地理信息系统算法基础复习.docx
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地理信息系统算法基础复习
地理信息系统算法基础复习
一、名词解释
1.地理信息系统：
是在计算机硬、软件系统支持下，对现实世界（资源与环境）的研究和变迁的各类空间数据及描述这些空间数据特性的属性进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。
2矢量数据结构：
对矢量数据模型进行数据的组织。
它通过记录实体坐标及其关系，尽可能精确地表示点、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
3.数据模型：
对现实世界进行认知、简化和抽象表达，并将抽象结果组织成有用、能反映形式世界真实状况数据集的桥梁。
4.地图数字化：
根据现有纸质地图，通过手扶跟踪或扫描矢量化地方法，生产出可在技术机上进行存储、处理和分析的数字化数据。
5. 拓扑关系：
图形在保持连续状态下的变形但图形关系不变的性质。
6.空间数据结构：
对空间逻辑数据模型描述的数据组织关系和编排方式。
7元数据：
它是关于数据的数据，在地理空间信息中用于描述地理数据集的内容、质量、表示方式、空间参考、管理方式以及数据集的其他特征，它是实现地理空间信息共享的核心标准之一。
8.空间索引：
依据空间对象的位置和形状或空间对象之间的某种空间关系按一定的顺序排列的一种数据结构。
9.空间数据查询：
其属于空间数据库的范畴，一般定义为从空间数据库中找出所有满足属性约束条件和空间约束条件的地理对象。
10.空间分析：
以地理事物的空间位置和形态特征为基础，异空间数据运算、空间数与属性数据的综合运算为特征，提取与产生新的空间信息的技术和过程。
11.数字高程模型：
又称DEM，是通过有限的地形高程数据实现对地形曲面的数字化模拟，高程数据通常采用绝对高程。
12.数字地形分析：
是指在数字高程模型上进行地形属性计算和特征提取的数字信息处理技术。
二、填空题
1、空间实体的四个基本特征：
空间位置特征、属性特征、时间特征、空间关系特征。
2、地理空间数据的概念模型分为：
对象模型、场模型、网络模型。
3、空间关系是指地理空间实体之间相互作用的关系。
空间关系主要有拓扑空间关系、顺序空间关系、度量空间关系。
4、栅格数据模型的一个优点是不同类型的空间数据层可以进行叠加操作，不需要进行复杂的几何计算。
5、矢量数据结构按其是否明确地表示地理实体空间关系分为：
实体数据结构和拓扑数据结构两大类。
6、栅格数据结构的显著特点是：
属性明显，定位隐含。
7、属性查询是一种较常用的空间数据查询，属性查询又分为简单的属性查询和基于SQL语言的属性查询。
8、空间关系查询包括拓扑关系查询和缓冲区查询。
9、从缓冲区对象方面来看，缓冲区最基本的可分为点缓冲区、线缓冲区和面缓冲区。
10、地理空间分析的三大基本要素是空间位置、属性、时间。
11、GIS运行环境的核心部分是计算机软硬件系统。
12、GIS硬件系统包括输入设备、处理设备、存储设备、和输出设备四部分。
13、从数据结构上，GIS可分为矢量GIS、栅格GIS、矢量—栅格GIS。
14、地理空间坐标系统分为球面坐标系统、平面坐标系统，其中平面坐标系统被称为投影坐标系统。
15、高斯投影中1：
2.5至1:
50万比例尺地形图采用经差6度分带，1:
1万比例尺地形图采用经差3度分带。
16、 根据空间数据的获取方式可分为：
地图数据、遥感影像数据、实测数据、共享数据、其他数据。
17、地理信息系统的数据采集工作包括两个方面：
空间数据的采集、属性数据的采集。
18、数据重构主要包括：
数据结构的转换和数据格式的转换。
19、空间数据质量指标包括：
完备性、逻辑一致性、位置准确度、时间准确度、专题准确度。
20、空间数据的误差：
几何误差、属性误差、时间误差、逻辑误差。
21、数据库领域中最常用的数据模型有：
层次模型、网状模型、关系模型、对象模型。
22、空间数据的基本特征：
空间特征、非结构化特征、空间关系特征、多尺度与多态性、分类编码特征、海量数据特征。
23、空间统计分析可包括空间数据的统计分析及数据的空间统计分析，前者着重于空间物体和现象的非空间特性的统计分析。
24地图投影变形的体现在三个方面，分别是长度角度面积
25按地图投影的构成方法，地图投影可分为几何投影非几何投影
26地图投影中的非几何投影（条件投影）包括伪方位投影伪圆锥投影伪圆柱投影多圆锥投影
27专题地图由专题内容和地理底图两部分组成
28我国编制的世界地图时采用的多圆锥投影有等差分多圆锥投影正切差分多圆锥投影
29用于编制世界地图的投影主要有多圆锥投影圆柱投影伪圆柱投影
30已知某地位于东经120010/15//，北纬30015/10//，求该地所在的1:
1万地形图的图号（1990年底以前）：
H—51—61—（11）
31在决定栅格代码时尽量保持地表的真实性，保证最大的信息容量的方法有：
中心点法重要性法面积占优法百分比法
三、判断题
1、数据是信息的表达，信息是数据的内涵。
（√）
2、GIS是由硬件、软件组成。
（×）
3、地理空间分析的三大基本要素是空间位置、属性以及时间。
（√）
4、在GIS中，时间要素是必选要素，而空间要素是可选要素。
（×）
5、投影是指建立多个点之间的映射关系。
（×）
6、地理模型用于描述地理概念和地理事物。
（×）
7、对象模型具有明确便捷和独立地理现象。
（√）
8、相同类型的对象并为对象类，类是一种创建对象的模板。
（√）
9、每一个实体都给一个明确标识符来标识该物体。
（√）
10、矢量数据结构的显著特点是定位隐含、属性明显；而栅格数据模型的显著特点是定位明显、属性隐含。
（×）
11、拓扑关系是一种对空间结构关系进行明确定义的数学方法。
（√）
12、在栅栏数据结构中，每个栅格单元可以存在多个值。
（×）
13、栅格影像不仅包含了属性信息，还包括了隐藏的空间位置信息。
（√）
14、空间索引的性能的优劣直接影响空间数据库和地理信息系统的整体性能。
（√）
15、GIS需要输入两方面的数据，即空间数据与拓扑数据。
（×）
16、判断空间数据质量应根据数据用途确定其标准。
（√）
17、空间元数据是一个由若干复杂或简单的元数据项组成的集合。
（√）
18、拓扑关系查询包括邻接关系、包含关系、空间关系。
（×）
19、缓冲区分析模型就是将点、线、面地物分布图变换成这些地物的扩展距离图。
（√）
20、最佳路径是确定起点、终点所要经过的中间点和中间连线，求最短路径。
（×）
21、栅格数据模型比较适用于场模型抽象表达空间对象。
（√）
22、数字化的等高线对于计算坡度或生成着色地形图十分适用。
（×）
23、流水线分析、可视性分析是建立DEM的众多目的之一（√）
四、简答题
1.简述地理信息系统的基本特征
a）数据的空间定位特征
b）空间关系处理的复杂性
c）海量数据管理能力
2.什么是GIS空间分析？
其方法是什么？
GIS空间分析是以地理事物的空间位置和形态特征为基础，以空间数据运算、空间数据与属性数据的综合运算为特征，提取与产生新的空间信息的技术和过程。
方法：
叠置分析、缓冲区分析、窗口分析、网络分析
3.什么是空间数据库？
其主要特点是什么？
空间数据库是地理信息系统中用于储存和管理空间数据的场所。
特点：
（a）数据量特别大；（b）不仅有地理要素的属性数据，还有大量的空间数据，并且这两种数据之间具有不可分割的联系；（c）数据应用广泛。
4.网络分析的基本思想是什么？
人类的活动总是趋向于按一定的目标选择达到最佳效果的空间位置，根本目的是研究、筹划如何安排一项基于网络数据的工程，并使其运行效果最好。
5.简述空间数据的基本特征。
空间特征、非结构化特征、空间关系特征、多尺度与多态性、分类编码特征、海量数据特征
6.简述栅格数据结构的优缺点
优点：
“属性明显，定位隐含”，数据结构简单、数据模拟方便。
缺点：
数据量大、难以建立实体间的拓扑关系、通过改变分辨率而减少数据量时精度和信息量同时受损等。
7.简述矢量数据结构的优缺点
优点：
数据按照点、线或多边形为单元进行组织，编码容易、数字化操作简单、数据编排直观。
缺点：
a）独立存储方式造成相邻多边形的公共边界重复记录，造成数据冗余，导致公共边界出现间隙或重叠；
b）缺少多边形的邻域信息和图形的拓扑关系；
c）“岛”的问题。
（岛只作为一个单个图形，没有建立与外界多边形的联系。
）
8.简述空间数据质量的主要控制方法。
a）传统的手工方法：
将数字化数据与数据源进行比较，图形部分的检查包括目视方法、会知道透明图上与原图叠加比较，属性部分的检查采用与原属性逐个对比；
b）源数据方法：
数据集的源数据中包含大量有关数据质量的信息，通过它可检查数据质量，同时通过跟踪源数据可以了解数据质量的状况和变化；
c）地理相关法：
用空间数据的地理特征要素自身的相关性来分析数据的质量。
9.简述空间关系的类型
a）空间拓扑关系：
拓扑变换下保持不变的关系；
b）空间顺序关系：
描述实体在地理空间上的排列顺序；
c）空间量度关系：
描述空间实体的距离远近关系，一般用欧式距离表示。
10.地理信息系统的组成。
一个完整的GIS主要由四个部分构成，即计算机硬件系统、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。
（1）计算机硬件系统：
是计算机系统中的实际物理装置的总称，是GIS的物理外壳。
包括输入/输出设备、中央处理单元、存储器等，向提供信息、保存数据、返回信息给用户。
（2）计算机软件系统：
计算机软件系统是指必需的各种程序。
对于GIS应用而言，通常包括：
计算机系统软件、地理信息系统软件和其他支持软件、应用分析程序。
（3）系统开发、管理和使用人员：
完善的地理信息系统项目应包括负责系统设计和执行的项目经理、信息管理的技术人员、系统用户化的应用工程师以及最终运行系统的用户。
地理信息系统专业人员是地理信息系统应用的关键。
（4）空间数据：
它是由系统的建立者输入GIS，是系统程序作用的对象，是GIS所表达的现实世界经过模型抽象的实质性内容。
主要包括空间位置、空间关系、属性等。
11.简述栅格数据及其主要编码方式。
栅格结构是最简单最直接的空间数据结构，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，或仅仅包括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。
栅格数据的主要编码方式包括：
（1）直接栅格编码：
这是最简单直观而又非常重要的一种栅格结构编码方法，就是将栅格数据看作一个数据矩阵，逐行（或逐列）逐个记录代码，可以每行都从左到右逐个象元记录，也可以奇数行地从左到右而偶数行地从右向左记录，为了特定目的还可采用其他特殊的顺序。
（2）压缩编码方法：
目前有一系列栅格数据压缩编码方法，如键码、游程长度编码、块码和四叉树编码等。
其目的是用尽可能少的数据量记录尽可能多的信息，其类型又有信息无损编码和信息有损编码之分。
a）链码：
又称为弗里曼链码或边界链码，链码可以有效地压缩栅格数据，而且对于估算面积、长度、转折方向的凹凸度等运算十分方便，比较适合于存储图形数据。
b）游程长度编码：
栅格图像常常有行（或列）方向上相邻的若干点具有相同的属性代码，因而可采取某种方法压缩那些重复的记录内容。
一种编码方案是，只在各行（或列）数据的代码发生变化时依次记录该代码以及相同的代码重复的个数；另一种方案是逐个记录各行（或列）代码发生变化的位置和相应代码，
c）块码：
块码是游程长度编码扩展到二维的情况，采用方形区域作为记录单元，每个记录单元包括相邻的若干栅格，数据结构由初始位置（行、列号）和半径，再加上记录单位的代码组成。
d）四叉树：
又称四元树或四分树，是最有效的栅格数据压缩编码方法之一。
四叉树将整个图像区逐步分解为一系列被单一类型区域内含的方形区域，最小的方形区域为一个栅格象元。
分割的原则是，不管是哪一层上的象限，只要划分到仅代表一种地物或符合既定要求的少数几种地物时，则不再继续划分，否则一直划分到单个栅格象元为止。
12地图投影知识概述
地图投影实质是将地球椭球面上的经纬网按一定的数学法则转移到平面上。
投影变形长度变形、角度变形、面积变形
投影变形的一般规律任何地图都有投影变形
地图上存在没有变形的点或线
距没有变形的点或线愈远，投影变形越大，反之亦然
地图投影反映的实地面积越大，投影变形越大，反之越小
投影分类
按变形性质：
等角、等积、 变形特点（变形椭圆）
按投影面的类型划分：
方位投影、圆锥投影、圆柱投影
按投影面与地球椭球体位置关系划分：
正轴投影、横轴投影、斜轴投影
13我国常用投影
1、高斯——克吕格投影（等角横切椭圆柱投影）：
适用于（大于或等于1：
50万）大、中比例尺的地形图
2、正轴等角圆锥投影：
适用于小比例尺地形图（小于或等于1：
100万）
3、墨卡托投影（等角正轴圆柱投影）：
使用于海图制作,等角航线、大圆航线
高斯——克吕格投影的应用
我国的1∶2. 5万—1∶50万地形图均采用6°分带投影，1∶1万及更大比例尺地形图采用3°分带投影
高斯——克吕格投影的分带
6°分带法：
从格林尼治零度经线起，每6°为一个投影带，全球共分60个投影带。
3°分带法：
从东经1°30′算起，每3°为一个投影带，将全球划为120个投影带。
高斯——克吕格分带的好处和不足
优点:
控制变形，提高地图精度；
减轻坐标值的计算工作量，提高工作效率。
鉴于高斯投影的带与带之间的同一性及每个带内上下、左右的对称性，全球60个带或120个带，只需要计算各自的1/4个带各经纬线交点的坐标值，通过冠以相应的带号和坐标值变负，就可以得到全球每个投影带的经纬网坐标值。
不足:
分带投影亦带来邻带互不联系，邻带间相邻图幅不便拼接的缺陷
14.我国地形图是如何分带的？
答：
我国规定1：
1万、1：
2.5万、1：
5万、1：
10万、1：
25万、1：
50万比例尺地形图，均采用高斯克吕格投影。
1：
2.5至1：
50万比例尺地形图采用经差6度分带，1：
1万比例尺地形图采用经差3度分带。
6度带是从0度子午线起，自西向东每隔经差6为一投影带，全球分为60带，各带的带号用自然序数1，2，3，…60表示。
即以东经0-6为第1带，其中央经线为3E，东经6-12为第2带，其中央经线为9E，其余类推。
3度带，是从东经1度30分的经线开始，每隔3度为一带，全球划分为120个投影带。
在高斯克吕格投影上，规定以中央经线为X轴，赤道为Y轴，两轴的交点为坐标原点。
五、论述题
1、gis尚待解决的问题及当前的发展趋势
（一）问题：
（1）数据结构方面存在的问题：
目前通用的GIS主要有矢量、栅格或两者相加的混合系统。
在矢量结构方面，其缺点是处理位置关系（包括相交、通过、包含等）相当费时，且缺乏与DEM和RS直接结合的能力。
在栅格结构方面，存在着栅格数据分辨率低，精度差;立地物等问题。
（2）GIS模型存在的问题；传统GIS模型难以表达复杂的地理实体，更难满足客观世界的整体特征要求。
其对空间数据模型和空间数据结构方面力不从心，逐渐暴露其弊端。
（二）发展趋势随着地理信息系统产业的建立和数字化住处产品在全世界的普及,GIS将深人到各行各业以至千家万户，成为人们生产、工作、学习和生活中不可缺少的工具和助手。
数据管理方面：
（1）多比例尺、多尺度和多维空间数据的表达；三库一体化的数据结构方向；利用数据挖掘技术进行知识发现
（2）技术集成方面:
：
“3S”集成即将遥感、空间定位系统和地理信息系统这三种对地观测技术有机地集成在一起；GIS与虚拟现实技术的结合；分布式技术、万维网与GIS的结合；
2、试论述矢量数据的叠置分析
（1）点与多边形叠加：
将一个点图层叠加在一个多边形的图层上，以确定每个点落在哪个多边形内。
点与多边形的叠置是通过点在多边形内的判别完成的，它通常是得到一张新的属性表，该属性表除了原有的属性以外，还含有落在那个多边形的目标标识。
如果必要，还可以在多边形的属性表中提取一些附加属性。
如行政区名称，行政区首长姓名等。
（2）线与多边形叠加：
线与多边形的叠加，首先计算线与多边形的交点，将原线打断成一条条弧段，并将原线和多边形的属性信息一起赋给新弧段。
根据叠加的结果可以确定每条弧段落在哪个多边形内，可以查询指定多边形内指定线穿过的长度。
（3）多边形叠加：
多边形叠加将两个或多个多边形图层进行叠加产生一个新多边形图层的操作，其结果将原来多边形要素分割成新要素，新要素综合了原来两层或多层的属性。
叠加过程可分为几何求交和属性分配两步。
几何求交过程首先求出所有多边形边界线的交点，再根据这些交点重新进行多边形拓扑运算，对新生成的拓扑多边形图层的每个对象赋一多边形唯一标识码，同时生成一个与新多边形对象一一对应的属性表。
3、论述失量数据与栅格数据的结构的转换
栅格向矢量的转换：
矢量化的过程要保证以下两点：
拓扑转换，即保持栅格表示出的连通性和邻接性。
否则，转换出的图形是杂乱无章的，没有任何实用价值的；转换空间对象正确的外形。
栅格向矢量转换的主要步骤为：
二值化，一般情况下，栅格数据是按0～255的不同灰度值表达的；细化是消除线划横断面栅格数的差异，使得每一条线只保留代表其轴线或周围轮廓线（对多边形而言）位置的单个栅格的宽度。
跟踪，去除多余点及曲线光滑，拓扑关系的生成：
判断弧段与多边形间的空间关系，以形成完整的拓扑结构并建立与属性数据的关系。
矢量向栅格的转换：
从矢量向栅格转换过程中，应尽量保持矢量图形的精度在决定属性值时尽可能保持空间变量的真实性和最大信息量。
格网单元对应几种不同的属性值，而每一单元只能取一个值。
在这种情况下，有如下一些取值方法：
（1）中心点法：
用处于格网单元0处的地物类型或空间特征决定属性值。
此时，该单元属性值为C。
此法常用于连续分布的地理要素，如降雨量分布、大气污染等；
（2）面积占优法：
以占单元面积最大的地物类型和空间特征决定格网单元的属性值。
此时，栅格单元的属性值为B。
面积占优法适合分类较细、地物类别斑块较小的情况。
4、3S集成的作用和意义。
3S技术为科学研究、政府管理、社会生产提供了新一代的观测手段、描述语言和思维工具。
3S的结合应用，取长补短，是一个自然的发展趋势，三者之间的相互作用形成了“一个大脑，两只眼睛”的框架，即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提供的浩如烟海的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。
GIS、RS和GPS三者集成利用，构成为整体的、实时的和动态的对地观测、分析和应用的运行系统，提高了GIS的应用效率。
在实际的应用中，较为常见的是3S两两之间的集成，如GIS/RS集成，GIS/GPS集成或者RS/GPS集成等，但是同时集成并使用3S技术的应用实例则较少。
RS、GIS、GPS集成的方式可以在不同的技术水平上实现，最简单的办法是三种系统分开而由用户综合使用，进一步是三者有共同的界面，做到表面上无缝的集成，数据传输则在内部通过特征码相结合，最好的办法是整体的集成，成为统一的系统。
单纯从软件实现的角度来看，开发3S集成的系统在技术上并没有多大的障碍。
目前一般工具软件的实现技术方案是：
通过支持栅格数据类型及相关的处理分析操作以实现与遥感的集成，而通过增加一个动态矢量图层以与GPS集成。
对于3S集成技术而言，最重要的是在应用中综合使用遥感以及全球定位系统，利用其实时、准确获取数据的能力，降低应用成本或者实现一些新的应用。
3S集成技术的发展，形成了综合的、完整的对地观测系统，提高了人类认识地球的能力；相应地，它拓展了传统测绘科学的研究领域。
作为地理学的一个分支学科，Geomatics产生并对包括遥感、全球定位系统在内的现代测绘技术的综合应用进行探讨和研究。
同时，它也推动了其它一些相联系的学科的发展，如地球信息科学、地理信息科学等，它们成为“数字地球”这一概念提出的理论基础。
六编码题
请用块状编码和四叉树进行编码，如图
（1,1,1,0）,（1,2,2,4）,（1,4,1,7）,（1,5,1,7）,（1,6,2,7）,（1,8,1,7）,（2,1,1,4）,（2,4,1,4）,（2,5,1,4）,（2,8,1,7）,（3,1,1,4）,（3,2,1,4）,（3,3,1,4）,（3,4,1,4）,（3,5,2,8）,（3,7,2,7）,（4,1,2,0）,（4,3,1,4）,（4,4,1,8）,（5,3,1,8）,（5,4,2,8）,（5,6,1,8）,（5,7,1,7）,（5,8,1,8）,（6,1,3,0）,（6,6,3,8）,（7,4,1,0）,（7,5,1,8）,（8,4,1,0）,（8,5,1,0）
2.根据下面示意图，给出其的矢量数据结构编码。
点：
点号
坐标
1
x1,y1
12
x12,y12
21
X21,y21
28
X28,y28
39
X39,y39
线：
ID
起点
终点
点号
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
28m29,30,31,21
i
21
39
21,32,33,34,35,36,37,38,39
多边形
多边形编号
多边形边界
I
d,e
II
c,f,h
III
b,h,i
IV
a,i,g
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