2006年南京师范大学地理信息系统概论试题
一、名词解释（每题6分，共30分） 1、空间数据模型
关于现实世界中空间实体及其相互间联系的概念，为描述空间数据组织和设计空间数据库模式提供了基本的方法。一般而言，GIS空间数据模型由概念数据模型、逻辑数据模型和物理数据模型三个有机联系的层次所组成。空间概念数据模型包括：场模型（用于描述空间中连续分布的现象）；对象模型（用于描述各种空间地物）；网络模型（可以模拟现实世界中的各种网络）。空间逻辑数据模型有矢量模型、栅格数据模型、矢栅一体化模型、镶嵌数据模型和面向对象模型等。
2、空间数据结构
指适合于计算机系统存储、管理和处理的地学图形的逻辑结构，是地理实体的空间排列方式和相互关系的抽象描述，是对空间逻辑数据模型描述的数据组织关系和编排方式，对地理信息系统中数据存储、查询检索和应用分析等操作处理的效率有着至关重要的作用。空间数据结构：矢量结构、栅格结构、矢栅一体化结构、镶嵌数据结构、三维数据结构和超图数据结构。
3、空间数据索引
指依据空间对象位置和形状或空间对象之间的某种空间关系按一定顺序排列的一种数据结构，其中包含空间对象的概要信息。作为一种辅助性的空间数据结构，空间索引介于空间操作算法和空间对象之间，它通过筛选作用，大量与特定空间操作无关的空间对象被排除，从而提高空间操作的速度和效率。主要有对象范围索引、格网索引、四叉树空间索引、R树和R+树空间索引。
4、空间数据引擎
可以理解为基于特定的空间数据模型，在特定的数据存储、管理系统的基础上，提供对空间数据的存储、检索等操作，以提供在此基础上二次开发的程序功能集合。从宏观上看，它是一种空间数据库管理系统的实现方法，即在常规数据库管理系统之上添加一层空间数据库引擎，该层空间数据引擎在应用程序和异种空间数据库的数据之间提供了一个开放的接口。使用不同厂商GIS的客户可以通过空间数据引擎将自身的数据提交给大型关系型DBMS，由DBMS统一管理；同样，客户也可以通过空间数据引擎从关系型DBMS中获取其他类型GIS的数据，并转化成客户可以使用的方式。通过这种方法获得常规数据库管理系统功能之外的空间数据存储和管理的能力。目前空间数据库引擎主要有两种方式：一种是以ESRI与数据库开发商联合开发的ArcSDE为代表，可称之为中间件方式空间数据引擎；另一种空间数据引擎由数据库厂商开发，如Oracle的Spatial是支持空间数据管理的专用模块，可称之为嵌入式空间数据引擎。
5、Grid GIS
是利用现有的网格技术、空间信息基础设施、空间信息网络协议规范，形成一个虚拟的空间信息管理与处理环境，为用户提供一体化的空间信息应用服务的智能化信息平台。它将地理上分布的、异构系统的各种计算机、空间数据服务器、大型检索存储系统、地理信息系统、虚拟现实系统等，通过高速互联网络连接并集成起来，形成对用户透明的虚拟的空间信息资源的超级处理环境。
二、论述题（每题20分，共120分） 1、简述空间元数据及其作用。
地理元数据是指描述空间数据的数据，它描述空间数据集的内容、质量、表示方式、空间参考、管理方式以及数据集的其他特征，是空间数据交换的基础，也是空间数据标准化与规范化的保证，在一定程度上为空间数据的质量提供了保障。 元数据内容：
（1）标识信息，是唯一标识数据集的元数据信息。如数据集的名称、发布时间、版本、空间分辨率、安全限制等。 （2）数据质量信息，是数据集质量的总体评价，包括数据集在数据完整性、逻辑一致性、位置精度、时间精度、属性精度等方面的综述以及说明数据质量的保证措施，以及数据源、数据处理过程和数据志等说明信息。
（3）空间参照系统信息，是对数据集使用的空间参照系统的说明。 （4）空间数据组织信息
（5）内容信息，描述数据集的主要内容，包括实体和属性信息。
（6）分发信息，描述有关数据分发者信息及获取数据的方法，使用户了解获取数据集的方式和途径。
（7）核心元数据参考信息，包括核心元数据发布或更新的日期，以及与建立核心元数据单位的联系信息，使用户了解到核心元数据内容的现势性。 元数据用途：
（1）帮助用户了解和分析数据：用户可对空间数据库进行浏览、检索、研究、分析，了解数据的基本情况和数据的可用性，获取方法等内容。 .;
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（2）空间数据质量控制：通过按一定的组织结构集成到数据库中构成数据库的元数据信息系统可以实现①有准确定义的数据字典，以说明数据的组成，各部分的名称，表征的内容等；②保证数据逻辑科学地集成，如植被数据库中不同亚类的区域组合成大类区，这要求数据按一定逻辑关系有效的组合；③有足够的说明数据来源、数据的加工处理工程、数据释译的信息。
（3）在数据集成中的应用：元数据记录了数据格式、空间坐标体系、数据的表达形式、数据类型、数据使用软硬件环境、数据使用规范、数据标准等信息。这些信息在数据集成的一系列处理中，如数据空间匹配、属性一致化处理、数据交换等方面是必需的。
（4）数据存贮和功能实现：元数据系统用于数据库的管理，可以实现数据库设计和系统资源利用方面开支的合理分配，避免数据的重复存贮，并可以高效查询检索分布式数据库中任何物理存贮的数据。减少用户查寻数据库及获取数据的时间。
2、试述地理信息共享技术内涵。
1）文字及与文字相关的技术 2）地图及与地图相关的技术
3）GIS及与GIS相关的技术：互联网、万维网、万维网GIS与Open GIS、互操作与互运算、网格与网格 GIS、数据融合等 详细内容参见闾国年等编著的《地理信息共享技术》一书第一章节内容。 GIS在电子政务应用中的发展阶段
GIS是实现空间地理信息采集、管理和输出的计算机技术。自20世纪60年代地理信息系统技术诞生以来，一直伴随计算机主流技术不断发展，也不断在电子政务领域中得到应用和发展。如图1所示，根据电子政务的发展阶段，GIS的应用也可以分为三个阶段：
（1）初级阶段：这一阶段的电子政务系统是一个一个孤岛式的应用系统。GIS在电子政务中应用的主要核心需求是放在制图以及部分专题式空间分析阶段，主要使用者是经过GIS技术专业培训的人员，停留在专家GIS阶段。
（2）中级阶段：这一阶段的电子政务系统开始采用网络技术在一定范围内实现信息互通互享。GIS在电子政务应用的核心是以基础地理信息为基础整合电子政务中各类专题信息，以实现信息管理为重要目标。一些未接受专业培训的业务人员也开始使用GIS，真正开始了政府GIS应用。
（3）高级阶段：这一阶段的电子政务系统是完全实现了信息互通互享和信息公众服务的高级阶段。GIS在这一阶段的应用主要是以地理信息为载体提供各类电子政务信息服务，这一阶段GIS的应用真正实现了社会化和大众化。该阶段是ＧＩＳ目前发展的主要方向。
GIS与电子政务关系
（1） GIS 是电子政务的基础地理空间平台。政府办公业务综合资源数据库所涉及的信息是多方面的，需要GIS 的地理空间数据;其中，地理空间数据是政务数据、统计数据和专题数据的信息载体和空间定位基础。
（2） GIS 可以为电子政务提供清晰易读的可视化工具。以地理空间数据和社会经济等非空间数据整合为基础的GIS 可以通过制作面向应用的专题地图、专题系列地图、多媒体动态电子地图系统、三维显示技术和虚拟现实技术等手段可以为电子政务提供空间辅助分析和决策的可视化平台，从而大幅度提高政府决策活动的质量和效率。
（3） GIS 赋予电子政务以空间辅助决策的功能。没有地理空间数据与社会经济等非空间数据的整合，就仅能对经济、社会和政务数据进行一般性的事物处理、统计分析和辅助决策，因而制约了社会经济数据的使用层次和使用效率。GIS 的空间数据与社会经济数据进行融合后，就能实现对非空间数据的空间定位、空间分析(如网络分析，缓冲区分析和叠加分析等) 和空间辅助决策;即不仅能确定客观实体(事件，现象，物质等) 是什么，还能确定客观实体的地理位置和空间分布规律;通过空间数据挖掘，可以获得新的信息和知识，从而提高政府机关决策的科学性和时效性。
（4） 电子政务需要GIS 的技术支持。没有GIS 空间数据参与的统计型政府管理信息系统，一般只能用于事物处理、综合业务管理和非空间分析决策，比如，政府机构在研究西部大开发、可持续发展、农村城镇化等发展战略和西气东输、西电东送和进藏铁路等重大建设工程时，如果不使用地理空间数据、也不采用GIS 等先进技术，就难以获得有说服力分析结论，更难以作出科学决策。而GIS技术的参入，则为电子政务的海量数据管理、多源空间数据(地图数据，航空遥感数据、卫星遥感数据、GPS 卫星定位数据、外业测量数据等) 和非空间数据的融合、Web GIS 技术和自主版权软件系统的开发、空间分析、空间数据挖掘和空间辅助决策等提供了技术支撑，从而可提高政府机构的科学决策水平和决策效率。
（5） 电子政务的建设为GIS 提供了新的发展机遇。电子政务对地理空间数据和GIS 技术提出了许多新的要求，必将促进NSDI 和GIS 技术的发展。此外， GIS 技术的发展日新月异，为了适应“电子政务”对3S( GPS ， RS ， GIS) 等高新技术的需求，需要加强对GIS 理论和新技术的研究与开发，真正作到“与时俱进”。在未来几年，在电子政务空间辅助决策领域，应重点研究以.;
3、阐述电子政务系统的发展及其与GIS的关系。
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下问题:地理空间数据的快速更新技术，海量数据管理技术，3S( GPS ，RS ， GIS) 集成技术，空间数据仓库技术，空间数据挖掘技术，Web GIS 技术，空间数据压缩和传输技术，空间数据与非空间数据的融合技术，空间决策支持技术，虚拟现实技术和信息共享技术等。
4、试述电子商务的发展及其与GIS的关系。
电子商务的发展
（1）20世纪70年代末期，电子商务意味着利用电子化的手段，将商业买卖活动简化，通常使用的技术包括电子数据交换（EDI）和电子货币转帐。
（2）20世纪80年代，随着信用卡、自动柜员机和电话银行的逐渐被接受和应用，这些也成为电子商务的组成部分。 （3）20世纪90年代，企业资源计划（ERP）、数据挖掘和数据仓库也成为电子商务的一个部分。
（4）21世纪，电子商务增加了新的组成部分——“网络商务”，客户在数据加密传输技术支持下，利用网上商店的虚拟购物车和信用卡等电子货币支付形式，通过互联网完成商品和服务的采购。
电子商务与GIS的关系
GIS与电子商务技术是互相渗透、互相融合，形成你中有我、我中有你的关系。
电子商务就是在电子技术、信息技术高度发达的现代社会里，按照一定的商务规则，利用电子网络，系统应用电子方式和电子信息技术，进行高效率、低成本的各种商务活动。而商务活动则包括信息发布贸易洽谈、交易确认、物流配送、电子结算、网上服务、网上站点宣传等。GIS作为一种特殊的电子商务，内容非常广泛，反映了地球表面的空间位置、地物或者目标的属性以及它们随时间的变化等等，将在信息技术不断发展的推动下，朝着集成化、网络化、模块化、智能化、高效化的方向发展。因此可以说，电子商务与GIS的关系是密不可分的：
一方面，因特网技术的发展，很大程度上推动了社会发展，改变了人们生活模式，也为GIS的应用和普及提供了全新模式。此外，新一代通信技术的发展，如3G的出现，为GIS走向千家万户提供了技术基础，使GIS应用也改变了原来的模式，进入一个全新的移动式GIS时代，GIS的市场潜力也大大增加，进入电信、通信、汽车导航、市场分析、旅游咨询等许多领域，乃至人们的日常生活之中，以满足工作和日常生活定位信息要求。
另一方面，电子商务的基本技术都需要地理信息技术的补充，为它们提供处理位置信息的功能，才能构成完善的解决方案和更好地实现技术目标。如办公自动化(OA)，将GIS功能融八OA之中，实现GIS与OA的一体化，使空间信息和其他各类信息统一管理，在城市规划、土地管理或是交通管理等方面发挥重要作用。
5、阐述数字城市框架及数据共享需要解决的关键技术问题。
功能体系
技术框架
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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.;
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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。
6、简述网络GIS的发展过程及趋势 。
从局域网到城域网和广域网， 从互联网到无线网络， 再到分布式网络，计算机网络同其他通信网络的每一步发展都在改变着GIS 的应用规模和地理服务方式， 而伴随着计算机网络发展的分布式计算技术也在从早期的集中式或基于主机的计算模式、文件服务器计算模式发展为客户/服务器模式、浏览器服务器模式， 再发展为如今的多层分布式计算、Web 服务和网格计算模式， 分布式计算模式也在逐步影响着GIS 的计算方法和体系结构。可以说网络与因网络发展而存在的分布式计算技术深深影响和改变着GIS，促进网络GIS的发展。 网络GIS体系结构的发展：
（1）基于C/S模式的网络GIS：采用分布式系统架构， 构建于部门局域网络之上。它主要完成海量空间数据查询统计、地图编辑、空间分析、专题制图、数据转换输出等功能。快捷性、安全性、灵活性和高效性是基于C/S的网络地理信息系统的最大特点。
（2）B/S模式的网络GIS：常常被称之为WebGIS，即互联网地理信息系统， 以互联网为环境， 以Web页面作为GIS 软件的用户界面， 把Internet 和GIS技术结合在一起， 为各种地理信息应用提供GIS 功能。与传统GIS 相比， 具有B/S 体系结构的网络GIS使原来基于单机或局域网的GIS 扩展到整个因特网， 使得地学数据和地学模型有可能在全球范围内共享。此外， WebGIS 还具备开发和应用管理成本低， 使用简单、能实现真正的信息共享、平台具有很强的独立性、良好的可扩展性、更广泛的访问范围和平衡高效的计算负载等诸多优点
（3）基于Web Service的网络GIS：是将地理信息技术和Web Service分布式计算技术相结合的产物，将地理信息系统架构在Web Service上可以轻松实现地理信息互操作， 实现透明的数据和功能跨平台无缝访问。目前， OGC 成立了专门研究如何利用Web 服务及其相关技术解决地理信息领域互操作问题的研究项目即OGC Web 服务启动项目(OGC Web Services Initiative) ， 即OWS (OGC Web Services)， 该项目提出一个可进化、基于开放地理数据互操作规范的、能够无缝集成各种在线空间处理和位置服务的框架， 使得分布式空间处理系统能够通过XML 和HTTP 技术进行交互， 并为各种在线空间数据资源、来自传感器的信息、空间处理服务和位置服务进行基于Web 的发现、访问、整合、分析、利用和可视化等操作提供互操作框架。
（4）移动与嵌入式的网络GIS：是GIS同移动与嵌入式设备集成的产物， 它是GIS的一个新兴应用领域。典型的嵌入式GIS较之于传统的GIS系统具备数据实时性强、使用方便、与定位系统结合紧密等优点， 但是由于硬件和网络环境的限制同样也有功能较简单、不便于分析、速度较慢等缺陷。
（5）基于格网的网络GIS：简称GRID GIS， 它是指实现网络环境中空间信息共享和协同服务的分布式GIS软件平台和技术体系。它将地理上分布、系统异构的各种计算机、空间数据服务器、大型检索存储系统、地理信息系统、虚拟现实系统等，通过高速互联网络连接并集成，为对用户透明的虚拟的空间信息资源的超级处理环境。较之于传统的WebGIS， GRID GIS 在网络结构、应用功能和实现方式等方面都同WebGIS有较多的差异。 发展趋势
A宏观方面
（1）网络GIS 的应用将更加广泛和深入， 会有更多的GIS 应用构建在网络之上， 网络GIS 也必将成为城市信息基础设施中的重要组成部分。
（2）网络GIS 的系统集成性将更加突出。网络技术、计算机技术和软件技术等的发展将会使未来的网络GIS 形式和应用朝多元化方向发展， 这必将使得网络GIS 的集成性特点更加突出。
（3）开放的网络GIS。网络GIS 的数据共享和业务协作特点必将会使网络GIS 逐步走向开放， 这种开放主要表现在: 集成模式的开放性、数据模型的开放性、体系架构的开放性和应用的开放性等方面。
（4）面向社会用户的网络GIS。网络GIS 发展不仅能使宝贵的空间数据在更大范围内得到共享， 而且更广泛面向社会用户的应用。
B、微观技术方面
（1）处理海量数据功能：随着卫星遥感和航空摄影技术的发展，遥感影像日益成为地理信息系统一个非常重要的信息源。这些数据时效性强、获取周期短、数据量大，这对网络GIS数据的及时存储与传输提出了很高的要求。如何快速响应客户对海量数据的请求对于网络GIS至关重要。
（2）空间分析功能：目前网络地理信息系统的空间分析功能较弱，仍然无法满足需要。在网上对地理数据的操作和分析是网络GIS今后发展的重要方向之一。 .;
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（3）网络三维可视化：目前网络GIS大多只提供一些较为简单的三维显示和操作功能，这与真三维表示和分析还有很大差距。因此，在网络GIS中结合三维可视化技术，把所有管理对象都置于一个真实的三维世界里，真正做到管理意义上的所见即所得是相当有意义的。
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