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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、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)是一個技術(shù)系統(tǒng)，是以地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，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(wù)的計算機技術(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)域有限個點集將區(qū)域劃分為相連的三角面網(wǎng)絡(luò)，區(qū)域中任意點落在三角面的頂點、邊上或三角形內(nèi)。如果點不在頂點上，該點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(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)容包括對數(shù)據(jù)集的描述、對數(shù)據(jù)質(zhì)量的描述、對數(shù)據(jù)處理信息的說明、對數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)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(guān)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(shè)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(gòu)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），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(shè)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(yīng)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(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)項目應(yīng)包括負(fù)責(zé)系統(tǒng)設(shè)計和執(zhí)行的項目經(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)程序作用的對象，是 GIS 所表達的現(xiàn)實世界經(jīng)過模型抽象的實質(zhì)性內(nèi)容。主要包括空間位置、空間關(guān)系、屬性等。 2.簡述柵格數(shù)據(jù)及其主要編碼方式。 ??? 柵格結(jié)構(gòu)是最簡單最直接的空間數(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(jié)構(gòu)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?xùn)鸥窬幋a：這是最簡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(zhuǎn)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)生變化時依次記錄該代碼以及相同的代碼重復(fù)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(yīng)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(jié)構(gòu)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(nèi)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(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)任意點的高程，在此基礎(chǔ)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(nèi)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(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(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)測點的設(shè)定、無線發(fā)射塔的設(shè)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(chǔ)技術(shù)。主要包括兩個方面：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 對應(yīng)的微地貌特征；b）特征地貌自動提取和地形自動分割算法。 ??? （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(fù)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(guān)系組合成的復(fù)合指標(biāo)，用于描述某種過程的空間變化，這種組合關(guān)系通常是經(jīng)驗關(guān)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(nèi)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(guān)系，進行點是否在一個多邊形中的空間關(guān)系判斷。在完成點與多邊形的幾何關(guān)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(dāng)然也可以將點的屬性疊加到多邊形上，用于標(biāo)識該多邊形，如果有多個點分布在一個多邊形內(nèi)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(nèi)，還要描述在多邊形內(nèi)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(guān)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(jié)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(jié)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(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多邊形內(nèi)，可以查詢指定多邊形內(nèi)指定線穿過的長度。如果線狀圖層為河流，疊加的結(jié)果是多邊形將穿過它的所有河流打斷成弧段，可以查詢?nèi)我舛噙呅蝺?nèi)的河流長度，進而計算它的河流密度等；如果線狀圖層為道路網(wǎng)，疊加的結(jié)果可以得到每個多邊形內(nèi)的道路網(wǎng)密度，內(nèi)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(jié)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?fù)溥\算，對新生成的拓?fù)涠噙呅螆D層的每個對象賦一多邊形唯一標(biāo)識碼，同時生成一個與新多邊形對象一一對應(yīng)的屬性表。多邊形疊加結(jié)果通常把一個多邊形分割成多個多邊形，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(biāo)識作為外鍵，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(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(guān)系按一定的順序排列的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其中包含空間對象的概要信息，如對象的標(biāo)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(guān)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互操作是指不同的GIS間與平臺無關(guān)的透明數(shù)據(jù)訪問、共享空間數(shù)據(jù)庫和其它服務(wù)。是當(dāng)代GIS技術(shù)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(jié)構(gòu)與柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換算法。 對于點狀實體，每個實體僅由一個坐標(biāo)對表示，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)精度變換問題。線實體的矢量結(jié)構(gòu)由一系列坐標(biāo)對表示，在變?yōu)闁鸥窠Y(jié)構(gòu)時，除把序列中坐標(biāo)對變?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(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)部點擴散算法：由每個多邊形一個內(nèi)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(fù)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(fù)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，判別方法是由待判點對每個多邊形的封閉邊界計算復(fù)數(shù)積分，對某個多邊形，如果積分值為2 c）射線算法和掃描算法：射線算法可逐點判斷數(shù)據(jù)柵格點在某多邊形之外或在多邊形內(nèi)，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(nèi)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?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開始順時針?biāo)阉鬟吔缇€，當(dāng)邊界上行時，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，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(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(zhuǎn)換通常包括以下四個基本步驟： a）多邊形邊界提取：采用高通濾波將柵格圖像二值化或以特殊值標(biāo)識邊界點； b）邊界線追蹤：對每個邊界弧段由一個結(jié)點向另一個結(jié)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?fù)潢P(guān)系生成：對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(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(quán)法；斜軸拋物線平均加權(quán)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(zhì)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(yīng)用，在這兩個過程中都會有數(shù)據(jù)質(zhì)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(nèi)容上的不確定性。 （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(rèn)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(zhuǎn)換中的位置差異性；數(shù)據(jù)抽象時產(chǎn)生的誤差；建立拓?fù)潢P(guān)系過程中的位置坐標(biāo)的變化；與主控數(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，這樣往往導(dǎo)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(zhì)量控制是個復(fù)雜的過程，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。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(guān)數(shù)據(jù)質(zhì)量的信息，通過它可以檢查數(shù)據(jù)質(zhì)量，同時元數(shù)據(jù)也記錄了數(shù)據(jù)處理過程中質(zhì)量的變化，通過跟蹤元數(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(jié)合應(yīng)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(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、實時的和動態(tài)的對地觀測、分析和應(yīng)用的運行系統(tǒng)，提高了GIS的應(yīng)用效率。在實際的應(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，但是同時集成并使用3S技術(shù)的應(yīng)用實例則較少。 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(nèi)部通過特征碼相結(jié)合，最好的辦法是整體的集成，成為統(tǒng)一的系統(tǒng)。 單純從軟件實現(xiàn)的角度來看，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現(xiàn)技術(shù)方案是：通過支持柵格數(shù)據(jù)類型及相關(guān)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(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)，利用其實時、準(zhǔn)確獲取數(shù)據(jù)的能力，降低應(yīng)用成本或者實現(xiàn)一些新的應(yīng)用。 3S集成技術(shù)的發(fā)展，形成了綜合的、完整的對地觀測系統(tǒng)，提高了人類認(rèn)識地球的能力；相應(yīng)地，它拓展了傳統(tǒng)測繪科學(xué)的研究領(lǐng)域。作為地理學(xué)的一個分支學(xué)科，Geomatics*產(chǎn)生并對包括遙感、全球定位系統(tǒng)在內(nèi)的現(xiàn)代測繪技術(shù)的綜合應(yīng)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(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,計算一條道路拓寬改建過程中的拆遷指標(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(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?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）進行統(tǒng)計分析 ????首先對全部或部分位于拆遷區(qū)內(nèi)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，將其從選擇組中去掉，并對道路的拓寬邊界進行局部調(diào)整。 ???? 然后對所有需拆遷的建筑物進行拆遷指標(biāo)計算。 （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(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)．或空間實體之間的關(guān)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(shù)，主要描述地理實體目標(biāo)的影響范圍和服務(wù)范圍． 二、簡答題 ????1 比較點在多邊形內(nèi)的判別方法射線法和弧長法的優(yōu)缺點。 ????點在多邊形內(nèi)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(dāng)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(nèi)。它的優(yōu)點是判斷明確，過程簡單；缺點是當(dāng)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(dāng)各夾角之和為360度時，點在多邊形內(nèi)；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(zhǔn)確，不受條件限制；缺點是判斷過程復(fù)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(guān)系數(shù)據(jù)庫混合管理方式，全關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理方式，對象－關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理方式，面向?qū)ο髷?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(jié)果進行分析，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(biāo)志；（2）多維性，是指同一地物具有多種不同的專題信息；（3）時序性，即地理信息具有動態(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(zhuǎn)換。 三、 簡述題 ????2 在什么情況下需要用矢量與柵格的互換，如何實現(xiàn)？ ????當(dāng)進行空間線性拓?fù)潢P(guān)系分析以及網(wǎng)絡(luò)分析，單個實體的定義和操作和對成圖精度質(zhì)量要求高時，具體當(dāng)進行城市分區(qū)規(guī)劃、詳細(xì)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(zhuǎn)換為矢量數(shù)據(jù)。 ????當(dāng)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(dāng)進行大范圍小比例尺的環(huán)境、農(nóng)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(zhuǎn)換為柵格。 ????矢量轉(zhuǎn)換為柵格的實現(xiàn)方法有：（1）內(nèi)部點擴散算法；（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)換為矢量的過程：（1）邊界提取；（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）將實測數(shù)據(jù)或不符合GIS質(zhì)量要求的數(shù)據(jù)通過處理使之符合GIS質(zhì)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(nèi)容：（1）圖形編輯；（2）自動拓?fù)洌唬?）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(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(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(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?fù)潢P(guān)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(yīng)用 . 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?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)表一下你的看法 . （ 6 分） 圖 1 　??　?　??????? ??圖 2 ?????????　??????? 圖 3 ??????????　????????圖 4 四、如圖 1 所示，試用無拓?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)說明用 Dijkstra 算法求 到其余各頂點最短路徑的標(biāo)號過程（ 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(shù)設(shè)計一個湖北大學(xué)實時學(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)計某一教室的學(xué)生總?cè)藬?shù)； 4 ．統(tǒng)計全校的學(xué)生上課人數(shù)。 假設(shè)教室、學(xué)生的分布如下圖所示，請?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： ?????? 點號 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 終點 點號 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 多邊形邊界 I d, e II c, f, h III b, h, i IV a, i, g