？
其概念分别是什么？
什么是反距离加权插值法？
A.确定性插值法：
是使用数学函数进行插值，以研究区域内部的相似性（如反距离加权插值法）、或者以平滑度为基础（如径向基函数插值法）由已知样点来创建预测表面的插值方法。
B.确定性插值法分为两种：
全局性插值法和局部性插值法。
C.全局性插值法：
以整个研究区的样点数据集为基础来计算预测值；
局部性插值法：
使用一个大研究区域中较小的空间区域内的已知样点来计算预测值。
D．反距离加权插值法：
是基于相近相似原理，即两个物体离得越近，它们的性质就越相似，反之，离得越远则相似性越小。
反距离加权法使用预测区域内已知的样点值来预测区域内除样点外的任何位置的值。
41、探索性空间数据具体操作步骤？
基本内容？
数学方法？
步骤：
探索阶段和证实阶段。
探索性空间数据分析的内容包括以下几个方面：
（1）检查数据是否有错误：
过大或过小的样点数据均有可能是异常值、影响点或错误数据。
要找出这样的数据，并分析原因，然后决定是否从分析中删除这些数据。
因为奇异值和影响点往往对分析的影响较大，不能真实的反映空间数据的总体特征。
（2）获得数据的分布特征：
很多分析方法对数据分布有一定的要求，例如很多检验就需要数据服从正态分布。
因此检验数据是否符合正态分布，就决定了它们是否能用只对正态分布数据适用的分析方法。
（3）对数据规律的初步考察：
通过初步观察获得数据的一些内部规律，例如两个变量间是否线性相关等。
通过探索性空间数据分析，可以完成诸如观察数据的分布、寻找离群值、进行全局趋势分析以及检测空间的自相关和方向变异等一系列任务。
数学方法：
（1）直方图
（2）Q-Q概率图（3）趋势分析（4）半变异/协方差函数云图（5）正正交协方差函数云图
第七章三维分析
42、三维GIS数据模型分类？
三维GIS数据模型可分为基于体模型、基于面模型和混合模型三大类。
43、什么是三维栅格结构？
三维栅格结构是一种基于体元表示的数据结构，在对连续分布的不规则矿体、矿山、自然实体和建筑物等（如巷道）进行表示时，具有明显的优越性。
它将地理实体的三维空间分成细小的体元，以体元的三维行、列、深度号表示地理实体的空间位置，并建立与属性的实时关联。
44、什么是DTM？
什么是DEM？
DTM（数字地面模型）：
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。
其属性特征包括土壤类型、植被类型和土地利用情况等其他属性值。
DEM（数字高程模型）：
是一定区域范围内规则格网点的平面及高程坐标的数据集，它从数学上描述了该区域地貌形态的空间分布。
DEM是DTM的一个子集，也是DTM中最基本的部分，所以高程模型又叫地形模型。
在地理信息系统中，DEM是建立DTM的基础数据。
45、什么是OpenGL？
OpenGL是OpenGraphicsLib的缩写。
它是一套三维图形处理库，也是该领域的工业标准，是绘制高真实感三维图形，实现交互式视景仿真和虚拟显示的高性能开发软件包。
OpenGL是一种与硬件、操作系统和网络环境无关的编程界面，可以建立活动的三维几何对象的交互式程序。
46、ARC/INFO中用什么命令求表面曲率？
GIS在水文学研究的应用中，经常需要计算表面曲率，用于确定在一个单元位置的表面是凸面或凹面。
ARC/INFO中的CURVATURE（曲率）命令常用的一种方法是以二阶多项式方程来拟合一个3×3窗口。
47、影响坡度和坡向测算的因素是什么？
什么是等值线、栅格数据重分类？
因素：
数字高程模型质量和分辨率、算法、局部地形。
等值线：
是连接相邻且具有相同高程值的点的线，在Grid数据和TIN数据中均可以绘制等值线。
栅格数据重分类：
给栅格数据分配类似与偏好、敏感度和优先权等标准值，这可用于单个的栅格数据或者多个栅格数据在统一的等级体系下重新归类。
48、流域分析需要哪些栅格数据？
流域分析往往需要三套栅格数据，即已填补高程格网、流向格网和水流累积格网。
第八章地理格网计算
49、网格计算的特点有哪些？
（1）网格计算利用控制域内广泛存在的各种资源进行高性能计算，包括高性能计算机、数据服务器、大型检索存储系统和可视化、虚拟现实系统等，这是网格计算区别于小范围局域网的一个主要特点。
（2）网格计算必须通过标准的、公开的、通用的协议来应用和管理计算资源，协议是连接各种资源的重要纽带。
在著名的五层沙漏网格体系结构中，一个最重要的思想就是以“协议”为中心。
网格是基于具体的国际开放的技术标准，以此区别于一般行业、部门的软件产品。
（3）网格计算通过为用户提供各种优质的服务，使其能够利用广大的计算资源，而这些资源将远远超过个人计算中每部分所拥有资源的总和。
网格计算不仅对基本的数据层面计算提供支持，而且实现了更高层次的计算，比如从基本的数据中获取更多、更深层次的信息，从而更好的模仿人类对数据和信息的智能处理方式。
（4）网格计算实现的是程序间高层次应用层面的连通，而非硬件或应用程序间的低层连通，这区别于计算机网络。
利用网格技术可以很方便的实现多个不同计算节点对同一个项目的协同处理。
50、五层沙漏结构模型分为哪几个层？
构造层、连接层、资源层、协作层、应用层。
51、网格计算与GIS空间分析的结合是什么意思？
（有可能设为论述题）
GIS是以空间数据为中心、以服务为驱动的系统。
空间数据与普通的数据相比，不仅具有地理分布和系统异构的特征，而且具有时间动态性、信息多源性、信息容量海量性和存储格式多样性等特征。
时态性，要满足时态数据存储和处理的需求，尽可能整合分布式存储资源和计算资源为一个虚拟统一系统环境；信息的多源性要求网格GIS必须提供一套元数据管理工具；信息容量的海量性和存储格式的多样性要求网格GIS提供基于空间信息资源的数据访
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