地理信息系统导论5版课后答案

1章答案一、名词解释.地理信息系统［中科院2004年、南京大学2003年、中南大学2003年、中科院2003年、华东师范大学2000年、浙江大学1999年、南京大学1996年、南京大学1995年研］答：GIS是以计算机技术为依托，以具有空间内涵的地理数据为处理对象，运用系统工程和信息科学的理论，采集、存储、显示、处理、分析、输出地理信息的计算机系统，为规划、管理和决策提供信息来源和技术支持。.地理信息科学［南京师范大学1999年、南京大学1998年研］答：地理信息科学或称空间信息科学，是地理学与计算机技术的交叉学科，属于新兴的高新技术领域。地理信息科学研究的对象是，在计算机软硬件系统支持下，对地球表层空间中的有关地理分布数据进行采集、存储、管理、运算、分析、显示和描述，解决复杂的管理、规划和决策问题。二、简答题举例说明地理信息系统的应用前景。［武汉大学2005年复试］答：地理信息系统的应用前景：当前，GIS正向着集成化、产业化和社会化发展规律方向迈进，呈现以下主要发展态势：（1）GIS已成为一门综合性技术；即GIS集成技术，3s技术等名词的出现。GIS产业化的发展势头强劲；GIS网络化已构成当今社会的热点；(4)地理信息科学的产生和发展。目前GIS在各行各业都得到应用，如资源规划管理、全球变化、灾害预测等，具有广泛的应用前景。2.定义地理空间数据。答：地理空间数据也称地理参照数据，是用于描述位置和空间要素属性的数据。.阐述GIS在你所从事领域的一个应用实例。答：GIS在栅格图象矢量化的应用(1)在tools的extensions中选中arcscan,然后在view的toolbar中选中arcscan。(2)把图象重新symbolize,使用classify分成两种类型。在图象上鼠标右击，选取properties,在选symbolgy标签，在show中选classified。(3)在arcCatalog中新建shp文件，将图象和SHP文件一起加入到ARCMAP中对SHP文件进行编辑，此时可以激活arcscan进行矢量化。.在你的GIS班中和项目中目前使用哪种软件和硬件？答：在我们日常的学习中使用的软件和硬件如下(1)软件GIS软件包括源代码和用户界面。（2）硬件硬件包括计算机系统，如：个人计算机、工作站和操作系统。其他设备还包括用于显示的显示器，用于空间数据数字化的数字化仪和扫描仪，全球定位系统接收器和野外工作的移动设备，以及用于硬拷贝数据显示的打印机和绘图仪。.阐释空间数据和属性数据是GIS数据的重要组成部分。答：GIS的操作中需要空间数据输入和属性数据管理。（1）空间数据输入一个GIS项目最昂贵的部分即是数据的获取，无论是使用现有的数据还是创建新的数据。现有的数据可以从互联网上获取，新数据可以通过纸质地图、卫星影像、GPS数据、野外调查、街道地址以及带有x、y坐标的文本文件数字化获得。新建的数字化地图大都需要编辑和几何转换。编辑主要是去除数字化错误，诸如多边形缺失或是拓扑错误（如不闭合多边形）。几何变换是将数字化的地图转换成投影坐标系统。（2）属性数据管理属性数据用来描述空间要素的特征，这些数据通过数字化和编辑来输入和校验。关系数据库模型是在GIS中管理属性数据的规范。关系数据库是一系列表（关系）的集合，每一个表格可以独立于其他表格来进行编制、维护和编辑，但在进行数据查询和检索时，可以将这些表格合并或者关联。关系数据库设计中的两个基本要素是关键字和数据关系类型。前者使得不同表格把相应记录建立连接，后者是指表格如何链接。.解释矢量数据和栅格数据之间的不同。答：栅格与矢量数据模型的比较（1）栅格数据的优缺点①栅格数据的优点数据结构简单；空间叠加分析方便，有利于各空间组合分析；数据模拟便捷；适合大比例尺。②栅格数据的缺点缺少空间实体的定量准确数据；缺少结构信息拓扑关系；输出图像质量不高；网络分析困难；不适合做不连续的数据处理。（2）矢量数据的优缺点①矢量数据的优点数据精度高，更新方便；数据存储空间小，信息量大；数据输出精度高方便快捷；具有拓扑数据结构，有利于进行拓扑分析；适合各种比例尺。②矢量数据的缺点数据结构复杂，矢量化工作麻烦；图形叠加复杂绘图成本高，耗时。.解释地理相关数据模型和基于对象数据模型之间的不同。答：（1）地理相关数据模型地理相关数据模型是一种矢量数据模型，用分离的系统分别存储空间数据和属性数据。(2)基于对象的数据模型基于对象的数据模型是一种用对象来组织空间数据的数据模型，它将空间数据和属性数据存储在同一个系统内。(3)不同之处地理相关数据模型是将存储空间和属性数据存储在不同的系统内，而基于对象的数据模型是将空间数据和属性数据存储在同一个系统内。.数据探查与数据分析有何不同？答：数据探查和数据分析均为GIS活动的一类。(1)含义不同①数据探查包括：属性数据查询，空间数据查询，地理可视化。②数据分析包括：矢量数据分析，栅格数据分析，地形制图与分析,视域和流域，空间插值，地理编码和动态分段，路径分析和网络应用。(2)内容不同①数据探查通常是数据分析的前期工作，其目的在于弄清数据中的大概趋势，更好地观察并理解数据子集，以及关注数据间的可能关系。②数据分析是在数据探查的基础上进行的操作。.假如要求你为班级做一个GIS项目，完成该项目需要进行哪些活动和运作？答：完成项目需要沟通技能、组织技能和团队建设技能，其次是领导技能、处事技巧和技术技能。GIS战略规划阶段的工作内容主要包括：（1）用户调查；（2）用户需求分析；（3）系统总体设计；（4）可行性研究；（5）撰写战略规划报告。.说出矢量数据分析的两个例子。答：（1）学校、医院等公共服务设施选址时，需要用到缓冲区分析等矢量数据拓扑分析方法。（2）道路拓宽改建过程中的拆迁指标计算.说出栅格数据分析的两种操作。答：（1）局域分析运算局域分析运算时栅格数据分析中的单个单元运算，对应栅格单元运算，不涉及位置运算。不受领域单元影响。（2）领域分析运算领域运算是设计一个中心点单元和一组环绕其单元的栅格数据分析技术。领域运算一般在单个图层上进行，通过所确定的领域类型扫描整个格网。.你认为地理信息系统在社会中最重要的几个应用领域是什么？给出一些项目例子。答：（1）地理信息系统在社会中最重要的几个应用领域：①资源管理；②区域和城乡规划；③灾害监测；④环境评估；⑤作战指挥；⑥交通运输；⑦宏观决策。（2）具体实例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。例如，福州市城市地价动态监测系统建设与数据更新、福州市城市住宅用地集约利用潜力评价，基于GIS技术的福建省温泉查询系统。.地理信息系统的主要组成及其功能。答：（1）地理信息系统的组成①硬件硬件是GIS所操作的计算机。GIS软件可以在很多类型的硬件上运行。从中央计算机服务器到桌面计算机，从单机到网络环境。②软件GIS软件提供所需的存储、分析和显示地理信息的功能和工具。主要的软件部件有：输入和处理地理信息的工具、数据库管理系统(DBMS)、支持地理查询、分析和视觉化的工具、容易使用这些工具的图形化界面(GUI)③数据一个GIS系统中最重要的部件就是数据了。地理数据和相关的表格数据可以自己采集或者从商业数据提供者处购买。GIS将把空间数据和其他数据源的数据集成在一起，而且可以使用那些被大多数公司用来组织和保存数据的数据库管理系统，来管理空间数据。④人员GIS技术如果没有人来管理系统和制定计划应用于实际问题，将没有什么价值。GIS的用户范围包括从设计和维护系统的技术专家，到那些使用该系统并完成他们每天工作的人员。(2)地理信息系统的功能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制图功能根据GIS的数据结构及绘图仪的类型，用户可获得矢量地图或栅格地图。地理信息系统不仅可以为用户输出全要素地图，而且可以根据用户需要分层输出各种专题地图，如行政区划图、土壤利用图、道路交通图、等高城图等等。还可以通过空间分析得到一些特殊的地学分析用图，如坡度图、坡向图、剖面图等等。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。.阐述GIS发展的主要态势。答：GIS发展态势：GIS已成为一门综合性技术GIS已经成为IT产业的重要组成部分；GIS与GPS、RS即“3S”集成系统，而且与CAD、多媒体、通信、因特网、OA、VR等多种技术相结合，构成综合的信息技术。GIS成为一门综合技术的另一显著标志是其自身和支持功能的不断完善，体现在：GIS信息规范共享措施的建立；多源数据无缝集成和融合技术；开放式GIS的构建；GIS空间模型及体系的建立等。GIS产业化的发展势头强劲由于GIS是一项21世纪信息时代，关系国家综合竞争实力的高新技术，因此GIS及其产业化的发展日益受到各国普遍关注。90年代全球GIS产业以每年15%-40%的速度增长，成为信息产业中市场前景十分广阔又相对独立的新兴产业。GIS网络化已构成当今社会的热点因特网的迅速发展为GIS技术发展提供一次良机，Web以HTTP(超文本传输协议)为信息通信协议，采用B/S结构，采用先进网络技术。方便在网上进行地理空间分析、查询、预测、推理等。极大拓展GIS的功能。(4)地理信息科学的产生和发展随着研究的深入，地理信息科学概念逐渐形成，Goodchild在1992年提出它的定义：地理信息科学主要研究在应用计算机技术对地理信息进行处理、存储、提取以及管理和分析过程中提出的一系列基本问题，如数据的获取和集成、分布计算、地理信息的认知和表达、空间分析、地理信息基础设施建设、地理数据的不确定性及其对地理信息系统操作的影响、GIS的社会实践等。地理信息科学的提出是GIS技术及其应用发展到一个相当水平后的必然要求，但它作为一个新兴的分支学科，其科学理论和方法还处于初级阶段，学科体系尚未健全，它有三部分构成：地球信息机理是其研究主体，地理信息技术是其研究手段，全球变化与区域可持续发展是其主要研究领域。2章答案一、名词解释.投影转换［河海大学2005年、西北大学2001年研］答：投影转换是从一种地图投影变换为另一种地图投影。其实质是建立两平面场之间及邻域双向连续点的一一对应的关系。.仿射变换［南京大学2003年研］答：仿射变换是GIS数据处理中使用最多的一种几何纠正方法。它的主要特性为：同时考虑到因地突变形而引起的实际比例尺在x和y方向上的变形，因此纠正后的坐标数据在不同方向上的长度比将发生变化。二、简答题1.试描述适合GIS应用的地球形状和大小的三种水平的近似体。答：(1)第一级近似人类在长期生产实践中，认为地球的形状为圆球形，这是第一级近似。(2)第二级近似到18世纪末，人们普遍认识到地球为极轴方向扁缩的椭球，这是第二级近似。为了数学上计算方便，来代表地球的形状。所谓旋转椭球体是将一个椭圆以它的短轴为轴旋转而成的球体。(3)第三级近似地球不是流体，所以旋转椭球体的光滑表面并不完全和地球真实形状一致。地球表面有大陆和海洋，地势有高有低，其形状是非常不规则的。后来通过重力测量采用“大地水准体"(Geoid)这个概念来代表地球的形状，这是第三级近似。1.描述美国常用的两种大地基准。答：美国常用的两种大地基准NAD83NAD83是以GRS80椭球体为基础的以地球为中心的基准面。GRS80椭球的长半轴和短半轴分别为6378137.0m(3962.94mi)和6356752.3m(3949.65mi),扁率为1/298.257。GRS80的地球形状和大小是由多普勒卫星测量而确定的。WGS84WGS84(全球大地测量系统1984)是由美国国防部的国家图像与制图局(NIMA,现在的国家地理空间情报局，或称为NGA)制定的参照系统或基准(Kumari993)。WGS84在长半轴和短半轴方面与GRS80一致。但是WGS84有一组第一参数和第二参数。第一参数定义了地球的形状和大小，第二参数涉及用于不同国家的本地基准。2.解释地图投影的重要性。答：(1)地图投影的定义投影的过程就是从球形的地球表面到平面的转换过程，这个转换过程的结果是地图投影，即以经纬线在平面上以系统排列来代表地理坐标系统。(2)地图投影的重要性①地图投影可用二维的纸质或数字地图代替地球仪。②地图投影可用平面坐标或投影坐标，而不是经纬度值。用地理坐标计算会更加复杂，还会减少距离测量的精度。③GIS的基础是各种数据而各种数据要数字化到电脑都需要正确的投影才能和实际坐标相匹配因而地图投影对于GIS举具有重要意义。.根据所保留性质描述地图投影的四种类型。答：制图者通常根据地图投影所保留的性质将其分成四类：正形、等面积或等积、等距和等方向或真方位。（1）正形投影正形投影保留了局部角度及其形状；（2）等积投影等积投影以正确的相对大小显示面积；（3）等距投影等距投影保持沿确定路线的比例尺不变；（4）等方位投影等方位投影保持确定的准确方向。.通过投影或可展曲面描述地图投影的三种类型。答：地图投影可根据投影面划分为圆柱投影、圆锥投影和方位投影。（1）圆柱投影以圆柱面为投影面的投影称为圆柱投影；(2)圆锥投影以圆锥面为投影面的投影称为圆锥投影；(3)方位投影以平面为投影面的投影则称为方位投影。.解释标准线和中央线的差异。答：(1)标准线标准线指明投影变形分布的模式。(2)中心线中心线(中央纬线和中央经线)定义了地图投影的中心或原点。.比例系数如何与主比例尺建立联系？答：比例系数是标准局部比例尺，即局部比例尺与主比例尺的比值。.说出两种基于横轴墨卡托投影的常用投影坐标系统。答：基于横轴墨卡托投影的常用投影坐标系统有：通用横轴墨卡托格网系统，通用极射坐标系格网系统这两种。.解释一个UTM分带如何以其中央经线、标准经线和比例系数来定义。答：每个UTM分带都用通用正割横轴墨卡托投影制图，中央经线的比例系数为0.9996,原点纬线是赤道。两条标准经线分别距中央子午线以西和以东180km（图2.13）。每个UTM带的作用就是保持精度至少为1：2500（即UTM格网系统上2500m路程的距离量测与真实距离的误差在1m以内）。.描述即时投影如何运作。答：即时投影是GIS销售商重点推介的一个特征。即时投影可根据不同坐标系统显示其数据集。软件包使用现有投影文件并自动将数据集转换成通用坐标系统，这个通用坐标系统是所显示的第一个数据集的默认坐标系统。如果数据集有未知坐标系统，GIS软件包可使用一个假定坐标系统来替代。即时投影不是真的改变数据集的坐标系统。因此，在GIS项目中它不能代替数据集投影和重新投影任务。如果某个数据集在不同坐标系统中被频繁使用，就要对其进行重新投影。而如果用于空间分析的数据集有不同的坐标系统，我们就要把它们转换成同一坐标系统才能获得最大精度。.地图投影的方式。答：（1）等角正切方位投影主要用于两极地区1:100万地图。以极地为投影中心，又称球面极地投影。纬线为以极为中心的同心圆，经线为由极向四周辐射的直线，纬距由中心向外扩大。投影中央部分的长度和面积变形小，向外逐渐增大。（2）等积斜切方位投影主要用于亚洲I、欧洲、北美等大区域地图。中国政区亦采用该投影，投影中心点为3（TN,105°E。又称地平投影。此投影将极地偏于一边，投影中心点随需要而定。中央经线为直线，其余经线和纬线均为曲线，纬线为同交点椭圆弧。中央经线上纬线自投影中心点向上向下逐渐减小；投影中心点向外，长度和角度变形逐渐增大。（3）等距正割圆锥投影适用于东西方向长的地图。圆锥体面割于球面两条纬线。纬线呈同心圆弧，经线呈从纬线圆心辐射的直线束。各经线和两标纬无长度变形，即M=l,nl=l,n2=l,其它纬线均有长度变形。在两标纬之间角度、长度和面积变形为负，在两标纬外变形为正。离开标纬愈远，变形的绝对值愈大。（4）等积正割圆锥投影适用于东西南北近乎等大的地区，以及要求面积正确的地图。经纬线形状与等距正割圆锥投影相同。为达到等积目的，即mn=l,将经线长度加以缩放改进。两标纬上无长度变形，在两标纬之间经线长度变形为正，纬线长度变形为负；在两