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?????????“地理信息系統(tǒng)原理”課程考試試題一參考答案 一、名詞解釋 1.地理信息系統(tǒng)的定義是由兩個(gè)部分組成的。一方面，地理信息系統(tǒng)是一門學(xué)科，是描述、存儲(chǔ)、分析和輸出空間信息的理論和方法的一門新興的交叉學(xué)科；另一方面，地理信息系統(tǒng)是一個(gè)技術(shù)系統(tǒng)，是以地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，采用地理模型分析方法，適時(shí)提供多種空間的和動(dòng)態(tài)的地理信息，為地理研究和地理決策服務(wù)的計(jì)算機(jī)技術(shù)系統(tǒng)。 2.TIN 即不規(guī)則三角網(wǎng)（Triangulated Irregular Network），是一種表示數(shù)字高程模型的方法。 TIN 模型根據(jù)區(qū)域有限個(gè)點(diǎn)集將區(qū)域劃分為相連的三角面網(wǎng)絡(luò)，區(qū)域中任意點(diǎn)落在三角面的頂點(diǎn)、邊上或三角形內(nèi)。如果點(diǎn)不在頂點(diǎn)上，該點(diǎn)的高程值通常通過(guò)線性插值的方法得到。 3.元數(shù)據(jù)是關(guān)于數(shù)據(jù)的描述性數(shù)據(jù)信息，它應(yīng)盡可能多地反映數(shù)據(jù)集自身的特征規(guī)律，以便于用戶對(duì)數(shù)據(jù)集的準(zhǔn)確、高效與充分的開發(fā)與利用。元數(shù)據(jù)的內(nèi)容包括對(duì)數(shù)據(jù)集的描述、對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量的描述、對(duì)數(shù)據(jù)處理信息的說(shuō)明、對(duì)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法的描述、對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的更新、集成等的說(shuō)明。 4.信息是向人們或機(jī)器提供關(guān)于現(xiàn)實(shí)世界新的事實(shí)的知識(shí)，是數(shù)據(jù)、消息中所包含的意義，它不隨載體的物理設(shè)備形式的改變而改變。 二、簡(jiǎn)答題 1.地理信息系統(tǒng)的組成。 一個(gè)完整的 GIS 主要由四個(gè)部分構(gòu)成，即計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)、地理數(shù)據(jù)（或空間數(shù)據(jù)）和系統(tǒng)管理操作人員。其核心部分是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（軟件和硬件），空間數(shù)據(jù)反映 GIS 的地理內(nèi)容，而管理人員和用戶則決定系統(tǒng)的工作方式和信息表示方式。 （1）計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)：是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的實(shí)際物理裝置的總稱，是 GIS 的物理外殼。包括輸入/輸出設(shè)備、中央處理單元、存儲(chǔ)器等，向提供信息、保存數(shù)據(jù)、返回信息給用戶。 （2）計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)：計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)是指必需的各種程序。對(duì)于 GIS 應(yīng)用而言，通常包括：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件、地理信息系統(tǒng)軟件和其他支持軟件、應(yīng)用分析程序。 （3）系統(tǒng)開發(fā)、管理和使用人員：完善的地理信息系統(tǒng)項(xiàng)目應(yīng)包括負(fù)責(zé)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和執(zhí)行的項(xiàng)目經(jīng)理、信息管理的技術(shù)人員、系統(tǒng)用戶化的應(yīng)用工程師以及最終運(yùn)行系統(tǒng)的用戶。地理信息系統(tǒng)專業(yè)人員是地理信息系統(tǒng)應(yīng)用的關(guān)鍵。 （4）空間數(shù)據(jù)：它是由系統(tǒng)的建立者輸入 GIS ，是系統(tǒng)程序作用的對(duì)象，是 GIS 所表達(dá)的現(xiàn)實(shí)世界經(jīng)過(guò)模型抽象的實(shí)質(zhì)性內(nèi)容。主要包括空間位置、空間關(guān)系、屬性等。 2.簡(jiǎn)述柵格數(shù)據(jù)及其主要編碼方式。 ??? 柵格結(jié)構(gòu)是最簡(jiǎn)單最直接的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，是指將地球表面劃分為大小均勻緊密相鄰的網(wǎng)格陣列，每個(gè)網(wǎng)格作為一個(gè)象元或象素由行、列定義，并包含一個(gè)代碼表示該象素的屬性類型或量值，或僅僅包括指向其屬性記錄的指針。因此，柵格結(jié)構(gòu)是以規(guī)則的陣列來(lái)表示空間地物或現(xiàn)象分布的數(shù)據(jù)組織，組織中的每個(gè)數(shù)據(jù)表示地物或現(xiàn)象的非幾何屬性特征。 ???? 柵格數(shù)據(jù)的主要編碼方式包括： ??? （1）直接?xùn)鸥窬幋a：這是最簡(jiǎn)單直觀而又非常重要的一種柵格結(jié)構(gòu)編碼方法，就是將柵格數(shù)據(jù)看作一個(gè)數(shù)據(jù)矩陣，逐行（或逐列）逐個(gè)記錄代碼，可以每行都從左到右逐個(gè)象元記錄，也可以奇數(shù)行地從左到右而偶數(shù)行地從右向左記錄，為了特定目的還可采用其他特殊的順序。 ??? （2）壓縮編碼方法：目前有一系列柵格數(shù)據(jù)壓縮編碼方法，如鍵碼、游程長(zhǎng)度編碼、塊碼和四叉樹編碼等。其目的是用盡可能少的數(shù)據(jù)量記錄盡可能多的信息，其類型又有信息無(wú)損編碼和信息有損編碼之分。 ??? a）鏈碼：又稱為弗里曼鏈碼或邊界鏈碼，鏈碼可以有效地壓縮柵格數(shù)據(jù)，而且對(duì)于估算面積、長(zhǎng)度、轉(zhuǎn)折方向的凹凸度等運(yùn)算十分方便，比較適合于存儲(chǔ)圖形數(shù)據(jù)。 ??? b）游程長(zhǎng)度編碼：柵格圖像常常有行（或列）方向上相鄰的若干點(diǎn)具有相同的屬性代碼，因而可采取某種方法壓縮那些重復(fù)的記錄內(nèi)容。一種編碼方案是，只在各行（或列）數(shù)據(jù)的代碼發(fā)生變化時(shí)依次記錄該代碼以及相同的代碼重復(fù)的個(gè)數(shù)；另一種方案是逐個(gè)記錄各行（或列）代碼發(fā)生變化的位置和相應(yīng)代碼， ??? c）塊碼：塊碼是游程長(zhǎng)度編碼擴(kuò)展到二維的情況，采用方形區(qū)域作為記錄單元，每個(gè)記錄單元包括相鄰的若干柵格，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)由初始位置（行、列號(hào)）和半徑，再加上記錄單位的代碼組成。 ?? d ）四叉樹：又稱四元樹或四分樹，是最有效的柵格數(shù)據(jù)壓縮編碼方法之一。四叉樹將整個(gè)圖像區(qū)逐步分解為一系列被單一類型區(qū)域內(nèi)含的方形區(qū)域，最小的方形區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)柵格象元。分割的原則是，不管是哪一層上的象限，只要?jiǎng)澐值絻H代表一種地物或符合既定要求的少數(shù)幾種地物時(shí)，則不再繼續(xù)劃分，否則一直劃分到單個(gè)柵格象元為止。 3.格網(wǎng) DEM 分析的主要應(yīng)用。 ??? （1）地形曲面擬合：DEM 最基礎(chǔ)的應(yīng)用是求 DEM 范圍內(nèi)任意點(diǎn)的高程，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行地形屬性分析。由于已知有限個(gè)格網(wǎng)點(diǎn)的高程，可以利用這些格網(wǎng)點(diǎn)高程擬合一個(gè)地形曲面，推求區(qū)域內(nèi)任意點(diǎn)的高程。 ?? ?（2）立體透視圖：繪制透視立體圖是 DEM 的一個(gè)極其重要的應(yīng)用。透視立體圖能更好地反映地形的立體形態(tài)，非常直觀。人們可以根據(jù)不同的需要，對(duì)于同一個(gè)地形形態(tài)作各種不同的立體顯示，更好地研究地形的空間形態(tài)。 ??? （3）通視分析：通視分析有著廣泛的應(yīng)用背景。典型的例子是觀察哨所的設(shè)定、森林中火災(zāi)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的設(shè)定、無(wú)線發(fā)射塔的設(shè)定等。通視問(wèn)題可以分為五類：a）已知一個(gè)或一組觀察點(diǎn)，找出某一地形的可見區(qū)域；b）欲觀察到某一區(qū)域的全部地形表面，計(jì)算最少觀察點(diǎn)數(shù)量；c）在觀察點(diǎn)數(shù)量一定的前提下，計(jì)算能獲得的最大觀察區(qū)域；d）以最小代價(jià)建造觀察塔，要求全部區(qū)域可見；e）在給定建造代價(jià)的前提下，求最大可見區(qū)。根據(jù)問(wèn)題輸出維數(shù)的不同，通視可分為點(diǎn)的通視，線的通視和面的通視。 ??? （4）流域特征地貌提取與地形自動(dòng)分割：是進(jìn)行流域空間模擬的基礎(chǔ)技術(shù)。主要包括兩個(gè)方面：a）流域地貌形態(tài)結(jié)構(gòu)定義，定義能反映流域結(jié)構(gòu)的特征地貌，建立格網(wǎng) DEM 對(duì)應(yīng)的微地貌特征；b）特征地貌自動(dòng)提取和地形自動(dòng)分割算法。 ??? （5）計(jì)算地形屬性：DEM 派生的地形屬性數(shù)據(jù)可以分為單要素屬性和復(fù)合屬性二種。前者可由高程數(shù)據(jù)直接計(jì)算得到，如坡度因子，坡向。后者是由幾個(gè)單要素屬性按一定關(guān)系組合成的復(fù)合指標(biāo)，用于描述某種過(guò)程的空間變化，這種組合關(guān)系通常是經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，也可以使用簡(jiǎn)化的自然過(guò)程機(jī)理模型。 三、分析題（每題 20 分，共 40 分） 1.論述點(diǎn)、線、多邊形數(shù)據(jù)之間的疊加分析的內(nèi)容和方法。 ??? （1）點(diǎn)與多邊形疊加 ??? 點(diǎn)與多邊形疊加，實(shí)際上是計(jì)算多邊形對(duì)點(diǎn)的包含關(guān)系，進(jìn)行點(diǎn)是否在一個(gè)多邊形中的空間關(guān)系判斷。在完成點(diǎn)與多邊形的幾何關(guān)系計(jì)算后，還要進(jìn)行屬性信息處理。最簡(jiǎn)單的方式是將多邊形屬性信息疊加到其中的點(diǎn)上。當(dāng)然也可以將點(diǎn)的屬性疊加到多邊形上，用于標(biāo)識(shí)該多邊形，如果有多個(gè)點(diǎn)分布在一個(gè)多邊形內(nèi)的情形時(shí)，則要采用一些特殊規(guī)則，如將點(diǎn)的數(shù)目或各點(diǎn)屬性的總和等信息疊加到多邊形上。通過(guò)點(diǎn)與多邊形疊加，可以計(jì)算出每個(gè)多邊形類型里有多少個(gè)點(diǎn)，不但要區(qū)分點(diǎn)是否在多邊形內(nèi)，還要描述在多邊形內(nèi)部的點(diǎn)的屬性信息。通常不直接產(chǎn)生新數(shù)據(jù)層面，只是把屬性信息疊加到原圖層中，然后通過(guò)屬性查詢間接獲得點(diǎn)與多邊形疊加的需要信息。例如一個(gè)中國(guó)政區(qū)圖（多邊形）和一個(gè)全國(guó)礦產(chǎn)分布圖（點(diǎn)），二者經(jīng)疊加分析后，并且將政區(qū)圖多邊形有關(guān)的屬性信息加到礦產(chǎn)的屬性數(shù)據(jù)表中，然后通過(guò)屬性查詢，可以查詢指定省有多少種礦產(chǎn)，產(chǎn)量有多少；而且可以查詢，指定類型的礦產(chǎn)在哪些省里有分布等信息。 ??? （2）線與多邊形疊加 ??? 線與多邊形的疊加，是比較線上坐標(biāo)與多邊形坐標(biāo)的關(guān)系，判斷線是否落在多邊形內(nèi)。計(jì)算過(guò)程通常是計(jì)算線與多邊形的交點(diǎn)，只要相交，就產(chǎn)生一個(gè)結(jié)點(diǎn)，將原線打斷成一條條弧段，并將原線和多邊形的屬性信息一起賦給新弧段。疊加的結(jié)果產(chǎn)生了一個(gè)新的數(shù)據(jù)層面，每條線被它穿過(guò)的多邊形打斷成新弧段圖層，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的屬性數(shù)據(jù)表記錄原線和多邊形的屬性信息。根據(jù)疊加的結(jié)果可以確定每條弧段落在哪個(gè)多邊形內(nèi)，可以查詢指定多邊形內(nèi)指定線穿過(guò)的長(zhǎng)度。如果線狀圖層為河流，疊加的結(jié)果是多邊形將穿過(guò)它的所有河流打斷成弧段，可以查詢?nèi)我舛噙呅蝺?nèi)的河流長(zhǎng)度，進(jìn)而計(jì)算它的河流密度等；如果線狀圖層為道路網(wǎng)，疊加的結(jié)果可以得到每個(gè)多邊形內(nèi)的道路網(wǎng)密度，內(nèi)部的交通流量，進(jìn)入、離開各個(gè)多邊形的交通量，相鄰多邊形之間的相互交通量。 ??? （3）多邊形疊加 ??? 多邊形疊加是 GIS 最常用的功能之一。多邊形疊加將兩個(gè)或多個(gè)多邊形圖層進(jìn)行疊加產(chǎn)生一個(gè)新多邊形圖層的操作，其結(jié)果將原來(lái)多邊形要素分割成新要素，新要素綜合了原來(lái)兩層或多層的屬性。疊加過(guò)程可分為幾何求交過(guò)程和屬性分配過(guò)程兩步。幾何求交過(guò)程首先求出所有多邊形邊界線的交點(diǎn)，再根據(jù)這些交點(diǎn)重新進(jìn)行多邊形拓?fù)溥\(yùn)算，對(duì)新生成的拓?fù)涠噙呅螆D層的每個(gè)對(duì)象賦一多邊形唯一標(biāo)識(shí)碼，同時(shí)生成一個(gè)與新多邊形對(duì)象一一對(duì)應(yīng)的屬性表。多邊形疊加結(jié)果通常把一個(gè)多邊形分割成多個(gè)多邊形，屬性分配過(guò)程最典型的方法是將輸入圖層對(duì)象的屬性拷貝到新對(duì)象的屬性表中，或把輸入圖層對(duì)象的標(biāo)識(shí)作為外鍵，直接關(guān)聯(lián)到輸入圖層的屬性表。這種屬性分配方法的理論假設(shè)是多邊形對(duì)象內(nèi)屬性是均質(zhì)的，將它們分割后，屬性不變。也可以結(jié)合多種統(tǒng)計(jì)方法為新多邊形賦屬性值。多邊形疊加完成后，根據(jù)新圖層的屬性表可以查詢?cè)瓐D層的屬性信息，新生成的圖層和其它圖層一樣可以進(jìn)行各種空間分析和查詢操作。根據(jù)疊加結(jié)果最后欲保留空間特征的不同要求，一般的 GIS 軟件都提供了三種類型的多邊形疊加操作：并、疊和、交。 ? “地理信息系統(tǒng)原理”課程考試試題二參考答案 一、名詞解釋（每題5分，共20分） 1.地理數(shù)據(jù)是各種地理特征和現(xiàn)象間關(guān)系的符號(hào)化表示，包括空間位置、屬性特征及時(shí)態(tài)特征三部分。 2.空間索引就是指依據(jù)空間對(duì)象的位置和形狀或空間對(duì)象之間的某種空間關(guān)系按一定的順序排列的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其中包含空間對(duì)象的概要信息，如對(duì)象的標(biāo)識(shí)、外接矩形及指向空間對(duì)象實(shí)體的指針。它通過(guò)篩選作用，大量與特定空間操作無(wú)關(guān)的空間對(duì)象被排除，從而提高空間操作的速度和效率。 3. DTM為數(shù)字地形模型（Digital Terrain Model），是地形表面形態(tài)屬性信息的數(shù)字表達(dá)，是帶有空間位置特征和地形屬性特征的數(shù)字描述。數(shù)字地形模型中地形屬性為高程時(shí)稱為數(shù)字高程模型（Digital Elevation Model），簡(jiǎn)稱DEM。 4. GIS互操作是指不同的GIS間與平臺(tái)無(wú)關(guān)的透明數(shù)據(jù)訪問(wèn)、共享空間數(shù)據(jù)庫(kù)和其它服務(wù)。是當(dāng)代GIS技術(shù)發(fā)展的重要方向。 二、簡(jiǎn)答題（每題10分，共40分） 1.矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換算法。 對(duì)于點(diǎn)狀實(shí)體，每個(gè)實(shí)體僅由一個(gè)坐標(biāo)對(duì)表示，其矢量結(jié)構(gòu)和柵格結(jié)構(gòu)的相互轉(zhuǎn)換基本上只是坐標(biāo)精度變換問(wèn)題。線實(shí)體的矢量結(jié)構(gòu)由一系列坐標(biāo)對(duì)表示，在變?yōu)闁鸥窠Y(jié)構(gòu)時(shí)，除把序列中坐標(biāo)對(duì)變?yōu)闁鸥裥辛凶鴺?biāo)外，還需根據(jù)柵格精度要求，在坐標(biāo)點(diǎn)之間插滿一系列柵格點(diǎn)，這可以由兩點(diǎn)式直線方程得到。線實(shí)體由柵格結(jié)構(gòu)變?yōu)槭噶拷Y(jié)構(gòu)與將多邊形邊界表示為矢量結(jié)構(gòu)相似，因此以下重點(diǎn)討論多邊形的矢量結(jié)構(gòu)與柵格結(jié)構(gòu)相互轉(zhuǎn)換。 （1）矢量向柵格轉(zhuǎn)換 矢量格式向柵格格式轉(zhuǎn)換又稱為多邊形填充，就是在矢量表示的多邊形邊界內(nèi)部的所有柵格點(diǎn)上賦以相應(yīng)的多邊形編碼，從而形成柵格數(shù)據(jù)陣列。幾種主要的算法描述如下： a）內(nèi)部點(diǎn)擴(kuò)散算法：由每個(gè)多邊形一個(gè)內(nèi)部點(diǎn)（種子點(diǎn)）開始，向其八個(gè)方向的鄰點(diǎn)擴(kuò)散，判斷各個(gè)新加入點(diǎn)是否在多邊形邊界上，如果是邊界上，則該新加入點(diǎn)不作為種子點(diǎn)，否則把非邊界點(diǎn)的鄰點(diǎn)作為新的種子點(diǎn)與原有種子點(diǎn)一起進(jìn)行新的擴(kuò)散運(yùn)算，并將該種子點(diǎn)賦以該多邊形的編號(hào)。重復(fù)上述過(guò)程直到所有種子點(diǎn)填滿該多邊形并遇到邊界停止為止。 r，則該待判點(diǎn)屬于此多邊形，賦以多邊形編號(hào)，否則在此多邊形外部，不屬于該多邊形。?b）復(fù)數(shù)積分算法：對(duì)全部柵格陣列逐個(gè)柵格單元地判斷該柵格歸屬的多邊形編碼，判別方法是由待判點(diǎn)對(duì)每個(gè)多邊形的封閉邊界計(jì)算復(fù)數(shù)積分，對(duì)某個(gè)多邊形，如果積分值為2 c）射線算法和掃描算法：射線算法可逐點(diǎn)判斷數(shù)據(jù)柵格點(diǎn)在某多邊形之外或在多邊形內(nèi)，由待判點(diǎn)向圖外某點(diǎn)引射線，判斷該射線與某多邊形所有邊界相交的總次數(shù)，如相交偶數(shù)次，則待判點(diǎn)在該多邊形外部，如為奇數(shù)次，則待判點(diǎn)在該多邊形內(nèi)部。要注意的是：射線與多邊形邊界相交時(shí)，有一些特殊情況會(huì)影響交點(diǎn)的個(gè)數(shù)，必須予以排除。 d）邊界代數(shù)算法：它適合于記錄拓?fù)潢P(guān)系的多邊形矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為柵格結(jié)構(gòu)。若多邊形編號(hào)為a，初始化的柵格陣列各柵格值為零，以柵格行列為參考坐標(biāo)軸，由多邊形邊界上某點(diǎn)開始順時(shí)針?biāo)阉鬟吔缇€，當(dāng)邊界上行時(shí)，位于該邊界左側(cè)的具有相同行坐標(biāo)的所有柵格被減去a；當(dāng)邊界下行時(shí)，該邊界左邊所有柵格點(diǎn)加一個(gè)值a，邊界搜索完畢則完成了多邊形的轉(zhuǎn)換。 （2）柵格格式向矢量格式的轉(zhuǎn)換 多邊形柵格格式向矢量格式轉(zhuǎn)換就是提取以相同的編號(hào)的柵格集合表示的多邊形區(qū)域的邊界和邊界的拓?fù)潢P(guān)系，并表示由多個(gè)小直線段組成的矢量格式邊界線的過(guò)程。 柵格格式向矢量格式轉(zhuǎn)換通常包括以下四個(gè)基本步驟： a）多邊形邊界提?。翰捎酶咄V波將柵格圖像二值化或以特殊值標(biāo)識(shí)邊界點(diǎn)； b）邊界線追蹤：對(duì)每個(gè)邊界弧段由一個(gè)結(jié)點(diǎn)向另一個(gè)結(jié)點(diǎn)搜索，通常對(duì)每個(gè)已知邊界點(diǎn)需沿除了進(jìn)入方向的其他7個(gè)方向搜索下一個(gè)邊界點(diǎn)，直到連成邊界弧段； c）拓?fù)潢P(guān)系生成：對(duì)于矢量表示的邊界弧段數(shù)據(jù)，判斷其與原圖上各多邊形的空間關(guān)系，以形成完整的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)并建立與屬性數(shù)據(jù)的聯(lián)系； d）去除多余點(diǎn)及曲線圓滑：由于搜索是逐個(gè)柵格進(jìn)行的，必須去除由此造成的多余點(diǎn)記錄，以減少數(shù)據(jù)冗余；搜索結(jié)果，曲線由于柵格精度的限制可能不夠圓滑，需采用一定的插補(bǔ)算法進(jìn)行光滑處理，常用的算法有：線形迭代法；分段三次多項(xiàng)式插值法；正軸拋物線平均加權(quán)法；斜軸拋物線平均加權(quán)法；樣條函數(shù)插值法。 2.簡(jiǎn)述空間數(shù)據(jù)誤差來(lái)源與數(shù)據(jù)質(zhì)量控制方法。 從空間數(shù)據(jù)的形式表達(dá)到空間數(shù)據(jù)的生成，從空間數(shù)據(jù)的處理變換到空間數(shù)據(jù)的應(yīng)用，在這兩個(gè)過(guò)程中都會(huì)有數(shù)據(jù)質(zhì)量問(wèn)題的發(fā)生。 （1）空間現(xiàn)象自身存在的不穩(wěn)定性：包括空間特征和過(guò)程在空間、專題和時(shí)間內(nèi)容上的不確定性。 （2）空間現(xiàn)象的表達(dá)：數(shù)據(jù)采集中的測(cè)量方法以及量測(cè)精度的選擇等受到人類自身的認(rèn)識(shí)和表達(dá)的影響，這對(duì)于數(shù)據(jù)的生成會(huì)出現(xiàn)誤差。 （3）空間數(shù)據(jù)處理中的誤差：在空間數(shù)據(jù)處理過(guò)程中，容易產(chǎn)生的誤差有以下幾種：投影變換產(chǎn)生的差異；地圖數(shù)字化和掃描后的矢量化處理都可能出現(xiàn)誤差；數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換中的位置差異性；數(shù)據(jù)抽象時(shí)產(chǎn)生的誤差；建立拓?fù)潢P(guān)系過(guò)程中的位置坐標(biāo)的變化；與主控?cái)?shù)據(jù)層的匹配位移導(dǎo)致誤差；數(shù)據(jù)疊加操作和更新產(chǎn)生空間位置和屬性值的差異；數(shù)據(jù)集成處理產(chǎn)生的誤差；數(shù)據(jù)的可視化產(chǎn)生表達(dá)上的誤差；數(shù)據(jù)處理過(guò)程中誤差的傳遞和擴(kuò)散 （4）空間數(shù)據(jù)使用中的誤差：主要包括兩個(gè)方面：一是對(duì)數(shù)據(jù)的解釋過(guò)程，一是缺少文檔，這樣往往導(dǎo)致數(shù)據(jù)用戶對(duì)數(shù)據(jù)的隨意性使用而使誤差擴(kuò)散。 數(shù)據(jù)質(zhì)量控制是個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，要控制數(shù)據(jù)質(zhì)量應(yīng)從數(shù)據(jù)質(zhì)量產(chǎn)生和擴(kuò)散的所有過(guò)程和環(huán)節(jié)入手，分別用一定的方法減少誤差。空間數(shù)據(jù)質(zhì)量控制常見的方法有： （1）傳統(tǒng)的手工方法：將數(shù)字化數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)源進(jìn)行比較，圖形部分的檢查包括目視方法、繪制到透明圖上與原圖疊加比較，屬性部分的檢查采用與原屬性逐個(gè)對(duì)比或其他比較方法。 （2）元數(shù)據(jù)方法：數(shù)據(jù)集的元數(shù)據(jù)中包含了大量的有關(guān)數(shù)據(jù)質(zhì)量的信息，通過(guò)它可以檢查數(shù)據(jù)質(zhì)量，同時(shí)元數(shù)據(jù)也記錄了數(shù)據(jù)處理過(guò)程中質(zhì)量的變化，通過(guò)跟蹤元數(shù)據(jù)可以了解數(shù)據(jù)質(zhì)量的狀況和變化。 （3）地理相關(guān)法：用空間數(shù)據(jù)的地理特征要素自身的相關(guān)性來(lái)分析數(shù)據(jù)的質(zhì)量。 3.3S集成的作用和意義。 3S技術(shù)為科學(xué)研究、政府管理、社會(huì)生產(chǎn)提供了新一代的觀測(cè)手段、描述語(yǔ)言和思維工具。3S的結(jié)合應(yīng)用，取長(zhǎng)補(bǔ)短，是一個(gè)自然的發(fā)展趨勢(shì)，三者之間的相互作用形成了“一個(gè)大腦，兩只眼睛”的框架，即RS和GPS向GIS提供或更新區(qū)域信息以及空間定位，GIS進(jìn)行相應(yīng)的空間分析，以從RS和GPS提供的浩如煙海的數(shù)據(jù)中提取有用信息，并進(jìn)行綜合集成，使之成為決策的科學(xué)依據(jù)。 GIS、RS和GPS三者集成利用，構(gòu)成為整體的、實(shí)時(shí)的和動(dòng)態(tài)的對(duì)地觀測(cè)、分析和應(yīng)用的運(yùn)行系統(tǒng)，提高了GIS的應(yīng)用效率。在實(shí)際的應(yīng)用中，較為常見的是3S兩兩之間的集成，如GIS/RS集成，GIS/GPS集成或者RS/GPS集成等，但是同時(shí)集成并使用3S技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例則較少。 RS、GIS、GPS集成的方式可以在不同的技術(shù)水平上實(shí)現(xiàn)，最簡(jiǎn)單的辦法是三種系統(tǒng)分開而由用戶綜合使用，進(jìn)一步是三者有共同的界面，做到表面上無(wú)縫的集成，數(shù)據(jù)傳輸則在內(nèi)部通過(guò)特征碼相結(jié)合，最好的辦法是整體的集成，成為統(tǒng)一的系統(tǒng)。 單純從軟件實(shí)現(xiàn)的角度來(lái)看，開發(fā)3S集成的系統(tǒng)在技術(shù)上并沒有多大的障礙。目前一般工具軟件的實(shí)現(xiàn)技術(shù)方案是：通過(guò)支持柵格數(shù)據(jù)類型及相關(guān)的處理分析操作以實(shí)現(xiàn)與遙感的集成，而通過(guò)增加一個(gè)動(dòng)態(tài)矢量圖層以與GPS集成。對(duì)于3S集成技術(shù)而言，最重要的是在應(yīng)用中綜合使用遙感以及全球定位系統(tǒng)，利用其實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確獲取數(shù)據(jù)的能力，降低應(yīng)用成本或者實(shí)現(xiàn)一些新的應(yīng)用。 3S集成技術(shù)的發(fā)展，形成了綜合的、完整的對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)，提高了人類認(rèn)識(shí)地球的能力；相應(yīng)地，它拓展了傳統(tǒng)測(cè)繪科學(xué)的研究領(lǐng)域。作為地理學(xué)的一個(gè)分支學(xué)科，Geomatics*產(chǎn)生并對(duì)包括遙感、全球定位系統(tǒng)在內(nèi)的現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)的綜合應(yīng)用進(jìn)行探討和研究。同時(shí)，它也推動(dòng)了其它一些相聯(lián)系的學(xué)科的發(fā)展，如地球信息科學(xué)、地理信息科學(xué)等，它們成為“數(shù)字地球”這一概念提出的理論基礎(chǔ)。 三、分析題（每題20分，共40分） 1.為了完成城市道路拓寬改建分析，論述需要那些空間數(shù)據(jù)，并描述在GIS支持下的分析流程。 利用建立緩沖區(qū)、拓?fù)浏B加和特征提取,計(jì)算一條道路拓寬改建過(guò)程中的拆遷指標(biāo)。 （1）明確分析的目的和標(biāo)準(zhǔn) ????目的是計(jì)算由于道路拓寬而需拆遷的建筑物的建筑面積和房產(chǎn)價(jià)值，道路拓寬改建的標(biāo)準(zhǔn)是： ????a）道路從原有的20m拓寬至60m； ????b）拓寬道路應(yīng)盡量保持直線； ????c）部分位于拆遷區(qū)內(nèi)的10層以上的建筑不拆除。 （2）準(zhǔn)備進(jìn)行分析的數(shù)據(jù) ????需要涉及兩類信息，一類是現(xiàn)狀道路圖；另一類為分析區(qū)域內(nèi)建筑物分布圖及相關(guān)信息。 （3）進(jìn)行空間操作 ????首先選擇擬拓寬的道路，根據(jù)拓寬半徑，建立道路的緩沖區(qū)。 ????然后將此緩沖區(qū)與建筑物層數(shù)據(jù)進(jìn)行拓?fù)浏B加，產(chǎn)生一幅新圖，此圖包括所有部分或全部位于拓寬區(qū)內(nèi)的建筑物信息。 （4）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析 ????首先對(duì)全部或部分位于拆遷區(qū)內(nèi)的建筑物進(jìn)行選擇，凡部分落入拆遷區(qū)且樓層高于10層以上的建筑物，將其從選擇組中去掉，并對(duì)道路的拓寬邊界進(jìn)行局部調(diào)整。 ???? 然后對(duì)所有需拆遷的建筑物進(jìn)行拆遷指標(biāo)計(jì)算。 （5）將分析結(jié)果以地圖和表格的形式打印輸出。 “地理信息系統(tǒng)原理”課程考試試題三參考答案 一、?1 行程編碼：柵格數(shù)據(jù)的一種壓縮編碼方式，是將行或列中重復(fù)的元素進(jìn)行合并，以達(dá)到減少存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)冗余的目的，包括一維行程和二維行程． ????2 地理信息系統(tǒng)：在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的支持下，對(duì)全部或部分地球表層空間的地理分布數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、管理、分析、顯示等的技術(shù)系統(tǒng)． ????3 拓?fù)潢P(guān)系：圖形在保持連續(xù)變化狀態(tài)下，圖形關(guān)系保持不變的性質(zhì)．或空間實(shí)體之間的關(guān)系． ????4 數(shù)字地球：是用數(shù)字化的形式對(duì)地球表層及其空間甚至于地表以下某些特征的一種抽象描述的模型，是地球諸要素信息的數(shù)字集合． ????5 緩沖區(qū)分析：即鄰近度分析，是對(duì)空間點(diǎn)線面實(shí)體周圍形成范圍的一種距離空間的分析技術(shù)，主要描述地理實(shí)體目標(biāo)的影響范圍和服務(wù)范圍． 二、簡(jiǎn)答題 ????1 比較點(diǎn)在多邊形內(nèi)的判別方法射線法和弧長(zhǎng)法的優(yōu)缺點(diǎn)。 ????點(diǎn)在多邊形內(nèi)的兩種判別方法．射線法主要是從判斷點(diǎn)向多邊形做射線，判斷線與多邊形交點(diǎn)的個(gè)數(shù)．當(dāng)交點(diǎn)個(gè)數(shù)為偶數(shù)時(shí)，點(diǎn)在多邊形外；交點(diǎn)個(gè)數(shù)為奇數(shù)時(shí)，點(diǎn)在多邊形內(nèi)。它的優(yōu)點(diǎn)是判斷明確，過(guò)程簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是當(dāng)射線經(jīng)過(guò)多邊形的拐點(diǎn)或一條邊時(shí)，判斷失效。而弧長(zhǎng)法主要是判斷點(diǎn)與多邊形各頂點(diǎn)連線的夾角之和的值，當(dāng)各夾角之和為360度時(shí)，點(diǎn)在多邊形內(nèi)；夾角之和為0或小于360度時(shí)，點(diǎn)在多邊形外。優(yōu)點(diǎn)是判斷準(zhǔn)確，不受條件限制；缺點(diǎn)是判斷過(guò)程復(fù)雜。 ????2 空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理的方式有哪幾種，各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？ ????空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理的方式有：文件－關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)混合管理方式，全關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管理方式，對(duì)象－關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理方式，面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)管理方式。 ????3 從某一空間地理現(xiàn)象到數(shù)據(jù)庫(kù)或數(shù)據(jù)文件中的記錄需要經(jīng)過(guò)哪些過(guò)程？各個(gè)過(guò)程所起的作用是什么？ ????從空間現(xiàn)象到數(shù)據(jù)庫(kù)或成為數(shù)據(jù)文件記錄的過(guò)程，首先對(duì)空間現(xiàn)象進(jìn)行觀察；其次將觀察的結(jié)果進(jìn)行分析，模擬，歸類，綜合取舍；最后以一定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或模型來(lái)顯示和表達(dá)。 ????4 地理信息和空間數(shù)據(jù)的主要特征。 ????地理信息的主要特征有：（1）地域性，是地理信息區(qū)別于他類信息的顯著標(biāo)志；（2）多維性，是指同一地物具有多種不同的專題信息；（3）時(shí)序性，即地理信息具有動(dòng)態(tài)性。 ????空間數(shù)據(jù)的主要特征：（1）空間特征；（2）非結(jié)構(gòu)化特征；（3）空間關(guān)系特征；（4）分類編碼特征；（5）海量數(shù)據(jù)特征。 ????5 地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)源的類型有哪些？在地理信息系統(tǒng)中有哪些主要的數(shù)據(jù)輸入方法？ ????GIS數(shù)據(jù)源有：（1）地圖資料；（2）影像數(shù)據(jù)；（3）遙感數(shù)據(jù)；（4）實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)；（5）文本資料；（6）統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)；（7）多媒體數(shù)據(jù)；（8）其它已有的非系統(tǒng)化的數(shù)據(jù)。 ????數(shù)據(jù)輸入方法有：（1）手工鍵盤輸入；（2）手扶跟蹤數(shù)字化儀輸入；（3）掃描數(shù)字化儀輸入；（4）解析測(cè)圖法輸入；（5）已有數(shù)字化形式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。 三、 簡(jiǎn)述題 ????2 在什么情況下需要用矢量與柵格的互換，如何實(shí)現(xiàn)？ ????當(dāng)進(jìn)行空間線性拓?fù)潢P(guān)系分析以及網(wǎng)絡(luò)分析，單個(gè)實(shí)體的定義和操作和對(duì)成圖精度質(zhì)量要求高時(shí)，具體當(dāng)進(jìn)行城市分區(qū)規(guī)劃、詳細(xì)規(guī)劃、土地管理等時(shí)用矢量數(shù)據(jù)格式，這時(shí)需把柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為矢量數(shù)據(jù)。 ????當(dāng)進(jìn)行緩沖區(qū)分析、與遙感影像或其它圖像匹配處理、數(shù)據(jù)共享時(shí)，具體當(dāng)進(jìn)行大范圍小比例尺的環(huán)境、農(nóng)林等區(qū)域問(wèn)題研究時(shí)，以及建立地理實(shí)體模型和進(jìn)行DEM地形分析時(shí)，需把矢量轉(zhuǎn)換為柵格。 ????矢量轉(zhuǎn)換為柵格的實(shí)現(xiàn)方法有：（1）內(nèi)部點(diǎn)擴(kuò)散算法；（2）復(fù)數(shù)積分法；（3）掃描法；（4）射線法；（5）邊界代數(shù)算法。 ???? 具體步驟是：（1）選擇合理的柵格尺寸；（2）點(diǎn)的柵格化；（3）線的柵格化；（4）面的填充。 ????柵格轉(zhuǎn)換為矢量的過(guò)程：（1）邊界提??；（2）二值化；（3）細(xì)化；（4）邊界跟蹤；（5）拓?fù)潢P(guān)系生成；（6）去除多余點(diǎn)和邊界光滑處理。 ????3數(shù)據(jù)處理在地理信息系統(tǒng)中的作用及數(shù)據(jù)處理的主要內(nèi)容。 ????數(shù)據(jù)處理在GIS中的作用：（1）將實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)或不符合GIS質(zhì)量要求的數(shù)據(jù)通過(guò)處理使之符合GIS質(zhì)量的要求；（2）對(duì)已有的GIS數(shù)據(jù)進(jìn)行處理派生出新的信息。 ????數(shù)據(jù)處理的主要內(nèi)容：（1）圖形編輯；（2）自動(dòng)拓?fù)?；?）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換；（4）坐標(biāo)轉(zhuǎn)換；（5）數(shù)據(jù)壓縮；（6）數(shù)據(jù)內(nèi)插等。 4 DEM的概念，構(gòu)建方法及應(yīng)用領(lǐng)域。 ????DEM的概念：是用數(shù)值矩陣對(duì)地表起伏變化的一種連續(xù)表示方法，它是地表單元的高程集合，是國(guó)家空間地理信息的重要組成部分。 ????DEM構(gòu)建方法：（1）等高線法；（2）規(guī)劃格網(wǎng)法；（3）不規(guī)劃三角網(wǎng)法。 ????DEM的應(yīng)用：（1）用于民用和工程的土石方填挖和計(jì)算；（2）為軍事目的顯示地形景觀；（3）為武器精確制導(dǎo)提供地形匹配；（4）通視分析；（5）坡度、坡向分析；（6）和GIS結(jié)合進(jìn)行各種空間分析；（7）對(duì)不同地貌進(jìn)行分析，研究土地浸蝕和涇流；（8）對(duì)各種專題地圖進(jìn)行組合分析；（9）是國(guó)家地理信息的重要基礎(chǔ)；（10）其它用途。 5 GIS的構(gòu)成及主要功能。 ????GIS的構(gòu)成：（1）系統(tǒng)硬件；（2）系統(tǒng)軟件；（3）數(shù)據(jù)；（4）用戶。 ????GIS的主要功能：（1）空間數(shù)據(jù)的采集和輸入；（2）空間數(shù)據(jù)的編輯與管理；（3）空間數(shù)據(jù)的處理與轉(zhuǎn)換；（4）空間查詢與空間分析；（5）空間數(shù)據(jù)的顯示與輸出。 九、如圖柵格矩陣，說(shuō)明線性四叉樹與二維行程編碼的過(guò)程。 七、數(shù)據(jù)庫(kù)中常用的數(shù)據(jù)模型有哪些？并用它們分別描述下圖。（ 10 分）。 六、圖 1 為一 Delaunay 三角網(wǎng)，如何轉(zhuǎn)換為 Voronoi 圖？假設(shè)有了 Voronoi 圖，如何得到 Delaunay 三角網(wǎng)？（ 10 分） 七、圖 2 為一柵格陣列，說(shuō)明線性四叉樹和二維行程編碼的建立過(guò)程 . （ 10 分） (* 圖 3 中陰影部分的屬性值為 1 ，其它為 0) 八、圖 3 為一實(shí)體圖 , 請(qǐng)寫出節(jié)點(diǎn)、弧段和面塊之間拓?fù)潢P(guān)系（ 10 分） 空間分析的主要方法有哪些？舉例說(shuō)明緩沖區(qū)分析的實(shí)際應(yīng)用 . 圖 1 　?????　?????　?????圖 2????? ??????????　圖 3 五、圖 1 為一實(shí)體圖 , 請(qǐng)寫出節(jié)點(diǎn)、弧段和面塊之間拓?fù)潢P(guān)系（ 10 分） 六、不規(guī)則三角形的構(gòu)網(wǎng)方法有哪些？簡(jiǎn)述每種方法的基本原理 . 圖 2 為一狄洛尼 (Delaunay) 三角網(wǎng)，如何轉(zhuǎn)換為 Voronoi 圖？（ 10 分） 七、矢量格式向柵格格式轉(zhuǎn)換有哪些方法？說(shuō)明每種方法的基本原理。以圖 3 為例，說(shuō)明邊界代數(shù)法的作業(yè)過(guò)程 . （ 10 分） 八、 8 ． 圖 4 為一柵格陣列，說(shuō)明線性四叉樹和二維行程編碼的建立過(guò)程 . （ 10 分） (* 陰影部分的屬性值為 1 ，其它為 0) 九、人們常說(shuō) “ 空間分析是 GIS 的核心和靈魂 ” ，請(qǐng)你發(fā)表一下你的看法 . （ 6 分） 圖 1 　??　?　??????? ??圖 2 ?????????　??????? 圖 3 ??????????　????????圖 4 四、如圖 1 所示，試用無(wú)拓?fù)涫噶繑?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和有拓?fù)涫噶繑?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)加以表示 (* 弧段標(biāo)識(shí)自定 ) 10 分 　　　　　　　　　　　　圖 1 　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖 2 五、如圖 2 所示，有一帶權(quán)有向圖，詳細(xì)說(shuō)明用 Dijkstra 算法求 到其余各頂點(diǎn)最短路徑的標(biāo)號(hào)過(guò)程（ 10 分） 7 、以下圖為例，采用層次模型、網(wǎng)絡(luò)模型和關(guān)系模型，表達(dá)空間數(shù)據(jù)，并說(shuō)明各種數(shù)據(jù)模型的優(yōu)缺點(diǎn)。（ 10 分）。 8 、利用 GIS 技術(shù)設(shè)計(jì)一個(gè)湖北大學(xué)實(shí)時(shí)學(xué)生上課情況查詢系統(tǒng)（假設(shè)學(xué)生位置能精確定位）。系統(tǒng)的功能如下：（ 20 分） 1 ．查詢某一學(xué)生所在的教室； 2 ．查詢某一學(xué)生相鄰的學(xué)生姓名； 3 ．統(tǒng)計(jì)某一教室的學(xué)生總?cè)藬?shù)； 4 ．統(tǒng)計(jì)全校的學(xué)生上課人數(shù)。 假設(shè)教室、學(xué)生的分布如下圖所示，請(qǐng)?zhí)岢鰯?shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其它處理方法。 四、計(jì)算題（ 10 分） 求 C ＝ AB 1.根據(jù)下面示意圖，給出其的矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)編碼。 1.根據(jù)下面示意圖，給出其的矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)編碼。 ??? 點(diǎn)： ?????? 點(diǎn)號(hào) 坐標(biāo) 1 x 1 , y 1 12 x 12 , y 12 21 X 21 , y 21 28 X 28 , y 28 39 X 39 , y 39 ??? 線： ID 起點(diǎn) 終點(diǎn) 點(diǎn)號(hào) a 39 1 39,45,46,47,48,49,50,51,52,53,54,55,56,1 b 28 39 28,40,41,42,43,44,39 c 12 28 12,25,26,27,28 d 1 12 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12 e 12 1 12,13,14,15,16,1 f 21 12 12,22,23,24,12 g 1 21 1,17,18,19,20,21 h 28 21 28m 29,30,31,21 i 21 39 21,32,33,34,35,36,37,38,39 ??? 多邊形 多邊形編號(hào) 多邊形邊界 I d, e II c, f, h III b, h, i IV a, i, g