地理信息系统原理课后作业答案.docx

1、地理信息系统原理课后作业答案地理信息系统原理课后作业答案第1章 绪论1 什么叫信息、数据？它们有何区别？信息有何特点？答：信息是客观事物的存在及演变情况的反映。 对于计算机而言，数据是指输入到计算机并能为计算机进行处理的一切现象（数字、文字、符号、声音、图像等），在计算机环境中数据是描述实体或对象的唯一工具。 数据是用以载荷信息的物理符号，没有任何实际意义，只是一种数学符号的集合，只有在其上加上某种特定的含义，它才代表某一实体或现象，这时数据才变成信息。 信息的特点：客观性 适用性 传输性 共享性。2 什么叫空间数据、地图？举例说明空间数据有哪几种类型。答：空间数据是以点、线、面等方式采用编码

2、技术对空间物体进行特征描述及在物体间建立相互联系的数据集。 地图是表达客观事物的地理分布及其相互联系的空间模型，是反映地理实体的图形，是对地理实体简化和再现。 空间数据主要有点、线、面三种类型。例如，地图上的点可以是矿点、采样点、高程点、地物点和城镇等；线可以是地质界线、铁路、公路、河流等；面可以是土壤类型、水体、岩石类型等。3 什么叫地理信息、地学信息、信息系统、地理信息系统？它们之间有何区别？答：地理信息是表征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数字、文字、图像和图形等的总称。 地学信息所表示的信息范围更广，它不仅来自地表，还包括地下、大气层，甚至宇宙空间。凡是与人类

3、居住的地球有关的信息都是地学信息。 能对数据和信息进行采集、存贮、加工和再现，并能回答用户一系列问题的系统称为信息系统。 地理信息系统（GIS）是在计算机软硬件支持下，以采集、存贮、管理、检索、分析和描述空间物体的定位分布及与之相关的属性数据，并回答用户问题等为主要任务的计算机系统。 区别：地理信息属于空间信息，其位置的识别是与数据联系在一起的，这是地理信息区别于其它类型信息的最显著的标志。 地学信息所表示的信息范围更广，它不仅来自地表，还包括地下、大气层，甚至宇宙空间。凡是与人类居住的地球有关的信息都是地学信息。地学信息具有无限性、多样性、灵活性、共享性等特点。同地球上的自然资源、能源本身不

4、同，地学信息不但没有限度，而且会爆炸式地增长。 信息系统的四大功能为数据采集、管理、分析和表达。信息系统是基于数据库的问答系统。 空间信息系统是一种十分重要而又与其它类型信息系统有显著区别的信息系统，因为它所要采集、管理、处理和更新的是空间信息。4 试述地理信息系统的发展阶段及我国地理信息系统的发展过程。答：地理信息系统发展阶段：以时间发展为序列，可分为60年代起始发展阶段、70年代发展巩固阶段、80年代推广应用阶段和90年代蓬勃发展阶段。 我国地理信息系统的发展过程：GIS在中国的发展可分为三个阶段。第一阶段从1970年到1980年，为准备阶段，主要进行舆论准备，正式提出倡仪，开始组建队伍，

5、培训人才，组织个别实验研究。第二阶段从1981年到1985年，为起步阶段，完成了技术引进，研究数据规范和标准，空间数据库建立，数据处理和分析算法及应用软件的开发等，对GIS进行理论探索和区域性实验研究。第三个阶段从1986年到现在，为初步发展阶段，我国GIS的研究和应用进入有组织、有计划、有目标的阶段，逐步建立了不同层次、不同规模的组织机构、研究中心和实验室，中国科学院于1985年开始筹建国家资源与环境系统实验室，是一个新型的开放性研究实验室，1994年中国GIS协会在北京成立。5 试述地理信息系统与其他相关学科系统间的关系。答：GIS与地图学的关系：GIS是以地图数据库（主要来自地图）为基础

6、，其最终产品之一也是地图，因此它与地图有着极密切的关系，两者都是地理学的信息载体，同样具有存储分析和显示（表示）的功能。由地图学到地图学与GIS结合，这是科学发展的规律，GIS是地图学在信息时代的发展。GIS是地图学理论、方法与功能的延伸，地图学与GIS是一脉相承的，它们都是空间信息处理的科学，只不过地图学强调图形信息传输，而GIS则强调空间数据处理与分析，在地图学与GIS之间一个最有力的连接是通过地图可视化工具与它们的潜力来增加GIS的数据综合和分析能力。 GIS与一般事务数据库的关系：GIS离不开数据库技术。数据库技术主要是通过属性来管理和检索，其优点是存储和管理有效，查询和检索方便，但数

7、据表示不直观，不能描述图形拓扑关系，一般没有空间概念，即使存贮了图形，也只是以文件形式管理，图形要素不能分解查询。GIS能处理空间数据，其工作过程主要是处理空间实体的位置、空间关系及空间实体的属性。 GIS与计算机地图制图的关系：计算机地图制图技术的发展对GIS的产生起了有力的促进作用，GIS出现进一步为地图制图提供了现代化的先进技术手段,它必将引起地图制图过程深刻变化,成为现代地图制图主要手段，GIS应用于地图制图，可实现地图图形数字化，建立图形和属性两类数据相结合的数据库。但GIS系统不同于计算机地图制图，计算机地图制图主要考虑可视材料的显示和处理,考虑地形、地物和各种专题要素在图上的表示

8、，并且以数字形式对它们进行存贮、管理，最后通过绘图仪输出地图。计算机地图制图系统强调的是图形表示，GIS既注重实体的空间分布又强调它们的显示方法和显示质量，强调的是信息及其操作。数字地图是GIS的数据源，也是GIS表达形式，计算机地图制图是GIS重要组成部分。 GIS与计算机辅助设计(CAD)的关系：GIS与CAD系统的共同特点是两者都有空间坐标，都能把目标和参考系统联系起来，都能描述图形数据的拓扑关系，也都能处理非图形属性数据。它们的主要区别是：CAD处理的多为规则几何图形及其组合，它的图形功能尤其是三维图形功能极强，属性库功能相对要弱，采用的一般是几何坐标系。而GIS处理的多为自然目标，有

9、分维特征（海岸线、地形等高线等），因而图形处理的难度大，GIS的属性库内容结构复杂，功能强大，图形属性的相互作用十分频繁，且多具有专业化特征，GIS采用的多是大地坐标，必须有较强的多层次空间叠置分析功能，GIS的数据量大，数据输入方式多样化，所用的数据分析方法具有专业化特征。因此一个功能较全的CAD，并不完全适合于完成GIS任务。6 试述地理信息系统的组成及各部分的主要功能。答：地理信息系统主要由四部分组成，即计算机硬件系统、计算机软件系统、地理空间数据和系统开发、管理和使用人员。 计算机硬件系统是地理信息系统的建立的保证。 计算机软件系统是指地理信息系统运行所必须的各种程序及有关资料。主要包

10、括计算机系统软件、地理信息系统软件和应用分析软件三部分。 地理空间数据是GIS的操作对象，是GIS所表达的现实世界经过模型抽象的实质性内容，地理空间数据实质上就是指以地球表面空间位置为参照，描述自然、社会和人文经济景观的数据。 人是地理信息系统中重要构成因素，GIS不同于一幅地图，需要人进行系统组织、管理、维护和数据更新、系统扩充完善、应用程序开发，并采用地理分析模型提取多种信息。7 举例说明地理信息系统的应用。答：资源清查是地理信息系统最基本的职能，其主要任务是将各种来源的数据汇集在一起，并通过系统的统计和覆盖分析功能，按多种边界和属性条件，提供区域多种条件组合形式的资源统计和进行原始数据的

11、快速再现。以土地利用类型为例，可以输出不同土地利用类型的分布和面积，按不同高程带划分的土地利用类型，不同坡度区内的土地利用现状，以及不同类型的土地利用变化等，为资源的合理利用、开发和科学管理提供依据。又如中国西南地区国土资源信息系统，设置了三个功能子系统，即数据库系统、辅助决策系统、图形系统。资源数据存储了1500多项300多万个。该系统提供了一系列资源分析与评价模型、资源预测预报及西南地区资源合理开发配置模型。该系统可绘制草场资源分布图、矿产资源分布图、各地县产值统计图、农作物产量统计图、交通规划图、重大项目规划图等不同的专业图。第2章 空间数据结构答：将工作区域的平面表象按一定分解力作行和

12、列的规则划分，形成许多格网，每个网格单元称为像素，即像元。灰度值是根据所表示实体的表象信息差异对各像元的表示。栅格数据结构实际上就是像元阵列，即像元按矩阵形式的集合，栅格中1.什么叫像元、灰度值、栅格数据？的每个像元是栅格数据中最基本的信息存储单元，其坐标位置可以用行号和列号确定。2.举例说明栅格数据层的概念。答：地理数据在栅格数据结构中必须分层组织存储，每一层构成单一的属性数据层或专题信息层，例如同样以线性特征表示的地理要素，河流可以组织为一个层，道路可以作为另一层，同样以多边形特征表示的地理要素，湖泊可以作为一个层，房屋可以作为另一层，根据使用目的不同，可以确定需要建立哪些层及需要建立哪些

13、描述性属性。3 栅格数据如何以数组的形式进行存储？答：二维数组是把栅格数据中各像素的值对应于二维数组相应的各元素加以存储的方式，适合于灰度级大的浓淡图像的存储以及在通用计算机中的处理，所以是最常采用的一种方式。在采用二维数组的方式中，还有组合方式和比特面方式。组合方式是在计算机的一个字长中存储多个像素的方式。比特面方式，就是把数据存储到能按比特进行存取的二维数组（可以理解为1比特/1字）即比特面中的方式。如果给栅格数据内的全体像素赋予按照某一顺序的一维的连续号码，则能够把栅格数据存储到一维数组中。其次，也有不是存储栅格数据全体，而只是把应该存储的像素的信息，按照一定规则存储到一维数组中去的方法

14、。4 栅格数据有哪几种组织方法？各自有何优缺点？答：栅格数据的组织方法：（1）以像元为记录的序列。（2）以层为基础。（3）以层为基础，但每一层内则以多边形（也称制图单元）为序记录多边形的属性值和充满多边形的各像元的坐标。优缺点：这三种方法中（1）节省了许多存储空间，因为N层中实际只存储了一层的像元坐标；方法（3）则节省了许多用于存储属性的空间，同一属性的制图单元的个像元只记录一次属性值。它实际上是地图分析软件包中所使用的分级结构，这种多像元对应一种属性值的多对一的关系，相当于把相同属性的像元排列在一起，使地图分析和制图处理较为方便；方法（2）则是每层每个像元一一记录，它的形式最为简单。5 栅格

15、数据如何进行取值？答：中心归属法：每个栅格单元的值以网格中心点对应的面域属性值来确定。长度占优法：每个栅格单元的值以网格中线（水平或垂直）的大部分长度所对应的面域的属性值来确定。面积占优法：每个栅格单元的值以在该网格单元中占据最大面积的属性值来确定。重要性法：根据栅格内不同地物的重要性程度，选取特别重要的空间实体决定对应的栅格单元值，如稀有金属矿产区，其所在区域尽管面积很小或不位于中心，也应采取保留的原则。6 栅格数据存储压缩编码方法主要有哪几种？每种方法是如何进行压缩的？答： 栅格数据存储压缩编码方法主要有：（1）链式编码 （2）行程编码 （3）块式编码 （4）四叉树编码（1）链式编码：由某

16、一原点开始并按某些基本方向确定的单位矢量链。基本方向可定义为：东0，南3，西2，北1等，还应确定某一点为原点。（2）行程编码：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代码重复的个数，即按（属性值，重复个数）编码（3）块式编码：块式编码是将行程编码扩大到二维的情况，把多边形范围划分成由像元组成的正方形，然后对各个正方形进行编码。（4）四叉树编码：而块状结构则用四叉树来描述，将图像区域按四个大小相同的象限四等分，每个象限又可根据一定规则判断是否继续等分为次一层的四个象限，无论分割到哪一层象限，只要子象限上仅含一种属性代码或符合既定要求的少数几种属性时，则停止继续分割。否则就一直分

17、割到单个像元为止。而块状结构则用四叉树来描述。按照象限递归分割的原则所分图像区域的栅格阵列应为2n2n（n为分割的层数）的形式。7 什么叫矢量数据？点、线、面实体数据编码的基本内容是什么？答：矢量数据就是代表地图图形的各离散点平面坐标（x，y）的有序集合，矢量数据结构是一种最常见的图形数据结构，主要用于表示地图图形元素几何数据之间及其与属性数据之间的相互关系。点实体：在矢量数据结构中，除点实体的（x,y）坐标外还应存储其它一些与点实体有关的数据来描述点实体的类型、制图符号和显示要求等。线实体：线实体可以定义为直线元素组成的各种线性要素，直线元素由两对x，y坐标定义。最简单的线实体只存储它的起止

18、点坐标、属性、显示符等有关数据。面实体：多边形（也就是面实体）矢量编码，不但要表示位置和属性，更重要的是能表达区域的拓扑特征，如形状、邻域和层次结构等，以便恢复这些基本的空间单元可以作为专题图的资料进行显示和操作，由于要表示的信息十分丰富，基于多边形的运算多而复杂，因此多边形矢量编码比点和线实体的矢量编码要复杂得多，也更为重要。8 什么叫拓扑关系？举例说明拓扑关系有哪几种类型？答：拓扑关系是指网结构元素结点、弧段、面域之间的空间关系。主要表现：拓扑邻接、拓扑关联、拓扑包含。9 举例说明实体式数据结构。它有何缺点？答：实体式数据结构是指，一个区域或一幅地图可以划分成许多多边形，每个多边形由一条或

19、若干条弧段组成，每条弧段由一串有序的x，y坐标对组成，每条弧段的两端点为结点，每个结点连接两条以上的弧段，多边形矢量编码主要用于表示空间图形为多边形的面状要素，每个多边形在数据库中是相互独立、分开存储的。例如用于行政区、土地类型、植被分布等。其缺点是：（1）邻接多边形的公共边被数字化和存储两次，结点在数据库中被多次记录。不仅造成数据冗余，而且容易造成数据结构的破坏，引起严重的匹配误差，如狭长多边形及裂隙的产生。（2）每个多边形自成体系，缺少有关邻域关系的信息。（3）不能解决“洞”和“岛”之类的多边形嵌套问题，岛只作为单个的图形建造，没有与外包多边形的联系。（4）没有方便方法来检查多边形边界的拓

20、扑关系正确与否，如有无不完整的多边形（死点）或拓扑学上不能接受的环（奇异多边形）。10 举例说明索引式数据结构、DIME数据结构、链状双重独立式数据结构。答：索引式数据结构是指根据多边形边界索引文件，来检索多边形边界的坐标数据的一种数据组织形式。双重独立地图编码，简称DIME结构（Dual Independent Map Encoding）。它是由美国人口调查局建立起来的为人口调查目的而设计的一种拓扑编码方法，是一种把几何量度信息（直角坐标）与拓扑逻辑信息结合起来的系统。也可用于土地利用等多种信息系统的编辑和分析，是GIS发展早期使用的一种拓扑编码方式。链状双重独立式数据结构是DIME数据结构

21、的一种改进。在DIME中，一条边只能用直线端点的序号及相邻的面域来表示，而在链状数据结构中，一条边可以由许多点组成，这样在寻找两个多边形之间的公共界线时，只要查询链名就行，与这条界线的长短和复杂程度无关。11 地理数据的显式和隐式表示有何区别？答：(1)隐式（矢量）表示法用于存储地理事物的数据量较少，即需要的存储空间少（矢量表示的x，y坐标和连接指示字较少而栅格表示需要的像元较多）；(2)矢量法比栅格法（显式）要精美得多。栅格法要达到相同的分辨率，格网要非常小才行，这就需要更多的x，y坐标；(3)矢量法中的连接信息使数据搜索能沿着一定的方向进行。栅格法则能方便地改变地理事物的形状和大小，因为栅

22、格数据修改只包括清除某些旧值和输入新值两个步骤。而矢量数据的修改除改变坐标值外，还需要重建连接关系（指示字）。12 在实际工作中应如何对矢量和栅格数据结构进行有效的选择？答：在GIS建立过程中，应根据应用目的要求、实际应用特点、可能获得的数据精度以及地理信息系统软件和硬件配制情况，在矢量和栅格数据结构中选择合适的数据结构。矢量数据结构是人们最熟悉的图形表达形式，对于线划地图来说，用矢量数据来记录往往比用栅格数据节省存贮空间。相互连接的线网络或多边形网络则只有矢量数据结构模式才能做到，因此矢量结构更有利于网络分析（交通网，供、排水网，煤气管道，电缆等）和制图应用。矢量数据表示的数据精度高，并易于

23、附加上对制图物体的属性所作的分门别类的描述。矢量数据只能在矢量式数据绘图机上输出。目前解析几何被频繁地应用于矢量数据的处理中，对于一些直接与点位有关的处理以及有现成数学公式可循的针对个别符号的操作计算，用矢量数据有其独到的便利之处。矢量数据便于产生各个独立的制图物体，并便于存贮各图形元素间的关系信息。栅格数据结构是一种影像数据结构，适用于遥感图像的处理。它与制图物体的空间分布特征有着简单、直观而严格的对应关系，对于制图物体空间位置的可探性强，并为应用机器视觉提供了可能性，对于探测物体之间的位置关系,栅格数据最为便捷。多边形数据结构的计算方法中常常采用栅格选择方案，而且在许多情况下，栅格方案还更

24、有效。例如，多边形周长、面积、总和、平均值的计算、从一点出发的半径等在栅格数据结构中都减化为简单的计数操作。又因为栅格坐标是规则的，删除和提取数据都可按位置确定窗口来实现，比矢量数据结构方便得多。最近以矢量数据结构为基础发展起来的栅格算法表明存在着一种比以前想象中更为有效的方法去解决某些栅格结构曾经存在的问题。例如，栅格结构的数据存储量过大的问题可用压缩方法使其减少。栅格结构和矢量结构都有一定的局限性。一般来说,大范围小比例的自然资源、环境、农业、林业、地质等区域问题的研究,城市总体规划阶段的战略性布局研究等,使用栅格模型比较合适。城市分区或详细规划、土地管理、公用事业管理等方面的应用，矢量模

25、型比较合适。当然，也可以把两种模型混合起来使用，在同一屏幕上同时显示两种方式的地图。13 三维空间数据模型有哪些？其对应空间数据结构有什么特点？答：三维空间数据模型主要包括三维矢量模型，三维体元模型和三维混合数据模型。三维矢量模型将三维空间中的实体抽象为三维空间中的点、线、面、体四种基本元素，然后以这四种基本几何元素的集合来构造更复杂的对象。以起点、终点来限定其边界；以一组型值曲线来限定其形状；以一组曲面来限定其边界和形状。体元模型可以按体元的面数分为四面体、六面体、棱柱体和多面体共四种类型，也可以根据体元的规整性分为规则体元和非规则体元两大类。基于面模型的构模方法优点是便于显示和数据更新，不

26、足之处是难以进行空间分析。基于体模型的构模方法优点是易于进行空间操作和分析，但存储空间大，计算速度慢。混合模型的目的则是综合面模型和体模型的优点，以及综合规则体元与非规则体元的优点，取长补短。第3章 GIS的地理数学基础1 什么是地图投影，它与GIS的关系如何答：将地球面上的点投影到平面上，而使其误差最小的各种投影方法称为地图投影。其实质就是建立地球椭球面上的点的坐标（，）与平面上对应的坐标（x,y）之间的函数关系。地图投影对GIS有较大的影响，其影响是渗透在地理信息系统建设的各个方面的，如数据输入，其数据包括地图投影数据；数据处理，需要对投影进行变换；数据应用中的检索、空间分析依据数据库投影

27、数据；输出应有相应投影的地图。2 地图投影的变形包括哪些？答：地图投影的变形，通常可分为长度、面积和角度三种变形，其中长度变形是其它变形的基础。3 地图投影的分类方法有几种？它们是如何进行分类的？答：地图投影的分类方法很多，总的来说，基本上可以依外在的特征和内在的性质进行分类。（1） 根据地图投影的变形(内蕴的特征)分类根据地图投影中可能引入的变形的性质，可以分为等角、等面积和任意(其中包括等距离)投影。（2） 根据投影面与地球表面的相关位置分类根据投影面与地球表面的相对位置将投影区分为正轴投影(极点在两地极上，或投影面的中心线与地轴一致)、横轴投影(极点在赤道上，或投影面的中心线与地轴垂直)

28、及斜轴投影(极点既不在两地极上又不在赤道上，或投影面的中心线与地轴斜交)。4 我国地理信息系统中为什么要采用高斯-克吕格投影和正轴等角圆锥投影？答：是因为：（1）我国基本比例尺地形图(15千，11万，12.5万，15万，110万，125万，150万和1100万)中大于等于150万的图均采用高斯克吕格投影为地理数学基础； （2）我国1100万地形图采用正轴等角割圆锥投影，其分幅与国际百万分之一所采用的分幅一致；（3）我国大部分省区图多采用正轴等角割圆锥投影和属于同一投影系统的正轴等面积割圆锥投影；（4）正轴等角圆锥投影中，地球表面上两点间的最短距离(即大圆航线)表现为近于直线，这有利于地理信息系

29、统中空间分析和信息量度的正确实施。因此，我国地理信息系统中采用高斯-克吕格投影和正轴等角圆锥投影既适合我国的国情，也符合国际上通行的标准。5 说明高斯-克吕格投影的变形性质、变形分布规律及其用途。答： 高斯投影从几何概念上分析，它是一种等角横切椭圆柱投影。我们把地球看成是地球椭球体，假想用一个椭圆筒横套在其上，使筒与地球椭球体的某一经线相切，椭圆筒的中心轴位于赤道上，按等角条件将地球表面投影到椭圆筒上，然后将椭圆筒展开成平面，这就是高斯投影。高斯投影的基本条件(性质)为：（1）中央经线(椭圆筒和地球椭球体的切线)和赤道投影成垂直相交的直线；（2）投影后没有角度变形(即经纬线投影后仍正交)；（3

30、）中央经线上没有长度变形。变形分布规律：（1） 中央经线上没有长度变形。（2） 在同一条纬线上，离中央经线越远变形越大。（3） 在同一条经线上，纬度越低，变形越大。6 高斯-克吕格投影中为什么要采取分带投影的方法？答：分析高斯投影的长度变形可知，其投影变形最大值在赤道和投影边缘经线的交点上。经差为3时，长度变形为1.38，3带范围内最大长度变形为0.38。为了控制投影变形不致过大，保证地形图精度，高斯投影采用分带投影方法，即将投影范围的东西界加以限制，使其变形不超过一定的限度。7 1：10万的某图幅的图号为I-50-87,请计算该图幅所在的高斯投影的投影带号及投影带的中央经线？答：该图幅所在的

31、高斯投影的投影带号为：503020， 投影带的中央经线L0=20*60-30=1170。8 什么是正轴等角圆锥投影？我国新编百万分之一地图为何要采用双标准纬线正等角圆锥投影？答：假想一个圆锥其轴与地球椭球旋转轴重合地套在椭球上，按等角的条件把地球椭球上经纬线投影到圆锥面上，然后沿一条母线(经线)将圆锥面切开展成平面，这就是正轴等角圆锥投影。我国新编的1：100万地形图采用正轴等角圆锥投影的原因是：（1）我国位于中纬，应采用正轴圆锥投影；（2）地形图应采用等角投影；（3）采用双标准纬线的相割比采用单标准纬线的相切，其投影变形小而均匀。9 实现地图投影转换的基本思路是什么？答：首先找出从一种投影点

32、的坐标变换为另一种地图投影点的坐标变换关系式，是实现投影变换的基础，实现这种关系式的方法有反解变换法、正解变换法和数值变换法。第4章 地理信息系统数据输入1 GIS有哪些数据来源？数据标准化主要指哪些方面？每个方面的主要内容是什么？答：GIS的主要数据源有：地图数据、遥感数据、数字资料、文字报告。数据标准化主要是指：统一的地理基础、统一的分类编码原则、数据交换格式标准、标准的数据采集技术规程。统一的地理基础：地理基础是地理信息数据表达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、统一的地理坐标系统以及统一的地理编码系统。统一的分类编码原则：国家规范组建议信息分类体系采用宏观的全国分类系统与详细专业系统之间相递归的分类方案，即低一级的分类系统必须能归并和综合到高一级分类系统中去。数据交换格式标准：制定的数据交换格式应尽量简单实用，能独立于数据提供者和用户的数据格式、数据结构和硬软件环境，数据格式应便于修改扩充和维护，便于同国内外重要的GIS软件数据格式进行交换，