《地理信息系统原理》答疑要点.docx
《《地理信息系统原理》答疑要点.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《地理信息系统原理》答疑要点.docx（43页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
《地理信息系统原理》答疑要点
《地理信息系统原理》课程答疑要点
导论
✧世界上第一个地理信息系统出现在20世纪60年代，即加拿大地理信息系统（CGIS），主要功能是自然资源的管理和土地规划任务。
✧地理信息的特征可以归纳为：
空间特征、属性特征和时序特征。
✧数据是信息的表达形式，而信息则是数据的内容。
✧ArcGIS是一种基础型的GIS软件产品。
✧在GIS数据中，把非空间数据称为属性数据。
✧几何数是据描述地理实体本身位置、形状和大小等的数据。
✧地理信息区别与其他信息的显著标志是属于空间信息。
✧在ArcMap左侧的内容列表（TableOfContent）中，当图层名称旁边出现一个红色的感叹号时意味着原数据已经被重命名、删除、或是从原参考路径移走。
✧GIS进入推广应用阶段是20世纪80年代。
✧在地理数据采集中，手工方式主要是用于录入属性数据。
✧“3S”技术指的是GIS、RS、GPS
第2章GIS的数据结构
2-1地理空间及其表达
✧地理空间一般指上至大气电离层，下至地壳与地幔交界的莫霍面之间的空间区域。
✧目前，我国采用的大地坐标系为国家80坐标系，大地原点设在陕西省泾阳县永乐镇，选用1975年国际大地测量协会推荐的国际椭球。
✧我国现在规定的高程基准面为“1985国家高程基准”，它是采用青岛验潮站1953年至1979年验潮资料计算确定的。
✧地理空间的实体包括点（point）、线（line）、面（polygon）、曲面（surface）和体（volume）等多种类型，构成地理空间实体的基本元素是点。
2-2地理空间数据及其特征
✧空间数据是GIS的核心。
✧GIS空间数据按照数据来源可以分为地图数据、影像数据和文本数据。
✧空间数据按照数据特征分为空间数据和属性数据。
✧空间数据按照数据的发布形式可以分为数字线画图、数字栅格图、数字高程模型和数字正射影像图。
✧空间数据是现实世界地理实体或现象在信息世界中的映射，它反映的特征同样应该包括自然界地理实体向人类传递的基本信息。
空间数据具有三个基本特征：
（1）空间特征：
是指地理现象和过程所在的位置、形状和大小等几何特征，以及与相邻地理现象和过程的空间关系。
（2）属性特征：
是指地理现象和过程所具有的专属性质，通常包括名称、数量、质量、性质等。
（3）时间特征：
是指一定区域内的地理现象和过程随着时间的变化情况，称为时态数据。
✧空间拓扑关系的定义：
拓扑关系是明确定义空间结构关系的一种数学方法，对于凡具有网状结构特征地理要素，都存在节点、弧段和多边形之间的拓扑关系。
✧拓扑关系的类型有：
（1）拓扑邻接：
指存在于空间图形的相同类型元素之间的拓扑关系；
（2）拓扑关联：
指存在于不同类型空间元素之间的拓扑关系；（3）拓扑包含：
指存在于空间图形的相同类型但不同等级元素之间的拓扑关系。
✧空间数据的拓扑关系对GIS的数据处理和空间分析具有重要意义：
（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种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。
2-3空间数据结构的类型
✧GIS中的空间数据按照数据结构可以分为矢量数据和栅格数据。
空间数据结构可分为基于矢量数据模型和栅格数据模型的数据结构。
✧地理信息系统中特殊的空间数据模型决定了地理信息系统特殊的空间数据结构和特殊的数据编码。
✧矢量结构的特点是定位明显、属性隐含；栅格结构的特点是定位隐含、属性明显。
2-3-1矢量数据结构
✧矢量数据结构是利用欧几里德几何学中的点、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。
矢量数据结构能很好地表达地理实体的空间分布特征，数据精度高，数据存储冗余度低,但对于多层空间数据的叠合分析比较困难。
✧实体数据结构是无拓扑关系的矢量数据结构，空间数据按照基本的空间对象（点、线或多边形）为单元进行单独组织。
✧典型的实体数据结构是面条（Spaghetti）结构，实例：
ArcGIS的Shape文件和MapInfo的Tab文件。
✧ArcGIS中shapefile由主文件（*.shp）、dBASE表文件（*.dbf）和索引文件（*.shx）组成。
✧拓扑数据结构包括DIME（对偶独立地图编码法）、POLYVRT（多边形转换器）、TIGER（地理编码和参照体统的集成）。
✧拓扑数据结构的特点：
点是相互独立的，点连成线，线构成面。
每条线始于起始节点，止于中止节点，并与左右多边形相邻接。
✧在拓扑数据结构中，弧段是数据结构的基本对象。
✧根据矢量拓扑结构图列出弧段文件的构成。
2-3-2栅格数据结构
✧栅格数据结构：
基于栅格数据模型的结构，是指将空间分成有规则的网格，称为栅格单元，在各个栅格单元上给出相应的属性来表示地理实体的一种数据组织方式。
✧栅格单元（象元）组成栅格数据最基本的单元。
✧栅格（网格）边长决定了栅格数据的精度，也决定了栅格数据空间分辨率。
✧栅格数据结构中，缩小栅格单元面积或减小栅格边长可以减少信息损失，确定栅格单元尺寸的原则保证最小图斑不丢失。
✧与矢量数据结构相比，栅格数据结构表达地理要素比较直观，容易实现多层数据的叠合操作，便于与遥感图像及扫描输入数据匹配使用。
✧栅格数据结构的缺点是：
数据的冗余度大，网络分析比较困难。
✧栅格数据结构可以分为以下几种存储类型：
栅格矩阵结构、游程（行程）编码结构、四叉树结构。
✧游程编码是一种栅格数据的无损压缩方法，目的是消除栅格数据的冗余。
✧游程编码的数据冗余度的计算方法：
✧压缩比的定义：
S＝m*n/K，k为游程总数。
压缩比越大，压缩效果越好。
✧利用游程编码对栅格数据进行压缩。
✧四叉树编码是栅格数据的一种压缩方法。
✧四叉树的存储方法有两种：
常规四叉树和线性四叉树。
✧利用常规四叉树编码和线性四叉树编码对栅格数据进行压缩。
✧莫顿码栅格顺序
7
42
43
46
47
58
59
62
63
6
4
60
61
5
34
35
38
39
50
51
54
55
4
32
33
36
37
48
49
52
53
3
1
30
31
2
8
9
12
13
24
25
28
29
1
2
3
6
7
18
19
22
23
0
0
1
2
3
4
5
6
7
2-4空间数据结构的建立
✧矢量数据的获取方式:
跟踪数字化仪、扫描矢量化、数字测图仪和数据结构的转换。
✧栅格数据的获取方式：
图像扫描、遥感解译和数据结构的转换。
✧我国基础地理信息数据分类：
测量控制点、水系、居民地、交通、管线与恒栅、地形与土质、植被等八个大类。
✧国家基础地理信息数据的分类代码由6位数字组成，大类码、小类码、一级代码和二级代码分别用数字顺序排列，识别码由用户自定义。
第3章空间数据处理
✧空间数据处理是GIS的重要功能之一，内容包括：
数据变换、数据重构、数据提取。
✧空间数据处理是针对空间数据本身完成的操作，不涉及内容的分析。
✧数据变换是从一种数学状态到另一种数学状态的变换，处理内容包括几何纠正、投影转换，解决空间数据的几何匹配问题。
✧数据重构是数据从一个格式到另一种格式的转换，处理内容包括结构转换、格式转换、类型替换，解决数据结构、格式和类型上的统一，实现多源和异构数据的联接和融合。
✧数据提取是对数据进行某种条件的提取，处理内容包括类型提取、窗口提取和空间插值，解决不同用户对数据的特定需求。
3-1空间数据的变换
✧空间数据的变换即空间数据坐标系的变换，其实质是建立两个坐标系之间的一一对应关系，包括几何纠正和投影转换，是空间数据处理的内容之一。
✧数据变换是从一种数学状态到另一种数学状态的变换，处理内容包括几何纠正、投影转换，解决空间数据的几何匹配问题。
3-1-1几何纠正
✧几何纠正是为了实现对数字化数据的坐标系转换和图纸变形误差的纠正。
✧几何纠正包括放射变换、相似变换和二次变换等。
✧仿射变换的特性是：
直线变换后仍为直线；平行线变换后仍为平行线；不同方向上的长度比发生变化。
3-1-2地图投影及其转换
✧地图投影按变形性质可分为三类：
等角投影、等积投影和任意投影。
✧地图投影按投影面与地球的相对位置关系可分为：
正轴投影、斜轴投影和横轴投影。
✧地图投影鞍投影面的形状分为：
圆锥投影、圆柱投影和方位投影。
✧高斯－克吕格投影是等角横切椭圆柱投影，所规定的条件如下：
（1）中央经线和赤道投影后为互相垂直的直线，且为投影的对称轴；
（2）投影具有等角性质；（3）中央经线投影后保持长度不变。
✧高斯－克吕格投影的特点如下：
i.
（1）中央经线上没有任何变形，满足中央经线投影后保持长度不变的条件；
ii.
（2）除中央经线上的长度比为1外，其他任何点的长度比均大于1；
iii.（3）同一条纬线上，离中央经线越远，变形越大，最大值位于投影带的边缘；
iv.（4）在同一条经线上，纬度越低，变形越大，变形最大值位于赤道上；
v.（5）投影属于等角性质，故没有角度变形，面积比为长度比的平方；
vi.（6）长度比的等变形线平行于中央子午线。
✧我国1：
50万、1：
20万、1：
10万、1：
5万、1：
2.5万、1：
1万及更大比例尺的地形图均采用高斯－克吕格投影。
1：
2.5万至1：
50万地形图采用6度分带方案，我国横跨11个投影带（13－23），1：
1万及更大比例尺地形图采用3度分带方案。
✧墨卡托（Mercator）投影是一种等角正切圆柱投影，在地图上保持方向和角度不变形，常用于作航海和航空制图中。
✧UTM（通用横轴墨卡托）投影是横轴等角割圆柱投影。
✧Lambert投影是等角正轴割圆锥投影，是我国1：
100万地形图采用的投影方式。
特点是：
vii.角度没有变形；
viii.两条标准纬线上没有任何变形；
ix.等变形线和纬线一致，及同一条纬线上的变形相同；
x.在同一经线上，两标准纬线外侧为正变形，之间为负变形；
xi.同一纬线上等经差的线段长度相等，两条纬线见的经纬线长度处处相等。
✧投影转换的方式有两种正解变换和反解变换。
✧正解变换：
通过建立一种投影变换为另一种投影的严密或近似解的解析关系式，直接由一种投影的数字化坐标x，y变换到另一种投影的直角坐标X，Y。
✧反解变换：
即由一种投影的坐标反解出地理坐标（x，y－>B,L），然后将地理坐标代入两一种投影的坐标公式中（B,L－>X，Y），从而实现从一种投影坐标到另一种坐标的变换（x,y－>X，Y）。
✧根据转换的方法不同,投影转换可分为:
解析变换、数值变换和解析数值变换。
✧解析变换：
运用正解或反解法求出两种投影坐标之间的精确表达式。
✧数值变换：
多项式拟合，具有不确定性。
✧解析－数值变换：
两种方法的综合运用。
3-2空间数据结构的转换
3-2-1矢量与栅格数据结构的比较
✧矢量数据是面向该实体的结构，即对于每一个具体的实体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，常用于数据采集，以保证空间实体的几何精度和拓扑特征的描述。
✧栅格数据是面向位置的结构，平面空间上的任意一点都直接联系到某一个或某一类实体，对于一个实体没有直接聚集所有信息，不能完整地建立实体间的拓扑关系，常用于空间分析，以加快系统数据的运行速度和分析应用的进程。
✧矢量数据结构具有的优点：
xii.
（1）便于面向现象（土壤类、土地利用单元等）的数据表示；
xiii.
（2）数据结构紧凑、冗余度低
xiv.（3）有利于网络分析
xv.（4）图形显示质量好、精度高
✧缺点：
xvi.
（1）数据结构复杂
xvii.
（2）软件与硬件的技术要求比较高
xviii.（3）多边形叠合分析比较困难
xix.（4）显示与绘图成本比较高
✧栅格数据结构具有的优点：
xx.
（1）数据结构简单
xxi.
（2）空间分析和地理现象的模拟均比较容易
xxii.（3）有利于与遥感数据的匹配应用和分析
xxiii.（4）输出方法快速，成本比较低廉
✧缺点：
xxiv.
（1）图形数据量大
xxv.
（2）投影转换比较困难
xxvi.（3）栅格地图的图形质量比较低些
xxvii.（4）现象识别的效果不如矢量方法
3-2-2矢量向栅格的转换
✧点的栅格化是线和面栅格化的基础。
1.有一点实体其矢量坐标为P（9.5，15.6），若网格的宽与高都是2，则P点栅格化的行列坐标为：
（）（B，2000C）
A.P（5，8）B.P（8，5）
C.P（4，7）D.P（7，4）
✧线的栅格化采用扫描线算法：
先栅格化线段的两个断点，然后在栅格化线段的中间部分。
✧面的栅格化分为：
基于弧段数据的栅格化和基于多边形数据的栅格化。
✧基于弧段数据的栅格化方法，中心扫描线算法。
✧基于多边形数据的栅格化方法:
内部点填充法、边界代数法、包含检验法
✧“点在多边形内”的判定：
检验夹角之和的方法和铅垂线法
3-2-3栅格向矢量的转换
✧矢量化的目的：
一是将扫描仪获取的图像栅格数据存入矢量形式的空间数据库；二是将栅格数据进行压缩，将面状栅格数据转换为由矢量数据表示的多边形边界。
✧基于图像数据的矢量化方法：
（1）二值化；
（2）细化；（3）跟踪。
✧细化的方法：
（1）剥皮法；
（2）骨架法。
3-3多元空间数据的融合
✧遥感数据与GIS数据融合的方式有：
遥感影像与数字线画图（DLG）的融合、遥感影像与数字地形模型（DEM）的融合、遥感影像与数字栅格图（DRG）的融合。
✧遥感影像与数字线画图（DLG）的融合：
可以生产影像地图，有丰富的光谱信息与几何信息，又有行政界线和属性信息，提高了可视化效果。
✧遥感影像与数字地形模型（DEM）的融合：
有助于实施几何校正与配准，消除遥感影像中因地形起伏产生的位移和辐亮度的变化。
✧遥感影像与数字栅格图（DRG）的融合，可以从遥感图像中快速发现已发生变化的区域，进而实现空间数据库的自动、便自动更新。
3-4空间数据的压缩与重分类
✧矢量数据压缩的实质是对线状实体上点的数量的压缩，其中最常用的是道格拉斯－普朗克算法，也称垂距法。
✧基于矢量的压缩的本质是利用某种算法减少实体点的数量。
3-5空间数据的内插方法
✧点的内插是用来建立具有连续变化特征现象（例如地面高程）的数值方法。
✧点的内插步骤：
（1）数据取样；
（2）数据内插；（3）内插数据精度分析。
✧数据取样以建立数字高程模型为例，有两种方式：
（1）特征点取样，随机取样；
（2）格网取样。
✧点的空间内插分类：
xxviii.分块内插法：
线性内插法、双线性多项式内插法、二元样条函数内插法
xxix.逐点内插法：
移动拟合法、加权平均法、克里金法
xxx.整体内插法：
N次多项式拟合法，函数不稳定，运用较少
3-6空间拓扑关系的编辑
✧多边形连接编辑
✧节点连接编辑
第4章GIS空间数据库
✧空间数据的存储和管理方法通常有两种方式：
空间文件存储管理和空间数据库存储和管理。
✧空间数据管理的发展
✧
（1）初级式的管理模式：
其空间分析功能和属性处理功能分别直接调用空间数据文件和属性数据文件进行数据处理；举例：
ArcGIS的Coverage文件。
✧
（2）混合式的管理模式：
其空间分析功能调用空间数据管理模块对空间数据文件进行处理，属性数据利用属性数据库进行管理；举例：
Shape文件和.TAB文件。
✧（3）扩展式的管理模式（引擎方式）：
在常规数据管理系统之上添加一层空间数据库引擎，以获得常规数据库管理系统功能之外的空间数据存储和管理的能力；举例：
ArcGIS的GeoDatabase（SDE）。
✧（4）集成式的管理模式：
它是直接对常规数据库管理系统进行功能扩展，加入一定数量的空间数据存储与管理功能。
举例：
OracleSpatialCartridge。
✧在面向对象数据模型中，对象就是现实世界中一个事物的模型表达，它具有一个唯一的名称标识，并把自身的状态和内在的功能封装在一起。
✧在面向对象数据模型中，类是一组对象的抽象描述，它将该组对象所有具有的共同特征集中起来，以说明该组对象的能力和性质。
✧在面向对象系统中，实现特定功能的方法不仅以名称来区分，而且用它所带的参数来区别，这称为重载。
✧在面向对象系统中，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，这称为多态。
✧数据库方法与文件管理方法相比，具有更强的数据管理能力。
数据库的主要特征：
数据冗余度小；数据集中控制；数据独立性特征。
✧基本地理空间认识模型的抽象层次，可归纳为三个层次：
概念模型、逻辑数据模型、
✧物理数据模型
✧应用程序对数据库的操作全部通过DBMS。
✧对文件进行存取操作的基本单位是记录。
✧用来表示物体属性最基本的不可分割的数据单位是数据项。
✧在关系模型的逻辑设计中，规范化的基本思想是逐步消除数据依赖中的不合理部分，使模式中的各个关系达到某种程度的分离，让一个关系描述一个概念。
2NF在满足前一范式的基础上，每一个非主属性完全函数依赖于该关系的关键字。
✧为了唯一标识每个记录，就必须有记录的标识符，这个标识符称为主关键字。
✧时空一体化数据模型：
时间片快照模型、底图叠加模型、时空合成模型。
✧数据字典是描述数据库中各种数据属性与组成的数据集合。
第5章空间分析的原理与方法
1.从功能上看，GIS有别于其他信息系统、CAD、DBS的地方是具有空间分析功能。
（）
2.GIS与机助制图的差异在于：
（）（D）
A．是地理信息的载体B．具有存储地理信息的功能
C．具有显示地理信息的功能D．具有强大的空间分析功能
3.从功能上看，GIS有别于其他信息系统、CAD、DBS的地方是GIS具有（）。
（C，）
A．数据输入功能 B．数据管理功能
C．空间分析功能 D．数据输出功能
4.GIS中空间分析的步骤是：
确定分析目的和评价标准；收集和录入空间和属性数据；作空间位置的处理和分析和作属性数据的处理和分析；获得简要分析结果；解释和评价结果，若不满意，则返回前面任一步骤重做；以专题地图、文字报告形式作为正式结果，供决策用。
（）T
5.下列那些是矢量数据的分析方法：
（）（C）
A．坡向分析B．谷脊特征分析
C．网络分析D．地形剖面分析
6.解决道路拓宽中拆迁指标的计算问题，可应用的空间分析方法是：
（）（A）
A．缓冲区分析B．包含分析
C．网络分析D．最短路径分析
5-1数字地形分析
7.下列给出的方法中，哪项适合生成DEM：
（）（A）
A．等高线数字化法B．多边形环路法
C．四叉树法D．拓扑结构编码法
8.有关DEM的叙述错误的是：
（）（C）
A．DEM是构成DTM的基础
B．三角网可生成DEM
C．DTM的质量决定DEM的精确性
D．等高线数字化法是普遍采用的生成DEM的方法
9.下列数据格式不能用来表示DEM的是：
（）（D）
A．规则格网（Grid）B．不规则三角网（TIN）
C．地形特征线D．面条数据（Spaghetti）
10.数字地面模型中，地表粗糙度一般定义为地表单元曲面面积与投影面积之比。
（）T
11.地表粗糙度反映地表起伏变化与侵蚀的指标，可以定义为：
地表单元曲面面积与投影面积之比。
T
12.地表粗糙度反映地表起伏变化与侵蚀的指标，可以定义为：
对角线连线的中点的高差D来表示。
T
13.高程变异可以定义为网格单元顶点高程的标准差与平均高程的比值。
T（）
14.数字地面模型中，地面法线在水平面上的投影与正北方向的夹角是坡向。
（）F
15.下面那种地形分析可以为防止崩塌、泥石流等自然灾害提供数据支持（）。
（C）
A．坡向分析B．谷脊特征分析
C．坡度分析D．地表粗糙度
16.利用DEM数据可以进行：
（）（A）
A．洪水淹没损失估算B．缓冲区分析
C．包含分析D．网络分析
17.下列不属于数字地形分析的是：
（）（C）
A．坡向分析B．谷脊特征分析
C．网络分析D．地形剖面分析
18.以下不属于地形因子的是：
（）（A）
A．剖面线B．曲面面积
C．地表粗糙度D．谷脊特征
19.地形分析中经常需要提取谷线、脊线和鞍点等地形特征线，在规则格网地形数据中（如下图），如果Zi,j满足
（Zi,j-1-Zi,j）（Zi,j+1-Zi,j）>0；
Zi,j+1>Zi,j；
Zi+1,j>Zi,j三个条件，则该点为（）。
（C）
A．脊点B．鞍点
C．谷点D．不是地形特征点
5-2空间叠合分析
20.确定某一县境内公路的类型以及不同级别道路的里程，应该用：
（）（C）
A．追踪分析法B．信息复合分析法
C．叠置分析法D．包含分析法
21.利用GIS进行土地利用动态监测时，可使用的分析方法是：
（）（C）
A．空间聚类B．空间聚合
C．合成叠置D．网络分析
22.解决点、线、面之间是否存在直接联系的分析方法是：
（）（A）
A．包含分析B．统计分析
C．多边形叠置分析D．网络分析
23.利用GIS可以分析计算出某条高速公路穿越各个行政区的长度，在此过程中需要用到那种空间分析能（）。
（B）
A．空间缓冲区分析B．空间叠合分析
C．空间网络分析D．空间统计分析
24.栅格叠合分析的前提是相同地区的栅格图层和相同的栅格单元大小。
（）T
25.栅格叠合分析是相同地区的栅格图层之间的运算，但栅格大小可以不同。
（）F
26.栅格数据的叠合算法只能在两个空间特征数据之间进行。
（）F
27.在矢量数据的叠合分析中，下图的多边形a与b经过什么运算后能得到C图的结果？
（）（A）
A．UnionB．Intersect
C．EraseD．Update
5-3空间临近度分析
28.最短路径分析是一种空间临近度分析，具有广泛的应用。
（）F
29.根据分析对象的点、线、面实体，自动建立它们周围一定距离的带状区，用以识别这些实体或主体对邻近对象的辐射范围或影响度，以便为某项分析或决策提供依据。
符合该项要求的空间操作是（）。
（A）
A．空间缓冲区分析B．空间叠合分析
C．空间网络分析D．空间统计分析
30.湖泊和河流周围保护区的定界可采用：
（）（D）
A．空间聚类B．统计分析
C．叠置分析D．缓冲区分析
31.确定城市的噪音污染源所影响的一定空间范围所用到的分析方法主要为：
（）（B）
A．包含分析法B．缓冲区分析方法
C．叠置分析法D．网络分析法
5-3空间网络分析
32.空间数据中属于数据网络数据
升级会员 