地理信息系统期末复习题.docx
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地理信息系统期末复习题
第一章绪论
一、专业术语:
1.数据是指对某一目标定性、定量描述的原始资料,包括数值、字符、图像、图形、声音、视频等。
在计算机中数据按符号进行存储和处理。
2.信息狭义信息论的定义:
两次不定性之差,即指人们获得信息前后对事物认识的差别。
广义信息论的定义:
指主体(人、生物、机器)与客体(环境、其他人、生物或机器)之间相互联系的一种形式,是主体和客体之间的一切有用的消息或知识,是表征事物性质、特征和状态的一种普遍形式。
3.地理信息系统:
是计算机硬件、软件、地理数据和人的有机组合,用来有效地获取、存储、更新、处理、分析和显示所有与地理(空间)有关的各类信息
二、基础部分
1.地理特征和现象的数据描述包括空间位置,属性特征及时域特征三部分。
2.GIS的基本功能:
1、数据采集、编辑和处理2、数据存储和数据库管理3、空间信息的处理和变换4、空间信息的浏览和查询5、信息显示和输出6、空间分析和空间模拟7、二次开发功能
3.GIS的基本组成部分:
计算机硬件系统、软件系统、网络、空间数据、应用模型管理与应用人员。
4.介绍几款常用的工具型GIS平台:
介绍几款常用的工具型GIS平台:
ESRI(ARCGIS、Arcview) 美国环境系统研究所公司ESRIInc.产品。
ArcGIS提供了用于地理数据的自动输入、处理、分析和显示的强大功能MapInfoProfessional,Map。
MAPINFOInc.桌面型GIS,由于其数据结构,空间分析功能相对较弱。
但由于造价低,在国内市场占有率较高。
AutoCADMap3D。
创建与管理空间数据的主要的工程GIS平台。
通过使用强大的AutoCAD®工具使工作流程化,提高工作效率。
SuperMap:
科学院超图公司。
GEOSTAR:
武汉测绘大学GIS研究中心。
MAPGIS:
中国地质大学(武汉)信息工程学院
三、拓展部分
1.谈谈你对地理信息系统的理解:
1地理信息系统是传统科学与现代技术相结合而产生的边缘学科,因此它明显的体现出多学科交叉的特征,这些交叉学科的基础理论同样构成地理信息系统的基础理论体系;2地理信息系统通常是指计算机化的信息系统,需要得到计算机硬件和软件系统的支持。
地理信息系统中,信息的流动及信息流动的结果,完全由计算机程序的运行和数据的交换来仿真;3.处理的对象为地理空间信息。
地理信息系统用于处理地球表层这一特定空间内各种地理现象的信息。
系统中的数据组织均以地理坐标为参照系,地理信息系统中还必须考虑各地理要素的空间关系;4.地理信息系统的核心组成是地理数据库,包括属性数据库,图形数据库和遥感影像数据库,地理信息系统提供在统一的平台综合处理这些信息的能力,这是地理信息系统不同于其他信息系统的重要一点。
5.地理信息系统具有强大的制图功能,完全可以代检查传统制图和一般意义上的机助制图技术,地理信息系统可以根据实际需要设计生产产各种地图、图表、文字等信息;6.地理信息系统必须具有空间分析功能,正是空间分析功能,是地理信息系统区别于机助制图系统,也正是空间分析功能赋予地理信息系统以强大的生命力;7.空间模拟:
地理信息系统是整个地球或部分区域的资源、环境在计算机中的缩影。
地理信息系统可以依据系统应用模型,快速模拟自然过程的演变和过程,取得地理预测和实验的结果;8.通过GIS选择优化方案,避免不合理的决策,解决与资源、环境、社会、经济和人口有关的实际应用课题,构成决策支持系统。
2简述GIS与其他学科的关系:
数学:
主要有几何学和图论等;统计学:
统计方法是GIS空间分析的基本方法,统计检验也利于GIS空间数据不确定性和误差检验;其它相关应用学科:
如城市规划,土地管理等。
第三章空间数据模型
一、专业术语:
1拓扑关系是指基本要素点、线、面和体之间具有邻接、关联和包含关系。
在平面拓扑的基础上加上“上下”构成三维拓扑。
2概念模型地理空间中地理事物和现象的抽象概念集,是地理数据的语义解释,从计算机系统的角度来看,他是系统抽象的最高层.
3对象模型,对象模型,也称作要素模型,将研究的整个地理空间看成是一个空域,地理现象和空间实体作为独立的对象分布在该空域中。
4场模型,也称作域模型,是把地理空间中的现象作为连续的变量或体来看待,如大气污染程度、地表湿度、地形高度等。
5矢量数据模型,用欧几里得(Euclid)几何学中的点、线、多边形及其组合表示地理实体空间位置和分布特征的一种数据组织形式。
6栅格数据模型,栅格数据模型指将分析空间划分成多个规则的网格单元(多为矩形区域,也偶有表示为三角形或六边形的),然后给各个格网单元赋以相应空间对象的属性值,用这多个格网单元组成的规则格网(GRID)来表示地理现象的空间位置和属性特征。
比较适宜用场模型抽象表达的空间对象。
7.TIN模型使用彼此相邻而不重叠的三角形组成的表面,由于每个三角形顶点的xyz坐标已知,所以通过在一个三角形表面使用简单的线性插值和多项式插值,可以估计任何位置的表面值;
二、基础部分
1.主要的空间关系有哪些?
1.空间拓扑关系2.顺序空间关系3.度量空间关系
2.地理空间数据的拓扑关系主要包括?
拓扑邻接,拓扑关联,拓扑包含
3.举例说明决定栅格单元代码的主要方式:
中心点法
a)处理方法:
用处于栅格中心处的地物类型或现象特性决定栅格代码
b)常用于具有连续分布特性的地理要素,如降雨量分布、人口密度图等。
面积占优法
c)处理方法:
以占栅格区域面积比例最大的地物类型或现象特性决定栅格单元的代码
d)面积占优法常用于分类较细,地物类别斑块较小的情况
重要性法
e)处理方法:
根据栅格内不同地物的重要性,选取最重要的地物类型决定相应的栅格单元代码
f)重要性法常用于具有特殊意义而面积较小的地理要素,特别是点、线状地理要素,如城镇、交通枢纽、交通线、河流水系等,在栅格中代码应尽量表示这些重要地物
百分比法
i.处理方法:
根据栅格区域内各地理要素所占面积的百分比数确定栅格单元的代码
ii.适用于地物面积具有重要意义的分类体系
4.Delaunay三角网具有以下特性:
1)其Delaunay三角网是唯一的;2)三角网的外边界构成了点集P的凸多边形“外壳”;3)没有任何点在三角形的外接圆内部,反之,如果一个三角网满足此条件,那么它就是Delaunay三角网。
4)如果将三角网中的每个三角形的最小角进行升序排列,则Delaunay三角网的排列得到的数值最大,从这个意义上讲,Delaunay三角网是“最接近规则化”的三角网。
第四章空间数据结构
一、专业术语:
1空间数据结构,空间数据结构是空间逻辑数据模型在计算机中的组织关系和编排方式
2矢量数据结构,是对矢量数据模型进行数据的组织,通过记录坐标的方式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栅格数据结构,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。
4拓扑数据结构,具有拓扑关系的矢量数据结构
5链式编码,该编码方法将数据表示为由某一原点开始并按某些基本方向确定的单位矢量链。
6游程,是指栅格矩阵内相邻同值栅格的数量。
7常规四叉树,常规四叉树:
除了记录叶结点之外,还要记录中间结点。
结点之间借助指针联系,每个结点需要用六个量表达:
四个叶结点指针,一个父结点指针和一个结点的属性或灰度值
8线性四叉树,只存贮最后叶结点的信息。
包括叶结点的位置(莫顿码值)、深度和本结点的属性或灰度值二维行程编码,
9矢量-栅格一体化结构,通过同时记录多边形边界和边界中间包含的栅格地址,实现既保持矢量数据的特征又具有栅格数据的性质。
10.TIN数据结构,它不仅要存储每个点的高程,还要存储其平面坐标、节点连接的拓扑关系,三角形及邻接三角形等关系。
11图像二值化是在一个设定的灰度阙值的基础上,对扫描获得的灰度图像(如256级灰度)进行0或1的简化处理,即有无判断。
二、基础部分
1.矢量数据结构按其是否明确表示地理实体间的空间关系分为实体数据结构和拓扑数据结构
2.拓扑数据结构包括:
索引式结构,双重独立编码结构,链式双重独立编码结构等。
3.主要的栅格数据压缩编码方式有:
链码、游程长度编码、块码、四叉树、二维行程编码
4.采用四叉树编码时,为了保证四叉树分解能不断地进行下去,要求图像必须为2n×2n尺寸的栅格阵列。
5.四叉树结构按其编码的方法不同分为常规四叉树和线性四叉树
6.主要的三维空间数据结构有八叉树数据结构和四面体格网
7.多边形矢量格式向栅格格式的转换的主要算法有:
内部点扩散算法、射线算法和扫描算法、边界代数算法
8.栅格数据向矢量数据转换的目的有三:
①数据入库;②数据压缩;③矢量制图;
9.矢量数据结构特点:
定位明显,属性隐含。
三、拓展部分
1.拓扑结构的特点是:
1.除结点外,每个空间对象都是由更基本的对象组成的。
只有点的坐标是被实际存储的,其他复杂空间对象的坐标信息实际上是逻辑构成的。
任一复杂对象能分解为一组结点及其拓扑关系的定义。
2.这样,一个图层中存储的全部坐标信息就是结点的坐标,建立其他对象只是建立对这些坐标的引用。
虽然建立拓扑结构需要额外的存储数据,但对坐标数据的存储却没有数据冗余的问题。
3.拓扑结构编码是某些空间分析的基础。
2.链码(ChainCodes)优缺点:
优点:
链式编码对多边形的表示具有很强的数据压缩能力,且具有一定的运算功能,如面积和周长计算等,探测边界急弯和凹进部分等都比较容易,比较适于存储图形数据。
缺点:
对叠置运算如组合、相交等则很难实施,对局部修改将改变整体结构,效率较低,而且由于链码以每个区域为单位存储边界,相邻区域的公共边界被重复存储会产生冗余。
3.游程长度编码优缺点:
优点压缩效率较高,且易于进行检索,叠加合并等操作,运算简单,适用于机器存储容量小,数据需大量压缩,而又要避免复杂的编码解码运算增加处理和操作时间的情况缺点:
对于图斑破碎,属性和边界多变的数据压缩效率较低,甚至压缩后的数据量比原始数据还大。
4.对几种常见栅格压缩编码方法进行评价;1.链码的压缩效率较高,已经近矢量结构,对边界的运算比较方便,但不具有区域的性质,区域空间分析运算困难。
2.游程长度编码既可以在很大程度上压缩数据,又最大限度地保留了原始栅格结构,编码解码十分容易。
但对破碎数据处理效果不好。
3.块码和四叉树编码具有区域性质,又具有可变的分辨率,有较高的压缩效率,但运算效率是其瓶颈。
其中四叉树编码可以直接进行大量图形图像运算,效率较高,是很有前途的方法。
5矢量数据结构与栅格数据结构比较:
:
栅格数据优点
(1)数据结构简单;
(2)空间数据的叠置和组合十分容易方便;(3)各类空间分析都很易于进行;(4)数学模拟方便;(5)技术开发费用低。
缺点:
(1)图形数据量大;
(2)用大像元减少数据量时,可识别的现象结构将损失大量信息;(3)地图输出不精美(4)难以建立网络连接关系;5)投影变换花的时间多。
矢量模型:
优点:
(1)表示地理数据的精度较高;
(2)严密的数据结构,数据量小;(3)用网络连接法能完整地描述拓扑关系;(4)图形输出精确美观;(5)图形数据和属性数据的恢复、更新、综合都能实现。
缺点:
1)数据结构复杂;
(2)矢量多边形地图或多边形网很难用叠置方法与栅格图进行组合;(3)显示和绘图费用高,特别是高质量绘图、彩色绘图和晕线图等;(4)数学模拟比较困难;(5)技术复杂,多边形内的空间分析不容易实现。
6在GIS建立过程中矢量数据结构与栅格数据结构的选择;1.从应用领域来看——栅格结构和矢量结构都有一定的局限性。
一般来说,大范围小比例尺的自然资源、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、公共事业管理等方面应用矢量模型比较合适。
2.从数据来源来看——对于一个与遥感相结合的地理信息系统来说,栅格结构是必不可少的,因为遥感影像是以像元为单位的,可以直接将原始数据或经处理的影像数据纳入栅格结构的地理信息系统;而对地图数字化、拓扑检测、矢量绘图等,矢量数据结构又是必不可少的。
7栅格数据模型和TIN数据模型的比较:
1对地理空间的划分:
TIN模型为不规则三角形;而栅格模型为规则格网;2空间对象的表示:
栅格数据模型既可以描述连续变化的地理现象,又可以表示离散的地理现象(点、线、面),而TIN模型只能表示联系变化的地理现象;但TIN能精确地表示曲面类型地理现象的形状以及特殊的地形要素,比如山脊、山峰等,而栅格模型不能精确表示;3表面模型的精度:
栅格使用统一的CELL大小来表示,在地形平坦的地方,存在大量的数据冗余,而TIN具有随坡度变化而不同的点密度,在坡度变化大的地区点密度较高;4栅格模型适合进行空间一致性分析、近邻分析、离散度分析及表面最低成本分析,TIN模型适合进行坡度、坡向、体积计算和视线分析等
8栅格格式向矢量格式的转换的一般步骤:
1)多边形边界提取:
(二值化,平滑,细化)2)边界线追踪3)拓扑关系生成4)去除多余点及曲线圆滑
第五章空间数据组织与管理
第六章空间数据的采集与处理
一、专业术语
栅格数据重采样进行空间分析时,用来分析的数据资料由于来源不同,经常会出现不同栅格大小问题,这时为了便于分析,就需要做同一栅格大小的转换处理,即栅格数据的重采样过程。
空间数据质量指空间数据对特定用途的分析和操作适用的程度。
即数据质量是指数据适用于不同应用的能力
空间数据质量控制,指在空间数据采集和分析过程中,对这些步骤和过程的一些指标和参数予以规定,对可能引入误差的步骤和过程加以控制,对检查出的误差和错误进行纠正,以达到提高空间数据质量和提高空间分析应用水平的目的。
准确度,指测量值、计算值或估计值与真实值(或可视为真实值的值)的接近程度,用误差来表示;
不确定性,表示真实值不能被精确测量或肯定的程度;
精度,指数据表示的精密程度,亦即数据表示的有效位数
一致性,指对同一现象或同类现象在表达上一致程度,包括数据内容、数据结构、属性的一致性,也包括拓扑结构上的一致性;
数据完整性,指具有同一准确度和精度的空间数据在范围、内容及结构等方面的完整程度;
相容性,指不同来源的数据在同一个应用中匹配的程度;
数据质量间接评价法,指通过外部知识或信息(元数据,地理相关分析)进行推理来确定空间数据的质量的方法。
元数据描述数据的数据。
二、基础部分
1.野外数据采集的特点机动性高,精度高,成本高
2.在数字化后的地图上,经常出现的错误有以下几种:
伪节点、悬挂节点、碎屑多边形、不正规多边形
3.GIS软件提供的数学基础变换方法一般有仿射变换、相似变换、二次和高次变换等。
4.栅格数据重采样主要包括三种方法:
最邻近法采样(NEAREST),双线性采样(BILINEAR)和三次卷积采样(CUBIC)。
5.实现空间数据共享大体上有四种方案:
数据格式转换方案、数据直接访问方案、数据互操作方案和开放式数据库互接模式。
6.矢量数据压缩的几种方法:
间隔取点法、垂距法和偏角法、分裂法
7.数据质量评价方法主要有:
直接评价法和间接评价法
8.常见的空间数据的误差类型有:
逻辑误差、几何误差、属性误差、时间误差
9.空间数据质量控制的主要方法:
传统的手工方法、元数据方法、地理相关法
三、拓展部分
简述GIS主要的数据源及其特点:
⑴地图:
各种类型的地图是GIS最主要的数据源,因为地图是地理数据的传统描述形式。
⑵遥感影像数据:
遥感影象是GIS中一个极其重要的信息源。
通过遥感影象可以快速、准确地获得大面积的、综合的各种专题信息,航天遥感影象还可以取得周期性的资料,这些都为GIS提供了丰富的信息。
⑶统计数据:
国民经济的各种统计数据常常也是GIS的数据源。
如人口数量、人口构成、国民生产总值等等。
⑷实测数据:
各种实测数据特别是一些GPS点位数据、地籍测量数据常常是GIS的一个很准确和很现势的资料。
⑸数字数据:
目前,随着各种专题图件的制作和各种GIS系统的建立,直接获取数字图形数据和属性数据的可能性越来越大。
数字数据也成为GIS信息源不可缺少的一部分。
⑹各种文字报告和立法文件:
对于一个多用途的或综合型的系统,一般都要建立一个大而灵活的数据库,以支持其非常广泛的应用范围。
1.空间数据采集与处理的基本流程1数据源的选择2采集方法的确定3数据的编辑与处理4数据质量控制与评价5数据入库
2.数据源的选择条件1是否能满足项目或系统功能的需要2所选数据源是否是已有使用经验3系统成本,数据源的选择对与系统整体的成本控制至关重要
3.空间数据采集的主要方法1野外数据采集:
平板测量、全野外数字测量、GPS、全野外数字测图:
全站仪+PDA2.地图数字化:
跟踪数字化方式、扫描矢量化方式
4.空间数据质量分析的目的在于分析和了解空间数据误差的性质、类型、大小和来源以及产生原因,对系统数据和处理结果中的不确定性因素进行模拟和估计,从而了解空间数据的可靠性和可信度。
在此基础上,实现空间数据质量控制。
5.元数据的作用1帮助用户了解和分析数据2空间数据质量控制3在数据集成中应用4数据存贮和功能实现
第七章第八章空间分析
一、专业术语:
空间分析,就是对空间对象的形态特征、空间分布、空间关系和空间行为进行描述,解决地理理论的空间格局或空间关系问题,并进行空间现象的解释和预测。
几何量算,是指对空间信息的自动化量算,是地理信息系统所具有的重要功能,也是进行其它空间分析的定量化基础。
再分类,就是根据不同的需要对原始数据再次进行分类和提取的过程.
叠加分析,将有关主题层组成的数据层面,进行叠加产生一个新数据层面的操作,其结果综合了原来两层或多层要素所具有的属性。
栅格计算,栅格数据分析中的单个单元运算;对应栅格单元运算,不涉及位置运算;不受邻域单元影响;产生新的栅格地图;
缓冲区,地理空间目标的一种影响范围或服务范围。
缓冲区分析,缓冲区分析是研究根据数据库的点、线、面实体,自动建立其周围一定宽度范围内的缓冲区多边形实体,从而实现空间数据在水平方向得以扩展的信息分析方法,是地理信息系统重要的和基本的空间操作功能之一。
窗口分析,(邻域变换)是指在计算新图层图元值时,不仅考虑原始图层上相应图元本身的值,而且还要考虑与该图元有邻域关联的其他图元值的影响。
网络分析,是指依据网络拓扑关系(结点与弧段拓扑、弧段的连通性),通过考察网络元素的空间及属性数据,以数学理论模型为基础,对网络的性能特征进行多方面研究的一种分析计算。
地理网络,由一系列相互连通的点和线组成,用来描述地理要素(资源)的流动情况。
链,网络中流动的管线,如街道、河流、水管等,其状态属性包括阻力和需求。
障碍,禁止网络中链上流动的点。
拐角点,出现在网络链中的分割结点上,状态属性有阻力,如拐弯的时间和限制
节点,网络中链的结点,如港口、车站、电站等,其状态属性包括阻力和需求等。
结点中又有下面几种特殊的类型。
中心,是接受或分配资源的位置,如水库、商业中心、电站等
站点,在路径选择中资源增减的结点
阻强:
指资源在网络流动中的阻力大小,如所花的时间、费用等。
它是描述链与拐角点所具有的属性。
二、基础部分
1.GIS中提供的空间查询方式主要有基于空间关系的查询和基于属性数据的查询
2.非均质空间的距离在量算时要考虑其他的因素,如耗时,费用,通达度,路况等等,这时就需要给各个不同的方向赋予不同的权重,计算成本距离
3.形状量算的主要参数有:
欧拉函数,形状系数和凸度数
4.叠置分析根据操作形式的不同可以分为:
图层擦除(Erase)、识别叠加(Identify)、交集操作(Intersect)、对称识别(symmetricaldifference)、图层合并(Union)和修正更新(Updata)。
5.线要素缓冲区的建立是以线要素的边线作为参考线,来做其平行线,并考虑其端点处建立原则,即可建立缓冲区。
常用的端点处建立原则有:
角平分线法和凸角圆弧算法。
6.窗口分析中的3要素分别是:
中心点,分析窗口大小与类型,运算方式。
7.窗口分析中图层根据窗口分析类型运算,依据不同的运算方式获得新的图层。
其中常用的统计运算类型有:
平均值统计、最大值统计、最小值统计、中值统计、求和统计、标准差统计等
8.窗口分析中图层根据窗口分析类型运算,依据不同的运算方式获得新的图层。
其中常用的测度运算类型有:
范围统计、多数统计、少数统计、种类统计等
9.网络数据集中通常通过设置高程字段来表达线要素的高度起伏关系。
10.ArcGIS支持的网络数据类型有:
几何网络和网络数据集
三、拓展部分
1.空间查询特性:
回答用户的简单问题;不改变空间数据库数据;不产生新的空间实体和数据
2.数据再分类的方式:
图层擦除(Erase)、识别叠加(Identify)、交集操作(Intersect)、对称识别(symmetricaldifference)、图层合并(Union)和修正更新(Updata)。
;
3.简述缓冲区的主要应用:
求交通沿线和河流沿线的地物特征;公共设施的服务半径;水库建设引起的搬迁;铁路公路以及河道对所经区域经济发展的重要性;城市的噪音污染源所影响的一定空间范围;根据污染源求敏感区范围;
4.空间分析的基本步骤:
1.确定问题并建立分析的目标和要满足的条件
2.针对空间问题选择合适的分析工具
3.准备空间操作中要用到的数据。
4.定制一个分析计划然后执行分析操作。
5.显示并评价分析结果
5.简述窗口分析中的3个要素:
中心点;邻域大小与类型;邻域运算函数;中心点:
在单个窗口中的中心点可能就是一个栅格点,或者是分析窗口的最中间的栅格点,窗口分析运算后的数值赋予它。
6.举例说明网络分析的应用:
1路径分析:
最短路径分析和最低消费路径,点对点最优路径多目标点访问。
2资源分配:
资源分配主要是优化配置网络资源的问题,资源分配的目的是对若干服务中心进行优化,划定每个中心的服务范围,把所有连通链都分配到某一中心,并把中心饿资源分配给这些链以满足要求,筛选出租价布局和布局中心位置。
资源分配网络模型由中心点(分配中心或收集中心)及其属性和网络组成。
分配有两种形式,一种是由分配中心向四周分配,另一种是由四周向收集中心分配。
7.分析窗口的大小与类型:
依据的单个窗口中的栅格分布状况。
第九章DEM与数字地形分析
专业术语:
1.DEM:
是表示区域D上地形三维向量的有限序列
2.DTM:
就是地形表面形态属性信息的数字表达,是带有空间位置特征和地形属性特征的数字描述
3坡度:
水平面与地形面的夹角。
4坡向:
法线在水以平面投影与正北方向之夹角
5曲率:
剖面曲率与平面曲率之差
6平面曲率:
与最大坡度方向呈直角方向的估算值
7剖面曲率:
沿最大坡度方向的估值
8地形起伏度:
指在所指定的分析窗口内所有栅格中最大高程与最小高程的差。
Max-min
9地形粗糙度:
地表单元的曲面面积与其在水平面上的投影的面积的比。
10地表切割深度:
地面的某点的邻域范围的平均高程与最小高程的差。
基础部分
1.国家空间数据基础设施(NSDI)的框架数据包括:
数字高程模型(DEM)、数字正射影像图(DigitalOrthoimageMap,DOM)、数字线划图(DigitalLineGraphic,DLG)。
2.格网DEM转换为
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