地理信息系统试题及答案.docx
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地理信息系统试题及答案
地理信息系统原理”课程考试试题参考答案
一、名词解释
1.地理信息系统是一门新兴的交叉学科,它描述、存储、分析和输出空间信息的理论和方法。
同时,它也是一个技术系统,以地理空间数据库为基础,采用地理模型分析方法,适时提供多种空间的和动态的地理信息,为地理研究和地理决策服务的计算机技术系统。
2.XXX即不规则三角网,是一种用于表示数字高程模型的方法。
XXX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。
3.元数据是关于数据的描述性信息,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。
元数据的内容包括对数据集的描述、对数据质量的描述、对数据处理信息的说明、对数据转换方法的描述、对数据库的更新、集成等的说明。
4.信息是向人们或机器提供关于现实世界新的事实的知识,是数据、消息中所包含的意义,它不随载体的物理设备形式的改变而改变。
二、XXX答题
1.地理信息系统的组成。
一个完整的GIS主要由四个部分构成,即计算机硬件系统、计算机软件系统、地理数据(或空间数据)和系统管理操作人员。
其核心部分是计算机系统(软件和硬件),空间数据反映GIS的地理内容,而管理人员和用户则决定系统的工作方式和信息表示方式。
1)计算机硬件系统:
是计算机系统中的实际物理装置的总称,是GIS的物理外壳。
包括输入/输出设备、中央处理单元、存储器等,向提供信息、保存数据、返回信息给用户。
2)计算机软件系统:
计算机软件系统是指必需的各种程序。
对于GIS应用而言,通常包括:
计算机系统软件、地理信息系统软件和其他支持软件、应用分析程序。
3)系统开发、管理和使用人员:
完善的地理信息系统项目应包括负责系统设计和执行的项目经理、信息管理的技术人员、系统用户化的应用工程师以及最终运行系统的用户。
地理信息系统专业人员是地理信息系统应用的关键。
4)空间数据:
它是由系统的建立者输入GIS,是系统程序作用的对象,是GIS所表达的现实世界经过模型抽象的实质性内容。
主要包括空间位置、空间关系、属性等。
栅格数据是一种最简单直接的空间数据结构,它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。
栅格结构是以规则的阵列来表示空间地物或现象分布的数据组织,组织中的每个数据表示地物或现象的非几何属性特征。
栅格数据的主要编码方式包括直接栅格编码和压缩编码方法。
直接栅格编码是将栅格数据看作一个数据矩阵,逐行(或逐列)逐个记录代码。
压缩编码方法包括键码、游程长度编码、块码和四叉树编码等。
其目的是用尽可能少的数据量记录尽可能多的信息,其类型又有信息无损编码和信息有损编码之分。
链码又称为弗里曼链码或边界链码,可以有效地压缩栅格数据,而且对于估算面积、长度、转折方向的凹凸度等运算十分方便,比较适合于存储图形数据。
游程长度编码是栅格图像常常有行(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。
块码是游程长度编码扩展到二维的情况,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)和半径,再加上记录单位的代码组成。
四叉树将整个图像区逐步分解为一系列被单一类型区域内含的方形区域,最小的方形区域为一个栅格象元。
格网DEM分析的主要应用包括地形曲面拟合、地形属性分析等。
由于已知有限个格网点的高程,可以利用这些格网点高程拟合一个地形曲面,推求区域内任意点的高程。
在此基础上进行地形属性分析,可以得到地形的坡度、坡向、高程等信息,为地形分析提供了基础数据。
分析:
点与多边形叠加分析是GIS中常用的空间分析方法之一。
其主要内容包括确定点是否在多边形内部或边界上,以及计算点在多边形内部的面积或长度等属性。
方法包括点-多边形相交法、射线法和面积法等。
2)立体透视图:
DEM的一个重要应用是绘制透视立体图。
透视立体图能更好地反映地形的立体形态,非常直观。
人们可以根据不同的需要,对于同一个地形形态作各种不同的立体显示,更好地研究地形的空间形态。
3)通视分析:
通视分析在观察哨所、森林中火灾监测点、无线发射塔等领域有着广泛的应用。
通视问题可以分为五类,包括已知观察点找出可见区域、计算最少观察点数量、计算能获得的最大观察区域、以最小代价建造观察塔、在给定建造代价的前提下求最大可见区。
根据问题输出维数的不同,通视可分为点的通视、线的通视和面的通视。
4)流域特征地貌提取与地形自动分割:
流域特征地貌提取和地形自动分割是进行流域空间模拟的基础技术。
其主要包括流域地貌形态结构定义和特征地貌自动提取和地形自动分割算法。
5)计算地形属性:
DEM派生的地形属性数据可以分为单要素属性和复合属性两种。
单要素属性可由高程数据直接计算得到,如坡度因子和坡向。
复合属性是由几个单要素属性按一定关系组合成的复合指标,用于描述某种过程的空间变化。
这种组合关系通常是经验关系,也可以使用简化的自然过程机理模型。
分析题:
1.叠加分析的内容和方法
叠加分析是GIS中常用的空间分析方法之一,主要用于分析不同空间数据之间的关系。
其内容包括点、线、多边形数据之间的叠加分析。
方法包括点-多边形相交法、射线法和面积法等。
在点-多边形相交法中,通过判断点是否在多边形内部或边界上,计算点在多边形内部的面积或长度等属性。
在射线法中,通过从点向多边形内部发射射线,确定射线与多边形的交点,计算点在多边形内部的属性。
在面积法中,通过对多边形进行分割,计算点在多边形内部的面积等属性。
多边形叠加是将两个或多个多边形图层进行叠加分析,得到新的多边形图层。
这个过程中,需要考虑多边形之间的空间关系,如是否相交、是否包含等。
在叠加的过程中,可以将原来的多边形打散成更小的多边形,同时将原来的属性信息赋给新的多边形。
通过多边形叠加,可以得到新的多边形图层,用于分析不同多边形之间的空间关系,如区域之间的相交、包含等情况。
例如,在城市规划中,可以将不同的行政区域叠加在一起,得到新的分区图层,用于分析不同区域之间的空间关系和特征。
矢量数据结构与栅格数据结构的转换算法是GIS中常用的操作之一。
矢量数据结构是由点、线、面等基本要素构成,而栅格数据结构则是由像素点组成的网格。
矢量到栅格的转换通常采用栅格化方法,可以将矢量数据转化为栅格数据。
而栅格到矢量的转换则需要进行插值等处理,将栅格数据转化为矢量数据。
在进行数据转换时,需要考虑数据的精度、分辨率等因素,以保证转换结果的准确性和可靠性。
2.空间数据查询的基本方法和技术。
空间数据查询是GIS中的重要操作之一。
其基本方法包括属性查询和空间查询两种。
属性查询是通过属性值来进行查询,可以使用SQL语句等工具进行操作。
空间查询是通过空间位置和空间关系来进行查询,可以使用空间索引、空间分析等技术进行操作。
空间索引可以提高查询的效率,常用的索引包括R树、四叉树等。
空间分析可以进行空间缓冲、空间叠加等操作,进一步提高查询的精度和效率。
在进行空间数据查询时,需要考虑数据的精度、分辨率等因素,以保证查询结果的准确性和可靠性。
3.地图投影的基本原理和分类。
地图投影是将地球表面的曲面投影到平面上的操作,是制作地图的重要步骤。
其基本原理是将地球表面的经纬度坐标系转换为平面坐标系,通过一定的数学模型将地球表面上的点映射到平面上。
地图投影可以根据投影方式的不同进行分类,常用的投影方式包括等角投影、等面积投影、等距投影等。
等角投影可以保持角度不变,但是会产生面积变形;等面积投影可以保持面积不变,但是会产生角度变形;等距投影可以保持距离不变,但是会产生角度和面积变形。
在进行地图投影时,需要选择合适的投影方式,以保证地图的准确性和可读性。
4.地理信息系统的应用领域和发展趋势。
地理信息系统的应用领域非常广泛,包括城市规划、环境保护、资源管理、农业生产等多个领域。
随着技术的不断发展,地理信息系统的应用范围也在不断扩大。
未来地理信息系统的发展趋势包括以下几个方面:
一是向云计算、大数据、人工智能等方向发展,提高系统的智能化和数据处理能力;二是向开放、共享、互联方向发展,促进不同系统之间的数据交换和共享;三是向移动、无线、智能终端方向发展,提高系统的便携性和可用性;四是向多维、多源、多尺度方向发展,提高系统对多源数据的处理能力和数据的可视化效果。
针对点状实体,其矢量结构和栅格结构的相互转换主要涉及坐标精度变换问题。
线实体的矢量结构由一系列坐标对表示,在转换为栅格结构时,需要在坐标点之间插入一系列栅格点,以满足栅格精度要求,这可以通过两点式直线方程实现。
与将多边形边界表示为矢量结构相似,线实体由栅格结构转换为矢量结构也需要处理拓扑关系。
1)矢量向栅格转换
矢量格式向栅格格式转换,也称为多边形填充,是将矢量表示的多边形边界内部的所有栅格点赋予相应的多边形编码,从而形成栅格数据阵列。
主要的算法包括内部点扩散算法、复数积分算法、射线算法和扫描算法以及边界代数算法。
其中,内部点扩散算法从每个多边形的一个内部点(种子点)开始,向其八个方向的邻点扩散,并将非边界点的邻点作为新的种子点与原有种子点一起进行新的扩散运算,直到所有种子点填满该多边形为止。
复数积分算法通过计算待判点对每个多边形的封闭边界的复数积分来判断待判点的归属。
射线算法和扫描算法可以逐点判断数据栅格点在某多边形之外或在多边形内。
边界代数算法适用于记录拓扑关系的多边形矢量数据转换为栅格结构。
2)栅格格式向矢量格式的转换
多边形栅格格式向矢量格式转换是提取以相同的编号的栅格集合表示的多边形区域的边界和边界的拓扑关系,并表示由多个小直线段组成的矢量格式边界线的过程。
这个过程需要处理拓扑关系,以确定多边形区域的边界和边界之间的拓扑关系。
栅格向矢量格式转换的基本步骤包括四个方面。
首先是多边形边界提取,可以采用XXX滤波将栅格图像二值化或以特殊值标识边界点。
然后是边界线追踪,对每个边界弧段由一个结点向另一个结点搜索,通常需要沿除了进入方向的其他7个方向搜索下一个边界点,直到连成边界弧段。
接下来是拓扑关系生成,需要判断矢量表示的边界弧段数据与原图上各多边形的空间关系,以形成完整的拓扑结构并建立与属性数据的联系。
最后是去除多余点及曲线圆滑,需要去除由搜索造成的多余点记录,以减少数据冗余,并采用插补算法进行光滑处理。
空间数据的误差来源很多,包括空间现象自身存在的不稳定性、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,空间数据处理中的误差以及空间数据使用中的误差。
为了控制数据质量,需要从数据质量产生和扩散的所有过程和环节入手,采用一定的方法减少误差。
常见的空间数据质量控制方法包括传统的手工方法和元数据方法。
传统的手工方法包括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。
元数据方法则是通过数据集的元数据中包含的有关数据质量的信息来检查数据质量。
元数据记录了数据处理过程中质量的变化,跟踪元数据可以了解数据质量的状况和变化。
另外,地理相关法可以通过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。
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。
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。
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,并拓展了传统测绘科学的研究领域。
为了完成城市道路拓宽改建分析,需要以下空间数据:
道路数据、建筑数据、地形数据、地籍数据等。
在GIS支持下的分析流程包括建立缓冲区、拓扑叠加和特征提取等步骤。
通过建立缓冲区,确定需要拓宽的道路范围;通过拓扑叠加,确定需要拆迁的建筑物;通过特征提取,计算出拆迁指标。
文章无明显格式错误,无需删除段落。
改写如下:
本文旨在计算由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包括:
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。
分析所需数据包括现状道路图和分析区域内建筑物分布图及相关信息。
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。
进行统计分析时,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。
最终结果以地图和表格的形式打印输出。
XXX:
1.比较点在多边形内的判别方法射线法和弧长法的优缺点。
点在多边形内的两种判别方法:
射线法和弧长法。
射线法主要是从判断点向多边形做射线,判断线与多边形交点的个数。
当交点个数为偶数时,点在多边形外;交点个数为奇数时,点在多边形内。
它的优点是判断明确,过程简单;缺点是当射线经过多边形的拐点或一条边时,判断失效。
而弧长法主要是判断点与多边形各顶点连线的夹角之和的值,当各夹角之和为360度时,点在多边形内;夹角之和为或小于360度时,点在多边形外。
优点是判断准确,不受条件限制;缺点是判断过程复杂。
2.空间数据库管理的方式有哪几种,各有什么优缺点?
数据处理在地理信息系统中非常重要,它可以将原始数据转换为可用的信息,以及对数据进行分析和处理。
数据处理的主要内容包括数据输入、数据存储、数据管理、数据查询、数据分析和数据输出等方面。
其中,数据输入是将现实世界中的地理信息转换为数字化的地理数据;数据存储是将地理数据存储在数据库中,以便于管理和使用;数据管理是对数据进行组织、分类和维护;数据查询是通过查询语言对数据进行检索和提取;数据分析是对数据进行统计和空间分析;数据输出是将处理好的数据以图像或表格的形式输出。
通过数据处理,地理信息系统可以为用户提供准确、实时、可靠的地理信息服务。
数据处理在GIS中的作用包括将实测数据或不符合GIS质量要求的数据通过处理使之符合GIS质量的要求,以及对已有的GIS数据进行处理派生出新的信息。
数据处理的主要内容包括图形编辑、自动拓扑、数据转换、坐标转换、数据压缩、数据内插等。
DEM是用数值矩阵对地表起伏变化的一种连续表示方法,它是地表单元的高程集合,是国家空间地理信息的重要组成部分。
DEM的构建方法包括等高线法、规划格网法和不规划三角网法。
DEM的应用包括用于民用和工程的土石方填挖和计算、为军事目的显示地形景观、为武器精确制导提供地形匹配、通视分析、坡度、坡向分析、和GIS结合进行各种空间分析、对不同地貌进行分析、研究土地浸蚀和泾流、对各种专题地图进行组合分析以及是国家地理信息的重要基础等。
GIS的构成包括系统硬件、系统软件、数据和用户。
GIS的主要功能包括空间数据的采集和输入、空间数据的编辑与管理、空间数据的处理与转换、空间查询与空间分析以及空间数据的显示与输出。
线性四叉树与二维行程编码可以用来对栅格矩阵进行编码和压缩。
线性四叉树是一种树状结构,将栅格矩阵划分为四个象限,每个节点代表一个象限,直到达到最小象限为止。
二维行程编码将连续的像素值编码为一个符号和一个长度。
对于图2中的栅格阵列,可以通过线性四叉树或二维行程编码的方式进行编码和压缩。
常用的数据库数据模型包括层次模型、网络模型、关系模型和面向对象模型。
对于图1中的实体图,可以使用关系模型进行描述,其中节点、弧段和面块分别对应三个表格,它们之间的拓扑关系可以通过外键进行连接。
不规则三角形的构网方法包括插入法、删除法和交换法等。
插入法是将点一个一个插入到已有的三角网中,删除法是将点周围的三角形删除再重新构建,交换法是通过交换三角形的顶点来改变三角形的形状。
对于图2中的狄洛尼三角网,可以通过Voronoi图来构建,而Voronoi图则可以通过对每个三角形的外接圆心进行连线而得到。
矢量格式向栅格格式转换的方法包括像元化、多边形分割和边界代数法等。
像元化是将矢量要素转换为栅格像元,多边形分割是将矢量要素按照栅格大小进行分割,边界代数法则是通过对矢量要素之间的空间关系进行逻辑运算来得到栅格数据。
对于图3,边界代数法可以通过对每个要素的边界进行逻辑运算来得到最终的栅格数据。
空间分析的主要方法包括缓冲区分析、叠置分析、网络分析、空间插值等,其中缓冲区分析可以用来计算某一点或线段周围一定距离内的区域,常用于城市规划和环境保护等领域。
八、图4展示了线性四叉树和二维行程编码的建立过程,其中阴影部分的属性值为1,其余为0.
九、我认为空间分析是GIS的核心和灵魂,因为它涉及到GIS的核心功能,如地图制图、空间查询和空间分析等。
只有通过空间分析,我们才能更好地理解和利用地理信息,从而做出更明智的决策。
四、根据图1,可以使用无拓扑矢量数据结构和有拓扑矢量数据结构来表示,弧段标识自定。
五、针对图2的带权有向图,使用Dijkstra算法可以求出其余各顶点最短路径的标号过程。
七、采用层次模型、网络模型和关系模型可以表达空间数据,但每种数据模型都有其优缺点。
层次模型适用于简单的层次结构,但不适用于复杂的关系。
网络模型可以处理复杂的关系,但不够灵活。
关系模型灵活,但不适用于处理大量的空间数据。
八、设计一个XXX实时学生上课情况查询系统,假设学生位置能够精确定位。
系统的功能包括查询某一学生所在的教室、查询某一学生相邻的学生姓名、统计某一教室的学生总人数和统计全校的学生上课人数。
可以使用数据模型和数据结构来实现这些功能。
计算题:
求C=AB。
点:
点号。
坐标
1.x1.y1
12.x12.y12
21.x21.y21
线:
ID。
起点。
终点。
点号
a。
39.39.45.46.47.48.49.50.51.52.53.54.55.56
b。
28.39.28.40.41.42.43.44.39
c。
12.28.12.25.26.27.28
d。
1.21.1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.11.12
e。
12.1.12.13.14.15.16.1
f。
21.12.21.22.23.24.12
g。
12.1.17.18.19.20.21
h。
28.21.28.29.30.31.21
i。
21.39.21.39.32.33.34.35.36.37.38.39
多边形:
多边形编号。
多边形边界
I。
d。
e
II。
c。
f。
h
III。
b。
h。
i
IV。
a。
i。
g
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