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)中的空間信息與地表水循環(huán)研究考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項字母填在題干后的括號內(nèi)）1.下列哪一種電磁波譜段最常用于遙感植被冠層水分含量的反演？（）A.可見光B.紅外光C.微波D.紫外光2.在GIS中，用于存儲和處理地理空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的主要有兩種模型，它們是？（）A.矢量模型和柵格模型B.層次模型和網(wǎng)狀模型C.實體-聯(lián)系模型和關(guān)系模型D.鏈狀模型和面狀模型3.地表水循環(huán)的首要環(huán)節(jié)是？（）A.蒸發(fā)B.降水C.徑流D.下滲4.能夠提供高精度三維空間坐標(biāo)信息的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)主要是？（）A.遙感衛(wèi)星B.GPS/北斗/GNSS系統(tǒng)C.氣象衛(wèi)星D.衛(wèi)星通信衛(wèi)星5.下列哪項不是遙感影像解譯中常用的目視解譯標(biāo)志？（）A.顏色B.形狀C.密度D.數(shù)據(jù)傳輸速率6.地表徑流的形成主要依賴于？（）A.土壤含水量B.降水強(qiáng)度和歷時C.地形坡度D.植被覆蓋度（主要影響）7.能夠有效穿透云層和植被覆蓋，用于土壤濕度監(jiān)測的遙感傳感器主要工作在？（）A.可見光波段B.熱紅外波段C.微波波段D.紫外波段8.地理信息系統(tǒng)（GIS）的核心功能不包括？（）A.數(shù)據(jù)采集與輸入B.數(shù)據(jù)存儲與管理C.空間查詢與分析D.大氣環(huán)流模擬9.水循環(huán)中，蒸發(fā)和蒸騰的總和通常被稱為？（）A.降水B.徑流C.蒸散發(fā)D.下滲10.利用多光譜或高光譜遙感數(shù)據(jù)計算植被指數(shù)，其主要目的是？（）A.直接測量植被高度B.估算植被葉綠素含量C.評估地表溫度D.監(jiān)測水體面積變化二、名詞解釋（每小題3分，共15分）1.遙感2.地理信息系統(tǒng)（GIS）3.水循環(huán)4.徑流模數(shù)5.空間分辨率三、簡答題（每小題5分，共25分）1.簡述遙感技術(shù)在水體參數(shù)反演中的主要應(yīng)用領(lǐng)域。2.簡述GIS在水文分析中至少三種主要的應(yīng)用方式。3.簡述影響地表蒸散發(fā)的主要因素。4.簡述GPS/GNSS在水資源監(jiān)測中的應(yīng)用潛力。5.簡述遙感與GIS在水循環(huán)研究中進(jìn)行數(shù)據(jù)融合的意義。四、論述題（每小題10分，共20分）1.論述遙感技術(shù)在旱澇災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警中的應(yīng)用流程及優(yōu)勢。2.結(jié)合地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)，論述如何構(gòu)建一個區(qū)域性的地表水循環(huán)監(jiān)測與管理信息系統(tǒng)框架。五、方案設(shè)計題（15分）假設(shè)你需要為一個干旱半干旱地區(qū)的農(nóng)業(yè)灌溉管理項目設(shè)計一個基于空間信息技術(shù)的監(jiān)測方案。請簡述該方案的設(shè)計思路，包括需要利用哪些空間信息技術(shù)（遙感、GIS等）、需要監(jiān)測的關(guān)鍵地表水循環(huán)參數(shù)（如土壤濕度、作物水分脅迫、灌溉效率等）、數(shù)據(jù)處理與分析的主要步驟，以及最終需要實現(xiàn)哪些管理功能。試卷答案一、選擇題1.C2.A3.B4.B5.D6.B7.C8.D9.C10.B二、名詞解釋1.遙感：利用傳感器（如衛(wèi)星、飛機(jī)、地面?zhèn)鞲衅鞯龋┻h(yuǎn)距離、非接觸性地探測、感知和獲取地球表面物體或現(xiàn)象的信息，并通過處理、分析提取有用數(shù)據(jù)的科學(xué)技術(shù)。2.地理信息系統(tǒng)（GIS）：一種集計算機(jī)軟硬件、地理空間數(shù)據(jù)、專業(yè)人員和方法于一體，用于采集、存儲、管理、分析、顯示和應(yīng)用地理信息的計算機(jī)系統(tǒng)。3.水循環(huán)：水在地球各圈層（大氣圈、水圈、巖石圈、生物圈）之間，通過蒸發(fā)、蒸騰、水汽輸送、降水、徑流、下滲、地下水流動等過程不斷運(yùn)動、轉(zhuǎn)換和循環(huán)的動態(tài)過程。4.徑流模數(shù)：指單位面積（通常為平方公里）上，單位時間（通常為秒或年）內(nèi)產(chǎn)生的徑流深度，是衡量區(qū)域水文狀況的重要指標(biāo)，常用單位為立方米每秒每平方公里（m3/s/km2）或毫米每晝夜（mm/d）。5.空間分辨率：指遙感影像上能夠分辨出的最小地物單元的尺寸或大小，通常以像元的大小（如30米、10米）或地面分辨率（如30米分辨率表示地面上1米×1米的區(qū)域在影像上對應(yīng)一個像元）來表示。三、簡答題1.簡述遙感技術(shù)在水體參數(shù)反演中的主要應(yīng)用領(lǐng)域。解析思路：回答需要涵蓋利用遙感數(shù)據(jù)計算或估算的水體相關(guān)物理或化學(xué)參數(shù)，并說明這些參數(shù)的應(yīng)用場景。主要包括：*水體面積與儲量監(jiān)測：利用不同時相的遙感影像監(jiān)測湖泊、水庫、河流面積變化，結(jié)合高程數(shù)據(jù)估算水容量變化，對水資源管理和防洪減災(zāi)至關(guān)重要。*水質(zhì)參數(shù)估算：利用多光譜或高光譜遙感數(shù)據(jù)，通過計算水體顏色指數(shù)（如葉綠素a濃度、懸浮物濃度、總磷、總氮等），為水環(huán)境監(jiān)測和評價提供快速、大范圍的信息支持。*水溫監(jiān)測：利用熱紅外遙感技術(shù)監(jiān)測水體溫度，對于研究水循環(huán)過程、水體交換、水生生態(tài)系統(tǒng)以及冰情監(jiān)測有重要意義。*水情預(yù)警：結(jié)合遙感影像和模型，監(jiān)測洪水淹沒范圍、洪峰演進(jìn)、干旱范圍等，為災(zāi)害預(yù)警提供信息。2.簡述GIS在水文分析中至少三種主要的應(yīng)用方式。解析思路：列舉GIS在水文領(lǐng)域的典型功能，并簡述其作用。至少包含：*流域劃分與地理要素提取：利用GIS的拓?fù)浞治?、緩沖區(qū)分析等功能，根據(jù)數(shù)字高程模型（DEM）或其他地理數(shù)據(jù)自動或半自動地劃分水文流域，并提取河道網(wǎng)絡(luò)、集水區(qū)、地形坡度、土地利用類型等關(guān)鍵地理信息，是水文模型的基礎(chǔ)。*空間數(shù)據(jù)管理與查詢：GIS提供強(qiáng)大的空間數(shù)據(jù)庫管理能力，可以存儲、管理大量的水文站點數(shù)據(jù)、降雨數(shù)據(jù)、河流水情數(shù)據(jù)、土地利用數(shù)據(jù)等，并支持空間查詢（如查找某河段內(nèi)的雨量站）和屬性查詢（如查詢某流域的土地利用類型比例）。*水文分析與模擬：GIS可結(jié)合水文模型（如SWAT、HEC-HMS等），進(jìn)行分布式水文模擬，如產(chǎn)匯流計算、洪水演進(jìn)模擬、地下水模擬等，并通過GIS的可視化功能展示分析結(jié)果和模擬過程。3.簡述影響地表蒸散發(fā)的主要因素。解析思路：從驅(qū)動蒸散發(fā)的能量、水分和下墊面條件三個層面進(jìn)行闡述。主要包括：*能量因素：太陽輻射（主要驅(qū)動熱量）是蒸發(fā)蒸騰的主要能量來源；氣溫、空氣濕度、風(fēng)速等也顯著影響蒸發(fā)和蒸騰的速率。太陽輻射強(qiáng)度和日照時數(shù)是關(guān)鍵。*水分因素：土壤濕度是地表蒸散發(fā)的直接水源；降水量的多少和分布直接影響可利用的水分；地下水位也能為蒸散發(fā)提供補(bǔ)給。*下墊面因素：植被類型、覆蓋度、葉面積指數(shù)等影響蒸騰的多少和效率；地表反照率影響吸收的太陽輻射量；土壤質(zhì)地、顏色、坡度、坡向等影響水分的入滲、存儲和蒸發(fā)。4.簡述GPS/GNSS在水資源監(jiān)測中的應(yīng)用潛力。解析思路：說明GPS/GNSS技術(shù)提供的三維坐標(biāo)信息、時間信息及其在水資源監(jiān)測場景下的具體應(yīng)用。主要包括：*高精度水位監(jiān)測：通過在河流、水庫、湖泊、地下水井等位置布設(shè)GPS/GNSS接收機(jī)（或集成GPS的水位計），可以高精度地獲取監(jiān)測點的水位高程，實現(xiàn)自動化、連續(xù)的水位數(shù)據(jù)采集，精度可達(dá)厘米級。*水力梯度與流向測定：利用多個GPS/GNSS監(jiān)測點的坐標(biāo)和水位數(shù)據(jù)，可以精確計算河流、地下水系統(tǒng)的水力坡度（水力梯度），進(jìn)而推算水流方向和速度，對于水資源調(diào)配、地下水滲流分析、洪水演進(jìn)研究等非常重要。*水利工程變形監(jiān)測：對大壩、堤防、水閘等水工建筑物進(jìn)行長期、高精度的GPS變形監(jiān)測，可以及時發(fā)現(xiàn)和評估工程的安全狀況。*涉水工程定位：在水利工程規(guī)劃、設(shè)計、施工和運(yùn)營管理階段，利用GPS/GNSS進(jìn)行精確的工程放樣、變形監(jiān)測和資產(chǎn)管理。5.簡述遙感與GIS在水循環(huán)研究中進(jìn)行數(shù)據(jù)融合的意義。解析思路：闡述將遙感獲得的“空間”信息與GIS提供的“管理”和“分析”功能相結(jié)合的價值。主要包括：*優(yōu)勢互補(bǔ)，信息增強(qiáng)：遙感提供大范圍、周期性地表參數(shù)（如土地利用、植被覆蓋、水體參數(shù)）信息，GIS提供空間數(shù)據(jù)管理、分析和模型平臺，兩者結(jié)合可以優(yōu)勢互補(bǔ)，獲取更全面、更準(zhǔn)確的水循環(huán)相關(guān)信息。*提高數(shù)據(jù)精度與時效性：遙感數(shù)據(jù)更新快，能反映地表的動態(tài)變化；GIS可以整合多源、多時相數(shù)據(jù)，進(jìn)行幾何校正、輻射校正、數(shù)據(jù)融合和質(zhì)量控制，提高最終分析結(jié)果的精度和可靠性。*實現(xiàn)空間分析與模擬：基于GIS平臺，可以融合遙感反演的地表參數(shù)（如蒸散發(fā)、葉面積指數(shù)、土壤濕度等），輸入水文模型，進(jìn)行分布式、精細(xì)化的水循環(huán)過程模擬和預(yù)測，為水資源管理、旱澇災(zāi)害評估等提供科學(xué)依據(jù)。*支持科學(xué)決策：融合后的綜合信息系統(tǒng)能夠直觀展示水循環(huán)要素的空間分布格局、變化趨勢和相互關(guān)系，為區(qū)域水資源規(guī)劃、水環(huán)境治理、生態(tài)環(huán)境保護(hù)等提供可視化、科學(xué)化的決策支持。四、論述題1.論述遙感技術(shù)在旱澇災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警中的應(yīng)用流程及優(yōu)勢。解析思路：系統(tǒng)描述利用遙感技術(shù)監(jiān)測旱澇災(zāi)害的全過程，并分析其相比傳統(tǒng)方法的優(yōu)勢。應(yīng)包括：*應(yīng)用流程：*災(zāi)前監(jiān)測與風(fēng)險評估：利用遙感監(jiān)測植被長勢（如NDVI）、土壤濕度、地表溫度等指標(biāo)，評估區(qū)域干旱風(fēng)險；利用氣象衛(wèi)星遙感監(jiān)測降雨云系、降水強(qiáng)度等，評估洪水風(fēng)險。*災(zāi)中監(jiān)測與動態(tài)評估：在旱澇發(fā)生期間，利用多時相遙感影像監(jiān)測干旱范圍擴(kuò)大、植被枯死情況；監(jiān)測洪水淹沒范圍、洪水水位變化、洪峰演進(jìn)路徑；利用高分辨率影像監(jiān)測次生災(zāi)害（如滑坡、泥石流）。*災(zāi)后評估與恢復(fù)監(jiān)測：利用遙感評估災(zāi)情損失（如農(nóng)作物受災(zāi)面積、基礎(chǔ)設(shè)施損毀情況）；監(jiān)測災(zāi)區(qū)環(huán)境變化、植被恢復(fù)情況、土壤侵蝕等，為災(zāi)后重建提供依據(jù)。*應(yīng)用優(yōu)勢：*覆蓋范圍廣、時效性強(qiáng)：可快速獲取大范圍區(qū)域信息，實現(xiàn)動態(tài)監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)災(zāi)害發(fā)生。*數(shù)據(jù)獲取便捷、成本相對較低：相比地面調(diào)查，可減少人力物力投入，快速獲取連續(xù)觀測數(shù)據(jù)。*非接觸式監(jiān)測，安全性高：無需進(jìn)入災(zāi)害現(xiàn)場即可獲取信息，尤其適用于危險環(huán)境（如洪水區(qū)、泥石流區(qū)）。*定量分析能力：可對旱澇程度進(jìn)行定量評估，為精準(zhǔn)決策提供支持。*支持可視化：可將監(jiān)測結(jié)果制作成地圖和動畫，直觀展示災(zāi)情分布和演變過程。2.結(jié)合地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)，論述如何構(gòu)建一個區(qū)域性的地表水循環(huán)監(jiān)測與管理信息系統(tǒng)框架。解析思路：闡述構(gòu)建這樣一個系統(tǒng)的總體思路，包括核心組成部分、數(shù)據(jù)層、功能層和應(yīng)用層的設(shè)計。應(yīng)包括：*系統(tǒng)框架概述：該系統(tǒng)應(yīng)是一個集數(shù)據(jù)采集、存儲、處理、分析、模擬、可視化、決策支持于一體的綜合性信息系統(tǒng)，以GIS為核心平臺，整合遙感、氣象、水文、地面監(jiān)測站等多種數(shù)據(jù)源。*數(shù)據(jù)層：*基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)：包括數(shù)字高程模型（DEM）、土地利用/土地覆蓋數(shù)據(jù)、行政區(qū)劃、河流水系圖等。*遙感數(shù)據(jù)：多源、多時相的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)（光學(xué)、微波），用于反演地表參數(shù)（蒸散發(fā)、土壤濕度、植被指數(shù)、水體參數(shù)等）。*氣象數(shù)據(jù)：降水、氣溫、風(fēng)速、濕度、太陽輻射等氣象要素數(shù)據(jù)。*水文數(shù)據(jù)：河流水位、流量、水質(zhì)、地下水水位等站點監(jiān)測數(shù)據(jù)。*其他數(shù)據(jù)：如土壤類型、植被類型、人口分布等輔助數(shù)據(jù)。*數(shù)據(jù)存儲于關(guān)系數(shù)據(jù)庫或空間數(shù)據(jù)庫中，并利用GIS進(jìn)行管理和集成。*功能層：*數(shù)據(jù)管理功能：實現(xiàn)各類數(shù)據(jù)的錄入、編輯、查詢、更新、備份等。*空間分析功能：利用GIS的分析工具（如疊加分析、緩沖區(qū)分析、網(wǎng)絡(luò)分析、地形分析等）處理地理空間數(shù)據(jù)。*遙感信息提取與處理：集成遙感數(shù)據(jù)處理與反演模型，自動或半自動提取水循環(huán)相關(guān)參數(shù)。*水文模型集成與模擬：集成或開發(fā)水循環(huán)模型（如SWAT、HEC-HMS等），利用GIS數(shù)據(jù)驅(qū)動模型進(jìn)行模擬，預(yù)測水量、水質(zhì)變化。*可視化與制圖：將分析結(jié)果和模擬結(jié)果以地圖、圖表、動畫等形式進(jìn)行可視化展示。*應(yīng)用層：*水資源評價：評估區(qū)域水資源總量、時空分布、利用效率等。*旱澇災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警：實時監(jiān)測干旱、洪水狀況，發(fā)布預(yù)警信息。*水環(huán)境監(jiān)測與評估：監(jiān)測水體水質(zhì)變化，評估水環(huán)境容量。*水資源規(guī)劃與管理：支持區(qū)域水資源配置優(yōu)化、節(jié)水灌溉規(guī)劃、水利工程調(diào)度等。*決策支持：為政府管理部門提供基于信息的決策支持。五、方案設(shè)計題假設(shè)你需要為一個干旱半干旱地區(qū)的農(nóng)業(yè)灌溉管理項目設(shè)計一個基于空間信息技術(shù)的監(jiān)測方案。請簡述該方案的設(shè)計思路，包括需要利用哪些空間信息技術(shù)（遙感、GIS等）、需要監(jiān)測的關(guān)鍵地表水循環(huán)參數(shù)（如土壤濕度、作物水分脅迫、灌溉效率等）、數(shù)據(jù)處理與分析的主要步驟，以及最終需要實現(xiàn)哪些管理功能。解析思路：設(shè)計一個具體的技術(shù)方案，需要邏輯清晰、要素齊全。應(yīng)包括：*設(shè)計思路：本方案旨在利用遙感與GIS技術(shù)，對干旱半干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉區(qū)進(jìn)行大范圍、動態(tài)的監(jiān)測，獲取關(guān)鍵地表水循環(huán)參數(shù)，為精準(zhǔn)灌溉管理提供信息支持。核心是集成多源空間數(shù)據(jù)，通過遙感反演地表參數(shù)，結(jié)合GIS空間分析與模型模擬，實現(xiàn)監(jiān)測、評估與管理。*所需空間信息技術(shù)：*遙感技術(shù)：主要利用中高分辨率光學(xué)衛(wèi)星遙感（如Landsat,Sentinel-2）獲取多光譜數(shù)據(jù)，利用微波遙感（如Sentinel-1）獲取全天候、穿透云層的雷達(dá)數(shù)據(jù)。技術(shù)包括：多光譜/高光譜影像處理、指數(shù)計算（如NDVI,NDWI,SMAP-L2土壤濕度產(chǎn)品）、雷達(dá)后向散射系數(shù)分析等。*地理信息系統(tǒng)（GIS）：作為數(shù)據(jù)管理、空間分析、模型集成和可視化平臺。功能包括：矢量數(shù)據(jù)編輯與管理、柵格數(shù)據(jù)處理與分析（疊置、緩沖區(qū)、地形分析）、空間統(tǒng)計分析、數(shù)據(jù)庫管理、三維可視化等。*模型技術(shù)（可選）：可結(jié)合水文模型（如簡單蒸散發(fā)模型、作物水分脅迫模型）進(jìn)行參數(shù)估算和效果評估。*需要監(jiān)測的關(guān)鍵地表水循環(huán)參數(shù)：*土壤濕度：通過分析Sentinel-1雷達(dá)后向散射系數(shù)或Landsat/Sentinel-2光學(xué)影像計算土壤濕度產(chǎn)品，了解灌溉區(qū)土壤墑情。*植被水分脅迫狀況：通過計算NDVI、NDWI等指數(shù)，結(jié)合氣象數(shù)據(jù)（溫度、濕度），評估作物葉面和冠層的水分狀況。*灌溉水利用效率（間接監(jiān)測）：通過監(jiān)測灌溉前后土壤濕度變化、作物生長狀況變化，結(jié)合氣象數(shù)據(jù)，評估灌溉效果和水分利用效率。*作物需水量（輔助）：結(jié)合遙感反演的植被參數(shù)（如LAI）和氣象數(shù)據(jù)，利用作物模型估算作物需水量。*降水與蒸發(fā)（數(shù)據(jù)源）：整合區(qū)域氣象站或遙感估算的降水、潛在蒸散發(fā)數(shù)據(jù)。*數(shù)據(jù)處理與分析主要步驟：1