地理信息系统论述题docx.docx
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地理信息系统论述题docx
●分析说明城市道路拓宽中拆迁指标计算的操作步骤
1明确分析的目的和标准
计算由于道路拓宽而需拆迁的建筑面积和房产价值
道路从原有的20米拓宽到60米
道路拓宽改建的标准拓宽道路应尽量保持直线
部分位于拆迁区内的10层以上的建筑不拆除
2准备进行分析的数据
现状道路图
区域内建筑物分布图
3空间操作
选择拟拓宽的道路，根据拓宽半径，建立道路的缓冲区。
将缓冲区图与建筑物分布图进行拓扑叠加，此图包括所有部分或全部位于拓宽区内的建筑物信息。
4统计分析
选择落入拆迁区内的楼层高为10层以上的建筑物，将其排除掉，并对道路的拓宽边界进行局部调整。
对所需拆迁的建筑物进行拆迁指标计算，包括建筑物面积、房产价值。
5将分析结果以地图和表格的形式打印输出。
2、请将下列栅格矩阵数据结构转换成相应的游程编码数据结构和线性四叉树数据结构的压缩存储形式。
游程编码数据结构（长度，属性值）：
（5,2）,（3,3）,（2,4）,（5,2）,（3,3）,（2,4）,（5,2）,（4,3）,（1,4）,（5,2）,（5,3）,（4,2）,（6,3）,（2,2）,（2,1）,（6,3）,（1,2）,（7,1）,（2,3）,（2,1）,（2,5）,（5,1）,（1,3）,（1,1）,（3,5）,（5,1）,（1,3）,（9,1）,（1,3）
线性四叉树数据结构（MD码，深度，属性值）：
（0,2,2）,（16,4,2）,（17,4,3）,（18,4,2）,（19,4,3）,（20,3,3）,（24,4,2）,（25,4,3）,（26,4,2）,（27,4,3）,（28,3,3）,（32,3,2）,（36,4,2）,（37,4,2）,（38,4,1）,（39,4,1）,（40,4,2）,（41,4,1）,（42,4,1）,（43,4,1）,（44,4,1）,（45,4,1）,（46,4,5）,（47,4,5）,（48,3,3）,（52,3,3）,（56,3,1）,（60,3,1）,（64,3,4）,（68,3,0）,（72,4,3）,（73,4,4）,（74,4,3）,（75,4,3）,（76,3,0）,（80,2,0）,（96,3,3）,（100,3,0）,（104,4,3）,（105,4,3）,（106,4,1）,（107,4,3）,（108,3,0）,（112,2,0）,（128,4,1）,（129,4,5）,（130,4,1）,（131,4,1）,（132,4,5）,（133,4,5）,（134,4,1）,（135,4,1）,（136,3,0）,（140,3,0）,（144,3,1）,（148,3,1）,（152,3,0）,（156,3,0）,（160,2,0）,（176,2,0）,（192,4,1）,（193,4,3）,（194,4,1）,（195,4,3）,（196,3,0）,（200,3,0）,（204,3,0）,（208,2,0）,（224,2,0）,（240,2,0）
3、在地理信息系统中，多边形的矢量数据结构转换为对应的栅格数据结构时，
1、 为什么会存在两种不同的转换算法？
即基于弧段的栅格化算法和基于多边形的栅格化算法。
2、 在基于多边形的栅格化算法中，请举出四种具体的实现算法，并任选其中的两种说明算法实现的原理。
1因为处理的数据文件不同。
前者基于弧段数据文件，后者基于多边形数据文件。
2基于多边形的栅格化方法有复数积分算法、射线算法、内部点扩散算法。
复数积分算法的原理是先建立多变性的最小外接矩形，然后对矩形内的栅格阵列逐格判断是否在多变型内，方法是由待判点对每个多边形的封闭边界计算复数积分，若值为2πi，则对该点赋予多边形编号，否则不属于该多边形。
射线算法的原理是先建立多变性的最小外接矩形，然后对矩形内的栅格阵列逐格判断是否在多变型内，方法是由待判点向左做平行于x轴的射线，若交点数为偶数，则对该点赋予多边形编号，否则不属于该多边形。
为了避开奇点，可先对每条直线y值高端点进行负修正。
4、移动拟和法与反距离加权法的比较地理信息系统的空间数据内插方法中，逐点内插法是常用的一类，请说明其中的移动拟合方法与距离平方反比加权平均方法的相同点和不同点。
移动拟合法是指对每一个待定点，可选取其邻近的n（>6）个参考数据点拟合一个多项式曲面来表达该点附近的表面。
此时以待定点为圆心，以R为半径的圆内各数据点来定义函数的待定系数。
拟合曲面形式为：
z=Ax2+Bxy+Cy2+Dx+Ey+F，其中x、y、z为参考数据点在当前坐标系中的坐标值。
待定系数可用最小二乘法求解，权可取，其中d为待定点与参考数据点的距离。
距离平方反比加权平均法简称加权平均法，它是移动拟合法的特例。
相同点是权函数及参考点范围的选取。
不同点是在解算待定点高程时，前者用误差方程，后者使用加权平均值。
5、叠合分析是地理信息系统空间分析中重要的一种，矢量数据的叠合分析分为点与多边形的叠合、线与多边形的叠合、多边形与多边形的叠合三种，请对三种叠合分析各举一个实例说明其原理。
点与多边形的叠合是指先进行点与多边形的空间包含关系计算，通常采用铅垂线法来实现，再进行属性信息处理，通常不产生新数据层面，而是把属性信息叠加到原图层中。
例如一个中国政区图（多边形）和一个全国矿产分布图（点）叠合分析后，可以查询指定省有哪些类型的矿产，也可查询指定类型的矿产在那些省有分布。
线与多边形的叠合是指将线与多边形边界求交，并将线目标进行切割，形成一个新的空间目标结果集，并建立属性表，包含原来线壮和面状目标的属性。
例如一个中国政区图（多边形）和一个全国河流图（线）叠合分析后，可以查询指定省的河流长度，进而计算该省的河网密度。
多边形与多边形的叠合是指先将两层多边形的边界全部进行求交和切割，形成一个新的空间目标结果集，再根据切割的弧段重建拓扑关系，然后判断新多边形分别落在原图层的那个多边形内，最后抽取属性。
例如一个宗地图和一个土壤状况图叠合分析后，可以查询指定宗地的土壤状况，也可查询指定状况的土壤属于哪些宗地。
6、请论述什么是地理信息系统中的可视化与虚拟现实，并分别举一个实例加以说明。
过去地学中的可视表达和分析是手工或机助的，并把纸质材料作为地图信息存储传输的媒介，而GIS中的可视化是指利用计算机图形软硬件技术，用图形呈现地理空间数据和地学处理分析的结果。
它对于动态地、交互地、形象地、多视角地、多层面地、全方位地描述客观现实，对于虚拟化研究、再现和预测地学现象，都有突出的方法论意义。
如可以用等值线表示降水量等地学数据场，用真三维反映地下矿体、矿脉，用四维模拟洪水的流动与涨落，以及决堤后的淹没状况。
如果想通过视觉、听觉、触觉，以及人的形体、手势或口令，参与到地理信息处理的环境中去，获得身临其境的体验，则虚拟现实技术是达到这一目的的关键技术。
7、openGis的特点
答OpenGIS是指在计算机和通信环境下，根据行业标准和接口所建立起来的地理信息系统，在这个系统中，不同厂商的地理信息系统软件以及异构分布数据库能相互通过借口交换数据，并将他们结合在一个集成式的操作环境中它具有以下特点
²互操作性不同地理信息系统软件之间连接方便，信息交换没有障碍
²可扩展性硬件方面，可在不同软件不同档次的计算机上运行，起性能和硬件平台的性能成正比；软件方面，增加了新的地学空间数据和地学数据处理功能
²技术公开性开放的思想主要是对用户公开，公开源代码及规范说明是重要的途径之一
²可移植性独立于软件、硬件及网络环境，因此它不需要修改便可在不同的计算机上运行
²兼容性通过无逢集成技术保护用户在原有数据及软件上的投资，他将现有的信息技术和以有的地学处理软件熔为一炉；同时他对用户是透明的，应用程序稍加修改便能在不同的平台上运行
²可实现性随着操作系统、通讯技术及面向对象方法技术在分布处理系统中的应用，开放式地理信息系统的开发将变的易于实现
²协同性能够尽可能的兼容其他信息处理技术以及共享信息技术的标准
8、空间坐标的转换方式和方法
答所有空间数据最终都要以平面坐标方式在显示器上显示，为了将数据从他们存在的坐标系统转化为GIS中的平面坐标系，需要对这些数据进行一系列的转换
矢量转换
1）表格坐标到投影坐标的转换
a）投影类型已知，并且有为数不多的几个控制点被用来连接表格坐标和投影坐标此种情况，通过利用适合控制点的经验多项式函数来将表格坐标转换到输入地图的投影坐标在控制点，表格坐标u,v和输入数据的投影坐标x,y都是已知的，转换的仿射方程如下x=a+bu+cvy=d+eu+fv这里，系数a,b,c,d,e,f的确定至少需要三个控制点如多于三个，则上面一对方程的系数可由最小平方根求出
b）投影类型未知，从表格坐标到已知投影类型的平面笛卡尔坐标的转换将需要知道更多的控制点和高阶多项式方程
2）投影坐标到地理坐标的转换
通过使用逆转换方程使输入数据的投影坐标x,y转化为地理坐标经度和纬度N,O
3）地理坐标到工作投影坐标的转换
通过使用正转换方程将地理坐标的经度、纬度N,O转化为工作投影坐标x’,y’
栅格转换
包括栅格数据的重采样，重采样后的栅格数据的坐标轴和像元坐标与地理信息系统工作投影相一致如果输入栅格数据的地理投影类型已知，那么其数据转换将使用正转换方程；如栅格数据没有经过地学编码处理，那么将使用适合地面控制点的高阶多项式
8、3S集成的作用和意义。
3S技术为科学研究、政府管理、社会生产提供了新一代的观测手段、描述语言和思维工具。
3S的结合应用，取长补短，是一个自然的发展趋势，三者之间的相互作用形成了“一个大脑，两只眼睛”的框架，即RS和GPS向GIS提供或更新区域信息以及空间定位，GIS进行相应的空间分析，以从RS和GPS提供的浩如烟海的数据中提取有用信息，并进行综合集成，使之成为决策的科学依据。
GIS、RS和GPS三者集成利用，构成为整体的、实时的和动态的对地观测、分析和应用的运行系统，提高了GIS的应用效率。
在实际的应用中，较为常见的是3S两两之间的集成，如GIS/RS集成，GIS/GPS集成或者RS/GPS集成等，但是同时集成并使用3S技术的应用实例则较少。
RS、GIS、GPS集成的方式可以在不同的技术水平上实现，最简单的办法是三种系统分开而由用户综合使用，进一步是三者有共同的界面，做到表面上无缝的集成，数据传输则在内部通过特征码相结合，最好的办法是整体的集成，成为统一的系统。
单纯从软件实现的角度来看，开发3S集成的系统在技术上并没有多大的障碍。
目前一般工具软件的实现技术方案是：
通过支持栅格数据类型及相关的处理分析操作以实现与遥感的集成，而通过增加一个动态矢量图层以与GPS集成。
对于3S集成技术而言，最重要的是在应用中综合使用遥感以及全球定位系统，利用其实时、准确获取数据的能力，降低应用成本或者实现一些新的应用。
3S集成技术的发展，形成了综合的、完整的对地观测系统，提高了人类认识地球的能力；相应地，它拓展了传统测绘科学的研究领域。
作为地理学的一个分支学科，Geomatics*产生并对包括遥感、全球定位系统在内的现代测绘技术的综合应用进行探讨和研究。
同时，它也推动了其它一些相联系的学科的发展，如地球信息科学、地理信息科学等，它们成为“数字地球”这一概念提出的理论基础。
.9、简述空间数据误差来源与数据质量控制方法。
从空间数据的形式表达到空间数据的生成，从空间数据的处理变换到空间数据的应用，在这两个过程中都会有数据质量问题的发生。
（1）空间现象自身存在的不稳定性：
包括空间特征和过程在空间、专题和时间内容上的不确定性。
（2）空间现象的表达：
数据采集中的测量方法以及量测精度的选择等受到人类自身的认识和表达的影响，这对于数据的生成会出现误差。
（3）空间数据处理中的误差：
在空间数据处理过程中，容易产生的误差有以下几种：
投影变换产生的差异；地图数字化和扫描后的矢量化处理都可能出现误差；数据格式转换中的位置差异性；数据抽象时产生的误差；建立拓扑关系过程中的位置坐标的变化；与主控数据层的匹配位移导致误差；数据叠加操作和更新产生空间位置和属性值的差异；数据集成处理产生的误差；数据的可视化产生表达上的误差；数据处理过程中误差的传递和扩散
（4）空间数据使用中的误差：
主要包括两个方面：
一是对数据的解释过程，一是缺少文档，这样往往导致数据用户对数据的随意性使用而使误差扩散。
数据质量控制是个复杂的过程，要控制数据质量应从数据质量产生和扩散的所有过程和环节入手，分别用一定的方法减少误差。
空间数据质量控制常见的方法有：
（1）传统的手工方法：
将数字化数据与数据源进行比较，图形部分的检查包括目视方法、绘制到透明图上与原图叠加比较，属性部分的检查采用与原属性逐个对比或其他比较方法。
（2）元数据方法：
数据集的元数据中包含了大量的有关数据质量的信息，通过它可以检查数据质量，同时元数据也记录了数据处理过程中质量的变化，通过跟踪元数据可以了解数据质量的状况和变化。
（3）地理相关法：
用空间数据的地理特征要素自身的相关性来分析数据的质量。
10、为了完成城市道路拓宽改建分析，论述需要那些空间数据，并描述在GIS支持下的分析流程。
利用建立缓冲区、拓扑叠加和特征提取,计算一条道路拓宽改建过程中的拆迁指标。
（1）明确分析的目的和标准
目的是计算由于道路拓宽而需拆迁的建筑物的建筑面积和房产价值，道路拓宽改建的标准是：
a）道路从原有的20m拓宽至60m；
b）拓宽道路应尽量保持直线；
c）部分位于拆迁区内的10层以上的建筑不拆除。
（2）准备进行分析的数据
需要涉及两类信息，一类是现状道路图；另一类为分析区域内建筑物分布图及相关信息。
（3）进行空间操作
首先选择拟拓宽的道路，根据拓宽半径，建立道路的缓冲区。
然后将此缓冲区与建筑物层数据进行拓扑叠加，产生一幅新图，此图包括所有部分或全部位于拓宽区内的建筑物信息。
（4）进行统计分析
首先对全部或部分位于拆迁区内的建筑物进行选择，凡部分落入拆迁区且楼层高于10层以上的建筑物，将其从选择组中去掉，并对道路的拓宽边界进行局部调整。
然后对所有需拆迁的建筑物进行拆迁指标计算。
（5）将分析结果以地图和表格的形式打印输出。
11、论述点、线、多边形数据之间的叠加分析的内容和方法。
（1）点与多边形叠加
点与多边形叠加，实际上是计算多边形对点的包含关系，进行点是否在一个多边形中的空间关系判断。
在完成点与多边形的几何关系计算后，还要进行属性信息处理。
最简单的方式是将多边形属性信息叠加到其中的点上。
当然也可以将点的属性叠加到多边形上，用于标识该多边形，如果有多个点分布在一个多边形内的情形时，则要采用一些特殊规则，如将点的数目或各点属性的总和等信息叠加到多边形上。
通过点与多边形叠加，可以计算出每个多边形类型里有多少个点，不但要区分点是否在多边形内，还要描述在多边形内部的点的属性信息。
通常不直接产生新数据层面，只是把属性信息叠加到原图层中，然后通过属性查询间接获得点与多边形叠加的需要信息。
例如一个中国政区图（多边形）和一个全国矿产分布图（点），二者经叠加分析后，并且将政区图多边形有关的属性信息加到矿产的属性数据表中，然后通过属性查询，可以查询指定省有多少种矿产，产量有多少；而且可以查询，指定类型的矿产在哪些省里有分布等信息。
（2）线与多边形叠加
线与多边形的叠加，是比较线上坐标与多边形坐标的关系，判断线是否落在多边形内。
计算过程通常是计算线与多边形的交点，只要相交，就产生一个结点，将原线打断成一条条弧段，并将原线和多边形的属性信息一起赋给新弧段。
叠加的结果产生了一个新的数据层面，每条线被它穿过的多边形打断成新弧段图层，同时产生一个相应的属性数据表记录原线和多边形的属性信息。
根据叠加的结果可以确定每条弧段落在哪个多边形内，可以查询指定多边形内指定线穿过的长度。
如果线状图层为河流，叠加的结果是多边形将穿过它的所有河流打断成弧段，可以查询任意多边形内的河流长度，进而计算它的河流密度等；如果线状图层为道路网，叠加的结果可以得到每个多边形内的道路网密度，内部的交通流量，进入、离开各个多边形的交通量，相邻多边形之间的相互交通量。
（3）多边形叠加
多边形叠加是GIS最常用的功能之一。
多边形叠加将两个或多个多边形图层进行叠加产生一个新多边形图层的操作，其结果将原来多边形要素分割成新要素，新要素综合了原来两层或多层的属性。
叠加过程可分为几何求交过程和属性分配过程两步。
几何求交过程首先求出所有多边形边界线的交点，再根据这些交点重新进行多边形拓扑运算，对新生成的拓扑多边形图层的每个对象赋一多边形唯一标识码，同时生成一个与新多边形对象一一对应的属性表。
多边形叠加结果通常把一个多边形分割成多个多边形，属性分配过程最典型的方法是将输入图层对象的属性拷贝到新对象的属性表中，或把输入图层对象的标识作为外键，直接关联到输入图层的属性表。
这种属性分配方法的理论假设是多边形对象内属性是均质的，将它们分割后，属性不变。
也可以结合多种统计方法为新多边形赋属性值。
多边形叠加完成后，根据新图层的属性表可以查询原图层的属性信息，新生成的图层和其它图层一样可以进行各种空间分析和查询操作。
根据叠加结果最后欲保留空间特征的不同要求，一般的GIS软件都提供了三种类型的多边形叠加操作：
并、叠和、交。
12、资源环境学院为环境工程专业同学建设实验基地，需在双流航空港内选择可能的建设位置，要求建设用地面积不小于10000m2，地价在1万元/m2以内，离学校、幼儿园1000m以外，请利用空间分析过程一般步骤，选择最佳的建设位置。
明确分析的目的和评价准则；建设用地面积不小于10000m2,地价在1万元/m2以内，离学校、幼儿园1000m以外。
准备分析数据；双流航空港所有地块信息数据层、双流航空港内公共设施（包括学校、幼儿园）的分布图。
进行空间拓扑叠加分析和邻域分析操作；（2分）
进行结果分析；
解释、评价结果；
结果输出（地图、表格和文档）。
（1分）
13、对下图的栅格图中线对象采用链式进行编码，并对栅格图按行进行游程编码。
答：
1）R折线的链式编码：
R:
（1,5）,3,2,2,3,3,2,3
（5分，错一个扣一分，最多扣5分，若方向编码与参考答案不同但有方向编码说明不扣分,以（8，1）为起点进行编码不扣分）
2）游程长度编码
A4R1A3；A3R1A4；A3R1G2A1；A3R1A1G2A1；A2R1A1G4；A1R1A2G3A1；A1R1A2G3A1；R1A7
（5分，错一个扣一分，最多扣5分，若按行变化进行压缩编码不扣分，若两行未分开进行编码，扣3分）
14、地理信息系统解决的核心问题主要有五个方面，分别是什么？
答：
1）位置（Locations）（1分）
2）条件（Conditions）（1分）
3）变化趋势（Trends）（1分）
4）模式（Patterns）（1分）
5）模型（Models）（2分）
15、什么是元数据？
元数据在空间数据质量控制中有什么作用？
答：
元数据是关于数据的描述性数据信息，它应尽可能多地反映数据集自身的特征规律，以便于用户对数据集的准确、高效与充分的开发与利用。
（3分）
元数据中包含了大量的有关数据质量的信息，通过它可以检查数据质量，同时元数据也记录了数据处理过程中质量的变化，通过跟踪元数据可以了解数据质量的状况和变化。
空间数据质量控制要求可通过元数据来实现，这类元数据的获取往往由地学和计算机领域的工作者来完成。
数据质量的控制和提高要有数据输入、数据查错、数据处理专业背景知识的工作人员，而数据再生产要由计算机基础较好的人员来实现。
所有这方面的元数据，按一定的组织结构集成到数据库中构成数据库的元数据信息系统来实现上述功能。
（3分）
16、大多数GIS都将数据按逻辑类型分成不同的数据层进行组织，如何进行分层？
答：
数据层是GIS中的一个重要概念。
对地理要素进行分层一般采用两种方法：
一是逻辑分层
二是物理分层
数据层的设计一般是按照数据的专业内容和类型进行的。
数据的专业内容的类型通常是数据分层的主要依据，同时也要考虑数据之间的关系。
如需考虑两类物体共享边界（道路与行政边界重合、河流与地块边界的重合）等，这些数据间的关系在数据分层设计时应体现出来。
（2分）
17、试用实际的例子解释下面Voronoi图形的含义，指出下图中的A点、B点分别距离那个源最近（在图中指出）？
答：
可将图中的点数据当做学校，医院、商场等服务设施。
其原理是将点集作为“源”将空间上任意一个位置（单元格）按照直线距离最短的原则对源进行分配。
得到的图形－Voronoi多边形是每一个源在距离最小意义上的服务范围（3分）。
图上指出源（3分）
18、矢量数据结构中点、线、面如何转换为栅格数据结构？
答：
对于点状实体，每个实体仅由一个坐标对表示，其矢量结构和栅格结构的相互转换基本上只是坐标精度变换问题。
线实体的矢量结构由一系列坐标对表示，在变为栅格结构时，除把序列中坐标对变为栅格行列坐标外，还需根据栅格精度要求，在坐标点之间插满一系列栅格点，这可以由两点式直线方程得到。
（2分）
多边形的矢量结构转为栅格结构：
矢量格式向栅格格式转换又称为多边形填充，就是在矢量表示的多边形边界内部的所有栅格点上赋以相应的多边形编码，从而形成栅格数据阵列。
几种主要的算法有：
a）内部点扩散算法
b）复数积分算法
c）射线算法和扫描算法
d）边界代数算法
（4分）
19、有一栅格数据文件按行方向由左到右、自上而下直接栅格编码表示为：
2，3，0，0，0；2，2，2，0，0；4，4，2，0，0；4，4，4，2，0。
分析并回答下列问题。
1）、表示点、线、面状地物的代码分别是哪些？
2）、假设方向代码分别表示为：
东=0，东北=1，北=2，西北=3，西=4，西南=5，南=6，东南=7。
写出线状地物的链式编码。
3）、按行方向写出一种游程编码方案。
答：
2，3，0，0，0；
2，2，2，0，0；
4，4，2，0，0；
4，4，4，2，0
1）、点：
3，面：
4、0；线：
2。
（点、线、面分别为1分，共3分）
2）、假设方向代码分别表示为：
东=0，东北=1，北=2，西北=3，西=4，西南=5，南=6，东南=7。
写出线状地物的链式编码。
1，1，6，0，0，6，7
（3分，未写起点坐标扣1分，错一个扣1分，最多扣3分）
3）、行方向写出一种游程编码方案。
（2，1），（3，1），（0，3）；（2，3），（0，2）；（4，2），（2，1），（0，2）；（4，3），（2，1），（0，1）
（4分，错一个编码扣0.5分，最多扣4分，按行变化进行压缩编码不扣分）
2、利用关系表分别表达下图中的空间对象点与线、线与点、线与面的拓扑关系。
点-线拓扑
A
1,3,4
B
2,3,5
C
1,2,7
D
4,5,7
E
6
（3分）
线-点拓扑
线号
起点
终点
1
c
a
2
b
c
3
b
a
4
d
a
5
d
b
6
e
e
7
d
c
（3分）
线-面拓扑
线号
左多边形
右多边形
1
P3
0
2
P3
P1
3
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