1、“地理信息系統(tǒng)原理”一參考答案 一、名詞解釋1.地理信息系統(tǒng)的定義是由兩個部分組成的。一方面，地理信息系統(tǒng)是一門學科，是描述、存儲、分析和輸出空間信息的理論和方法的一門新興的交叉學科；另一方面，地理信息系統(tǒng)是一個技術系統(tǒng)，是以地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎，采用地理模型分析方法，適時提供多種空間的和動態(tài)的地理信息，為地理研究和地理決策服務的計算機技術系統(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)域有限個點集將區(qū)域劃分為相連的三角面網(wǎng)絡，區(qū)域中任意點落在三角面的頂點、邊上或三角形內。如果點不在頂點上，該點

2、的高程值通常通過線性插值的方法得到。 3.元數(shù)據(jù)是關于數(shù)據(jù)的描述性數(shù)據(jù)信息，它應盡可能多地反映數(shù)據(jù)集自身的特征規(guī)律，以便于用戶對數(shù)據(jù)集的準確、高效與充分的開發(fā)與利用。元數(shù)據(jù)的內容包括對數(shù)據(jù)集的描述、對數(shù)據(jù)質量的描述、對數(shù)據(jù)處理信息的說明、對數(shù)據(jù)轉換方法的描述、對數(shù)據(jù)庫的更新、集成等的說明。4.信息是向人們或機器提供關于現(xiàn)實世界新的事實的知識，是數(shù)據(jù)、消息中所包含的意義，它不隨載體的物理設備形式的改變而改變。 二、簡答題1.地理信息系統(tǒng)的組成。 一個完整的 GIS 主要由四個部分構成，即計算機硬件系統(tǒng)、計算機軟件系統(tǒng)、地理數(shù)據(jù)（或空間數(shù)據(jù)）和系統(tǒng)管理操作人員。其核心部分是計算機系統(tǒng)（軟件和硬件）

3、，空間數(shù)據(jù)反映 GIS 的地理內容，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）計算機硬件系統(tǒng)：是計算機系統(tǒng)中的實際物理裝置的總稱，是 GIS 的物理外殼。包括輸入/輸出設備、中央處理單元、存儲器等，向提供信息、保存數(shù)據(jù)、返回信息給用戶。 （2）計算機軟件系統(tǒng)：計算機軟件系統(tǒng)是指必需的各種程序。對于 GIS 應用而言，通常包括：計算機系統(tǒng)軟件、地理信息系統(tǒng)軟件和其他支持軟件、應用分析程序。 （3）系統(tǒng)開發(fā)、管理和使用人員：完善的地理信息系統(tǒng)項目應包括負責系統(tǒng)設計和執(zhí)行的項目經(jīng)理、信息管理的技術人員、系統(tǒng)用戶化的應用工程師以及最終運行系統(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

4、用的關鍵。 （4）空間數(shù)據(jù)：它是由系統(tǒng)的建立者輸入 GIS ，是系統(tǒng)程序作用的對象，是 GIS 所表達的現(xiàn)實世界經(jīng)過模型抽象的實質性內容。主要包括空間位置、空間關系、屬性等。 2.簡述柵格數(shù)據(jù)及其主要編碼方式。 柵格結構是最簡單最直接的空間數(shù)據(jù)結構，是指將地球表面劃分為大小均勻緊密相鄰的網(wǎng)格陣列，每個網(wǎng)格作為一個象元或象素由行、列定義，并包含一個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，柵格結構是以規(guī)則的陣列來表示空間地物或現(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）直接柵格編碼：這是最簡單直觀而又非常重

5、要的一種柵格結構編碼方法，就是將柵格數(shù)據(jù)看作一個數(shù)據(jù)矩陣，逐行（或逐列）逐個記錄代碼，可以每行都從左到右逐個象元記錄，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)，而且對于估算面積、長度、轉折方向的凹凸度等運算十分方便，比較適合于存儲圖形數(shù)據(jù)。 b）游程長度編碼：柵格圖像常常有行（或列）方向上相鄰的若干點具有

6、相同的屬性代碼，因而可采取某種方法壓縮那些重復的記錄內容。一種編碼方案是，只在各行（或列）數(shù)據(jù)的代碼發(fā)生變化時依次記錄該代碼以及相同的代碼重復的個數(shù)；另一種方案是逐個記錄各行（或列）代碼發(fā)生變化的位置和相應代碼， c）塊碼：塊碼是游程長度編碼擴展到二維的情況，采用方形區(qū)域作為記錄單元，每個記錄單元包括相鄰的若干柵格，數(shù)據(jù)結構由初始位置（行、列號）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。四叉樹將整個圖像區(qū)逐步分解為一系列被單一類型區(qū)域內含的方形區(qū)域，最小的方形區(qū)域為一個柵格象元。分割的原則是，不管是哪一層上的象限，只要劃分到僅代表

7、一種地物或符合既定要求的少數(shù)幾種地物時，則不再繼續(xù)劃分，否則一直劃分到單個柵格象元為止。 3.格網(wǎng) DEM 分析的主要應用。 （1）地形曲面擬合：DEM 最基礎的應用是求 DEM 范圍內任意點的高程，在此基礎上進行地形屬性分析。由于已知有限個格網(wǎng)點的高程，可以利用這些格網(wǎng)點高程擬合一個地形曲面，推求區(qū)域內任意點的高程。 （2）立體透視圖：繪制透視立體圖是 DEM 的一個極其重要的應用。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，對于同一個地形形態(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用背景。典型的例子是觀察哨所的設定、

8、森林中火災監(jiān)測點的設定、無線發(fā)射塔的設定等。通視問題可以分為五類：a）已知一個或一組觀察點，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，計算最少觀察點數(shù)量；c）在觀察點數(shù)量一定的前提下，計算能獲得的最大觀察區(qū)域；d）以最小代價建造觀察塔，要求全部區(qū)域可見；e）在給定建造代價的前提下，求最大可見區(qū)。根據(jù)問題輸出維數(shù)的不同，通視可分為點的通視，線的通視和面的通視。 （4）流域特征地貌提取與地形自動分割：是進行流域空間模擬的基礎技術。主要包括兩個方面：a）流域地貌形態(tài)結構定義，定義能反映流域結構的特征地貌，建立格網(wǎng) DEM 對應的微地貌特征；b）特征地貌自動提取和地形自動分割算法。

9、（5）計算地形屬性：DEM 派生的地形屬性數(shù)據(jù)可以分為單要素屬性和復合屬性二種。前者可由高程數(shù)據(jù)直接計算得到，如坡度因子，坡向。后者是由幾個單要素屬性按一定關系組合成的復合指標，用于描述某種過程的空間變化，這種組合關系通常是經(jīng)驗關系，也可以使用簡化的自然過程機理模型。 三、分析題（每題 20 分，共 40 分）1.論述點、線、多邊形數(shù)據(jù)之間的疊加分析的內容和方法。 （1）點與多邊形疊加 點與多邊形疊加，實際上是計算多邊形對點的包含關系，進行點是否在一個多邊形中的空間關系判斷。在完成點與多邊形的幾何關系計算后，還要進行屬性信息處理。最簡單的方式是將多邊形屬性信息疊加到其中的點上。當然也可以將點的

10、屬性疊加到多邊形上，用于標識該多邊形，如果有多個點分布在一個多邊形內的情形時，則要采用一些特殊規(guī)則，如將點的數(shù)目或各點屬性的總和等信息疊加到多邊形上。通過點與多邊形疊加，可以計算出每個多邊形類型里有多少個點，不但要區(qū)分點是否在多邊形內，還要描述在多邊形內部的點的屬性信息。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，然后通過屬性查詢間接獲得點與多邊形疊加的需要信息。例如一個中國政區(qū)圖（多邊形）和一個全國礦產(chǎn)分布圖（點），二者經(jīng)疊加分析后，并且將政區(qū)圖多邊形有關的屬性信息加到礦產(chǎn)的屬性數(shù)據(jù)表中，然后通過屬性查詢，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

11、省里有分布等信息。 （2）線與多邊形疊加 線與多邊形的疊加，是比較線上坐標與多邊形坐標的關系，判斷線是否落在多邊形內。計算過程通常是計算線與多邊形的交點，只要相交，就產(chǎn)生一個結點，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。疊加的結果產(chǎn)生了一個新的數(shù)據(jù)層面，每條線被它穿過的多邊形打斷成新弧段圖層，同時產(chǎn)生一個相應的屬性數(shù)據(jù)表記錄原線和多邊形的屬性信息。根據(jù)疊加的結果可以確定每條弧段落在哪個多邊形內，可以查詢指定多邊形內指定線穿過的長度。如果線狀圖層為河流，疊加的結果是多邊形將穿過它的所有河流打斷成弧段，可以查詢任意多邊形內的河流長度，進而計算它的河流密度等；如果線狀圖層為

12、道路網(wǎng)，疊加的結果可以得到每個多邊形內的道路網(wǎng)密度，內部的交通流量，進入、離開各個多邊形的交通量，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。多邊形疊加將兩個或多個多邊形圖層進行疊加產(chǎn)生一個新多邊形圖層的操作，其結果將原來多邊形要素分割成新要素，新要素綜合了原來兩層或多層的屬性。疊加過程可分為幾何求交過程和屬性分配過程兩步。幾何求交過程首先求出所有多邊形邊界線的交點，再根據(jù)這些交點重新進行多邊形拓撲運算，對新生成的拓撲多邊形圖層的每個對象賦一多邊形唯一標識碼，同時生成一個與新多邊形對象一一對應的屬性表。多邊形疊加結果通常把一個多邊形分割成多個多邊形，

13、屬性分配過程最典型的方法是將輸入圖層對象的屬性拷貝到新對象的屬性表中，或把輸入圖層對象的標識作為外鍵，直接關聯(lián)到輸入圖層的屬性表。這種屬性分配方法的理論假設是多邊形對象內屬性是均質的，將它們分割后，屬性不變。也可以結合多種統(tǒng)計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原圖層的屬性信息，新生成的圖層和其它圖層一樣可以進行各種空間分析和查詢操作。根據(jù)疊加結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)象間關系的符

14、號化表示，包括空間位置、屬性特征及時態(tài)特征三部分。2.空間索引就是指依據(jù)空間對象的位置和形狀或空間對象之間的某種空間關系按一定的順序排列的一種數(shù)據(jù)結構，其中包含空間對象的概要信息，如對象的標識、外接矩形及指向空間對象實體的指針。它通過篩選作用，大量與特定空間操作無關的空間對象被排除，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，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稱為數(shù)字高程模型（Digital Elevation Model），簡稱DEM。4. GIS互操作是指不

15、同的GIS間與平臺無關的透明數(shù)據(jù)訪問、共享空間數(shù)據(jù)庫和其它服務。是當代GIS技術發(fā)展的重要方向。二、簡答題（每題10分，共40分）1.矢量數(shù)據(jù)結構與柵格數(shù)據(jù)結構的轉換算法。對于點狀實體，每個實體僅由一個坐標對表示，其矢量結構和柵格結構的相互轉換基本上只是坐標精度變換問題。線實體的矢量結構由一系列坐標對表示，在變?yōu)闁鸥窠Y構時，除把序列中坐標對變?yōu)闁鸥裥辛凶鴺送?，還需根據(jù)柵格精度要求，在坐標點之間插滿一系列柵格點，這可以由兩點式直線方程得到。線實體由柵格結構變?yōu)槭噶拷Y構與將多邊形邊界表示為矢量結構相似，因此以下重點討論多邊形的矢量結構與柵格結構相互轉換。（1）矢量向柵格轉換矢量格式向柵格格式轉換又

16、稱為多邊形填充，就是在矢量表示的多邊形邊界內部的所有柵格點上賦以相應的多邊形編碼，從而形成柵格數(shù)據(jù)陣列。幾種主要的算法描述如下：a）內部點擴散算法：由每個多邊形一個內部點（種子點）開始，向其八個方向的鄰點擴散，判斷各個新加入點是否在多邊形邊界上，如果是邊界上，則該新加入點不作為種子點，否則把非邊界點的鄰點作為新的種子點與原有種子點一起進行新的擴散運算，并將該種子點賦以該多邊形的編號。重復上述過程直到所有種子點填滿該多邊形并遇到邊界停止為止。r，則該待判點屬于此多邊形，賦以多邊形編號，否則在此多邊形外部，不屬于該多邊形。?b）復數(shù)積分算法：對全部柵格陣列逐個柵格單元地判斷該柵格歸屬的多邊形編碼，

17、判別方法是由待判點對每個多邊形的封閉邊界計算復數(shù)積分，對某個多邊形，如果積分值為2c）射線算法和掃描算法：射線算法可逐點判斷數(shù)據(jù)柵格點在某多邊形之外或在多邊形內，由待判點向圖外某點引射線，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，則待判點在該多邊形外部，如為奇數(shù)次，則待判點在該多邊形內部。要注意的是：射線與多邊形邊界相交時，有一些特殊情況會影響交點的個數(shù)，必須予以排除。d）邊界代數(shù)算法：它適合于記錄拓撲關系的多邊形矢量數(shù)據(jù)轉換為柵格結構。若多邊形編號為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軸，由多邊形邊界上某點開始順時針搜索邊界線，當邊界上行時，位于該邊界左側的具

18、有相同行坐標的所有柵格被減去a；當邊界下行時，該邊界左邊所有柵格點加一個值a，邊界搜索完畢則完成了多邊形的轉換。（2）柵格格式向矢量格式的轉換多邊形柵格格式向矢量格式轉換就是提取以相同的編號的柵格集合表示的多邊形區(qū)域的邊界和邊界的拓撲關系，并表示由多個小直線段組成的矢量格式邊界線的過程。柵格格式向矢量格式轉換通常包括以下四個基本步驟：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識邊界點；b）邊界線追蹤：對每個邊界弧段由一個結點向另一個結點搜索，通常對每個已知邊界點需沿除了進入方向的其他7個方向搜索下一個邊界點，直到連成邊界弧段；c）拓撲關系生成：對于矢量表示的邊界弧段數(shù)據(jù)，判斷

19、其與原圖上各多邊形的空間關系，以形成完整的拓撲結構并建立與屬性數(shù)據(jù)的聯(lián)系；d）去除多余點及曲線圓滑：由于搜索是逐個柵格進行的，必須去除由此造成的多余點記錄，以減少數(shù)據(jù)冗余；搜索結果，曲線由于柵格精度的限制可能不夠圓滑，需采用一定的插補算法進行光滑處理，常用的算法有：線形迭代法；分段三次多項式插值法；正軸拋物線平均加權法；斜軸拋物線平均加權法；樣條函數(shù)插值法。2.簡述空間數(shù)據(jù)誤差來源與數(shù)據(jù)質量控制方法。從空間數(shù)據(jù)的形式表達到空間數(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)的應用，在這兩個過程中都會有數(shù)據(jù)質量問題的發(fā)生。（1）空間現(xiàn)象自身存在的不穩(wěn)定性：包括空間特征和過程在空間、專題和時間內容上的不

20、確定性。（2）空間現(xiàn)象的表達：數(shù)據(jù)采集中的測量方法以及量測精度的選擇等受到人類自身的認識和表達的影響，這對于數(shù)據(jù)的生成會出現(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)格式轉換中的位置差異性；數(shù)據(jù)抽象時產(chǎn)生的誤差；建立拓撲關系過程中的位置坐標的變化；與主控數(shù)據(jù)層的匹配位移導致誤差；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)生表達上的誤差；數(shù)據(jù)處理過程中誤差的傳遞和擴散（4）空間數(shù)據(jù)使用中的誤差：主要包括兩個方面：一是對數(shù)據(jù)的解釋過程，一是缺少文檔

21、，這樣往往導致數(shù)據(jù)用戶對數(shù)據(jù)的隨意性使用而使誤差擴散。數(shù)據(jù)質量控制是個復雜的過程，要控制數(shù)據(jù)質量應從數(shù)據(jù)質量產(chǎn)生和擴散的所有過程和環(huán)節(jié)入手，分別用一定的方法減少誤差?？臻g數(shù)據(jù)質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對比或其他比較方法。（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數(shù)據(jù)質量的信息，通過它可以檢查數(shù)據(jù)質量，同時元數(shù)據(jù)也記錄了數(shù)據(jù)處理過程中質量的變化，通過跟蹤元數(shù)據(jù)可以了解數(shù)據(jù)質量的狀況和變化。（3）地理相關法：用空間數(shù)據(jù)的地理特征要素自身的相關性來分析數(shù)據(jù)的

22、質量。3.3S集成的作用和意義。3S技術為科學研究、政府管理、社會生產(chǎn)提供了新一代的觀測手段、描述語言和思維工具。3S的結合應用，取長補短，是一個自然的發(fā)展趨勢，三者之間的相互作用形成了“一個大腦，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進行相應的空間分析，以從RS和GPS提供的浩如煙海的數(shù)據(jù)中提取有用信息，并進行綜合集成，使之成為決策的科學依據(jù)。GIS、RS和GPS三者集成利用，構成為整體的、實時的和動態(tài)的對地觀測、分析和應用的運行系統(tǒng)，提高了GIS的應用效率。在實際的應用中，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

23、/GPS集成等，但是同時集成并使用3S技術的應用實例則較少。RS、GIS、GPS集成的方式可以在不同的技術水平上實現(xiàn)，最簡單的辦法是三種系統(tǒng)分開而由用戶綜合使用，進一步是三者有共同的界面，做到表面上無縫的集成，數(shù)據(jù)傳輸則在內部通過特征碼相結合，最好的辦法是整體的集成，成為統(tǒng)一的系統(tǒng)。單純從軟件實現(xiàn)的角度來看，開發(fā)3S集成的系統(tǒng)在技術上并沒有多大的障礙。目前一般工具軟件的實現(xiàn)技術方案是：通過支持柵格數(shù)據(jù)類型及相關的處理分析操作以實現(xiàn)與遙感的集成，而通過增加一個動態(tài)矢量圖層以與GPS集成。對于3S集成技術而言，最重要的是在應用中綜合使用遙感以及全球定位系統(tǒng)，利用其實時、準確獲取數(shù)據(jù)的能力，降低應用

24、成本或者實現(xiàn)一些新的應用。3S集成技術的發(fā)展，形成了綜合的、完整的對地觀測系統(tǒng)，提高了人類認識地球的能力；相應地，它拓展了傳統(tǒng)測繪科學的研究領域。作為地理學的一個分支學科，Geomatics*產(chǎn)生并對包括遙感、全球定位系統(tǒng)在內的現(xiàn)代測繪技術的綜合應用進行探討和研究。同時，它也推動了其它一些相聯(lián)系的學科的發(fā)展，如地球信息科學、地理信息科學等，它們成為“數(shù)字地球”這一概念提出的理論基礎。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)、拓撲疊加和特征提取,計算一條道路拓寬改建過程中的拆遷指標。（1）明確分析的目

25、的和標準目的是計算由于道路拓寬而需拆遷的建筑物的建筑面積和房產(chǎn)價值，道路拓寬改建的標準是：a）道路從原有的20m拓寬至60m；b）拓寬道路應盡量保持直線；c）部分位于拆遷區(qū)內的10層以上的建筑不拆除。（2）準備進行分析的數(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)域內建筑物分布圖及相關信息。（3）進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)進行拓撲疊加，產(chǎn)生一幅新圖，此圖包括所有部分或全部位于拓寬區(qū)內的建筑物信息。（4）進行統(tǒng)計分析首先對全部或部分位于拆遷區(qū)內的建筑物進行選擇，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

26、中去掉，并對道路的拓寬邊界進行局部調整。 然后對所有需拆遷的建筑物進行拆遷指標計算。（5）將分析結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，是將行或列中重復的元素進行合并，以達到減少存儲和數(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)：在計算機系統(tǒng)的支持下，對全部或部分地球表層空間的地理分布數(shù)據(jù)進行采集、存儲、管理、分析、顯示等的技術系統(tǒng)3 拓撲關系：圖形在保持連續(xù)變化狀態(tài)下，圖形關系保持不變的性質或空間實體之間的關系4 數(shù)字地球：是用數(shù)字化的形式對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

27、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，是對空間點線面實體周圍形成范圍的一種距離空間的分析技術，主要描述地理實體目標的影響范圍和服務范圍二、簡答題1 比較點在多邊形內的判別方法射線法和弧長法的優(yōu)缺點。點在多邊形內的兩種判別方法射線法主要是從判斷點向多邊形做射線，判斷線與多邊形交點的個數(shù)當交點個數(shù)為偶數(shù)時，點在多邊形外；交點個數(shù)為奇數(shù)時，點在多邊形內。它的優(yōu)點是判斷明確，過程簡單；缺點是當射線經(jīng)過多邊形的拐點或一條邊時，判斷失效。而弧長法主要是判斷點與多邊形各頂點連線的夾角之和的值，當各夾角之和為360度時，點在多邊形內；夾角之和為0或小于360度時，點在多邊形外。優(yōu)點是判斷準確，

28、不受條件限制；缺點是判斷過程復雜。2 空間數(shù)據(jù)庫管理的方式有哪幾種，各有什么優(yōu)缺點？空間數(shù)據(jù)庫管理的方式有：文件關系數(shù)據(jù)庫混合管理方式，全關系型數(shù)據(jù)庫管理方式，對象關系數(shù)據(jù)庫管理方式，面向對象數(shù)據(jù)庫管理方式。3 從某一空間地理現(xiàn)象到數(shù)據(jù)庫或數(shù)據(jù)文件中的記錄需要經(jīng)過哪些過程？各個過程所起的作用是什么？從空間現(xiàn)象到數(shù)據(jù)庫或成為數(shù)據(jù)文件記錄的過程，首先對空間現(xiàn)象進行觀察；其次將觀察的結果進行分析，模擬，歸類，綜合取舍；最后以一定的數(shù)據(jù)結構或模型來顯示和表達。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志；（2）多維性，是指同一地物具有多種不同

29、的專題信息；（3）時序性，即地理信息具有動態(tài)性?？臻g數(shù)據(jù)的主要特征：（1）空間特征；（2）非結構化特征；（3）空間關系特征；（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）實測數(shù)據(jù)；（5）文本資料；（6）統(tǒng)計數(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）解析測圖法輸入；（5）已有數(shù)字化形式數(shù)據(jù)轉換。三、 簡述題2 在什么情況下需要用矢量與柵格的互換，如何

30、實現(xiàn)？當進行空間線性拓撲關系分析以及網(wǎng)絡分析，單個實體的定義和操作和對成圖精度質量要求高時，具體當進行城市分區(qū)規(guī)劃、詳細規(guī)劃、土地管理等時用矢量數(shù)據(jù)格式，這時需把柵格數(shù)據(jù)轉換為矢量數(shù)據(jù)。當進行緩沖區(qū)分析、與遙感影像或其它圖像匹配處理、數(shù)據(jù)共享時，具體當進行大范圍小比例尺的環(huán)境、農林等區(qū)域問題研究時，以及建立地理實體模型和進行DEM地形分析時，需把矢量轉換為柵格。矢量轉換為柵格的實現(xiàn)方法有：（1）內部點擴散算法；（2）復數(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）點的柵格化；（3）線的柵格化；（4）面的填充。柵格轉換為矢量的過程：（1）

31、邊界提取；（2）二值化；（3）細化；（4）邊界跟蹤；（5）拓撲關系生成；（6）去除多余點和邊界光滑處理。3數(shù)據(jù)處理在地理信息系統(tǒng)中的作用及數(shù)據(jù)處理的主要內容。數(shù)據(jù)處理在GIS中的作用：（1）將實測數(shù)據(jù)或不符合GIS質量要求的數(shù)據(jù)通過處理使之符合GIS質量的要求；（2）對已有的GIS數(shù)據(jù)進行處理派生出新的信息。數(shù)據(jù)處理的主要內容：（1）圖形編輯；（2）自動拓撲；（3）數(shù)據(jù)轉換；（4）坐標轉換；（5）數(shù)據(jù)壓縮；（6）數(shù)據(jù)內插等。4 DEM的概念，構建方法及應用領域。DEM的概念：是用數(shù)值矩陣對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，是國家空間地理信息的重要組成部分。DEM構建方法：

32、（1）等高線法；（2）規(guī)劃格網(wǎng)法；（3）不規(guī)劃三角網(wǎng)法。DEM的應用：（1）用于民用和工程的土石方填挖和計算；（2）為軍事目的顯示地形景觀；（3）為武器精確制導提供地形匹配；（4）通視分析；（5）坡度、坡向分析；（6）和GIS結合進行各種空間分析；（7）對不同地貌進行分析，研究土地浸蝕和涇流；（8）對各種專題地圖進行組合分析；（9）是國家地理信息的重要基礎；（10）其它用途。5 GIS的構成及主要功能。GIS的構成：（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)的處理與轉換；（4）空間查詢與空間分

33、析；（5）空間數(shù)據(jù)的顯示與輸出。九、如圖柵格矩陣，說明線性四叉樹與二維行程編碼的過程。 七、數(shù)據(jù)庫中常用的數(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)，如何轉換為 Voronoi 圖？假設有了 Voronoi 圖，如何得到 Delaunay 三角網(wǎng)？（ 10 分） 七、圖 2 為一柵格陣列，說明線性四叉樹和二維行程編碼的建立過程 . （ 10 分） (* 圖 3 中陰影部分的屬性值為 1 ，其它為 0) 八、圖 3 為一實體圖 , 請寫出節(jié)點、弧段和面塊之間拓撲關系（ 10 分） 空間分析的主要方法有哪些？舉例說明緩沖區(qū)分析的實際應用 .

34、圖 1 圖 2 圖 3 五、圖 1 為一實體圖 , 請寫出節(jié)點、弧段和面塊之間拓撲關系（ 10 分） 六、不規(guī)則三角形的構網(wǎng)方法有哪些？簡述每種方法的基本原理 . 圖 2 為一狄洛尼 (Delaunay) 三角網(wǎng)，如何轉換為 Voronoi 圖？（ 10 分） 七、矢量格式向柵格格式轉換有哪些方法？說明每種方法的基本原理。以圖 3 為例，說明邊界代數(shù)法的作業(yè)過程 . （ 10 分） 八、 8 圖 4 為一柵格陣列，說明線性四叉樹和二維行程編碼的建立過程 . （ 10 分） (* 陰影部分的屬性值為 1 ，其它為 0) 九、人們常說 “ 空間分析是 GIS 的核心和靈魂 ” ，請你發(fā)表一下你的看

35、法 . （ 6 分） 圖 1 圖 2 圖 3 圖 4 四、如圖 1 所示，試用無拓撲矢量數(shù)據(jù)結構和有拓撲矢量數(shù)據(jù)結構加以表示 (* 弧段標識自定 ) 10 分 圖 1 圖 2 五、如圖 2 所示，有一帶權有向圖，詳細說明用 Dijkstra 算法求 到其余各頂點最短路徑的標號過程（ 10 分） 7 、以下圖為例，采用層次模型、網(wǎng)絡模型和關系模型，表達空間數(shù)據(jù)，并說明各種數(shù)據(jù)模型的優(yōu)缺點。（ 10 分）。 8 、利用 GIS 技術設計一個湖北大學實時學生上課情況查詢系統(tǒng)（假設學生位置能精確定位）。系統(tǒng)的功能如下：（ 20 分） 1 查詢某一學生所在的教室； 2 查詢某一學生相鄰的學生姓名； 3

36、統(tǒng)計某一教室的學生總人數(shù)； 4 統(tǒng)計全校的學生上課人數(shù)。 假設教室、學生的分布如下圖所示，請?zhí)岢鰯?shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)結構及其它處理方法。 四、計算題（ 10 分）求 C AB 9什么是緩沖區(qū)分析？請舉例說明它有什么用途。緩沖區(qū)分析是GIS的基本空間操作功能之一，是指在點、線、面實體的周圍，自動建立的一定寬度的多邊形。例如，某地區(qū)有危險品倉庫，要分析一旦倉庫爆炸所涉及的范圍，這就需要進行點緩沖區(qū)分析；而在對野生動物棲息地的評價中，動物的活動區(qū)域往往是在距它們生存所需的水源或棲息地一定距離的范圍內，為此可用面緩沖區(qū)進行分析，等等。10泰森多邊形有什么特點？如何建立？泰森多邊形可用于定性分析、統(tǒng)計分析、鄰

37、近分析等，其特性有：l 每個泰森多邊形內僅含有一個離散點數(shù)據(jù)；l 泰森多邊形內的點到相應離散點的距離最近；l 位于泰森多邊形邊上的點到其兩邊的離散點的距離相等。泰森多邊形的建立步驟建立泰森多邊形算法的關鍵是對離散數(shù)據(jù)點合理地連成三角網(wǎng)，即構建Delaunay三角網(wǎng)。建立泰森多邊形的步驟為：l 離散點自動構建三角網(wǎng)，即構建Delaunay三角網(wǎng)。對離散點和形成的三角形編號，記錄每個三角形是由哪三個離散點構成的。l 找出與每個離散點相鄰的所有三角形的編號，并記錄下來。這只要在已構建的三角網(wǎng)中找出具有一個相同頂點的所有三角形即可。（見圖5）l 對與每個離散點相鄰的三角形按順時針或逆時針方向排序，以便

38、下一步連接生成泰森多邊形。排序的方法可如圖5所示。設離散點為o。找出以o為頂點的一個三角形，設為A；取三角形A除o以外的另一頂點，設為a，則另一個頂點也可找出，即為f；則下一個三角形必然是以of為邊的，即為三角形F；三角形F的另一頂點為e，則下一三角形是以oe為邊的；如此重復進行，直到回到oa邊。l 計算每個三角形的外接圓圓心，并記錄之。l 根據(jù)每個離散點的相鄰三角形，連接這些相鄰三角形的外接圓圓心，即得到泰森多邊形。對于三角網(wǎng)邊緣的泰森多邊形，可作垂直平分線與圖廓相交，與圖廓一起構成泰森多邊形。11圖論與GIS有什么關系？圖論中的“圖”并不是通常意義下的幾何圖形或物體的開關圖，而是一個以抽象

39、的形式來表達確定的事物，以及事物之間是不足具備某種特定關系的數(shù)學系統(tǒng)。圖論描述的是空間不連續(xù)但時間上連續(xù)變化的現(xiàn)象，是對GIS的擴展。12常用的網(wǎng)絡的分析有什么？對GIS應用有何價值？請舉幾個例子說明。常用的網(wǎng)絡的分析有：（1）路徑分析 a. 最短路徑分析 b. 最小生成樹 c. 最小費用最大流（2）網(wǎng)絡上的定位與分配模型的啟發(fā)式算法?？臻g網(wǎng)絡分析是GIS空間分析的重要組成部分。其用途很廣，如公交運營路線選擇和緊急救援行動路線的選擇等，與網(wǎng)絡最佳路徑選擇有關；當估計排水系統(tǒng)在暴雨期間是否溢流及河流是否泛濫時，需要進行網(wǎng)流量分析或負荷估計等等。13 GIS常用的空間分析模型有哪些？空間分析模型分

40、為以下幾種類型：1、空間分布分析模型用于研究地理對象的空間分布特征。主要包括：空間分布參數(shù)的描述，如分布密度和均值、分布中心、離散度等；空間分布檢驗，以確定分布類型；空間聚類分析，反映分布的多中心特征并確定這些中心；趨勢面分析，反映現(xiàn)象的空間分布趨勢；空間聚合與分解，反映空間對比與趨勢。2、空間關系分析模型用于研究基于地理對象的位置和屬性特征的空間物體之間的關系。包括距離、方向、連通和拓撲等四種空間關系。其中，拓撲關系是研究得較多的關系；距離是內容最豐富的一種關系；連通用于描述基于視線的空間物體之間的通視性；方向反映物體的方位。3、空間相關分析模型用于研究物體位置和屬性集成下的關系，尤其是物體

41、群(類)之間的關系。在這方面，目前研究得最多的是空間統(tǒng)計學范疇的問題。統(tǒng)計上的空間相關、覆蓋分析就是考慮物體類之間相關關系的分析。4、預測、評價與決策模型用于研究地理對象的動態(tài)發(fā)展，根據(jù)過去和現(xiàn)在推斷未來，根據(jù)已知推測未知，運用科學知識和手段來估計地理對象的未來發(fā)展趨勢，并作出判斷與評價，形成決策方案，用以指導行動，以獲得盡可能好的實踐效果。14 DEM有哪幾種常用的生成方法, 它的主要優(yōu)缺點是什么?規(guī)則格網(wǎng)模型(主要形式, 如 GRID)，等高線模型，不規(guī)則三角網(wǎng)模型(TIN)，層次模型(Pyramids, 金字塔)（1）規(guī)則格網(wǎng)模型:優(yōu)點：規(guī)則格網(wǎng)的高程矩陣，可以很容易地用計算機進行處理，

42、特別是柵格數(shù)據(jù)結構的地理信息系統(tǒng)。它還可以很容易地計算等高線、坡度坡向、山坡陰影和自動提取流域地形，使得它成為DEM最廣泛使用的格式.缺點：格網(wǎng)DEM的缺點是不能準確表示地形的結構和細部格網(wǎng)DEM的另一個缺點是數(shù)據(jù)量過大，給數(shù)據(jù)管理帶來了不方便，通常要進行壓縮存儲。（2）等高線模型:優(yōu)點：直觀，便于理解；缺點：只表示離散的數(shù)據(jù)，不能表示連續(xù)的數(shù)值。不便于坡度計算、地貌暈渲等。（3）不規(guī)則三角網(wǎng)模型(TIN)優(yōu)點：它既減少規(guī)則格網(wǎng)方法帶來的數(shù)據(jù)冗余，同時在計算（如坡度）效率方面又優(yōu)于純粹基于等高線的方法。缺點：1）在地形平坦的地方，存在大量的數(shù)據(jù)冗余；2）在不改變格網(wǎng)大小的情況下，難以表達復雜地

43、形的突變現(xiàn)象；3）在某些計算，如通視問題，過分強調網(wǎng)格的軸方向。（4）層次模型: 層次模型的存儲問題, 層次的數(shù)據(jù)必然導致數(shù)據(jù)冗余;自動搜索的效率, 例如搜索一個點可能先在最粗的層次上搜索，再在更細的層次上搜索，直到找到該點。15地形分析有哪些主要內容及其運算模型?坡度計算，坡向分析，曲面面積計算，地表粗糙度計算，高程及變異分析，谷脊特征分析，日照強度分析，淹沒邊界計算挖方和填方等。運算模型:坡度=arcos2x*y/y (zi,j+1+zi,j-zi+1,j+1-zi+1,j)2+x(zi,j+zi+1,j-zi+1,j+1-zi,j+1)2+4x2*y21/2坡向=tan-1(x*A(j)

44、/ y*B(j)式中：A(j)=z(1,j+1)+z(2,j+1)-z(1,j)-z(2,j)B(j)= z(2,j)+ z(2,j+1)- z(1,j)- z(1,j+1)曲面面積si,j=y2 (zi,j+zi,j+1-zi+1,j-zi+1,j+1)2/4+x2(zi,j+1+zi+1,j+1-zi,j-zi+1,j)2/4+x2y21/2地表粗糙度Ri,j=D=1/2?Ozi+1,j+1+ zi,j- zi,j+1- zi+1,j?O高程及變異分析谷脊特征分析:根據(jù)（zi,j-1- zi,j）（zi,j+1- zi,j）0和（zi-1,j- zi,j）（zi+1,j- zi,j）0來判

45、斷谷脊。日照強度分析：E=*G*sinh(a*cost+b*sint+cos*sinh) 或E=0E=0表示陰暗。G:太陽常數(shù)；h：太陽高度角；t：時角；a,b：坡面方程系數(shù)；：坡度。淹沒邊界計算：H1=H-1/2xtgH2=H+1/2xtgzi,j=1當zi,jH2; zi,j=0當zi,jH216 GIS空間分析的準確度是怎樣評價的?根據(jù)數(shù)據(jù)的來源，數(shù)據(jù)的精度，所采集的數(shù)據(jù)是否全面，分析所用的算法，生成方法等來判斷準確度。17空間分析的模型庫有什么作用？模型庫是在計算機中按一定的組織結構形式存儲多個模型的集合體，在模型庫管理系統(tǒng)下得到有效的管理。同地理數(shù)據(jù)庫與地理數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)相結合構成地

46、理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)一樣，模型庫與模型庫管理系統(tǒng)相結合構成模型庫系統(tǒng)。數(shù)學模型的一般表示形式是方程式，它反映了模型中變量之間的關系、約束條件及其目標。在計算機中，模型是以程序形式表示的。模型庫是在計算機中按一定的組織結構形式存儲多個模型的集合體，在模型庫管理系統(tǒng)下得到有效的管理。同地理數(shù)據(jù)庫與地理數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)相結合構成地理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)一樣，模型庫與模型庫管理系統(tǒng)相結合構成模型庫系統(tǒng)。數(shù)學模型的一般表示形式是方程式，它反映了模型中變量之間的關系、約束條件及其目標。在計算機中，模型是以程序形式表示的。l 應用模型是聯(lián)系GIS應用系統(tǒng)與常規(guī)專業(yè)研究的紐帶。模型的建立雖然是數(shù)學或技術性的問題，但它必須以廣泛、

47、深入的專業(yè)研究為基礎。l 應用模型是綜合利用GIS應用系統(tǒng)中大量數(shù)據(jù)的工具。系統(tǒng)中存儲有數(shù)量巨大、來源不同、形式不同的數(shù)據(jù)。它們的綜合分析處理和應用，主要是通過系統(tǒng)中模型的使用而實現(xiàn)的。l 應用模型是GIS應用系統(tǒng)解決各種實際問題的武器。由于應用模型是客觀世界中解決各種實際問題所依賴的規(guī)律或過程的抽象或模擬。因此能有效地幫助人們從各種因素之間找出其因果關系或者聯(lián)系，促進問題的解決。l 應用模型是GIS應用系統(tǒng)向更高技術水平發(fā)展的基礎。模型實際上集中和驗證了該應用領域中許多專家的經(jīng)驗和知識，無疑是一般GIS應用系統(tǒng)向專家系統(tǒng)發(fā)展的基礎。18鄰近關系屬于什么空間關系？鄰近關系屬于拓撲空間關系。19 GIS中應有哪些空間關系？1、拓撲空間關系2、順序空間關系：（方向空間關系）3、度量空間關系，主要指實體間的距離關系，遠近。20空間數(shù)據(jù)的插值算法有什么用途？請舉例說明有幾種方法？空間數(shù)據(jù)插值是用已知點的數(shù)值來估算其他點的數(shù)值的過程。在GIS應用中，空間插值主要用于柵格數(shù)據(jù)，估算出網(wǎng)格中每個單元的值。方法：全局方法和局部方法全局方法：趨勢面分析、回歸分析局部方法：泰森多邊形、密度估算、反距離權重插