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1、1.1. 地理信息系统地理信息系统 GISGISGeographic Information System (地理信息系统)，GIS 就是一个专门管理地理信息的计算机软件系统，它不但能分门别类、分级分层地去管理各种地理信息；而且还能将它们进行各种组合、分析、再组合、再分析等；还能查询、检索、修改、输出、更新等。地理信息系统具有数据输入、预处理功能、数据编辑功能、数据存储与管理功能、数据查询与检索功能、数据分析功能、数据显示与结果输出功能、数据更新功能等。3.3. 矢量数据结构矢量数据结构矢量数据模型是以点为基本单位描述地理实体的分布特征，即每一个地理实体都看作是由点组成的。常用的矢量数据结构有
2、简单矢量数据结构、拓扑数据结构和不规则三角网数据结构三种。4.4.栅格数据结构栅格数据结构栅格数据结构是以规则的阵列来表示空间地物或现象分布的数据组织，组织中的每个数据表示地物或现象的非几何属性特征。常用的栅格数据结构有栅格矩阵、游程编码、链编码、四叉树。5.5.不规则三角网（不规则三角网（TINTIN）数据结构）数据结构 不规则三角网（Triangulated Irregular Network，简称 TIN）是根据一系列不规则分布的数据点产生的，每个数据点由（x，y，z）表示，这里 x，y为点的坐标，z 为所表示的地理实体在该点的属性值，如高程值、温度值等。11.GIS11.GIS 处理的
3、对象处理的对象是同时具有空间特征、属性特征和时空特征的空间数据。14.14.拓扑关系对拓扑关系对 GISGIS 空间分析的意义空间分析的意义第一，拓扑关系能清楚地反映实体之间的逻辑结构关系，它比几何关系具有更大的稳定性，不随地图投影而变化；第二，拓扑有助于空间要素的查询，利用拓扑关系可以解决许多实际问题（如区域的邻接和相邻问题分析） ；第三，根据拓扑关系可重建地理实体，这对于虚拟 GIS 发展很有利。16.16.地理数据或实体分层的目的地理数据或实体分层的目的（1）空间数据分为若干数据层后，对所有空间数据的管理就简化为对各数据层的管理，而一个数据层的数据结构往往比较单一，数据量也相对较小，管理
4、起来就相对简单。（2）对分层的空间数据进行查询时，不需要对所有空间数据进行查询，只需要对某一层空间数据进行查询即可，因而可加快查询速度。（3）分层后的空间数据，由于便于任意选择需要显示的图层，因而增加了图形显示的灵活性。（4）对不同数据层进行叠加，可进行各种目的的空间分析，特别有利于地图的叠加分析。21.21.地图投影在地图投影在 GISGIS 中的作用中的作用（1）GIS 以地图方式显示地理信息。地图是平面，而地理信息则是在地球椭球面上，因此地图投影在 GIS 中不可缺少。投影是一个 GIS 项目的首要任务。 （2）GIS 数据库中地理数据以地理坐标存储时，则以地图为数据源的空间数据必须通过
5、投影变换转换成地理坐标；而输出或显示时，则要将地理坐标表示的空间数据通过投影变换转换成指定投影的平面坐标。 （3）在 GIS 中，地理数据的显示可根据用户的需要而指定投影方式，但当所显示的地图与国家基本地图系列的比例尺一致时，一般采用国家基本系列地图所用的投影。25.GIS25.GIS 项目项目中软硬件的比例：硬件软件数据 = 12 726.26.地图数据地图数据主要通过对纸质地图的跟踪数字化和扫描数字化获取。29.29.在在 GISGIS 工程中，地图数字化工程中，地图数字化是目前获取空间数据的主要途径。一般有两种作业方式：一种是使用数字化仪来进行手扶跟踪数字化，另外一种则是将纸图用扫描仪扫
6、描成栅格图像后，进行矢量化。30.30.图形数据误差图形数据误差(1)由于地图纸张变形所产生的误差；(2)由于数字化时地图定向所产生的误差；(3)由于数字化读数所产生的误差；(4)数字化操作产生的各种误差。33.33.基于栅格数据的基于栅格数据的 GISGIS 空间分析方法空间分析方法栅格叠加分析、栅格缓冲分析、栅格邻域分析、栅格窗口分析、栅格地形分析34.34.基于矢量数据的基于矢量数据的 GISGIS 空间分析方法空间分析方法矢量地理查询、矢量缓冲分析、矢量叠置分析矢量网络分析、矢量地形分析、矢量邻域分析35.35.分区叠加分析的算法、坡度和坡向的算法分区叠加分析的算法、坡度和坡向的算法3
7、6.36.专题图专题图专题制图目的：使属性数据可视化、地图化。即利用属性表中一列或多列数据，编制专题地图的过程。用不同的颜色来区分不同大小或不同性质的属性数据；或用符号大小反映数值大小；或用点的疏密（密度）表达数值大小；或用直方图、饼图显示数据等。专题图的种类。38.组件式组件式 GISGIS（ComGISComGIS） ，就是采用了面向对象技术和组件式软件的 GIS 系统（包括基础平台和应用系统） 。ComGIS 的基本思想是把 GIS 的各大功能模块划分为几个组件，每个组件完成不同的功能。各个 GIS 组件之间，以及 GIS 组件与其它非 GIS 组件之间，都可以方便地通过可视化的软件开发
8、工具集成起来，形成最终的 GIS 基础平台以及应用系统。41.41. 空间信息表达的通常手段空间信息表达的通常手段：文字注记（标注） 图例表示 专题表现 专题制图42.42.拓扑关系拓扑关系指满足拓扑几何学原理的空间数据点间的相互关系。即用结点、圆弧和多边形所表示的实体之间的邻接、关联和包含等关系。或指虽图形保持连续状态下变形，但图形关系不变的性质。系统元素之间的关系可分为关联性、邻接性、连通性、包含性等。43.43. 数字高程模型数字高程模型 DEMDEM数字高程模型（Digital Elevation Model，缩写 DEM）是一定范围内规则格网点的平面坐标（X，Y）及其高程（Z）的数据
9、集，它主要是描述区域地貌形态的空间分布，是通过等高线或相似立体模型进行数据采集（包括采样和量测） ，然后进行数据内插而形成的。44.44.给定某一海域的海面观测点分布地图及每个点的海面日平均温度观测数据，给定某一海域的海面观测点分布地图及每个点的海面日平均温度观测数据，现需要计算该海域没某一天的海面温度等值线分布及温度变化梯度分布，请现需要计算该海域没某一天的海面温度等值线分布及温度变化梯度分布，请利用利用 GISGIS 的功能给出求解方法和步骤。的功能给出求解方法和步骤。答：这属于地学模拟模型。(1)数字化地图，画出观测点图层，设置相关属性字段(ID、温度值、经纬度坐标)；(2)建立新图层，
10、设置相关属性字段(ID、温度值)，在新建图层上根据海面观测点的日平均温度观测数据画出等值线，该图层是线图层；(3)从给定位置的值去推算给定邻域相关变量的值，在 GIS 中称为“空间插值”，属于邻域分析。适合估算雨量、气温或湿度等值。利用 GIS 的空间分析模块，根据观测点和等值线建立 TIN 三角网，通过 TIN 三角网生成温度变化梯度分布图。45.45.为建重大水利工程。若根据蓄水前后的水位计算淹没范围、淹没耕地面积及为建重大水利工程。若根据蓄水前后的水位计算淹没范围、淹没耕地面积及淹没区移民数量，你需要哪些基本数据？并结合淹没区移民数量，你需要哪些基本数据？并结合 GISGIS 的功能给出
11、详细的技术方的功能给出详细的技术方案和实现过程。案和实现过程。答：这属于地学模拟模型。(1)数字化地图，分层，主要是面数据。(2)所需数据：当地的 DEM 数据，人口分布数据，财产数据，耕地分布数据，蓄水后的水面海拔高度值和经纬度坐标。(3)假设该水利工程蓄水量无限，则利用 GIS 统计蓄水后的海拔高度下的范围就是淹没的范围，再使用叠置分析淹没范围内的耕地面积和确定移民数量。注：第 4 题是本题的附加题。(4)淹没损失=淹没面积*地块财产密度。46.46.设某项应用为核电站选址，要求核电站临近海湾，距离海湾不超过设某项应用为核电站选址，要求核电站临近海湾，距离海湾不超过 10 公里，公里，交通
12、便捷，距离公路和铁路都不超过交通便捷，距离公路和铁路都不超过 5 公里，地形坡度小于公里，地形坡度小于 5，地质条件安，地质条件安全，并避开居民区，距离居民区至少全，并避开居民区，距离居民区至少 25 公里，请试以公里，请试以 GIS 方法，设计该位置方法，设计该位置选择的应用模型选择的应用模型(具体说出是哪种模型具体说出是哪种模型)，并用语言描述其分析过程。，并用语言描述其分析过程。答：这属于适应性分析模型。(1)首先要确定所需要的图层(该地区的行政区划图(至少有已用地、未用地、居民区、行政办公区等基本信息)、交通线路图(公路、铁路、桥梁的名称、起始位置和长度)、地形图(高程)、地质图(断裂
13、带、沙土液化区等)、生命线(水、电、煤气)并定义其相应的属性值。(2)把图层进行叠加并进行缓冲区分析，并应以海湾为中心按照 10 公里建立缓冲区，对公路和铁路以 5 公里为范围进行缓冲区分析，通过缓冲区的叠加部分我们可以确认数个在缓冲区内的未用地，我们可以为这些交集建立新的图层。(3)然后再以居民区为中心按照 25 公里建立缓冲区，再利用叠置分析查看哪些未用地的区域发生图层叠加，删除掉叠加的部分；这时再添加断裂带图层，在删除那些有断裂带经过的图层；对于剩余的区域，可以利用高程的差值并定义三角函数求得各个区域的坡度，坡度小于 5的区域为适合建立核电站的区域。47.我们要建立防灾学院 GIS 管理
14、信息系统，能够为校园的发展预测、规划决策以及校园管理提供可靠依据。首先要建立校园的空间数据库，请用语言描述GIS 数据库的建立过程(投影的选择，坐标系的定义等要素)？需要调研哪些数据以及在数据建设中需要注意哪几方面的问题？同时请按照学院的特点，本系统应该至少有哪些功能？ 首先定义投影为经纬度投影，再定义坐标系，可采用西安 80 坐标系、北京1954 坐标系或者国标 2000 坐标系，再定义比例尺大约为(1:5000)。防灾科技学院的地理信息数据：(1)楼房建筑物：要包括教学楼、办公楼、实验楼、图书馆、学校医院、食堂、学生宿舍、学生活动用房、体育场馆和公共设施的位置以及房屋结构等。(2)树木草地
15、：反映校园树木、绿地、草坪的种类、分布及覆盖面积等。(3)道路：反映校院内各主要道路情况，包括道路位置、走向、路面宽度及坡度等。(4)管线、设施：反映校园内电线电缆、下水管逍、煤气管逍及校园网络线路的走向、水井位置、管道分布等。(5)文字注记：要对校园内的各地理实体标注文字及注记，如楼房名称、道路名称等。数据是系统建设中的重要组成部分，是校园地理信息系统建设的灵魂和生命。在数据建设中需要注意以下几方面的问题：(1)在系统建设初期，根据系统需求确定数据质量是一个重要的问题，如果数据的质量不能满足系统需要，将会直接影响到系统的可用性和准确性。(2)使用 GIS 技术管理校园地形图，空间数据繁多，在数据组织方面，力求使冗余数据得到控制，使数据层次清晰、结构合理。例如：校园里各个教学楼和宿舍楼的学生人数在不同的时间是不同的。(3)系统开发的过程也是对数据进行处理和分析的过程，系统建成后，数据还需要不断地进行维护和更新。基于 GIS 的校园信息管理系统由各子系统构成并可以进行扩展，系统结构图见图 1。防灾科技学院信息管理系统教学实验办公楼管理子系统学生宿舍管理子系统家属楼管理子系统学生教工信息管理子系统后勤设施管理子系统校园绿化管理子系统管线路灯管理子系统道路管理子系统体育场所子系统
