GIS导论复习题

考试题型
名词解释（5个*4=20分）
单选（5个*2=10分）
简述（5个*6=30分）
分析（2个*10=20分）
论述分析（1个*20=20分）
地理信息系统复习题
第一章
1.GIS（Geographic information system）的定义：
是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，运用系统工程和信息科学的理论，科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据，以提供管理决策等所需信息的技术系统。

简单的说，地理信息系统就是一种组织、存储、管理、表达和分析处理空间信息的技术系统。

2.GIS的发展（单选题）
1).起步阶段（60年代）:注重空间数据的地学处理
–1963年，加拿大测量学家R. T. Tomlinson首先提出GIS这一术语，建立加拿大地理信息系统（CGIS）
–1969年，ESRI （环境系统研究所）建立
–1969年， Integraph公司建立
2).发展阶段（70年代）:注重空间地理信息的管理，受到政府部门、商业公司
和大学的普遍重视
–1978年，ERDAS成立
3).推广应用阶段（80年代）:注重空间决策支持分析
–1981年，ESRI ARC/INFO GIS发布
–1985年，GPS成为可运行系统
–1986年，MapInfo建立
–1986年，SPOT卫星首次发射
–1987年，地理信息系统的国际杂志出版
–1988年，美国人口调查局第一次公开发布TIGER
–1988年，GIS World 首次发行
–1989年，Ingegraph 发布MGE
4).用户时代（90年代后）:注重GIS的社会应用与服务
–GIS技术迅猛发展
–控件式GIS成为GISTools的发展方向
–WebGIS蓬勃发展
–三维GIS崭露头角
3.GIS在我国的发展
1)我国的GIS始于20世纪80年代，以中科院遥感所成立的第一个GIS研究室为
标志。

2)1980-1985年是最初的起步阶段。

1981年，在四川渡口二滩进行实验，以航空
遥感资料为基础，进行了数据采集和数据库模型设计；1984年起，国家测绘局
着手组建国土基础信息系统；1985年，国家资源与环境信息系统实验室成立。

3)1986年-1993年为初步发展阶段。

地理信息系统软件平台被列入国家"七五"攻
关课题，取得了重要进展和实际效益。

4)1994年以来为软件商品化阶段。

伴随着国外成熟GIS软件的大量涌入，国产
GIS平台的产业化进程也渐渐开始步入正轨。

国家遥感中心，中国地理信息系
统协会，中国海外GIS协会对国产GIS平台实施的每年一次的测评工作，极大
地推动了国产GIS的发展，国内用户的热心支持、意见反馈以及建议和批评，
更加促进了GIS平台厂商的优胜劣汰，促进了GIS公司从科研机构到企业化运
作的转型，加快了GIS的产业化进程。

在我国，GIS发展的推动力，已经从科
研探索和政府推动，转变成了目前社会单位团体广泛而急切的需求。

4.GIS的基本功能
1)数据的获取：数据的采集、检验和编辑
2)数据的操作：数据的格式化（栅格与矢量之间的转化）、转换（比例尺
的转换、投影变换）和概化（平滑、特征集结）
3)数据的组织与管理：在数据的组织与管理中，最为关键的是如何将空间
数据与属性数据融合为一体。

空间数据管理的主要任务是在空间数据之
间建立拓扑关系。

属性数据的组织方式有文件系统、层次结构、网络结
构及关系数据库管理系统等。

目前被广泛采用的主要是关系数据库系
统。

4).数据分析（其空间分析是GIS的核心功能）:分析功能包括查询、检索、
统计分析、空间分析、模型分析等方面。

查询、检索、统计分析是GIS以
及许多数据信息系统应具备的最基本的分析功能。

空间分析功能是GIS的
核心，也是GIS与其它系统区别的重要标志。

模型分析是指GIS支持下处
理分析问题的方法体现，是GIS应用深化的重要体现
5).显示
5.GIS的组成部分：计算机硬件系统、计算机软件系统、地理数据（或空间数据）和系统管理操作人员。

其核心部分是计算机系统（软件和硬件），空间数据反映GIS的地理内容，而管理人员和用户则决定系统的工作方式和信息表示方式。

6.GIS空间数据与计算机数据的区别：地理信息是指表示地理环境诸要素的数量、质量、分布特征及其相互联系和变化规律的数字、文字、图象和图形等的总称。

地理信息的特点：属于空间信息；具有多维结构的（同一地物具有多种不同的属性特征）；时序特征十分明显（具有动态性）
第二章
坐标系统：
1)自定义坐标系统
2)地理坐标系统（大地坐标系）
3)投影坐标系统
1.大地坐标系：
是大地测量中以参考椭球体为基准面建立起来的坐标系。

地面点的位置用大地经度、大地纬度和大地高度来表示。

2.大地水准面：与静止海平面重合的水准面，并向陆地延伸，穿过陆地、岛屿，最终形成的一个起伏不平的重力等位面。

4.50-70年代54坐标系（克拉索夫斯基椭球体，大地原点是原苏联的普尔科沃，大地点
高程是以1956年青岛验潮站求出的黄海平均海水面为基
准）。

5.70年代1980西安坐标系（ICA-75椭球体，大地原点定在我国中部地区的陕西省泾阳县永乐镇，简称西安原点；大地高程以1956年青岛验潮站求出的黄海平均海水面为基准）。

6．WGS84坐标系统：目前GPS定位所得出的结果都属于WGS84坐标系统，WGS84基准面采用WGS84椭球体，它是一地心坐标系，即以地心作为椭球体中心的坐标系。

因此相对同一地理位置，不同的大地基准面，它们的经纬度坐标是有差异的。

目前的商用GIS也多采用此坐标系统。

遥感（remote sensing）也是用WGS84的。

7.投影坐标系统是由大地基准面和地图投影两组参数确定的平面坐标系统。

8.地图投影：
是将地球椭球体面上的经纬网按照一定的数学法则转移到平面上，使地面点位的地理坐标与地图上的相对应的点位的直角坐标建立起一一对应的函数关系。

由此确定的坐标系一般称为投影坐标系。

9.我国基本比例尺地形图（1：100万、1：50万、1：25万、1：10万、1：5万、1：2.5万、1：1万、1：5000）除1：100万以外均采用高斯-克吕格投影
为地理基础；1：100万地形图采用兰伯特Lambert投影。

第三章
（概述、简答、分析）
1.数据结构:是数据组织的形式，是适用于计算机存储、管理和处理的数据逻辑结构。

对于空间数据而言，数据结构是空间地理实体的空间排列方式和相互关系的抽象描述。

2.矢量数据（Vector）：利用几何学中的点线面及其组合体来表示实体空间分布的一种数据组织形式。

通过记录空间对象的坐标及空间关系来表达空间对象的位置和形状。

特征点筛选法只能用于矢量数据压缩。

3.栅格数据：栅格数据实际是像元阵列，每个像元由行列确定它的位置，用像元值表示空间对象的类型、等级等特征。

4.矢量数据拓扑结构：
矢量数据拓扑结构是指基本要素点线面和实体之间具有邻接、关联和包含的拓扑关系，与面积长度无关。

基本拓扑关系：
拓扑关联：不同拓扑元素之间的关系
拓扑邻接：相同拓扑元素之间的关系
拓扑包含：面与其他元素之间的关系
5.建立拓扑关系表，分析，且拓扑关系表如何存储xy 坐标，拓扑关系
弧段与结点关系表 多边形与弧段关系表
结点与弧段关系表 弧段与多边形关系表
6.栅格数据
1)栅格数据：栅格数据实际是像元阵列，每个像元由行列确定它的位置，
用像元值表示空间对象的类型、等级等特征。

2)栅格数据的类型：卫星影像、数字高程数据DEM(Digital Elevation Model)、
数字正射影像DOQ(Digital Orthophoto Quadrangle s)、扫描地图DRG (Digital Raster
Graphs )。

3)栅格数据的获取：遥感方法获取（航空或航天）、图片扫描获取、矢量
数据转换而来、由平面上行列距固定的点抽样而来。

7．栅格存储取值四原则：（可能会要求解释其中一种原则）
1)中心点法（用处于栅格中心处的地物类型和现象特征决定栅格代码）
2)重要性法（根据栅格内不同地物的重要性，选取最主要的地物类型决定相应的栅格
代码）
3)面积占优法（以占栅格最大地物类型和现象特征决定地物栅格单元）
4)百分比法
8. 栅格数据的压缩编码技术
链式编码chain codes
游程长度编码run-length codes
块状编码block codes
四叉树编码quadtree codes（具有可变分辨率和区域性质）
9. 矢量数据和栅格数据优缺点比较（简答题）。

矢量数据栅格数据
优点：
1.数据结构严密
2.提供有效的拓扑编码，便于拓扑操作
3.图形输出美观
优点：
1.数据结构简单
2.叠加操作更易实现、操作
3.能有效表达空间的可变性
4.便于做图像的有效增强
缺点：1.数据结构复杂
2.叠加操作不方便
3.表达空间变化性能力差
4.不能做增强处理
缺点：1.数据量大，需要压缩
2.难于表达拓扑关系
3.图像输出不美观，有锯齿第四章
1.数据源的类型：
扫描地图、遥感影像、地面测量、统计资料、数字数据（讲究格式和精度）、多媒体。

2.属性数据的编码原则：系统性和科学性、一致性、标准化和通用性、简捷性、可扩展
属性。

3.地理配准的过程：
1)扫描进地形图
2)在地形图中找到公里网的交点作为控制点。

3)用ArcGIS中的影像配准（Georeferencing）的Add Control Piont均
匀添加7个或7个以上的控制点，输入实际坐标（Input X and Y），
4)打开View Link Table检查控制点的残差和RMS，删除残差过大（通常
大于1）的控制点。

5)打开Data Frame Properties选择坐标系统(coordinate system).
6)点击Georeferencing的rectify进行校正，选择重采样的类型
（resample type），最后保存。

4.图形数据的输入实际上就是图形的数字化过程。

一般有两种方法：
–手扶跟踪数字化仪输入
–扫描仪输入
5．数据数字化设备：
数字化仪、扫描仪、摄影测量设备
第五章
1.网络分析
1）.概念：是对地理网络、城市基础设施网络进行地理分析和模型化，基于它们本身在空间上的拓扑关系、内在联系、跨度等属性和性质进行空间分析，通过满足必
要的条件得到合理的结果。

其根本目标就是研究、筹划一项网络工程如何安排、
并使其运行效果最好。

2）.网络分析的理论基础是图论和运筹学
3).网络分析的应用主要包括三个方面：路径分析、地址匹配和资源分配。

2.叠加分析
1）.概念：叠加分析是指两层或多层地图要素进行叠加产生的一个新要素层的操作，其结果将原来的要素分割成新的要素。

新要素综合了原来两层或多层要素所具有的属性。

涉及到逻辑交、逻辑并、逻辑差的运算
被叠加的要素层面必须是基于相同坐标系统，同一地带。

2）. 叠置分析的类型:根据操作要素的不同分为：
–点与多边形叠加
–线与多边形叠加
–多边形与多边形叠加
3). 空间多边形叠置(overlay)
•UNION (并集)
•INTERSECT(交集)
•Erase(差集) 提取边界内部或外部
•I DENTITY (并集被第一个输入层边界裁切后剩余部分)
•Clip(切) 从Coverage 中提取一部分
4). （另一版本）ArcGIS根据操作形式的不同叠加分析分为：
图层擦除
a.识别叠加（输入图层和另外一个图层进行识别叠加，在图形交迭的区域，识别图层的属性将赋给输入图层在该区域内的地图要素，同时也有部分的图形的变化在其中
b.交集操作（交集操作是得到两个图层的交集部分，并且原图层的所有属性将同时在得到的新的图层上显示出来。

）
c.均匀差值（去掉两个图层之间的公共部分，同时对原有图层的空间分布也进行一定区域内的调整，新生成的图层的属性为两者属性的综合。

）
d.图层合并（图层合并是通过把两个图层的区域范围联合起来而保持来自输入地图和叠加地图的所有地图要素）
e.修正更新（修正更新指，首先对输入图层和修正图层进行几何相交计算，然后输入的图层被修正图层覆盖的那一部分将被修正图层而代替。

如果两个图层均是多边形要素，那么两者将进行合并，并且重叠部分将被修正图层所代替，而输入图层的那一部分将被擦去。

）
3.空间分析
1).概念：空间分析是基于空间数据的分析技术，它以地学原理为依托，通过分析算法，从空间数据中获取有关地理对象的空间位置、空间分布、空间形态、空间形成和空间演变等信息。

（质心量测可以用于人口变迁分析）
2）. 主要内容（理解）
A.空间位置：借助于空间坐标系传递空间对象的定位信息，是空间对象表述的
研究基础，即投影与转换理论。

B.空间分布：同类空间对象的群体定位信息，包括分布、趋势、对比等内容。

C.空间形态：空间对象的几何形态
D.空间距离：空间物体的接近程度
E.空间关系：空间对象的相关关系，包括拓扑、方位、相似、相关等。

3). 复杂的空间分析包括：
A.缓冲区分析
B.叠加分析
C.网络分析
D.空间统计分析
E.空间插值
F.数字高程模型（数字地形模型分析）
G.栅格聚合、聚类、复合、窗口分析
4).简单的空间分析
A．空间查询
B．空间量算
例题. 假设某一地区遭受百年一遇的洪灾，已知洪水水位相对高度为400米，民政局委托你估算洪水淹没造成的损失。

已知洪水水位的相对高程、损失大小和居民的财产、地基的稳定性有关。

问洪水淹没损失估算所需要的空间数据有哪些？叙述估算估算洪水淹没造成的损失空间分析过程。

解：1．要估算洪水淹没损失，所需要的空间数据包括1）数字化的地块多边形地图。

每个地块均有土地使用、可遭损失的财产状况（简称估计财产）、不同地基类型等属性。

2）地块多边形属性表中有地均财产这一项，地均财产=估计财产/地块面积。

3）对每一类地基，可估计其稳定性，并估计房屋倒坍的可能性，称损失系数4）数字化的等高线地形图。

2.相应的空间分析过程：1将地块多边形和高程多边形叠合，产生地块—高程多边
形地图和对应的属性表。

2在地块—高程属性表中选择高程小于等于500，土地使用性质为住宅（R1、R2）的记录和地基—损失系数对照表连接，获得新的地块—高程属性表。

估计损失=面积×地均财产×损失系数。

3当洪水淹没了400米以下
的地区时，得到每个地块财产的大致损失状况4对地块——高程图按对应属性进行分类，得到洪水淹没损失分布图。

4）.缓冲分析（大题）
1）.概念:缓冲区分析(Buffer)是对选中的一组或一类地图要素（点、线或面）按设定的距离条件，围绕要素形成缓冲区多边形实体，从而实现数据在二维空间扩展的信息分析方法，是目标的一种影响范围或服务范围在尺度上的表现。

2）.缓冲区分析类型:点要素缓冲区、线状要素缓冲区、面状要素缓冲区
第六章
1.空间插值：用于将离散点的测量数据转换为连续的数据曲面的过程。

理论假设（理解）:是空间位置上越靠近的点，越可能具有相似的特征值；而距离越远的点，其特征值相似的可能性越小。

另外一种是分类，它不考虑不同类别测量值之间的空间联系，只考虑分类意义上的平均值或中值，为同类地物赋属性值。

它主要用于土壤、地质、植被或土地利用的等值区域图或专题地图的处理，在“景观单元”或图斑内部是均匀和同质的，通常被赋给一个均一的属性值，变化发生在边界上。

2.空间插值的数据源
1)摄影测量得到的正射航片或卫星影象；
2)卫星或航天飞机的扫描影象；
3)野外测量采样数据，采样点随机分布或有规律的线性分布
4)数字化的多边形图、等值线图。

3空间插值的类型
1)整体插值：用研究区所有采样点的数据进行全区特征的拟合。

通常不直接用于空间
插值，而是用来检测不同于总趋势的最大偏离部分，在去除了宏观地物特征后，可用剩余残差来进行局部插值。

2)局部插值：仅用邻近的数据点来估计未知点的值。

3.整体插值方法：
1）边界内插方法：最简单的统计模型是标准
i.方差分析模型
2）趋势面分析（Trend surface interpolation）
1.通常用二次多项式来拟合。

3）傅里叶级数
4.局部插值方法：
1). 移动平均插值方法-距离倒数插值（Inverse Distance Weighted）
即反距离权插值（IDW），利用“距离越远对插值点影响最小”以距离倒数次方为权插值。

IDW是GIS软件根据点数据生成GRID图层的最常见方法，这种方法易受数据点群的影响，计算结果经常出现一种孤立点数据明显高于周围数据点的“鸭蛋”分布模式，可以在插值过程中通过动态修改搜索准则进行一定程度的改进。

2). 样条插值方法（SPline）
计算机用于曲线与数据点拟合以前，制图员用曲线规逐段地拟合出平滑的曲线。

这种灵活的曲线规绘成的分段曲线称为样条。

与样条匹配的那些数据点称为桩点。

样条函数是分段函数，一次拟合只有少数数据点配准，同时保证曲线段的连接处为平滑连续曲线。

这就意味着样条函数可以修改曲线中的某一段而不必重新计算整条曲线。

3). 空间自协方差最佳插值方法-克里金插值(kringing)
Kriging插值方法在空间相关范围分析的基础上，利用地统计学方法，用相关范围内的采样点来估计待插点属性值。

（1）数据检验与分析，删去明显偏离实际的采样数据点。

（2）数据预处理。

（3）绘制方差图，了解空间变量的集聚范围与方向。

（4）克里金插值估计。

相对来说，克里金插值则能较好地反映各种地形变化，但克里金方法的计算量很大，因此在对大面积区域大数据量内插时，这是一个不能不考虑的因素。

4）. 最邻近点法—泰森多边形方法
5.空间插值的方法总结：
6.聚合与聚类
由数字高程模型转换为数字高程分级模型便是空间数据的聚合，
而从遥感数字图象信息中提取其一地物的方法则是栅格数据的聚类。

7. Zonal函数包括：
Mean
Stdv 标准差
Sum
Min
Max
Range最大、最小值的差
Variety不同值的个数
第七章
1.DEM定义与应用领域
DEM(Digital Elevation Model ):是对地理空间起伏连续变化的数字表示形式，
用来描述地理空间的第三维坐标—高程。

通常用矩阵表示。

表示模式：
（1）格网（GRID）
（2）不规则三角网（TIN）
（3）等值线（CONTOUR）
格网DEM分析的用途包括：（1）地形曲面拟合：求DEM范围内任意点的高程，在此基础上进行地形属性分析。

由于已知有限个格网点的高程，可以利用这些格网点高程拟合一个地形曲面，推求区域内任意点的高程。

（2）立体透视图：绘制透视立体图是DEM 的一个极其重要的应用。

透视立体图能更好地反映地形的立体形态，非常直观。

（3）通视分析：通视分析有着广泛的应用背景。

典型的例子是观察哨所的设定、森林中火灾监测点的设定、无线发射塔的设定等。

（4）流域特征地貌提取与地形自动分割：是进行流域空间模拟的基础技术。

主要包括流域地貌形态结构定义、特征地貌自动提取和地形自动分割算法。

（5）计算地形属性：由高程数据计算得到如坡度因子，坡向等要素属性。

DTM是地理信息系统的基础数据，可用于土地利用现状的分析、合理规划和洪
水险情预报等。

在军事上可用于导航、作战电子沙盘等。

主要应用：
•作为国家地理信息的基础数据
•为军事目的（军事模拟等）而进行的地表三维显示
•景观设计与城市规划
•土木工程、景观建筑与矿山工程的地表三维显示
•流水线分析、可视性分析
•不同地表的统计分析与比较
•交通路线的规划与大坝的选址
•作为背景叠加各种专题信息，进行显示分析等
2.TIN
全称：(Triangulated Irregular Network)不规则三角网模型
根据区域的有限个点集将区域划分为相等的三角面网络，数字高程有连续的三角面组成，三角面的形状和大小取决于不规则分布的测点的位置和密度，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.
第八章
1.地理信息开发研究的四个阶段
系统分析、系统设计、系统实施、系统评价及维护。

系统分析阶段的需求功能分析、数据结构分析和数据流分析是系统设计的依据。

系统分析阶段的工作是要解决“做什么”的问题，它的核心是对地理信息系统进行逻辑分析，解决需求功能的逻辑关系及数据支持系统的结构，以及数据与需求功能之间的关系；系统设计阶段的核心工作是要解决“怎么做”的问题，研究系统由逻辑设计向物理设计的过渡，为系统实施奠定基础。

系统实施是GIS建设付诸实现的实践阶段。

•主要内容：程序编制与调试、数据采集与数据库建立、人员的技术培训、系统的测试等
系统评价及维护
•主要对下列各项进行考查：
• 1.系统效率
•地理信息系统的各种职能指标、技术指标和经济指标是系统效率的反映。

例如系统能否及时地向用户提供有用信息，所提供信息的地理精度和几何精度如
何，系统操作是否方便，系统出错如何，以及资源的使用效率如何等等。

• 2.系统可靠性
•系统可靠性是指系统在运行时的稳定性，还包括系统有关的数据文件和程序是否妥善保存，以及系统是否有后备体系等。

• 3.可扩展性
•一个系统建成后，要使在现行系统上不做大改动或不影响整个系统结构，就可在现行系统上增加功能模块。

• 4.系统的效益可移植性
•系统必须按国家规范标准设计，包括数据表示、专业分类、编码标准、记录格式等，都要按照统一的规定，以保证软件和数据的匹配、交换和共享。

•系统的效益
•系统的效益包括经济效益和社会效益。

•
第九章
1.万维网全称与定义
万维网（World Wide Web环球信息网）地理信息系统，是GIS与www的有机结合，GIS通过www功能得到了扩展，从www的任意一个节点，人们可以浏览和获取Web 上的各种地理空间数据及属性数据、图像、文件，以及进行地理空间分析，地理数据的概念已扩展为分布式的、超媒体特性的、相互关联的数据。

Web GIS具有许多优点：
(1) 全球化的客户／服务器应用。

全球范围内任意1个WWW节点的Internet 用户都可以访问Web GlS服务器提供的各种GIS服务，甚至还可以进行全球范围内的GIS数据更新，使分布式的多数据源的数据管理和合成变得更易于实现。

(2) 真正大众化的GIS。

以往的GIS由于成本高、技术难度大，往往成了少数专业人士拥有的专业工具，很难推广。

Web GIS则给更多的用户提供了使用GIS的机会。

Web GIS在客户端通常只需使用通用浏览器进行浏览和查询(有时还要加入一些免费使用的插件、Active X控件等)，从而大大降低了系统成本。

(3) 跨平台特性。

在Web GIS以前，尽管一些GIS厂商已经针对不同的操作系统提供了不同的GIS软件版本，但是迄今为止没有1个GIS软件真正具有跨平台的特性。

对于Web GIS而言，无论Web GIS服务器端使用何种操作系统的GIS软件，由于使用了通用的Web浏览器，用户都可以轻松地访问Web GIS 数据，不存在任何困难。

(4) 良好的可扩展性。

Web GIS很容易跟Web中的其他信息服务进行无缝集成，可以建立灵活多样的GIS应用。

例如，随着通信终端向多媒体和移动化方向发展，数字移动电话、PDA(个人数字助理)将成为Web GIS的客户端，WAP 服务器和Web GIS服务器将连为一体。