空间信息系统期末复习.docx
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空间信息系统期末复习
作业参考答案
第一章（教材第1章概论和第2章从现实世界到数字世界）
一、名词解释
1.数据
数据是指那些未经加工的事实或是着重对一种特定现象的客观描述，也就是人们为了反映客观世界而记录下来的可以鉴别的符号，它是客观事物的性质、属性、位置,以及相互关系的抽象表示,是构成信息和知识的原始材料.
2.信息
英文信息（information）一词的含义是情报、资料、消息、报道、知识的意思，所以长期以来人们就把信息看做是消息的同义语，简单地把信息定义为能够带来新内容、新知识的消息。
3.空间数据（信息）
空间数据（地理空间数据）指以地球表面空间位置为参照的自然、社会、人文、经济数据,可以是图形、图像、文字表格和数字等。
它所表达的信息就是空间信息，反映了空间实体的位置以及与该实体相关联的各种附加属性的性质、关系、变化趋势和传播特性等的总和。
二、问答题（或填空题）
1.信息有哪些重要性质？
（1）普遍性；
（2）无限性;（3）相对性；（4）传递性;（5）变换性;（6）有序性；（7）动态性;（8）无损耗性。
2.什么是空间数据?
它有什么特征？
空间数据（地理空间数据）指以地球表面空间位置为参照的自然、社会、人文、经济数据，可以是图形、图像、文字表格和数字等。
它所表达的信息就是空间信息，反映了空间实体的位置以及与该实体相关联的各种附加属性的性质、关系、变化趋势和传播特性等的总和.
其基本特征可从空间性、时间性、非语义性3个方面进行描述。
3.空间数据的来源是多种多样的，但是大部分的空间数据主要来源于哪8个方面？
（1）地图数字化；
（2）实测数据；（3）试验数据；（4）遥感与GPS数据；（5）理论推测与估算数据；（6）历史数据;（7）统计普查数据；（8）集成数据。
4.现实世界向数字世界转换过程中使用了哪些模型?
（1）场模型；
（2）要素模型;（3）层次模型。
第二章（教材第3章空间数据的地理基础）
一、名词解释
1.大地水准面
（大地水准面:
与静止的平均海水面重合并延伸到大陆内部的包围整个地球的封闭的重力位水准面。
）PPT
为了用几何方法表示以及实际量测定位的需要,必须找一个规则的曲面代替地球的自然表面。
我们将海洋静止时的自由水面称为水准面。
由于潮汐等的影响,这样的水准面有很多，与静止的平均海水面相重合的面称为大地水准面。
教材
2.参考椭球
同某一地区大地水准面最佳拟合的地球椭球。
PPT
为了准确表达空间信息，常选用一个与大地球体相近的,可以用数学方法表达的旋转椭球来代替大地球体，通常称之为地球椭球体，简称椭球体。
凡是能与局部地区的大地水准面拟合最好的旋转椭球就称为参考椭球。
教材
3.总地球椭球
在全球范围内与大地体最密合的地球椭球.
4.经线（子午线）
经过地轴所在的平面同地球表面相割的大圆叫经线圈,经线圈被南北两极分成的半圆叫做经线，也叫子午线。
5.纬线（纬线圈）
垂直于地轴的平面同地球表面相交所成的圆叫纬线圈，也叫纬线。
6.经度（地理经度）
经度即地理经度，是本地子午面同本初子午面之间的二面角。
7.纬度（地理纬度）
纬度即地理纬度，是本地法线同地球赤道平面的线面角。
8.高程基准
是指推算国家统一高程控制网中所有水准高程的起算依据，它包括一个水准基面和一个永久性水准原点。
9.高程基准面
地面高程的统一起算面，通常采用大地水准面作为高程基准面。
（PPT）
10.水准原点
是全国水准测量的起算点。
11.高程
地面点沿铅垂线方向到高程基准面的距离。
12.地图数学投影
把椭球面上的元素（坐标、方位和距离）按一定的数学法则投影到平面上，叫地图数学投影.
13.地图投影
地球椭球体表面是一个曲面,而地图通常是一个平面，一般不允许出现裂隙和重叠.因此，在制作地图时,需要把曲面展为平面。
这就需要采用某种方法使曲面展开成平面时,不发生破裂或褶皱.这种将地球椭球面上的点映射到平面上的方法就称为地图投影。
教材
地图投影是建立椭球面和平面之间点与点之间的“一一对应”关系。
（PPT）
14.等角（正形）投影
任何点上二微分线段组成的角度投影前后保持不变。
教材
（投影前后的角度不变形，又称为正形投影。
）（PPT）
15.等积投影
某一微分面积投影前后保持相等，即其面积比为1。
教材
（投影前后的面积不变形。
）（PPT）
16.任意投影
长度、面积和角度都有变形。
17.等距投影
沿某一特定方向的距离，投影前后保持不变，即沿着该特定方向长度比为1。
18.几何投影（PPT）
源于透视几何学原理,以几何特征为依据,将地球椭球面上的经纬网投影到几何面上，然后将几何面展为平面。
19.非几何投影（PPT）
根据制图要求,选用合适的投影条件，用数学解析方法确定平面点与球面点的函数关系。
20.6°（3°）投影分带
自0°子午线（格林尼治零度经线）起每隔经差6°自西向东分带，依次编号1，2，3,…60,带号用n表示,中央子午线的经度用Ｌ0表示。
（自东经1.5°子午线起，每隔3°设立一个投影带，依次编号为1，2，3，…，120带；中央子午线经度依次为3°，6°，9°,…,360°.）
21.国家统一坐标
每个投影带是一个独立的高斯平面直角坐标系，为了避免出现负的横坐标，规定在横坐标上加上500000m（即纵轴西移500km）。
此外还应在坐标前面再冠以带号。
这种坐标称为国家统一坐标。
Y=500km+y
22.兰勃脱投影
假想一个圆锥套在椭球上，其轴与地球椭球旋转轴重合，按等角的条件把地球椭球上经纬线投影到该圆锥面上,然后沿一条母线（经线）将圆锥面切开展成平面,就是正轴等角圆锥投影。
23.（地图）比例尺
按照ICA（InternationalCartographicAssociation，国际制图学协会,国际地图制图学协会，1973）的定义，地图比例尺就是地图上的尺寸与它所表达的实际尺寸之间的比率。
教材
（PPT）地图上某线段的长度与实地的水平长度之比，称为地图比例尺，即
1/M=l/L
式中，M—-比例尺分母，
l—-图上线段长度，
L—-实地的水平长度.（PPT）
24.数字（式）比例尺（PPT）
可以用比的形式如1：
10000，1:
1万，也可以用分数式如1/10000，1/5000等。
25.文字（式）比例尺（PPT）
用文字注释的方法表示.如:
十万分之一,图上1厘米等于实地1km。
26.图解比例尺（PPT）
用图形加注记的形式表示。
（图解比例尺中最常用的是直线比例尺.小比例尺地图上,往往根据不同经纬度的不同变形,绘制复式比例尺，又称经纬线比例尺，用于不同地区的长度量算。
）
27.解析变换
解析变换包括正解变换和反解变换。
正解变换也称直接变换，是通过建立两种投影之间的严密数学解析关系,直接由一种投影的数字化坐标（x，y）精确变换为另一种投影的坐标（X，Y）。
其变换表达式为
反解变换是先将一种投影坐标（x，y）反解出其地理坐标（φ,λ），然后将其代人另一种投影坐标计算公式中，计算出新的投影坐标（X，Y）。
若原投影与地理坐标的解析式为
，
，其反算关系式为：
，
；新投影与地理坐标的解析式为：
，则其变换表达式为
28.正解变换（直接变换）
正解变换也称直接变换，是通过建立两种投影之间的严密数学解析关系，直接由一种投影的数字化坐标（x,y）精确变换为另一种投影的坐标（X,Y）。
其变换表达式为
29.反解变换
反解变换是先将一种投影坐标（x，y）反解出其地理坐标（φ，λ），然后将其代人另一种投影坐标计算公式中，计算出新的投影坐标（X,Y）。
若原投影与地理坐标的解析式为
，
其反算关系式为：
，
;新投影与地理坐标的解析式为：
，
，则其变换表达式为
30.数值变换
数值变换是根据两种投影在变换区域内的若干同名数字化点，采用多项式逼近的方法来建立两者之间的关系，从而实现两者之间的坐标变换。
理论证明,并不是多项式的次数越高，精度就越高。
一般选择多项式的次数为3次。
31.数值—解析变换
数值-解析变换是先采用多项式逼近方法确定原投影的地理坐标,然后将所确定的地理坐标代入新投影与地理坐标之间的解析式中，求得新投影坐标，从而实现两种投影坐标之间的变换.
二、问答题（或填空题）
1.WGS—84地心坐标系有何特点？
目前，我国采用3维地心坐标系统，其定义和国际通用地面参考系（ITRS）的定义一致，即1984年世界大地坐标系统，又叫WGS—84坐标系。
它所采用的椭球参数为：
a=6378138m；f=1/298.257223563。
它定义的原则是：
①坐标系原点为包括海洋和大气在内的整个地球质量的质心；②坐标系的尺度为在引力相对论意义下的局部地球框架的尺度；③z轴从原点指向BIH1984.0定义的协议地球极方向,x轴指向BIH1984。
0的起始子午面和赤道的交点，y轴与x轴和z轴构成右手坐标系；④由于极移的影响,在确定不同时期的实际地球旋转轴相对于BIH1984。
0的指向时，要确保地壳不会产生残余的全球性旋转。
2.坐标投影方程的表达式是什么?
试述之?
（PPT）
原面:
椭球面;投影面:
平面。
F1，F2:
投影函数，表示一一对应关系.
确定了F1,F2具体表达式，可进行坐标换算；
不同投影方法，投影函数不同。
换言之，可以根据投影要求选择投影函数.
3.地图投影变形主要有哪3个方面？
投影的变形主要包括长度变形、面积变形、角度变形3个方面。
4.地图投影按变形性质分类。
可以分为哪3类？
等角投影、等积投影和任意投影
5.按构成方法主要是依据透视面的特征进行分类，有哪3类？
（按经纬网投影形状,几何投影分为哪3类?
）
方位投影、圆柱投影和圆锥投影。
6.按投影面与地轴的关系，几何投影分为哪3类？
正轴投影、斜轴投影和横轴投影。
7.如下图,（a）正轴（割）圆锥投影,（b）~（i）各为什么投影？
（a）正轴（割）圆锥投影；（b）斜轴（切）圆锥投影；（c）横轴（切）圆锥投影；
（d）正轴切圆柱投影；（e）斜轴切圆柱投影；（e）横轴切圆柱投影；
（9）正轴切方位投影；（h）斜轴切方位投影；（i）横轴切方位投影;
8.高斯投影的思想是什么?
高斯—克吕格投影是一种等角横切椭圆柱投影，如图3.10所示。
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面上,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。
这种方法就称为高斯-克吕格拉影，以下简称高斯投影.
9.高斯投影有何特点？
高斯投影具有以下特点：
①中央经线（椭圆筒和地球椭球体的切线）与赤道投影呈垂直相交的直线；②投影后没有角度变形（即经纬线投影后仍正交）；③中央经线上没有长度变形，等变形线为平行于中央经线的直线。
10.高斯投影的变形規律有哪些？
高斯投影没有角度变形，面积变形是通过长度变形来表达的。
其变形规律是：
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。
11.高斯—克吕格投影的分带原则是什么?
（PPT）
（1）限制长度变形使其不大于测图误差;
（2）带数不应过多以减少换带计算工作。
12.6°（3°）进行投影分带有何关系?
（PPT）
6°带：
从0°子午线起划分，带宽6°，用于中小比例尺（1：
10000以下）测图；
3°带:
从1。
5°子午线起划分，带宽3°，用于大比例尺（如1：
10000以上）测图。
在投影面上,中央子午线和赤道的投影都是直线，并且以中央子午线和赤道的交点O作为坐标原点,以中央子午线的投影为纵坐标轴，以赤道的投影为横坐标轴。
13.高斯-克吕格投影的投影分带存在什么问题？
（PPT）
边界子午线两侧的控制点与地形图位于不同的投影带内，使得地形图不能正确拼接，需要进行“邻带换算”.
14.兰勃脱投影（双标准纬线割圆锥投影）的变形规律是什么？
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。
该投影的变形规律如下：
（1）角度没有变形,即投影前后对应的微分面积保持图形相似，故亦可称为正形投影；
（2）等变形线和纬线一致，同一条纬线上的变形处处相等;
（3）两条标准纬线上没有任何变形;
（4）在同一经线上，两标准纬线外侧为正变形（长度比大于1），而两标准纬线之间为负变形（长度比小于1），因此,变形比较均匀，绝对值也比较小；
（5）同一纬线上等经差的线段长度相等，两条纬线间的经纬线长度处处相等。
15.地图比例尺的表示有哪几种？
（PPT,教材中少了文字式比例尺）
数字（式）比例尺，文字式比例尺，图解比例尺（直线比例尺）
16.比例尺与分辨率有何关系?
比例尺大小决定着图上量测的精度和表示地形的详细程度.
比例尺越大,图上量测精度越高，表示的地形情况越详细;
比例尺越小，图上量测精度越低，表示的地形情况越简略.
17.国家基本比例尺地形图系列有哪7种？
我国规定1：
1万、1：
2。
5万、1：
5万、1：
10万、1:
25万、1：
50万、1：
100万7种比例尺地形图为国家基本比例尺地形图。
18.1954年北京坐标系有何特点？
1954年北京坐标系可以认为是前苏联1942年坐标系的延伸。
它的原点不在北京，而在前苏联的普尔科沃。
相应的椭球为克拉索夫斯基椭球.
19.1980年西安坐标系有何特点？
（PPT）
（1）采用1975年IUGG第16届大会上推荐的椭球基本参数；
（2）椭球面与似大地水准面在我国境内最为密合；
（3）定向明确，椭球短轴平行于地球质心指向地极原点的方向；
（4）大地原点位于西安原点.
20.常用的地方坐标系与国家坐标系的转换有哪2种?
（1）北京54坐标到西安80坐标的转换
（2）地方坐标系与国家坐标系的转换
21.简述地方坐标系与国家坐标系的直接转换法步骤？
①计算地方坐标系相对国家坐标系的旋转角。
②计算平移量。
③变换坐标。
22.地方坐标系与国家坐标系采用的间接变换法的原理是什么?
间接变换法的出发点是把地方坐标系的建立与国家高斯直角坐标系等同起来，把它看成是以地方中央子午线（地方原点处的经线）为直角坐标纵轴，以赤道北偏一定距离（地方原点到赤道的经线弧长）并垂直于中央经线的直线为横轴的地方高斯直角坐标。
这样，坐标系变换的实质就成为投影带的变换，可以由地方直角坐标反解大地坐标，再根据大地坐标正解国家高斯直角坐标.
23.投影转换方法有哪3种？
目前，通常有解析变换法、数值变换法、数值解析变换法3种.
第三章（教材第4章空间数据的表达）
一、名词解释
1.空间数据模型
关于现实世界中空间实体及其相互联系的概念，是空间数据的组织和设计空间数据库模式的基础，以及进行空间信息处理和应用的基础。
2.栅格数据模型
将连续空间离散化，用二维铺盖覆盖整个连续空间.
3.矢量数据模型
矢量方法强调离散现象的存在，由边界线（点、线、面）来确定边界，因此可以看成是基于要素的。
4.网络数据模型
网络数据模型是现实世界中网络系统（如交通网、通讯网、自来水管网、煤气管网等）的抽象表示。
网络是由若干线性实体互连而成的一个系统,构成网络的最基本元素是这些线性实体以及它们的连接交汇点。
前者常被称为网线或链，后者一般被称为结点，如图所示。
5.时空数据模型
传统应用往往只涉及到地理信息的两个方面，即空间维度和属性维度（邬伦，2001）。
时空数据模型的核心问题是研究如何有效地表达、记录和管理现实世界的实体及其相互关系随时间不断发生的变化，也即加上了时间维度。
6.基态修正法
不存储研究区域中每个状态的全部信息,只存贮某个时间的数据状态（称为基态），以及相对于基态的变化量,数据量可大大减小，这种方法称为“基态修正法”。
7.时空复合法（模型）
将空间分隔为具有相同的时空过程的最大单元，称为时空单元，每个时空单元在存贮方法上被看成是静态的空间单元，并将该时空单元中的时空过程作为属性来存储.
8.面向对象的数据模型
面向对象的数据模型将空间现象看成是对象的集合体。
9.拓扑属性（关系）
基于一张纸所绘制的图形，允许这张纸扩张，但是不能撕破或者重叠，这样原来图形的一些属性将保留.前者就是空间的拓扑属性（即能够保持不变的几何属性），后者则不是拓扑属性。
10.邻接关系
空间图形中同类要素之间的拓扑关系。
11.关联关系
空间图形中不同类要素之间的拓扑关系。
12.包含关系
空间图形中同类但不同级要素之间的拓扑关系。
13.方向关系（方位关系、延伸关系）
方向关系,又称为方位关系、延伸关系，它定义了地物对象之间的方位，如“河北省在河南省北部”就描述了一种方向关系。
14.空间度量关系
主要指空间实体间的距离关系。
15.数据结构
数据结构是适合于计算机存储、管理和处理的数据逻辑结构。
对于空间数据则是对地理实体的空间排列方式和相互关系的抽象描述。
它是对数据的一种理解和解释。
16.栅格数据结构
栅格结构是最简单、最直观的空间数据结构，又称为网格结构或像元结构，是指将地球表面划分为大小均匀紧密相邻的网格阵列,每个网格作为一个像元或像素，由行、列号定义,并包含一个代码,表示该像素的属性类型或量值,或仅仅包含指向其属性记录的指针.
17.链式编码（弗里曼链码、边界链码）
基本方向可定义为：
东＝0,东南＝1,南=2，西南＝3,西＝4，西北＝5，北＝6，东北＝7等八个基本方向。
18.行程（游程长度）编码
也称行程编码，它的基本思想是:
对于一幅栅格数据（或影像），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。
其编码方案是，只在各行（或列）数据值发生变化时依次记录该值以及相同值重复的个数,从而实现数据的压缩，并实现数据的组织。
19.块状编码
块码是游程长度编码扩展到2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）、半径、记录单元的代码组成。
20.四叉树编码
四叉树编码的基本思想是将一幅栅格地图或图像等分为4部分.逐块检查其格网属性值（或灰度）。
21.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6个量表达：
4个叶结点指针,1个父结点指针和1个结点的属性或灰度值.
22.线性四叉树
线性四叉树则只存储最后叶结点的信息，包括叶结点的位置、深度和本结点的属性或灰度值。
线性四叉树叶结点的编号需要遵循一定的规则，这种编号称为地址码,它隐含了叶结点的位置和深度信息。
23.矢量数据结构
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.
24.实体式（矢量数据结构）编码
实体式是指构成多边形边界的各个线段,以多边形为单元进行组织。
按照这种数据结构，边界坐标数据和多边形单元实体一一对应，各个多边形边界都单独编码和数字化。
25.树状索引式（矢量数据结构）编码
对所有边界点进行数字化，将坐标对以顺序方式存储，由点索引与边界线号相联系，由线索引与各多边形相联系，形成树状索引结构。
26.双重独立（矢量数据结构）编码
双重独立式数据结构是对图上网状或面状要素的任何一条线段，用其两端的结点及相邻面域来予以定义.
27.链状双重独立式（矢量数据结构）编码
链状双重独立式数据结构是DIME数据结构的一种改进。
在DIME中，一条边只能用直线两端点的序号及相邻的面域来表示，而在链状数据结构中,将若干直线段合为一个弧段（或链段）,每个弧段可以有许多中间点.
28.八叉树数据结构编码
八叉树数据结构是3维栅格数据的压缩形式，是2维栅格数据中的四叉树在3维空间的推广.该数据结构是将所要表示的3维空间V按x,y、z3个方向从中间进行分割,把V分割成8个立方体，然后根据每个立方体中所含的目标来决定是否对各立方体继续进行8等分的划分，一直划分到每个立方体被一个目标所充满，或没有目标,或其大小已成为预先定义的不可再分的体素为止。
29.常规八叉树
结点要记录10个位，即8个指向子结点的指针，1个指向父结点的指针和1个属性值（或标识号）。
30.线性八叉树
线性八叉树则只需要记录叶结点的地址码和属性值。
31.四面体格网
将目标空间用紧密排列但互不重叠的不规则四面体形成的格网来表示。
32.三维边界表示法
在各种各样的3维物体中，平面多面体在表示与处理上均比较简单.为了有效地表示它们，总要通过指定顶点位置、构成边的顶点以及构成面的边来表示3维物体,这种方法被称为三维边界表示法。
33.数字地形模型（DTM）
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。
34.数字高程模型（DEM）
数字地形模型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。
数字地形模型中地形属性为高程时称为数字高程模型.
35.规则格网模型
规则网格，通常是正方形，也可以是矩形、三角形等规则网格.规则网格将区域空间切分为规则的格网单元，每个格网单元对应一个数值。
数学上可以表示为一个矩阵，在计算机实现中则是一个二维数组.每个格网单元或数组的一个元素，对应一个高程值。
36.等高线模型
用等高线模型表示高程时,每一条等高线对应一个已知的高程值，这样一系列等高线集合和它们的高程值一起构成了地面高程模型。
37.TIN模型
TIN模型根据区域有限个点集将区域划分为相连的三角面网络，区域中任意点落在三角面的顶点、边上或三角形内。
如果点不在顶点上，该点的高程值通常通过线性插值的方法得到（在边上用边的两个顶点的高程，在三角形内则用3个顶点的高程）.
38.层次模型
层次地形模型（LOD）是一种表达多种不同精度水平的数字高程模型。
大多数层次模型是基于不规则三角网模型的,通常不规则三角网的数据点越多精度越高，数据点越少精度越低，但数据点多则要求更多的计算资源。
39.再生栅格数据
再生栅格数据是根据弧段数据或多边形数据生成的栅格数据。
这种数据除为了与图像数据相匹配，需要加入数据库，一般地，只提供分析应用，不需作为永久文件保存.
40.文件存储
早期的空间数据的组织与管理均采用文件的形式,即空间几何数据（或称图形数据）与属性数据都以文件的形式表达。
41.文件数据库混合存储
文件数据库混合存储管理模式是将图形数据通过文件方式进行管理，而属性数据则通过大型商业数据库进行管理。
42.全关系型数据库存储
全关系型空间数据库管理系统是指图形和属性数据都用现有的关系数据库管理系统管理。
在这种管理方式中，不定长的空间几何体坐标数据以二进制数据块的形式被关系数据库系统管理。
换言之，空间几何体坐标数据被集成到RDBMS中,形成空间数据库，使之既能管理结构化的属性数据,又能管理非结构化的图形数据。
43.地图集
空间数据组织的顶层信息，实现对各个地图数据的管理，主要包含地图引用（表名、地图层数等）、地图坐标（坐标系统、配准信息等）及地图描述（访问权限、地图说明）等信息。
44.图层集
图层集是由多个空间图层组成的能满足特定应用需求的图层集合,包含组成图层集的图层引用（图层标号、表名）、图层空间索引（大小、标号、表名）、图层坐标范围等信息。
45.图层
图层是由多个具有某些相同或相似特性的同种类型的空间对象组成的集合，包含有以下信息：
空间对象的标识（标
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