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    全国GIS应用水平考试一级辅导教材

    2013-08-30 10:40:52 来源: 测绘论坛
    聊聊
    1)计算机的基本概念,硬件系统与软件系统的关系;  
    2)微型计算机硬件系统的组成及各部分功能  
    3)系统软件与应用软件的功能与关系  
    4)存储器的基本概念  (RAM、ROM、DISK)  和特点  
    5)信息的表示和存储  (二、八、十、十六进制的表示及转换,位、字节、字、等存储容 量单位的表示与转换)  
    6)计算机操作系统的基本工作原理及作用  
    7)常见计算机操作系统的类型与特点  
    8)Windows操作系统的
     版本知识、安装、部署及基本操作  
    9)常见办公软件的操作与使用,(如:MS office或wps)  
    10)计算机网络基础知识:组成、功能、分类及常见网络设备  
    11)小规模局域网的组网技术、本地局域网的管理和维护  
    12)常见的网络应用(如:www、ftp、E-mail等)  
    13)简单的网络安全知识  
    14)数据、数据库、数据库管理系统的概念  
    15)常用的SQL语言  
    16)数据库的并发技术、安全技术、恢复技术  
    17)主流数据库管理系统软件的基本操作   
     
    第二部分:GIS 原理
    第一章  GIS 的基本知识
    1、 GIS 的基本概念、定义、研究内容
    1.1、信息、数据、地理信息
        信息是用数字、文字、符号、语言、图形、图像、声音等介质来向人们或机器提供关 于现实世界各种知识。信息具有客观性、适用性、可传输性和共享性等特征。信息来源于
    数据。
        数据是一种未经加工的原始资料,格式依赖计算机系统。数据是指能被计算机进行处理的一切对象,包括数字、文字、符号、图形、图像等。数据是客观对象的表示,而信息
    则是数据内涵的意义,是数据的内容和解释。信息与数据是不可分离的,信息来源于数据。即信息是数据的内涵,是数据的内容和解释。也就是说数据是信息的载体,只有理解了数据的含义,才能得到数据中所包含的信息。信息可以离开信息系统而独立存在,也可以离开信息系统的各个组成和阶段而独立存在;而数据的格式往往与计算机系统有关,并随载荷它的物理设备的形式而改变。数据是原始事实,而信息是数据处理的结果。不同知识、经验的人,对于同一数据的理解,可得到不同信息。
        地理信息是指表征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 数字、文字、图像和图形的总称。地理信息是指直接或间接与地理空间位置分布、时间发 展相关的信息总和。地理信息属于空间信息,它是对表达地理特征与地理现象之间关系的 地理数据的解释。而地理数据则是各种地理特征和现象间关系的符号化表示,包括空间位置、属性特征及时域特征三部分。空间位置数据是通过经纬网或公里网建立的地理坐标来实现空间位置的识别的;属性数据是描述地物特征的定性或定量指标;时域特征是指地理数据采集或地理现象发生的时刻或时段。空间位置、属性及时间是地理空间分析的三大基本要素。地理信息属于空间信息,具有多维结构特征,即在二维空间的基础上实现多专题的第三维结构。                                  
    1.2、GIS 的基本概念
    地理信息系统(Geographic Information System或   Geo-Information  system,GIS)有时又称为“地学信息系统”或“资源与环境信息系统”。它是一种特定的十分重要的空间信息系统。它是在计算机硬、软件系统支持下,对整个或部分地球表层(包括大气层)空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。地理信息系统处理、管理的对象是多种地理空间实体数据及其关系,包括空间定位数据、图形数据、遥感图像数据、属性数据等,用于分析和处理在一定地理区域内分布的各种现象和过程,解决复杂的规划、决策和管理问题.通过上述的分析和定义可提出GIS 的如下基本概念:
    1、GIS 将地理环境的各种要素,包括它们的空间位置形状及分布特征和与之有关的社会、经济等专题信息以及这些信息之间的联系等进行获取、组织、存储、检索、分析,并在
    管理、规划与决策中应用。
    2、GIS 的物理外壳是计算机化的技术系统,它又由若干个相互关联的子系统构成,如数据采集子系统、数据管理子系统、数据处理和分析子系统、图像处理子系统、数据产品输
    出子系统等,这些子系统的优劣、结构直接影响着 GIS 的硬件平台、功能、效率、数据处理的方式和产品输出的类型。
    3、GIS 的操作对象是空间数据,即点、线、面、体这类有三维要素的地理实体。空间数据的最根本特点是每一个数据都按统一的地理坐标进行编码,实现对其定位、定性和定量
    的描述、这是GIS 区别于其它类型信息系统的根本标志,也是其技术难点之所在。
    4、GIS 是为了获取、存储、检索、分析和显示空间定位数据而建立的计算机的数据库管理系统(来自美国国家地理信息与分析中心)。
    5、由于 GIS 本身也是一们科学,也是一种软件、同时还是一种服务。所以也有很多学者将地理信息系统(GIS)解释为  Geographic information science\software\service.
    GIS 按研究的范围大小可分为全球性的、区域性的和局部性的;按研究内容的不同可分为综合性的与专题性的。同级的各种专业应用系统集中起来,可以构成相应地域同级的区域综合系统。在规划、建立应用系统时应统一规划这两种系统的发展,以减小重复很费,提高
    数据共享程度和实用性。                               。 
     (1) 输入:大多数的地理数据是从地图输入GIS ,常用的方法是数字化和扫描。 目前 GIS 的输入正在越来越多地借助非地图形式,遥感就是其中的一种形式,遥感数据已经成为GIS  的重要数据来源。地理数据采集的另一项主要进展是 GPS 技术。
    (2) 存储: GIS  中的数据分为栅格数据和矢量数据两大类,如何在计算机中有效存储和管理这两类数据是GIS  的基本问题。大多数的GIS  系统中采用了分层技术,即根据地图的某些特征,把它分成若干层,整张地图是所有层叠加的结果。在与用户的交换过程中只处理涉及到的层,而不是整幅地图,因而能够对用户的要求作出快速反应。
    (3) 地理数据的操作和分析:GIS  中对数据的操作提供了对地理数据有效管理的手段。对图形数据(点、线、面) 和属性数据的增加、删除、修改等基本操作大多可借鉴 CAD 和通用数据库中的成熟技术。通过 GIS  提供的空间分析功能,用户可以从已知的地理数据中得出隐含的重要结论,这对于许多应用领域是至关重要的。
    (4) 输出:将用户查询的结果或是数据分析的结果以合适的形式输出是 GIS 问题求解过程的最后一道工序。输出形式通常有两种:在计算机屏幕上显示或通过绘图仪输出。
    1.4、GIS的特点
    1)空间可视化
       空间地物轮廓特征的可视化
       信息系统是对现实世界的计算机模拟,而地理信息系统则突出了它对现实世界空间关
    系的模拟。使我们对于在空间中各事物的状态有一个非常直观的感受。无论是在屏幕上展
    示一幅可以无级缩放和信息查询的地图,还是展现一幅三维的地形模型,都使我们对现实
    世界空间关系的认识更为直观、具体。或许我们可以用计算机科学中常用的“所见即所得”
    一词来解释这一点。
         具有空间参照特点的地物专题属性信息的可视化
        地理信息系统的空间可视化功能还包括对空间分布地物的属性信息的图形可视化,这
    一点是由地理信息系统的一个重要特征来保证的,即 GIS  实现了空间信息和属性信息的集
    成管理,并能够完善地建立二者之间的联系。例如,利用一张中国的行政区划图,我们可以
    从地理信息系统数据库中提取各省、直辖市、自治区 1994 年的人口统计数据,计算人口密
    ,并按人口密度的分级指标指定不同的色彩和填充方式显示行政区所对应的图斑(这
    实现上是一个从属性到空间的关联过程),这样空间地物的专题属性特征就可以通过地理信
    息系统工具实现具有空间参照信息的可视化。
    2)空间导向
       利用地理信息系统,我们不仅可以纵览研究区域的全域,还可以利用缩放和漫游等G
    IS  所提供的基本功能深入到我们更感兴趣的区域去研究。一个完善的地理信息系统提供了
    空间数据库功能,使用我们可以以小比例尺查看全局,以中比例尺查看局部,以大比例尺查
    看细部。在比例尺不断增大的同时,展现给用户的空间信息内容会不断更新。例如在浏览一
    个行政省全局时,只需要显示大的河流、省级公路铁路以及市县级行政分区图斑等全局信息,
    而随着比例尺的不断增大,就需要显示宗地、建筑物、公园等具体的空间地物。这些与地图
    学中强调的制图综合的概念是相似的。地理信息系统的空间导向功能还可以从空间查询功能
    中得到体现。利用一张省级土地利用图,可以通过空间查询找到“城市中的公园”,并即时将
    地图的显示范围缩放到所有“公园”空间分布的范围内,这样同样是空间导向作用的体现。
    3)空间思维
        地理信息系统的空间数据库在存储各地物空间描述信息的同时,还存储了地物之间的
    空间关系,这一特点为进行空间分析提供了基础。
       地理信息系统的空间思维,就是要利用 GIS  数据库中已经存储的信息,通过 GIS  的工
    具(例如缓冲区分析、叠置分析),生成GIS  空间数据库中并求存储的信息。
       地理信息系统将许多空间分析工具集成起来,并提供二次开发工具。在进行空间分析
    时,用户将各种分析工具按所研究领域的专业模型组织成一个程序(即计算机可以识别和操
    作的思路),交由地理信息系统完成,最后提供空间可视化的分析结果。
        地理信息系统的空间思维功能使我们能够揭示空间关系、空间分布模式和空间发展趋
    势等其它类型信息系统所无法完成的任务。
     
    2、GIS 的组成
        一个实用的GIS,要支持对空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示等功能,
    其基本结构一般包括以下5个部分:系统硬件、系统软件、空间数据、应用人员和应用模型。 全国 GIS 应用水平考试一级辅导教材                                  
    2-1  GIS 的组成
    2.1、系统硬件
        计算机硬件是计算机系统中的实际物理装置的总称,可以是电子的、电的、磁的、
    机械的、光的元件或装置,是 GIS 的物理外壳,系统的规模、精度、速度、功能、形式、
    使用方法甚至软件都与硬件有极大的关系,受硬件指标的支持或制约。GIS 由于其任务的复
    杂性和特殊性,必须由计算机设备支持。GIS 硬件配置一般包括四个部分:
    1、计算机主机;
    2、数据输入设备:数字化仪、图像扫描仪、手写笔、光笔、键盘、通讯端口等;
      3、数据存贮设备:光盘刻录机、磁带机、移动硬盘、磁盘阵列等;
    4、数据输出设备:笔式绘图仪、喷墨绘图仪(打印机)、激光打印机等。
    2.2、计算机软件系统
    指GIS运行所必需的各种程序,通常包括:
      1、计算机系统软件
        由计算机厂家提供的、为用户开发和使用计算机提供方便的程序系统,通常包括操作系
    GIS 用户 GUI 系统硬件 系统软件 空间数据  DBMS 应用模型统、汇编程序、编译程序、
    诊断程序、库程序以及各种维护使用手册、程序说明等,是GIS日常工作所必需的。
      2、地理信息系统软件和其他支撑软件
    可以是通用的 GIS 软件也可包括数据库管理软件、计算机图形软件包、CAD、图像处理
    软件等。
    GIS 软件按功能可分为以下几类:
    (1)数据输入:将系统外部的原始数据(多种来源、多种形式的信息)传输给系统内部,
    并将这些数据从外部格式转换为便于系统处理的内部格式的过程。如将各种已存在的地图、
    遥感图象数字化,或者通过通讯或读磁盘、磁带的方式录入遥感数据和其他系统已存在的数
    据,还包括以适当的方式录入各种统计数据、野外调查数据和仪器记录的数据。
    数据输入方式与使用的设备密切相关,常有三种形式:①手扶跟踪数字化仪的矢量跟踪
    数字化。它是通过人工选点或跟踪线段进行数字化,主要输入有关图形点、线、面的位置坐
    标。②扫描数字化仪的光栅扫描数字化,主要输入有关图像的网格数据。③键盘输入,主要
    输入有关图像、图形的属性数据(即代码、符号),在属性数据输入之前,须对其进行编码。 
    (2)数据存贮与管理:数据存储和数据库管理涉及地理元素(表示地表物体的点、线、
    面)的位置、连接关系及属性数据如何构造和组织等。用于组织数据库的计算机系统称为数
    据库管理系统(DBMS)。空间数据库的操作包括数据格式的选择和转换、数据的连接、查询、
    提取等。
        (3)数据分析与处理:指对单幅或多幅图件及其属性数据进行分析运算和指标量测,
    在这种操作中,以一幅或多幅图作为输入,而分析计算结果则以一幅或多幅新生成的图件表
    示,在空间定位上仍与输入的图件一致,故可称为函数转换、空间函数转换可分为基于点或
    象元的空间函数,如基于象元的算术运算、逻辑运算或繁类分析等;基于区域、图斑或图例
    单位的空间函数,如叠加分类、区域形状量测等;基于邻域的空间函数.如象元连通性、扩
    散、最短路径搜索等。量测包括对面积、长度、体积、空间方位、空间变化等指标的计算。
    函数转换还包括错误改正、格式变性和预处理。
         4)数据输出与表示模块:输出与表示是指将地理信息系统内的原始数据或经过系统
    分析、转换、重新组织的数据以某种用户可以理解的方式提交给用户如以地图、表格、数字
    或曲线的形式表示于某种介质上,或采用 CRT(Cathode Ray Tub)显示器、胶片拷贝、点
    阵打印机、笔式绘图仪等输出,也可以将结果数据记录于磁存贮介质设备或通过通讯线路传输
    到用户的其他计算机系统。
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