2025年大學(xué)《地球信息科學(xué)與技術(shù)》專業(yè)題庫——地球信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)實驗技能考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、簡述輻射定標在遙感圖像處理中的目的和基本原理。若某遙感影像文件DN值為100，對應(yīng)的地物實際反射率為0.15，請計算該影像在此波段的太陽光譜輻射亮度（Ls）和地表反射率（ρ）。假設(shè)大氣校正后的地表反射率ρ'為ρ的1.2倍，請計算大氣校正后的反射率ρ'。二、在GIS中，什么是拓撲關(guān)系？簡述進行拓撲檢查的必要性。列舉至少三種常見的拓撲錯誤類型，并簡述其產(chǎn)生的原因或可能帶來的問題。假設(shè)你正在編輯一個城市道路數(shù)據(jù)圖層，請描述你會如何使用GIS軟件檢查并修正“懸掛點”這種拓撲錯誤。三、全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）定位的基本原理是什么？影響GNSS靜態(tài)定位結(jié)果精度的因素有哪些？請至少列舉四個主要因素，并簡述其影響。簡述RTK定位技術(shù)的基本原理及其在測繪工作中的應(yīng)用優(yōu)勢。四、什么是地理數(shù)據(jù)采集？簡述使用全站儀進行地形圖測繪的基本流程。在數(shù)字化地圖繪制過程中，坐標轉(zhuǎn)換和投影變換為什么是必要的？試比較并說明兩種不同地理坐標系（如WGS84與北京54）的主要區(qū)別及其轉(zhuǎn)換的意義。五、描述地理信息系統(tǒng)（GIS）在區(qū)域環(huán)境影響評價中可能發(fā)揮的作用。請列舉至少三種GIS空間分析方法，并簡述它們各自在環(huán)境評價中可能的應(yīng)用場景。如果需要評估某區(qū)域的重金屬污染風(fēng)險，你會考慮利用GIS進行哪些方面的分析？六、簡述無人機遙感數(shù)據(jù)獲取的基本流程。與傳統(tǒng)的航空遙感相比，無人機遙感在數(shù)據(jù)獲取方面有哪些主要優(yōu)勢？請至少列舉三個優(yōu)勢。在處理無人機獲取的高分辨率正射影像DOM時，可能遇到哪些主要問題？如何進行質(zhì)量評價？七、什么是元數(shù)據(jù)？為什么在地理信息數(shù)據(jù)管理中，維護準確的元數(shù)據(jù)至關(guān)重要？請列舉至少四個元數(shù)據(jù)的關(guān)鍵要素。在地理信息工程實踐中，如何確保數(shù)據(jù)從采集、處理到輸出的全生命周期質(zhì)量？八、設(shè)計一個簡單的實驗方案，用于比較兩種不同類型的地物（例如，植被覆蓋區(qū)和水泥路面）在特定光譜波段上的遙感影像響應(yīng)差異。請說明實驗?zāi)康摹⑺钄?shù)據(jù)與設(shè)備、主要操作步驟、預(yù)期結(jié)果以及數(shù)據(jù)分析方法。試卷答案一、輻射定標是將遙感影像記錄的數(shù)字化值（DN）轉(zhuǎn)換為地物實際物理量（如太陽光譜輻射亮度或地表反射率）的過程。其原理基于朗伯定律和比爾-朗伯定律，通過已知光譜響應(yīng)的定標源（如太陽或定標板）獲取輻射計測量值，建立DN值與物理輻射量之間的比例關(guān)系。計算公式如下：Ls=Es*(π/λ)*(DN/Gain)（其中Ls為太陽光譜輻射亮度，Es為太陽光譜輻照度，λ為波長，DN為數(shù)字值，Gain為輻射定標增益系數(shù)）ρ=Ls*(1-α)/Es（其中ρ為地表反射率，α為地表反照率）ρ'=1.2*ρ代入數(shù)據(jù)：Ls=Es*(π/λ)*(100/Gain)（Gain值未給出，公式保留）ρ=Ls*(1-α)/Es=[(Es*(π/λ)*(100/Gain))*(1-α)]/Es=(π/λ)*(100/Gain)*(1-α)ρ'=1.2*[(π/λ)*(100/Gain)*(1-α)]若假設(shè)α為0（理想情況或特定說明），則：ρ=(π/λ)*(100/Gain)ρ'=1.2*[(π/λ)*(100/Gain)]=(1.2*π/λ)*(100/Gain)二、拓撲關(guān)系是指地理要素（如線要素）在空間上相互連接、關(guān)聯(lián)的方式，描述了要素間的連接、鄰接和包含等關(guān)系。進行拓撲檢查的必要性在于：1)保證數(shù)據(jù)的幾何一致性，消除沖突；2)維護數(shù)據(jù)的邏輯正確性，確保空間關(guān)系符合現(xiàn)實世界；3)提高空間分析結(jié)果的可靠性；4)避免在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換或處理過程中引入錯誤。常見的拓撲錯誤類型包括：懸掛點（線要素末端連接到非相鄰的面或線要素上）、重復(fù)節(jié)點（兩個或多個要素在空間上同一個點具有相同的坐標，但屬于不同要素）、自相交（要素自身交叉）、面交叉（兩個或多個面要素在內(nèi)部空間相交）。產(chǎn)生原因可能包括數(shù)據(jù)采集誤差、坐標精度問題、編輯操作失誤等。在GIS軟件中檢查并修正懸掛點：通常使用“拓撲檢查”或“幾何糾正”工具，軟件會自動識別懸掛點；然后根據(jù)拓撲規(guī)則（如連接到最近的面或刪除懸掛點），選擇修正方式，如將懸掛點連接到鄰近的面要素，或根據(jù)實際情況移除該點。三、GNSS定位的基本原理是利用分布在軌道上的衛(wèi)星作為已知點，通過測量用戶接收機到多顆衛(wèi)星的偽距（或相位差），利用三維坐標解算公式確定接收機在地球上的位置。影響靜態(tài)定位結(jié)果精度的因素主要有：1)衛(wèi)星星位幾何構(gòu)型（DOP值，如GDOP、PDOP、HDOP、VDOP，GDOP值越小，精度越高）；2)電離層延遲；3)對流層延遲；4)接收機鐘差；5)衛(wèi)星鐘差；6)信號傳播路徑的多路徑效應(yīng)；7)天線相位中心誤差；8)地面基準站之間的基線向量質(zhì)量（對于靜態(tài)相對定位）。RTK（Real-TimeKinematic）定位技術(shù)是在載波相位觀測基礎(chǔ)上，通過實時差分技術(shù)消除或減弱大部分誤差（如衛(wèi)星鐘差、電離層延遲），實現(xiàn)厘米級定位精度的實時動態(tài)定位方法。其應(yīng)用優(yōu)勢在于：1)實時獲取高精度定位結(jié)果；2)無需建立基準站或僅需少量基準站覆蓋大范圍；3)大大縮短作業(yè)時間，提高外業(yè)效率；4)可用于動態(tài)測量、放樣、自動駕駛等場景。四、地理數(shù)據(jù)采集是指通過各種手段（如野外測量、遙感解譯、現(xiàn)有資料收集等）獲取空間要素的幾何信息（坐標、形狀、大小）和屬性信息的過程。使用全站儀進行地形圖測繪的基本流程通常包括：1)現(xiàn)場踏勘與選點；2)建立測站和后視；3)進行角度測量（水平角、垂直角）；4)進行距離測量（斜距）；5)記錄觀測數(shù)據(jù)；6)數(shù)據(jù)傳輸與處理（計算坐標、高程）；7)繪制草圖；8)數(shù)據(jù)檢查與整理。坐標轉(zhuǎn)換和投影變換是必要的，因為：1)不同地理坐標系（如WGS84是全球通用的地心坐標系，北京54是中國使用過的參心坐標系）的原點、坐標軸定義、橢球參數(shù)不同，直接使用會導(dǎo)致坐標差異；2)投影變換是將地球橢球面上的地理坐標（經(jīng)緯度）轉(zhuǎn)換為平面直角坐標（X,Y）的過程，不同的投影面、投影方法會導(dǎo)致平面位置的變形（長度、面積、角度可能改變），選擇合適的投影坐標系對于保證地圖的精度和應(yīng)用（如距離測量、面積計算）至關(guān)重要。主要區(qū)別在于：WGS84為地心坐標系，參考橢球參數(shù)為WGS84橢球，適用于全球?qū)Ш剑槐本?4為參心坐標系，參考橢球參數(shù)為克拉索夫斯基橢球，原點在西安，主要用于中國區(qū)域，兩者坐標系統(tǒng)、橢球參數(shù)、基準面都不同。轉(zhuǎn)換的意義在于實現(xiàn)不同系統(tǒng)數(shù)據(jù)的有效集成和應(yīng)用，保證空間分析的準確性。五、GIS在區(qū)域環(huán)境影響評價中可能發(fā)揮的作用包括：1)建立環(huán)境影響評價區(qū)域的空間數(shù)據(jù)庫，整合各類環(huán)境要素（如污染源、敏感目標、地形地貌、氣象水文等）的空間信息；2)利用GIS的空間分析功能（如緩沖區(qū)分析、疊置分析）識別和評估環(huán)境風(fēng)險區(qū)域，如劃定污染源防護緩沖區(qū)、評價噪聲影響范圍；3)支持環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)的時空分析，展示污染物的擴散規(guī)律和影響范圍；4)為環(huán)境影響評價預(yù)測提供可視化平臺，模擬不同情景下的環(huán)境影響；5)輔助制定環(huán)境規(guī)劃和管理措施，如優(yōu)化污染源布局、規(guī)劃生態(tài)保護區(qū)。GIS空間分析方法包括：1)緩沖區(qū)分析：圍繞特定要素（如污染源）創(chuàng)建一定距離的范圍，用于分析鄰近影響；2)疊置分析：將多個數(shù)據(jù)層（如污染濃度層、土地利用層、敏感目標層）疊加，生成綜合評價圖層，如進行風(fēng)險評價等級劃分；3)距離分析：計算要素之間的最短距離或服務(wù)設(shè)施的可達性；4)網(wǎng)絡(luò)分析：分析道路、管線等網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上的最短路徑、服務(wù)區(qū)域等問題。評估重金屬污染風(fēng)險時，可利用GIS進行：1)污染源分布與敏感目標（如居民區(qū)、水源地）的空間關(guān)系分析；2)污染物遷移擴散模型的輸入（如氣象數(shù)據(jù)、地形數(shù)據(jù)）和結(jié)果可視化；3)環(huán)境監(jiān)測點數(shù)據(jù)的空間統(tǒng)計與趨勢分析；4)風(fēng)險區(qū)劃與預(yù)警。六、無人機遙感數(shù)據(jù)獲取的基本流程通常包括：1)任務(wù)規(guī)劃：確定飛行區(qū)域、航線、飛行高度、相機參數(shù)、影像重疊度等；2)無人機準備與檢查：檢查飛機狀態(tài)、電池、相機等；3)起飛與飛行：按照規(guī)劃航線進行飛行，實時監(jiān)控飛行狀態(tài)；4)數(shù)據(jù)采集：在飛行中拍攝影像或采集其他傳感器數(shù)據(jù)；5)數(shù)據(jù)傳輸與下載：飛行結(jié)束后將存儲在無人機或機載存儲卡中的數(shù)據(jù)下載到地面站；6)數(shù)據(jù)預(yù)處理：進行圖像拼接、正射校正、輻射定標等。優(yōu)勢包括：1)機動靈活，起降要求低，可快速響應(yīng)；2)作業(yè)成本相對較低；3)獲取高分辨率、高幾何精度的影像數(shù)據(jù)；4)可搭載多種傳感器，獲取多源數(shù)據(jù)；5)可進行傾斜攝影獲取實景三維模型。處理DOM時可能遇到的問題及評價方法：1)圖斑邊界模糊或錯位：可能由原始影像幾何畸變、拼接接邊誤差、正射校正參數(shù)不準引起；評價需檢查接邊處的平滑度、幾何符合度，與源影像對比；2)圖像色彩偏差：可能源于輻射定標不準、大氣影響未有效消除、相機設(shè)置不當；評價需檢查色彩平衡、與已知地物光譜特性符合度；3)數(shù)據(jù)缺失或質(zhì)量差：可能由云影、陰影、傳感器故障、傳輸錯誤引起；評價需目視檢查云/陰影覆蓋率、像元缺失情況；4)地物細節(jié)丟失或過度銳化：可能由正射校正算法、重采樣方法影響；評價需評估影像清晰度、紋理保真度。質(zhì)量評價需從幾何精度、輻射精度、完整性、現(xiàn)勢性等多維度進行。七、元數(shù)據(jù)是關(guān)于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，即描述地理信息數(shù)據(jù)內(nèi)容、質(zhì)量、狀況、管理方式等信息的背景信息。在地理信息數(shù)據(jù)管理中，維護準確的元數(shù)據(jù)至關(guān)重要，因為：1)有助于理解和使用數(shù)據(jù)：提供數(shù)據(jù)來源、內(nèi)容、格式、含義等背景，方便用戶正確解讀和使用；2)支持數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)和檢索：準確的元數(shù)據(jù)（如關(guān)鍵詞、分類碼、時間范圍）能提高數(shù)據(jù)查找效率；3)保證數(shù)據(jù)質(zhì)量：元數(shù)據(jù)記錄了數(shù)據(jù)采集、處理、轉(zhuǎn)換的過程和質(zhì)量控制信息，是評估數(shù)據(jù)可靠性的依據(jù)；4)實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享與互操作：標準化的元數(shù)據(jù)是實現(xiàn)跨系統(tǒng)、跨部門數(shù)據(jù)共享的基礎(chǔ)；5)便于數(shù)據(jù)維護與管理：記錄數(shù)據(jù)的歷史信息、責(zé)任人和使用狀況，支持數(shù)據(jù)生命周期管理。關(guān)鍵要素通常包括：1)數(shù)據(jù)標識（標題、摘要、數(shù)據(jù)集編號）；2)數(shù)據(jù)質(zhì)量（精度、完整性、一致性、現(xiàn)勢性等描述）；3)數(shù)據(jù)內(nèi)容與結(jié)構(gòu)（主題、要素類型、屬性、空間分辨率、時間范圍）；4)數(shù)據(jù)獲取與處理（來源、采集方法、處理過程、轉(zhuǎn)換信息）；5)數(shù)據(jù)負責(zé)人與聯(lián)系信息；6)使用限制與許可。確保數(shù)據(jù)全生命周期質(zhì)量的方法包括：1)制定嚴格的數(shù)據(jù)采集規(guī)范；2)實施多級數(shù)據(jù)質(zhì)量控制流程（采集、編輯、處理、入庫各階段）；3)建立數(shù)據(jù)質(zhì)量報告制度；4)使用標準化數(shù)據(jù)格式和元數(shù)據(jù)規(guī)范；5)定期進行數(shù)據(jù)維護和更新。八、實驗方案設(shè)計：實驗?zāi)康模罕容^植被覆蓋區(qū)和水泥路面在特定光譜波段（例如，紅光波段650nm、近紅外波段850nm）上的遙感影像響應(yīng)差異。所需數(shù)據(jù)與設(shè)備：1)獲取覆蓋有植被區(qū)和水泥路面的高分辨率遙感影像（如無人機影像或多光譜衛(wèi)星影像）；2)光譜儀或高光譜數(shù)據(jù)（用于獲取地物真實反射率，可選）；3)地面實測光譜數(shù)據(jù)（可選）；4)GIS軟件（如ArcGIS或QGIS）；5)計算器或編程環(huán)境（用于數(shù)據(jù)處理）。主要操作步驟：1)數(shù)據(jù)準備：加載遙感影像，提取植被區(qū)和水泥路面的ROI（區(qū)域-of-Interest）；2)光譜特征提?。河嬎鉘OI在紅光波段（650nm）和近紅外波段（850nm）的均值DN值或反射率值（若使用真實反射率數(shù)據(jù)，則直接使用）；3)差異分析：計算植被區(qū)與水泥路面在兩個波段上的反射率（或DN值）差異（植被區(qū)值-水泥路面值）；4)結(jié)果可視化：將差異結(jié)果制作成圖表或地圖，直觀展示差異分布。預(yù)期結(jié)果：植被區(qū)在近紅外波段（850nm