全国GIS应用水平考试二级辅导教材二级资料.docx
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全国GIS应用水平考试二级辅导教材二级资料
第一章计算机应用基础
知识及要点说明
本节主要考察的是考生的计算机基础知识及应用能力。
由于计算机基础是信息化工程师的最基本的能力要求,考生都应该接受过相应的教育与培训,因此,《计算机基础》部分就不再详细阐述,现列出知识要点,供考生参考复习。
1、一级考试大纲规定的相关计算机基础知识2、计算机操作系统的安装、部署、常见软硬件故障排除3、常见的输入、输出设备(扫描仪、绘图仪、打印机等)4、常用Office软件的使用5、主流数据库管理系统(MSSQl、Oracle)的基本操作:
安装、使用、数据库及表格的新建,数据备份、导入、导出、权限管理、数据恢复。
6、常用标准化查询语句(SQL)的使用(查询、插入、删除、更新、排序、表的创建)7、TCP/IP协议8、常用网络设备(网卡、MODEM、集线器、交换机、路由器)的作用及技术性能9、在Windows操作系统中进行网络设置10、局域网的组建技术、管理、维护及常见故障排除11、基本的网络安全技术及简单实现方法12、常见计算机病毒的种类及危害13、常见计算机病毒的防范技术与常用防病毒软件
第二章GIS原理
本部分内容略,考生可以根据大纲要求,参照一级辅导材料复习。
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第三章GIS应用
3.1、计算机制图的生产工艺
机助制图是将地图资料数字化,利用计算机进行编辑处理,通过绘图仪绘出新编的地图方法。
20世纪70年代后期,由于计算机硬件的持续发展,计算机地图制图的历程向前迈进了一大步。
地图制图领域使用计算机必要性在于:
①能更快更便宜地生产现有地图;②能生产特殊用户需要的地图;③能在缺少技术人员的情况下生产地图;④允许用同样的数据进行不同图形表示的实验;⑤易于进行统计分析;⑥改变了仅以印刷地图当作空间数据存储介质的现状,增大了信息载负量,因而减少了数据压缩分类和数据综合对质量的影响;⑦能生产手工方法难以生产的地图,如三维地图、立体地图等;⑧能生产那些已确定地图内容取舍原则而连续生产的地图;⑨自动化的引入导致整个地图生产过程的工艺革新、工时节省和技术改进。
引入机助制图后,在地图生产部门,自动化的机助制图技术,通常仅用于精确的底图绘制、等高线扫描、印刷图的制版胶片图准备等。
事实上计算机制图方法的应用已形成两种主要趋势,一种是现有制图任务的自动化,重点放在制图精度和质量,另一种则侧重于空间分析,而忽视精细图形输出。
计算机制图技术的发展对地理信息系统的产生起了有力地促进作用。
1、机助制图原理
机助制图是计算机辅助制图的简称。
在计算机技术和数学中,处理连续和离散系统的原理,实际上就是机助制图形成和发展的原理。
地图是按照一定的数学法则,经过概括,应用图例符号将地球表面上的各种物体表示在平面图纸上。
并将所有的要素由空间转绘到平面后仍然保持着精确的地理位置和平面位置。
为了使地图要素能为计算机识别和处理,必须将连续的图形转换成离散的数据,把地图上连续的图形转换成离散数据的过程,就是数字化。
因此我们将图面上的所有要素都分为点状、线状、面状要素,都可以理解为是点的集合。
既然地图组成要素的基本单位是点,因此可以把地图上所有要素都转换成点的坐标(x、y和特征z),这样就实现了地图内容的数字化。
这些数字化了的地图内容记录下来,即构成了地图数字模型。
计算机对数字形式的地图全国GIS应用水平考试二级辅导教材此资料只供学习交流,不做盈利性发行,此材料编写参考了大量资料,所引文字版权归原著者所有。
图形信息进行处理,然后将加工处理后的数据信息通过数控绘图机以地图图形形式输出,就是计算机制图的全过程。
2、计算机地图制图系统的构成
计算机地图制图系统由四个阶段构成。
计算机系统(硬件)、软件系统、地图数据、应用人员与组织机构。
如下图:
计算机地图制图系统的构成图计算机是计算机地图制图的核心设备,用以控制整个制图过程,完成各种复杂的运算和数据处理;输入设备其主要功能是将图形或图像转换为数字。
输出设备主要有各类自动绘图仪、图形显示设备和打印机等。
软件:
使用计算机指令和算法语言编写的各种地图制图数据处理程序的总称。
软件的组成,体现了机助制图系统的功能和特点。
目前多数机助制图系统软件具有的基本功能为:
(1)地图资料采集、编辑、管理程序,用于图形数字化过程中的各种误差改正,格式变换,数据合并和删除,生成数据文件等;
(2)基本绘图操作程序,用于控制图形输出设备的起始、终止、绘图头的驱动、换笔、直线或圆弧插补等;(3)绘制地图各种点、线、面符号程序,如曲线光滑程序、面状晕线程序等;(4)等值线程序,具有使用离散或网格数据点进行插值等值点、追踪排队以及输出等值线及其注记的功能;应用人员组织机构地图数据系统硬件系统软件。
(5)透视立体图程序,具有通过透视变换和消除隐藏线的处理,直观立体地表现自然和社会现象的功能;(6)地图的数学基础和图外整饰以及投影变换程序;(7)图表和统计地图程序;(8)图形显示编辑程序;(9)各种计算分析程序,如数据压缩、分类分级、图形简化、制图指标计算等。
制图软件按上述各类程序的性质可分为基本软件、功能软件和应用软件。
(1)基本软件指实现地图自动编绘过程中必须调用的基本子程序,如基本绘图操作程序。
(2)功能软件是指具有绘制某种简单地图图形或完成制图过程中某一独立功能的程序,如面状晕线程序、投影变换程序等。
由于经常调用,功能软件也多设计为子程序形式,并具有多种控制参数。
(3)应用软件是解决地图制作某一方面完整功能的程序,如绘制等值线程序、输出统计地图程序等,这类程序直接面向用户。
3.2、GIS与城市信息化
1、“数字城市”的概念
数字城市即是综合运用地理信息系统、遥感、网络、多媒体及虚拟仿真等技术,对城市的基础设施、功能机制进行自动采集、动态监测管理和辅助决策服务的技术系统。
具体说,它能使城市地理、资源、生态环境、人口、经济、社会等复杂系统数字化、规范化、民主化,使城市规划具有更高的效率,并提高城市建设的时效性、城市管理的有效性;城市资源优化配置水平、城市综合实力以及城市生活质量,促进城市的可持续发展。
下图表示数字城市的组成系统:
广义“数字城市”概念:
“数字城市”即城市信息化,涉及城市信息化建设的方方面面,不仅包括各种信息化基础设施的建设,还涉及信息化过程中所产生的社会经济关系和文化伦理观念的变化与调整。
如整合城市信息资源,实现城市经济信息化,建立城市电子政府、电子商务企业、电子社区、发展信息家电、远程教育、网上医疗等。
狭义“数字城市”概念:
“数字城市”工程是指利用“数字城市”概念,基于地理信息系统、全球定位系统、遥感系统等关键技术,深入开发和应用于人口、资源环境、经济社会的可持续发展的信息基础设施和应用体系。
其本质就是建设空间信息基础设施并在此基础上深度开发、整合、应用、交流和共享城市的各种信息资源。
数字地球是人类以数字的形式再现的地球信息场,是信息化的地球。
美国前副总统AlGore认为:
“数字地球”是指以地球坐标为依据、具有多分辨率的、有海量数据组成的、能立体表达的虚拟地球。
2、“数字城市”的体系结构
数字城市的体系结构应包括三个重要层次:
基础层、专题层、分析层。
1、基础层
基础层为空间公共定位基础系统,含数据获取子系统、数据存储子系统、数据处理子系统、数据挖掘及信息提取子系统
2、专题层
专题层为数字城市智能应用系统,含城市规划子系统、地籍管理子系统、市政设施子
系统、交通管理子系统、环境治理子系统、商业市场子系统、网络生活子系统、数字城市管全国GIS应用水平考试二级辅导教材此资料只供学习交流,不做盈利性发行,此材料编写参考了大量资料,所引文字版权归原著者所有。
理子系统。
3、分析层
分析层为数字信息科学分析系统,含灾害防治子系统、策略优化子系统、发展预测子系统、时空演变子系统。
分析层通过对城市海量数据的科学分析、筛选,进行决策分析,优化数字城市管理。
3、数字地球
数字地球是美国副总统戈尔于1998年1月在加利福尼亚科学中心开幕典礼上发表的题为“数字地球—新世纪人类星球之认识”演说时,提出的一个与GIS、网络、虚拟现实等高新技术密切相关的概念。
在戈尔的文章内,他将数字地球看成是“对地球的三维多分辨率表示、它能够放入大量的地理数据”。
在接下来对数字地球的直观实例解释中可以发现,戈尔的数字地球学是关于整个地球、全方位的GIS与虚拟现实技术、网络技术相结合的产物。
显然,面对如此一个浩大的工程,任何一个政府组织、企业或学术机构,都是无法独立完成的,它需要成千上万的个人、公司、研究机构和政府组织的共同努力。
数字地球要解决的技术问题,包括计算机科学、海量数据存贮、卫星遥感技术、互操作性、元数据等。
可以预见,随着地球空间信息学的发展,而建立起的数字地球,必将促进测绘事业的现代化,为测绘事业与整个国民经济建立更加紧密的联系,作出更大的贡献,在未来和知识经济社会中产生巨大的经济效益和社会效益。
1998年江泽民总书记在接见两院院士代表时的讲话中指出:
"当今世界,以信息技术为主要标志的科技进步日新月异,高科技成果向现实生产力的转化越来越快,初见端倪的知识经济预示人类的经济社会生活将发生新的巨大变化"。
数字地球可以理解为对真实地球及其相关现象统一的数字化重现和认识。
其核心思想是用数字化的手段来处理整个地球的自然和社会活动诸方面的问题,最大限度地利用资源,并使普通百姓能够通过一定方式方便地获得他们所想了解的有关地球的信息,其特点是嵌入海量地理数据,实现多分辨率、三维对地球的描述,即"虚拟地球"。
通俗地讲,就是用数字的方法将地球、地球上的活动及整个地球环境的时空变化装入电脑中,实现在网络上的流通,并使之最大限度地为人类的生存、可持续发展和日常的工作、学习、生活、娱乐服务。
严格地讲,数字地球是以计算机技术、多媒体技术和大规模存储技术为基础,以宽带网络为纽带运用海量地球信息对地球进行多分辨率、多尺度、多时空和多种类的三维描述,并全国GIS应用水平考试二级辅导教材此资料只供学习交流,不做盈利性发行,此材料编写参考了大量资料,所引文字版权归原著者所有。
利用它作为工具来支持和改善人类活动和生活质量。
数字地图是纸制地图的数字存在和数字表现形式,是在一定坐标系统内具有确定坐标和属性的地面要素和现象的离散数据,在计算机可识别的可存储介质上概括的、有序的集合。
在计算机技术和信息科学高度发展的当今,仅靠纸制的地图和一些零散的数字地图提供信息已无法满足需要,取而代之的是在飞机、舰船导航、新武器制导、卫星运行测控和部队快速反应、军事指挥自动化以及经济建设的各个行业中广泛应用的,基于区域性或全国性的数字地图及各种各样的地图数据库管理系统和地理信息系统。
这些系统共同的特点是:
信息丰富多样,提供信息正确及时,修改、检索、传输信息方便快速,并可以对系统中的数据作进一步的分析操作,最后输出人们关注的专题信息。
数据库技术的应用和信息系统的建立使传统纸制地图的应用发生了质的飞跃,也为地图产品开辟了一个新的应用天地。
数字地球就是一个全局性的长远的战略思维问题,其核心在于:
(1)用数字化手段统一性地处理地球问题;
(2)最大限度地利用信息资源。
具体地说,就是在全球、国家和区域的层次上,长远地规划地球表层和浅表层数字信息的获取、处理、应用等方面的相关工作,从系统论和一体化的角度来整合已有的或者正在发展的与数字地球相关的理论、技术、数据、应用和能力。
数字地球在不同历史时期又有特定的目标;目前,应当建立多比例尺、多应用层面的数字化地球、数字化地区或数字化城市,能够更广泛、深入地为社会可持续发展提供服务。
尽管建立数字地球涉及到的许多理论、技术、数据和应用等基础条件已经具备,仍然存在许多需要解决的理论和技术,主要表现在以下几方面:
数据获取与更新方面:
各类遥感新技术,如高分辨率高光谱卫星图像技术、雷达卫星技术数据获取集成一体化技术等。
网络、计算机硬件、数据与信息传播方面:
新一代大规模平行处理器,高宽带网络,支持基于网络的分布式计算操作系统,智能网络技术,基于对象的分布式网络服务,分布处理和互操作协议等。
数据处理、储存、数据库、信息提取与分析方面:
高密度高速率的海量空间数据储存、压缩、处理技术,数据互操作技术,多比例尺多时相多源数据融合、集成技术,图像信息智能提取(图像自动分类等)技术,元数据技术,空间数据仓库,海量空间数据的智能提取技术,空间数据交换网络技术,支持异构分布数据库的扩展对象关系模型,面向对象空间数据库,实时的多分辨率海量空间数据的存储和分发等。
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4、GIS行业应用的趋势、现状、特点
1)GIS行业应用现状
人类所接触的信息中有80%以上与GIS相关,GIS的迅猛发展已经让越来越多的人意识到地理空间信息系统的重要性,GIS已成为IT产业重要的组成部分。
尽管大众对GIS相对比较陌生,但GIS的应用已经涵盖了国土、地矿、环保、城建、能源、国防、军事、航天等应用领域,而在与普通大众息息相关的公共设施管理、道路交通、电力供应、资源管理、城市规划、政府决策、大众服务等方面更发挥着越来越大的作用。
随着GIS技术的逐步成熟和推广应用,GIS应用新趋势呈现多层次全方位发展。
它不再局限于探讨GIS技术本身,不再全力以赴只在计算机软件工程上投入资源,而是要把大量精力集中到怎样应用上,通过一个整合的框架、分析方法和表达方式,为GIS提供系统化的知识,并且只将GIS作为一种系统平台和使用工具对待。
这些体现出了GIS发展成果为全社会共享的新进展。
而现代的GIS技术,通过GIS技术与地理科学研究的结合,很多和地理相关的科研部门正在利用GIS把他们多年来积累的地理科学模型转化为计算机数字模型,同时在GIS技术平台上衍生出大量的新功能、新模型,可以有效地解决世界上大量的地理问题。
目前我国GIS应用有两个主要方向:
一个方向是政府和企业级应用、另一个方向就是基于GIS平台的公众服务。
GIS在政府和企业应用中已经迈出了一大步,在互联网服务领域,GIS也一直在探索出路,特别是近几年,随着基础地理数据库建设的完成,GIS的大众化应用已经悄然走进了大众的生活。
可以说,GIS在各行业中的应用,极大的促进了我国信息化建设的进程。
2)GIS应用的变化趋势
●GIS应用更深化
“数字城市”是地理信息系统、遥感、全球定位系统,通信技术、计算机技术、网络技
术、仿真和虚拟现实技术等现代科技的高度综合与集成。
数字城市建设可广泛应用于城市规划与设计、电子商务、数字小区、数字旅游等综合信息服务系统,为人们提供一种崭新的工全国GIS应用水平考试二级辅导教材此资料只供学习交流,不做盈利性发行,此材料编写参考了大量资料,所引文字版权归原著者所有。
作和生活方式,并在很大程度上改变着人们的思维方式与生活方式。
●GIS应用更普及
20世纪90年代中期,GIS与网络结合,出现了WebGIS,通过Internet可以使GIS真正成为一种大众使用的工具。
从WWW的任意一个节点,Internet用户可以浏览WebGIS站点中的空间数据、制作专题图,以及进行各种空间检索与空间分析,从而使GIS进入千家万户。
WebGIS很容易与其他信息进行无缝集成,具有良好的可扩展性和跨平台特性。
随着经济全球化、全球信息化的加速发展,在未来全球范围内,地理空间数据基于Internet的网上数据分布、数据查询、电子商务、百姓生活等方方面面将得到迅速发展。
●GIS应用更规范
1994年成立的开放地理信息系统协会(openGISconsortium,OGC)是生产与管理部门为实现地理空间数据信息的互操作而成立的公共与私人组织联合体。
其目标是实现地理空间数据与地理空间信息资源处理的全面集成,通过信息基础设施广泛使用商业化的、可互操作的地理空间信息处理软件。
目前已经开展了简单要素实施规范、网络盖层实施规范、目录服务实施规范、显示表达实施规范、要素鉴别和关系规范、几何关系规范、常规盖层实施规范等七项规范标准的制定工作,并开展了相关软件支撑工具的研制工作。
OGC与ISO/TC211已经达成协议,OGC与ISO/TC211组织制定的标准,OGC予以采纳和实施,使该项标准具有OGC和ISO/TC211的“双重标记”。
我国空间信息标准化的工作最初走的是一条自主开发的道路,即充分吸取国外先进经验和教训,从我国的实际出发,结合GIS技术开展和系统开发的需要,从理论上进行研究,制定和发布实施了若干急需的标准。
许多专业部门近年来研制了一些非GIS的国家标准,也被直接作为空间信息标准,诸如:
“中华人民共和国行政区划代码”、“中华人民共和国邮政编码”、“公路路线命名编号和编码规则”等。
随着中国加入WTO,而WTO要求各成员国要以国际标准为基础制定本国标准,我国的标准化工作也由原来的“参考国际标准和国外先进标准”自主制定,转为修改采用已有国际标准。
迄今,有五项ISO/TC211制定的空间信息标准已经或正处在转化过程之中:
1、《地理信息术语》;2、《地理信息一致性与测试》、3、《地理信息元数据》;4、《地理信息质量基本元素》;5、《地理信息质量评价程序》全国GIS应用水平考试二级辅导教材此资料只供学习交流,不做盈利性发行,此材料编写参考了大量资料,所引文字版权归原著者所有。
●GIS应用更有效
GIS技术系统在国内城市规划、土地管理、交通、电力、电信、地下管网等领域都取得了广泛的应用,其产业化已初具规模。
主要表现在:
国家和一些省、市加强了对空间基础设施的建设,并为发展以GIS为核心的应用系统提供了一批具有权威性的基础地理框架数据;一批基于GIS研发的应用系统以从早期的“实验型”或“科研成果型”转化为业务化运作系统,并开始在管理、监测、规划、决策等过程中取得重要的社会和经济效益,自主开发的国产GIS软件产品正逐渐走向成熟,多层次的GIS研究与开发队伍不断壮大,涉及GIS领域的高科技公司不断涌现。
3)GIS应用发展的主要特点
●GIS标准化:
今后5-10年将是GIS业界制定标准的重要时期,GIS标准化的实现将使人们能在一个共同理解的基础上共享信息与资料。
●数据商业化:
GIS数据是GIS的灵魂,没有数据就谈不上信息化。
GIS数据是GIS建设过程中的核心,也是最花费成本的部分。
如何有效地生产和维护地理数据将是未来GIS面临的主要挑战之一。
GIS数据的获取将越来越商业化。
●系统专门化:
目前流行的面向对象和构件技术的地理信息系统(ComGIS),是把GIS的功能模块划分为多个控件,每个控件完成不同的功能,通过可视化的软件开发工具集成起来,形成最终GIS应用。
软件的构件化是GIS软件专业化的必要准备。
在将来的各类应用系统中,GIS可能将作为一个必须的部分存在。
●GIS企业化:
GIS网络化的发展使得GIS在机构内部各部门之间更有效地进行通讯、交流和进行各种资源的共享。
企业和机构可以从更高的层次上对GIS在企业中的使用进行统筹安排和计划,这种方式被称为“企业化GIS”。
企业化GIS对技术和管理人员有更高的要求,需要企业不断地对技术和管理培训。
●GIS全球化:
网络技术的发展使得世界空间缩小,使人们之间的关系更加紧密,世界经济发展也在要求人们建立一个更稳定、和谐的环境。
在这个环境中GIS越来越成为一种有效的工具来帮组人们了解他们所生存和依赖的自然条件状况和社会变化状况。
●GIS大众化:
在人们日常生活中,GIS潜移默化地改变着人们的生活方式。
以往人们需要使用地图来定向、定位和导航。
现在地图已经存储在数据库中。
利用WAP网站就能够为用户提供各类城市信息的地理位置查询服务;从一个地方到另一个地方的最佳路
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线轻而易举地就可以使用GIS系统得到;到一个新地方,不需要再费力寻找餐馆、旅店、娱乐中心、购物中心、银行、旅游景点等,GIS就是最好的向导。
3.3、GIS分析与决策
1、GIS空间分析的方法与步骤
基于空间数据的分析技术,它以地学原理为依托,通过分析算法,从空间数据中获取有关地理对象的空间位置、空间分布、空间形态、空间形成、空间演变等信息。
简单地说,是利用计算机借助GIS软件分析地图,获取和传输空间信息(包括空间图形信息和隐含属性信息,特别是隐含属性信息。
)。
空间分析的根本目的,在于通过对空间数据的深加工或分析,获取新的信息。
空间分析对空间信息的提取和传输功能,已成为地理信息系统区别于一般制图软件和信息系统软件的主要功能特征,也成为评价一个地理信息系统功能强弱的主要指标之一。
地理信息系统的空间分析一般包括三大方面:
空间分析、网络分析、DTM分析。
矢量数据空间分析的目的是解决某类与地理空间有关的问题,通常涉及多种空间分析操作的组合。
空间分析过程设计十分有利于问题的解决,一般步骤是:
1)明确分析的目的和评价准则;2)准备空间操作的数据;3)进行空间分析操作;4)准备表格分析的数据,进行表格分析;5)解释、评价结果(如有必要,返回步骤1);6)生产最终的结果图和表格报告。
2、地理信息系统的应用模型
1)GIS应用模型的分类
GIS应用模型根据所表达的空间对象的不同,可将模型分为三类:
一类是基于理论原理的理论模型,又称为数学模型,是应用数学分析方法建立的数学表达式,反映地理过程本质的理化规律,如地表径流模型、海洋和大气环流模型等;一类是基于变量之间的统计关系或启发式关系的模型,这类模型称为经验模型,是通过数理统计方法和大量观测实验建立的模型,如水土流失模型、适宜性分析模型等;还有一类是基于原理和经验的混合模型,这类模全国GIS应用水平考试二级辅导教材此资料只供学习交流,不做盈利性发行,此材料编写参考了大量资料,所引文字版权归原著者所有。
型中既有基于理论原理的确定性变量,也有应用经验加以确定的不确定性变量,如资源分配模型、位置选择模型等。
按照研究对象的瞬时状态和发展过程,可将模型分为静态、半静态和动态三类。
静态模型用于分析地理现象及要素相互作用的格局;半静态模型用于评价应用目标的变化影响;动态模型用于预测研究目标的时空动态演变及趋势。
2)GIS应用模型的构建GIS求解问题的基本流程图:
根据上图所示,实际包括目的导向分析和数据导向操作这两个过程。
目的导向分析,是将要解决的问题与专业知识相结合,从问题开始,一步步的推导出解决问题所需要的原始数据、精度标准、模型的逻辑结构和方法步骤。
数据导向操作,是将已经形成的模型逻辑结构与GIS技术相结合,从各类数据开始,一步步的将数据转换为问题的答案,必要时还需要进行反馈和修改,直到取得满意的结果,最后以图形或者图表的形式输出最终结果。
GIS应用模型的构建,通常采用以下三种不同的途径:
1)GIS环境内的模型建造。
指应用者利用GIS软件的宏语言发展各自所需的空间分析模型。
这种模型法是将GIS软件支持的功能看做模型部件,按照分析目的和标准,对部件全国GIS应用水平考试二级辅导教材此资料只供学习交流,不做盈利性发行,此材料编写参考了大量资料,所引文字版权归原著者所有。
进行有机的组合。
因此,这种构模法能充分的利用GIS软件本身所具有的资源,模型建造和开发的效率比较高。
2)GIS外部的模型建造。
这种方法是基于应用GIS的空间数据
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