2025年大學(xué)《地球信息科學(xué)與技術(shù)》專業(yè)題庫——地球科學(xué)中的地下水位信息數(shù)據(jù)庫建設(shè)技術(shù)考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請將正確選項的字母填在題后的括號內(nèi)）1.在地下水位信息數(shù)據(jù)庫中，存儲監(jiān)測站點經(jīng)緯度、高程、所屬區(qū)域等信息的表，最適合的數(shù)據(jù)模型是？A.文本文件B.關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中的非空間表C.關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中的空間表D.GIS項目文件2.下列哪種數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）通常被認為是專門為管理地理空間數(shù)據(jù)而設(shè)計的擴展？A.OracleDatabaseB.MicrosoftAccessC.dBaseIIID.PostGIS3.如果需要頻繁查詢特定區(qū)域（如一個行政區(qū)）內(nèi)的所有地下水位監(jiān)測數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫設(shè)計中哪項優(yōu)化最為關(guān)鍵？A.數(shù)據(jù)的壓縮存儲B.建立該區(qū)域邊界的空間索引C.使用非關(guān)系型存儲D.增加冗余數(shù)據(jù)以提高查詢速度4.地下水位數(shù)據(jù)通常具有時間序列特征，在數(shù)據(jù)庫中存儲這種數(shù)據(jù)，最合適的方式是？A.將每個時間點的數(shù)據(jù)存儲為一行，時間作為普通字段B.將每個監(jiān)測點的數(shù)據(jù)存儲為一行，時間作為普通字段C.使用一個單獨的時間序列表來關(guān)聯(lián)監(jiān)測點和時間數(shù)據(jù)D.將時間數(shù)據(jù)存儲為圖片格式5.在使用GIS軟件進行地下水位分析時，如果需要計算每個監(jiān)測站到最近水源點的距離，主要利用了GIS的哪種核心功能？A.地圖疊加分析B.網(wǎng)絡(luò)分析C.空間統(tǒng)計分析D.地形分析6.地下水位監(jiān)測數(shù)據(jù)采集過程中，確保數(shù)據(jù)“準確性”主要指什么？A.數(shù)據(jù)記錄沒有拼寫錯誤B.數(shù)據(jù)值符合實際測量結(jié)果，無系統(tǒng)或隨機誤差C.數(shù)據(jù)格式統(tǒng)一D.數(shù)據(jù)能夠按時傳輸7.根據(jù)第三范式（3NF）的要求，數(shù)據(jù)庫表中的每一列（屬性）都應(yīng)滿足什么條件？A.不包含冗余數(shù)據(jù)B.不能有重復(fù)行C.每一列都直接依賴于整個主鍵D.主鍵不能為空8.對于需要支持大量并發(fā)訪問和復(fù)雜空間查詢的地下水管理信息系統(tǒng)，選擇哪種數(shù)據(jù)庫類型可能更合適？A.非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫（NoSQL）B.面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫C.專門化的空間數(shù)據(jù)庫擴展D.文件系統(tǒng)9.在數(shù)據(jù)庫設(shè)計中，將監(jiān)測站點編號設(shè)為主鍵的主要目的是？A.方便對站點進行排序B.確保每個站點記錄唯一，便于快速查找和關(guān)聯(lián)C.限制站點名稱的長度D.存儲站點的歷史數(shù)據(jù)10.地下水位數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制流程中，以下哪項是最后進行的環(huán)節(jié)？A.數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換B.數(shù)據(jù)清洗（處理缺失值、異常值）C.數(shù)據(jù)入庫前的最終審核與驗證D.建立空間索引二、簡答題（每題5分，共25分。請簡要回答下列問題）1.簡述在地下水位信息數(shù)據(jù)庫建設(shè)中，空間數(shù)據(jù)和非空間數(shù)據(jù)之間通常如何關(guān)聯(lián)？2.列舉至少三種地下水位數(shù)據(jù)的采集方法，并簡述其原理。3.解釋數(shù)據(jù)庫設(shè)計中“范式”的概念，并說明為何需要遵循范式設(shè)計原則？4.描述在地下水位信息數(shù)據(jù)庫中，進行數(shù)據(jù)備份和恢復(fù)操作的重要性。5.簡述GIS技術(shù)在地下水信息數(shù)據(jù)庫建設(shè)中的應(yīng)用價值。三、論述題（每題10分，共20分。請圍繞下列主題展開論述）1.試述在為區(qū)域地下水長期監(jiān)測項目設(shè)計信息數(shù)據(jù)庫時，需要考慮的主要因素及其理由。2.結(jié)合地下水位信息的特點，論述如何設(shè)計一個既滿足當前需求又具備一定擴展性的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)。四、設(shè)計題（共15分）假設(shè)你需要為一個城市的地下水監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)設(shè)計一個數(shù)據(jù)庫的部分結(jié)構(gòu)。該網(wǎng)絡(luò)包含多個監(jiān)測站點（每個站點有唯一編號、名稱、經(jīng)緯度坐標、海拔高程、管理歸屬），每個站點會定期（如每日）記錄水位埋深數(shù)據(jù)。請設(shè)計至少三個核心的數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)，明確每個表的主要字段名稱、數(shù)據(jù)類型（或說明）、以及字段間的關(guān)系（主鍵、外鍵等）。試卷答案一、選擇題1.B2.D3.B4.A5.B6.B7.C8.C9.B10.C二、簡答題1.空間數(shù)據(jù)（如監(jiān)測站點位置）通常存儲在GIS數(shù)據(jù)庫（如PostGIS）或獨立的地理數(shù)據(jù)庫中，而非空間數(shù)據(jù)（如站點名稱、高程）存儲在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中。通過建立關(guān)聯(lián)字段（通常是唯一的標識符，如站點編號）將兩個數(shù)據(jù)庫或表中的記錄鏈接起來，使得在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中可以查詢到其對應(yīng)的空間位置信息，反之亦然。2.（1）人工觀測：使用測繩、測鐘等工具通過觀測水尺或井管測量水位，通常需要人工記錄，精度相對較低，但成本可能較低。（2）自動水站：安裝在監(jiān)測井中，配備傳感器、數(shù)據(jù)記錄儀和通信模塊，能自動、連續(xù)、高頻率地測量和記錄水位數(shù)據(jù)，并無線傳輸。（3）遙感反演：利用衛(wèi)星或航空遙感技術(shù)，通過分析地表溫度、介電常數(shù)等與地下水位相關(guān)的遙感影像數(shù)據(jù)，間接估算地下水位埋深。3.范式是數(shù)據(jù)庫設(shè)計中的規(guī)范化理論，旨在減少數(shù)據(jù)冗余、避免插入/更新/刪除異常，確保數(shù)據(jù)庫的合理性和完整性。遵循范式設(shè)計原則，可以使數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)更清晰、數(shù)據(jù)更一致、更易于維護和擴展。例如，第一范式（1NF）要求列原子化，第二范式（2NF）要求滿足1NF并消除非主鍵屬性對主鍵的部分依賴，第三范式（3NF）要求滿足2NF并消除非主鍵屬性之間的傳遞依賴。4.數(shù)據(jù)備份是在數(shù)據(jù)丟失或損壞時能夠恢復(fù)數(shù)據(jù)的關(guān)鍵手段。地下水位數(shù)據(jù)具有長期性和重要性，備份可以防止因硬件故障、軟件錯誤、人為誤操作或自然災(zāi)害導(dǎo)致的數(shù)據(jù)永久丟失，確保監(jiān)測工作的連續(xù)性和數(shù)據(jù)的可靠性。數(shù)據(jù)恢復(fù)是在備份的基礎(chǔ)上，將數(shù)據(jù)還原到可用的狀態(tài)，是備份制度有效性的最終體現(xiàn)。5.GIS在地下水信息數(shù)據(jù)庫建設(shè)中的應(yīng)用價值：（1）空間數(shù)據(jù)管理：提供強大的空間數(shù)據(jù)存儲、查詢、編輯和管理能力，有效管理監(jiān)測點、含水層、斷層等空間要素及其屬性。（2）可視化表達：將復(fù)雜的地下水位數(shù)據(jù)、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)等以直觀的地圖形式展現(xiàn)，便于理解和分析。（3）空間分析：支持如疊加分析（評價地下水資源潛力）、緩沖區(qū)分析（劃定保護區(qū)）、空間插值（估算未監(jiān)測區(qū)域水位）、網(wǎng)絡(luò)分析（模擬水流路徑）等，為地下水管理和決策提供科學(xué)依據(jù)。（4）與數(shù)據(jù)庫集成：實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的有效聯(lián)動，支持基于空間條件的復(fù)雜查詢和統(tǒng)計。三、論述題1.為區(qū)域地下水長期監(jiān)測項目設(shè)計信息數(shù)據(jù)庫時，需要考慮的主要因素及其理由包括：（1）數(shù)據(jù)類型與結(jié)構(gòu)：需全面覆蓋監(jiān)測數(shù)據(jù)（水位、水化學(xué)等）、站點信息、地理信息、地質(zhì)信息、氣象信息等，合理設(shè)計表結(jié)構(gòu)以滿足存儲和查詢需求。理由：數(shù)據(jù)庫需承載整個項目的全部信息。（2）數(shù)據(jù)質(zhì)量與標準化：定義數(shù)據(jù)采集、錄入、審核的標準，建立數(shù)據(jù)質(zhì)量控制流程。理由：保證數(shù)據(jù)的準確性、一致性和可靠性是長期監(jiān)測的基礎(chǔ)。（3）時間序列管理：采用合適的方式存儲時間序列監(jiān)測數(shù)據(jù)，支持高效的時間查詢和分析。理由：地下水變化具有時間性，是分析變化規(guī)律的關(guān)鍵。（4）空間referencing：清晰管理空間數(shù)據(jù)（站點、區(qū)域）與屬性數(shù)據(jù)的關(guān)系，支持基于地理位置的查詢和分析。理由：地下水問題具有空間分布特征。（5）可擴展性與性能：設(shè)計時考慮未來監(jiān)測站點增加、數(shù)據(jù)量增長、新分析需求等，選擇性能良好、易于擴展的技術(shù)和架構(gòu)。理由：保障數(shù)據(jù)庫能適應(yīng)項目長期發(fā)展。（6）安全性與權(quán)限管理：確保數(shù)據(jù)的安全存儲和傳輸，設(shè)置不同用戶角色的訪問權(quán)限。理由：保護監(jiān)測數(shù)據(jù)的機密性和完整性。（7）用戶友好性與易用性：考慮最終用戶的操作習(xí)慣，提供便捷的數(shù)據(jù)查詢、可視化和分析工具。理由：提高數(shù)據(jù)庫的使用效率和用戶滿意度。2.設(shè)計一個既滿足當前需求又具備一定擴展性的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，可以從以下幾個方面考慮：（1）模塊化設(shè)計：將數(shù)據(jù)庫劃分為相對獨立的模塊，如站點信息模塊、監(jiān)測數(shù)據(jù)模塊、基礎(chǔ)地理信息模塊、用戶權(quán)限模塊等。每個模塊負責特定的功能，模塊間通過公共字段或關(guān)聯(lián)表連接。理由：降低系統(tǒng)復(fù)雜性，便于獨立維護和擴展。（2）遵循規(guī)范化原則：至少滿足第三范式（3NF），消除冗余和傳遞依賴，保證數(shù)據(jù)一致性。但在必要時，可以在應(yīng)用層進行數(shù)據(jù)冗余以優(yōu)化特定查詢性能。理由：規(guī)范化有助于數(shù)據(jù)維護，冗余可提升性能，關(guān)鍵在于權(quán)衡。（3）預(yù)留擴展字段：在設(shè)計表結(jié)構(gòu)時，為可能增加的新字段預(yù)留空間（如增加少量文本字段或小數(shù)字段）。理由：避免頻繁修改表結(jié)構(gòu)。（4）使用標準、通用的數(shù)據(jù)類型和編碼：如使用標準的坐標系統(tǒng)（EPSG代碼）、時間格式（ISO8601）、數(shù)據(jù)精度等。理由：便于數(shù)據(jù)交換和未來兼容性。（5）設(shè)計靈活的關(guān)聯(lián)關(guān)系：使用外鍵建立表間聯(lián)系，但避免過度復(fù)雜的關(guān)聯(lián)。對于可能增加的新實體類型，設(shè)計通用的關(guān)聯(lián)表或中間表。理由：適應(yīng)關(guān)系變化，保持結(jié)構(gòu)清晰。（6）考慮未來分析需求：在設(shè)計時預(yù)判可能需要的計算字段或匯總表，例如，可以設(shè)計存儲插值后的水位數(shù)據(jù)表。理由：減少未來重構(gòu)數(shù)據(jù)庫的負擔。（7）文檔化設(shè)計：詳細記錄數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計、字段含義、關(guān)系、約束等，方便后續(xù)理解和維護。理由：知識傳遞和系統(tǒng)可維護性的保障。四、設(shè)計題（以下為一個可能的設(shè)計方案，具體細節(jié)可根據(jù)理解調(diào)整）表1：站點信息表(SiteInfo)|字段名|數(shù)據(jù)類型|說明|關(guān)系||-------------|---------------|----------------------------|-----------||SiteID|VARCHAR(20)|監(jiān)測站點唯一編號(主鍵)|||SiteName|VARCHAR(100)|監(jiān)測站點名稱|||Longitude|DECIMAL(9,6)|站點經(jīng)度|||Latitude|DECIMAL(9,6)|站點緯度|||Elevation|DECIMAL(7,2)|站點海拔高程(米)|||Operator|VARCHAR(50)|管理或負責該站點的單位/人員|||Description|TEXT|站點描述或備注信息||表2：監(jiān)測數(shù)據(jù)表(MonitoringData)|字段名|數(shù)據(jù)類型|說明|關(guān)系||-------------|---------------|----------------------------|-----------||RecordID|BIGINT|記錄唯一標識符(主鍵)|||SiteID|VARCHAR(20)|對應(yīng)站點編號(外鍵，參照SiteInfo.SiteID)|||RecordDate|DATE|數(shù)據(jù)記錄日期|||WaterLevel|DECIMAL(10,2)|水位埋深(米)|||QualityCheck|VARCHAR(1)|質(zhì)量控制標志(如：A-合格,R-可疑)|||SensorID|VARCHAR(20)|記錄所使用的傳感器編號(可選)||表3：基礎(chǔ)地理信息表(BasicGeoInfo)|字段名|數(shù)據(jù)類型|說明|關(guān)系||-------------|---------------|----------------------------|-----------||GeoID|VARCHAR(20)|地理要素唯一編號(主鍵)|||GeoType|VARCHAR(50)|地理要素類型(如：含水層邊界,斷層,行政區(qū))|||Geometry|GEOMETRY(Geometry)|要素的空間幾何形狀(點,線,面)|||Description|TEXT|要素描述或備注信息