第一章作业.docx
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第一章作业
第一章作业
什么是信息,数据以及他们之间的关系特点?
信息是现实世界在人们头脑中的反映。
它以文字、数据、符号、声音、图象等形式记录下来，进行传递和处理,为人们的生产，建设，管理等提供依据。
数据:
指输入到计算机并能被计算机进行处理的数字、文字、\符号、声音、图象等符号。
两者关系：
数据是信息的表达、载体，信息是数据的内涵，是形与质的关系。
只有数据对实体行为产生影响才成为信息，数据只有经过解释才有意义，成为信息。
1）信息与数据是不可分离的。
2）信息由与物理介质有关的数据表达，
3）数据中所包含的意义就是信息。
4）数据是记录下来的某种可以识别的符号，具有多种多样的形式，也可以加以转换，但其中包含的信息内容不会改变。
5）信息可以离开信息系统而独立存在，也可以离开信息系统的各个组成和阶段而独立存在；
6）而数据的格式往往与计算机系统有关，并随载荷它的物理设备的形式而改变。
7）数据是原始事实，而信息是数据处理的结果。
8）不同知识、经验的人，对于同一数据的理解，可得到不同信息。
什么是地理信息以它的特点?
定义：
指与研究对象的空间地理分布有关的信息。
它表示地理系统诸要素的数量、质量、分布特征，相互联系和变化规律的图、文、声、像等的总称。
特点：
1、地域性：
地理信息属于空间信息，位置的识别与数据相联系，它的这种定位特征是通过公共的地理基础来体现的。
2、多维结构：
指在同一位置上可有多种专题的信息结构。
如某一位置上的地理信息包括（例图）
3、时序特征：
时空的动态变化引起地理信息的属性数据或空间数据的变化。
因此，一
实时的GIS系统要求能及时采集和更新地理信息，使得地理信息具有现势性。
以免过时的信息造成决策的失误或因为缺少可靠的动态数据，不能对变化中的地理事件或现象作出合理的预测预报和科学论证
什么是GIS及其构成?
GIS是一计算机系统，既然是系统，就要具有系统的基本功能，数据采集、管理、分析和表达，所以每个GIS系统都是由若干具有一定功能的模块组成。
构成:
1）用户（GIS服务的对象，分为一般用户和从事建立、维护、管理和更新的高级用户）
2）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）硬件（各种设备-物质基础
4）数据（系统分析与处理的对象、构成系统的应用基础）
GIS的功能与应用？
数据采集与输入、数据编辑与更新、数据存储与管理、数据显示与输出、空间查询与分析：
（空间查询、叠加分析、缓冲区分析、网络分析、地形分析……..）
第二章作业
什么是地理基础?
地理基础是地理信息数据表示格式与规范的重要组成部分。
它主要包括统一的地图投影系统、统一的地理网格坐标系统以及统一的地理编码系统，统一的地图投影系统就是要为地理信息系统选择和设计一种或几种适用的地图投影系统和网格坐标系统。
什么是高斯克吕投影?
它是一种横轴等角切圆柱投影。
（条件：
中央经线和地球赤道投影成为直线且为投影的对称轴；等角投影；中央经线上没有投影变形）
特点:
中央经线上没有变形;同一条纬线上，离中央经线越远，变形越大,同一条经线上，纬度越低，变形越大;等变形线为平行于中央经线的直线.
我国常用坐标系?
北京54坐标系、国家80坐标系、GPS2000中国坐标系
我国基本比例尺地形图有哪些？
1：
100万、1：
50万、1：
25万、1：
10万、1：
5万、1：
2.5万、1：
1万、1：
5000
1：
100万地形图采用Lambert投影，其分幅原则与国际地理学会规定的全球统一使用的国际百万分之一地图投影保持一致。
什么是地图投影及其目的？
将地球椭球面上的点映射到平面上的方法，称为地图投影
目的：
是通过将不可展的球面投影到一个可展曲面上，然后将该曲面展开成为一个平面，来保证空间信息在地域上的连续性、完整性和可测度性。
什么是投影变形？
经过投影的地图，不能与地球表面上相应的距离或面积同时保持图形的完全相似，也就是说，经过投影后，会产生长度、面积、形状的变化，这就叫投影变形。
它包括长度变形，面积变形，角度变形。
什么是地理实体（空间实体）你是怎么理解的？
答：
指自然界现象和社会经济事件中不能再分割的单元，它是一个具体有概括性，复杂性，相对意义的概念。
我的理解：
地理实体类别及实体内容的确定是从具体需要出发的，例如，在全国地图上由于比例尺很小，武汉就是一个点，这个点不能再分割，可以把武汉定为一个空间实体，而在大比例尺的武汉市地图上，武汉的许多房屋，街道都要表达出来，所以武汉必须再分割，不能作为一个空间实体，应将房屋，街道等作为研究的地理实体，由此可见，GIS中的空间实体是一个概括，复杂，相对的概念。
空间数据有哪些基本特征？
属性特征：
（非定位数据），表示实际现象或特征。
例如变量、级别、数量特征和名称等等。
空间特征：
（定位数据），表示现象的空间位置或现在所处的地理位置。
空间特征又几何特征或定为特征，一般以坐标数据表示，如笛卡尔坐标等。
时间特征：
（时间尺度）指现象或物体随时间的变化、其变化的周期有超短期的、短期的、中期的、长期的。
简述实体间的空间关系？
什么是拓扑关系？
其种类如何表达、意义？
答：
1、 拓扑空间关系：
2、 顺序空间关系：
（方向空间关系）
用上下左右、前后、东南西北等方向性名称来描述空间实体的顺序关系，算法复杂，至今没有很好的解决方法。
3、 度量空间关系，主要指实体间的距离关系，远近。
1）在地理空间中两点间的距离有两种度量方法。
a、沿真实的地球表面进行,除与两点的地理坐标有关外，还与所通过路径的地形起伏有关，复杂,引入第二种。
b、沿地球旋转椭球体的距离量算。
2） 距离类别：
欧氏距离（笛卡尔坐标系）、曼哈顿（出租车）距离、时间距离（纬度差）、大地测量距离（大地线）（沿地球大圆经过两个城市中心的距离）。
拓扑空间关系：
指图形保持连续状态下变形，但图形关系不变的性质。
将橡皮任意拉伸，压缩，但不能扭转或折叠。
1）关联性：
（不同类要素之间）结点与弧段；多边形与弧段。
2）邻接性：
（同类元素之间）
多边形之间、结点之间。
邻接矩阵。
重叠：
--邻接：
1不邻接：
0
3）连通性：
与邻接性相类似，指对弧段连接的判别，如用于网络分析中确定路径、街道是否相通。
4）方向性一条弧段的起点、终点确定了弧段的方向。
用于表达现实中的有向弧段，如城市道路单向，河流的流向等。
5）包含性：
指面状实体包含了哪些线、点或面状实体。
6）区域定义：
多边形由一组封闭的线来定义。
7）层次关系：
相同元素之间的等级关系，武汉市有各个区组成。
主要的拓扑关系：
拓扑邻接、拓扑关联、拓扑包含。
拓扑关系的表达：
拓扑关系具体可由4个关系表来表示：
（1） 面--链关系：
面、构成面的弧段
（2） 链--结点关系：
链、链两端的结点
（3） 结点--链关系：
结点、通过该结点的链
（4）链、面关系：
链、左面、右面
拓扑关系的意义：
对于数据处理和GIS空间分析具有重要的意义，因为：
1）拓扑关系能清楚地反映实体之间的逻辑结构关系，它比几何关系具有更大的稳定性，不随地图投影而变化。
2）有助于空间要素的查询，利用拓扑关系可以解决许多实际问题。
如某县的邻接县，--面面相邻问题。
又如供水管网系统中某段水管破裂找关闭它的阀门，就需要查询该线（管道）与哪些点（阀门）关联。
3）根据拓扑关系可重建地理实体。
请简述GIS数据结构有哪些？
答：
1、栅格数据结构：
栅格结构用密集正方形（或三角形，多边形）将地理区域划分为网格阵列。
位置由行，列号定义，属性为栅格单元的值。
2、矢量数据结构：
以矢量方式存储的数据，它由表示位置的标量和表示方向的矢量两部分构成。
3、3矢栅一体化数据结：
将矢量面对目标的方法和栅格元子充填的方法结合起来，具体采用填满线状目标路径和充填面状目标空间的方法作为一体化数据结构的基础。
什么是四叉树编码、基本思想？
树形如何表达（举例）
四叉树概述：
一种可变分率的非均匀网格系统。
是最有效的栅格数据压缩编码方法之一。
基本思想：
将2n×2n象元组成的图像（不足的用背景补上）按四个象限进行递归分割，
并判断属性是否单一，单一：
不分。
不单一：
递归分割。
最后得到一颗四分叉的倒向树。
四叉树的树形表示：
用一倒立树表示这种分割和分割结果
矢量数据结构
英文名称：
vectordatastructure
定义：
以矢量方式存储的数据，它由表示位置的标量和表示方向的矢量两部分构成。
应用学科：
地理学（一级学科）；地理信息系统（二级学科）
以上内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布
是利用欧几里得几何学中的点、线、面及其组合体来表示地理实体空间分布的一种数据组织方式。
这种数据组织方式能最好地逼近地理实体的空间分布特征，数据精度高，数据存储的冗余度低，便于进行地理实体的网络分析，但对于多层空间数据的叠合分析比较困难。
矢量数据结构：
通过记录空间对象的坐标及空间关系表达空间对象的几何位置。
矢量数据结构是对矢量数据模型进行数据的组织。
通过记录实体坐标及其关系，尽可能精确地表现点、线、多边形等地理实体，坐标空间设为连续，允许任意位置、长度和面积的精确定义。
矢量数据结构直接以几何空间坐标为基础，记录取样点坐标。
1）简述GIS数据源有哪些类型？
地图数据，遥感数据，文本数据，统计数据
实测数据，多媒体数据，已有系统的数据
2）简述空间数据的组织方法？
①地理数据的分层：
空间数据可按某种属性特征形成一个数据层，通常称为图层。
分层方法：
专题分层:
每个图层对应一个专题，包含某一种或某一类数据。
如地貌层、水系层、道路层、居民地层等。
2）时间序列分层:
即把不同时间或不同时期的数据作为一个数据层。
②地理数据的分幅：
在GIS的数据组织中，通常将若干幅地图形成的区域当成一个工作单元，称之为工作区（Workspace）。
工作区的边界形状可以是规则的格网，也可以是多边形。
包括经纬度分幅与矩形分幅。
3）什么是分类码、标识码？
分类码：
用一个或一组数字、字符，或数字、字符混合标记不同类别信息的代码。
分类码多采用线分类法，形成串、并联结合的树形结构。
标识码：
在要素分类的基础上，用以对某一类数据中某个实体进行唯一标识的代码。
它便于按实体进行存贮或对实体进行逐个查询和检索，以弥补分类码的不足。
4）简述扫描矢量化的过程？
纸质地图--扫描转换--拼接子图块--裁剪地图--屏幕跟踪矢量化---矢量图合成、接边--矢量图编辑--空间数据库。
屏幕跟踪矢量化流程：
准备扫面地图--栅格图像配准（选择投影单位、输入控制点、编辑控制点）--新建数字化图层--屏幕跟踪矢量化。
5）
简述空间数据交换的标准以及常用GIS交换格式？
1、外部数据交换标准：
GIS数据格式1数据转换外部数据交换格式标准数据转换GIS数据格式2（特点：
自动化程度不高，速度较慢等，但它可解决不同GIS之间的数据转换问题。
它仍然是实现数据共享的主流方式。
我国已发布了GIS的外部数据交换格式，包括矢量数据交换格式、栅格数据交换格式和数字高程模型交换格式标准。
6）什么是空间元数据及其作用？
地理的数据和信息资源的描述性信息。
它通过对地理空间数据的内容、质量、条件和其他特征进行描述与说明，以便人们有效地定位、评价、比较、获取和使用与地理相关的数据。
作用：
（a）用来组织和管理空间信息，并挖掘空间信息资源。
（b）帮助数据使用者查询所需空间信息。
（c）组织和维护一个机构对数据的投资。
（d）用来建立空间信息的数据目录和数据交换中心。
（e）提供数据转换方面的信息。
简述空间数据的坐标变换有哪些内容？
1、图幅数据的坐标变换：
1、比例尺变换：
乘系数2、变形误差改正：
通过控制点利用高次变换、二次变换和仿射变换加以改正3、坐标旋转和平移即数字化坐标变换，利用仿射变换改正。
2、几何纠正：
1、高次变换2、二次变换3、仿射变换。
3、地图投影变换1、解析变换法1）反解变换法（又称间接变换法）2）正解变换法（又称直接变换法）2、数值变换法（利用若干同名数字化点（对同一点在两种投影中均已知其坐标的点），采用插值法、有限差分法或多项式逼近的方法，即用数值变换法来建立两投影间的变换关系式。
）3、数值解析变换法（当已知新投影的公式，但不知原投影的公式时，可先通过数值变换求出原投影点的地理坐标φ，λ，然后代入新投影公式中，求出新投影点的坐标。
）
什么叫做图形编辑？
图形编辑又叫数据编辑、数字化编辑，是指对地图资料数字化后的数据进行编辑加工，其主要的目的是在改正数据差错的同时，相应地改正数字化资料的图形。
理解点的捕捉和线的捕捉的算法？
1、点的捕捉：
设光标点为S（x,y），
某一点状要素的坐标为A（X，Y），可设一捕捉半径D（通常为3～5个象素，这主要由屏幕的分辩率和屏幕的尺寸决定）。
若S和A的距离d小于D则认为捕捉成功，即认为找到的点是A，否则失败，继续搜索其它点。
（捕捉范围由圆改为矩形，这可大大加快搜索速度）。
2、线的捕捉：
设光标点坐标为S（x,y），D为捕捉半径，线的坐标为（x1,y1）,（x2,y2）,…（xn,yn）。
通过计算S到该线的每个直线段的距离d。
.若min（d1,d2,…dn-1）＜D，则认为光标S捕捉到了该条线，否则为未捕捉到。
简化距离公式：
点S（x,y）到直线段（x1,y1）,（x2,y2）的距离d的计算公式为：
举例说明建立多边形的基本过程？
1°从P1开始，起始链定为P1P2,从P2点算起，P1P2最右边的链为P2P5；从P5算起，P2P5最右边 的链为P5P1,...形成的多边形为P1P2P5P1。
2°从P1开始，以P1P5为起始链，形成的多边形为P1P5P4P1。
3°从P1开始，以P1P4为起始链,形成的多边形为P1P4P3P2P1。
4°这时P1为结点的所有链均被使用了两次，因而转向下一个结点P2，继续进行多边形追踪，直至所有的结点取完。
共可追踪出五个多边形，即A1、A2、A3、A4、A5。
什么是空间数据的内插和外推？
内插:
在已观测点的区域内估算未观测点的数据的过程；
外推:
在已观测点的区域外估算未观测点的数据的过程.—--预测。
简述数据压缩的Douglas法？
Ｄｏｕｇｌａｓ－Ｐｅｕｃｋｅｒ算法其基本思想是对每一条曲线的首末点虚连一条直线，求所有点到该直线的距离ｄ，找出最大距离值ｄｍａｘ，用ｄｍａｘ与限差Ｄ相比：
当ｄｍａｘ＜Ｄ时，这条曲线上的中间点全部舍去；否则保留该点，并以该点为界把曲线分为两部分。
在每一部分上再重复上面的过程直到遍历所有的点。
如图：
简述栅格矢量化的过程？
方法一，实际应用中大多数采用人工矢量化法，如扫描矢量化，该法工作量大，成为GIS数据输入、更新的瓶颈问题之一。
方法二，程序转化转换（全自动或半自动）
过程为：
简述空间信息查询的方法和种类？
1、给出图形信息：
如鼠标点取，拉框等方式。
1）检索其相应属性；2）检索其空间拓扑关系
2、给出属性特征条件1）检索对应的空间实体2）查询属性单纯查询：
单纯地查询属性，或只查询空间拓扑关系；联合查询：
将空间数据与属性数据联合查询。
二、空间数据查询种类：
1、几何参数查询：
包括点的位置坐标，两点间的距离，一个或一段线目标的长度，一个面目标的周长或面积等。
2、空间定位查询：
给定一个点或一个几何图形，检索该图形范围内的空间对象及其属性。
1）按点查询：
给定一个鼠标点，查询离它最近的对象及属性---点的捕捉。
2）开窗查询----按矩形、圆、多边形查询分为该窗口包含和穿过的区别。
3、空间关系查询：
1）相邻分析检索---通过检索拓扑关系
2）相关分析检索（不同要素类型之间的关系）--通过检索拓扑关系
3）包含关系查询4）穿越查询5）落入查询6）缓冲区查询7）边沿匹配检索
4、属性查询1）查找：
仅选择一个属性表，给定一个属性值，找出对应的属性记录或图形。
2）SQL查询：
Select属性项From属性表Where条件or条件and条件。
3）扩展SQL：
空间数据查询语言是通过对标准SQL的扩展来形成的，即在数据库查询语言上加入空间关系查询。
5、其它查询方法：
1）可视化空间查询2）超文本查询3）自然语言空间查询
什么是距离，系统聚类法及其基本思想是什么？
距离：
表示相似程度，可以欧氏距离，绝对值距离、相似系数距离等。
系统聚类法：
根据距离，将相似的样本归为一类，把差异大的样本区分开来。
基本思想：
首先是n个样本各自成一类，然后计算类与类之间的距离，选择距离最小的两类合并成一个新类，计算新类与其它类的距离，再将距离最小的两类进行合并，这样每次减少一类，直到达到所需的分类数或所有的样本都归为一类为止。
什么事DEM/DTM,它的表示法？
DEM，（DigitalElevationModels），是国家基础空间数据的重要组成部分，它表示地表区域上地形的三维向量的有限序列，即地表单元上高程的集合，数学表达为：
z=f（x，y）。
DTM：
当z为其他二维表面上连续变化的地理特征，如地面温度、降雨、地球磁力、重力、土地利用、土壤类型等其他地面诸特征，此时的DEM成为DTM（DigitalTerrainModels）。
1）等高线法
2）TIN法
3）规则格网法（Grid）
什么是坡度，坡向？
坡度：
为地表单元的法向与Z轴的夹角，即切平面与水平面的夹角。
在计算出各地表单元的坡度后，可对不同的坡度设定不同的灰度级，可得到坡度图。
坡向：
地表单元的法向量在水平面上的投影与X轴之间的夹角。
什么是通视分析及两点是否通视的算法？
通视分析是指以某一点为观察点，研究某一区域通视情况的地形分析。
两点是否可见的算法：
a）倾角法
格网DEM为例，O（xo，yo，zo）为观察点，P（xp,yp,zp）为某一格网点，OP与格网的交点为A、B、C。
OP的倾角为α观察点与各交点的倾角
为βi（i＝A,B,C）
若tgα＞max（tgβi,i＝A、B、C），
则OP通视
否则，不通视。
b）剖面图
两点连线是否与剖面相交。
简述地形三维图绘制过程？
什么是叠加分析，重分类？
叠置分析是将同一地区的两组或两组以上的要素（地图）进行叠置，产生新的特征（新的空间图形或空间位置上的新属性的过程）的分析方法。
重分类是将属性数据的类别合并或转换成新类。
即对原来数据中的多种属性类型，按照一定的原则进行重新分类，以利于分析。
什么是缓冲区分析其作用？
缓冲区是地理空间目标的一种影响范围或服务范围，具体指在点、线、面实体的周围，自动建立的一定宽度的多边形。
作用：
缓冲区分析是GIS的基本空间操作功能之一，一般应用于求地理实体的影响范围，即邻近度问题。
什么是空间网络分析，最小生成树？
设T为图G的一个生成树，若把T中各边的权数相加，则这个和数称为生成树T的权数。
在G的所有生成树中，权数最小的生成树称为G的最小生成树。
简述Kruskal算法（举例）？
1）
.......
并取权数最小的一条边为T中的边。
2）在剩下的边中，按顺序取下一条边。
若该边与T中已有的边构成回路，
则舍去该边，否则选进T中。
3）重复2），直到有m-1条边被选进T中，
这m-1条边就是G的最小生成树。
举例GIS解决空间问题的一般步骤?
GIS解决空间问题的一般步骤
1）明确目的、要求；
2）收集（准备）数据并建库;
3）确定GIS空间分析步骤；
4）输出结果；
步骤
空间操作
准备全市所有地块信息的数据层，全市公共设施（包括幼儿园、学校）的分布图。
加载图层
查找地面积大于10000平方米的建设用地。
属性再分类
查找地面积大于10000平方米的建设用地中地价不超过1万元/平方米，周围无幼儿园、学校等公共设施建设用地
叠置分析
将选择的地块及相关信息以地图和表格的形式打印输出
导出、打印信息或图层
什
么是空间信息可视化，简述过程？
空间信息的可视化是指运用地图学、计算机图形学和图像处理技术，将地学信息输入、处理、查询、分析以及预测的数据及结果采用图形符号、图形、图像，并结合图表、文字、表格、视频等可视化形式显示，并进行交互处理的理论、方法和技术。
什么是电子地图与GIS的区别？
电子地图，是以地图数据库为基础，以数字形式存储于计算机外存储器上，并能在屏幕上实时显示的可视地图，又称“屏幕地图”、“瞬时地图”。
电子地图与GIS的区别：
电子地图包含了GIS的主要功能，但不是全部功能。
侧重于可见实体的显示，其中较完善的空间信息可视化功能和地图量算功能是一般GIS所欠缺的。
但是相对而言,一些电子地图（集）难予使其可视子空间均具有统一的空间数学基础,因而空间分析相对GIS薄弱，这也是两者的分水岭。
什么是虚拟现实？
虚拟现实（VirtualReality）是一种最有效地模拟人在自然环境中视、听、动等行为的高级人机交互技术，是当代信息技术高速发展和集成的产物。
本质上，虚拟现实就是一种先进的计算机用户接口，通过计算机建立一种仿真数字环境，将数据转换成图像、声音和触摸感受，利用多种传感设备使用户“投入”到该环境中，用户可以如同在真实世界那样“处理”计算机系统所产生的虚拟物体。
简述三S相互关系？
“一个大脑，两只眼睛”的框架，
RS和GPS向GIS提供或更新区域信息以及空间定位，GIS进行相应的空间分析，以从RS和GPS提供的海量数据中提取有用信息，并进行综合集成，使之成为决策的科学依据。
什么是webgis及其基本框架？
WebGIS是建立在Web技术上的一种特殊环境下的地理信息系统，利用Web技术来扩展和完整GIS的一项新技术。
2、WebGIS的应用分为：
1）空间数据发布，2）空间查询检索
3）空间模型服务，4）Web资源组织
3、WebGIS与一般GIS相比特点
1）基于C/S模式
2）信息传输是全球性的
3）是一分布式系统，用户、服务器可分布在不同地点和计算机平台上。
4、WebGIS实现技术:
第一种：
利用WWW服务器端的功能来实现
1）CGI方式（通用网关接口,CommonGatewayInterface）---瘦客户端
2）基于ServerAPI（WebAPI）方式---瘦客户端
第二种：
用客户端浏览器的扩展技术来实现。
1）插件（Plus_in）---胖客户端
2）JaveAppletJava程序有两种：
一种Java应用程序，可以独立运行；
另一种称为JaveApplet，只能嵌入到HTML中，被浏览器解释执行。
3）ActiveX方法
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