1.2 课后习题详解

1. 什么是地理信息系统(GIS)?它与一般的计算机应用系统有哪些异同点?

答:(1)地理信息系统

地理信息系统是由计算机硬件、软件和不同的方法组成的系统，该系统设计支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题。

(2)与一般计算机应用系统的异同点

地理信息系统隶属于信息系统，属于空间信息系统。它与非空间信息系统(如管理信息系统)的主要区别在于它能够处理空间定位数据，并且其存储和处理的信息是经过地理编码的。具体如下:

①GIS与机助制图系统

机助制图是地理信息系统的主要技术基础，它涉及GIS据表示、处理、可视化甚至空间数据的管理。地理信息系统和数字制图系统的主要区别在于空间分析方面。一个功能完善的地理信息系统可以包含数字制图系统的所有功能，此外它还应具有丰富的空间分析功能。

②GIS与DBMS(数据库管理系统)

GIS除需要功能强大的空间数据的管理功能之外，还需要具有图形数据的采集、空间数据的可视化和空间分析等功能。因此，GIS在硬件和软件方面均比一般事务数据库更加复杂，在功能上也比后者要多得多。

③GIS与CAD系统二者虽然都有参考系统，都能描述图形，但CAD系统只处理规则的几何图形、属性库功能弱，更缺乏分析和判断能力。

④GIS 与遥感图像处理的系统

遥感图像处理的系统是专门用于对遥感图像数据处理进行分析处理的软件。它主要强调对遥感栅格数据的几何处理、灰度处理和专题信息提取。这种系统一般缺少实体的空间关系描述，难以进行某一实体的属性查询和空间关系查询以及网络分析等功能。

2.地理信息系统有哪几个主要部分组成?它的基本功能有哪些?试举目前广泛应用的两个基础地理信息系统软件为例，列出它们的功能分类表，并比较其异同点。

答:(1)系统组成

地理信息系统，一般包括系统硬件、系统软件、空间数据、应用人员和应用模型。

①系统硬件

用以存储、处理、传输和显示空间数据和地理信息系统。

②系统软件

用于执行GIS功能的各种操作。

③空间数据

它具体描述地理实体的属性特征、空间特征。

④应用人员

包括开发人员和最终用户。

⑤应用模型

应用模型是GIS生命力的重要保证。

(2)系统功能

①数据采集与编辑功能

包括图形数据采集与编辑和属性数据编辑与分析。

②数据的存储和管理功能

地理信息数据库管理系统是数据存储和管理的高新技术，包括数据库定义、数据库的建立与维护、数据库操作、通讯功能等。

③数据处理和变换

包括数据变换、数据重构、数据抽取。

④空间查询与空间分析功能

包括拓扑空间查询、缓冲区分析、叠置分析、空间集合分析、地学分析、数字高程模型的建立、地形分析等。

⑤二次开发和编程功能

用户可以在自己的编程环境中调用GIS的命令和函数，或者GIS 系统将某些功能做成专门的控件供用户开发使用。

⑥应用功能

包括资源管理、区域规划、国土监测和辅助决策等。

(1) 基础 GIS 软件

①功能分类表

a.ArcGIS

ArcGIS 包括ArcReader、ArcView、ArcEditor 及ArcInfo四个产品。ArcReader用来浏览、查询PMF数据文件;ArcView提供了全面的制图、数据使用、分析以及简单的数据编辑和空间处理工具;ArcEditor除了包括了 ArcView中的所有功能之外，还包括了对Shapefile和Geodatabase的高级编辑工能，此外ArcEditor还具有管理存储在Microsoft SOLServer Express 中 ArcSDE Geodatahase的能力:Arcnfo是一个全功能的旗舰式GIS卓而产品，扩充了AreView和ArcEditor的高级空间处理功能，还包括传统的 Arclnfo Workstation 应用程序。

b.GeoMedia

GeoMedia空间数据库技术，便于建立地理空间目标的自动综合，实现多进程、多线程、内存缓冲、快速索引、数据的完整性、一致性、分布性、并发控制、安全与恢复等特性:内嵌关系数据库引警，用户建立的 GIS数据库与其它系统可以进行实现真正的数据共享和交流:GeoMedia实现了多源数据的无缝集成，可以将多个GIS 数据源的数据直接读取。

3. 试说明地理信息系统的基本分析功能与应用模型之间的区别和联系是什么?

答:(1)GIS 的基本分析功能

①叠合分析

叠合分析通过将同一地区若干个不同数据层相叠合，不仅建立新的空间数据，而且能将输入的属性数据予以合并。

②缓冲区分析

缓冲区分析是在点、线或面等不同实体周围建立一定宽度的缓冲多边形，以确定不同地理要素的空间邻近性或其影响范围。

③数字地形分析

数字地形是地理信息系统中地形起伏的数字化表达和存储形式，其中，数字高程模型是常见的一种数字地形。

(2)分析功能与应用模型的区别和联系①联系

地理信息系统分析功能是基于现有数据按照一定规律或者参数进行计算得出的结构，这些规律和参数可以构成一个应用模型，比如降雨量计算模型和风力强度计算模型等。

②区别

应用模型很多是专业领域的模型，其表现可以是参数表格也可以是图标或计算公式，不利干地理信息这种要与地理坐标想联系，并目需要特殊的可视化效果的信息分析与表达。因此，要构建适合干地理信息分析和表达的应用模型就要把如气象农业等行业应用模型转变或者结合地理信息做成与空间信息相连接的模型应用于分析。

4.根据你的了解，阐述地理信息系统的相关学科及关联技术，并就地理信息系统基础理论的建立和发展问题，发表你的意见和观点。

答:(1)与其他相关学科系统间的关系

①GIS 与地图学

GIS是以地图数据库(主要来自地图)为基础，其最终产品之一也是地图，因此它与地图有着极密切的关系。 GIS 是地图学理论、方法与功能的延伸，它们都是空间信息处理的学科，地图学强调图形信息传输，而GIS 则强调空间数据处理与分析，地图学与GIS之间的联系是通过地图可视化工具与他们的潜力来增强GIS的数据综合和分析能力。

②GIS与一般事务数据库

GIS离不开数据库技术。数据库技术主要通过属性来管理和检索，但一般没有空间概念，能够处理空间数据。

③GIS与计算机地图制图

计算机地图制图技术的发展对GIS的产生起了促进作用，又反过来为地图GIS制图提供了现代化的先进技术手段。数字地图是GIS 的数据源，也是GIS的表达形式，计算机地图制图是GIS的重要组成部分。

④GIS与计算机辅助制图(CAD)

GIS处理的多为自然目标，CAD处理的多为规则几何图形及其组合。GIS的属性库内容结构复杂，功能强大，图形属性的相互作用十分频繁，且多具有专业化特征。

(2)对GIS发展的观点

GIS技术的发展不是孤立进行的，而是在与其他相关学科相万联系的过程中实现的，所以，未来GIS的发展，离不开相关学科的理论支持，地理信息系统已经发展为一门综合的学科，只有在与相关学科的相互借鉴中才能继续深入发展。

5.地理信息系统可应用于哪些领域?根据你的了解论述地理信息系统的应用和发展前景。答:(1)地理信息系统的应用领域

地理信息系统广泛应用于资源调查、环境评估、灾害预测、国土管理、城市规划、邮电通讯、交通运输、军事公安、水利电力、公共设施管理、农林牧业、统计、商业金融等几乎所有领域。

①资源管理

主要应用于农业和林业领域，解决农业和林业领域各种资源(如土地、森林、草场)分布、分级、统计、制图等问题。

②资源配置

GIS在这类应用中的目标是保证资源的最合理配置和发挥最大效益。

③城市规划和管理

空间规划是GIS的一个重要应用领域，城市规划和管理是其中的主要内容。

④土地信息系统和地籍管理

十地和地籍管理涉及十地使用性质变化、地块轮变化、地籍权属关系变化等许多内容，借助GIS技术可以高效、高质量地完成这些工作。

⑤生态、环境管理与模拟

区域生态规划、环境现状评价、环境影响评价、污染物削减分配的决策支持、环境与区域可持续发展的决策支持、环保设施的管理、环境规划等。

⑥应急响应

解决在发生洪水、战争、核事故等重大自然或人为灾害时，如何安排最佳的人员撤离路线、并配备相应的运输和保障设施的问题。

⑦商业与市场

商业设施的建立要充分考虑其市场潜力，地理信息系统的空间分析和数据库功能可以解决这些问题。房地产开发和销售过程中也可以利用GIS 功能进行决策和分析。

(2)地理信息系统的发展前景

随着地理信息科学的发展，地理信息系统的应用领域将不断扩展，横向和纵向协调发展，GIS 的空间分析能力将大大提高。

6.你对地理信息系统社会化的发展趋势是怎么理解的?

答:地理信息系统的社会化是指 GIS技术用已经深入到社会公共生活的领域，与人们生活密切相关。大众化是社会化的主要方面，它是指GIS技术已经融入到人们的日常生活中，改变着人们的生活。利用 GIS 可以把空间信息按坐标组织起来，讲而分析其空间分布规律，进行决策支持，数字地球是GIS会化的占。公众在日常生活中使用着地理信息系统，如汽车导航，旅游等。GIS应用和其他应用紧密结合在一起，已经成为人们日常生活不可缺少的一部分。从应用角度来看，GIS的会化意味着每个人都可以方便的使用其功能。从应用开发角度看，GIS 社会化的标志是GIS 产业的形成和分化，形成专门的数据生产厂商。

7.理信息系统的个要发展，它们的标志性进展及其对地理信息系统发展的影响。

答:(1)地理信息系统开拓期萌芽

二十世纪60年代计算机广泛应用，1963年RogerTomlinson开创了世界上第一个地理信息系统即加拿大地理信息系统(CGIS)，Tomlinson被誉为地理信息系统之父。

(2)地理信息系统的巩固和发展期

二十世纪70年代，计算机发展到第三代，推出了大容量直接存取设备-磁盘，而且通过计算机屏幕直接监视数字化操作，ESRI公司开发了著名的ArcInfo软件，这一个阶段还先后召开了一系列地理信息的国际学术讨论会。

(3)地理信息系统技术的大发展时期

二十世纪80年代，由于第四代计算机推出，促进了地理信息系统技术提高，先后开发出了ArcInfoGenqmp Microstation、System9等地理信息系统基础软件，1987年美国成立了国家地理信息与分析中心(NCGIA)，地理信息系统开始用于解决全球化问题。

(4)地理信息系统普及时代

一十世纪90年代，地理信息系统被认为一种通用的地理信息技术工具被广泛应用，美国前副总统提出了“数字地球”这一概念。

(5)地理信息系统社会服务阶段

二十一世纪，地理信息系统正在走进千家万户，地理信息系统与英特网结合实现了人类社会巨大资源共享，网络 GIS，移动 GIS 逐渐普及。

8.给出“Geomatics”一词的定义。如何理解“Geo”和“matics”的含义?“Geomatics”的出现有什么意义?

答:(1)Geomatics的定义

Gcomatics是指利用各种手段，通过一切途径来获取和管理有关空间基础信息的空间数据部分的科学技术领域。

(2)“Geo”和“matics”的含义

Geo是地理的意思，matics是数据的意思。Geomatics的出现反映了现代测绘科学、遥感和地理信息系统与现代计算机和信息科学相结合的多学科集成，以满足对空间信息要求的发展趋势。信息是向人们或机器提供关于现实世界各种事实的知识，是数据、消息中所包含的意义，它不随载体的物理形式的各种改变而改变。

(3)“Geomatics”出现的意义

Geomatics反映了传统测绘科学与遥感、地理信息系统、多媒体通讯等现代计算机科学和信息科学的集成，标志着推动地球科学研究从定性走向定量、从模拟走向数字、从孤立静止走向整休动态乃至实时的信息化过程。

1.3 名校考研真题详解

一、名词解释

1.地理信息【江西师范大学 2014 年研】

答:地理信息是指表征地理圈或地理环境固有要素或物质的数量、质量、分布特征、联系和规律等的数字、文字、图像和图形等的总称:它属于空间信息，具有空间定位特征、多维结构特征和动态变化特征。

2.地理数据【西北大学 2012 年研】

答:地理数据是以地球表面空间位置为参照，描述自然、社会和人文景观的数据，主要包括数字、文字、图形、图像和表格等。地理数据可分为空间数据、属性数据、时态数据。

3.客户机/服务器结构【南京大学 2001年研】

答:客户机/服务器结构是一种分布式计算机体系结构，充分利用中央处理机和服务器，采用智能终端，把数据和程序放在服务器上，工作业务专门化，每台计算机可专门设置一种功能，可把应用分为前、后台放在计算机上，在网络上只传递请求和应答，而不是大量的程序和数据，这样也减少了网络通信量。

二、简答题

1根据所学专业，说出 GIS和云计算的关系和发展趋势。【哈尔滨师范大学 2012年研】

答，云计算是一种按使用量付费的模式，这种模式提供可用的、便捷的，按需的网络访问， 进入可配置的计算资源共享池(资源包括网络，服务器，存储，应用软件，服务)，这些资源能够被快速提供，只需投入很少的管理工作，或与服务供应商进行很少的交互。

云计算前景是非常广阔的，但它还是一项发展中的技术，必须慎重考虑它对软件开发的有利方面和不利因素。下面从成本和实施步骤等方面进行探讨从成本上看，云计算的优势就是能够大大地降低成本，这对于GIS软件开发组织特别是中小企业来说，在硬件设施和软件工具等方面将大大降低开发费用。但对云计算GIS服务商来说，在建设云计算基础设施时需要较大的投入，如能利用已有设施和工具，这项成本也可以降低，而大量的企业进入云计算的GIS软件开发亦可进一步分摊成本。

关于GIS与云计算的融合也是可观的，地理信息系统是以计算机软硬件系统的支持为基础，对各种形式的地理数据进行采集、存储、操作、运算、分析、描述和显示的集成系统GIS的应用，需要采集海量的基本地理空间信息，并对这些信息进行存储、管理、分析等操作。GIS的基本功能中对地理信息数据的存储和处理非常重要。这就带来两个重要的基本问题。其一，是如何对海量的地理信息数据进行存储;其二，如何满足对地理信息

数据进行处理的计算能力的需求。在此基础上，还需要进一步对GIS系统可靠性等方面提出了更高的要求。根据已有的研究，可以发现，GIS 对于计算和存储具有以下的要求:

((1)存储能力需求。GIS的实现需要存储海量的地理信息数据及其关系信息，对数据存储能力要求高。

(2)计算能力需求。GIS的应用领域往往要求GIS能够对地理信息数据进行高速的处理和实时的显示，对计算能力的要求很高。

(3)数据可靠性需求。GIS的数据及其处理结果是大量工作的结果，对于GIS的高效应用具有至关重要的作用。因此需要提供可靠性保障。GIS对计算、存储和可靠性均由较高的要求。将这些要求与云计算的特点相比较，可以发现，云计算所提供的服务能够很好地满足GIS的需要。相据上述分析，计算能够应用于GIS，为 GIS 提供基本的服务。两者的融合既是技术发展的需要，也是业务应用扩展的大势所趋。

2、简述常规地理信息系统的硬件组成，数据外理设备，数据输入设备，数据输出设备，各举两例说明其功能和用途。【南京大学 2008 年研]】

答:(1)数据处理设备

数据外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、微机等各种形式的计算机，可用作数据的外理、管理与计算。例如图形工作站和客户机服务器系统。图形工作站是一种具备强大的数据运算与图形、图像处理能力的高性能微型计算机。客户机/服务器系统是计算机网络中重要的分布式体系结构，服务器是整个网络系统中负责提供管理、计算和存储等功能的核心计算机，多台客户机各自外理

相应的任务，共同实现完整的应用。

(2)数据输入设备

数据输入设备的作用是将地理数据转换成数字的形式存入计算机，以便进行处理和分析计算等工作。例如数字化仪和数字测量设备。数字化仪电电磁威应板，游标和相应的电子线路组成。数字测量设备主要是地理数据的采集设备，通常有数字摄影测量工作站、全球定位系统(GPS)等。

(3)数据输出设备

数据输出设备的作用是为地理信息系统软件提供用户操作的界面，并把地理信息系统的最终成果展现给用户。例如打印机和计算机显示器。打印机用于成果如图表图像等的打印。计算机显示器是地理信息系统的主要图形交互操作人机界面。

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