第一章  基本概念
1、数据是通过数字化或记录下来可以被鉴别的符号，是客观对象的表示，是信息的表达，只有当数据对实体行为产生影响时才成为信息。
2、地理信息系统GIS作为信息技术的一种，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。简单地说，GIS就是研究如何利用计算机技术来管理和应用地球表面的空间信息，它是由计算机硬件、软件、地理数据和人员组成的有机体，用于高效地采集、存储、更新、处理、分析和显示各种类型的地理信息。
3、地理信息是指表征地理圈或地理环境固有要素或物质的数量、质量、分布特征、联系和规律等的数字、文字、图像和图形等的总称；它属于空间信息，具有空间定位特征、多维结构特征和动态变化特征。
4、地理信息科学与地理信息系统相比，它更加侧重于将地理信息视作为一门科学，而不仅仅是一个技术实现，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。地理信息科学在对于地理信息技术研究的同时，还指出了支撑地理信息技术发展的基础理论研究的重要性。
5、理信息系统有哪几个主要部分组成？
（1）系统硬件: 是系统功能实现的物质基础，包括各种硬件设备，用以存储、处理、传输和显示地理信息或空间数据，主要包括：GIS主机，GIS外部设备，GIS网络设备等；
（2）系统软件:是系统功能实现的核心，支持数据采集、存储、加工、回答用户问题的计算机程序系统，按其功能分为:GIS功能软件、基础支撑软件、操作系统软件等；
（3）空间数据:系统分析与处理的对象，构成系统的应用基础；它具体描述实体的空间特征、属性特征和时间特征；
（4）应用人员:GIS 服务的对象，分为一般用户和从事建立、维护、管理和更新的高级用户，他们的业务素质和专业知识是地理信息系统工程及其应用成败的关键；
（5）应用模型:解决某一专门应用的应用模型，是 GIS 技术产生社会经济效益的关键所在。
6、地理信息系统的功能
  地理信息系统的基本功能：数据的采集与编辑、数据的存储与管理、数据的处理与变换（数据变换、数据重构、数据抽取）、空间分析与统计（叠加分析、缓冲区分析、数字地形分析等）、产品的制作与演示、二次开发与编程。地理信息系统的应用功能：资源管理、区域规划国土监测、辅助决策等。
7、地理信息系统的发展
60年代，开拓发展阶段（GIS思想和技术方法的探索）。当时，人们关注的主题“什么是GIS？，GIS能干什么？”；
70年代，巩固发展阶段 （这时由于计算机技术及其在自然资源和环境数据处理的应用，促进GIS迅速发展）。这期间，发展研究的重点是空间数据处理的算法，数据结构和数据库管理等方面；
80年代，突破阶段 （也是GIS普遍发展和推广应用阶段）。此时，人们把GIS与RS结合，解决全球性问题，如全球沙漠化，全球可居住地评价，核扩散问题等；
90年代，社会化阶段 （产业化阶段）。随着数字化信息产品在全世界普及，GIS成为确定性产业。
二十一世纪，社会服务阶段：随着信息网络化发展和深入，GIS与世界接轨,地理信息系统正在开始走进千家万户，地理信息系统也英特网结合实现了人类社会巨大资源共享，网络 GIS，移动 GIS 逐渐普及。
我国GIS的发展：
我国GIS起步虽较晚，但发展较快，可分为以下几个阶段：
70年代，准备阶段：一些知名人士GIS先驱看到GIS的广阔前景和GIS的重要性，进行极积呼吁，为GIS在我国的发展奠定了与论准备基础并做了一些可行性实验。
80年代，试验起步阶段: 这期间，我国在GIS理论探索，规范探讨，软件开发，系统建立等方面取得了突破和进展，进行了一些典型，试验专题试验软件开发工作。
90年代，我国GIS发展阶段：我国改革开放以来，沿海，治江经济开发区的发展土地的有偿使用和外资的引进，急需GIS为之服务，这也推动GIS在我国的全面发展。        
96年以来，是我国GIS产业化阶段：理论日趋成熟，应用日益广泛，三维GIS、WEBGIS走向应用，GIS市场开始形成，国产GIS软件进入市场。
8、GIS工作硬软件环境
数据处理设备与数据输入、输出设备连接构成地理信息系统的硬件环境。GIS功能软件（GIS应用软件、GIS基础软件平台）、基础支撑软件（数据库系统软件、系统库）、操作系统（系统调用、设备运行、网络管理）构成了GIS的软件环境。
9、GIS的性能特点：
什么是地理信息系统（GIS）？它与一般计算机应用系统有哪些异同点？
答：地理信息系统： 是由计算机硬件、软件和不同的方法组成的系统，该系统设计支持 空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题。 GIS 脱胎于地图学，是计算机科学、地理学、测绘遥感学、环境科学、城市科学、空间 科学、信息科学和管理科学等众多学科交叉融合而成的新兴学科。但是，地理信息系统与这 学科和系统之间既有联系又有区别:
（1） GIS 与机助制图系统 机助制图是地理信息系统得主要技术基础，它涉及 GIS 中的空间数据采集、表示、处理、 可视化甚至空间数据的管理。地理信息系统和数字制图系统的主要区别在于空间分析方面。 一个功能完善的地理信息系统可以包含数字制图系统的所有功能， 此外它还应具有丰富的空 间分析功能。
（2）GIS 与 DBMS(数据库管理系统) GIS 除需要功能强大的空间数据的管理功能之外，还需要具有图形数据的采集、空间数据 的可视化和空间分析等功能。因此，GIS 在硬件和软件方面均比一般事务数据库更加复杂， 在功能上也比后者要多地多。
（3）GIS 与 CAD 系统 二者虽然都有参考系统，都能描述图形，但 CAD 系统只处理规则的几何图形、属性库功能 弱，更缺乏分析和判断能力。
（4）GIS 与遥感图像处理的系统 遥感图像处理的系统是专门用于对遥感图像数据处理进行分析处理的软件。 它主要强调对遥 感栅格数据的几何处理、 灰度处理和专题信息提取。 这种系统一般缺少实体的空间关系描述， 难以进行某一实体的属性查询和空间关系查询以及网络分析等功能。
10、你对地理信息系统社会的发展趋势是怎么理解的？
答：当前地理信息系统正向集成化、产业化、和社会化发展方向迈进，呈现以下发展趋势： 1）地理信息系统已成为一门综合性技术，地理信息系统不仅与全球卫星定位系统（GPS） 、 遥感（RS）构成“3S”集成系统，而且与 CAD、多媒体、通信、英特网、办公自动化、虚 拟现实等多种技术相结合，构成了综合的信息技术；
2）地理信息系统产业化的发展势头强劲，地理信息系统及其产业化的发展日益受到各国普 遍关注， 许多基础地理信息数字化产品和大批专业地理科学数字化产品已进入市场， 地理信 息系统一成为信息产业镇南关市场前景十分广阔，又相对独立的新兴产业；
3）地理信息网络化已成为当今社会热点，逐步受到关注；
4）地理信息科学的产生和发展，地理信息系统一发展到地信息科学，但学科体系尚未健全， 还处在发展阶段。
11、地理信息系统的科学理论基础有哪些?是否可以称地理信息系统为一门科学?
地理信息系统的科学理论基础是地球信息科学理论，包括地理学、地图学、测量学、数学、统计学、计算机科学等交叉学科以及一切与获取、处理和分析空间数据有关的科学技术的支撑。地理信息的研究和方法应该是科学，因它已经具备成为科学的条件，有明确的研究对象和研究手段，有自己的理论体系，有一定数量的研究队伍，有明确的研究领域和广泛的服务对象，已由技术发展为科学。
12、地理信息系统中的数据都包含哪些?
GIS数据包括电子数据和非电子数据。或：GIS数据源自地图数据、遥感数据、GPS数据、文本数据、统计数据、实测数据、多媒体数据、已有系统的数据。
13、地理信息系统与地图数据库有什么异同?与地理信息的关系是什么?
异同：地图数据库有比例尺概念，GIS是为某一特定比例尺建立的一个地图成品仓库，它可由GIS管理，其中的地图具有图形表现属性,一般数据库不需具备这些属性；它是GIS的下游产品，它的更新依赖于GIS，它提供的信息是GIS向人们提供服务的中间产品；GIS是在地理信息的基础上对真实世界进行数量化处理分析，但地图数据库存在的地理要素经人为修改，不完全是真实地理的反映；GIS与地理信息的关系：GIS操作对象是空间数据，表达内容是与时空有关的地理信息。地理信息是指与研究对象的空间地理分布有关的信息。它表示地理系统诸要素的数量、质量、分布特征，相互联系和变化规律的图、文、声、像等的总称。地理信息具有地域性、多维结构性、时序性等特征。
14、地理信息系统的发展动态
（1）面向对象技术与GIS结合
面向对象技术将现实世界的实体抽象为对象，利用四种数据抽象技术（分类、概括、联合、聚集）可构建复杂的地理实体，利用继承和传播这两种数据抽象工具将所有实体对象构建成一个分层结构。面向对象的方法为描述复杂的空间信息提供了一条适合于人类思维模式的直观、结构清晰、组织有序的方法，面向对象数据模型成为较理想的统一管理GIS空间数据的有效模型。
（2）真三维GIS与时空GIS
（3）GIS应用模型的发展
（4）internet与GIS的结合
（5）GIS与专家系统、神经网络系统的结合
（6）GIS与虚拟现实技术的结合
（7）3S集成
第二章  空间数据模型和空间数据结构
1、 空间数据结构是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。
2、 矢量数据结构是利用欧几里得几何学中的点、线、面及其组合体来表示地理实体空间分布的一种数据组织方式。这种数据组织方式能最好地逼近地理实体的空间分布特征，数据精度高，数据存储的冗余度低，便于进行地理实体的网络分析，但对于多层空间数据的叠合分析比较困难。
3、栅格数据结构基于栅格模型的数据结构简称为栅格数据结构，指将空间分割成有规则的网格，在各个网格上给出相应的属性值来表示地理实体的一种数据组织形式。
4、空间索引是指依据空间对象的位置和形状或空间对象之间的某种空间关系按一定的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。
5、空间数据编码是指将数据分类的结果，用一种易于被计算机和人识别的符号系统表示出来的过程。编码的目的是用来提供空间数据的地理分类和特征描述，同时为了便于地理要素的输入、存储、管理，以及系统之间数据交换和共享的需要。
6、空间数据模型是关于现实世界中空间实体及其相互间联系的描述。空间数据模型的主要类型：基于对象（要素）的模型；网络模型；场模型。
7、四叉树编码其基本分割方法是将一幅栅格地图或图像等分为四部分。逐块检查其栅格属性值(或灰度)。如果某个子区的所有栅格值都具有相同的值。则这个子区就不再继续分割，否则还要把这个子区再分割成四个子区。这样依次地分割，直到每个子块都只含有相同的属性值或灰度为止。    
8、栅格数据压缩编码有键码、游程长度编码、块码和四*树编码等。其目的，就是用尽可能少的数据量记录尽可能多的信息，其类型又有信息无损编码和信息有损编码之分。
9、通过实列说明 GIS 空间数据的基本特征及在计算机中的表示方法？
答：GIS 空间数据的基本特征：空间特征、属性特征、时间特征；在计算机中空间特征采取空间分幅，即将整个地理空间划分为许多子空间，在选择要素表达子空间；属性特征采取属性分层即将要表达的空间数据抽象成不同类型属性的数据层来表；时间特征采取时间分段即将有时间特征的地理数据按其表化规律划分为不同的时间短数据再逐一表示。
10、空间数据模型概念和主要类型及比较
空间数据模型是关于现实世界中空间实体及其相互间联系的描述。空间数据模型的主要类型：基于对象（要素）的模型；网络模型；场模型。
要素模型：点对象，由特定位置、维数为零的物体；线对象，维度为一的空间组成部分；多边形对象，即面状实体，通常用封闭曲线加内点来表示。矢量模型即是基于要素的，将现象看成原型实体的集合，矢量模型的表达源于空间实体的本身，通常以坐标来定义。网络模型：地物被抽象为链、节点等对象，同时要注意其连通关系。场模型：用于模拟一定空间内连续分布的现象，常用栅格数据模型描述。栅格数据模型是基于连续铺盖的，它是将连续空间离散化，以规则或不规则的铺盖覆盖整个空间。
基于对象的模型强调了离散对象，网络模型表示了特殊对象之间的交互，场模型表示了二维或三维空间中连续变化的数据。
要素模型和场模型的不同在于一个是先选择要素，再回答"它在哪里"的问题；场模型实现选择一个位置，在回答"哪里怎么样"的问题，最后都得到数据。网络模型的基本特征是：节点数据之间没有明确的从属关系，一个节点可以与其他多个节点建立联系，将数据组织成有向图结构，它反映了现实世界中常见的多对多关系，在一定程度上支持数据的重构。
11、空间数据的结构与其它非空间数据的结构有什么特殊之处？常见的数据的结构有哪些？
数据结构是指数据的组织形式，在计算机存储、管理和处理的数据逻辑结构。空间数据是一种较复杂的数据类型，涉及到空间特征、属性特征及它们之间关系的描述。空间数据的结构主要有矢量数据结构和栅格数据结构。非空间数据主要涉及属性数据。
矢量数据结构是通过记录坐标的方式尽可能精确地表示点、线和多边形等地理实体，坐标空间设为连续，允许任意位置、长度和面积的精确定义。矢量结构的显著特点：定位明显，属性隐含。
栅格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。栅格结构的显著特点：属性明显，定位隐含，即数据直接记录属性的指针或数据本身，而所在位置则根据行列号转换为相应的坐标。
常见的数据结构有层状数据、网络数据、关系数据、语义数据、面向对象的数据结构。
12、矢量数据与栅格数据的区别是什么？它们有什么共同点吗？
    优点    缺点

矢量
    1、便于面向现象（土壤类，土地利用单元等）
2、结构紧凑，冗余度低，便于描述线或边界。
3、利于网络、检索分析，提供有效的拓扑编码，对需要拓扑信息的操作更有效。
4、图形显示质量好，精度高。    1、数据结构复杂，各自定义，不便于数据标准化和规范化，数据交换困难。
2、多边形叠置分析困难，没有栅格有效，表达空间变化性能力差。
3、不能像数字图像那样做增强处理    4、软硬件技术要求高，显示与绘图成本较高。

栅 格
    1、 结构简单，易于数据交换。
2、叠置分析和地理（能有效表达空间可变性）现象模拟较易。
3、利于与遥感数据的匹配应用和分析，便于图像处理。
4、 输出快速，成本低廉。      1、现象识别效果不如矢量方法，难以表达拓扑。
2、图形数据量大，数据结构不严密不紧凑，需用压缩技术解决该问题。
3、投影转换困难。
4、图形质量转低，图形输出不美观，线条有锯齿，需用增加栅格数量来克服，但会增加数据文件。
13、栅格数据结构的编码方法如何？
栅格数据的编码方法：
（1）直接栅格编码，就是将栅格数据看作一个数据矩阵，逐行（或逐列）逐个记录代码；
（2）压缩编码，压缩编码的目的就是用尽可能少的数据量记录尽可能多的信息，其类型分为信息无损编码（编码过程中没有任何信息损失，通过解码操作可以完全恢复原来的信息）、
信息有损编码（为了提高编码效率，最大限度地压缩数据，在压缩过程中损失一部分相对不太重要的信息，解码时这部分难以恢复）
包括链码、游程长度编码、块码、四叉树编码、八叉树编码、十六叉树编码等。
链码（弗里曼链码）比较适合存储图形数据；该编码方法将数据表示为由某一原点开始并按某些基本方向确定的单位矢量链。
游程长度编码它的基本思路是：对于一幅栅格图像，常常有行（或列）方向上相邻的若干点具有相同的属性代码，因而可采取某种方法压缩那些重复的记录内容。
块码是游程长度编码扩展到二维的情况，采用方形区域为记录单元；
四叉树编码是最有效的栅格数据压缩编码方法之一，还能提高图形操作效率，具有可变的分辨率。四叉树编码将整个图像区逐步分解为一系列仅包含单一类型的方形区域，最小的方形区域为一个栅格象元。
14.矢量数据结构的编码方法如何？
矢量数据的编码方法：
对于点实体和线实体，直接记录空间信息和属性信息；
对于多边形地物，有坐标序列法、树状索引编码法和拓扑结构编码法。
坐标序列法是由多边形边界的x,y坐标对集合及说明信息组成，是最简单的一种多边形矢量编码法，文件结构简单，但多边形边界被存储两次产生数据冗余，而且缺少邻域信息；
树状索引编码法是将所有边界点进行数字化，顺序存储坐标对，由点索引与边界线号相联系，以线索引与各多边形相联系，形成树状索引结构，消除了相邻多边形边界数据冗余问题；
拓扑结构编码法是通过建立一个完整的拓扑关系结构，彻底解决邻域和岛状信息处理问题的方法，但增加了算法的复杂性和数据库的大小。
15.矢量与栅格数据如何互为转化？
矢量转栅格：
1）内部点扩散法，即由多边形内部种子点向周围邻点扩散，直至到达各边界为止；
2）复数积分算法，即由待判别点对多边形的封闭边界计算复数积分，来判断两者关系；
3）射线算法和扫描算法，即由图外某点向待判点引射线，通过射线与多边形边界交点 数来判断内外关系；
4）边界代数算法，是一种基于积分思想的矢量转栅格算法，适合于记录拓扑关系的多边形矢量数据转换，方法是由多边形边界上某点开始，顺时针搜索边界线，上行时边界左侧具有相同行坐标的栅格减去某值，下行时边界左侧所有栅格点加上该值，边界搜索完之后即完成多边形的转换。
栅格转矢量：
栅格向矢量转换处理的目的，是为了将栅格数据分析的结果，通过矢量绘图装置输出，或者为了数据压缩的需要，将大量的面状栅格数据转换为由少量数据表示的多边形边界，但是主要目的是为了能将自动扫描仪获取的栅格数据加入矢量形式的数据库。转换处理时，基于图象数据文件和再生栅格数据文件的不同，分别采用不同的算法。
    1、基于图象数据的矢量化方法
（1）二值化  线划图形扫描后产生栅格数据，这些数据是按从0—255的不同灰度值量度的，则如果G(i，j)大于等于阈值，则记此栅格的值为1，如果G(i，j)小于阈值，则记此栅格的值为0，得到一幅二值图。
（2）细化  细化是消除线划横断面栅格数的差异，使得每一条线只保留代表其轴线或周围轮廓线(对面状符号而言)位置的单个栅格的宽度。
（3）跟踪  跟踪的目的是将写入数据文件的细化处理后的栅格数据，整理为从结点出发的线段或闭合的线条，并以矢量形式存储于特征栅格点中心的坐标。
2、基于再生栅格数据的矢量化方法
再生栅格数据是指根据弧段数据或多边形数据生成的栅格数据。具体的矢量化方法主要有以下几个步骤：
    (1)边界线追踪：对每个边界弧段由一个节点向另一个节点搜索，通常对每个已知边界点需沿除进入方向的其它7个方向搜索下一个边界点，直到连成边界弧段。
    (2)拓扑关系生成：对于矢量表示的边界弧段，判断其与原图上各多边形的空间关系，形成完整的拓扑结构，并建立与属性数据的联系。
(3)去除多余点及曲线圆滑：由于搜索是逐个栅格进行的，必须去除由此造成的多余点记录以减少冗余。搜索结果曲线由于栅格精度的限制可能不够圆滑，需要采用一定的插算法进行光滑处理。常用的算法有线性叠代法、分段三次多项式插值法、正轴抛物线平均权法、斜轴抛物线平均加权法、样条函数插值法等。
16、什么是 4D 数据？它们与矢量和栅格数据之间具有什么联系？
答：4D 数据是指：数字线画图数据（DLG） 、数字栅格数据（DRG） 、数字高程模型数据 （DEM） 、数正射影像数据（DOM）; 数字线画图数据（DLG）:是现有地形图要素的矢量数据。 数字栅格数据（DRG） ：是现有纸质地图经计算机处理后得到的栅格数据文件。 数字高程模型数据（DEM） ：是艺术字形式表达的地形起伏数据，也是矢量数据； 数正射影像数据（DOM） ：是对遥感数字影像，经像元进行投影差改正、镶嵌，也是一种栅 格形式的数据。
17、空间数据特征:
1）空间特征：一般需要建立空间索引。
2）非结构化特征：结构化的，即满足第一范式:每条记录定长，且数据项是原子数据.而空间数据数据项变长，对象包含一个或多个对象，需要嵌套记录。
3）空间关系特征：拓扑数据给空间数据的一致性和完整性维护增加了复杂性。
4）分类编码特征：一种地物类型对应一个属性数据表文件。多种地物类型共用一个属性数据表文件。
5）海量数据特征。
第三章  空间数据的获取
1、地图投影是建立平面上的点（用平面直角坐标或极坐标表示）和地球表面上的点（用纬度和精度表示）之间的函数关系。
2、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。
3、坐标变换实质是建立两个平面点之间的一一对应关系，包括几何纠正和投影转换，他们是空间数据处理的基本内容之一。
4、 高斯--克吕格投影是一种横轴等角切椭圆柱投影。它是将一椭圆柱横切于地球椭球体上，该椭圆柱面与椭球体表面的切线为一经线，投影中将其称为中央经线，然后根据一定的约束条件即投影条件，将中央经线两侧规定范围内的点投影到椭圆柱面上从而得到点的高斯投影。
5、墨卡托投影是一种“等角正切圆柱投影”。假设地球被围在一个空的圆柱里，其标准纬线与圆柱相切，然后假设地球中心有一盏灯，把地球上的形状投影到圆柱面上，再把圆柱体展开。
6、utm投影全球横轴墨卡托投影的简称。是美国编制世界各地军用地图和地球资源卫星象片所采用的横轴墨卡托投影的一种变型投影。它规定中央经线长度比为0.9996。
7、圆柱投影以圆柱面为承影面的一类投影。假想用圆柱包裹着地球且与地球面相切(割)，将经纬网投影到圆柱面上，再将圆柱面展开为平面而成。
8、圆锥投影以圆锥面为承影面的一类投影。假想用圆锥包裹着地球且与地球相切(割)，将经纬网投影到圆锥面上，再将圆锥面展开为平面而成。
9、等角投影在一定范围内，投影面上任何点上两个微分线段组成的角度投影前后保持不变的一类投影。同义词：正形投影；相似投影
10、等距离投影沿经圈或垂直圈方向的距离，投影前后保持不变的一种任意投影。
11、等面积投影地图上任何图形面积经主比例尺放大后与实地相应的图形面积保持大小不变的投影。
12、任意投影角度变形、面积变形和长度变形同时存在的一种投影。

13、请简述地图投影的分类？
答： 地图投影实质是将地球托球体面上的经纬度线间按照一定的数学法则转移到平面上， 在地球椭球面和平面之间建立点与点之间函数关系的数学方法；地图投影分类： 按地图投影的构成方法可分为： 1）几何投影： 方位投影、圆柱投影、圆锥投影 按球面与投影免得几何位置不同可风为正轴投影、横轴投影和斜轴投影； 2）非几何投影：伪方位投影、伪圆柱投影、伪圆锥投影、多圆锥投影；地图投影变形性质可分为： 等积投影、等角投影、任意投影
14、地图投影在GIS中有什么作用？
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上，因此地图投影在GIS中不可缺少。
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变换成指定投影的平面坐标。