《地理信息系统原理及应用》考研考试大纲答案.docx
《《地理信息系统原理及应用》考研考试大纲答案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《地理信息系统原理及应用》考研考试大纲答案.docx（68页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
《地理信息系统原理及应用》考研考试大纲答案
《地理信息系统原理及应用》考试大纲及答案
一、地理信息系统基础
1、掌握数据、信息、空间数据、地图、地理信息、地理信息系统基本概念
答：
1>数据：
是通过数字化并记录下来可以被识别的符号，用以定性或定量地描述事物的特征和状况。
它包括数字、文字、符号、图像和声音等。
2>信息：
是用数字、文字、符号、语言等介质来表示事件、现象等的内容、数量或特征，以便向人们提供关于现实世界新的事实和知识，作为生产、管理和决策的依据。
3>空间数据：
空间数据是指以不同的方式和来源获得的数据，如地图、各种专题图、图像、采样数据等，这些数据都具有能够确定空间位置的特点。
4>地图：
地图是按照一定的法则,有选择地以二维或多维形式与手段在平面或球面上表示地球（或其它星球）若干现象的图形或图像，它具有严格的数学基础、符号系统、文字注记，并能用地图概括原则，科学地反映出自然和社会经济现象的分布特征及其相互关系。
5>地理信息：
是地理数据所蕴含和表达的地理含义。
6>地理信息系统：
是对地理环境有关问题进行分析和研究的一门学科，它将地理环境的各种要素，包括它们的空间位置形状及分布特征和与之有关的社会、经济等专题信息以及这些信息之间的联系等进行获取、组织、存储、检索、分析，并在管理、规划与决策中应用。
2.掌握国内外地理信息系统发展过程及不同阶段的主要特点，
答：
国际GIS的发展状况
l 60年代，探索时期（GIS思想和技术方法的探索）。
当时，人们关注的主题“什么是GIS？
，GIS能干什么？
”；
l 70年代，巩固时期，（这时由于计算机技术及其在自然资源和环境数据处理的应用，促进GIS迅速发展）。
这期间，发展研究的重点是空间数据处理的算法，数据结构和数据库管理等方面；
l 80年代，实验阶段（也是GIS普遍发展和推广应用阶段）。
此时，人们把GIS与RS结合，解决全球性问题，如全球沙漠化，全球可居住地评价，核扩散问题等；
l 90年代，全面应用（产业化阶段）。
对GIS进一步研究，研究的内容集中在“空间信息分析的新模式和新方法，空间关系和数据模型，人工智能引入等方面；
l 现代，普及发展阶段。
随着信息网络化发展和深入，GIS与世界接轨,尤其在发展中国家得到重视和发展。
我国GIS的发展
我国GIS起步虽较晚，但发展较快，可分为以下几个阶段：
l 70年代，准备阶段：
一些知名人士GIS先驱看到GIS的广阔前景和GIS的重要性，进行极积呼吁，为GIS在我国的发展奠定了与论准备基础并做了一些可行性实验。
l 80年代，试验起步阶段:
这期间，我国在GIS理论探索，规范探讨，软件开发，系统建立等方面取得了突破和进展，进行了一些典型，试验专题试验软件开发工作。
l 90年代，我国GIS发展阶段：
我国改革开放以来，沿海，治江经济开发区的发展土地的有偿使用和外资的引进，急需GIS为之服务，这也推动GIS在我国的全面发展。
l 96年以来，是我国GIS产业化阶段：
l 近几年来，我国经济信息化的基础设施和重大信息工程已纳入国家计划，一批国家级和地方级的GIS相继建立并投入运行，一批专业遥感基地已建立，并进入了产业化运行，一批综合运用“3S”技术的重点项目已实施，并在自然灾害监测和图土资源调查中发挥效益，一批高等院校开设了与GIS相关的新专业，培养了一大批从事GIS研究与开发的高层次人才，具有我国自主版权的GIS基础软件的研制逐步进入了产业化轨道，等等这些都标志我国GIS产业已进入新的发展阶段。
3.了解地球信息科学及其与GIS的关系
答：
地球信息科学是研究地球信息的结构特征、性质与表达，地球圈层间信息传输机理及过程，地球信息传输的不确定性与预测性，地球信息流的动力学机制。
地球信息科学的提出是地理信息系统技术及其应用发展到一个相当水平后的必然要求，但作为一门新兴发展的分支学科，从学科的基本性质看，它由三部分组成：
地球信息机理是其理论研究的主体，地理信息是其研究手段，全球变化与区域可持续发展是其主要应用研究领域。
4.了解地理信息系统类型，掌握时态GIS等概念，掌握国内外几种主导地理地理信息系统软件
答：
1>地理信息系统类型：
2>时态GIS：
对多时态及时空数据库，以动态的方式来描述目标对象的时空过程。
时态GIS是建立在时态数据库、GIS、人工智能等基础上的一种综合型应用性技术，其研究对象是时空世界中遵循着诞生、成长、生存，直至死亡等自然规律的事物和现象的时空信息。
虽然时空GIS在理论和实践等环节的研究还不十分成熟，但它是未来GIS发展的一个必然趋势。
2>国内外几种主导地理信息系统软件：
国外的主要有：
ArcGIS、Arcinfo、Mapinfo。
国内的主要有：
MapGIS、SuperMap、Geostar。
5.了解地理信息系统与地图学、一般事务数据库、计算机地图制图、计算机辅助设计（CAD）、测绘学、地理学的关系
答：
（1）与地理学的关系：
在地理信息系统的相关学科中，地理学以地域为单元研究人类环境的结构、功能、演化以及人地关系，其研究领域涉及地理空间，这与地理信息系统的研究对象是一致的。
地理学作为地理信息系统的理论依托，为地理信息系统提供引导空间分析的方法和观点。
（2）与测绘学、地图学的关系：
测绘学及其分支学科，如地图学，不但为地理信息系统提供高精度的空间数据，而且其中的误差理论、地图投影理论、图形理论及其相关的算法等，可直接用于地理信息系统空间数据的处理。
（3）与计算机、数据库的关系：
地理信息系统也是地理空间数据与计算机相结合的产物，数据结构与数据库的原理为地理信息系统数据的组织、存储、检索和维护提供了信息模型和数据管理的方法论，使得各种形式的空间数据能够在计算机中表示。
计算机图形学原理是地理信息系统图形输出的理论依据。
（4）与CAD的关系：
GIS与CAD共同点
GIS与CAD不同点
l 都有空间坐标系统；
l 都能将目标和参考系联系起来；
l 都能描述图形数据的拓扑关系；
l 都能处理属性和空间数据
CAD研究对象为人造对象―规则几何图形及组合；
GIS处理的数据大多来自于现实世界，较之人造对象更复杂，数据量更大；数据采集的方式多样化；
图形功能特别是三维图形功能强，属性库功能相对较弱；
GIS的属性库结构复杂，功能强大；
CAD中的拓扑关系较为简单；
GIS强调对空间数据的分析，图形属性交互使用频繁；
一般采用几何坐标
GIS采用地理坐标系
6.掌握地理信息系统组成，包括硬件组成、软件组成。
答：
一、硬件组成：
数据处理设备与数据输入、输出设备连接构成地理信息系统的硬件环境。
数据处理设备是地理信息系统硬件的主体，作为系统硬件的核心，它包括从服务器到图形工作站、微机等各种形式计算机。
数据输入设备即数字化仪、扫描仪、数字测量设备等。
数据输出设备即绘图仪、打印机、高分辨率显示装置等。
二、软件组成：
地理信息系统的软件是整个系统的核心，用于执行地理信息系统功能的各种操作。
一个完整的地理信息系统需要包括很多种类的软件协同工作。
这些软件按照功能可以分为：
地理信息系统功能软件、基础支撑软件和操作系统等。
7.掌握地理信息系统主要功能，了解掌握地理信息系统主要应用领域。
答：
<一>地理信息系统主要功能：
数据的采集、管理、处理、分析和输出。
<二>地理信息系统的主要应用领域：
资源管理、区域规划、灾害监测、作战指挥、城市基础设施管理、宏观决策、社会调查与统计分析、交通运输、环境评估等。
二、空间数据结构
1.了解空间认知过程、理解空间认知三层模型
答：
<一>空间认知过程：
地理空间一般指上至大气电离层，下至地壳与地幔交界的莫霍面之间的空间区域。
地理空间定位框架就是大地测量控制系统，用以建立地球的几何模型来精确地测量地球上任意一点的坐标，包括平面位置和高度值。
<二>空间认知三层模型：
根据GIS数据组织和处理方式，目前地理空间认知模型大体上分为３类，即基于对象（objectbased）、基于网络（networkbased）和基于域（fieldbased）的认识模型。
基于对象的模型，对象也可能由其他对象构成复杂对象，并且与其他分离的对象保持特定的关系，如点、线、面之间的拓扑关系。
基于网络的模型基于网络（networkbased）的空间模型与基于对象的模型在某些方面相同，都是描述不连续的地理现象，不同之处在于它需要考虑通过路径相互连接多个地理现象之间的相交情况。
基于域的模型基于域（fieldbased）的空间模型把地理空间中的事物作为连续的变量或体来看待，例如，大气污染程度、地表温度、土壤温度以及大面积空气和水域的流速和方向。
2.理解面向对象空间实体模型的概念，掌握点、线、面体空间实体的特征。
答：
<一>面向对象空间实体模型：
地理空间的实体包括点、线、面、曲面和体等多种类型，如何以有效的形式表达它们，关系到计算机识别、存储、处理的可能性和有效性。
<二>
当对空间实体进行数据表达时，关键看如何表达空间的一点，因为点是构成地理空间实体的基本元素。
如果采用一个没有大小的点来表达基本点元素时，称为矢量表示法；如果采用一个有固定大小的点来表达基本元素时，称为栅格表示法。
点实体由一个栅格像元来表示；
线实体由一定方向上连接成串的相邻栅格像元表示；
面实体（区域）由具有相同属性的相邻栅格像元的块集合来表示
3.掌握栅格数据的基本概念、栅格数据层的概念
答：
栅格数据：
栅格数据是将空间分割成有规则的网格，在各个网格上给出相应的属性值来表示空间实体的一种数据组织形式。
栅格数据层：
在栅格数据结构中，物体的空间位置就用其在笛卡尔平面网格中的行号和列号坐标表示，物体的属性用象元的取值表示，每个象元在一个网格中只能取值一次，同一象元要表示多重属性的事物就要用多个笛卡尔平面网格，每个笛卡尔平面网格表示一种属性或同一属性的不同特征，这种平面称为层。
现实世界按专题内容的分层表示，第三层为植被，第二层为土壤，第一层为地形，中间是现实世界各专题层所对应的栅格数据层。
4.理解一维及二维栅格数据结构的表示方法
答：
<一>线是对一维线性的空间实体的抽象数据，如：
河流、道路等。
<二>面是对二维平面的空间实体的抽象数据，如：
湖泊、行政区等。
5.掌握栅格数据的组织方法和取值方法.
答：
栅格数据的组织方法：
栅格结构是用有限的网格逼近某个图形，因此用栅格数据表示的地表是不连续的，是近似离散的数据。
栅格单元的大小决定了在一个象元所覆盖的面积范围内地理数据的精度，网格单元越细栅格数据越精确，但如果太细则数据量太大。
尤其按某种规则在象元内提取的值，如对长度、面积等的度量，主成分值、均值的求算等，其精度由象元的大小直接决定。
由于栅格结构中每个代码明确地代表了实体的属性或属性值，点实体在栅格结构中表示为一个象元，线实体表示为具有方向性的若干连续相邻象元的集合，面实体由聚集在一起的相邻象元表示，这就决定了网格行列阵列易为计算机存储、操作、显示与维护，因此，这种结构易于实现，算法简单，易于扩充、修改，直观性强，特别是容易与遥感影像的联合处理。
栅格数据的取值方法：
在栅格文件中，每个栅格只能赋予一个唯一的属性值，所以属性个数的总数是栅格文件的行数乘以列数的积，而为了保证精度，栅格单元分得一般都很小，这样需要存储的数据量就相当大了。
通常一个栅格文件的栅格单元数以万计。
但许多栅格单元与相邻的栅格单元都具有相同的值，因此使用了各式各样的数据编码技术与压缩编码技术。
6.掌握链式编码、行程编码、块式编码、四叉树编码等栅格数据存储的压缩编码。
答：
<一>链式编码：
链式编码又称为弗里曼链码或边界链码，它用一个起点位置和一系列在8个基本方向上的单位矢量描述出线状地物和区域边界。
8个基本方向自0°开始按逆时针方向代码分别为0，1，2，3，4，5，6，7。
单位矢量的长度默认为一个栅格单元。
<二>行程编码：
行程编码也称游程长度编码，是一种无损压缩算法。
其基本思想是：
按行扫描，将相邻等值的像元合并，并记录代码的重复个数。
<三>块式编码：
将游程编码扩展到二维情况下，即采用方形区域作为记录单元，就是块码。
块码的记录内容包括行号、列号、半径和代码。
<四>四叉树编码：
四叉树将整个图像区域划分为四个大小相同的象限，而每个象限又可根据一定规则判断是否继续等分为次一层的四个象限。
逐步分解为被单一类型区域内含的方形区域，则不再继续划分，否则一直划分到单个栅格象元为止。
采用四叉树编码图像必须为2n×2n的栅格阵列，n为分割层数。
7.掌握矢量数据点、线和面实体的描述内容及坐标编码方法
答：
<一>
1.点的描述内容：
主要描述0维的空间实体的抽象数据，如测量用的三角点、电视塔等。
2.线的描述内容：
线是对1维线性的空间实体的抽象数据，如河流、道路等。
3.面的描述内容：
面是对2维平面的空间实体的抽象数据，如湖泊、行政区等。
<二>
坐标编码方法：
矢量数据结构是通过记录坐标的方式，用点、线、面等基本要素尽可能精确地来表示各种地理实体,点用空间坐标对表示，线用一串坐标对表示，面为由线形成的闭合多边形。
矢量数据表示的坐标空间是连续的，可以精确定义地理实体的任意位置、长度、面积等。
8.理解拓扑关系的概念，掌握拓扑数据结构编码方法。
答：
<一>拓扑关系：
指满足拓扑几何学原理的各空间数据间的相互关系。
即用结点、弧段和多边形所表示的实体之间的邻接关联和包含等关系。
<二>拓扑数据结构编码方法：
拓扑数据结构编码法包括DIME（对偶独立地图编码法）、POLYVRT（多边形转换器）、TIGER（地理编码和参照系统的拓扑集成）等。
要彻底解决邻域和岛状信息处理问题必须建立一个完整的拓扑关系结构，这种结构应包括以下内容：
唯一标识，多边形标识，外包多边形指针，邻接多边形指针，边界链接，范围（最大和最小x、y坐标值）。
采用拓扑结构编码可以较好地解决空间关系查询等问题，但增加了算法的复杂性和数据库的大小。
9.掌握矢量与栅格数据结构的比较。
答：
优点
缺点
矢量
1、便于面向现象（土壤类，土地利用单元等）
2、结构紧凑，冗余度低，便于描述线或边界。
3、利于网络、检索分析，提供有效的拓扑编码，对需要拓扑信息的操作更有效。
4、图形显示质量好，精度高。
1、数据结构复杂，各自定义，不便于数据标准化和规范化，数据交换困难。
2、多边形叠置分析困难，没有栅格有效，表达空间变化性能力差。
3、不能像数字图像那样做增强处理
4、软硬件技术要求高，显示与绘图成本较高。
栅格
1、结构简单，易于数据交换。
2、叠置分析和地理（能有效表达空间可变性）现象模拟较易。
3、利于与遥感数据的匹配应用和分析，便于图像处理。
4、输出快速，成本低廉。
1、现象识别效果不如矢量方法，难以表达拓扑。
2、图形数据量大，数据结构不严密不紧凑，需用压缩技术解决该问题。
3、投影转换困难。
4、图形质量转低，图形输出不美观，线条有锯齿，需用增加栅格数量来克服，但会增加数据文件。
10.了解三维矢量模型及结构、三维体元模型及结构、三维混合数据模型及结构
答：
<一>三维矢量模型及其几何要素对象的构建可以分为两个对应的层面:
顶点构建和拓扑构建。
各种几何要素对象以各种拓扑、非拓扑方式构建并通过特定有效的数据组织结构相互协调在一起构成了能够在宏观层次上对现实世界进行表达、分析和操作的三维矢量模型。
<二>体元的基本几何要素可以分为点、弧段、特征连接线、体元剖面多边形和体元面5种对象类。
三维体元模型以任意形态的三维体元来划分地质体，体元不仅表示一个形体，而且也表示封闭的体积以及形体中的地质属性特征。
其缺点是缺乏实体之间、体元之间以及体元几何要素之间拓扑关系的表达，相邻边界需要重复数字化，空间查询和分析功能很弱，而且操作繁琐。
<三>目前在三维GIS中,可以将三维数据模型分为两类,即基于面表示的数据模型和基于体表示的数据模型。
基于面表示的数据模型主要用来表达空间对象的边界。
基于体表示的数据模型用体信息代替面信息来描述空间对象,它将三维空间物体抽象为一系列邻接但不交叉的三维体元的集合。
在地学领域内常用的实体模型包括块段模型、四面体格网模型和八叉树模型等。
三、GIS的地理数学基础
1、了解地球椭球体基本特征，掌握地理坐标、大地坐标、高程系、大地控制网基本概念
答：
<一>地球椭球体的基本特征：
地球椭球体是一个极半径略短、赤道半径略长，北极略突出、南极略扁平，夸大10000倍后就近于梨形的一个球体。
<二>
1.地理坐标：
将地球视为球体时，按经、纬线划分的坐标格网。
用以表示地球表面某一点位的经度和纬度。
2.大地坐标：
大地坐标系中的坐标分量，即大地经度、大地纬度、大地高。
大地测量中以参考椭球面为基准面的坐标。
地面点P的位置用大地经度L、大地纬度B和大地高H表示。
3.高程系：
由高程基准面起算的地面点的高度称为高程。
一般地，一个国家只采用一个平均海水面作为统一的高程基准面，由此高程基准面建立的高程系统称为国家高程系，否则称为地方高程系。
4.大地控制网：
大地控制网简称“大地网”，是水平控制网与高程控制网的总称。
2.掌握地图投影的基本概念，学会地图投影的变形
答：
<一>地图投影：
地图投影就是依据一定的数学法则，将不可展开的地表曲面映射到平面上或可展开成平面的曲面上，最终在地表面点和平面点之间建立一一对应的关系。
X=f1（λ,φ）
Y=f2（λ,φ）
<二>地图投影的变形：
变形存在于每一个具体的投影方法中。
主要的三种变形为：
角度变形、面积变形和长度变形。
3.掌握地图投影的分类，重点掌握正轴等角圆锥投影、高斯-克吕格投影、
答：
<一>地图投影的分类：
1.按照变形的性质一般把地图投影分成三类：
等角投影、等面积投影和任意投影。
2.按投影面与地球的相对位置关系分为：
正轴投影、斜轴投影和横轴投影等。
3.按投影面的形状分为：
圆锥投影、圆柱投影和方位投影等。
4.按投影面和地球的空间逻辑关系可以分为：
相切和相割两类投影。
<二>
1.正轴等角圆锥投影：
正轴等角圆锥投影又称“兰勃特正形圆锥投影”、“兰勃特第二投影”，由德国数学家兰勃特（J.H.Lambert）拟出，故名。
设圆锥投影面与地球相切于一条纬线或相割于两条纬线上，按等角条件将经纬线网投影到圆锥面上，沿一母线展平。
经线投影后为辐射直线，纬线为同心圆圆孤，经线间的间隔与经差成正比，经线交于极点。
常用双标准纬线等角圆锥投影编制中国大陆全图、省（区）图和外国中小比例尺地图，以及国际用于编绘1∶100万地形图和航空图等。
2.高斯-克吕格投影：
由高斯拟定的，后经克吕格补充、完善，即等角横切椭圆柱投影。
设想一个椭圆柱横切于地球椭球某一经线（称“中央经线”），根据等角条件，用解析法将中央经线两侧一定经差范围内地球椭球体面上的经纬网投影到椭圆柱面上，并将此椭圆柱面展为平面所得到的一种等角投影。
4.掌握地图投影与GIS的关系、学会如何在GIS中进行地图投影的配置与设计。
答：
<一>地图投影与GIS的关系：
GIS以地图方式显示地理信息。
地图是平面，而地理信息则是在地球椭球上，因此地图投影在GIS中不可缺少。
GIS数据库中地理数据以地理坐标存储时，则以地图为数据源的空间数据必须通过投影变换转换成地理坐标；而输出或显示时，则要将地理坐标表示的空间数据通过投影变换变换成指定投影的平面坐标。
GIS中，地理数据的显示可根据用户的需要而指定投影方式，但当所显示的地图与国家基本地图系列的比例尺一致时，一般采用国家基本系列地图所用的投影。
<二>GIS中地图投影的配置与设计：
地图投影选择的主要依据是目标区域的地理位置、轮廓形状、地图用途。
世界地图常采用正圆柱、伪圆柱和多圆锥三种类型。
大洲图和大的国家图投影选择必须考虑轮廓形状和地理位置。
圆形地区一般采用方位投影；制图区域东西向延伸又在中纬度地区时，一般采用正轴圆锥投影。
按照用途，行政区划图、人口密度图、经济地图一般要求面积正确，因此选用等积投影；航海图、天气图、地形图，要求有正确的方向，一般采用等角投影；对各种变形要求都不大的，可选用任意投影。
数字化一幅已知投影名称的地图，因为数字化过程只是对原图以数字的形式“复制”，因而自然保留了原有的坐标系，只是坐标系与原图相比发生了旋转、平移和缩放。
通过编辑Tic点坐标，将这些点的坐标按照原图进行投影，再利用Transform即可将其原有的投影坐标系完全恢复。
5.掌握地图投影的转换方法，学会如何应用GIS软件完成地图投影的转换
答：
<一>地图投影的转换方法：
地图投影的转换方法有多种，即：
反解变换法、正解变换法、综合变换法、数值变换法和数值-解析变换法。
因为矢量数据以离散点坐标的形式存储的，对其进行多次投影变换运算不会改变数据的精度，所以对于矢量数据的GIS来说，第一种方法最简单也最实用。
但对栅格结构数据来讲，图像每投影转换一次，都得对其重新采样，因而要损失部分信息。
投影之间坐标的差异越大，信息损失越严重。
因此遥感图像的纠正一般不转换为地理坐标，而是直接用第四种方法进行多项式拟合运算。
Arc/Info中一般采用反解变换法，首先使用Project将一种投影坐标投影为地理坐标，然后再对地理坐标进行新的投影。
例1从Albers投影转换到Transvers投影
例2不同投影带之间投影转换
上面将两个不同投影带（3度分带）的高斯－克吕格投影图分别投影为地理坐标，实现了无缝拼接，然后再将拼合在一起的图投影为6度分带的高斯－克吕格投影。
四、地理信息系统数据输入
1.掌握GIS主要数据来源。
答：
GIS的数据源，是指建立的地理数据库所需的各种数据的来源，主要包括地图、遥感图像、文本资料、统计资料、实测数据、多媒体数据、已有系统的数据等。
点――居民点、采样点、高程点、控制点等。
线――河流、道路、构造线等。
面――湖泊、海洋、植被等。
注记――地名注记、高程注记等。
地图地理信息系统脱胎于地图，并在机助制图基础上发展起来。
地图是地理信息系统中主要的空间数据来源。
②遥感数据 遥感数据是GIS的重要数据源。
遥感数据含有丰富的资源与环境信息，在GIS支持下，可以与地质、地球物理、地球化学、地球生物、军事应用等方面的信息进行信息复合和综合分析。
遥感数据是一种大面积的、动态的、近实时的数据源，遥感技术是GIS数据更新的重要手段。
③文本资料 文本资料是指各行业、各部门的有关法律文档、行业规范、技术标准、条文条例等，如边界条约等。
这些也属于GIS的数据。
④统计资料 国家和军队的许多部门和机构都拥有不同领域（如人口、基础设施建设、兵要地志等）的大量统计资料，这些都是GIS的数据源，尤其是GIS属性数据的重要来源。
⑤实测数据 野外试验、实地测量等获取的数据可以通过转换直接进入GIS的地理数据库，以便于进行实时的分析和进一步的应用。
GPS（全球定位系统）所获取的数据也是GIS的重要数据源。
⑥多媒体数据 多媒体数据（包括声音、录像等）通常可通过通讯口传入GIS的地理数据库中，目前其主要功能是辅助GIS的分析和查询。
⑦已有系统的数据 GIS还可以从其它已建成的信息系统和数据库
升级会员 