武汉大学真题详细解析2.docx
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武汉大学真题详细解析2
2001
一：
名词解释；
拓扑关系：
指满足拓扑几何学原理的各空间数据间的相互关系。
即用结点、弧段和多边形所表示的实体之间的邻接、关联、包含和连通关系。
如：
点与点的邻接关系、点与面的包含关系、线与面的相离关系、面与面的重合关系等。
拓扑关系是指图形元素之间相互空间上的连接、邻接关系并不考虑具体位置.这种拓扑关系是由数字化的点、线、面数据形成的以用户的查询或应用分析要求进行图形选取、叠合、合并等操作。
缓冲区分析：
缓冲区分析是指以点、线、面实体为基础，自动建立其周围一定宽度范围内的缓冲区多边形图层，然后建立该图层与目标图层的叠加，进行分析而得到所需结果。
它是用来解决邻近度问题的空间分析工具之一。
邻近度描述了地理空间中两个地物距离相近的程度。
它是对一组或一类地物按缓冲的距离条件，建立缓冲区多边形图，然后将这一个图层与需要进行缓冲区分析的图层进行叠置分析，得到所需要的结果（武大ppt）
不规则三角网模型：
TIN为不规则三角网的缩写，在地理信息系统中有广泛应用：
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。
空间内插：
空间插值常用于将离散点的测量数据转换为连续的数据曲面，以便与其它空间现象的分布模式进行比较，它包括了空间内插和外推两种算法。
空间内插算法：
通过已知点的数据推求同一区域未知点数据。
空间外推算法：
通过已知区域的数据，推求其它区域数据。
数据压缩：
数据压缩是指在不丢失信息的前提下，缩减数据量以减少存储空间，提高其传输、存储和处理效率的一种技术方法。
或按照一定的算法对数据进行重新组织，减少数据的冗余和存储的空间。
数据压缩包括有损压缩和无损压缩。
二简答题
1.点，线，面三者空间关系表现形式主要有那些？
2地图投影与地理信息系统的关系
地图投影：
利用一定的数学法则把地球表面上的经纬线网表示到平面上。
在数学中，投影（Project）的含义是指建立两个点集间一一对应的映射关系。
同样，在地图学中，地图投影就是指建立地球表面上的点与投影平面上点之间的一一对应关系。
地图投影的基本问题就是利用一定的数学法则把地球表面上的经纬线网表示到平面上。
凡是GIS地理信息系统就必然要考虑到地图投影，地图投影的使用保证了空间信息在地域上的联系和完整性，在各类地理信息系统的建立过程中，选择适当的地图投影系统是首先要考虑的问题。
（网上说的）
GIS所存储记录，管理分析，显示应用的内容是地理信息，而地理信息的描述必须要有指定的地理参考系，且地理位置应以地理坐标或平面坐标的方式表示出来。
地图不仅是GIS的重要数据源，而且也是表达地理信息最佳媒介。
也就是说，在GIS中，地理信息基本上都是以地图的方式显示给用户的，用户也是在地图上进行空间信息的查询的，GIS空间分析的结果也是以地图的形式显示出来的。
由于GIS大多是以地图的形式来显示信息的，而地图是平面，地理信息则是在地球椭球面上的，因此地图投影在GIS中是必不可少的。
（胡鹏）
3数据处理在地理信息系统中的作用及数据处理的主要内容
空间数据的获取有各种不同的方法，但无论哪种方法获取的数据都可能存在着问题和错误，如数字话错误，数据格式不一致，比例尺或投影不统一等。
因此，只有通过空间数据处理才能使空间数据符合GIS数据库的要求，才能实现GIS的各种功能。
数据处理:
对采集的各种数据，按照不同的方式方法对数据形式进行编辑运算，清除数据冗余，弥补数据缺失，形成符合用户要求的数据格式。
作用：
1，数据处理是实现空间数据有序化的必要过程；2是检验数据质量的关键环节；3是实现数据共享的关键步骤。
主要内容：
图形编辑，自动拓扑，坐标变换，图幅拼接数据压缩，结构转换，数据内插等。
4DEM的优缺点及主要用途
数字高程模型（DigitalElevationModel）,简称DEM。
它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（DigitalTerrainModel，简称DTM）的一个分支，其它各种地形特征值均可由此派生。
一般认为,DTM是描述包括高程在内的各种地貌因子，如坡度、坡向、坡度变化率等因子在内的线性和非线性组合的空间分布，其中DEM是零阶单纯的单项数字地貌模型，其他如坡度、坡向及坡度变化率等地貌特性可在DEM的基础上派生。
数字高程模型（DEM）：
定义在x、y域离散点以高程表达地面起伏形态的数字集合。
数字高程模型是现实世界地面山川河流起伏在计算机中的数字化表达。
它在计算机中直观地反映现实的地貌情况。
主要用于规划设计（如高速公路设计，无线通讯台站设计，开挖及填埋土方计算，洪水淹没分析等）。
（ppt）
通常所说的DEM即指格网DEM和不规则三角网DEM，地形分析也基于此。
优缺点：
格网DEM的优点是：
数据结构简单，很容易进行计算机处理，特别是栅格结构的地理信息系统，便于管理；有利于地形分析，以及制作立体图。
其缺点是：
格网点高程的内插会损失精度；格网过大会损失地形的关键特征，如山峰、洼坑、山脊等；如不改变格网的大小，不能适用于起伏程度不同的地区；地形简单地区存在大量冗余数据。
不能准确地表达地形的结构和细部，数据量过大，给数据管理带来了不便，通常要进行压缩。
不规则三角网DEM可避免上述情况，表达地形的质量总体好于格网点，但数据结构较复杂，表达地形的面积较大时，效率不高。
用途：
1．在国家数据库中存储数字地形图的高程数据；
2．计算道路设计、其他民用和军事工程中挖填土石方量；
3．为军事目的（武器导向系统、驾驶训练）的地表景观设计与规划（土地景观构筑）等显示地形的三维图形；
4．越野通视情况分析（也是为了军事和土地景观规划等目的）；
5．规划道路线路、坝址选择等；
6．不同地面的比较和统计分析；
7．计算坡度、坡向图，用于地貌晕渲的坡度剖面图。
帮助地貌分析，估计浸蚀和径流等；
8．显示专题信息或将地形起伏数据与专题数据如土壤、土地利用、植被等进行组合分析的基础；
9．提供土地景观和景观处理模型的影象模拟需要的数据；
10．用其他连续变化的特征代替高程后，DEM还可以表示如下一些表面：
通行时间和费用、人口、直观风景标志、污染状况、地下水水位等。
5.地理信息系统的组成部分及各部分的作用
一个实用的地理信息系统，要支持对空间数据的采集，管理，处理，分析，建模，显示等功能，其基本组成一般包括五个部分:
系统硬件，系统软件，空间数据，应用人员和应用模型。
GIS硬件平台，用以存储，处理，传输，显示地理信息或空间数据。
GIS软件是系统的核心，用以执行GIS功能的各种操作，包括数据输入，处理，数据库管理，空间分析和图型用户界面等。
地理信息系统的操作对象是空间数据，数据是GIS的血液，。
它具体描述地理实体的空间特征，属性特征和时间特征，数据组织和管理质量直接影响GIS操作的有效性。
应用人员是GIS成功的决定因素，包括系统开发人员和GIS技术的最终用户。
她们的业务素质和专业知识是GIS工程及应用成败的关键。
GIS应用模型的构建和选择也是系统成败的关键因素。
对于某一专门应用目的的解决，必须通过构建专门的应用模型。
这些模型是客观现实世界中相应系统由观念世界到信息世界的映射，反应了人类对客观世界利用改造的能动作用，并且是GIS技术产生社会经济效益的关键所在，也是GIS生命力的重要保证。
6判断点在多边形内的基本方法
点在多边形内的判别最直接的方法是铅重线法或者说平行线法或者说射线法，即从需判别的点开始划一任一方向的直线，（该直线可以是铅直线或平行线），然后计算它所通过多边形的交点，当交点的个数是奇数时，该点在多边形内，若是偶数，表明它在多边形外。
但是使用射线法有时候可能失效，产生判断错误。
当射线通过多边形的拐点或某一条边时，这时按统计通过多边形边界交点的奇偶数，产生错误的判断结果。
补充
线与多边形求交
线与多边形是否相交，需要判断每条线段与多边形的边界线段是否有交点
如果没有任何交点，再判断端点是在多边形内还是多边形外，如果两端点在多边形外，线段又与多边形不相交，则该线段相离多边形，如果两点都在多边形内，并且与多边形边界没有交点，则该线段在多边形内
如果有一个或多个交点，该线段与多边形相交，部分在多边形内，部分在多边形外
即使两个点都在多边形内如GH或都在多边形外如IJ，它们都可能与多边形相交
所以判断线与多边形是否相交，仅判别端点是不够的，必须判断线状目标的每一段与多边形边界的每一段是否有交点。
多边形与多边形相交判断
两个多边形是否相交需要判断两个多边形边界的所有线段相互之间是否有交点。
如果没有任何交点，它们可能相分离，也可以一个多边形在另一个多边形之内
两个多边形边界线段只要存在一个交点则表明两个多边形相交
如果它们公共一条边界，则它们相邻
三简述题
1地理信息系统中图形数据结构的主要类型及它们各自的特点。
数据结构一般分为基于矢量模型的数据结构和基于栅格模型的数据结构，其次还有矢栅一体化结构。
矢量数据是面向地物的结构，即对于每一个具体的目标都直接赋有位置和属性信息以及目标之间的拓扑关系说明。
但是矢量数据仅有一些离数点的坐标，在空间表达方面它没有直接建立位置与地物的关系，如多边形的中间区域是“洞”或“岛”，其间的任何一点并没有与某个地物发生联系。
与此相反，栅格数据是面向位置的结构，平面空间上的任何一点都直接联系到某一个或某一类地物。
但对于某一个具体的目标又没有直接聚集所有信息，只能通过遍历栅格矩阵逐一寻找，它也不能完整地建立地物之间的拓扑关系。
因而，从概念上形成了基于矢量和基于栅格两种类型的系统，分别用于不同的目的。
目前，为了设计一种系统能用于多种目的，正在研制一种一体化的数据结构，该数据结构具有矢量和栅格两种结构的特性，称为矢量栅格一体化的数据结构。
矢量数据结构基于矢量模型的数据结构简称为矢量数据结构。
矢量也叫向量，数学上称“具有大小和方向的量”为向量。
在计算机图形中，相邻两结点间的弧段长度表示大小，弧段两端点的顺序表示方向，因此弧段也是一个直观的矢量。
矢量数据结构是通过记录坐标的方式来表示点、线、面等地理实体空间分布的一种数据组织方式。
这种数据组织方式定位明显，属性隐含，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。
栅格数据结构栅格结构是最简单最直观的空间数据结构，又称为网格结构（raster或gridcell）或象元结构（pixel），是指将地球表面划分为大小均匀紧密相邻的网格阵列，每个网格作为一个象元或象素，由行、列号定义，并包含一个代码，表示该象素的属性类型或量值，或仅仅包含指向其属性记录的指针。
因此，栅格结构是以规则的阵列来表示空间地物或现象分布的数据组织，组织中的每个数据表示地物或现象的非几何属性特征。
如图2－3所示，在栅格结构中，点用一个栅格单元表示；线状地物则用沿线走向的一组相邻栅格单元表示，每个栅格单元最多只有两个相邻单元在线上；面或区域用记有区域属性的相邻栅格单元的集合表示，每个栅格单元可有多于两个的相邻单元同属一个区域。
任何以面状分布的对象（土地利用、土壤类型、地势起伏、环境污染等），都可以用栅格数据逼近。
遥感影像就属于典型的栅格结构，每个象元的数字表示影像的灰度等级。
栅格结构的显著特点是：
属性明显，定位隐含，即数据直接记录属性的指针或属性本身，而所在位置则根据行列号转换为相应的坐标给出，也就是说定位是根据数据在数据集中的位置得到的。
由于栅格结构是按一定的规则排列的，所表示的实体的位置很容易隐含在网格文件的存贮结构中，在后面讲述栅格结构编码时可以看到，每个存贮单元的行列位置可以方便地根据其在文件中的记录位置得到，且行列坐标可以很容易地转为其他坐标系下的坐标。
在网格文件中每个代码本身明确地代表了实体的属性或属性的编码，如果为属性的编码，则该编码可作为指向实体属性表的指针。
由于栅格行列阵列容易为计算机存储、操作和显示，因此这种结构容易实现，算法简单，且易于扩充、修改，也很直观，特别是易于同遥感影像结合处理，给地理空间数据处理带来了极大的方便，受到普遍欢迎，许多系统都部分和全部采取了栅格结构，栅格结构的另一个优点是，特别适合于FORTRAN、BASIC等高级语言作文件或矩阵处理，这也是栅格结构易于为多数地理信息系统设计者接受的原因之一。
2地理信息系统工程的三维结构体系
3叙述四种栅格数据压缩的编码方法
（1直接栅格编码将栅格数据看成是一个数据矩阵，逐行记录代码，可以每行都从左到右记录，也可以奇数行从左到右，偶数行从右到左记录。
直接栅格编码具有简单、直观、信息无压缩和处理方便的特点，但因没有压缩，占用了大量的内存空间。
）
）栅格数据的压缩编码
基本思想：
对于一个栅格图形，常常有相邻若干栅格单元具有相同的属性代码，因此，可采用某种方法压缩那些重复的内容。
常见的方法：
链码（ChainEncoding）
游程码（Run-lengthEncoding）
块码（BlockEncoding）
四叉树码（QuadtreeEncoding）
①链码（又称Freeman码、边界码）
主要用记录线状地物或面状地物的边界:
由某一起点和一系列在基本方向上的单位矢量组成。
单位矢量的长度默认为一个栅格单元，每个后续点可能位于其前继点的8个基本方向之一。
前两个数字表示起点的行列号，从第三个数字开始是每个后续点的单位矢量方向。
链式编码对多边形的表示具有很强的压缩能力，且具有一定的运算功能，如面积和周长计算等，且探测边界急弯部分容易，适用于存储图形数据。
其缺点是对叠置运算难实施，对局部修改将改变整体结构，效率低，而且相邻边界有冗余
2游程码
逐行将相邻同值的网格合并，并记录合并后网格的值及合并网格的长度。
③块码
块式编码是将游程编码扩大到二维的情况，把多边形范围分成由像元组成的正方形，然后对各个正方形进行编码。
编码原则：
行号、列号、边长、属性代码
采用这种结构，如果一个多边形所能包含的正方形越大，边界越简单，效果越好。
面积计算具有明显的优势。
四叉树编码的基本思想:
首先把一幅图像或栅格地图等分成四部分，逐块检查其格网值，如果某个格的所有值相同，则这个格就不再往下分割；否则，把它再分割成四个子区域，这样直到每个子块都只含有相同的属性值为止。
常规四叉树也可以采用“bottom-up”的方式，对栅格数据按一定顺序进行检测，如果每相邻四个格网值相同，则进行合并，逐次往上递归。
这种方式，速度较快。
除了要记录叶结点外，还要记录树叉结点，结点之间的联系靠指针表达。
从上图可看出每个结点需要6个量表达：
父结点（前趋），四个子结点指针（后继）和本结点的属性值。
这就需要大量的存储空间，所以在数据压缩方面常规四叉树结构作用不大，但在数据索引和图幅索引等方面得到了很好的应用。
为压缩数据人们则多采用线性四叉树方法。
线性四叉树
基本思想：
不记录中间节点，不需要指针，只存储最后叶结点信息，包括结点的位置（地址）、属性值。
4空间实体可抽象为哪几种基本类型？
它们在矢量数据结构和栅格数据结构中分别如何表示？
可以抽象为三种类型，即点，线，面。
矢量数据结构是通过坐标值来精确地表示点，线，面等地理实体。
点——由一对X,Y坐标表示。
线——由一串有序的X，Y坐标对表示。
面——由一串或几串有序的且首尾坐标相同的X,Y坐标对及面标识表示。
栅格数据结构就像像元阵列，用每个像元的行列号确定位置，用每个像元的值来表示实体的类型。
点——表示为一个像元。
线——表示为在一定方向上连接成串的相邻像元的集合。
面——表示为聚集在一起的相邻像元的集合。
5举例说明拓扑数据结构
具有拓扑关系的矢量数据结构就是拓扑数据结构。
①拓扑元素——
点（节点）、线（链、弧、边）、面（多边形）
②基本拓扑关系——
邻接、关联、包含
四综述题
地理信息系统数据源的类型有哪些？
在地理信息系统中有哪些主要的数据输入方法？
数据输入过程中可能产生的误差有哪些方式？
引起这些误差的原因有哪些？
GIS数据源有：
（1）地图资料；
（2）影像数据；（3）遥感数据；（4）实测数据；（5）文本资料；（6）统计数据；（7）多媒体数据；（8）其它已有的非系统化的数据。
数据输入方法有：
（1）手工键盘输入；
（2）手扶跟踪数字化仪输入；（3）扫描数字化仪输入；（4）解析测图法输入；（5）已有数字化形式数据转换。
误差有哪些方式：
）几何数据的不完整或重复。
2）几何数据的位置不正确。
3）比例尺不正确。
4）变形。
5）几何数据与属性数据的连接有误。
6）属性数据错误、不完整。
键盘输入错误，漏输数据或属性错误分类、编码等。
引起误差的原因：
数字化过程中操作员和设备造成的误差，某些地理属性没有明显边界引起的误差（地类界）位置误差，即点的位置的误差、线的位置的误差和多边形的位置的误差；属性误差；位置和属性误差.图纸变形引起的误差，数字化中的遗漏、重复、不匹配
补充（pps）
2002
一，概念辨析题
1地理信息和地理数据的概念有何不同?
地理信息：
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，，它是对地理数据的解释。
地理数据：
是以地球表面空间位置为参考，描述自然，社会和人文景观的数据，主要包括数字，文字，图形，图像和表格。
2比较数字高程模型（DEM）与真三维空间数据模型的区别。
目前GIS主要还停留在处理地球表面的数据，若数据是地表以下或以上，则先将它投影到地表，再进行处理，其实质是以二维的形式来模拟、处理任何数据，在有些领域可行，但涉及到三维问题的处理时，往往力不从心。
二维V=f（x,y），在不同的层V的含义不同，当V表示的是高程时，就是DEM。
由于地形三维视图的原因，人们常把DEM误认为是三维模型。
但从本质上讲，DEM是二维的，因为它只能表示地表的信息，不能对地表内部进行有效的表示。
目前，人们常把DEM称为2.5维的数据模型。
真三维模型V=f（x,y,z），z是一自变量，不受x,y的影响。
三维GIS的要求与二维GIS相似，但在数据采集，系统维护和界面设计等方面比二维GIS复杂得多，如三维数据的组织与重
建，三维变换、查询、运算、分析、维护等方面。
3比较地理信息系统与管理信息系统的区别与联系
区别：
1）在硬件上，为了处理图形和图像数据，系统需要配置专门的输入和输出设备，如数字化仪，绘图机等；许多野外实地采集和台站的观测得到的资源信息是模拟量形式，系统还需要配置模——数转换设备，这些设备往往超过中央处理机的价格。
2）在软件上，则要求研制专门的图形和图像数据的分析算法和处理软件，这些算法和软件又直接和数据的结构及数据库的管理方法有关。
3）在信息处理的内容和采用目的方面，一般的管理信息系统，主要是查询检索和统计分析，处理的结果，大多是制成某种规定格式的表格数据，而地理信息系统，除了基本的信息检索和统计分析外，主要用于分析资源的合理利用，制定区域发展规划，地区的综合治理方案等。
由于地理信息系统是一个复杂的自然和社会的综合体，所以信息的处理必然是多因素的综合分析。
系统分析是基本的方法，例如，研究某种地理信息系统中各组成成分间相互关系，利用统计数据建立某种数学模型，根据给定的目标函数进行数学规划，寻求最优方案，使得经济效益最佳。
此外，地理信息系统还有一些特殊的空间分析功能，如空间量算以及地理实体之间的关系运算。
联系：
两者都是以计算机为核心的信息处理系统，都具有数据量大数据之间关系复杂的特点，也都随着数据库的发展在不断的改善与发展。
比较起来，商用的信息管理系统发展快，用户数据量大，而且已有定型的的软件产品可以使用，鉴于以上特点，地理信息系统多是根据具体的应用要求专门设计，数据格式和组织管理方法各不相同。
4面条数据模型，拓扑数据模型在空间数据存储方面有何不同？
各支持何种类型的空间应用？
面条数据模型是无拓扑关系的矢量数据模型的别称，它仅记录空间目标位置坐标和属性信息，而不记录它的拓扑关系。
它可能有两种形式:
一是每个点线面目标直接跟随它的空间坐标，另一种方式是点坐标作为一个文件，线和多边形由点号组成。
主要用于矢量数据的显示，输出以及一般的查询和检索。
拓扑数据结构是根据拓扑几何学原理进行空间数据组织的方式。
对于一幅地图，拓扑数据结构仅从抽象概念来理解其中图形元素（点、线、面）间的相互关系，不考虑结点和线段坐标位置，而只注意它们的相邻与联接关系。
在地理信息系统中，多边形结构是拓扑数据结构的具体体现。
根据这种数据结构建立了结点、线段、多边形数据文件间的有效联系，便于空间分析。
1、弧段坐标文件弧段号坐标系列（串）
Ax2,y2,X10,y10…
2、弧段文件：
链—面，链—结点关系
弧段号左多边形右多边形起点终点
AP1P225
3、面文件面号弧段号
P1A,B,-C
4、点拓扑文件：
结点—链关系
点号弧段号
2A,B,D
在拓扑结构中，多边形（面）的边界被分割成一系列的线（弧、链、边）和点（结点）等拓扑要素，点、线、面之间的拓扑关系在属性表中定义，多边形边界不重复。
链状双重独立式编码特点
拓扑关系明确，也能表达岛信息，而且以弧段为记录单位，满足实际应用需要。
因为一般数字化一条街道时，必然有许多中间点，但我们在做空间分析是却没有必要以这些中间点所组成的折线为研究对象，而应以整条弧段（某条街道）为研究对象.
被一些成熟的商品化软件采用，如ARC/INFO软件。
例：
ARC文件：
二进制文件:
弧段号 点数 坐标串
在GIS数据输入中，建拓扑是指给图形数据（点、线、面）增加拓扑结构，如ARC/INFO中，在ARCEDIT中输入图形后，需用BUILD建图形拓扑，具体生成许多文件，如AAT，PAT等.主要用于GIS的空间分析和应用功能。
补充：
实体式（spaghetti）-- 面条模型:
以实体为单位记录其坐标优点：
结构简单、直观、易实现以实体为单位的运算和显示。
缺点：
1、相邻多边形的公共边界被数字化并存储两次，造成数据冗余和碎屑多边形—数据不一致，浪费空间，导致双重边界不能精确匹配。
2、自成体系，缺少多边形的邻接信息，无拓扑关系，难以进行邻域处理，如消除多边形公共边界，合并多边形。
3、岛作为一个单个图形，没有与外界多边形联系。
不易检查拓扑错误。
所以，这种结构只用于简单的制图系统中，显示图形。
5缓冲区查询与缓冲区分析概念上有和不同？
缓冲区查询与后面所述的缓冲区分析有一点差别，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，线缓冲或面缓冲的距离，从而形成一个缓冲区的多边形，再根据前面所述的多边形检索的原理，检索出该缓冲区多边形内的空间地物。
缓冲区分析：
它是对一组或一类地物按缓冲的距离条件，建立缓冲区多边形图，然后将这一个图层与需要进行缓冲区分析的图层进行叠置分析，得到所需要的结果
缓冲区查询是不破坏原有空间目标的关系，只是检索得到该缓冲区范围内涉及到的空间目标
实际上缓冲区分析涉及两步操作，第一步是建立缓冲区图层，第二步是进行叠置分析。
二简答题
1在GIS中，为什么不使用地理参考坐标系统（经纬度坐标）而使用直角坐标系统存储空间数据？
当GIS的地理数据库中的数据是以地理坐标来存储时，对于以地图为数据源的空间数据必须通过投
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