GIS软件操作试题正式版.docx

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GIS软件操作试题正式版

一、操作基础（60分）

1、ArcGIS主要的文件格式有哪些？

各自有什么特点？

（10分）

答：

ArcGIS主要的文件格式有：

（1）矢量型Shapefile和对应的要素属性表；

（2）矢量为主的空间数据库Geodatabase；

（3）传统ArcInfo矢量型Coverage和栅格型Grid（格网）；

（4）基于关系模型的属性表，包括dBASE格式的dbf表、INFO数据库表、Access数据库表；

（5）ArcGIS专用的不规则三角网（TriangleIrregularNetwork，TIN）；

（6）针对交通系统，基于Shapefile或Geodatabase的网络（Network）；

（7）通用影像、图像文件（Image）；

（8）常用CAD（计算机辅助设计）软件的图形文件。

Shapefile是一种基于文件方式存储GIS数据的文件格式。

至少由.shp、.dbf、.shx三个文件组成，分别存储空间、属性以及前两者的关系，是GIS中比较通用的一种数据格式。

Coverage是一种拓扑数据结构，一般的GIS原理书中都有它的原理论述。

数据结构复杂，属性缺省存储在Info表中。

目前ArcGIS中仍然有一些分析操作只能基于这种数据格式进行操作。

Geodatabase是ArcInfo发展到ArcGIS时候推出的一种数据格式，一种基于RDBMS存储的数据格式，共分两大类：

1.PersonalGeodatabse用来存储小数据量数据，存储在Access的mdb格式中。

2.ArcSDEGeodatabse存储大型数据，存储在大型数据库中Oracle,SqlServer,DB2等。

可以实现并发操作，不过需要单独的用户许可。

2、在GIS应用中，常见的地图数据符号化有哪几类？

举例说明它们的特点？

（10分）

答：

地图数据符号化是地图可视化的重要手段,常见的地图数据符号有点符号、线符号、面符号、注记符号、统计地图。

（1）点符号：

用不同颜色、大小、形状的符号表达点状要素；符号类型为点状符号，可控制的形式包括点的式样、大小、颜色，特殊形式包括倾斜、偏移、多属性统计图。

点状符号有位置，无宽度和长度，是抽象的点。

点状符号有城镇、居民地、交通枢纽、车站、码头、工厂、学校、医院、商场、写字楼、机关、火山口、山峰、景点、基地等。

（2）线符号：

用不同颜色、宽度、线型表达线状要素，包括多边形的边界；符号类型为线型，可控制的形式包括线的式样、宽度、颜色，特殊形式包括侧向偏移、有方向的线型。

线状符号有长度，但无宽度和高度，用来描述线状实体。

线状符号有河流、海岸、铁路、公路、地下管网、行政边界等。

（3）面符号：

用不同颜色、密度、图案填充多边形要素；符号类型为填充符号、边界线，可控制的形式包括晕线式样、图案、密度、颜色、边界线型，特殊形式包括多属性统计图、点密度图。

面状符号具有长和宽的目标，通常用来表示自然或人工的封闭多边形。

面状符号有土壤、耕地、森林、草原、沙漠、行政区域、绿地、操场等。

（4）注记符号：

用不同颜色、大小、字体注记地图；符号类型为字体，可控制形式包括字体、大小、颜色，特殊形式包括加粗、倾斜、字间距、下划线。

通常包括文字注记、数字注记、符号注记3种类型。

（5）统计地图：

将常用的统计图布置到地图上，用图表、图形表示整个制图区域统计资料的地图。

包括分级统计图、图表统计图、定位统计图。

分级统计地图是按行政区划或经济区划，以不同深浅的颜色或疏密不等的晕线表示现象相对指标差异的图件。

图表统计地图是以图表、图形显示各统计单位内现象的总和以及内部结构的图件。

定位统计地图是以统计图表表示相应点的特殊现象和变化规律，一般有柱状图表、曲线图表以及玫瑰图表等。

3、比较栅格模型和矢量模型的特点、简述栅格数据和矢量数据常见的空间分析方法并举例说明。

（10分）

答：

栅格数据模型是将地理空间划分成若干行、若干列，称为一个像元阵列，其最小单元称为像元或像素，用像元值表示空间对象的类型、等级等特征，每个像元的位置由行列号确定，其属性则以唯一属性值形式表示。

矢量数据模型是通过记录坐标的方式，用一系列有序的x、y坐标对来表示点、线、面等地理实体的空间位置，尽可能地将点、线、面地理实体表现得精确无误。

栅格模型的优点是：

（1）结构简单，易数据交换；

（2）叠置分析和地理现象模拟较易；（3）利于遥感数据的应用和分析，便于图像处理；（4）输出快速，成本低廉。

缺点是：

（1）难以表达拓扑；

（2）图形数据量大，数据结构不严密不紧凑，需用压缩技术解决该问题；（3）投影转换困难；（4）图形质量转低，图形输出不美观，线条有锯齿，需用增加栅格数量来克服，但会增加数据文件。

矢量模型的优点是：

（1）结构紧凑，冗余度低；

（2）便于描述线或边界；（3）利于网络、检索分析，提供有效的拓扑编码，对需要拓扑信息的操作更有效；（4）图形显示质量好，精度高。

缺点是：

（1）数据结构复杂，各自定义，不便于数据标准化和规范化，数据交换困难；

（2）多边形叠置分析困难；（3）表达空间变化性能力差；（4）软硬件技术要求高，显示与绘图成本较高。

栅格数据常见的空间分析方法有聚类、聚合分析，信息复合分析，追踪分析，窗口分析，量算分析。

聚类、聚合分析法是理想的多变量统计技术，主要有分层聚类法和迭代聚类法。

例如，我们可以根据各个银行网点的储蓄量、人力资源状况、营业面积、特色功能、网点级别、所处功能区域等因素情况，将网点分为几个等级，再比较各银行之间不同等级网点数量对比状况。

信息复合分析是将不同专题的内容叠加显示在结果图件上，以便系统使用者判断不同专题地理实体的相互空间关系，获得更为丰富的信息。

追踪分析是指对于特定的栅格数据系统，由某一个或多个起点，按照一定的追踪线索进行目标追踪或者轨迹追踪，以便进行信息提取的空间分析方。

窗口分析是指对于栅格数据系统中的一个、多个栅格点或全部数据，开辟一个有固定分析半径的分析窗口，并在该窗口内进行诸如极值、均值等一系列统计计算，或与其它层面的信息进行必要的复合分析，从而实现栅格数据有效的水平方向扩展分析。

矢量数据常见的空间分析方法有包含分析，缓冲区分析，叠置分析，网络分析。

包含分析是用于确定空间要素之间是否存在直接的联系，即点、线、面之间在空间位置上的联系。

缓冲区分析是针对点、线、面实体，自动建立起周围一定宽度范围以内的缓冲区多边形，通常用于确定地理空间目标的一种影响范围或服务范围。

缓冲区分析是地理信息系统重要的空间分析功能之一，它在交通、林业、资源管理、城市规划中有着广泛的应用，例如湖泊和河流周围的保护区的定界、汽车服务区的选择、民宅区远离街道网络的缓冲区的建立等。

叠置分析是将同一地区的两组或两组以上的要素进行叠置，产生新的特征的分析方法。

主要有点与多边形的叠置、线与多边形的叠置、多边形与多边形的叠置。

网络分析的基本功能是基于几何网络的特征和属性，利用距离、权重和规划条件来进行分析得到结果并且应用在实际中，它主要包括路径分析、地址匹配和资源分配三个方面。

例如最短路径可以根据网络流和距离的权重，并利用一定的路径追踪的原理来得到代价最小的路径，故而可以将网络分析划分成两个基础模块：

流向分析和追踪分析。

4、比较Append、Merge和Union三种操作的异同？

（20分）

答：

ArcToolbox中将两个要素类合并成一个的工具主要有Append、Merge和Union。

虽然它们都能将两个要素类合并成一个要素类，但功能上有所不同，主要区别有：

（1）Append：

合并输入要素类、表、栅格影像及栅格目录到一个已有的要素类、表、栅格影像及栅格目录中。

当schematype选项为test时，输入输出的要素类属性表结构必须一致，既字段名、类型、排列顺序必须完全相同，当schematype选项为no_test时可以不同。

图形：

append可以合并点、线、多边形等要素类和表、栅格影像及栅格目录，但必须是相同类型的。

append不处理要素，只简单地把要素放到一个要素类里，因此输出的要素类可能会有重叠或缝隙。

属性表：

同输出要素类的属性表。

输入要素类属性表中的字段如果在输出要素类属性表中没有将会被丢弃，但可做字段映射，将输入要素类的某个字段映射到输出要素类的某个字段。

（2）Merge：

合并输入要素类、表到新的要素类、表中。

图形：

Merge可以合并点、线、多边形等要素类和表，但必须是相同类型的。

Merge不处理要素，只简单地把要素放到一个要素类里，因此输出的要素类可能会有重叠或缝隙。

属性表：

Merge处理属性表时会把相同名字的字段合成一个，不同名字的字段按原名字、顺序全部加入输出要素类属性表中，原fid将会丢弃。

Merge可以进行字段映射。

（3）Union：

合并输入要素类到新的要素类中。

图形：

Union只能合并polygon类型的要素类。

两个要素类合并时会处理相交部分，使之单独形成多部件要素，并且有选项选择允许缝隙（gaps）或不允许缝隙。

如果选择不允许缝隙，两个要素类合并后的缝隙将生成新要素。

属性表：

Union合并属性表的选项有三个：

all、no_fid和only_fid。

all将两个要素类的属性表字段按顺序全部放在输出要素类的属性表中，包括fid。

同名的字段（除fid外）在字段名后加数字以示区别（fid后加要素类名称）；no_fid将两个要素类的属性表中除fid外的字段按顺序全部放在输出要素类的属性表中；only_fid只将两个要素类的属性表中的fid放到输出要素类的属性表中，在fid后加要素类名称以示区别。

Union不做字段映射。

编辑里的merge和union是对选中的要素进行操作，而Arctoolbox里的是对要素类（图层）进行操作。

5、栅格空间析中有哪些类型的距离制图？

请结合实际案例说明它们在现实中的应用。

（10分）

答：

距离制图即根据每一栅格相距其最邻近要素的距离来进行分析制图，从而反映出每一栅格与其最邻近源的相互关系。

栅格空间分析中的距离制图包括成本距离和直线距离。

成本距离是计算离开“源”到达每个单元（或从每个单元开始到达“源”）沿途经过所有单元的累计成本，在一定条件下选择累积通行成本最低为路径，和直线距离不同。

直线距离是每一栅格单元和指定“源”之间的直线长度，从一个栅格单元的中心到另一个栅格单元中心的直线距离。

成本距离计算不仅需要“源”图层，还需要“成本”图层。

成本图层中每一个栅格单元的取值表示通过该单元的成本，可称“通行成本”。

按累计通行成本最低的路径决定离开“源”到达每个单元（或从每个栅格单元到达“源”）的成本值。

累计通行成本的计算既要考虑栅格单元之间的距离，也要考虑每个单元的通行成本。

如果每个单元的通行成本都一样，结果就和直线距离相同。

如果每个单元的成本有差异，计算方法就比较复杂，SpatialAnalyst称作CostWeightedDistance（以成本为权重的距离）。

成本距离的典型用途是利用栅格数据计算最佳路径。

在现实中的应用：

综合公路的长度和地形坡度成本，从公路起点到终点，走向为相对建设费用最低，计算公路的建设成本；飞机失事紧急救援时从指定地区到最近医院的距离；消防、照明等市政设施的布设及其服务区域的分析；也可以根据某些成本因素找到A地到B地的最短路径或成本最低路径。

不是所有道路都是平坦的，即使目的地就在山的另一边，其直线距离很近，但翻过高山要比走直路难得多，如将时间作为成本，翻山需要1小时，绕路需要30分钟，则此时翻山的成本距离就要大于绕路的成本距离，因此人们会自觉选择绕路而不是翻山。

除此之外，距离计算还对动物迁移研究、顾客旅游行为、道路、输送管线、输油管等等的最低耗费成本计算非常有帮助。

二、操作实践（30分）

1、市区择房分析（20分）

（1）数据：

●城市市区交通网络图（network.shp）

●商业中心分布图（Marketplace.shp）

●名牌高中分布图（school.shp）

●名胜估计分布图（famousplace.shp）

（2）要求：

●离交通要道200m外，以减少噪音污染；

●在商业中心服务范围内（服务范围以商业中心规模的大小确定，见字段YUZHI）；

●距离名牌高中在750m内，方便小孩上学；

●距离名胜古迹500m以内，环境幽雅；

（3）操作提示：

●对每个条件进行缓冲区分析，将符合条件的区域取值为1，不符合条件的取值为0，得到各自的分值图；

●运用空间叠置分析对上述4个图层叠加求和，并分等定级，以确定合适的区域；

操作步骤：

双击F：

\Chp7\Ex1\city.mxd文件，打开ArcMap，数据文件network.shp、Marketplace.shp、school.shp、famousplace.shp被加载进来。

（1）主干道噪音缓冲区的建立

1）在交通网络图层（network.shp）上右键选择OpenAttributeTable，打开属性表。

2）单击Option按钮，选择SelectbyAttributes，打开Attributesofnetwork对话框。

3）在SQL表中，设置查询条件表达式：

”TYPE”=’ST’（需单击GetUniqueValues将TYPE的全部属性值加入上面的列表框中），单击Apply按钮，选择出市区的主要道路。

4）对选择的主干道建立缓冲区：

点击缓冲区按钮

，打开缓冲区生成对话框。

参数如下：

A.Thefeatureofalayer:

：

network。

B.选中UseOnlytheSelectedFeature复选框。

C.确定缓冲区距离单位：

Meters。

D.选择第一种缓冲区建立方法（Ataspecifieddistance）：

200。

E.确定缓冲区距离单位：

Meters。

F.选择缓冲区边界类型（Dissolvebarriersbetween）：

Yes。

G.指定缓冲区文件的存放路径和名称：

F:

\Result\Buffer_of_network.shp。

主干道噪音污染缓冲区如图1.1。

图1.1市区交通要道200m之外缓冲区

（2）商业中心影响范围建立

点击缓冲区按钮

，打开缓冲区生成对话框。

参数如下：

A.Thefeatureofalayer:

：

Marketplace。

B.确定缓冲区距离单位：

Meters。

C.选择第一种缓冲区建立方法（Basedonadistancefromanattribute）：

YUZHI。

D.选择缓冲区边界类型（Dissolvebarriersbetween）：

Yes。

E.指定缓冲区文件的存放路径和名称：

F:

\Result\Buffer_of_Marketplace.shp。

商业中心影响范围的缓冲区如图1.2。

图1.2商业中心影响范围缓冲区

（3）名牌高中的影响范围建立

点击缓冲区按钮

，打开缓冲区生成对话框。

参数如下：

A.Thefeatureofalayer:

：

school。

B.确定缓冲区距离单位：

Meters。

C.选择第一种缓冲区建立方法（Ataspecifieddistance）：

750。

D.选择缓冲区边界类型（Dissolvebarriersbetween）：

Yes。

E.指定缓冲区文件的存放路径和名称：

F:

\Result\Buffer_of_school.shp。

名牌高中的覆盖范围缓冲区如图1.3。

图1.3名牌高中的覆盖范围

（4）名胜古迹的影响范围建立

点击缓冲区按钮

，打开缓冲区生成对话框。

参数如下：

A.Thefeatureofalayer:

：

famousplace。

B.确定缓冲区距离单位：

Meters。

C.选择第一种缓冲区建立方法（Ataspecifieddistance）：

500。

D.选择缓冲区边界类型（Dissolvebarriersbetween）：

Yes。

E.指定缓冲区文件的存放路径和名称：

F:

\Result\Buffer_of_famous_place.shp。

名胜古迹的覆盖范围缓冲区如图1.4。

图1.4名胜古迹的周边覆盖影响范围

（5）进行叠置分析，求出满足上述四个要求的区域

1）求取3个点图层缓冲区的交集区域，操作如下：

A.打开ArcToolbox，选择AnalysisTools|Overlay|Intersect命令，打开交集操作对话框。

B.依次添加商业中心的缓冲区、名牌高中的缓冲区和名胜古迹缓冲区。

C.指定输出文件路径和名称：

F:

\Result\Buffer_of_Marketplace_Inters.shp。

D.在JoinAttributes文本框中选择ALL。

所求出的交集区域如图1.5。

图1.5满足三个条件的区域

2）求取同时满足四个条件的区域，操作如下：

A.打开ArcToolbox，选择AnalysisTools|Overlay|Intersect命令，打开图层擦除操作对话框。

B.在InputFeatures文本框中选择三个区域的交集数据。

C.在EraseFeatures文本框中选择主干道噪音缓冲区数据。

D.指定输出文件路径和名称：

F:

\Result\Buffer_of_Marketplace_Inters1.shp。

满足以上四个条件的区域如图1.6。

图1.6购房者最佳选择区域

（6）对整个城市区域的住房条件进行评价

为了便于了解城市其他地段的住房条件，可应用以上数据对整个城市区域的住房条件进行评价，分级标准是：

A.满足其中四个条件为第一等级。

B.满足其中三个条件为第二等级。

C.满足其中两个条件为第三等级。

D.满足其中一个条件为第四等级。

E.完全不满足条件的为第五等级。

1）属性赋值。

A.分别打开商业中心、名牌高中和名胜古迹影响范围的缓冲区图层的属性列表，分别添加market,school和famous字段，并全部赋值为1。

B.向主干道噪音缓冲区图层的属性列表中添加voice字段，全部赋值为—1（因为噪音缓冲区之外的区域才是满足要求的，因此取值为—1）。

2）区域叠加。

A.打开ArcToolbox，选择AnalysisTools|Overlay|Intersect命令，打开图层合并操作对话框。

B.依次添加4个缓冲区图层。

C.设定输出文件的路径和名称：

F:

\Result\Buffer_of_Marketplace_Union.shp。

D.在JoinAttributes文本框中选择ALL。

四个区域的叠加合并结果如图1.7。

图1.7四个缓冲区的叠加结果

3）分级。

A.打开生成的Union文件图层的属性列表。

B.在属性表中选择Options|AddField，添加一个短整型字段class。

C.在Editor工具条中，选择Editor|StartEditing。

D.在属性列表中的class字段上单击右键，选择CalculateValues。

在打开的FieldCalculator对话框中，输入运算公式：

[famous]+[market]+[school]+[voice]。

4）应用class字段的属性值进行符号化分级显示。

第一等级：

数值为3。

第二等级：

数值为2。

第三等级：

数值为1。

第四等级：

数值为0。

第五等级：

数值为—1。

得到整个地区居住适宜性的分级图。

颜色越深，表示越适宜居住（图1.8）。

图1.8区域居住适宜性分级图

2、制作熊猫分布密度图（10分）

（1）数据：

熊猫活动足迹数据（Xmpoint.shp）

（2）要求：

●熊猫活动具有槽域范围，每个范围只有一个（对）熊猫，假设槽域半径为5km；

●由于槽域性，假设熊猫活动范围满足以采样点为中心的泰森多边形；

●在数据Xmpoint.shp的基础上，以每个熊猫槽域范围为权重，制作该地区的熊猫分布密度图；

操作步骤：

（1）打开ArcMap，加载SpatialAnalyst模块。

（2）单击SpatialAnalyst下拉箭头，单击Options，单击General标签，在Working文本框中输入或者单击Browse按钮选择工作路径：

F:

\Result。

（3）单击File菜单下的AddData命令，打开加载数据对话框，选择Xmpoint.shp。

（4）选择熊猫活动足迹数据图层，单击SpatialAnalyst下拉箭头，单击Distance，单击Allocation，设置参数如图2.1所示，输出文件名记为FP。

单击OK，生成熊猫槽域范围图（图2.2，白色区域没有熊猫出现）。

图2.1区域分配对话框

图2.2槽域分配图

（5）选择FP数据层，单击鼠标右键并选择OpenAttributeTable命令，打开FP属性表。

（6）单击FP属性表右下角Options按钮的下拉箭头，选择Export命令。

（7）导出FP属性数据表，在Outputtable文本框中输入输出文件名Fbtab.dbf。

（8）单击OK按钮。

出现提示是否需要加载该数据表，选择“是（Y）“。

（9）选择熊猫活动足迹数据图层（XM—Point），单击鼠标右键，选择JoinandRelates子菜单下的Join，弹出数据连接对话框，在Whatdoyouwanttojointothislayer?

下拉列表框中选择Joinattributesfromatable，在Choosethefieldinthislayerthatthejoinwillbebasedon下拉列表框中选择ID，在Choosethetabletojointothislayer,orloadthetablefromdisk下拉列表框中选择Fbtab，在Choosethefieldinthetabletobasethejoinon下拉列表框中选择VALUE，单击OK按钮，完成熊猫采样数据与槽域范围数据的链接。

（10）选择熊猫活动足迹数据图层（XM—Point），单击鼠标右键并选择OpenAttributeTable命令，打开XMPoint属性表；单击属性表中的XMPoint.CaoYuArea字段名，单击鼠标右键，选择FieldCalculator...；在FieldCalculator对话框中输入计算公式：

[FBtab.COUNT]*500*500,500为生成FB数据层时设置的栅格大小。

（11）选择熊猫活动足迹数据图层（XM—Point），选择单击属性表中的XM—Point.Power字段名，单击鼠标右键，选择FieldCalculator...；在FieldCalculator对话框中输入计算公式：

3.1415926*5000*5000/[Xmpoint.CaoYuArea],3.1415926*5000*5000为假定的最大槽域面积，计算每个采样点的权重值，作为计算密度的样本值。

（12）单击SpatialAnalyst模块的下拉箭头，选择Density…，参数设置如图2.3所示，提取密度。

图2.3密度计算

（13）上述密度以平方米为面积单位，数据值太小。

单击SpatialAnalyst模块的下拉箭头，选择RasterCaculate…，输入计算公式：

XMDensity10=[XMDensity]*10000000，将面积单位换算为10平方公里，结果如图2.4所示。

图2.4熊猫分布