2001年南京师范大学地理信息系统概论试题答案

2001年南京师范大学地理信息系统概论试题
一、名词解释（每题4分，共20分）
1、虚拟现实
也称虚拟环境或人工现实，是计算机产生的集视觉、听觉、触觉等为一体的三维虚拟环境，用户借助特定装备以自然方式与虚拟环境交互作用、相互影响，从而获得与真实世界等同的感觉以及在现实世界中难以经历的体验。

2、OpenGIS
开放式地理信息系统是指在计算机和通信环境下，根据行业标准和接口所建立起来的地理信息系统。

在这个系统中，不同厂商的地理信息系统软件以及异构分布数据库能相互通过接口交换数据，并将它们结合在一个集成式的操作环境中。

因此，在开放式地理信息系统环境中，能实现不同地理空间数据之间、数据处理功能之间的相互操作以及不同系统或不同部门之间资源的共享。

真正的开放式地理信息系统能在不同软件商之间以及异构分布数据库之间，通过实时动态机制实现数据存贮结构不同的地理信息系统之间的连接。

开放式地理信息系统的核心是标准，这个标准必须与其它各类标准相兼容，但又必须独立于这些标准。

只有在共同的标准和接口下才能实现信息共享以及相互操作。

开放式地理信息系统具有下列特点：互操作性、可扩展性、技术公开性、可移植性、兼容性、可实现性、协同性等。

3、WebGIS
是Internet 技术与GIS 的有机结合，是GIS的广域网环境下的一种应用，它以WWW 中的Web 页面作为GIS 软件的用户界面，从WWW的任意一个节点。

用户可以通过浏览器浏览Web GIS 站点中的空间数据，制作专题地图，进行各种空间检索和空间分析，最终目标是实现空间信息的网络化、社会化。

其基本思想是在互联网上提供地理信息系统，让用户通过浏览器浏览和获得GIS 中的数据和功能服务。

4、数字地球
即数字化的地球，是一个全球的数字模型，是一种可以嵌入海量地理数据、多种分辨率、三维的地球表达，是对真实地球及其相关现象的统一性的数字化重现和认识。

它是利用数字技术和方法将地球及其上的活动和环境的时空变化数据，按地球的坐标加以整理，存入全球分布的计算机中，构成一个全球的数字模型，在高速网络上进行快速流通，这样就可以使人们快速、直观、完整地了解我们所在的这颗星球。

其核心思想有两点：一是用数字化手段统一处理地球问题；二是最大限度地利用信息资源。

5、拓扑结构
为在点、线和多边形之间建立关联，以及彻底解决邻域和岛状信息处理问题而必须建立的数据结构。

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）等。

二、论述题（每题20分，共80分）
1、简述数字地球的关键技术。

（1）计算技术：自然界所涉及的领域是包罗万象的，用传统的方法很难对其做精确的研究。

而伴随计算机的问世以及高速计算机的出现，人类便可以通过科学计算和仿真模型对地震、暴雨等自然现象进行模拟，以进行减灾救灾。

因此，科学计算便成为数字地球模型中的主要技术，通过它可以对不同的数据进行科学的理解，以使数字地球发挥巨大的效益。

（2）海量存储和处理技术：庞大的的信息源是构成数字地球的关键，数字地球的信息量随着人类对地观测技术的提高会不断地增加。

因此，海量存储技术便成为数字地球的支柱。

实现对这些数据的查询检索，需要海量数据存储管理以及快速处理技术。

目前分布式数据存储是海量数据管理的趋势。

（3）数据获取技术：获取多尺度高精度的卫星影像将成为数字地球的核心内容。

通过这些信息便可以对地球进行实时观测与更新，建立多尺度数字地球。

（4）宽带网络技术：和网络技术的发展一样．数字地球所需的信息也将由分布在全球各地的空问数据库组成，它们之间通过高速网络链接在一起，可以实现数据的无缝操作。

因此，要传输海量数据，进行科学计算，高速宽带网络技术便成为数字地球能否走向实用的关键。

（5）互操作技术：Internet和www技术之所以成功，归功于诸如TCP／IP等成功的网络协议的支持，数字地球也存在这一问题。

目前国际标准化组织地理信息／地球信息业委员会，美国联邦地理数据委员会、开放地理数据协会等单位都在致力于这一技术的研究，以寻求空间信息互操作的方案。

（6）空间数据仓库：空间数据仓库是指支持管理和决策过程的、面向主题的、集成的和随时间变化的、持久的和具有空间坐标的地理数据的集合。

空间数据仓库的目的，是为了处理积累的海量空间数据，抽取有用信息，并提供决策支持。

（7）空间数据融合：空间数据融合是指多种数据合成后，不再保存原来的数据，而产生了一种新的综合数据，如假彩色合成影象。

数字地球的多种数据融合，包括多种分辨率数据，多维数据以及不同类型数据的融合，并且需要将融合得到的数据进行可视化表现，通常是将数据叠加在数字高程模型上，形成三维立体景观影象。

实现数字地球中的空间数据融合，需要地理数据互操作以及高速网络的支持。

（8）元数据：元数据是关于数据的数据，它是数字地球的引擎。

通过元数据可以对数字地球中自己关心的内容进行查询和浏
览，并可以了解所需信息的质量、表示方式等内容。

（9）虚拟现实技术：虚拟现实是采用多媒体计算机技术来形成一个生动逼真的三维空间甚至四维时空感觉环境，并使人类可用自然的视觉、听觉、嗅觉、触觉等感官机能和效应器官进行实时参与和实时交互。

虚拟现实技术为数字地球提供了一个可视化的信息环境，这一用户界面工具将允许用户从外到内或从内到外地观察信息空间的属性和特征。

2、简述地理事物与地理现象在GIS中的表达方法
人们首先对地理事物与地理现象进行观察，对其进行选择、综合、简化和抽象，得到概念模型，再经过编码、表达、建立空间关系等，形成逻辑数据模型，最后利用数据结构对数据进行组织，将逻辑数据模型映射为物理数据模型，从而进入GIS系统。

在GIS中，通过对象模型、场模型、网络模型来进行空间实体与空间现象的概念表达。

采用矢量数据模型、栅格数据模型、矢量-栅格一体化数据模型、镶嵌数据模型、面向对象数据模型来进行空间实体与空间现象的逻辑表达。

利用矢量数据结构、栅格数据结构、矢量-栅格一体化数据结构、镶嵌数据结构、三维数据结构等将逻辑数据模型映射为物理数据模型，从而将经过抽象、简化、编码后的空间实体与空间现象在GIS中表达出来。

3、论述RS，GPS，GIS之间的相互关系。

3S技术为科学研究、政府管理、社会生产提供了新一代的观测手段、描述语言和思维工具。

3S的结合应用，取长补短，是一个自然的发展趋势，三者之间的相互作用形成了“一个大脑，两只眼睛”的框架，即RS和GPS向GIS提供或更新区域信息以及空间定位，GIS进行相应的空间分析，以从RS和GPS提供的浩如烟海的数据中提取有用信息，并进行综合集成，使之成为决策的科学依据。

GIS、RS和GPS三者集成利用，构成为整体的、实时的和动态的对地观测、分析和应用的运行系统，提高了GIS的应用效率。

在实际的应用中，较为常见的是3S两两之间的集成，如GIS/RS集成，GIS/GPS集成或者RS/GPS集成等：GIS与遥感的集成：1）GIS作为图像处理工具、2）遥感数据作为GIS的信息来源
GIS与全球定位系统的集成：作为实时提供空间定位数据的技术，GPS可以与地理信息系统进行集成，以实现不同的具体应用目标：1）定位、2）测量、3）监控导航
同时集成并使用3S技术的应用实例则较少。

美国Ohio大学与公路管理部门合作研制的测绘车是一个典型的3S集成应用，它将GPS接收机结合一台立体视觉系统载于车上，在公路上行驶以取得公路以及两旁的环境数据并立即自动整理存储于GIS数据库中。

测绘车上安装的立体视觉系统包括有两个CCD摄象机，在行进时，每秒曝光一次，获取并存储一对影象，并作实时自动处理。

RS、GIS、GPS集成的方式可以在不同的技术水平上实现，最简单的办法是三种系统分开而由用户综合使用，进一步是三者有共同的界面，做到表面上无缝的集成，数据传输则在内部通过特征码相结合，最好的办法是整体的集成，成为统一的系统。

单纯从软件实现的角度来看，开发3S集成的系统在技术上并没有多大的障碍。

目前一般工具软件的实现技术方案是：通过支持栅格数据类型及相关的处理分析操作以实现与遥感的集成，而通过增加一个动态矢量图层以与GPS集成。

对于3S集成技术而言，最重要的是在应用中综合使用遥感以及全球定位系统，利用其实时、准确获取数据的能力，降低应用成本或者实现一些新的应用。

4、论述当前地理信息系统需要解决的关键技术问题。

1）数据模型：三维数据模型、时空数据模型、面向对象数据模型
2）数据采集技术：GPS、RS、摄影测量等及各方法的精度、现势性、成本等
3）海量数据存储技术：面向对象的数据库、分布式数据库、数据仓库技术等
4）数据传输技术：宽带网络技术
5）数据分析技术：基本分析技术的拓展、数据挖掘技术、空间决策支持技术等
6）数据共享技术：空间数据融合、互操作技术、元数据技术、网格GIS等
7）数据显示技术：多媒体集成技术、虚拟现实技术等
以上几个方面是按照GIS数据流的方向进行说明，在作答时还需对每种技术做一些简要的介绍。