兰州大学地理信息系统考研真题及答案

2002地理信息系统

名词解释、（5”x5）

1.地理信息系统(02,03)

G eographic Information System简称GIS。GIS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。

是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。地理信息系统是管理和分析空间数据的科学技术，它的主要职能是向管理和生产部门提供有关区域综合、方案优化、战略决策等方面可靠的地理信息或空间信息。

2.数据库管理系统02,03)

(da tabase management system)是一种操纵和管理数据库的大型软件，是用于建立、使用和维护数据库，简称DBMS。能够对介质上存储的数据进行语义和逻辑上的定义，并提供对数据的查询检索和存取功能，以及能够对数据进行有效的维护和更新的一套软件系统。

它对数据库进行统一的管理和控制，以保证数据库的安全性和完整性。用户通过dbms 访问数据库中的数据，数据库管理员也通过dbms进行数据库的维护工作。它提供多种功能，可使多个应用程序和用户用不同的方法在同时或不同时刻去建立，修改和询问数据库。它使用户能方便地定义和操纵数据，维护数据的安全性和完整性，以及进行多用户下的并发控制和恢复数据库。

3.GPS02,03,04)

GPS 是英文Global Positioning System（全球定位系统）的简称。是一种采用距离交会法的卫星系统。分为空间部分、地面控制系统、用户设备部分。GPS的空间部分是由24 颗工作卫星组成,它位于距地表20 200km的上空,均匀分布在6 个轨道面上(每个轨道面4 颗) 。

GPS是美国海陆空三军联合研制的全球性、全天候和实时性导航、定位和定时系统. 该系统从1973年12月开始研制, 20世纪80年代试运行, 90年代成熟. GPS由卫星系统、地面控制系统和用户接收机三个部分组成. 与其他定位技术相比, GPS具有全天候全球覆盖、高精度、多用途、定位速度快、自动化程度高、抗干扰性能好、保密性强和经济效益高等特点。该技术正沿着卫星系统性能改进、接收机性能改进和导航定位方法完善三个方向发展。

轨道倾角为55°。此外,还有 3 颗有源备份卫星在轨运行。卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到 4 颗以上的卫星,并能在卫星中预存的导航信息还可用一段时间,但导航精度会逐渐降低。地面控制系统由监测站(Monitor Station)、主控制站(Master Monitor Station)、地面天线(Ground Antenna)所组成。用户设备部分即GPS 信号接收机。其主要功能是能够捕获到按一定卫星截止角所选择的待测卫星，并跟踪这些卫星的运行。当接收机捕获到跟踪的卫星信号后，就可测量出接收天线至卫星的伪距离和距离的变化率,解调出卫星轨道参数等数据。根据这些数据，接收机中的微处理计算机就可按定位解算方法进行定位计算，计算出用户所在地理位置的经纬度、高度、速度、时间等信息。

4.地图投影02,03,04)

就是依据一定的数学法则将气球曲面映射到平面或者可以展开成平面的曲面（如圆柱，圆锥），以此建立地表面点与平面点之间的一一对应关系。

地图投影,Map Projection.把地球表面的任意点，利用一定数学法则，转换到地图平面上的理论和方法。地图投影就是指建立地球表面（或其他星球表面或天球面）上的点与投影平面（即地图平面）上点之间的一一对应关系的方法。即建立之间的数学转换公式。它将作为一个不可展平的曲面即地球表面投影到一个平面的基本方法，保证了空间信息在区域上的联系与完整。这个投影过程将产生投影变形，而且不同的投影方法具有不同性质和大小的投影变形。

(1)按变形方式可分等角投影、等(面)积投影和任意投影三类。

(2）按转换法则，分几何投影和条件投影。

(3）按投影轴与地轴的关系，分正轴（重合）、斜轴（斜交）和横轴（垂直）三种。（4）几何投影中根据投影面与地球表面的关系分切投影和割投影。

5.元数据02,03)

data about data (关于数据的数据)。是关于数据的描述性数据信息，它应尽可能多反映数据自身特征规律，以便用户对数据集准确，搞笑充分的开发与利用。不同领域的数据，其元数据的内容会有很大的差异，通过元数据可以检索访问数据库，可以有效的利用计算机系统资源。可以对数据进行加工处理和二次开发等，实现空间信息共享的核心标准。

它是一种广泛存在的现象，在许多领域有其具体的定义和应用。元数据（Metadata），又称元数据、中介数据，为描述数据的数据（data about data），主要是描述数据属性（property）的信息，用来支持如指示储存位置、历史资料、资源寻找、文件纪录等功能。元数据算是一种电子式目录，为了达到编制目录的目的，必须在描述并收藏数据的内容或特色，进而达成协助数据检索的目的。

论述题(25”x3)

1.比较矢量数据与栅格数据的优缺点（02，03，04）

矢量和栅格数据结构总体比较

矢量结构和栅格结构是利用计算机形象表现客观世晃的两种基本方式，二者互相补充，相辅相成。矢量结构力图精确而简明地表达人类对地理空间事物简化抽象的结果，即点、线和多边形空间对象的轮廓，具有天然的精练性，以及为了保证准确、精练而带来的结构复杂性。栅格结构的基点是从某种(属性)角度，用简单规整的格网来模拟空间景观的整体形象，数据量大而结构简单，但抽象和简明地表达主要空间对象及空间关系的能力不够强。矢量和栅格数据结构的表现手法和总体效果也正好相反：矢量结构的数据的空间位置坐标取值可以是任意的、连续的，但表达的空间形象是分立空间对象组成的画面，即总体效果是不连续的；而栅格结构的数据取值方式是不连续的、分立的，但总体表达效果却可以是连续的，表现为照片般的空间图像。

矢量数据优点：数结构紧凑，冗余度低拓扑关系易于空间分析，查询图形显示质量好精度高便于面向实体的数据表达

缺点：软件实现的技术要求比较高多边形叠置分析相对困难数据结构复杂不能像遥感图像那样做增强处理

栅格数据优点：数据结构简单空间分析较易实现有利于遥感数据的匹配应用和分析输出快速成本低廉

缺点：数据冗余度高拓扑关系难以表达定位精度比矢量低投影转换难。

通过以上的分析可以看出，矢量数据结构和栅格数据结构的优缺点是互补的（图2-4-1）为了有效地实现GIS中的各项功能(如与遥感数据的结合，有效的空间分析等)需要同时使用两种数据结构，并在GIS中实现两种数据结构的高效转换。在GIS建立过程中，应根据应用目的和应用特点、可能获得的数据精度以及地理信息系统软件和硬件配置情况，选择合适的数据结构一般来讲，

栅格结构可用于大范围小比例尺的自然资源、环境、农林业等区域问题的研究。矢量结构用于城市分区或详细规划、土地管理、公用事业管理等方面的应用。

2.试述GIS的基本构成及GIS在地理学中的地位

地理信息系统主要由四部分组成：即计算机硬件系统，计算机软件系统，空间数据及系统的组织和使用维护人员即用户。

地理信息系统与地理学有着密切的关系，可以说地理信息系统是一个以新的技术手段和思想解决地理学问题，是地理学研究上一次质的飞跃。而地理学是地理信息系统的理论依托。Parker，把地理学称之为地理信息系统之父。离开地理学，gis处理的空间数据只是一堆毫无意义的数据，同样，离开地理学模型，计算机也无法建立起真正的地理信息系统。另外，gis是地理学的许多分支，特别是地理学，大地测量学，地形学，遥感技术有着密切的关系。

3.谈谈GIS空间数据的共享途径（02，03）

G IS空间数据共享的实现模式由于地理信息系统的图形数据格式各异，给信息共享带来了极大的不便，解决多格式数据源集成一直是近年来GIS应用系统开发中需要解决的重要问题。目前，实现多源数据集成的

方式大致有四种，即：数据格式转换模式、数据互操作模式、直接数据访问模式、开放式数据库互接模式。

1、数据格式转换模式格式转换模式是传统GIS 数据集成方法。顾名思义，在这种模式下，其他数据格式

经专门的数据转换程序进行格式转换后，复制到当前系统中的数据库或文件中。这是目前GIS系统数据集成的主要办法。目前得到公认的几种重要的空间数据格式有：ESRI公司的Arc/Info Coverage、ArcShape Files、E00格式；AutoDesk的DXF格式和DWG格式；MapInfo的MIF格式；Intergraph的dgn格式等等。

2、数据互操作模式数据互操作模式是OpenGIS consortium(OGC)制定的规范。OGC是为了发展开放式地理数据系统、研究地学空间信息标准化以及处理方法的一个非盈利组织。GIS互操作是指在异构数据库和分布计算的情况下，GIS用户在相互理解的基础上，能透明地获取所需的信息。OGC为数据互操作制定了统一的规范，从而使得一个系统同时支持不同的空间数据格式成为可能。根据OGC颁布的规范，可以把提供数据源的软件称为数据服务器（Data Servers），把使用数据的软件称为数据客户（Data Clients），数据客户使用某种数据的过程就是发出数据请求，由数据服务器提供服务的过程，其最终目的是使数据客户能读取任意数据服务器提供的空间数据。OGC规范基于OMG的CORBA、Microsoft的OLE/COM以及SQL等，为实现不同平台间服务器和客户端之间数据请求和服务提供了统一的协议。OGC规范正得到OMG和ISO的承认，从而逐渐成为一种国际标准，将被越来越多的GIS软件以及研究者所接受和采纳。目前，还没有商业化GIS 软件完全支持这一规范。数据互操作为多源数据集成提供了崭新的思路和规范。它将GIS带入了开放式的时代，从而为空间数据集中式管理和分布存储与共享提供了操作的依据。OGC标准将计算机软件领域的非空间数据处理标准成功地应用到空间数据上。

3、直接数据访问模式直接数据访问指在一个GIS软件中实现对其他软件数据格式的直接访问，用户可以使用单个GIS软件存取多种数据格式。直接数据访问不仅避免了繁的数据转换，而且在一个GIS软件中访问某种软件的数据格式不要求用户拥有该数据格式的宿主软件，更不需要该软件运行。直接数据访问提供了一种更为经济实用的多源数据集成模式。目前使用直接数据访问模式实现多源数据集成的GIS软件主要有两个，即：Intergraph 推出的GeoMedia系列软件和中国科学院地理信息产业发展中心研制的SuperMap。GeoMedia实现了对大多数GIS/CAD软件数据格式的直接访问，包括：MGE、Arc/Info、Frame、Oracle Spatial、SQL Server、Access MDB等。SuperMap 2.0则提供了存取SQL Server、Oracle Spatial、ESRI SDE、Access MDB、SuperMap SDB文件等的能力，在以后的版本中将逐步支持对Arc/Info Coverage、AutoCAD DWG、MicroStation DGN、ArcView等数据格式的直接访问。直接数据访问同样要建立在对要访问数据的数据格式的充分了解的基础上，如果要访问的数据的格式不公开，就非破译该格式不可，还要保证破译完全正确，这样才能真正与该格式的宿主软件实现数据共享。如果宿主软件数据格式发生变化，各数据集成软件不得不重新研究该宿主软件数据格式，提供升级版本，而宿主软件的数据格式发生变化时往往不对外声明，这样，其他数据集成软件对基于这种GIS软件数据格式的数据的处理必定存在滞后性

4．开放式数据库互接模式该模式基于这样一个事实：现在尽管各个数据库存储数据的数据格式不同，但几乎每个数据库系统都支持开放式数据库互接（ODBC），都按照ODBC的要求提供接口一致的驱动程序。而一般的GIS数据都具有一些空间数据的特性，因袭可以定义一个包含各种数据的元数据文件，在此基础上，采用面向对象的思路，定义一个包含纯虚函数、不可实例化的抽象基类，这个基类应具备GIS空间数据读写的基本接口。在定义好面向抽象GIS数据格式的抽象基类和统一接口的基础上，由各GIS软件厂商完成存取自己格式数据的子类的动态连接库（类似于ODBC中各数据库系统的驱动程序）。实现厂商一次编程，其他开发者拿来就用，省却大量的重复劳动，加快开发进程。该模式的优点就是，由于各GIS软件开发商提供的派生类是继承统一的抽象基类，各函数接口一致，可集成到自己开发的GIS软件中，提供对其他软件强有力的支持，并且不会产生数据丢失。而且各GIS软件开发商在不暴露其底层文件格式的情况下，最大程度地方便其他软件的开发者，一旦其内部数据格式有所变动，则只需提供相应的升级过的动态连接库，二次开发人员和其他利用其动态连接库的软件不需作任何变动和重新编译程序。

如何保证数据共享：

1.数据格式：根本途径是制定一个全球统一的数据格式，通过将这一个格式作为转换标准，使之成为GIS

数据交换的主流。

2.体系结构：为了实现这个全球统一的数据格式，要求制定出全面的数据结构，尽量囊括全空间对象的

描述方法，为不同领域和不同层次提供有效的，方便的统一标准

3.政策方面：各国政府应加以宏观政策的引导和调控，制定和完善地理信息产业政策和法规。以改变个

部门之间数据共享改价过高的问题。

4.你对GIS和遥感的关系有何了解，请加以说明

简述GIS和遥感的关系，遥感和GIS集成的关键技术。（03）

简述遥感与GIS之间的关系。（04）

试述“3s”集成的概念，理论，关键技术。(08)

遥感(R em o te Sen sing , R S ) 一词本身具有广义和狭义两种理解。当然, 我们所指的R S自然是狭义的遥感, 它是指从远距离、高空及外层空间的平台上, 利用可见光、红外、微波等探测仪器, 通过摄影或扫描方式, 对电磁波辐射能量的感应、传输的处理, 从而识别地面物体的几何影像、性质及运动状态的现代化技术系统。

地理信息系统(Geog rap h ica l Info rm ation)则是一种综合处理和分析空间数据的技术系统, 它是在计算机软件、硬件支持下，对描述外部客体的空间及属性数据按一定的地理坐标进行输入、存储、更新、运算、分析处理、图形显示, 为地学研究与科学决策服务的技术系统。它具有空间性, 动态性, 区域空间分析、综合分析、动态预测及决策服务的能力。

GPS是美国海陆空三军联合研制的全球性、全天候和实时性导航、定位和定时系统. 该系统从1973年12月开始研制, 20世纪80年代试运行, 90年代成熟. GPS由卫星系统、地面控制系统和用户接收机三个部分组成. 与其他定位技术相比, GPS具有全天候全球覆盖、高精度、多用途、定位速度快、自动化程度高、抗干扰性能好、保密性强和经济效益高等特点.该技术正沿着卫星系统性能改进、接收机性能改进和导航定位方法完善三个方向发展

RS与GIS关系：（1）R S 作为一种高效的信息采集手段, 其应用价值和效益不仅发挥在资源调查和环境监测上, 还表现在遥感信息综合开发和利用的研究已广泛应用于其它领域。将R S 作为一项信息工程, 形成从信息的获取和处理直到预测、规划和决策的综合信息流程。显然, 要做到这一点, 只有实现R S 与G IS 技术的结合, 即把R S 信息作为G IS 的信息源与数据更新手段, 把G IS 作为支持R S 信息综合开发和应用的理想工具。

（2）遥感是GIS重要的数据源，有效的数据更新手段。GIs之所以有效是因为它的数据时时势的有效的。遥感能准确迅速综合大范围采集和资料数据。同时，遥感具有多光谱多时相的特点，它为gIs数据更新提供了全方位的收单的动态数据源。G IS 的建立, 首先问题是收集信息。R S 技术具有宏观性动态性、及时性，高分辨率、多波谱、多时相、动态的特点。它的数字影像处理又是基于图像数据库的操作与管理, 经过计算机图像处理技术所获取的大量图形图像信息数据为G IS 提供了丰富的信息源, 将R S 信息应用于G IS , 可以大大降低G IS 中数据获取的成本, 加快数据更新的步伐。

（3）GIS为遥感提供有用的辅助信息和手段，GIS中确定的实体位置以及DEM可以显著提高遥感的定位精度和分类精度，从而提高整个遥感的应用水平。

G IS 是R S 的合理“延伸”G IS 引入到R S 图像处理和R S 应用分析中, 大大提高了R S,图像的可识别性。例如, 在R S 图像的分类处理中, 将G IS 中的地形信息与陆地卫星图像处理结合起来, 可在很大程度上提高R S 数据的自动分类精度及应用价值。

集成：由英文/ Integration0一词翻译而来,包含有/ 使完整、整合、融合、合而为一等含义, 其核心含义是要在不同的部分之间建立一种有机的联系. 笔者认为, 这种联

系有多种实现方式, 不同实现方式之间联系的紧密程度和性质会有差异, 实现

的代价和针对的应用目的也不同. 这种联系的差异可以从广度、深度和同步性三个方面来探讨. 广度指建立了联系的子系统或要素的多少, 包括三种两要素集成方式

( RS+GIS/ RS+GPS/ GIS+GPS)和一种3要素集成方式( RS+ GIS+GPS) . 深度是指联系的紧密程度, 包括三个层次, 即数据层次的集成、平台层次的集成和功能层次的集成. 所谓数据层次的集成, 是通过数据的传递来建立子系统之间的联系, 此时平台处于分离状态, 数据传递要通过网络或人工干预完成, 故效率较低. 平台层次的集成是在一个统一的平台中分模块实现两个以上子系统的功能, 各模块共用同一用户界面和同一数据库, 但彼此保持相对的独立性. 功能层次的集成是一种面向任务的集成方式. 此种集成方式同样要求平台统一, 数据库统一, 界面统一, 不同的是, 它不再保持子系统之间的相对独立性, 而是面向应用设计菜单、划分模块, 往往在同一模块中包括了属于不同子系统的功能实现. 同步性是指系统处理数据的时效与现势性, 即数据获取与数据处理的时间差, 包括完全同步、准同步和非同步三种方式. 完全同步是指数据获取与数据处理同时进行, 此方式下数据采集是一个连续的不间断过程, 并且要求数据处理的速度与数据采集的速度严格匹配. 准同步是在数据获取与数据处理之间存在一定的时间差, 造成该时间差的原因是数据处理的速度与数据采集的速度不能严格匹配, 进而使得数据采集不是连续进行而是在两次采集之间存在一定的时间间隔. 非同步是指数据获取与数据处理之间存在较长的时间间隔, 造成这种间隔的原因是因为数据获取与传递的过程太长( 如统计资料和RS影像) , 有时是因为目前尚不能克服的技术上的一些限制( 如用载波相位法解算的定位数据) . 应该指出, 同步与准同步方式不仅要求数据处理平台集成, 同时也要求数据采集台集成, 故实现的代价较高, 通常只用于需要实时监控和快速反应的紧急事件如救灾抢险、交通或战场指挥等. 在大多数情况下, 非同步方式都能满足应用要求, 且成本远低于同步、准同步方式,是一种恰当的选择。

RS与GIS集成关键技术

RS与GIS的集成是3S中最重要也最核心的内容，对于各种GIS，RS是其重要的

外部信息源是其数据更新的重要手段。反之GIS亦可为RS的图像处理提供所需

要的一切辅助数据。两者结合的关键技术在于栅格数据和矢据的接口问题。遥

感系统普遍采用栅格格式其信息是以像元存储的而GIS主要是采用图形矢量格

式是按线面多边形存储的因而由于数据结构的差异图像数据库和图形数据

库之间的集成也是两者集成的难点现阶段其解决方式如图所示。因为早期的GIS

大多采用矢量数据结构, 而RS采用栅格数据结构记录. 绝大部分GIS中现已能

够处理矢量、栅格两种数据格式, 此问题基本解决. 集成的另一难点是RS影像

信息的自动识别和提取, 该问题仍未能彻底解决.

GIS与GPS集成：

GPS和GIS集成是利用GIS中的电子地图结合GPS的实时定位技术为用户提供一种组合空间信息服务方式, 通常采用实时集成方式. 从严格的意义上说, GPS提供的是空间点的动态绝对位置, 而GIS提供的是地球表面地物的静态相对位置. 二者通过同一个大地坐标系统建立联系. 在实际应用中, 在非集成方式下使用GIS和GPS技术常常产生以下两方面的问题. 其一, 在实地位置和图上位置之间建立联系只能靠目测估计, 速度慢、准确性差. 其二, 在动态定位或者缺乏参照物的场合, 由于不能确定实地位置和图上位置之间的对应关系, 只能靠目测来获得测点周围地物的相对位置,受人眼视野窄、不能定量等因素的影响, 靠目测获得的测点周围地物相对位置在信息量、准确性等方面存在严重不足. 所以, 在电子导航、自动驾驶、公安侦破、实时数据采集和更新等既需要空间点动态绝对位置又需要地表地物静态相对位置的应用领域, GIS与GPS集成几乎是一种必然的选择. 具体的说, 存在以下几种集成模式( 1) GPS单机定位+栅格式电子地图; ( 2) GPS单机定位+矢量电子地图; ( 3) GPS差分定位+矢量/ 栅格电子地图。

RS与GPS集成

GPS和RS集成的主要目的是利用GPS的精确定位功能解决RS定位困难的问题, 既可以采用同步集成方式, 也可以采用非同步集成方式. 传统的遥感对地定位技术主要采用立体观测、二维空间变换等方式, 采用地空_模式先求解出空间信息影像的位置和姿态或变换系数, 再利用它们来求出地面目标点的位置, 从而生成DEM和地学编码图像. 但是, 这种定位方式不但费时费力, 而且当地面无控制点时更无法实现,从而影响数据实时进入系统.PS强大的定位功能为RS影像的实时处理与快速编码提供了可能, 其基本原理是采用GPS/ INS方法, 将传感器的空间位置(Xs, Ys, Zs)和姿态参数(fai.w.k)记录下来, 通过相应软件, 快速产生直接地学编码.

“ 3S”整体集成: 3S整体集成包括以GIS为中心的集成方式和以GPS/RS为中心的集成方式. 前者的目的主要是非同步数据处理, 通过利用GIS作为集成系统的中心平台, 对包括RS和GPS在内的多种来源的空间数据进行综合处理、动态存贮和集成管理, 同样存在前文所说的数据、平台( 数据处理平台) 和功能三个集成层次, 可以认为是RS与GIS集成的一种扩充. 后者以同步数据处理为目的, 通过RS和GPS提供的实时动态空间信息结合GIS的数据库和分析功能为动态管理、实时决策提供在线空间信息支持服务. 该模式要求多种信息采集和信息处理平台集成, 同时需要实时通讯支持, 故实现的代价较高. 加拿大的车载/ 3S0集成系统(VISAT) 和美国的机载/ 星载/ 3S0集成系统是后一种集成模式比较成功的两个实例.

“3S”集成的应用及其关键问题：由于RS、GIS和GPS在功能上的互补性, 各种集成方案通过不同的组合取长补短, 不仅能充分发挥其各自的优势, 而且能够产生许多新的功能. 如果说RS、GIS和GPS三种技术的单独应用提高了空间数据获取和处理的精度、速度和效率, 那么3S集成除了在以上三方面更进一步以外, 其优势还表现在其动态性、灵活度和自动化等方面. 所谓动态性是指数据源与现实世界的同步性、不同数据源之间的同步性以及数据获取与数据处理的同步性. 灵活度是指用户可以根据不同的应用目的来决定相应数据采集和数据处理, 建立二者之间的联系及反馈机制, 从而以最恰当的方式完成指定的任务. 自动化是指集成系统能够自动完成从数据采集到数据处理的各个环节, 不需要人工干预. 以上的三种优势不同程度地反映在各种具体的集成模式中.3S集成已经在测绘制图、环境监测、战场指挥、救灾抢险、公安消防、交通管理、精细农业、地学研究、资源清查、国土整治、城市规划、和空间决策等一系列领域获得了广泛的应用, 可以肯定, 在未来其应用领域还将进一步拓展. 但无论其应用领域如何广泛, 也无论其应用领域在未来如何拓展,3S集成本质上是三种对地观测技术的集成, 它所能提供的是不同层次的空间信息服务, 服务内容会随具体的应用场合不同而改变, 但不会超出以下五个层次的组合. ( 1) 直接信息服务, 包括原始遥感影像、GPS定位信息和GIS数据库中存贮了的信息;( 2) 复合信息服务, 包括带有RS影像或地图背景的解算好的GPS定位信息, 经过处理带有地学编码的遥感影像或同时包含RS和GIS信息的影像地图. ( 3) 查询信息服务, 包括从空间位置到空间属性的双向查询以及二者的联合查询, 此处空间位置可由RS、GPS或GIS任意一种方式指定. ( 4) 计算信息服务, 包括由GIS计算所得的空间目标本身的长度、面积和体积或其相互之间的距离和空间关系等. ( 5) 复杂信息服务, 包括利用空间分析和模型得到的各种结果, 如: 最短路径或交通堵塞时的替代路线、污染物泄漏或管线断裂影响范围、自然灾害灾情实时估算等等. 显然, 上述五种信息的实时或非实时组合可以应用于但不限于上文所提到的12个领域.

应该指出, 尽管3S集成获得了广泛的应用,但仍有许多尚未彻底解决的问题, 在对3S 集成及其关键技术的理解上也存在不同的意见. 李德仁强调技术上的可行性, 认为3S集成需要解决的关键问题是: ( 1) 系统的实时空间定位; ( 2) 系统的一体化数据管理; ( 3) 语义和非语义信息的自动提取理论方法; ( 4) 基于GIS的航空, 航天遥感影像的全数字化智能系统及对GIS数据。

除了以上几个方面以外3S集成关键技术还包括多源多时相多尺度信息的获取与集成技术空间信的动态管理与综合分析技术。3S集成的技术与交换技术以及虚拟现实和可视化技术等以下着重从多源空间数据的集成数据挖掘模型库管理系统和虚拟现实可视化技术几个方面简述集成技术的研究现状。

1.多源空间数据的集成

由于不同地理信息系统平台的数据并没有一个统一的数据表达的标准规范，所以各GIS应用软件都使用各自的数据定义方式。当需要建立一个标准的地理信息数据库的时候就需要将来自不同gis应用软件的数据进行数据格式的转换操作，以实现数据的整合主要的集成模式有数据格式转换模式数据互操作模式和直接数据访问模式。不同数据格式之间的转换会造成部分信息的丢失而且数据转换一般通过交换格式进

行转换过程较复杂。

2.数据挖掘

数据挖掘是指把人工智能，机器学习与数据库等技术结合起来由计算机自动地从数据库或数据仓库中的大量数据中揭示出隐含的先前未知的并具有潜在价值的信息或模式以解决数据量大而知识贫乏这一困扰专家系统的知识瓶颈问题的非平凡过程

尽管专家系统中在知识表达和知识应用的研究取得了不少进展，但知识获取仍然主要依赖于专家和知识工程师离知识自动生成还有相当大的差距因此知识获取问

题成了专家系统发展的瓶颈，也成了建立智能化遥感与地理信息系统的瓶颈。

3.模型库系统

gis应用的相关领域都已有了许多具有实用价值的应用分析模型。这些模型为空间辅助管理决策提供了强有力的支持然而这些模型一般都缺乏友好的交互界面模型的

分析结果不形象不直观，相反gis在人机交互可视化等方面则具备强大的功能。鉴于此将专业应用模型集成到gis系统中不仅能增强的gis分析功能同时也能提高已有模

型的重用率。实现gis与应用模型的无缝集成挖掘gis在各领域的应用已受到诸多学者专家密切关注。

4.虚拟现实可视化技术

虚拟现实（VR），三维仿真（3D）是近年来发展比较快且十分活跃的技术领域之一。gis与虚拟现实技术和三维仿真技术相结合，将虚拟地理环境带入gis可以模拟反映地学特征，处理与地学相关的属性要素。使得gis用户在处理三维客观世界的虚拟环境中能更有效的管理，分析空间实体数据。

2003地理信息系统

名词解释(5”x10)

1.地理信息系统

2.监督与非监督分类（03,08）

监督分类（supervised classification）又称训练场地法，是以建立统计识别函数为理论基础，依据典型样本训练方法进行分类的技术。即根据已知训练区提供的样本，通过选择特征参数，求出特征参数作为决策规则，建立判别函数以对各待分类影像进行的图像分类，是模式识别的一种方法。要求训练区域具有典型性和代表性。判别准则若满足分类精度要求，则此准则成立；反之，需重新建立分类的决策规则，直至满足分类精度要求为止。常用算法有：判别分析、最大似然分析、特征分析、序贯分析和图形识别等。

非监督分类(Unsupervised Classification ) 是以不同影像地物在特征空间中类别特征的差别为依据的一种无先验（已知）类别标准的图像分类，是以集群为理论基础，通过计算机对图像进行集聚统计分析的方法。根据待分类样本特征参数的统计特征，建立决策规则来进行分类。而不需事先知道类别特征。把各样本的空间分布按其相似

性分割或合并成一群集，每一群集代表的地物类别，需经实地调查或与已知类型的地物加以比较才能确定。是模式识别的一种方法。一般算法有：回归分析、趋势分析、等混合距离法、集群分析、主成分分析和图形识别等。

3.GPS（0203,04）

4.地图投影

5.元数据

6.遥感图像地形纠正

如果地形不平坦，受坡度和坡向的影响，传感器会的的能量也会发生变化，如一个区域获得能量会随着阴影而有所减少从而减少图像的亮度值，对于高山峡谷地区的图像，地形校正是非常有必要的，通常可选用TM图像进行纠正。

利用遥感器观测目标物辐射或反射的电磁能量时，从遥感器得到的测量值与目标物的光谱率或光谱辐射亮度等物理量是不一样的，遥感器本身的光电系统特征、太阳高度、地形以及大气条件等都会引起光谱亮度的失真。为了正确反映地物目标的反射或辐射的特性，清除图像数据中依附在辐射亮度中的各种失真的过程。

7.数据库管理系统

8.地理信息

地理信息(Geographic Information)是指与空间地理分布有关的信息，它表示地表物体和环境固有的数据、质量、分布特征，联系和规律的数字、文字、图形、图象等总称。地理信息属于空间信息。区域性、多维性、动态性。

地理信息除具备信息的一般特性外，还具备一下独特特性：

区域性

地理信息属于空间信息，其是通过数据进行标识的，这是地理信息系统区别其他类型信息最显著的标志，是地理信息的定位特征。区域性即是指按照特定的经纬网或公里网建立的地理坐标来实现空间位置的识别，并可以按照指定的区域进行信息的并或分。

多维性

具体是指在二维空间的基础上，实现多个专题的地三维结构。即是是指在一个坐标位置上具有多个专题和属性信息。例如，在一个地面点上，可取得高程，污染，交通等等多种信息。动态性

主要是指地理信息的动态变化特征，即时序特征。可以按照时间尺度将地球信息划分为超短期的（如台风、地震）、短期的（如江河洪水、秋季低温）、中期的（如土地利用、作物估产）、长期的（如城市化、水土流失）、超长期的（如地壳变动、气候变化）等。从而使地理信息常以时间尺度划分成不同时间段信息，这就要求及时采集和更新地理信息，并根据多时相区域性指定特定的区域得到的数据和信息来寻找时间分布规律，进而对未来作出预测和预报。9遥感图像空间分辨率

遥感图像空间分辨率是指像素所代表的地面范围的大小，即扫描仪的瞬时视场，或地面物体能分辨的最小单元。

任何影响卫星稳定运转、图像采集和图像处理的因素,都会不同程度地影响卫星遥感图像质量,进而影响到卫星图像对地面物体的分辨能力。概括讲,主要决定性因素是卫星自身的性能、卫星工作的外部客观环境、对遥感图像处理所采取的技术方法。

10.空间拓扑关系

空间拓扑关系描述的是基本的空间目标点、线、面之间的邻接、关联和包含关系。GIS传统的基于矢量数据结构的结点-段-边形，用于描述地理实体之间的连通性、邻接性和区域性。这种拓扑关系难以直接描述空间上虽相邻但并不相连的离散地物之间的空间关系。

空间数据的拓扑关系对数据处理和空间分析具有重要的意义，因为：

（1）根据拓扑关系，不需要利用坐标或距离，可以确定一种空间实体相对于另一种空间实体的位置关系。拓扑关系能清楚地反应实体之间的逻辑结构关系，它比集合数据具有更大的稳定性，不随地图投影而变化。

（2）利用拓扑关系有利于空间要素的查询，例如，某条铁路通过那些地区，某县与那些县领接。又如，分析河流能为那些地区的居民提供水源，某些湖泊周围的土地类型及生物栖息环境作出评价等。

（3）可以根据拓扑关系重建地理实体。例如，根据弧段构建多边形，实现道路的选取，进行最佳的路径的选择等。

论述题(20”x5)

1.比较矢量数据与栅格数据的优缺点（02，03）

2.什么叫GIS的空间分析，主要空间分析方法有哪些？

空间分析是基于空间数据的分析技术，它以地理学原理为依托，通过分析算法，从空间数据中获取有关地理现象的空间位置，空间分布，空间形态，空间形成和空间演变等信息。

常见的方法是缓冲区分析vornoi分析网络分析叠置分析地形模型分析。

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。基于非控件属性的数据运算；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，以辅助决策。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。Robert Haining曾经对于空间分析给出如下定义：空间分析是基于地理对象的空间布局的地理数据分析技术(Haining，1994)。该定义是以地理目标空间布局为分析对象，从传统的地理统计与数据分析的角度出发，将空间分析分为三个部分：统计分析、地图分析和数学模型。这是一种统计型定义法，强调统计分析，而将地图分析和数学模型置于从属地位，从空间分析的需求和GIS的发展现状及前景看，这种定义不能完全概括空间分析的内涵。

李德仁认为：空间分析是从GIS目标之间的空间关系中获取派生的信息和新的知识(李德仁等，1993)。该定义侧重于图形与属性信息的交互查询，以获取派生知识或新知识，其分析对象是地理目标的空间关系。该定义以数据库管理系统为基础，将空间分析的类型按数据结构来划分，认为空间分析由以下几部分组成：拓扑空间分析，缓冲区分析、叠置分析、空间集合分析和地学分析，其划分是以空间分析的操作类型为标准的。

郭仁忠认为：空间分析是基于地理对象的位置和形态特征的空间数据分析技术，其目的在于提取和传输空间信息(郭仁忠，2001)。该定义侧重于空间信息的提取和空间信息传输，其分析对象是地理目标的位置和形态特征。它将空间信息分为：空间位置、空间分布、空间形态、空间距离、空间方位、拓扑、相似和相关。其对应的空间分析操作为：空间位置分析、空间分布分析、空间形态分析、空间关系分析和空间相关分析。这是一种信息提取型的定义方法，

本质上仍是偏重于空间信息的管理，空间分析类型是依据空间信息类型来划分，两者之间的关系并不明确。

从以上几种定义可以看出，它们的侧重点各不相同，但是都从不同的方面对空间分析的内涵进行了阐释。我认为GIS空间分析可以理解为目前GIS技术可以实现的地理信息空间分析，GIS空间分析是对地理空间中的目标的空间关系和空间行为进行描述，为目标的空间查询和空间相关分析提供参考，进一步为空间决策支持提供服务的技术。

空间分析基本方法：GIS空间分析的内涵极为丰富，这里将从空间查询、空间量测、叠置分析、缓冲区分析、网络分析、空间统计分类分析等几个方面对空间分析的基本方法逐一介绍。3．1．1 空间查询

图形与属性互查是最常用的查询，主要有两类：第一类是按属性信息的要求来查询定位空间位置，称为“属性查图形”。这和一般的非空间的关系数据库的SQL查询没有区别，查询到结果后，再利用图形和属性的对应关系，进一步在图上用指定的显示方式将结果定位绘出。第二类是根据对象的空间位置查询有关属性信息，称为“图形查属性”。该查询通常分为两步，首先借助空间索引，在地理信息系统数据库中快速检索出被选空间实体，然后根据空间实体与属性的连接关系即可得到所查询空间实体的属性列表。在大多数GIS中，提供的空间查询方式有：

1．基于空间关系查询。

2．基于空间关系和属性特征查询。

3．地址匹配查询。

3．1．2 空间量测

1．几何量算

几何量算对点、线、面、体四类地物而言，其含义是不同的。

(1)点状地物(0维)：坐标。

(2)线状地物(--维)：长度、曲率、方向。

(3)面状地物(二维)；面积、周长、形状等。

(4)体状地物(三维)：体积、表面积等。

一般的GIS软件都具有对点、线、面状地物的几何量算功能，或者是针对矢量数据

结构，或者是针对栅格数据结构的空间数据。

2．形状量算

对目标地物形状的量测一般有两个方面：空间一致性问题，即有孔多边形和破碎多边形的处理；多边形边界特征描述问题。度量空问一致性最常用的指标是欧拉函数，用来计算多边形的破碎程度和孔的数目。关于多边形边界描述的问题，由于目标地物的外观是复杂多变的，很难找到一个准确的指标量对其进行描述。最常用的指标包括多边形长、短轴之比、周长面积比、面积长度比等。绝大多数指标是基于面积和周长的，对目标地物属紧凑型的或膨胀型的判断极其模糊。

3．质心量算

描述地理对象空间分布的一个重要指标是目标的质心位置。质心通常为一个多边形或面的几何中心，但在某些情况下，质心描述的是分布中心。质心是目标保持均匀分布的平衡点，它可以被赋予权重系数。

4．距离量算

在GIS中，距离通常是两个地点之间的计算，最常用的距离概念是欧氏距离，无论是矢量结构，还是栅格结构都很容易实现。对于描述点、线、面坐标的矢量结构，有不同的距离概念。欧氏距离通常用于计算

两点的直线距离，即

3．1．3 叠置分析

叠置分析是将两层或多层地图要素进行叠加产生一个新要素层的操作，其结果将原来要素通过分割或合并等生成新的要素，新要素综合了原来两层或多层要素所具有的属性。叠置分析不仅包含空间关系的比较，还包含属性关系的比较。

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。叠加的结果是为每点产生一个新的属性。通过叠加可以计算出每个多边形类型里有多少个点，以及这些点的属性信息。

2．线与多边形叠加

将线状地物层和多边形图层相叠，比较线坐标与多边形坐标的关系，以确定每条弧段落在哪个多边形内，多边形内的新弧段以及多边形其他信息。

3．多边形叠加

这个过程是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，一般有三种多边形叠置。

(1)多边形之和(UNION)：输出保留了两个输入的所有多边形。

(2)多边形之交(INTERSECT)：输出保留了两个输入的共同覆盖区域。

(3)多边形叠合(IDENTITY)：以一个输入的边界为准，而将另一个多边形与之相

匹配，输出内容是第一个多边形区域内两个输入层所有多边形。

3．1．4 缓冲区分析

缓冲区分析是针对点、线、面实体，自动建立其周围一定宽度范围以内的缓冲区多边形。缓冲区的产生有三种情况：一是基于点要素的缓冲区，通常以点为圆心、以一定距离为半径的圆：二是基于线要素的缓冲区，通常是以线为中心轴线，距中心轴线一定距离的平行条带多边形；三是基于面要素多边形边界的缓冲区，向外或向内扩展_定距离以生成新的多边形。

3．1．5 网络分析

对地理两络(如河网、交通网络等)、基础设施网络(如各种网线、供排水管线等)进行地理分析和模型化，是GIS中网络分析功能的主要目的。网络分析的根本目的是研究、筹划一项工程如何安排，并使其运行效果最好，如一定资源的最佳分配，从一地到另一地的运输费用最低等。其基本思想是在于人类活动总是趋向于按一定目标选择达到最佳效果的空间位置。这类问题在生产、社会、经济活动中不胜枚举，因此研究此类问题具有重大意义。

网络分析中的主要几种分析方法如下：

1．路径分析

(1)静态求最佳路径：由用户确定权值关系后，即给定每条弧段的属性，当需求最佳路径时，读出路径的相关属性，求最佳路径。

(2)动态分段技术：给定一条路径由多段联系组成，要求标注出这条路上的公里点或要求定位某一公路上的某一点，标注出某条路上从某一公里数到另一公里数的路段。

(3)N条最佳路径分析：确定起点、终点，求代价较小的几条路径，因为在实践中往往仅求出最佳路径并不能满足要求，可能因为某种因素不走最佳路径，而走近似最佳路径。

(4)最短路径：确定起点、终点和所要经过的中间点、中间连线，求最佳路径。

(5)动态最佳路径分析：实际网络分析中权值是随着权值关系式变化的，而且可能

会临时出现一些障碍点，所以往往需要动态地计算最佳路径。

2．地址匹配

地址匹配实质是对地理位置地查询，它涉及到地址地编码(Geocode)。地址匹配与

其它网络分析功能结合起来可以满足实际工作中非常复杂地分析要求。

3．资源分配

资源分配网络模型由中心点(分配中心)及其状态属性和网络组成。分配有两种方式，一种是由分配中心向四周输出，另一种是由四周向中心集中。这种分配功能可以解决资源的有效流动和合理分配。其在地理网络中的应用与区位论中的中心地理论类似。常用的算法是P中心模型。3．1．6 空间统计分类分析

多变量统计分析主要用于数据分类和综合评价。数据分类方法是地理信息系统重要的组成部分。一般说地理信息系统存储的数据具有原始性质，用户可以根据不同的实用目的，进行提取和分析，特别是对于观测和取样数据，随着采用分类和内插方法的不同，得到的结果有很大的差异。因此，在大多数情况下，首先是将大量未经分类的数据输入信息系统数据库，然后要求用户建立具体的分类算法，以获得所需要的信息。

1．主成分分析

地理问题往往涉及大量相互关联的自然和社会要素，众多的要素常常给模型的构造带来很大困难，同时也增加了运算的复杂性。主成分分析是通过数理统计分析，将众多要素的信息压缩表达为若干具有代表性的合成变量，这就克服了变量选择时的冗余和相关，然后选择信息最丰富的少数因子进行各种聚类分析，构造应用模型。

2．层次分析法

层次分析(AnalyticHierarchyProcess,AHP)法是系统分析的数学工具之一。在分析涉及大量相互关联、相互制约的复杂因素时，各因素对问题的分析有着不同程度的重要性，决定它们对目标重要性的序列，对建立模型十分重要。AHP方法把相互关联的要素按隶属关系分为若干层次，请有经验的专家对各层次各因素的相对重要性给出定量指标，利用数学方法，综合专家意见给出各层次各要素的相对重要性权值，作为综合分析的基础。

3．系统聚类分析

系统聚类是根据多种地学要素对地理实体进行划分类别的方法，对不同的要素划分类别往往反映不同目标的等级序列。系统聚类一般根据实体问的相似程度，逐步合并若干类别，其相似程度由

距离或者相似系数定义，主要有绝对值距离、欧氏距离、切比雪夫距离、马氏距离，兰氏距离等。4．判别分析

判别分析与聚类分析同属分类问题，所不同的是，判别分析是预先根据理论与实践确定等级序列的因子标准，再将待分析的地理实体安排到序列的合理位置上。对于诸如水土流失评价、土地适宜性评价等有一定理论根据的分类系统定级问题比较适用。判别分析依其判别类型的多少与方法的不同，可分为两类判别、多类判别和逐步判别等。常用的判别分析有距离判别法、Bayes最小风险判别、费歇准则判别等等。

3.谈谈GIS空间数据的共享途径。

4.简述GIS和遥感的关系，遥感和GIS集成的关键技术

5.结合你的专业特点，简述遥感和GIS的可能应用方向（后面还会涉及）（还要举例子结

合遥感导论后面的应用）

3S集成已经在测绘制图、环境监测战场指挥、救灾抢险、公安消防、交通管理、精细农业、地学研究、资源清查、国土整治、城市规划、和空间决策等一系列领域获得了广泛的应用, 可以肯定, 在未来其应用领域还将进一步拓展. 但无论其应用领域如何广泛, 也无论其应用领域在未来如何拓展, 3S 集成本质上是三种对地观测技术的集成, 它所能提供的是不同层次的空间信息服务, 服务内容会随具体的应用场合不同而改变, 但不会超出以下五个层次的组合. ( 1) 直接信息服务, 包括原始遥感影像、G PS 定位信息和GI S 数据库中存贮了的信息;( 2) 复合信息服务, 包括带有R S 影像或地图背景的解算好的GP S 定位信息, 经过处理带有地学编码的遥感影像或同时包含RS 和G I S 信息的影像地图. ( 3) 查询信息服务, 包括从空间位置到空间属性的双向查询以及二者的联合查询, 此处空间位置可由RS、G PS 或GI S 任意一种方式指定. ( 4) 计算信息服务, 包括由GI S 计算所得的空间目标本身的长度、面积和体积或其相互之间的距离和空间关系等. ( 5) 复杂信息服务, 包括利用空间分析和模型得到的各种结果, 如: 最短路径或交通堵塞时的替代路线、污染物泄漏或管线断裂影响范围、自然灾害灾情实时估算等等. 显然, 上述五种信息的实时或非实时组合可以应用于但不限于上文所提到的12个领域.

2004地理信息系统

名词解释(3”x10)

1.地理信息

2.元数据

3.专家系统

expert system，运用特定领域的专门知识，通过推理来模拟通常由人类专家才能解决的各种复杂的、具体的问题，达到与专家具有同等解决问题能力的计算机智能程序系统。它能对决策的过程作出解释，并有学习功能，即能自动增长解决问题所需的知识。

4.叠置分析

叠置分析是地理信息系统中用来提取空间隐含信息的方法之一。叠置分析是将代表不同主题的各个数据层面进行叠置产生一个新的数据层面，叠置结果综合了原来两个或多个层面要素所具有的属性。

叠置分析是将两层或多层地图要素进行叠加产生一个新要素层及其属性的操作。这个新的要素层综合了原有各图层所具有的属性。叠置分析与视觉信息复合不同，叠置分析是把参与叠加的各数据层经过算术的、几何的、逻辑的运算生成新的数据层；而视觉信息复合仅是把不同的数据层同时显示到一个屏幕上或绘制在一幅图形里，各数据层间不存在逻辑关系，没有生成新的数据文件，在同一区域内，地图投影与比例尺相同便可进行视觉信息复合。

5.TIN

TIN（Triangulated Irregular Network,不规则三角网。它是根据区域的有限个点集将区域划分为相等的三角面网络，数字高程由连续的三角面组成，三角面的形状和大小取决于不规则分布的测点

的密度和位置，能够避免地形平坦时的数据冗余，又能按地形特征点表示数字高程特征。TIN常用来拟合连续分布现象的覆盖表面。

优点：充分利用地貌的特征点，线，面能较好的表示复杂地形

根据不同地形，选择合适的采样点数

进行地形分析和绘制立体图也很方便

缺点：数据结构复杂，不方便规范化与管理

难以与矢量和栅格数据进行联合分析。

6.WebGIS

网络地理信息系统，WebGIS是基于INTERNET平台进行信息发布、数据共享、交流协作。客户端应用软件采用WWW协议，实现GIS信息的在线查询、业务处理等功能，是利用INTERNET来扩展GIS的一项新技术。

目的：就是在互联网上提供地理信息，让用户通过浏览器浏览和获得一个地理信息系统中的数据和功能服务。也就是人们可以浏览和获取WEB上的各种地理空间数据及其属性数据，图像，文件，以及进行地理空间分析。

特点：分布式体系结构集成的客户/服务器系统平台独立性动态交互性

7.GPS

8.ETM+

（enhanced Thematic Mapper）增强性专题绘图仪，是1999年4月15日美国航空航天局发射的Landsat7卫星上一个传感器，用来获取地球表层信息，它与TM（专题绘图仪）的区别是该设备增加了一个15米的全色波段，另外，热红外波段的空间分辨率也提高了一倍。每一景覆盖面积为185kmx170km.

9.NOAA

NOAA卫星是美国国家海洋大气局的第三代实用气象观测卫星，NOAA的轨道是接近正圆的太阳同步轨道，轨道高度为870千米和833千米，轨道倾角为98.9°和98.7°，周期为101.4分钟。NOAA 的应用目的是日常的气象业务，平时有两颗卫星运行。由于一颗卫星可以每天至少可以对地面同一地区进行两次观测，所以两颗卫星就可以进行四次以上的观测。NOAA携带的探测仪器主要有高分辨率辐射计（AVHRR/2)和泰罗斯垂直分布探测仪（TOVS)。

10.EOS

地球观测系统（earth Observing System，EOS），是由一系列卫星，一些科学研究小组和一个数据系统组成，用于对地球的陆地表面，生物圈，大气海洋进行至少15年的连续观测。为系统的研究地球提供科学的数据，其主要任务是对地球及其大气的主要状态参数进行高精度两侧，同时开始长期监测人类活动对环境的影响，其目标是检测地球目前的状况，监测人类活动对地球的影响，预测短期气候异常，季节性及年纪气候变化。Terra（eos-am1）和aqua（eos-pm1）都是eos系统中的卫星。

简答题(10”x4)

1.比较矢量数据与栅格数据的优缺点

2.简述地球椭圆体、地图投影和地图比例尺三者之间的关系

地球椭球体又称“地球椭圆体”和“地球扁球体”。代表地球大小和形状的数学曲面。以长半径和扁率表示。是椭圆绕其短轴而旋转，形成的形体，地球椭球体表面是一个规则的数学表面。可以用数学公式表达，所以在测量和制图中用它答题地球的自然曲面。因它十分迫近于椭球体，故通常以参考椭球体表示地球椭球体的形状和大小。椭圆绕其短轴旋转所成的形体，并近似于地球大地水准面。大地水准面的形状即用相对于参考椭球体的偏离来表示。通常所说地球的形状和大小，实际上就是以参考椭球体的半长径、半短径和扁率来表示。1975年国际大地测量与地球物理联合会推荐的数据为：半长径6378140米，半短径6356755米，扁率1∶298.257。

地图投影就是指建立地球表面（或其他星球表面或天球面）上的点与投影平面（即地图平面）上点之间的一一对应关系的方法。即建立之间的数学转换公式。它将作为一个不可展平的曲面即地球表面投影到一个平面的基本方法，保证了空间信息在区域上的联系与完整。这个投影过程将产生投影变形，而且不同的投影方法具有不同性质和大小的投影变形。

地图比例尺地图上的线段长度与实地相应线段长度之比。它表示地图图形的缩小程度，又称缩尺。只有在表示小范围的大比例尺地图上，由于不考虑地球的曲率，全图比例尺才是一致的。通常绘注在地图上的比例尺称为主比例尺。在地图上，只有某些线或点符合主比例尺。比例尺与地图内容的详细程度和精度有关。一般讲，大比例尺地图，内容详细，几何精度高，可用于图上测量。小比例尺地图，内容概括性强，不宜于进行图上测量。

3.简述缓冲区的概念及其实践意义

简述缓冲区的概念及其应用（08）

什么是缓冲区分析，举例说明其用途（11）

缓冲区它是对一组或一类地物按缓冲区的距离条件，建立缓冲区多边形图，然后将这一个图层与需要进行缓冲区分析的图层进行叠置分析，得到所需要的结果。所以实际上缓冲区分析设计两步操作，第一步是建立缓冲区图层，第二步是进行叠置分析。

在进行空间缓冲区分析时，通常要将研究的问题抽象为以下三类因素来进行分析：

（1）主体：表示分析的主要目标，一般分为点源、线源和面源三种类型。

（2）邻近对象：表示受主体影响的客体，例如行政界限变更时所涉及的居民、森林遭砍伐时所影响的水土流失范围等等。

作用条件：表示主体对邻近对象施加作用的影响条件或强度。

缓冲区分析的类型

矢量缓冲区栅格缓冲区点特征缓冲区线特征缓冲区面特征缓冲区

4、矢量数据缓冲区建立方法

1）点要素的缓冲区

点要素的缓冲区是以点要素为圆心，以缓冲区距离R为半径的圆，包括单点要素形成的缓冲区、多点要素形成的缓冲区和分级要素形成的缓冲区等。

2）线要素的缓冲区

为了加快缓冲区建立的速度，通常要在建立缓冲区之前，对线进行化简，这种对线的化简称为线的重采样。具体的算法设计可以采用线的矢量数据压缩算法。

线要素的缓冲区是以线要素为轴线，以缓冲距离R为平移量向两侧作平行曲（折）线，在轴线两端构造两个半圆弧最后形成圆头缓冲区。

3）面要素的缓冲区

面状目标的缓冲区分析，是线目标的一种首尾相接的特殊情况。只需在面目标的外侧配置缓冲区多边形即可。

5、栅格数据缓冲区建立方法

栅格数据的缓冲区分析通常称为推移或扩散，推移或扩散实际上是模拟主体对邻近对象的作用过程，物体在主体的作用下沿着一定的阻力表面移动或扩散，距离主体越远所受到的作用力越

弱。

例如：可以将污染源（如化工厂，造纸厂）作为主体，而地形、障碍物和空气作为阻力表面，用推移或扩散的方法计算污染物（物体）离开工厂（主体）后在阻力表面上的移动，得到一定范围内每个栅格单元的污染强度。

栅格数据结构的点、线、面缓冲区的建立方法主要是像元加粗法，以分析目标生成像元，借助于缓冲距离R计算出像元加粗次数，然后进行像元加粗形成缓冲区。

在实际应用中，如研究道路的废气污染或河流的供水能力，公共设施，如商场邮局银行的服务区域划分，确定工程建设引起的搬迁范围等，都可以用缓冲区分析。缓冲区应用的实例有如：污染源对其周围的污染量随距离而减小，确定污染的区域；为失火建筑找到距其500 米范围内所有的消防水管等。

缓冲区的建立：

在建立缓冲区时，缓冲区的宽度并不一定是相同的，可以根据要素的不同属性特征，规定不同的缓冲区宽度，以形成可变宽度的缓冲区。例如，城市内住宅小区的噪音隔离带应根据住宅小区距离噪声源的距离远近而定，这样就可以按照距离的远近确定不同地理位置的住宅小区所设置的噪音隔离带的宽度，以产生所需要的缓冲区。对于点、线、面等不同几何类型的地理要素，建立缓冲区的方式也相互有所不同。点的缓冲区的建立比较简单，即以某点要素为圆心，以缓冲区半径R作圆，得到点要素的缓冲区。面缓冲区的建立是以面要素的边界为基线向内外侧作平行线，平行线和基线里的区域就是面缓冲区。在建立线的缓冲区时，通常要先运用线的矢量数据压缩算法对线进行重采样，以加快缓冲区建立的速度。一般来说，只需在线的两边一定的距离画平行线，并在端点出画半圆，就可以产生缓冲区多边形。在对线建立缓冲区时可能会出现重叠，这时就需要把重叠的部分去除，具体的操作方法是对缓冲区边界求交点，并判断每个交点是出点还是入点，以决定交点之间的线段是保留还是删除，这样就可得到岛状缓冲区。对多条线建立缓冲区时，需要把缓冲区内部可能重叠的区域去除，以合并成连通的缓冲区。

（二）实例一：技术流程图（以矢量缓冲区为例）

4.简述遥感和地理信息系统之间的关系

论述题(20”x4)

1.论述数字地球的概念及其核心技术。（04）

论述数字地球的概念及其关键技术（05）

试述数字地球的概念及其发展。（07）

当前, 人类社会正步入一个数据量激增、图形应用普及化的时代, 信息系统的构造正向/ 数字化、虚拟化、网络化、智能化、集成化、协同化的方向迅速发展, 信息处理手段、表现模式和表达媒介都有了飞跃。随着地理信息应用在社会、经济和军事等领域的拓宽, 许多问题靠单平台、局域网内的地理信息系统无法解决, 需要依靠多领域、多层次的分布式系统协同进行处理, 网络化的地理信息应用成为必然, 当数据的富集性和图形的交互性发展到一定程度的时候, 对数字地球的预言应运而生。

数字地球的提出：

“一名儿童来到了当地的一家博物馆, 使用那里的数字地球展示系统, ,,, 她可以看到一草一木, ,,, 可以乘飞毯漫游, ,,, 可以通过语音获取她所需的道路、天气等信息。”这个场景来自1998年1月, 时任美国副总统的Al Gore发表的一篇名为“数字地球: “二十一世纪认识地球的方式的演讲”, 数字地球的概念也以此为标志诞生。数字地球这一概念的提出, 既是人们认识世界、改造世界的客观需要, 也是知识经济和信息社会发展的必然进程。从广义上说, 数字地球是我们居住星球的虚拟表示, 它包含了人类社会在内的所有系统和各种生命形式, 并以多维、多尺度、多时相、多层

面的可视化方式表现出来。从狭义上说, 数字地球是一个基于计算机生成的、具有交互式功能的虚拟的地球对照体, 以及对真实地球及其相关现象统一性的数字化重现与认识数字地球的核心思想是用数字化的手段来处理整个地球的自然和社会等方面的问题，最大限度地利用资源，并使普通百姓能够通过一定方式，方便地获得他们所想了解的有关地球的信息。

发展：美国数字地球研究的起落

美国副总统的身份使得Gore的这篇演讲掀起了数字地球的研究热潮。1998- 2001年间, 美

国政府资助了由美国航空航天局牵头、数字地球跨部门协调机构( Inter-agency Digital Earth Working Group, IDEWG) 负责协同的“Digital Earth Initiative”研究行动, 致力于实现Gore在

演讲中提出的行动路线))—“) 第一阶段, 我们应集中精力把我们已有的不同渠道的数据融合起来”。但是, 随着Gore参加2000年美国总统选举的失利, 这个研究项目也因2001年末再没有得到政府的资助而宣告终止。

在此之后2年多的时间里, 美国联邦地理数据委员会( Federal GeographicData Committee,FGDC) 的地理空间应用和互操作性( geospatial applications and interloper ability, GAI) 工作组主导了后续的相关研究。至2004年的中期, 关于数字地球的研究再次陷入沉寂。如果在互联网上搜索“digital earth”, 除了发现一些早已停止更新的数字地球研究项目外, 很难有真正的收获。

是什么原因造成这样的状况? 一个而显易见的原因是Gore在政治上的失势, 对于美国数字地球的发展产生了一定的负面影响。数字地球作为一项涉及多个领域的数据工程, 必须要有来自政府或世界性组织的坚定支持, 在统一协调领导下才能贯彻实施。另一个潜在的原因是,数字地球作为一项远景战略, 必须不断取得阶段性成果,展示应用价值, 才会进一步激励下一步的研究行动。而实际上, “Digital Earth Initiative”及其后续的研究行动鲜有激动人心的成果问世。IDE-WG 为世人留下了Web成图服务( Web mapping service, WMS) 和数字地球参考模型( digital earth reference model, DERM) , DERM目的在于成为数字地球体系结构和标准的指南。而GAI工作组则是留下了一份地理空间互操作性参考模型( geospatial interoperability reference model,GIRM) , 其最新的一个版本于2003年12月发布。从这2个组织的主要成果来看, 数字地球的初期研究主要致力于互操作性的研究和标准制定; 关于数字地球的应用被暂时搁置了。实践的匮乏, 使数字地球从人们的注意中淡出, 这种情况直到GoogleEarth的出现才有所改观。

尽管数字地球在美国的发展经历了起落, 但数字地球概念本身并没有过时, 它所倡导的地理空间信息应用正方兴未艾。

我国数字地球事业的发展

与国际上数字地球概念的先热后冷相比, 我国数字地球发展呈现出反应早、热情高、更加脚踏实地的特点, 为数字地球的发展做出特殊贡献。早在1989年, 我国测绘领域的一些学者就提出了数字地图测绘保障系统的发展设想。随后若干年间, 不少有识之士描述了与数字地球思想近似的理念。1998年6月, 江泽民同志在接见两院院士时就特别提到数字地球。中国科学院地学部随后提出了《关于“中国数字地球”发展战略的建议。1999年, 北京主办了第一届数字地球国际会议, 并发表了《数字地球北京宣言》, 即将到来的第六届数字地球国际会议也计划于2009年9月在北京举办。2006年, 国际数字地球学会成立, 总部设在北京。2008年3月, 该学会创刊《国际数字地球学报》, 为全球学者提供了一个本领域的学术交流平台。

在应用方面, 我国将数字地球的应用划分为全球层、国家层、区域层3个层次。重点是以我国的资源、环境、经济、社会、人口的动态监测与分析作为研究对象, 大力发展数字中国、数字省区、数字城市、数字流域等项目建设工作。已经有超过100个城市实现了数字城市的建设工作, 利用数字城市将电子政务数据库、电子商务数据库、人口数据库、基础设施数据库集成起来, 有力地促进了城市社会和经济的发展。

我国数字地球战略的成功实施, 主要与政府部门的支持密切相关。政府专门设立了”国家地理空间信息协调委员会”, 其成员涉及近20个相关政府职能部门。制定了《国家地理信息标准化十一五规划》、《国家空间信息基础设施建设与应用十一五规划》等指导性文件, 正在建设”自然资源和地理空间基础信息库”等一批重点项目。可以说, 我国的数字地球事业处于持续稳定发展的状态。

关键技术/核心技术：

许多问题如数字地球与RS、GIS、GPS等学科的关系等还需进一步探讨。但不管怎样理解, 数字地球总需要现代空间技术的支撑, 获取、处理和应用这些多分辨率的海量数据需要“3S”。离开了“3S”, 数字地球将是一个空的口号和目标; 当然, 没有“3S”, 也不可能提出数字地球。“3S”技术是数字地球的核心技术之一。一方面数字地球的研究为“3S”技术的发展创造了条件, 另一方面“3S”技术的发展为数字地球的建设提供了技术支持, 没有“3S”技术的发展, 现实变化中的地球是不可能以数字的方式进入计算机网络系统。当然, 数字地球也离不开互操作技术、网络技术以及现代通讯等技术的支撑; 没有它们, “3S”所包含的数据将无法有效地传递、交流和共享。

数字地球技术体系涉及数学、地理、通信、计算机、空间科学等十几个学科, 很难用几点概括其关键。而围绕地理空间信息的获取、处理和应用,可以将其划分为几个大的模块: 数据获取与更新模块、数据存储与转换模块、数据与信息传输模块、信息应用模块等。其中数据获取与更新模块主要由对地观测系列技术构成, 本文暂不讨论, 仅

对余下的几个模块中的关键技术做一介绍。

1. 数据存储与转换关键技术

目的是构建海量、异构、分布式的空间和属性数据服务体系, 以满足数据存储、转换、分类、建立索引和实现共享的要求。存储与转换技术的核心是确立一套标准化的数据模型, 这种模型在根本上是有别于传统的地理信息系统的数据模型。它首先是基于语义或本体论的, 同时, 属性数据随时间的变化应该是可以跟踪的, 从而使动态过程的可视化成为可能。

2.数据与信息传输关键技术

涉及宽带数字通信、分布式数据管理、系统互操作等一系列关键技术。数字地球应用涉及的数据海量化特征和对数据需求的广泛性存在一定的矛盾, 必须设计合理的信息分发利用机制。

3. 信息应用关键技术

军用数字地球应用涉及的关键技术非常广泛, 主要有数据融合技术、数据挖掘技术、可视化

技术、虚拟现实技术、网络安全技术、搜索引擎技术、空间分析技术、图像分析与目标解译技术等。

综上所述，核心技术：3S技术：1、空间定位(GPS)技术2、航空航天遥感(RS)技术3、地理信息系统(GIS)技术4、"三S"集成技术

另外，