第十四讲GIS原理复习题.docx
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第十四讲GIS原理复习题
地理信息系统复习题
第一章
1.GIS（Geographicinformationsystem）的定义：
是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，运用系统工程和信息科学的理论，科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据，以提供管理决策等所需信息的技术系统。
简单的说，地理信息系统就是一种组织、存储、管理、表达和分析处理空间信息的技术系统。
2.GIS的基本功能
1）数据的获取：
数据的采集、检验和编辑
2）数据的操作：
数据的格式化（栅格与矢量之间的转化）、转换（比例尺的转换、投影变换）和概化（平滑、特征集结）
3）数据的组织与管理：
在数据的组织与管理中，最为关键的是如何将空间数据与属性数据融合为一体。
空间数据管理的主要任务是在空间数据之间建立拓扑关系。
属性数据的组织方式有文件系统、层次结构、网络结构及关系数据库管理系统等。
目前被广泛采用的主要是关系数据库系统。
4）.数据分析（其空间分析是GIS的核心功能）:
分析功能包括查询、检索、统计分析、空间分析、模型分析等方面。
查询、检索、统计分析是GIS以及许多数据信息系统应具备的最基本的分析功能。
空间分析功能是GIS的核心，也是GIS与其它系统区别的重要标志。
模型分析是指GIS支持下处理分析问题的方法体现，是GIS应用深化的重要体现
5）.显示
3.GIS的组成部分：
计算机硬件系统、计算机软件系统、地理数据（或空间数据）和系统管理操作人员。
其核心部分是计算机系统（软件和硬件），空间数据反映GIS的地理内容，而管理人员和用户则决定系统的工作方式和信息表示方式。
6.GIS空间数据与计算机数据的区别：
地理信息是指表示地理环境诸要素的数量、质量、分布特征及其相互联系和变化规律的数字、文字、图象和图形等的总称。
地理信息的特点：
属于空间信息；具有多维结构的（同一地物具有多种不同的属性特征）；时序特征十分明显（具有动态性）
7.空间数据库指的是地理信息系统在计算机物理存储介质上存储的与应用相关的地理空间数据的总和，一般是以一系列特定结构的文件的形式组织在存储介质之上的
第二章
坐标系统：
1）自定义坐标系统
2）地理坐标系统（大地坐标系）
3）投影坐标系统
1.大地坐标系：
是大地测量中以参考椭球体为基准面建立起来的坐标系。
地面点的位置用大地经度、大地纬度和大地高度来表示。
2.大地水准面：
与静止海平面重合的水准面，并向陆地延伸，穿过陆地、岛屿，最终形成的一个起伏不平的重力等位面。
4.50-70年代54坐标系（克拉索夫斯基椭球体，大地原点是原苏联的普尔科沃，大地点高程是以1956年青岛验潮站求出的黄海平均海水面为基准）。
5.70年代1980西安坐标系（ICA-75椭球体，大地原点定在我国中部地区的陕西省泾阳县永乐镇，简称西安原点；大地高程以1956年青岛验潮站求出的黄海平均海水面为基准）。
6．WGS84坐标系统：
目前GPS定位所得出的结果都属于WGS84坐标系统，WGS84基准面采用WGS84椭球体，它是一地心坐标系，即以地心作为椭球体中心的坐标系。
因此相对同一地理位置，不同的大地基准面，它们的经纬度坐标是有差异的。
目前的商用GIS也多采用此坐标系统。
遥感（remotesensing）也是用WGS84的。
7.投影坐标系统是由大地基准面和地图投影两组参数确定的平面坐标系统。
8.地图投影：
是将地球椭球体面上的经纬网按照一定的数学法则转移到平面上，使地面点位的地理坐标与地图上的相对应的点位的直角坐标建立起一一对应的函数关系。
由此确定的坐标系一般称为投影坐标系。
9.我国基本比例尺地形图（1：
100万、1：
50万、1：
25万、1：
10万、1：
5万、1：
2.5万、1：
1万、1：
5000）除1：
100万以外均采用高斯-克吕格投影为地理基础；1：
100万地形图采用兰伯特Lambert投影。
第三章
1.数据结构:
是数据组织的形式，是适用于计算机存储、管理和处理的数据逻辑结构。
对于空间数据而言，数据结构是空间地理实体的空间排列方式和相互关系的抽象描述。
2.矢量数据（Vector）：
利用几何学中的点线面及其组合体来表示实体空间分布的一种数据组织形式。
通过记录空间对象的坐标及空间关系来表达空间对象的位置和形状。
特征点筛选法只能用于矢量数据压缩。
3.栅格数据：
栅格数据实际是像元阵列，每个像元由行列确定它的位置，用像元值表示空间对象的类型、等级等特征。
4.矢量数据拓扑结构：
矢量数据拓扑结构是指基本要素点线面和实体之间具有邻接、关联和包含的拓扑关系，与面积长度无关。
基本拓扑关系：
拓扑关联：
不同拓扑元素之间的关系
拓扑邻接：
相同拓扑元素之间的关系
拓扑包含：
面与其他元素之间的关系
5.建立拓扑关系表，分析，且拓扑关系表如何存储xy坐标，拓扑关系
弧段与结点关系表 多边形与弧段关系表
弧段
结点
多边形
弧段
L1
N5N1
P1
L1L2L6L7L8
L2
N1N2
P2
L9L8L3
L3
N2N3
P3
L10L9L4
L4
N3N4
P4
L5L7L10
L5
N4N5
P5
L6
L6
L7
N6N5
L8
N2N6
L9
N3N6
L10
N4N6
结点与弧段关系表 弧段与多边形关系表
结点
弧段
弧段
左多边形
右多边形
N1
L1L2
L1
-
P1
N2
L2L3L8
L2
-
P1
N3
L3L4L9
L3
-
P2
N4
L4L5L10
L4
-
P3
N5
L1L5L7
L5
-
P4
N6
L7L8L9L10
L6
P1
P5
L7
P4
P1
L8
P2
P1
L9
P2
P3
L10
P3
P4
拓扑关系？
在GIS中引入拓扑关系有何意义？
常用的拓扑关系有哪些？
拓扑关系是指图形保持连续状态下变形，但图形关系不变的性质。
在GIS中引入拓扑关系对于数据处理和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。
常用的拓扑关系有拓扑邻接、拓扑关联、拓扑包含。
6.栅格数据
1）栅格数据：
栅格数据实际是像元阵列，每个像元由行列确定它的位置，用像元值表示空间对象的类型、等级等特征。
2）栅格数据的类型：
卫星影像、数字高程数据DEM（DigitalElevationModel）、数字正射影像DOQ（DigitalOrthophotoQuadrangles）、扫描地图DRG（DigitalRasterGraphs）。
3）栅格数据的获取：
遥感方法获取（航空或航天）、图片扫描获取、矢量数据转换而来、由平面上行列距固定的点抽样而来。
7．栅格存储取值四原则：
（可能会要求解释其中一种原则）
1）中心点法（用处于栅格中心处的地物类型和现象特征决定栅格代码）
2）重要性法（根据栅格内不同地物的重要性，选取最主要的地物类型决定相应的栅格代码）
3）面积占优法（以占栅格最大地物类型和现象特征决定地物栅格单元）
4）百分比法
例:
图1中，A，B，C为各种植被类型代码，D为铁路代码，小黑原点为栅格中心点。
在确定该栅格单元的代码时，若该栅格单元代码为C，是利用__________方法,若该栅格单元代码为B，是利用__________方法，若栅格单元的代码为D，则利用了__________方法来确定栅格代码的。
8.栅格数据的压缩编码技术
链式编码chaincodes
游程长度编码run-lengthcodes
块状编码blockcodes
四叉树编码quadtreecodes（具有可变分辨率和区域性质）
MD码
属性值
MD码
属性值
0
A
10
C
1
A
11
B
2
B
12
B
3
B
13
C
4
B
14
C
8
B
15
C
9
C
已知某栅格矩阵对应的线性四叉树编码（十进制Morton码--MD码）
写出该线性四叉树编码对应的栅格矩阵
9.矢量数据和栅格数据优缺点比较（简答题）。
矢量数据
栅格数据
优点：
1.数据结构严密
2.提供有效的拓扑编码，便于拓扑操作
3.图形输出美观
优点：
1.数据结构简单
2.叠加操作更易实现、操作
3.能有效表达空间的可变性
4.便于做图像的有效增强
缺点：
1.数据结构复杂
2.叠加操作不方便
3.表达空间变化性能力差
4.不能做增强处理
缺点：
1.数据量大，需要压缩
2.难于表达拓扑关系
3.图像输出不美观，有锯齿
10.GIS数据处理的主要内容
（1）拓扑编辑；
（2）属性与图形的交互编辑；（3）图幅接边；（4）制图综合；
（5）地理坐标变换与地图投影变换；（6）空间数据内插；（7）矢量与栅格数据转换；
（并对以上各种数据处理方法做出简短说明）
第五章
1.网络分析
1）.概念：
是对地理网络、城市基础设施网络进行地理分析和模型化，基于它们本身在空间上的拓扑关系、内在联系、跨度等属性和性质进行空间分析，通过满足必要的条件得到合理的结果。
其根本目标就是研究、筹划一项网络工程如何安排、并使其运行效果最好。
2）.网络分析的理论基础是图论和运筹学
3）.网络分析的应用主要包括三个方面：
路径分析、地址匹配和资源分配。
例：
现有6个城市，它们之间通信线路的造价如下图所示，若要使通信网的造价最低，请构造最小生成树，并写出算法思路
2.叠加分析
1）.概念：
叠加分析是指两层或多层地图要素进行叠加产生的一个新要素层的操作，其结果将原来的要素分割成新的要素。
新要素综合了原来两层或多层要素所具有的属性。
涉及到逻辑交、逻辑并、逻辑差的运算
被叠加的要素层面必须是基于相同坐标系统，同一地带。
2）.叠置分析的类型:
根据操作要素的不同分为：
–点与多边形叠加
–线与多边形叠加
–多边形与多边形叠加
3）.空间多边形叠置（overlay）
•UNION（并集）
•INTERSECT（交集）
•Erase（差集）提取边界内部或外部
•IDENTITY（并集被第一个输入层边界裁切后剩余部分）
•Clip（切）从Coverage中提取一部分
4）.（另一版本）ArcGIS根据操作形式的不同叠加分析分为：
图层擦除
a.识别叠加（输入图层和另外一个图层进行识别叠加，在图形交迭的区域，识别图层的属性将赋给输入图层在该区域内的地图要素，同时也有部分的图形的变化在其中
b.交集操作（交集操作是得到两个图层的交集部分，并且原图层的所有属性将同时在得到的新的图层上显示出来。
）
c.均匀差值（去掉两个图层之间的公共部分，同时对原有图层的空间分布也进行一定区域内的调整，新生成的图层的属性为两者属性的综合。
）
d.图层合并（图层合并是通过把两个图层的区域范围联合起来而保持来自输入地图和叠加地图的所有地图要素）
e.修正更新（修正更新指，首先对输入图层和修正图层进行几何相交计算，然后输入的图层被修正图层覆盖的那一部分将被修正图层而代替。
如果两个图层均是多边形要素，那么两者将进行合并，并且重叠部分将被修正图层所代替，而输入图层的那一部分将被擦去。
）
3.空间分析
1）.概念：
空间分析是基于空间数据的分析技术，它以地学原理为依托，通过分析算法，从空间数据中获取有关地理对象的空间位置、空间分布、空间形态、空间形成和空间演变等信息。
（质心量测可以用于人口变迁分析）
2）.主要内容（理解）
A.空间位置：
借助于空间坐标系传递空间对象的定位信息，是空间对象表述的研究基础，即投影与转换理论。
B.空间分布：
同类空间对象的群体定位信息，包括分布、趋势、对比等内容。
C.空间形态：
空间对象的几何形态
D.空间距离：
空间物体的接近程度
E.空间关系：
空间对象的相关关系，包括拓扑、方位、相似、相关等。
3）.复杂的空间分析包括：
A.缓冲区分析
B.叠加分析
C.网络分析
D.空间统计分析
E.空间插值
F.数字高程模型（数字地形模型分析）
G.栅格聚合、聚类、复合、窗口分析
4）.简单的空间分析
A．空间查询
B．空间量算
例题.假设某一地区遭受百年一遇的洪灾，已知洪水水位相对高度为400米，民政局委托你估算洪水淹没造成的损失。
已知洪水水位的相对高程、损失大小和居民的财产、地基的稳定性有关。
问洪水淹没损失估算所需要的空间数据有哪些？
叙述估算估算洪水淹没造成的损失空间分析过程。
解：
1．要估算洪水淹没损失，所需要的空间数据包括1）数字化的地块多边形地图。
每个地块均有土地使用、可遭损失的财产状况（简称估计财产）、不同地基类型等属性。
2）地块多边形属性表中有地均财产这一项，地均财产=估计财产/地块面积。
3）对每一类地基，可估计其稳定性，并估计房屋倒坍的可能性，称损失系数4）数字化的等高线地形图。
2.相应的空间分析过程：
1将地块多边形和高程多边形叠合，产生地块—高程多边形地图和对应的属性表。
2在地块—高程属性表中选择高程小于等于500，土地使用性质为住宅（R1、R2）的记录和地基—损失系数对照表连接，获得新的地块—高程属性表。
估计损失=面积×地均财产×损失系数。
3当洪水淹没了400米以下的地区时，得到每个地块财产的大致损失状况4对地块——高程图按对应属性进行分类，得到洪水淹没损失分布图。
4）.缓冲分析
1）.概念:
缓冲区分析（Buffer）是对选中的一组或一类地图要素（点、线或面）按设定的距离条件，围绕要素形成缓冲区多边形实体，从而实现数据在二维空间扩展的信息分析方法，是目标的一种影响范围或服务范围在尺度上的表现。
2）.缓冲区分析类型:
点要素缓冲区、线状要素缓冲区、面状要素缓冲区
第七章
1.DEM定义与应用领域
DEM（DigitalElevationModel）:
是对地理空间起伏连续变化的数字表示形式，用来描述地理空间的第三维坐标—高程。
通常用矩阵表示。
表示模式：
（1）格网（GRID）
（2）不规则三角网（TIN）
（3）等值线（CONTOUR）
格网DEM分析的用途包括：
（1）地形曲面拟合：
求DEM范围内任意点的高程，在此基础上进行地形属性分析。
由于已知有限个格网点的高程，可以利用这些格网点高程拟合一个地形曲面，推求区域内任意点的高程。
（2）立体透视图：
绘制透视立体图是DEM的一个极其重要的应用。
透视立体图能更好地反映地形的立体形态，非常直观。
（3）通视分析：
通视分析有着广泛的应用背景。
典型的例子是观察哨所的设定、森林中火灾监测点的设定、无线发射塔的设定等。
（4）流域特征地貌提取与地形自动分割：
是进行流域空间模拟的基础技术。
主要包括流域地貌形态结构定义、特征地貌自动提取和地形自动分割算法。
（5）计算地形属性：
由高程数据计算得到如坡度因子，坡向等要素属性。
DTM是地理信息系统的基础数据，可用于土地利用现状的分析、合理规划和洪水险情预报等。
在军事上可用于导航、作战电子沙盘等。
主要应用：
•作为国家地理信息的基础数据
•为军事目的（军事模拟等）而进行的地表三维显示
•景观设计与城市规划
•土木工程、景观建筑与矿山工程的地表三维显示
•流水线分析、可视性分析
•不同地表的统计分析与比较
•交通路线的规划与大坝的选址
•作为背景叠加各种专题信息，进行显示分析等
2.TIN
全称：
（TriangulatedIrregularNetwork）不规则三角网模型
根据区域的有限个点集将区域划分为相等的三角面网络，数字高程有连续的三角面组成，三角面的形状和大小取决于不规则分布的测点的位置和密度，能够避免地形平坦时的数据冗余，又能按地形特征点表示数字高程特征.
•
•分析题
•1.为了完成城市道路拓宽改建分析，论述需要那些空间数据，并描述在GIS支持下的分析流程。
利用建立缓冲区、拓扑叠加和特征提取,计算一条道路拓宽改建过程中的拆迁指标。
（1）明确分析的目的和标准
目的是计算由于道路拓宽而需拆迁的建筑物的建筑面积和房产价值，道路拓宽改建的标准是：
a）道路从原有的20m拓宽至60m；
b）拓宽道路应尽量保持直线；
c）部分位于拆迁区内的10层以上的建筑不拆除。
（2）准备进行分析的数据
需要涉及两类信息，一类是现状道路图；另一类为分析区域内建筑物分布图及相关信息。
（3）进行空间操作
首先选择拟拓宽的道路，根据拓宽半径，建立道路的缓冲区。
然后将此缓冲区与建筑物层数据进行拓扑叠加，产生一幅新图，此图包括所有部分或全部位于拓宽区内的建筑物信息。
（4）进行统计分析
首先对全部或部分位于拆迁区内的建筑物进行选择，凡部分落入拆迁区且楼层高于10层以上的建筑物，将其从选择组中去掉，并对道路的拓宽边界进行局部调整。
然后对所有需拆迁的建筑物进行拆迁指标计算。
（5）将分析结果以地图和表格的形式打印输出。
2.市区择房
3.学校选址
1．地理信息系统（GIS）形成于20世纪60年代，世界上第一个地理信息系统是加拿大地理信息系统。
2．地理信息系统的组成及用途。
计算机系统：
包括计算机硬件设备和可运行GIS软件的操作系统
GIS软件、智囊、基础设施
3．3S的内涵。
地理信息系统（GIS），它与全球定位系统（GPS）及遥感图象处理系统（RS）合称为3S
4．信息的定义。
5．地理信息和空间数据的主要特征
地理信息的主要特征地域性、多维性、时序性。
空间数据的主要特征空间特征、非结构化特征、空间关系特征、分类编码特征、海量数据特征。
6．地理坐标系：
中国目前采用的椭球体模型是WGS84椭球体、我国1:
100万地形图采用的投影是兰伯特投影。
7.GIS中的空间数据结构有栅格和矢量两种数据类型。
矢量结构与栅格结构相比，具有什么优缺点。
8．矢量数据压缩的方法。
矢量数据压缩方法多集中在矢量空间数据的简化以及拓扑关系的一致性维护方面。
9．拓扑关系的定义及意义。
图示拓扑关系的全显式表达（已做练习）。
10.游程编码是栅格数据的一种压缩方式、合并行或列中的重复元素、以减少存储和数据冗余为目的。
游程编码的方法和优点。
11．栅格数据及其主要编码方式。
其中，四叉树编码是应用较为广泛的一种方式，具有可变分辨率和区域性质。
12．表示地物的精度取决于栅格尺寸的大小。
13．DEM和不规则三角网（TIN）的定义。
DEM模型表示高程点的规则排列
TIN指用一系列无重叠的三角形近似模拟陆地表面，从而构成不规则的三角网。
14．DEM构建方法包括等高线法、规则格网法、不规则三角网法，广泛应用于等值线自动制图、DEM建立的常用数据处理方法是数据内插。
克立格（Kriging）插值的定义。
15．格网DEM分析的主要应用。
16.空间数据库管理方式的是文件数据库管理方式。
对文件进行存取操作的基本单位是记录。
什么是数据模型。
17.数据处理误差包括数据编辑产生的误差、数据坐标变换产生的误差以及属性数据录入、统计、整理操作引起的误差。
18．元数据的定义及主要作用。
19．空间数据输入（采集）。
是指将非数字化形式的各种信息通过某种方法数字化，并经过编辑处理，变成系统可以存储管理和分析的形式。
空间数据的采集主要包括属性数据和图形数据的采集。
20.地理信息系统中数据处理的内容包括数据转换、数据压缩、数据内插。
21．空间分析、缓冲区分析及应用（如解决道路拓宽中拆迁指标的计算问题）
22．点、线、多边形数据之间的叠加分析的内容和方法。
多边形叠置操作的种类。
23．质心量测的用途。
质心量测可以用于人口变迁分析
24．地统计分析内涵及其与其他传统统计方法的区别。
25．空间决策支持系统的定义。
空间决策支持系统是由空间决策支持、空间数据库等相互依存、相互作用的若干元素构成，并完成对空间数据进行处理、分析和决策的有机整体。
它是在常规决策支持系统和地理信息系统相结合的基础上，发展起来的新型信息系统。
26．假设某一地区遭受百年一遇的洪灾，民政局委托你估算洪水淹没造成的损失。
已知洪水水位的相对高程、损失大小和居民的财产、地基的稳定性有关。
问洪水淹没损失估算所需要的空间数据有哪些？
叙述估算估算洪水淹没造成的损失空间分析过程。
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