地理信息系統(tǒng)設計課后習題.doc

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第一章 概論 1. 地理信息系統(tǒng)包括哪幾類型？試舉例說明。 工具型地理信息系統(tǒng)：具有對各種地理空間數(shù)據(jù)進行輸入、處理、管理、查詢、分析和輸出等通用功能，可供其他系統(tǒng)調(diào)用或允許用戶進行二次開發(fā)，以建立應用型地理信息系統(tǒng)的操作平臺，是建立應用型GIS的一條捷徑。特點：對計算機硬件適應性強，數(shù)據(jù)管理和操作效率高、功能強，具有普遍性和易拓展性，操作簡便且易掌握。示例：國外Arc/Info、GenaMap、MapInfo、MGE、GeoMedia，國內(nèi)MapGIS、SuperGIS、GeoStar、CityStar 應用型地理信息系統(tǒng)：與特定地理區(qū)域相互聯(lián)系的地理信息系統(tǒng)，根據(jù)用戶的需求和應用目的而設計來解決一類或多類特定應用問題，除了基本功能外還具有解決地理空間實體與空間信息的分布規(guī)律、分布特性及相互依賴關系的應用模型和方法。分為專題GIS和區(qū)域GIS。特點：針對性明確、專業(yè)性強，系統(tǒng)開銷小。示例：“塔里木河水資源管理信息系統(tǒng)” 2. 地理信息系統(tǒng)設計主要有哪幾種方法？各有何特點？ 結構化程序設計：是面向數(shù)據(jù)流開展需求分析工作的一種有效方法。利用一般工程方法和有關結構概念，把它們應用于地理信息系統(tǒng)的設計。基本思想：一般采用自頂向下，逐層分解的演繹分析法來定義系統(tǒng)的需求；地理信息系統(tǒng)的開發(fā)是一個連續(xù)有序、循環(huán)往復不斷提高的過程，每一個循環(huán)就是一個生命周期；分析系統(tǒng)的每個細節(jié)、前后順序和相互關系，找出各部分之間的數(shù)據(jù)接口。用結構化的方法構筑地理信息系統(tǒng)的邏輯和物理模型等。特點：軟件結構描述較清晰，便于掌握系統(tǒng)全貌，也可逐步細化為程序語句，是一種使用相對廣泛，也比較成熟和完善的系統(tǒng)分析方法。但結構化分析不適合需求經(jīng)常改變的系統(tǒng)，因此結構化分析的前提是：面臨靜態(tài)需求。 原型化的設計方法：常用的一種，在開發(fā)初期不強調(diào)全面系統(tǒng)地掌握用戶的需求，是根據(jù)對用戶需求的大致了解，由開發(fā)人員快速生成一個實實在在的初始系統(tǒng)原型。隨著用戶和開發(fā)者對系統(tǒng)理解的加深，不斷對原型進行修正、補充和細化，用快速迭代的方法建立最終的系統(tǒng)，并提交給用戶使用。步驟：確定用戶需求——開發(fā)初始原型——征求改進意見——修改完善原型——制定原型完成。特點：有一定的盲目性，但對于非專業(yè)人員和小規(guī)模系統(tǒng)設計來說更加實用，有利于用戶介入系統(tǒng)設計工作，是種動態(tài)的軟件開發(fā)技術。能夠大大減少軟件系統(tǒng)的后期維護費用，使系統(tǒng)功能能夠正確反映用戶的需求。同時對于較復雜和具有不確定性的系統(tǒng)目標有較強適應性，可使設計與實施的結合更為緊密。 面向?qū)ο蟮慕鉀Q方法：基本思想：將系統(tǒng)所面對的問題，應用封裝機制，按其自然屬性進行分隔，按人們通常的思維方式進行描述，建立每個對象的領域模型和聯(lián)系，既模擬信息實體的內(nèi)在結構又模擬動作機制，使設計出的軟件盡可能直接表現(xiàn)出問題求解過程。整個系統(tǒng)只由對象組成，對象間的聯(lián)系通過消息進行。特點：將強了對問題域和系統(tǒng)責任的理解；改進了與分析有關的各類人員之間的交流；對需求的變化有較強的適應性；貫穿軟件生命周期全過程的一致性、實用性；有利于用戶參與，容易擴充和重組。性質(zhì)：封裝性、繼承性、多態(tài)性。 3. 地理信息系統(tǒng)主要有哪幾種開發(fā)方法？各自有何優(yōu)缺點？ 獨立開發(fā)：不依賴任何GIS工具軟件，利用專業(yè)程序設計語言開發(fā)應用模型，直接訪問GIS軟件的內(nèi)部數(shù)據(jù)結構。從空間數(shù)據(jù)的采集、編輯到數(shù)據(jù)的處理分析及結果輸出，所有算法都由開發(fā)者獨立設計。優(yōu)點：無需依賴任何商業(yè)GIS工具軟件，獨立性強，降低了開發(fā)成本。這種系統(tǒng)綜合程度和效率最高。缺點：開發(fā)難度大，周期長，投資大，比起成熟GIS系統(tǒng)的功能和穩(wěn)定性差，且花費可能遠大于直接購買。 宿主開發(fā)：基于現(xiàn)有的GIS平臺上進行應用開發(fā)，完全借助于GIS工具軟件提供的宏語言和專用開發(fā)語言進行應用系統(tǒng)開發(fā)，得到針對不同應用對象的應用程序。優(yōu)點：開發(fā)方式簡單，開發(fā)周期短，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性高，許多功能可以直接從原平臺引用。缺點：移植性差；受開發(fā)平臺影響，不能脫離原有系統(tǒng)單獨運行；受系統(tǒng)提供的開發(fā)語言的功能限制，二次開發(fā)的宏語言只能算二流，功能一般較弱開發(fā)出的系統(tǒng)結構松散、臃腫，工能和效率也差。 集成開發(fā)：利用專業(yè)的GIS工具軟件，如Arc/Info等，實現(xiàn)GIS的基本功能，以通用軟件開發(fā)工具尤其是可視化開發(fā)工具如VS為開發(fā)平臺，采用OLE/DDE和GIS控件兩種方式，通過ADO與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)連接們進行兩者的集成開發(fā)。優(yōu)點：可以充分利用GIS工具軟件對空間數(shù)據(jù)庫的管理、分析功能，又可以利用其他可視化開發(fā)語言的高效、方便等編程優(yōu)點，不僅極大提高了開發(fā)效率，又可以使程序具有更好的外觀效果，更強大的數(shù)據(jù)庫功能，且可靠性好、易于移植、便于維護。 4. 試述地理信息系統(tǒng)應用特點及主要應用領域。 特點：應用領域不斷擴大；GIS應用研究不斷深入；GIS應用社會化；GIS應用全球化；GIS應用環(huán)境網(wǎng)絡化、集成化；GIS應用模型多樣化。 領域：交通；市政工程；資源評價；精準農(nóng)業(yè)；生態(tài)環(huán)保；環(huán)境評價和監(jiān)測；衛(wèi)生保??；電信業(yè)；智能防御。 5. 試述地理信息系統(tǒng)設計的主要內(nèi)容和過程。 內(nèi)容： [1]. 系統(tǒng)總體設計：對建設系統(tǒng)主、客觀條件深入調(diào)查研究，在用戶信息需求分析等工作的基礎上，確定系統(tǒng)目標和任務，設計出系統(tǒng)的總體框架結構、模塊子系統(tǒng)、硬件系統(tǒng)組成、軟件系統(tǒng)結構、用戶界面等。 [2]. 數(shù)據(jù)模型設計：根據(jù)所涉及專業(yè)數(shù)據(jù)及相關信息的特點等，為系統(tǒng)設計適合表達的數(shù)據(jù)模型及數(shù)據(jù)分類體系。 [3]. 數(shù)據(jù)庫設計：結構有層次、網(wǎng)狀、關系。根據(jù)應用目的，考慮數(shù)據(jù)相互的獨立性、連接方式、存取速度、存取容量、使用簡易性、學習難度等。 [4]. 系統(tǒng)功能設計：開發(fā)通用GIS不具備的功能。 [5]. 應用模型設計：是應用系統(tǒng)開發(fā)、建設的根本目的，需要一定的專業(yè)特點，符合相應的專業(yè)習慣。 [6]. 輸入/輸出設計 設計過程： [1]. 系統(tǒng)分析：對系統(tǒng)用戶進行需求調(diào)查和可行性分析，最后提出新系統(tǒng)的目標和結構方案。 [2]. 系統(tǒng)設計：根據(jù)系統(tǒng)分析的成果，在明確系統(tǒng)目的、任務、目標等原則問題的基礎上，設計系統(tǒng)總體結構，規(guī)劃系統(tǒng)的規(guī)模和確定系統(tǒng)的各個子系統(tǒng)組成部分、并說明子系統(tǒng)在整個系統(tǒng)中的作用和相互關系，規(guī)定系統(tǒng)采用的合適技術規(guī)范，以保證系統(tǒng)總體目標的實現(xiàn)。 [3]. 系統(tǒng)實施：在系統(tǒng)設計的原則指導下，按照詳細方案確定的目標、內(nèi)容和方法，分階段、分步驟完成系統(tǒng)開發(fā)的過程。 [4]. 運行維護：為保證系統(tǒng)正常工作采取的一切措施和實際步驟。 第二章 GIS系統(tǒng)分析 1. 地理信息系統(tǒng)需求分析和可行性分析應考慮哪些因素？有何實際影響 效益分析：社會效益包括社會經(jīng)濟效益和科學技術效益。社會經(jīng)濟效益主要指投入和產(chǎn)出的比率；科學技術效益指在科學和技術上達到的水平及對社會產(chǎn)生的影響。 經(jīng)費問題：用戶財力資金豐富，可以建立任何形式和規(guī)模的地理信息系統(tǒng)，對國家來說只有軍事部門才享有；資金有限，須對設計中的GIS進行仔細論證，大多數(shù)用戶都是這種情況；資金相當有限，對GIS的財政支持將是某種程度的冒險，常見于高等教育部門。 進度預測：需要在建設工作的繁復與領導/用戶的理解和接受度之間設定合理的時間，對于大的系統(tǒng)，只能考慮分階段實施的方案。 技術水平：計算機系統(tǒng)功能和壽命的限制；技術方法的先進性；需要高水平學科專業(yè)人員+GIS專家+計算機開發(fā)人員+系統(tǒng)工程管理人員融合成的技術力量 有關部門和用戶的支持程度：關系到人力支持和財力支持的力度。 2. 所謂“數(shù)據(jù)字典”？有何用？ 數(shù)據(jù)字典是各類數(shù)據(jù)描述的集合，包括數(shù)據(jù)元素（最小的數(shù)據(jù)組成單位，不可分，其描述常包括數(shù)據(jù)元素名、別名、類型、長度、取值范圍、取值含義）、數(shù)據(jù)結構（反應數(shù)據(jù)間的組合關系。常包括結構名、說明和結構）、數(shù)據(jù)流（數(shù)據(jù)結構在系統(tǒng)內(nèi)傳輸?shù)穆窂剑０〝?shù)據(jù)流名、說明、數(shù)據(jù)流來源、數(shù)據(jù)流去處、數(shù)據(jù)流組成、平均流量、高峰期流量）、數(shù)據(jù)存儲（數(shù)據(jù)結構停留或保存的地方，數(shù)據(jù)存儲名、說明、編號、流入的數(shù)據(jù)流、流出的數(shù)據(jù)流、組成、數(shù)據(jù)量、存取方式）、處理過程（對不再分解的過程進行說明處理，常包括過程名、編號、簡要說明、輸入、輸出、處理）、外部實體（數(shù)據(jù)的來源和去向，常包括名稱、說明、輸入輸出數(shù)據(jù)流、數(shù)量） 功能： [1]. 給管理者和用戶提供可利用數(shù)據(jù)的線索。 [2]. 為系統(tǒng)分析人員提供數(shù)據(jù)是否存在的信息。 [3]. 為編程工作提供數(shù)據(jù)格式及數(shù)據(jù)位置。 用途： [1]. 在系統(tǒng)分析階段：定義數(shù)據(jù)流程圖中各個成分的屬性和含義。 [2]. 在設計階段，提供一套工具以維護系統(tǒng)設計說明的控制，保證設計人員在早期階段所確定的需求與實現(xiàn)階段一致。 [3]. 在實現(xiàn)階段，提供元數(shù)據(jù)描述的生成能力。 [4]. 在調(diào)試階段，輔助產(chǎn)生測試數(shù)據(jù)，提供數(shù)據(jù)檢查的能力。 [5]. 在運行和維護階段，可幫助數(shù)據(jù)庫的重新組織和重新構造。 [6]. 在使用階段，可以作為“用戶手冊”。 3. 系統(tǒng)分析的要求是什么？ [1]. 熟悉用戶的業(yè)務流程（二次開發(fā)+業(yè)務流程） [2]. 與用戶建立良好的合作能力 [3]. 較好的分析和綜合能力 [4]. 循序漸進的階段性工作思路（應用原型法來開發(fā)系統(tǒng)） 試述數(shù)據(jù)流程圖的基本組成及畫法。 處理過程 帶圓角的長方形，長方形分3個部分 對數(shù)據(jù)的邏輯處理，用來改變數(shù)據(jù)值 外部實體 正方形框 系統(tǒng)以外但又和系統(tǒng)有聯(lián)系的人或事物，它說明 了數(shù)據(jù)的外部來源和去處，屬于系統(tǒng)的外部和 系統(tǒng)的界面 數(shù)據(jù)流 水平箭頭或垂直箭頭 處理功能的輸入和輸出 數(shù)據(jù)存儲 右邊開口的長方條 畫法： 第三章 GIS總體設計 1. 簡述GIS總體設計的主要內(nèi)容 （1）數(shù)據(jù)設計：將分析時創(chuàng)建的信息域模型變換為軟件所需的數(shù)據(jù)結構，側重于數(shù)據(jù)結構的定義。 （2）體系結構設計：定義軟件系統(tǒng)各主要結構構件之間的關系。 （3）過程設計：把結構構件轉(zhuǎn)換成軟件的過程性描述。在編碼步驟，根據(jù)這種過程性描述，生成源程序代碼，然后通過測試最終得到完整有效的軟件。 （4）接口設計：建立軟件內(nèi)部模塊之間的關系以及人機之間的交互機制。 2. 簡述GIS總體設計的主要原則 完備性：主要是指系統(tǒng)功能的齊全、完備。一般的應用型GIS都具備數(shù)據(jù)采集、管理、處理、查詢、編輯、顯示、繪圖、轉(zhuǎn)換、分析、輸出等功能。 標準化：系統(tǒng)的標準化有兩層涵義：一是指系統(tǒng)設計應符合GIS的基本要求和標準；二是指數(shù)據(jù)類型、編碼、圖式符號應符合現(xiàn)有的國家標準和行業(yè)規(guī)范。 系統(tǒng)性：屬性數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，圖形數(shù)據(jù)庫管理子系統(tǒng)及應用模型子系統(tǒng)必須有機地結合為一體，各種參數(shù)可以相互進行傳輸。 兼容性：數(shù)據(jù)具有可交換性，選擇標準的數(shù)據(jù)格式和設計合適的數(shù)據(jù)格式變換軟件，實現(xiàn)與不同的GIS、CAD/各類數(shù)據(jù)庫之間的數(shù)據(jù)共享。 通用性：系統(tǒng)必須能夠在不同范圍內(nèi)推廣使用，不受區(qū)域限制。 可靠性：系統(tǒng)的可靠性包括兩個方面，一是系統(tǒng)運行的安全性；二是數(shù)據(jù)精度的可靠性和符號內(nèi)容的完整性。 實用性：系統(tǒng)數(shù)據(jù)組織靈活，可以滿足不同應用分析的需求。系統(tǒng)真正做到能夠解決用戶所關心的問題，為生產(chǎn)實踐、科研教學服務。 可擴充性：考慮到應用型GIS發(fā)展，系統(tǒng)設計時應采用模塊化結構設計，模塊的獨立性強，模塊增加、減少或修改均對整個系統(tǒng)影響很小，便于對系統(tǒng)改進、擴充，使系統(tǒng)處于不斷完善過程中。 3.GIS有哪幾種組網(wǎng)方案，各有何特點？ Client/Server（客戶/服務器，簡寫為C/S）： 在C/S體系下，數(shù)據(jù)庫真正變成了公共、專業(yè)化的倉庫，受到獨立的專門管理。而且 能充分發(fā)揮客戶端PC的處理能力，很多工作可以在客戶端處理后再提交給服務器。對應的優(yōu)點就是客戶端響應速度快。 在C/S架構中，地理數(shù)據(jù)被存儲在地理數(shù)據(jù)服務器上，而數(shù)據(jù)的瀏覽和編輯操作則在客戶機上實現(xiàn)。 這種架構一般都涉及海量數(shù)據(jù)、地理計算、空間分析、專題制圖和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等因素，因此適合在環(huán)境穩(wěn)定的局域網(wǎng)中部署。目前，我們能見到的大部分專業(yè)應用型地理信息系統(tǒng)幾乎都采用這種模式。 在實際開發(fā)中很多情況是編程人員把簡單查詢和數(shù)據(jù)操作放在前端開發(fā)語言中，復雜的業(yè)務邏輯程序放在了數(shù)據(jù)庫的存儲過程中。 缺點：系統(tǒng)客戶方軟件安裝維護困難、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)無法滿足對于成百上千的終端同時聯(lián)機的需求、由于客戶/服務器間的大量數(shù)據(jù)通信不適合遠程連接，使其只能適合于局域網(wǎng)應用。 Brower/Server（瀏覽器/服務器，簡寫為B/S） 客戶機統(tǒng)一采用瀏覽器，這不僅讓用戶使用方便，而且使得客戶機不存在安裝維護的問題。當然軟件開發(fā)和維護的工作不是自動消失了，而是轉(zhuǎn)移到了Web服務器端。在Web服務器端，程序員使用腳本語言編寫響應頁面。 4.GIS體系結構的發(fā)展過程 POA EOA SOA 5.面向服務的體系架構有何特點？ SOA旨在將單個應用程序功能彼此分開，以便這些功能可以單獨用作某個的應用程序的功能或“組件”。這些組件可以用于在企業(yè)內(nèi)部創(chuàng)建各種其他的應用程序，或者如有需要，對外向合作伙伴公開，以服務于合作伙伴的應用程序。 SOA優(yōu)點：代碼重用 松耦合 平臺獨立 語言無關 3. GIS軟件系統(tǒng)主要包括哪幾類常用軟件？ 操作系統(tǒng)：微軟的ActiveX，IBM的OpenDOC 開發(fā)環(huán)境：C++、Java、C# 數(shù)據(jù)庫管理軟件：Oracle、SQL Server、MySQL GIS專業(yè)軟件：ArcGIS、MapGIS 其他圖像處理軟件：AutoCAD、Photoshop、3D Max。 4. 應用模型的主要作用是什么？ 正確地應用專題分析模型，可決定地理信息系統(tǒng)的實用價值 （1）應用模型是聯(lián)系GIS應用系統(tǒng)與常規(guī)專業(yè)研究的紐帶 模型的建立雖然是數(shù)學或技術性的問題，但它必須以廣泛、深入的專業(yè)研究為基礎。專業(yè)研究的深入程度決定了所建模型的質(zhì)量與效果。從這種意義上講，模型把GIS應用系統(tǒng)和常規(guī)專業(yè)研究緊緊地聯(lián)系在一起了。 （2）應用模型是綜合利用GIS應用系統(tǒng)中大量數(shù)據(jù)的工具 在系統(tǒng)中存儲有數(shù)量巨大、來源不同、形式不同的數(shù)據(jù)。它們的綜合分析處理和應用，主要是通過系統(tǒng)中模型的使用而實現(xiàn)的。因此，系統(tǒng)中數(shù)據(jù)使用的效率和深度，在很大程度上取決于模型的數(shù)量和質(zhì)量。 （3）應用模型是GIS應用系統(tǒng)解決各種實際問題的武器 由于應用模型是客觀世界中解決各種實際問題所依賴的規(guī)律或過程的抽象或模擬。因此能有效地幫助人們從各種因素之間找出其因果關系或者聯(lián)系，促進問題的解決。但是由于許多問題十分復雜，完全靠定量方法很難圓滿解決，所以系統(tǒng)還要給人為干預留下較大的余地，使定性方法也能發(fā)揮一定作用。 （4）應用模型是GIS應用系統(tǒng)向更高技術水平發(fā)展的基礎 大量模型的發(fā)展和應用，實際上集中和驗證了該應用領域中許多專家的經(jīng)驗和知識，無疑是一般GIS應用系統(tǒng)向?qū)＜蚁到y(tǒng)發(fā)展的基礎。 （5）應用模型有利于信息交流 模型是表達思維對自然界認識的工具，因此應用型地理信息系統(tǒng)的各種分析模型則有利于完整準確地表達使用者對問題的認識和處理方法，既利于使用者與系統(tǒng)設計者之間的交流以發(fā)展系統(tǒng)功能，有利于使用者之間交流以增強系統(tǒng)的共享性。 5. 什么是地理編碼？常用的地理編碼有哪些？ 地理編碼是指在地理數(shù)據(jù)分類的基礎上，以易于計算機和人識別的代碼來表示唯一地標識地理實體的類型，這種代碼是用來表征客觀事物的一個或一組有序的符號。 [1].順序碼 主要由順序排列的數(shù)字組成，有時也由按順序排列的字母組成。每一組代碼只作為分類對象的唯一標識，只代表對象名稱，代表描述對象屬性在整個屬性系列中的順序，而不提供對象的任何其他信息。 順序碼的優(yōu)點是代碼簡短，使用方便，易于管理，易添加，對分類對象無任何特殊規(guī)定。缺點是代碼本身沒有給出對象的任何其他信息。由于本身的特點，決定了順序碼在信息系統(tǒng)中不可能形成獨立的代碼體系。 [2].矩陣碼 是一種邏輯碼。所謂邏輯碼，是按照一定得邏輯規(guī)則或者程序算法編寫的代碼。矩陣碼就是建立在兩維空間坐標x，y基礎上的代碼。代碼的值是通過坐標x，y的數(shù)值構成的。 [3].自檢碼 由原來的代碼（本體部分）和一個附加碼組成。附加碼用來檢查代碼的錄入和轉(zhuǎn)錄過程中是否有差錯。附加碼也叫校驗碼，它和代碼本體部分有某種唯一的關系，它是通過一定得數(shù)學算法得到的。 [4].系列順序碼 是排序碼的一種。排序碼是把對象按預先選擇的某種順序排列，分別賦予代碼。 系列順序碼是一種特殊的順序碼。它將順序代碼分為若干段并與分類對象的分段一一對應，給每段分類對象賦予一定的順序代碼。 這種代碼的優(yōu)點是能表示一定得信息屬性，易于添加；缺點是空碼較多時，不便于機器處理，不適用于復雜的分類體系。 [5].層次碼 是以分類對象的從屬層次關系為排列順序的一種代碼。代碼分為若干層，并與對象的分類層次對應。代碼左端為高位層次代碼，右端為低位層次代碼。每個層次的代碼可采用順序碼或系列順序碼。 代碼分別用數(shù)字排列；識別碼由用戶自行定義，以便擴充。 6. 設計用戶界面時主要考慮哪些因素？ [1].用戶對界面的滿意程度。 [2].用戶界面的標準化程度； [3].用戶界面的適應性和協(xié)調(diào)性； [4].用戶界面的應用條件； [5].用戶界面的性價比。 第四章 GIS功能設計 1. 如何進行GIS功能設計？應該注意哪些問題？ [1]. 功能模塊設計 [2]. 空間數(shù)據(jù)庫功能設計 [3]. 空間信息可視化與制圖功能設計 [4]. 輸入/輸出設計 原則： [1]. 功能結構的合理性 即系統(tǒng)功能模塊的劃分要以系統(tǒng)論的設計思想為指導，合理地進行集成和區(qū)分，功能特點清楚、邏輯清晰、設計合理。 [2]. 功能結構的完備性 根據(jù)系統(tǒng)的應用目的要求，功能齊全，適合各應用目的和范圍。 [3]. 系統(tǒng)各功能的獨立性 各功能模塊應相互獨立，各自具備一套完整的處理功能，且功能相對獨立，重復度最小。 [4]. 功能模塊的可靠性 模塊的穩(wěn)定性好，操作可靠，數(shù)據(jù)處理方法科學、實用。 [5]. 功能模塊操作的簡便性 各子功能模塊應操作方便，簡單明了，易于掌握。 2. 舉例說明如何進行應用型GIS功能設計。 3. 屬性數(shù)據(jù)庫管理子系統(tǒng)功能包括哪些主要內(nèi)容？ 屬性數(shù)據(jù)庫管理子系統(tǒng)是存儲、分析、統(tǒng)計、評價、查詢、更新、屬性制圖等的核心工具，也是整個系統(tǒng)的重要組成部分，需具備對數(shù)據(jù)庫結構操作、屬性數(shù)據(jù)內(nèi)容操作、數(shù)據(jù)的邏輯運算、屬性數(shù)據(jù)的檢索、從屬性數(shù)據(jù)到圖像的查詢、屬性數(shù)據(jù)報表輸出等功能。 4. 圖形數(shù)據(jù)庫管理子系統(tǒng)的功能設計包括哪些主要內(nèi)容？ [1]. 圖形輸入：手扶跟蹤數(shù)字化儀和掃描輸入 [2]. 圖形轉(zhuǎn)換：坐標配準、格式轉(zhuǎn)換（矢柵） [3]. 圖形操作（開窗、縮放漫游、旋轉(zhuǎn)、疊加、拼接和消除裂隙） [4]. 圖形編輯：符號設計和圖形整飾 [5]. 圖形計算：長度、面積等 [6]. 圖像處理：遙感數(shù)據(jù)輸入、畫面顯示與操作、幾何校正、圖像增強、特征提取、柵格數(shù)據(jù)矢量化處理、地面定位、輸出功能 [7]. 空間分析：疊置分析、緩沖區(qū)分析、空間集合分析、網(wǎng)絡分析、數(shù)字地形模型、地形分析 [8]. 圖形輸出： 5. 如何進行GIS輸入和輸出設計？ 通過輸入設計，用戶將需要的圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)通過輸入設備輸入到系統(tǒng)，系統(tǒng)在處理運行過程中，用戶可通過用戶界面將操作指令和運行參數(shù)輸入到系統(tǒng)各個功能模塊中。輸入方法：GPS方法、數(shù)字測圖、攝影測量方法、測量數(shù)據(jù)、影像處理和信息提取、數(shù)據(jù)通信。輸入方式、輸入設備、已有文件轉(zhuǎn)換 將空間數(shù)據(jù)處理的結果，以用戶要求的各種形式進行輸出，供用戶進行生產(chǎn)、上報、驗收、交流、分析、管理和決策。輸出內(nèi)容和形式：圖表、文件、地圖等。輸出設備：顯示終端、打印機、磁盤機、繪圖儀、多媒體設備等 輸出格式：Windows輸出、光柵形式輸出、PostScript格式輸出 第五章GIS數(shù)據(jù)庫設計 1.試述GIS數(shù)據(jù)庫設計的目標、原則和過程 目標： [1].滿足用戶要求 [2].良好的數(shù)據(jù)庫性能 [3].對現(xiàn)實世界模擬的精確程度 [4].能被某個數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)接受 原則： [1].組織有序、層次分明 [2].最小冗余度原則 [3].具有足夠的數(shù)據(jù)吞吐量 [4].數(shù)據(jù)獨立性原則 [5].標準化、規(guī)范化原則 [6].可擴展原則 [7].系統(tǒng)可靠性、安全性與完整性原則 過程： [1].需求分析：收集數(shù)據(jù)庫所有用戶的信息內(nèi)容和處理要求，并加以規(guī)格化和分析。概念設計：以用戶需求為依據(jù)，以需求分析為基礎，把用戶的需求加以解釋，將需求分析中收集的信息和數(shù)據(jù)進行分析和抽象，并用概念模型表達出來的過程。 [2].邏輯設計：把信息世界中的概念模型利用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)所提供的工具映射為計算機世界中為數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)所支持的數(shù)據(jù)模型，概念設計被匹配到特定的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，并用數(shù)據(jù)描述語言表達出來。 [3].物理設計：根據(jù)概念設計的結果以及計算機系統(tǒng)提供的手段，設計數(shù)據(jù)庫的文件結構、存取路徑和存儲格式等。 [4].數(shù)據(jù)庫實施：轉(zhuǎn)入數(shù)據(jù)、完成編碼、投入使用，并根據(jù)反饋和新需求不斷完善 2.何為GIS數(shù)據(jù)庫概念設計？概念設計的基本方法和步驟是什么？ 數(shù)據(jù)庫概念化設計是從抽象的角度來設計數(shù)據(jù)庫，這種信息結構設計是從用戶的角度對現(xiàn)實世界的一種信息描述，它獨立于任何DBMS軟件和硬件。概念設計的結果是對現(xiàn)實世界或地理實體的信息化概念模型，它由構造實體的基本元素以及反映這些基本元素之間聯(lián)系的信息所組成。 方法：自頂向下、自底向上、逐步擴張、混合策略 步驟： 3.何為實體、屬性、關系和E-R模型？關系有哪些主要類型？ 實體（Entity）：客觀事物的抽象，可以被唯一地標識。這些客觀事物可以是任何一類的人、物或概念，是信息系統(tǒng)管理、操作的對象。 屬性（Attributes）：實體的特征。一個實體總是通過其屬性來描述的，對實體的管理和分析的操作是通過對屬性的操作來實現(xiàn)的。 關系/聯(lián)系（Relationship）：實體之間的聯(lián)結稱之為關系或聯(lián)系；實體和屬性是數(shù)據(jù)庫的存儲對象；關系是數(shù)據(jù)庫所要進行的查詢操作；因為現(xiàn)實世界中的客體是彼此聯(lián)系的，因此信息世界中的實體間也是有聯(lián)系的。擁有一對一、一對多、多對一、多對多等關系類型。 4.舉例說明如何進行E-R模型設計。E-R模型中的空間概念如何拓展？ [1].確定一般實體和地理實體 通過用戶需求調(diào)查與分析，提取和抽象出空間數(shù)據(jù)庫中所有的實體，包括一般實體和空間實體。 [2].確定實體屬性 對提取和抽象出來的實體通過定制其屬性來進行界定，即確定各個實體的屬性。要求盡可能減少數(shù)據(jù)冗余，方便數(shù)據(jù)存取和操作，并能實現(xiàn)正確無歧義地表達實體。 [3].確定實體間所有聯(lián)系 根據(jù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)流圖及實體的特征正確定義實體間的關系，這一步驟是保證空間數(shù)據(jù)正確處理和操作的關鍵，因此，在定義過程中要仔細求證，確保無誤。 [4].繪制空間E-R圖 根據(jù)提取、抽象和概括出的系統(tǒng)實體、實體屬性及實體關系繪制空間E-R圖。 [5].空間E-R圖優(yōu)化 因為空間E-R圖涉及的實體、屬性及關系復雜，在實際應用中，往往需要根據(jù)數(shù)據(jù)的關聯(lián)程度將它們劃分成許多小的單元，分別繪制E-R圖。因此，最后需要根據(jù)劃分的標準和原則對這些單元的E-R圖進行綜合，并對其進行調(diào)整和優(yōu)化，使其能夠無縫地形成為一個整體。 [6].E-R模型轉(zhuǎn)換為具體數(shù)據(jù)模型 將空間E-R圖轉(zhuǎn)化為適合GIS軟件和數(shù)據(jù)庫管理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型，如關系模型、網(wǎng)絡模型、層次模型或特殊的空間數(shù)據(jù)模型等。 空間概念拓展：引入增加空間特征的E-R圖，根據(jù)空間數(shù)據(jù)類型表示空間實體，允許空間關系和限制推理，降低E-R圖和關系構架中的混亂程度。 5.舉例說明GIS空間數(shù)據(jù)庫關系表的設計。 關系表確定: 范式化：第一范式（不能表中套表，即不能有次級字段）、第二范式（所有字段僅與主字段有關）、第三范式（不能有傳遞相關性） 表分割與關聯(lián)：按照字段記錄特性，可進行字段調(diào)整，把一個表分割成多個表，列出各表應具有的字段，確定表體系結構，使數(shù)據(jù)表達得以協(xié)調(diào)。 6.E-R模型如何進行向關系模型轉(zhuǎn)換？ l將每類實體映射成一個單獨的關系。實體屬性映射成關系的屬性。 l對于基數(shù)為1 : 1的聯(lián)系，將任一實體碼屬性作為其他關系的主碼。 l聯(lián)系的基數(shù)是M : 1，把“1”側關系主碼作為“M”側關系的外碼。 l基數(shù)為M : N的聯(lián)系，每個M : N聯(lián)系被映射成一個新的關系。 l關系的名稱就是聯(lián)系的名稱，而關系的主碼由參與實體的主碼對組成。 l如果聯(lián)系有屬性的話，則成為新關系的屬性。 l對于多值屬性，創(chuàng)建一個具有兩個列的新的關系，一列對應多值屬性，另一列對應擁有多值屬性的實體的碼。 7.如何對GIS空間數(shù)據(jù)進行組織和管理？ 組織： l縱向分層：分層是在分幅的基礎之上進行的，它按地圖內(nèi)容進行劃分，不同的內(nèi)容屬于不同的層?？梢愿行У亟M織和管理空間數(shù)據(jù)。好處：相同數(shù)據(jù)層中的地理對象，都是從無窮地理事物之中抽象出來的同一類別；同一空間定位基礎、一致數(shù)據(jù)精度標準、相同地域范圍中的各數(shù)據(jù)層在GIS中是可以任意疊合的；多層地理數(shù)據(jù)的疊合分析，是GIS重要的空間分析方法之一；通過不同的數(shù)據(jù)層疊加顯示，是計算機地理制圖的常用方法。 l橫向分塊：即按數(shù)據(jù)的空間分布將數(shù)據(jù)劃分為規(guī)則的或不規(guī)則的塊?？梢詫Υ笕萘康目臻g數(shù)據(jù)進行有效的組織。原則：按存取頻率較高的空間分布單元劃分圖塊，以提高數(shù)據(jù)庫的存取效率；圖塊的劃分應使基本存儲單元具有較為合理的數(shù)據(jù)量；在定義圖塊分區(qū)時，應充分考慮未來地圖數(shù)據(jù)更新的圖形屬性信息源及空間分布，以利于更新和維護。 l分層分塊索引： 管理： l文件與關系數(shù)據(jù)庫混合管理：屬性數(shù)據(jù)和圖形數(shù)據(jù)通過ID聯(lián)系起來，使查詢運算，模型操作運算速度慢；數(shù)據(jù)分布和共享困難；屬性數(shù)據(jù)和圖形數(shù)據(jù)分開存儲，數(shù)據(jù)的安全性、一致性、完整性、并發(fā)控制以及數(shù)據(jù)損壞后的恢復方面缺少基本的功能；缺乏表示空間對象及其關系的能力。因此，目前空間數(shù)據(jù)管理正在逐步走出文件管理模式。 l全關系型空間數(shù)據(jù)庫管理：這種管理方式下，圖形數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)都采用現(xiàn)有的關系型數(shù)據(jù)庫存儲，使用關系數(shù)據(jù)庫標準連接機制來進行空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的連接。一個關系表示一個圖層，關系中的每一行表示一個地理實體，每一列表示地理實體的一個屬性，其中一列為幾何形狀列，通常稱為形狀。 用全關系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)管理圖形數(shù)據(jù)有常規(guī)表方式（要涉及多個關系表，做多次連接投影運算）和 大對象方式（采用數(shù)據(jù)庫提供的二進制大對象變長字段存儲空間數(shù)據(jù)，將圖形數(shù)據(jù)的變長部分處理成二進制塊字段）兩種模式。 l對象關系數(shù)據(jù)庫管理：由于直接采用通用的關系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的效率不高，而非結構化的空間數(shù)據(jù)又十分重要，所以許多數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的軟件商在關系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中進行擴展，使之能直接存儲和管理非結構化的空間數(shù)據(jù)。 8.柵格數(shù)據(jù)如何進行存儲和管理？ 存儲： 金字塔層-波段-數(shù)據(jù)分塊的多級索引機制進行組織，基于這種多級索引結構，在使用柵格數(shù)據(jù)進行分析時可快速定位到數(shù)據(jù)分塊級，有效地提高柵格數(shù)據(jù)存取速度。 金字塔層-波段索引表現(xiàn)為柵格數(shù)據(jù)在垂直方向上多尺度、多波段的組織形式。 金字塔層-數(shù)據(jù)分塊索引表現(xiàn)為柵格數(shù)據(jù)在水平方向上多分辨率、分塊存儲的組織形式。 金字塔層管理具有相同空間分辨率的一層柵格數(shù)據(jù)。 波段管理相同金字塔層內(nèi)不同波段的相關統(tǒng)計和注釋信息。 數(shù)據(jù)分塊對相同金字塔層、相同波段內(nèi)的數(shù)據(jù)按照一定分塊大小進行分塊存儲，可減少數(shù)據(jù)的讀盤時間。 9.MApGIS7.0面向?qū)嶓w空間模型的特點是什么？ 第九章 GIS標準化 1.簡要闡述GIS標準化的作用。 直接作用是保障GIS技術及其應用的規(guī)范化發(fā)展，知道GIS相關的實踐活動，拓展GIS的應用領域，從而實現(xiàn)GIS的社會及經(jīng)濟價值。GIS、標準體系是GIS技術走向?qū)嵱没蜕鐣谋ＷC，對于促進地理信息共享、實現(xiàn)標準化體系化具有巨大的作用。 2.概述GIS標準化編制的原則和方法。 原則： 科學性：標準體系表中，層次的劃分和信息分類標準項目的擬定不能以行政系統(tǒng)的劃分為依據(jù)，而必須以GIS技術及其所涉及的社會經(jīng)濟活動性質(zhì)和城市綜合體總體為主要思路和科學依據(jù)。 系統(tǒng)性：將標準項目安排在不同層次上，做到層次主次分明、合理、標準之間體現(xiàn)出銜接配套關系，反映出縱向順序排列的結構。 全面性：對GIS行業(yè)涉及的各種技術、管理工作及各類型數(shù)據(jù)的標準對象，都應制定相應的標準并納入體系中。這些標準英國協(xié)調(diào)一致、互相配套，構成一個完整、全面的體系結構。 兼容性：表中的標準項目，應優(yōu)先選用我國的國家標準和行業(yè)標準，同時充分體現(xiàn)等同或等效采用國際標準和國外先進標準的精神，盡量使我國的GIS標準與國際接軌，為實現(xiàn)行業(yè)、地域、全國和全球的信息資源共享和系統(tǒng)兼容奠定基礎。 可擴性：要預見到未來的科學技術發(fā)展。 方法：在具體方法上，必須區(qū)分GIS和國家其他部門信息系統(tǒng)在標準方面的共性特征和GIS的個性特征，以此作為標準體系層次劃分的依據(jù)。同時也注意到層次的相互銜接和層次劃分深淺的一致，但不排除一些類別的進一步細化，知道標準項目為止，以充分體現(xiàn)標準項目的結構特征和隸屬關系。 3.簡要分析GIS標準化對GIS發(fā)展及其應用的作用。 促進空間數(shù)據(jù)的使用及交換：數(shù)據(jù)質(zhì)量；數(shù)據(jù)庫設計（數(shù)據(jù)檔案、數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)的可視化、數(shù)據(jù)產(chǎn)品的測評） 促進地理信息共享：指地理信息的社會化應用，即地理信息開發(fā)部門、地理信息用戶和地理信息經(jīng)銷部門之間以一種規(guī)范化、穩(wěn)定、合理的關系共同使用地理信息及相關服務的機制。 4.概括介紹GIS標準化的內(nèi)容。 硬件設備的標準：包括硬件網(wǎng)絡設備的物理連接、線路接口、存儲介質(zhì)、數(shù)據(jù)通信的方式和網(wǎng)絡管理的方式等。 軟件方面的標準：包括操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫的查詢語言、程設計語言、顯示和制圖等的設備、圖形用戶界面等。 數(shù)據(jù)和格式的標準：包括空間數(shù)據(jù)的模型、數(shù)據(jù)庫的構建、數(shù)據(jù)質(zhì)量和可靠性、地理特征的分類系統(tǒng)、數(shù)據(jù)的結構方案和地圖方法、數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換格式等。 數(shù)據(jù)集標準：包括國際數(shù)據(jù)集、電子地形系列、電子普查數(shù)據(jù)系列其他各類數(shù)據(jù)集。 5.目前國際上有哪些GIS標準？ 6.目前國際上有哪些GIS標準組織？