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第一章  地理信息系统导论

1、什么昰地理信息系统（GIS）它与一般计算机应用系统有哪些异同点？

答：地理信息系统：是由计算机硬件、软件和不同的方法组成的系统该系统设计支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题

GIS脱胎于地图学，是计算机科学、地理學、测绘遥感学、环境科学、城市科学、空间科学、信息科学和管理科学等众多学科交叉融合而成的新兴学科但是，地理信息系统与这學科和系统之间既有联系又有区别：

（1）GIS与机助制图系统：机助制图是地理信息系统得主要技术基础它涉及GIS中的空间数据采集、表示、處理、可视化甚至空间数据的管理。地理信息系统和数字制图系统的主要区别在于空间分析方面一个功能完善的地理信息系统可以包含數字制图系统的所有功能，此外它还应具有丰富的空间分析功能

（2）GIS与DBMS(数据库管理系统)：GIS除需要功能强大的空间数据的管理功能之外，還需要具有图形数据的采集、空间数据的可视化和空间分析等功能因此，GIS在硬件和软件方面均比一般事务数据库更加复杂在功能上也仳后者要多地多。

（3）GIS与CAD系统：二者虽然都有参考系统都能描述图形，但CAD系统只处理规则的几何图形、属性库功能弱更缺乏分析和判斷能力。

（4）GIS与遥感图像处理的系统：遥感图像处理的系统是专门用于对遥感图像数据处理进行分析处理的软件它主要强调对遥感栅格數据的几何处理、灰度处理和专题信息提取。这种系统一般缺少实体的空间关系描述难以进行某一实体的属性查询和空间关系查询以及網络分析等功能。

2、地理信息系统有哪几个主要部分组成它的基本功能有哪些？试举目前广泛应用的两个基础地理信息系统软件为例列出它们的功能分类表，并比较异同点

（1）系统硬件：包括各种硬件设备，是系统功能实现的物质基础；

（2）系统软件：支持数据采集、存储、加工、回答用户问题的计算机程序系统；

（3）空间数据：系统分析与处理的对象构成系统的应用基础；

（4）应用人员：GIS服务的對象，分为一般用户和从事建立、维护、管理和更新的高级用户；

（5）应用模型：解决某一专门应用的应用模型是GIS技术产生社会经济效益的关键所在。

3、试说明地理信息系统的基本分析功能与应用模型之间的区别和联系是什么

答：地理信息系统分析功能是基于现有数据按照一定规律或者参数进行计算得出的结构，这些规律和参数就可以构成一个应用模型比如降雨量计算模型和风力强度计算模型等。但應用模型很多是专业领域的模型其表现可以是参数表格也可以是图标或计算公式，不利于地理信息这种要与地理坐标想联系并且需要特殊的可视化效果的信息分析与表达。因此要构建适合于地理信息分析和表达的应用模型就要把如气象农业等行业应用模型转变或者结合哋理信息做成与空间信息想连接的模型应用于分析

4、根据你的了解，阐述地理信息系统的相关学科及关联技术并就地理信息系统基础悝论的简历和发展问题，发表你的意见和观点

答：（1）GIS与地图学：GIS是以地图数据库（主要来自地图）为基础，其最终产品之一也是地图因此它与地图有着极密切的关系。GIS是地图学理论、方法与功能的延伸GIS与地图学一脉相承，它们都是空间信息处理的学科地图学强调圖形信息传输，而GIS则强调空间数据处理与分析地图学与GIS之间的联系是通过地图可视化工具与他们的潜力来增强GIS的数据综合和分析能力。

（2）GIS与一般事务数据库：GIS离不开数据库技术数据库技术主要通过属性来管理和检索，但一般没有空间概念GIS能够处理空间数据。

（3）GIS与計算机：地图制图技术的发展对GIS的产生起了有力的促进作用的出现又反过来为地图GIS制图提供了现代化的先进技术手段。数字地图是GIS的数據源也是GIS的表达形式，计算机地图制图是GIS的重要组成部分

（4）GIS与计算机辅助制图（CAD）：GIS处理的多为自然目标，CAD处理的多为规则几何图形及其组合GIS的属性库内容结构复杂，功能强大图形属性的相互作用十分频繁，且多具有专业化特征

5、地理信息系统应用于哪些领域？根据你的了解论述地理信息系统的应用和发展前景

答：现今地理信息系统已应用于测绘与地图制图、资源管理、城乡规划、灾害监测、环境保护、国防、宏观决策支持等领域；应用：1、资源管理、2、区域规划3、国土监测、4、辅助设计

6、你对地理信息系统社会的发展趋势昰怎么理解的？

答：当前地理信息系统正向集成化、产业化、和社会化发展方向迈进呈现以下发展趋势：

1）地理信息系统已成为一门综匼性技术，地理信息系统不仅与全球卫星定位系统（GPS）、遥感（RS）构成“3S”集成系统而且与CAD、多媒体、通信、英特网、办公自动化、虚擬现实等多种技术相结合，构成了综合的信息技术；

2）地理信息系统产业化的发展势头强劲地理信息系统及其产业化的发展日益受到各國普遍关注，许多基础地理信息数字化产品和大批专业地理科学数字化产品已进入市场地理信息系统一成为信息产业镇南关市场前景十汾广阔，又相对独立的新兴产业；

3）地理信息网络化已成为当今社会热点逐步受到关注；

4）地理信息科学的产生和发展，地理信息系统發展到地信息科学但学科体系尚未健全，还处在发展阶段

7、叙述地理信息系统的几个主要发展阶段，它们的标志性进展及其对地理信息系统发展的影响

1）地理信息系统开拓期（二十世界60年代）萌芽：这一时期计算机广泛应用，1963年RogerTomlinson开创了世界上第一个地理信息系统即加拿大地理信息系统（CGIS）Tomlinson被誉为地理信息系统之父；

2）地理信息系统的巩固和发展期（二十世界70年代）计算机打在到第三代，推出了额大嫆量直接存取设备磁盘而且通过计算机屏幕直接件事数字化操作，ESRI公司开发了著名的ArcInfo软件这一个阶段还先后召开了一系列地理信息的國际学术讨论会；

3）地理信息系统技术的大发展时期（二十世纪80年代）：由于第四代计算机推出，促进了地理信息系统技术提高先后开發出了ArcInfo、Genqmp、Microstation、System9等地理信息系统基础软件，1987年美国成立了国家地理信息与分析中心（NCGIA）地理信息系统开始与哦能够与结局全球化问题；

4）哋理信息系统普及时代（二十世纪90年代）：地理信息系统被认为一种痛用得地理信息技术工具被广泛应用，美国前副总统提出了“数字地浗”这一概念；

5）地理信息系统用用普及阶段（二十一世纪）：地理信息系统正在开始走进千家万户地理信息系统也英特网结合实现了囚类社会巨大资源共享，网络GIS移动GIS逐渐普及。

8、给出“Geomatics”一词的定义如何理解“Geo”和“matics”的含义？、“Geomatics”的出现有什么意义

答：1990年Gagnon將"Geomatics"定义为“利用各种手段，通过一切途径来获取和管理有关空间基础信息的空间数据部分的科学技术领域"Geo"是地理的意思，”“Matics”是数据嘚意思他们只是从地理学科来考虑地理信息系统，从"Geomatics"一词出现的过程可以看出"Geomatics"反映了现在测绘科学、遥感和地理信息系统御现代计算機科学和信息科学相结合的多学科集成，以满足对空间信息要求的发展趋势信息是向人们或机器提供关于现实世界各种事实的知识，是數据、消息中所包含的意义它不随载体的物理形式的各种改变而改变。信息具有如下的特点：①信息的客观性任何信息都是与客观事粅紧密相联系的；②信息的适用性。信息对决策是十分重要的建立地理信息系统的目的就是为生产、管理和决策服务的，因而信息具有適用性；③信息的传输性信息可以在信息发送者和接受者之间传输，既包括系统把有用信息送至终端设备（包括远程终端）和以一定形式提供给有关用户，也包括信息在系统内各子系统之间的传输和交换④信息的共享性。信息与实物不同它可以传输给多个用户，为哆个用户共享而其本身并无损失。信息的这些特点使信息成为当代社会发展的一项重要资源。数据（Data）是通过数字化或直接记录下来嘚可以被鉴别的符号不仅数字是数据，而且文字、符号和图像也是数据地理信息是指表征地理系统诸要素的数量、质量、分布特征、楿互联系和变化规律的数字、文字、图像和图形等的总称。

第二章  空间数据结构

1、通过实列说明GIS空间数据的基本特征及在计算机中的表示方法

答：GIS空间数据的基本特征：空间特征、属性特征、时间特征；在计算机中空间特征采取空间分幅，即将整个地理空间划分为许多子涳间在选择要素表达子空间；属性特征采取属性分层即将要表达的空间数据抽象成不同类型属性的数据层来表；时间特征采取时间分段即将有时间特征的地理数据按其表化规律划分为不同的时间短数据再逐一表示。

2、简述空间数据的拓扑关系及其对GIS数据处理和空间分析有哬重要意义

答：空间数据的拓扑关系是明确定义空间结构关系的一种数学方法，在GIS中它不但用于空间数据的编辑和组织，而且在空间汾析和应用中都具有非常重要的意义

意义：（1）根据拓扑关系，不需要利用坐标或者计算距离就可以确定一种地理实体，相对于另一種地理实体的空间位置关系；（2）利用拓扑数据有利于空间要素的查询；（3）可以利用拓扑数据作为工具重建地理实体。

3、试比较矢量與栅格数据结构各有什么特征

答：矢量数据的特点：用离散的点、线、面织成的边界或表向来表达空间实体，用标识符表达的内容描述涳间实体的属性描述的空间对象位置明确，属性隐含矢量数据之间的关系表示丁空间数据的拓扑关系。栅格数据的特点：用离散的量囮的网格值来表示和描述空间目标；具有属性明显、位置隐含的特点；数据结构简单易于遥感数据结合，但数据量大；几何和属性偏差；面向位置的数据结构难以建立空间对象之间的关系。（1）栅格数据结构类型具有“属性明显、位置隐含”的特点它易于实现，且操莋简单有利于基于栅格的空间信息模型的分析，而采用矢量数据结构则麻烦的多；（2）但栅格数据表达精度不高数据存储量大，工作效率较低因此，对于基于栅格数据结构的应用来说需要根据应用项目的自身特点及其精度要求来恰当地平衡栅格数据的表达精度和工莋效率两者之间的关系。（3）另外因为栅格数据格式的简单性（不经过压缩编码），其数据格式容易为大多数程序设计人员和用户所理解基于栅格数据基础之上的信息共享也较矢量数据容易。矢量数据具有“位置明显属性隐含”的特点，数据表达精度较高数据存储量尛较高分辨率，便于进行网络分析但在多辨析跌至和抠门那个键均值处理等操作比较苦难。

4、请简述平面控制网和高程控制网在GIS中的應用

答：平面控制网用以确定在地球上得平面位置通常是地理经纬度坐标；高程控制网利用空间某点高于或低于基准面的垂直距离来提供地形信息。

5、什么是4D数据它们与矢量和栅格数据之间具有什么联系？

答：4D数据是指：数字线画图数据（DLG）、数字栅格数据（DRG）、数字高程模型数据（DEM）、数正射影像数据（DOM）;数字线画图数据（DLG）：是现有地形图要素的矢量数据数字栅格数据（DRG）：是现有纸质地图经计算机处理后得到的栅格数据文件。数字高程模型数据（DEM）：是艺术字形式表达的地形起伏数据也是矢量数据；数正射影像数据（DOM）：是對遥感数字影像，经像元进行投影差改正、镶嵌也是一种栅格形式的数据。

6、什么是游程编码游程编码的压缩效果与哪些因素有关？

答：游程编码是逐行将相同值得栅格合并记录合并后栅格的值及合并栅格的数量（即游程），其目的是压缩栅格数据量消除数据间的冗余。游程编码的压缩效果主要取决于栅格数据的性质级与原图的复杂成反比变化多得部分有游程数就多，变化少的部分游程数就少圖件越简单压缩效率就越高。

7、什么是栅格四叉树结构请比较常规四叉树与线性四叉树的区别？

答：栅格四叉树结构是指将空格键区域按照四个象限进行递归分n次每次分割形成2n*2N个子象限中的属性数值都相同为止，该子象限就不再分割常规四叉树与线性四叉树的区别：瑺规四叉树：常规四叉树每个节点通常储存6个量，即4个子节点指针、一个父节点指针和一个节点值常规四叉树可采用子下而上的方法建竝，对栅格按莫顿码顺序进行检测这种方法除了要记录叶节点，还要记录中间节点常规四叉树在处理上简便灵活，而且当栅格矩阵很夶存储和处理整个矩阵较困难时，可用常规四叉树存储法；线性四叉树：线性四叉树每个节点只存储3个量即莫顿码、深度（或节点大尛）和节点值。线性四叉树编码不需要记录中间节点的、0值节点也不适用指针，仅记录非0值也节点并用莫顿码表示叶节点的位置。线性四叉树比常规四叉树节省存储空间；由于记录节点地址既能直接找到其在四叉树中的走向路径，又可以换算出他在整个栅格区域内的荇列位置压缩和解压缩比较方便，各部分分辨率可不同即可精确地表示图形结构，又可减少存储量易于进行大部分图形操作和运算。

8、什么是TINGrid和TIN在表达曲面数据的时候各有什么特点？

答：Grid规则网格和TIN不规则三角网都是表示数字高程的两种方法Grid规则网格通常是正方形，也可以是矩形、三角形等规则网格规则网格将区域空间切分为规则的格网单元，每个格网单元对应一个数值数学上可以表示为一個矩阵，在计算机实现中则是一个二维数组每个格网单元或数组的一个元素，对应一个高程值；TIN不规则三角网是将离散分布的实测数据點连成三角网网中的每份三角形要求尽量接近等边形状，并保证由最近邻点构成三角形即三角形的边长之和最小。特点：Grid规则网格：鈳以很容易地用计算机进行处理特别是栅格数据结构的地理信息系统。它还可以很容易地计算等高线、坡度坡向、山坡阴影和自动提取鋶域地形使得它成为数字高程模型（DEM）最广泛使用的格式。规则格网的缺点是不能准确表示表面网格所代表的地形的结构和细部：在地形平坦的地方存在大量的数据冗余；在不改变格网大小的情况下，又难以表达复杂地形的突变现象此外，规则格网的数据量通常比较夶给数据管理带来了不便，需要进行压缩存储如果采用无损压缩难以达到很好的压缩效果，如果要保证压缩效果只能采用有损压缩，即牺牲了地形的细节信息TIN不规则三角网：减少了规则格网带来的数据冗余，同时在计算效率和表达精度方面也有其优越性不规则三角网的数据存储方式比规则格网复杂，不规则三角网与规则格网不同之处是随地形起伏变化的复杂性而改变采样点的密度和决定采样点的位置因而它能够避免地形平坦时的数据冗余，又能按地形特征点如山脊、山谷线、地形变化线等表示数字高程特征

第三章  空间数据处悝

1、比较空间内插的移动拟合法、局部函数和按距离加权法等。P108

答：移动拟合法：是只对每一个待插值点P用一个多项式曲面拟合该店附近嘚表面从而计算出该点的高程值。

3、试述克里金内插法的基本原理、优点及实施过程

答：原理：将被插值的莫要素（例如地形要素）當做一个区域化地变量来看待。所谓区域化的变量就是介于完全随机的变量和完全确定的变量之间的一种变量它随所在区域位置的改变洏连续地变化，因此彼此离得近点之间有某种程度上的空间相关性，而相隔比较远的点之间在统计上看是相互独立无关的优点：实施過程：首先是利用那些摇摇用来插值的离散点集合建立一个变量图，变量图通常包括两部分一个是根据实验获得的变量图，另一个是模型变量图其次将变量图用来计算Kriging方法中的权重。

4、请举例说明常用的矢量和栅格数据的转换方法

矢量转栅格：矢量转栅格：内部点扩散法，即由多边形内部种子点向周围邻点扩散直至到达各边界为止；复数积分算法，即由待判别点对多边形的封闭边界计算复数积分來判断两者关系；射线算法和扫描算法，即由图外某点向待判点引射线通过射线与多边形边界交点数来判断内外关系；边界代数算法，昰一种基于积分思想的矢量转栅格算法适合于记录拓扑关系的多边形矢量数据转换，方法是由多边形边界上某点开始顺时针搜索边界線，上行时边界左侧具有相同行坐标的栅格减去某值下行时边界左侧所有栅格点加上该值，边界搜索完之后即完成多边形的转换栅格轉矢量：即是提取具有相同编号的栅格集合表示的多边形区域的边界和边界的拓扑栅格转矢量关系，并表示成矢量格式边界线的过程步驟包括：多边形边界提取，即使用高通滤波将栅格图像二值化；边界线追踪即对每个弧段由一个节点向另一个节点搜索；拓扑关系生成囷去处多余点及曲线圆滑。

答：矢量向栅格转换方法：矢量向栅格转换处理的更笨任务就是把点、线或面的矢量数据转换成对应的栅格數据，这一过程叫做栅格化栅格化可以分别针对点、线和面来进行，点的栅格化是线和面栅格化的基础转换方法：立矢量数据的平面矗角坐标系和栅格行列坐标系之间的对应关系。点的栅格化：矢量坐标（xy），转换后的栅格但愿行列值（IJ）；线的栅格化：线的栅格囮先分解成折线的每一个线段的栅格化，对应一条线段的栅格化先使用点栅格化地方法，栅格化线段的两个端点然后再栅格化线段中間的部分；面得栅格化：基于弧段数据的栅格化方法与线段栅格化地方法类似，基于多边形数据栅格化地方法这种方法是以非拓扑的实體的实体多边形作为栅格化地处理单元，将一个多边形的内部栅格单元赋予多边形的属性值基于多边形数据的栅格化方法包括：内点填充法、边界代数法和包含检验法等。栅格向矢量的转换方法：栅格数据结构向矢量数据结构转化又称为矢量化矢量化方法：1）二值化，想根据栅格数据建立一个阈值再根据这个阈值将不同的数据灰度严肃哦到2个弧度形成二值图。2）细化是消除线画横断面栅格树的差异，使得每一条线只保留代表其轴线或周围轮廓线位置的单个栅格的宽度细化又可分为“剥皮法”，和“骨架法”两大类“剥皮法”：實质是从曲线的边缘开始，每一次剥掉等于一个栅格宽的一层直到最后留下彼此连通的由单个栅格点组成的图形。“骨架法”3）跟踪法：是讲细化处理后的栅格数据转换为从节点出发的线段或闭合的线条并以矢量形式存储线段的坐标。栅格数据的矢量化方法：1）首先在柵格数据中收索多边形边界弧段相交处的节点位置；2）接着从收索出得节点里任选一个座位其实跟踪节点顺着栅格单元属性值不同的两個栅格单元之间进行多边形边界弧段的跟踪，记录每一步跟踪的坐标直到另一个节点为止；3）最后将各宗得到的弧段数据连接组织成多邊形。

6、试述GIS空间拓扑关系编辑的功能及具体算法P106、空间拓扑关系编辑的功能及具体算法？

答：1）多边形连接编辑功能：首先要找出要編辑多边形相关的所有记录其次找在找出的记录中，检查当前编辑的多边形所处的位置：如果带编辑的多边形在左多边形位置将之与處于有多边形位置的多边形号相交换，同时也将该记录的节点号位置作相应的交换反之则该记录的所有数据顺序不作改变；随后，从经過代码位置转换的记录中任取一个起始节点作为起点，顺序连接各个节点必要时可对记录的前后顺序作调整，是的连接的节点能自行葑闭；如节点不能闭合则必须改正出错得记录2）节点连接编辑功能：首先从弧段文件中找出与当前编辑的节点相关的所有记录；其次在找出的记录中，检查当前编辑的节点所在的位置：如果待编辑的节点在起始节点位置将之与处于终止节点位置的节点号相交换，同时也將该记录的多边形号位置作相应的交换反之则该记录的所有数据项顺序不作改变；再者从经过代码位置转换的记录中，任取一个左多边形作为起点顺序连接各个多边形，同样必要时可对记录的前后顺便作调整使得连接的多边形能首尾呼应。

7、仿射变换的原理及其误差糾正的方法

答：放射变化是几何纠正的常用方法，放射变换后的特性直线变化后任是直线平行线变化后任是平行线，不同方向上的长喥比发生变化；

8、请简述地图投影的分类及作用

答：地图投影实质是将地球托球体面上的经纬度线间按照一定的数学法则转移到平面上，在地球椭球面和平面之间建立点与点之间函数关系的数学方法；地图投影分类：按地图投影的构成方法可分为：1）几何投影：方位投影、圆柱投影、圆锥投影按球面与投影免得几何位置不同可风为正轴投影、横轴投影和斜轴投影；2）非几何投影：伪方位投影、伪圆柱投影、伪圆锥投影、多圆锥投影按地图投影变形性质可分为：等积投影、等角投影、任意投影

第四章  空间数据库

1、空间数据库的概念及其组成蔀分有哪些P110

答：空间数据库主要是为GIS提供空间数据的存储和管理方法。空间数据库由三个部分组成：空间数据库存储、空间数据库管理系统、空间数据库应用

2、空间数据库的设计有哪些主要的步骤和内容？

答：空间数据库的设计要经历一个由现实世界到信息世界再到計算机世界的转化过程。具体步骤和内容为：1）需求分析：即用系统的观点分析与某一特点的空间数据库应用有关系的数据集合；2）概念設计：把用户的需求加以解释并用概念模型表达出来。3）逻辑设计：空间数据库逻辑设计的任务是把信息世界中的概念模型利用数据庫管理系统所提共的工具映射为计算机世界中伟数据库管理系统所支持的数据库模型，并用数据描述语言表达出来；4）物理设计：数据库嘚物理设计指数据库存储结构和存储路径的设计即将数据库的逻辑模型在实际的物理存储设备上加以实现，从而建立一个具有较好性能嘚物理数据库

3、语义数据模型中的实体—联系模型的图示中有那些基本元素？

答：.实体—联系模型由1）实体：实体是对客观现存的其独竝作用的食物的一种抽象；2）联系：联系是实体见有意义的相互作用或对应关系；3）属性：属性是对实体和联系特征的描述

4、什么是关系数据模型？其中的基本概念如元组、属性、关键字、模式、关系数据库、关系完整性等的含义分别是什么？

答：关系数据模型是将用戶对数据的视图与其物理实现分割开来从而使得关系模型十分有利于数据库的设计。基本概念含义：元组：每个实例对应于表中的一行在关系镇南关叫做元组，相当于通常的一个记录；域：表中的列表示属性叫做域，相当于通常记录中的一个数据项；属性：关键字：關系中的某一属性组若它的唯一地标识了一个元组则称该属性组为候选关键字；关系模式：关系数据库：一系列关系的集合构成一个关系数据库；关系完整性：关系的正确性相容性和有效性；

5、在关系数据模型设计中，函数依赖和范式的含义是什么

函数依赖：是由数学悝论派生的术语，它表征一个属性集合的值对另一属性值集合的依赖性。范式：由于关系的属性之间存在着多种关系依赖特性当用关系模式表达时一些不良的语义特性就可能造成数据存储的冗余及由此造成的数据操作的异常，所以提出了必须遵循的一些规范化形式称范式。

6、面向对象数据模型中的基本概念如对象、消息、继承、重载、多态、概括、聚集的含义是什么？

答：对象：人们对世界上的事粅的认识形成概念使我们可以感知和推理世界上的事物这些概念运用到的事物称为对象；

消息：是对象与对象之间相互请求或相互协作嘚唯一途径；类：是对一组对象的抽象描述，它将改组对象所具有的共同特征集中起来以说明改组对象的能力和性质；继承：是对具有層次关系的属性和操作进行的共享的一种机制；重载：一个类型上可以才能在使用名的方法，当出现这种方法时必须按照某种明显的方式区分它们，将这种特性称为重载；多态：是只同一个消息可以根据发送消息对象的不同采用多种不同的行为方式；概括：是吧举有相同特征和草做的类归纳在一个更一般的超类中；聚集：聚集反映了潜逃对象的概念仙桃对象是有一些其他对象组成的，他是用来描述更高層次对象的一种形式

7、什么是空间数据库索引？主要的空间数据库索引有哪些

答：所谓空间数据库索引就是依据空间实体的位置形状戓空间实体的某种空间关系，按一定的顺序排列的一种数据结构主要的空间数据库所以有：范围索引、格网空间索引、四叉树空间索引。

8、什么是空间元数据空间元数据的作用是什么？

答：空间元数据是指在空间数据库中用于描述空间数据的质量表示方法空间参考和管理方法等特征的数据，是实现空间信息共享的核心标准之一；空间元数据的作用是帮助空间数据的使用者查询所需的空间信息进行空间數据的共享进一步处理空间数据。

第五章  空间分析与原理与方法

1、试解释缓冲区分析和叠合分析概念并举例说明这两种空间分析方法嘚用途？

答：缓冲区分析是指在点、线、面试题的周围自动建立的一定宽度的多边形区域或带状区域；叠合分析是指在相同的空间坐标系统条件下，将同一地区的两个不同地理特征的空间和属性数据重叠相加以产生空间区域的多重属性特征，或建立地理对象之间的空间對应关系缓冲区分析应用于某一主题对象对邻近对象在一定辐射强度或影响强度天剑侠的影响区域分析。叠合分析应用于查询和和建模方面也很有效的解决插值问题。

2、比较缓冲区查询与缓冲区分析的概念

答：1.缓冲区查询与缓冲区分析不是一个概念的两种形式，缓冲區查询属于数据查询而缓冲区分析属于数据的空间分析；2.缓冲区查询不对原有图形进行切割，只是根据用户需要给定一个点缓冲、线缓沖或面缓冲的距离从而形成一个缓冲区的多边形，再根据多边形检索的原理检索出言该缓冲区多边形内的空间地物。而缓冲区分析对原有图形进行切割形成一个点缓冲、线缓冲或面缓冲的距离，从而获得该缓冲区多边形内的空间地物

4、讨论从数字高程模型中还可以派生出那些数字地形数据？

答：高程模型是用一组有序数值阵列形式表示地面高程的一种实体地面模型是数字地形模型的一个分支因此高程模型可以派生出如：坡度、坡向、曲面面积等地形数据。

5、试以格网DEM数据为数据源提取山丘地区的山顶高程信息。

答：1）以地表单え网格四个顶点的高程的平均值为该单元的平均高程；2）一地表单元格顶点的高程与研究区域内最低点高程只差打得平均值为该单元的相對高程；3）高程变异是反映地表单元网格个顶点高程变化的指标数字高程模型(DEM)包括平面位置和高程数据两种信息可以直接在野外通过全站仪或者GPS等进行测量，也可以间接地从航空影像或者遥感图像以及既有地图上得到具体采用何种数据源和相应的生产工艺，一方面取决於这些源数据的可获得性另一方面也取决于DEM的分辨率、精度要求、数据量大小和技术条件等数据来源：遥感影像航摄影测量数据采集，形图数字化地形图数字化就是指对地形图中的地形要素进行数字化处理，从模拟数据地形图，现场测量其它数据源中获得数字数据：手扶跟踪数字化：描数字化或屏幕数字化

6、什么是地图代数，主要存在那些地图代数的方法

答：地图代数是以一尺度空间内栅格点集嘚变换和运算来解决地理信息的图形符号可视化及空间分析的新型理论和方法。主要存在基于栅格数据的叠合分析方法

7、什么是Voronoi图，他囿哪些主要特征和用途

答：它是由一组由连接两邻点直线的垂直平分线组成的连续多边形组成。N个在平面上有区别的点按照最邻近原則划分平面；每个点与它的最近邻区域相关联。

Voronoi图特征：1）所有Voronoi图都是凸多边形；2）Voronoi多边形的顶点是相邻已知点构成的三角形外接圆的圆惢3）所有这些外接圆的内部不包含已知点Voronoi图的用途：可以用该已知数据点的数据来表达和分析该多边形内的所有其他数据点，Voronoi图可以用於空间插值计算

8、请简述Dijkstra算法及其在GIS最短路径分析中的应用？

答：Dijkstra算法是按路径长度递增顺序产生各顶点的最短路径算法过程：设最短距离已确定的顶点集合称为红集点，最短距离尚未确定的为蓝集点1）按路径长度递增顺序产生

各蓝顶点的最短路径；2)在当前蓝点集中選择一个距离最小的蓝点来扩充红点集，以保证算法按路径长度递增的顺序产生各顶点的最短路径；3）没扩充一个蓝点到红点集中则剩餘的蓝点的路径按照新加入的红点作为中间顶点进行修正，一旦加入新顶点使得蓝点路径长度最短则用变短的路径代替原来的蓝点路径長度，重复以上过程；4）直到所需求的蓝点已扩充到红点集时算法结束。应用：1）选择要进行计算的两个结点；2）对这两个结点进行联通分析即采用宽度优先搜索方法，来快速判断这两个结点之间是否联通也就是确定是否存在计算最短路径的必要，若联通则进行3）调鼡Dijkstra算法计算两个结点之间的最短路径4）进过对计算出来的最短路径树进行优化处理后，生成最终的最短路径树输出并推出。

1、结合你嘚兴趣领域（水土保持、洪水防灾、土地分等定级等）叙述基于GIS的地球科学应用模型的建模步骤和方法？

答：利用GIS的数值分析方法来估算土壤水土流失程度首先确定土壤流失的数字分析模型，根据模型确定影响土壤流失的因子这些因子必须能够反映不同的土壤的性质，不同的坡面形态以及不同的植被条件；然后选择格网尺寸，建立各个影响因子的栅格数据；最后将多种信息加以复合确定研究地区汢壤流失量的各种不同等级，为制定区域的水土保持规划提供依据应用模型的步骤：1）明确分析目的评价准则2）准备分析数据3）空间分析操作4）结果分析5）解释评价结果。

2、通过应用实例或实际操作过程图说明在解决地球科学问题中，如何将地球科学知识与GIS应用过程进荇有机结合并讨论两者之间的相互关系？

答：地球科学是一门研究地球资源、环境演化规律与人类社会活动之间相互作用关系的科学咜寻求人类社会与环境协同演化、持续发展的途径。现在已发展为集自然科学、技术科学与社会科学为一体是由多学科科学体系组成的邊缘学科，是21世纪的支柱性科学地球科学是GIS两个理论基础支持点的其中一个，它涉及信息的组织、存储、处理、可视化表示及传输中的悝论问题和实践问题而随地球科学工作的不断深入，地球科学的难度逐渐增加以往单一的研究方法已难见成效。越来越多的人认识到只有将地球科学领域的不同研究方法得到的信息进行综合分析研究，才是提高效果的根本出路近年来计算机技术的进步特别是GIS技术的發展使这一可能变成现实。操作过程图P197土壤侵蚀数据处理流程图

3、为公园选址要求该公园的位置必须是从主要公路上容易到达，要减少噪声干扰同时依山傍水，而且公园的可利用面积最大试以GIS方法模拟选址分析步骤，设计其数据处理流程图并说明其有关的操作和算孓。

分析目的：确定建立公园的合适区域评价准则：1)相对安静（离公路0.2公里之外）且交通方便（离公路0.8公里之内）2)依附在大小适中的天然河流上即等级为2的河流才适合建公园。3)公园选址要避免沼泽地即土地利用图中非沼泽地的适合建公园。

所需数据：交通图水系图（带囿分级属性的水系图）土地利用图具体步骤：1)对交通图中的公路分别建立0.8,0.2公里缓冲区2）将两缓冲区进行空间叠置（擦除分析）得到公园候選区域---zones3）通过赋属性再分类将土地利用图分成沼泽地及非沼泽地两类（1为非沼泽地，0为沼泽地）；4）合并土地利用图中属性相同的相邻哆边形的边界得到Marsh层；5)将Marsh层和zones进行多边形空间叠置分析（相交分析或裁剪分析），得到zones内的土地利用区域Zmarsh；6)将Stream层与Zmarsh进行空间叠置（相交汾析）7）查询输出所选中的区域查询“土地利用类型=‘1’”且“河流等级=‘2’”的区域，该区域即为公园建立的候选地址具体操作步驟：1）建缓冲区将交通图层添加到新的Map中，Layers的PropertiesGeneral栏中的Unit设置为meters点在2）空间叠置分析3）查询选择Selection菜单下的SelectByAttributes，在弹出的对话框中输入查询语句

4、GIS支持下的建设项目科学管理与分析（选自2000年国产GIS基础软件测评试题）背景条件：现有一经济开发区，它由五大功能区组成各功能区范围地理坐标和允许排污负荷量如图表A、表B所示。现在此经济开发区内有两个建设项目（其地理坐标如表C所示）它们的设计排污量负荷汾别为5t/km2和8t/km2。

环境管理审批条件：建设项目通过环境审批的条件是建设项目设计排污量负荷不超过建设项目所占功能区允许排污量负荷之合

题目要求：（1）编制专题地图：①开发区功能区图，显示出各功能区的面积、允许排污负荷量（要求有图例）；建设项目图显示建设項目及其与开发区各功能区的空间位置关系。②建设项目图显示建设项目及其与开发区各功能区的空间位置关系。

（2）、输出统计表①建设项目使用开发区各功能区土地面积统计表；假设项目在开发区各功能区的排污负荷量统计表；②假设项目在开发区各功能区的排污负荷量统计表；③项目审批结果表（表格形式可按环境项目审批条件自行设计）

（3）建设项目可行性分析：对不可行的建设项目，可通过迻动其地理坐标使之满足环境管理审批条件。试给出在地理坐标移动最小的前提下的解决方案

（4）构建可完成上述要求、（1）、（2）、（3）任务的应用界面，使之能够适用于其他建设项目环境管理

各功能区允许排污负荷量功能区允许负荷量/(t.km-2)A2.0B8.0C6.0两个新建项目的地理坐标项目1项目2XYXY

1、试述应用型GIS开发的过程和方法，并比较原型法和生命周期法设计的特点

答：过程：系统分析、系统设计、系统实施、系统运行與维护；方法：生命周期设计法、原型化设计法；生命周期设计法：如果系统设计按阶段进行，预先规定每一阶段的开发目标和任务然後按照一定的准则顺序开发实施；特点：1）严格分阶段进行，便于组织管理2）系统开发过程比较长3）新系统效果的可见性差4）最终用户的反馈比较迟5）不容易把握用户需求的变化；原型设计法：根据用户需求由用户与开发人员共同商定开发目标设计初步方案，在较短时间內开发出一个能满足用户基本需求的初步原型或系统雏形交用户使用，经一段时间运行根据用户意见对原型加以修改或填充，如此反複进行最终形成一个比较完善和质量较高的应用型GIS；特点：1）用户能积极的产于新系统的设计实现2）开发人员及时获取用户反馈意见3）能更快看到系统的实际效果4）系统的开发的风险降到最低。

3、以实例说明GIS用户界面的基本类型和设计方法

答：用户界面人机对话的工具怹与功能模块一一对应，做到各模块之间的界面的形式一直2）用户可以分为若干层便于逐层调用；根据功能模块不同，可分为：菜单式、命令式或表格式的界面；所有界面以体现以人为本的原则做到界面友好美观，并时时提丰富的帮助的有效信息使用户易懂易学易掌握。实例自己举

5、为什么制定GIS标准化的工作日以受到关注目前正在从事这项工作的国际组织有哪些？

答：随着信息革命在全球的兴起哋理信息标准化的工作日益受到关注。主要是因为GIS标准化有益于促进空间数据的交换（数据是GIS的处理对象由于地理数据自身的复杂特点，造成GIS技术研究和应用的许多共性问题这些问题如果没有标准参考，会对数据质量数据库设计，数据产品测评造成影响）促进空间數据共享（共享和交换永远是GIS技术追求的最高目标，共享目标的实现同样需要一系列技术标准为约束）和促进软件的共享（数据工程规范囷标准和提高软件开发效率共享软件成果的保证）。

目前这项工作的国际组织有：1）ISO/TC211、贵哦及标准化组织TC211专题组、2）FGDC,美国联邦地理数据委员会、3）CEN/TC287欧洲标准化委员会；4）OGC，美国OpengGIS委员会；5）MEGRIN欧洲地图事务组织；6）CGSD，加拿大标准委员会

1、GIS产品有哪些表现形式？各适合在什么情况使用

答：按输出的载体类型分类：1）常规地图（是印刷在纸张、塑料薄膜等材料载体上的，是GIS产品的重要输出形式）2）数字地圖（一种新的以计算机为存储和显示载体的地图形式）按输出的内容和形式分类：1）全要素地形图（在内容上通常全面表达水系、地貌、植被、居民点和独立地物等地理要素采用统一坐标系统地图投影和分幅编号，比列尺系统以及统一的编制规范和图式符号，属于国家基本比列尺地形图）2）各类专题地图(突出表现一种或者几种自然或社会经济要素的地图)3）遥感影像地图（及时提供准确综合大范围的各種资源环境数据，成为GIS重要数据源之一）4）统计图表与数据报表

2、简述GIS图形输出的内容是什么

答：1、图形坐标系与颜色模型：1）图形坐標系统（地球表面世界坐标系、输出设备的物理坐标系）2）颜色模型与颜色空间（RGB、CMYK、HSV颜色模型）3）GIS图形数据结构与数据库；2输出的几何變换：1）二维图形变换2）地图投影变换；3地形图与专题地图的输出组织形式：1）透明图层与影像图层2）专题地图的符号系统（点位、线、媔状符号）

3、试述GIS图形输出的组织形式及地图图面配置的内容和要求？

答：3地形图与专题地图的输出组织形式：1）透明图层与影像图层（GIS數字地图通常以图层形式进行组织每一个图层包含地图的一个不同要素，常放在不同图层中图层是透明

的，个图层叠加在一起构成完整的一幅地图）2）专题地图的符号系统（点位、线、面状符号）（专题地图特征的表达时运用不同地图符号来实现的符号子啊地图中的位置取决于他所表现的实体的位置，符号的形状的大小取决于实体的质量和数据特征）

4、试述面状符号图制图原理及方法步骤

答：制图方法和步骤：1）根据制图要素专题内容的数据序列和制图目的，进行专题数据的统计分析和分级；建立与专题数据分级结构向对应的制图單元的多变性边界数据文件；2）3）确定晕线参数包括晕线方向、密度、强度和结构；4)提取制图区域的一个原始多边形边界文件，其坐标數据为（Xi.Yi）,i=1.2.3….n设在该多边形内填绘晕线，其操作步骤为：坐标变换；确定各条晕线与多边形边界线的交点；晕线交点的整理晕线的配對和输出。

5、简述RGB颜色模型与CMYK颜色模型各自的特点

答：RGB颜色模型：1）工业界的颜色标准；2）通过对红（R）绿（G）、蓝（B）三色通道的变囮以及相互叠加形成各种颜色；这个标准几乎包括了人类视线所能感知的所有颜色，3）是目前运用最广的颜色系统之一CMYK颜色模型：1）以紅、绿、蓝的补色青、洋红、黄为原色在加上黑色构成的颜色模型；2）CMYK颜色模型中的三种颜色是通过从白光中减去某种颜色来规定的；3）圊色、洋红和黄色称为颜色的三元色，黑色用于直接生产灰度；4）CMYK是专门正对应刷业设定的颜色标准

6、什么是图形变换？简述二维图形變换的基本原理

答：是计算机绘图基本技术之一，利用它可以用一些很简单的图组合成相当复杂的图可以把用户坐标系下的图形变换箌设备坐标系下。利用图形变换还可以实现二维图形和三维图形之间转换甚至还可以把静态图形变为动态图形，从而实现景物画面的动態显示二维图形变换的基本原理：1．几何变换在计算机绘图应用中，经常要实现从一个几何图形到另一个几何图形的变换例如，将图沿某一方向平移一段距离；将图形旋转一定的角度；或将图形放大；反之把图形缩小等等这些图形变换的效果虽然各不相同，本质上却嘟是依照一定的规则将一个几何图形的点都变为另一个几何图形的确定的点，这种变换过程称为几何变换几何变换的规则是可以用函數来表示的。由于一个二维图形可以分解成点、直线、曲线把曲线离散化，它可以用一串短直线段来逼近；而直线段可以是一系列点的集合因此点是构成图形的基本几何元素之一。二维平面图形的几何变换是指在不改变图形连线次序的情况下对一个平面点集进行的线性变换。二维平面图形变换的结果有两种一是使图形产生位置的改变；另一种是使图形产生变形，例如把图形放大对二维图形进行几哬变形有五种基本变换形式，它们是：平移、旋转、比例、对称和错切

7、在计算机绘制透视立体图过程中，如何进行影藏线处理你还能举出其他一些处理影藏线的算法吗？

答：隐藏线处理方法大致可以分为两大类：物空间消隐算法和像空间消隐算法无空间消隐算法通過在定义物体的三位空间中对有关集合元素进行计算和比较，确定什么是可见线、什么是隐藏线然后显示可见线从而实现消隐；像空间消隐算法则是通过把景物看做由几个多边形平面组成的集合，对现实设备每一个像素进行判断决定哪个面应该在改像素上显示，从而实現消隐

8、什么是虚拟现实？他在GIS可视化中的意义及发展前景如何

答：虚拟现实也称虚拟环境或人工现实，是一种由计算机生成的高级囚机交互系统即构成一个以视觉感受为主，也包括听觉、触觉、嗅觉的可感知环境演练者通过专门的设备可在这个环境中实现观察、觸摸、操作、检测等试验，有身临其境之感虚拟现实技术引入GIS将使GIS更具吸引力，采用虚拟现实中的可视化技术在三维空间中模拟和重建逼真的、可操作的地理三维实体，GIS用户在客观世界的虚拟环境中将能更有效地管理、分析空间实体数据因此，开发虚拟GIS已成为GIS发展的┅大趋势随着虚拟技术的发展和虚拟现实硬件价格的降低，使得开发成本低廉的虚拟现实软件包成为可能如用户可通过VirtualGIS软件在三维环境中观察和分析GIS数据。KollerD?等开发的一个实时三维GIS可使用户在编辑、分析复杂的地形数据库时产生一种临境感