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      1. 福師大地理信息系統課后答案 - 下載本文

        第1章 GIS概述

        1.什么是數據和信息?它們有何聯系和區別? 定義:

        數據是指某一目標定性、定量描述的原始資料,包括數字、文字、符號、圖形、圖像以及它們能夠轉換成的數據等形式。信息是向人們或機器提供關于現實世界新的事實的知識,是數據、消息中所包含的意義。 聯系和區別:

        信息與數據是不可分離的。信息由與物理介質有關的數據表達,數據中所包含的意義就是信息。信息是對數據解釋、運用與解算,數據即使是經過處理以后的數據,只有經過解釋才有意義,才成為信息;就本質而言,數據是客觀對象的表示,而信息則是數據內涵的意義,只有數據對實體行為產生影響時才成為信息。 數據是記錄下來的某種可以識別的符號,具有多種多樣的形式,也可以加以轉換,但其中包含的信息內容不會改變。即不隨載體的物理設備形式的改變而改變。

        信息可以離開信息系統而獨立存在,也可以離開信息系統的各個組成和階段而獨立存在;而數據的格式往往與計算機系統有關,并隨載荷它的物理設備的形式而改變。 數據是原始事實,而信息是數據處理的結果。

        不同知識、經驗的人,對于同一數據的理解,可得到不同信息。

        2.什么是地理信息系統(GIS)?與地圖數據庫有什么異同?與地理信息的關系是什么? GIS定義:

        GIS是一個發展的概念。不同領域、不同專業對GIS的理解不同,目前沒有完全統一的被普遍接受的定義。

        定義①:是對地理環境有關問題進行分析和研究的一門學科,它將地理環境的各種要素,包括它們的空間位置形狀及分布特征和與之有關的社會、經濟等專題信息以及這些信息之間的聯系等進行獲取、組織、存儲、檢索、分析,并在管理、規劃與決策中應用。

        定義②:是在計算機軟硬件支持下,以采集、存儲、管理、檢索、分析和描述空間物體的定位分布及與之相關的屬性數據,并回答用戶問題為主要任務的計算機系統。

        定義③:是為了獲取、存儲、檢索、分析和顯示空間定位數據而建立的計算機化的數據庫管理系統。 定義④:地理信息系統是一種決策支持系統。它的定義由兩方面組成,一方面,地理信息系統是一門學科,是描述、存儲、分析和輸出空間信息的理論和方法的一門新興交叉學科;另一方面,地理信息系統是一個技術系統,是以空間數據庫為基礎,采用地理模型分析方法,適時提供多種空間和動態的地理信息,為地理研究和地理決策服務的計算機技術系統。

        定義⑤:目前有人認為“GIS”從原來強調空間信息技術系統(SYSTEM),發展到地球信息科學體系形成(SCIENCE),現在已強調空間信息服務(SERVICE)。 GIS與地圖數據庫的異同:

        地圖數據庫有比例尺概念,GIS是為某一特定比例尺建立的一個地圖成品倉庫,它可由GIS管理,其中的地圖具有圖形表現屬性,一般數據庫不需具備這些屬性;它是GIS的下游產品,它的更新依賴于GIS,它提供的信息是GIS向人們提供服務的中間產品;GIS是在地理信息的基礎上對真實世界進行數量化處理分析,但地圖數據庫存在的地理要素經人為修改,不完全是真實地理的反映;

        GIS與地理信息的關系:

        GIS操作對象是空間數據,表達內容是與時空有關的地理信息。地理信息是指與研究對象的空間地理分布有關的信息。它表示地理系統諸要素的數量、質量、分布特征,相互聯系和變化規律的圖、文、聲、像等的總稱。地理信息具有地域性、多維結構性、時序性等特征。

        3.地理信息系統由哪些部分組成?試簡述。

        從計算機系統的角度來看,GIS是由軟件、硬件、數據和用戶組成。

        軟件(支持數據采集、存儲、加工、回答用戶問題的計算機程序系統,是系統的核心,按其功能分為GIS專業軟件,數據庫軟件和系統管理軟件等 。

        硬件(各種設備-物質基礎,用以存儲、處理、傳輸和顯示地理信息或空間數據,主要包括:GIS主機,GIS外部設備,GIS網絡設備等)。數據(系統分析與處理的對象、構成系統的應用基礎,它具體描述實體的空間特征、屬性特征和時間特征)。用戶(GIS服務的對象,分為一般用戶和從事建立、維護、管理和更新的高級用戶)。

        也有人認為GIS是由硬件、軟件、數據、應用模型、開發者和一般用戶組成。

        信息系統是具有數據采集、管理、分析和表達數據能力的系統,它能夠為單一的或有組織的決策過程提供有用信息。

        4.GIS與其它信息系統(如:MIS、AutoCAD、CAM等)的主要區別有哪些? GIS與一般MIS比較:

        GIS離不開數據庫技術。數據庫中的一些基本技術,如數據模型、數據存儲、數據檢索等都是GIS廣泛使用的核心技術。但GIS是對空間數據和屬性數據共同管理、分析和應用,而一般MIS(數據庫系統)側重于非圖形數據(屬性數據)的優化存儲與查詢,即使存儲了圖形,也是以文件的形式存儲,不能對空間數據進行查詢、檢索、分析,沒有拓撲關系,其圖形顯示功能也很有限。 GIS與CAD和CAM比較:

        管理圖形數據和非空間屬性數據的系統不一定是GIS,如CAD或AutoCAD,CAM(Computer Aided Map計算機地圖系統\\計算機輔助制圖)見表1和表2.

        GIS與CAD共同點 GIS與CAD不同點 CAD研究對象為人造對象—規則幾GIS處理的數據大多來自于現實世何圖形及組合; 界,較之人造對象更復雜,數據量更大;數據采集的方式多樣化; 都有空間坐標系統; 圖形功能特別是三維圖形功能強,GIS的屬性庫結構復雜,功能強都能將目標和參考系聯系屬性庫功能相對較弱; 大; 起來; GIS強調對空間數據的分析,圖形都能描述圖形數據的拓撲CAD中的拓撲關系較為簡單; 屬性交互使用頻繁; 關系; GIS采用地理坐標系 都能處理屬性和空間數據 一般采用幾何坐標 1. 2. 3. 4. 表2

        GIS與CAM共同點 GIS與CAM不同點 CAM側重于數據查詢、分類及自動CAM是GIS的重要組成部分 符號化,具有地圖輔助設計和產生高質量矢量地圖的輸出機制; 都有地圖輸出、空間查詢、分析和CAM強調數據顯示而不是數據分GIS綜合圖形和屬性數據進行深層檢索功能 析,地理數據往往缺乏拓撲關系; 次的空間分析,提供輔助決策信息。 CAM與數據庫的聯系通常是一些簡 單的查詢。

        5.地理信息系統的基本功能有哪些?其中核心功能是什么?簡述在哪些領域應用比較成功。

        地理信息系統基本功能概述:數據采集、監測與編輯;數據處理與變換(矢柵轉換、制圖綜合);數據存儲與組織(矢量和柵格模型);空間查詢與分析(空間檢索、空間拓撲、疊加分析、緩沖分析、網絡分析等);圖形交互與顯示(各種成果表現方式)。其中GIS空間分析是GIS的核心功能。

        根據社會和用戶的需求,GIS是依托基本功能利用空間分析技術模型分析技術,網絡技術,數據庫和數據集成技術二次開發環境等,演繹出眾多的GIS應用系統。如基于GIS的城市規劃系統、資源環境信息系統、交通管理智能信息系統、區域災害評估管理信息系統等。

        6.GIS在幾個不同發展階段的標志性技術是什么,它們的出現如何促進GIS的發展?

        GIS起源于人口普查,土地調查和自動制圖,1960年,加拿大測量學家R.F.Tomlinson 提出了把地圖變成數字形式的地圖,1963年,又提出GIS這一術語,并建立了第一個GIS——加拿大GIS,隨后GIS在全世界迅速發展起來。

        國際GIS的發展狀況:可分為以下幾個階段:(1)60年代,探索時期(GIS思想和技術方法的探索)。當時,人們關注的主題“什么是GIS?,GIS能干什么?”; (2)70年代,鞏固時期,(這時由于計算機技術及其在自然資源和環境數據處理的應用,促進GIS迅速發展)。這期間,發展研究的重點是空間數據處理的算法,數據結構和數據庫管理等方面; (3)80年代,實驗階段(也是GIS普遍發展和推廣應用階段)。此時,人們把GIS與RS結合,解決全球性問題,如全球沙漠化,全球可居住地評價,核擴散問題等; (4)90年代,全面應用(產業化階段)。對GIS進一步研究,研究的內容集中在“空間信息分析的新模式和新方法,空間關系和數據模型,人工智能引入等方面; (5)現代,普及發展階段。隨著信息網絡化發展和深入,GIS與世界接軌,尤其在發展中國家得到重視和發展。

        我國GIS的發展狀況:我國GIS起步雖較晚,但發展較快,可分為以下幾個階段:(1)70年代,準備階段:一些知名人士GIS先驅看到GIS的廣闊前景和GIS的重要性,進行極積呼吁,為GIS在我國的發展奠定了輿論準備基礎并做了一些可行性實驗。(2)80年代,試驗起步階段: 這期間,我國在GIS理論探索,規范探討,軟件開發,系統建立等方面取得了突破和進展,進行了一些典型,試驗專題試驗軟件開發

        工作。(3)90年代,我國GIS發展階段:我國改革開放以來,沿海,沿江經濟開發區的發展土地的有償使用和外資的引進,急需GIS為之服務,這也推動GIS在我國的全面發展。(4)96年以來,是我國GIS產業化階段:近幾年來,我國經濟信息化的基礎設施和重大信息工程已納入國家計劃,一批國家級和地方級的GIS相繼建立并投入運行,一批專業遙感基地已建立,并進入了產業化運行,一批綜合運用“3S”技術的重點項目已實施,并在自然災害監測和圖土資源調查中發揮效益,一批高等院校開設了與GIS相關的新專業,培養了一大批從事GIS研究與開發的高層次人才,具有我國自主版權的GIS基礎軟件的研制逐步進入了產業化軌道,等等這些都標志我國GIS產業已進入新的發展階段。

        第2章 GIS的地理基礎

        1.何謂地理實體?主要類型有哪些?

        GIS的研究對象就是地理實體,即指自然現象和社會經濟要素中不能再分割的單元。

        地理實體類別及實體內容的確定是從具體需要出發的,具有很強的尺度特征。例如,在全國地圖上由于比例尺很小,福州就是一個點,這個點不能再分割,可以把福州定為一個空間實體,而在大比例尺的福州市地圖上,福州的許多房屋、街道都要表達出來,所以福州必須再分割,不能作為一個空間實體,應將房屋、街道等作為研究的地理實體,由此可見,GIS中的地理實體是一個概括、復雜、相對的概念,一般有點、線、面和體之分。地理實體以什么形式存儲和處理反映了實體的三個特征。

        (1)屬性特征:對空間實體的屬性定義和說明信息。表示專題屬性(名稱、分類、數量等); (2)空間特征:對空間實體的分布位置、幾何特征和空間關系的定義。表示現象的空間位置或現在所處的地理位置。包括定位數據和拓撲數據;

        (3)時間特征:空間實體的時間尺度。指現象或物體隨時間的變化。其變化的周期有超短期的,短期的,中期的,長期的。

        2.簡述地理數據與地理實體間的關系。

        地理數據是各種地理特征和現象間關系的符號化表示,是一種較復雜的數據類型,涉及到空間特征、屬性特征及它們之間關系的描述,人們常把地理數據稱為空間數據,即指表征地理圈或地理環境固有要素或物質的數量、質量、分布特征、聯系和規律的數字、文字、圖像和圖形等的總稱。

        地理實體以什么形式存儲和處理反映了實體空間、屬性和時間三個特征,也是地理空間分析的三大基本要素。其中空間特征包括地理位置和空間關系,定位數據描述地物所在位置,這種位置既可以根據大地參照系定義,如大地經緯度坐標,也可以定義為地物間的相對位置關系,如空間上的距離、鄰接、重疊、包含等;屬性特征又稱為非空間特征,是屬于一定地物、描述其特征的定性或定量指標(包括名稱、等級、類別等),即描述了信息的非空間組成部分,包括語義與統計數據等;時間特征是指地理數據采集或地理現象發生的時刻或時段,反映時序變化等,時間數據對環境模擬分析非常重要,受到GIS學術界的重視。根據所描述的內容,地理數據又可分為幾何數據(空間數據、圖形數據)、關系數據(實體間的鄰接、關聯、包含等相互關系)、屬性數據(各種屬性特征和時間)、面向對象數據、元數據等。

        在地圖中描述地理實體或地理數據的位置可用地理坐標,在GIS中,位置除了用坐標表示外,還以拓撲特性來描述面狀或線狀地理數據的相對位置關系。

        在地圖中地理實體的屬性通常以地圖符號的形狀、顏色和大小表示。在GIS中,它們則以代碼、文字或數

        字表示。屬性數據可劃分為兩大類,即定量數據和定性數據。定量數據反映地理實體的數量特征,如:氣溫、降水量、人口數、糧食產量等;定性數據則反映地理實體的質量特征,如:農作物的種類、土壤質地、地名等。

        依據空間數據來源的不同,地理數據可分為:地圖數據、地形數據、屬性數據、元數據、影像數據等;用于描述空間要素的空間位置,地理數據或實體都有可分為離散或連續的;依據表示對象的不同,地理數據或實體都可分為:點,線,面、體。

        從地理實體到地理數據、從地理數據到地理信息的發展,反映了人類認識的一個巨大飛躍。

        3.如何用地理實體表達現實世界?

        在GIS中,地理數據是以圖層(Map Layer 或Coverage)為單位進行組織和存儲的。一幅圖層表示一種類型的地理實體,它包含了以一定的柵格或矢量數據結構組織的有關同一地區、同一類型地理實體的定位和屬性數據,這些數據相互關聯,存儲在一起形成一個獨立的數據集(Dataset)。由于一幅圖層反映某一特定的主題,因此,它又稱為專題數據層(Thematic Data Layer)。

        圖層表示法就是以圖層為結構表示和存儲綜合反映某一地區的自然、人文現象的地理分布特征和過程的地理數據,這種方法實際上源自傳統的專題地圖表示法。專題地圖主要用于反映某一主題地理現象的分布特征,一個地區的自然和人文地理綜合特征是通過使用一系列的專題地圖來表示的。存儲在GIS中的每一幅圖層可看作是一幅反映單一主題現象的專題地圖,但是,一個圖層只能用于描述單一地理實體(點、線或面)。

        4.如何描述地球的形狀?

        地球在宇宙中是不停地運動著。精度要求,人們對地球形狀可描述為球體、或橢球體、或不規則的橢球體、或具有高低起伏的扁球體(詳見《地理信息系統導論》P49-51中的圖2.13至2.15)。 關于地球橢球體參數詳見《地理信息系統導論》P50中的表2.3。

        5.地理空間數據的描述有哪些坐標系?相互的關系是什么?

        與地理空間數據有關的坐標系統主要有地理坐標和投影坐標。前者屬于球面坐標系統,后者則為平面坐標系統。將地表曲面轉換成平面,從一種坐標系轉換到另一種坐標系,可用地圖投影方法實現。

        6.地球表面、大地水準面及地球橢球體面之間的關系是什么?

        地球表面、大地水準面及地球橢球體面是不同精度的地球形狀表達。它們之間的關系詳見《地理信息系統導論》P49中的圖2.14。

        7.如何進行不同基準下的高程的轉換?

        如果考慮高度,對應于每一個空間點位置,可以用大地坐標系的形式表示,即(φ,λ,h),也可用空間大地直角坐標系表達,即(x,y,z)表示。目前國內常見高程系有黃海高程系(高程基準面以黃海平均海面為準)和地方高程系(如福建有羅星塔平均海平面作為基準)。高程可用海拔(m)表示。如:1985國家高程基準,即指以青島水準原點和青島驗潮站1952年到1979年的驗潮數據確定的黃海平均海水面所定義。

        規定平均海平面海拔為0,高于平均海平面為正,低于平均海平面的為負。





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