GIS试卷A

《地理信息系统原理及应用》试卷A

班级_______     姓名_______     学号_____    成绩_____

一、填空（每空0.5，共25分）

1、与其他类型信息相比，地理信息具有_________,__________,__________三个主要的特性。

2、一个完整的GIS主要由四个部分构成，即______________, ________________, ________________,__________________,其中__________是GIS处理对象。

3、GIS中两种最基本的数据结构是___________,_____________。其中___________是基于场模型，而___________是基于要素模型的。

图1中，A，B，C为各种植被类型代码，D为铁路代码，小黑原点为栅格中心点。在确定该栅格单元的代码时，若该栅格单元代码为C，是利用__________方法,若该栅格单元代码为B，是利用__________方法，若栅格单元的代码为D，则利用了__________方法来确定栅格代码的。

4、矢量结构向栅格结构的转换中，面实体的转换包括__________和面域的充填，面充填的方法有______________,_____________,____________等三种。

5、GIS一般用数据层来组织空间数据，空间数据分层方法有：______________,______________,______________三种。

6、矢量数据编码的方法有：____________,_____________,______________, ____________等四种，Arc/Info软件采用的是_________________编码方法。

7、GIS中表示和存储DEM的常用方法有___________、____________和_____________三种。其中_________方法结构最简单，但对于平坦地区存在冗余存储。

8、3S集成是指___________,____________,____________三者的集成利用。其中_____主要用于获取数据。

9、以线性四叉树表示的栅格矩阵时，最多可进行_______（1分）次四叉树分割，第10行13列位置处（起始行列号均为0）的栅格的十进制Morton码为____________。（1分）

10、图幅接边中的几何接边是为了处理____________问题，逻辑接边是为了解决____________问题。

11、统计分析主要针对GIS中的________数据进行的，若要了解数据分布的集中位置，可以计算_______________，如_________、________、_________等；若要了解数据分布的离散程度，可以计算_______________，如__________、________、_________等。

二、名词解释（每题3分，共15分）

1、地理信息系统            4、空间决策支持

2、空间元数据              5、网络

3、空间数据库重组织

三、问题解释

(每小题10分,共60分)

1、什么是拓扑关系？在GIS中引入拓扑关系有何意义？常用的拓扑关系有哪些？（10分）

2、空间数据质量的内容包含哪些？GIS数据的主要误差来源？（10分）

3、举例说明多边形拓扑关系的自动建立过程。（10分）

4、已知某栅格矩阵对应的线性四叉树编码（十进制Morton码-- MD码）如表，回答下列问题。（共10分）

MD码	属性值	MD码	属性值
0	A	10	C
1	A	11	B
2	B	12	B
3	B	13	C
4	B	14	C
8	B	15	C
9	C

1) 写出该线性四叉树编码对应的栅格矩阵；（3分）

2) 写出行程编码（3分）和二维行程编码；（4分）

5、线捕捉是实现GIS中什么功能的关键算法，加快线捕捉速度有哪些常用方法？（5分）

6、GIS要进行网络分析，首先需要解决网络的表达和存储问题。某局部道路网络如图2所示，p1…p9是结点编号，括号中的数字是道路阻强，请解答下列问题：（共15分）

1）道路p1p7是一双行道，且正向阻强为40km/s，负向阻强为35km/s，具体如何表达？（2分）

2）道路p6p8是一单行道，且阻强为20km/s，具体如何表达？（2分）

3）道路p6p9、道路p1p6等是双行道，正向、负向阻强相等，具体如何表达？（3分）

4）结点p2是一障碍点，对该道路网的连通性有何影响，具体如何表达？（3分）

5）在结点p6处，所有转弯有多少个？由于道路p6p8是一单行道，会引起哪些转弯为禁止的，具体如何表达禁止的转弯？（只需举一例）（3分）

6）结点p5是一公共汽车站点，平均每天上车人数为200人，下车人数为300人，具体如何表达？（2分）

《地理信息系统原理及应用》试卷A参

一、填空题

1、空间分布性，海量性，载体多样性

2、用户，软件，硬件，数据，数据

1、3、矢量，栅格，栅格，矢量

4、中心点法，面积占优法，重要性法

5、边界的转换，内部点扩散法（种子扩散法），扫描法（边界点跟踪法），边填充算法

6、专题分层，时间序列分层，地面垂直高度分层

7、实体式，索引式，双重式编码，链状双重式编码，链状双重式编码

8、等高线，TIN（不规则三角网），规则格网，规则格网

9、GPS，RS，GIS，RS

10、6，211

11、几何裂缝，逻辑裂缝

12、属性，（属性数据的）集中特征数，频数和频率，平均数，数学期望，（属性数据的）离散特征数，极差，离差， 方差与标准差

二、

1、地理信息系统：为了获取、存储、检索、分析和显示空间定位数据而建立的计算机化的数据库管理系统。

2、空间元数据：地理的数据和信息资源的描述性信息。它通过对地理空间数据的内容、质量、条件和其他特征进行描述与说明，以便人们有效地定位、评价、比较、获取和使用与地理相关的数据。

3、空间数据库重组织：指在不改变空间数据库原来的逻辑结构和物理结构的前提下，改变数据的存储位置，将数据予以重新组织和存放。

4、空间决策支持：是应用空间分析的各种手段对空间数据进行处理变换，以提取隐含于空间数据中的某些事实和关系，并以图形和文字的形式直观地加以表示，为现实世界中的各种应用提供科学、合理的支持。

5、网络：是一系列联结的弧段，形成物质，信息流通的通道。

三、

1、什么是拓扑关系？在GIS中引入拓扑关系有何意义？常用的拓扑关系有哪些？（10分）

答：拓扑关系是指图形保持连续状态下变形，但图形关系不变的性质。

在GIS中引入拓扑关系对于数据处理和GIS空间分析具有重要的意义，因为：

1）拓扑关系能清楚地反映实体之间的逻辑结构关系，它比几何关系具有更大的稳定性，不随地图投影而变化。

2）有助于空间要素的查询，利用拓扑关系可以解决许多实际问题。如某县的邻接县，--面面相邻问题。又如供水管网系统中某段水管破裂找关闭它的阀门，就需要查询该线（管道）与哪些点（阀门）关联。

3）根据拓扑关系可重建地理实体。

常用的拓扑关系有拓扑邻接、拓扑关联、拓扑包含。

2、空间数据质量的内容包含哪些？GIS数据的主要误差来源？（10分）

答：空间数据质量包含以下基本内容：

1）位置（几何）精度：如数学基础、平面精度、高程精度等，用以描述几何数据的误差。

2) 属性精度：如要素分类的正确性、属性编码的正确性、注记的正确性等，用以反映属性数据的质量。 

3) 逻辑一致性：如多边形的闭合精度、结点匹配精度、拓扑关系的正确性等，由几何或属性误差也会引起逻辑误差。 

4) 完备性：如数据分类的完备性、实体类型的完备性、属性数据的完备性、注记的完整性，数据层完整性，检验完整性等。 

5) 现势性：如数据的采集时间、数据的更新时间等。

GIS数据的主要误差来源包括：

1）数据采集误差：如实测误差，地图制图误差（制作地图的每一过程都有误差），航测遥感数据分析误差（获取、判读、转换、人工判读（识别要素）误差）；

2）数据输入误差：数字化过程中操作员和设备造成的误差，某些地理属性没有明显边界引起的误差（地类界）

3）数据存贮误差：数字存贮有效位不能满足（由计算机字长引起，单精度、双精度类型）；

4）数据操作误差：类别间的不明确、边界误差（不规则数据分类方法引起）；多层数据叠加误差，多边形叠加产生的裂缝（无意义多边形），各种内插引起的误差；

5）数据输出误差：比例尺误差、输出设备误差、媒质不稳定（如图纸伸缩）；

6）成果使用误差：用户错误理解信息、不正确使用信息。

3、举例说明多边形拓扑关系的自动建立过程。（10分）

答：多边形拓扑关系的自动建立包括以下内容：

1）链的组织，首先找出在链的中间相交的情况，将其自动切成新链；然后把链按一定顺序存储，并把链按顺序编号。

2）结点匹配，首先把一定限差内的链的端点作为一个结点，其坐标值取多个端点的平均值。然后再对结点顺序编号。

3）检查多边形是否闭合，通过判断一条链的端点是否有与之匹配的端点来进行.

4）建立多边形的基本算法

1°从P1开始，起始链定为P1P2,从P2点算起，P1P2最右边的链为P2P5；从P5算起，P2P5最右边  的链为P5P1,...形成的多边形为P1P2P5P1。

2°从P1开始，以P1P5为起始链，形成的多边形为P1P5P4P1。

3°从P1开始，以P1P4为起始链,形成的多边形为P1P4P3P2P1。

4° 这时P1为结点的所有链均被使用了两次，因而转向下一个结点P2，继续进行多边形追踪，直至所有的结点取完。共可追踪出五个多边形，即A1、A2、A3、A4、A5。

5)岛的判断, 找出多边形互相包含的情况

6)最后确定多边形的属性

4、答：1）该线性四叉树编码对应的栅格矩阵为：

A	A	B	B
B	B	B	B
B	C	B	C
C	B	C	C

二维行程编码	属性值
0	A
2	B
9	C
11	B
13	C

2）行程编码为：2A，2B

4B

1B,1C,1B,1C

1C,1B,2C

二维行程编码:

5、线捕捉是实现GIS中什么功能的关键算法，加快线捕捉速度有哪些常用方法？（5分）

答：线捕捉是实现GIS中图形编辑、实体选取功能的关键算法，加快线捕捉速度的常用方法有：

1）在实际的捕捉中，可每计算一个距离di就进行一次比较，若di＜D，则捕捉成功，不需再进行下面直线段到点S的距离计算了。

2）

2）把不可能被光标捕捉到的线，用简单算法去除。

3）对于线段也采用类似的方法处理。

4）简化距离公式：

点S(x,y)到直线段(x1,y1),(x2,y2)的距离d的计算公式：

6、GIS要进行网络分析，首先需要解决网络的表达和存储问题。某局部道路网络如图2所示，p1…p9是结点编号，括号中的数字是道路阻强，请解答下列问题：（共15分）

答：

1）道路p1p7是一双行道，且正向阻强为40km/s，负向阻强为35km/s，具体表达为

链弧号	起结点	终结点	正方向阻强（km/s）	反方向阻强（km/s）
p1p7	1	7	40	35

2）道路p6p8是一单行道，且阻强为20km/s，具体表达为：

链弧号	起结点	终结点	正方向阻强（km/s）	反方向阻强（km/s）
P6p8	6	8	20	-1(表不通)

2）道路p6p9、道路p1p6等是双行道，正向、负向阻强相等，具体表达为：

链弧号	起结点	终结点	阻强（km/s）
P6p9	6	9	26
p1p6	1	6	28

4）结点p2是一障碍点，对该道路网的连通性的影响是造成p1到p2、p3到p2、p5到p2不通，具体表达为：

链弧号	起结点	终结点	正方向阻强（km/s）	反方向阻强（km/s）
P1p2	1	2	-1	30
P2p3	2	3	30	-1
P2p5	2	5	30	-1

5）在结点p6处，所有转弯的个数有4的平方=16个。由于道路p6p8是一单行道，会引起从p8点通过p6点转向其他弧段的转弯是禁止的，如从p8p6转向p6p1的转弯是禁止的，具表达为：

结点号	从弧段	至弧段	角度	时间阻强(s)
P6	P8p6	P6p1	90	-1(表不通)

6）结点p5是一公共汽车站点，平均每天上车人数为200人，下车人数为300人，具体表达为：

结点号	上载需求量（人）	下载需求量（人）
P5	200	300

南京师范大学 一、判断题。对下列各论述的正确与否，在其后的（）中分别标上“√”或“×”。（每题2分，共20分）1．作为一种特定的信息系统，GIS由两个部分组成：计算机硬件和必要的软件。（  ×  ）2．GIS技术起源于计算机地图制图技术，因此，地理信息系统与计算机地图制图系统在本质上是同一种系统。（  × 　）3．空间数据所具有的各种特征可以概括为空间特征、属性特征和时间特征。（ √   ）4．手扶跟踪数字化是从现有地图中获取建立地理信息系统所需图形数据的唯一有效的方式。（ × ）5．在描述空间对象时，可以将其抽象为点、线、面三类基本元素。（ √   ）6．虽然矢量数据结构和栅格数据结构在表达空间对象时有着本质的不同，但这两者之间可以通过特定的方法实现相互转换。（ √   ）7．GIS空间数据库中数据是经过精心编辑处理的，所以空间数据库中所存储的数据是精确的，不存在数据质量问题。（ ×   ）8．在对空间数据进行组织时，通常将点、线、面类的所有要素都放在同一个层上，以便于数据的编码、组织和存贮。（  ×  ）9．在采用矢量数据结构的GIS中，一般将图形数据组织成一个或多个文件，而属性数据可组织成关系表，它们之间可通过对每个实体赋予唯一的标识号（id）来建立联系。（  √    ）10．无论采用什么数据压缩编码方法，对空间数据进行压缩处理，都会降低原始的精度。（  ×   ）

二、名词解释。（每题4分，共20分，At least two terms should be answered in English.）1．空间实体：指自然界、自然现象和社会经济事件中不能再分割的单元，是一个概括性的、复杂的、具有相对意义的概念或术语。具有空间特征、属性特征和时间特征。2．数据编码：为实现空间数据的计算机存储、处理和管理，将空间实体按一定的数据结构转换成适合于计算机操作的过程。其中矢量数据结构的编码方式有实体式、索引式、双重式和链状双重式；栅格数据结构的编码方式有直接栅格编码、行程编码、链式编码。3．叠置分析：(Overlay Analysis) When working with more then one data layer which are about the same region, on the same projection and scale, superposes them with each other, then creates new spatial features or new properties. The new feature’s property is the function of the original layers in the same overlay region:           U = f(A、B、C…)           According to the data structure, there are vector and raster overlay analysis.4．四叉树编码：一种栅格数据结构的压缩编码方法。其基本思想是将一幅栅格地图或图像等分为4部分，逐块检查其网格属性值（或灰度），如果某个子区的所有格网值都具有相同的值，则这个子区就不再继续分割，否则还要把这个子区再分割成4个子区。这样递次分割，直到所有子区都只含有相同的属性值或灰度为止。按其编码的方法不同分为常规四叉树和线性四叉树编码。5．缓冲区：(Buffer) A (series of) polygon(s) around the points, lines, polygons or plan objects in the spatial database at any given width.

三、简答题。（每小题5分，共25分）1．一个典型的地理信息系统，应至少具备哪些基本的功能？答：GIS之所以有如此广泛的应用，是因为它具有丰富多彩的功能。其功能包括数据采集、存储、处理、分析、模拟和决策的全部过程，能够回答和解决位置、条件、趋势、模式、模型和模拟等问题，具体功能有。（1）     数据采集和输入；（2）     空间数据处理；（3）     空间数据管理；（4）     空间数据分析；（5）     空间数据输出    

2．对比分析矢量数据结构和栅格数据结构的特点及其适用条件。答：数据结构一般分为基于矢量模型的数据结构和基于栅格模型的数据结构。（1）矢量数据结构矢量数据结构是利用欧几里德几何学中的点、线、面及其组合体来表示地理实体空间分布的一种数据组织方式。这种数据组织方式能最好的逼近地理实体的空间分布特征，适合于精确制图和事务管理型信息系统。（2）栅格数据结构  栅格数据结构表示的是2维表面上地理要素的离散化数值，每个网格对应一种属性，其空间位置用行和列标识。栅格数据表达地理要素比较直观，适合于地理空间模拟和分析的场合。       二者优缺点比较如下：

	优点	缺点
矢量数据结构	1、便于面向现象（土壤类、土地利用单元等）的数据表示 2、数据结构紧凑、冗余度低 3、有利于网络分析 4、图形显示质量好、精度高	1、数据结构复杂 2、软件与硬件的技术要求比较高 3、多边形叠合分析比较困难 4、显示与绘图成本比较高
栅格数据结构	1、数据结构简单 2、空间分析和地理现象的模拟均比较容易 3、有利于与遥感数据的匹配应用和分析 4、输出方法快速，成本比较低廉	1、图形数据量大 2、投影转换比较困难 3、栅格地图的图形质量比较低些 4、现象识别的效果不如矢量方法

3．简述栅格数据的游程长度编码方法，并举例说明。答：游程是指相邻同值网格的数量，游程编码结构似乎逐行将相邻同值的网格合并，并记录合并后网格的值及合并网格的长度，其目的似乎压缩栅格数据量，消除数据间的冗余。    游程编码结构的建立方法是：将栅格矩阵的数据序列X1X2…Xn，映射为相应的二元组序列（Ai，Pi），i=1,K，且K<=n。其中，A为属性值，P为游程，K为游程序号。例如，将下图的栅格矩阵结构转换成游程编码结构：

2	2	5	5
2	7	5	5
7	7	7	5
5	5	5	5

序号	二元组序列
1	（2，2）
2	（5，2）
3	（2，1）
4	（7，1）
5	（5，2）
6	（7，3）
7	（5，5）

二元映射

游程编码能否压缩数据量，主要取决于栅格数据的性质，通常可通过事先测试，估算图层的数据冗余度Re = 1- Q/（m * n），其中Q为图层内相邻属性值变化次数的累加和；m为图层网格的行数；n为图层网格的列数。当Re的值大于1/5时，说明栅格数据的压缩可取得明显的效果。其压缩效果可由压缩比S = n/ K来表示，值越大，表示压缩效果越好。

4．简述布尔逻辑代数在GIS空间数据综合查询分析中的作用，并举例说明。答：布尔逻辑运算的基本原理是布尔代数，这种逻辑分析几乎可以在所有的空间分析中得到应用。它按属性数据的组合条件来检索其他属性项目或图形数据，以及进行空间聚合或聚类。布尔代数的基本运算符号是AND，OR，XOR，NOT，/，逻辑运算的结果为“真”或“假”。例如，在利用GIS进行土地规划时，不同图斑具有不同属性，其中A为土层厚度>50cm的土壤单元结合；B为土壤类别为红砂壤的单元集合；C为pH值大于7.0所有单元集合，则A AND B检索出全部土层厚>50cm且土壤类别为红砂壤的土壤单元；A OR B检索出全部土层厚>50cm或者土壤类别为红砂壤的土壤单元；（A AND B）OR C检索出全部满足土层厚>50cm且土壤类别为红砂壤这两个条件以及pH值大于7.0所有土壤单元。以上5个基本逻辑运算符号通过组合可以组成复杂的综合属性检索条件。布尔逻辑运算表达式除完成检索功能外，还可以进行栅格数据的再分类分析。如当A AND C OR B时，土壤适宜种茶叶；当A AND C AND B时，土壤适宜种苹果。此时复杂的布尔逻辑表达式检索出满足上述条件的图斑并显示出结果，就可以得到种植适宜性评价图。

5．当GIS使用的数据来源于采用不同比例尺、不同投影的地图时，如何保证所有图层在统一的坐标系统下完成空间叠置分析？答：在GIS中，为了进行空间数据叠置分析，要求所有空间信息层必须是同种投影。因此，当系统使用的数据取自不同地图投影的图幅时，需要将一种投影的数字化数据转换成所需的投影的坐标数据。投影转换可由下列3种途径实现：（1）    直接变换：通过建立一种投影变换为另一种投影的严密或近似的解析关系式，直接由一种投影的数字化坐标变换成另一种投影的直角坐标。但是对于不同投影系统，很难找到这种解析关系。（2）    间接变换：先使用坐标反算公式，将由一种投影的平面坐标换算为球面大地坐标，然后再使用坐标正算公式把求得的球面大地坐标代如另一种投影的坐标公式中，计算出该投影下的平面坐标，从而实现两种投影坐标间的变换。（3）    数值变换：根据两种投影在变换区内的已知坐标的若干同名控制点，采用插值法，或有限差分法、有限元法、待定系数最小二乘法，实现两种投影坐标间的变换。需要在两投影间选定相应的10个以上的控制点。

五、综合题。现有某城市，需要增加一个垃圾填埋场，要求该填埋场避开良田，交通便捷，地形坡度小于5 度，地质条件安全，并避开居民区，请试以GIS 方法，设计该位址选择的应用模型，用框图表示其运行过程，并说明其需要的相关数据源、数据采集与组织方法和有关的操作算子（20分）

答：这是一个城市生活垃圾填埋场选址问题。

1、问题的分解：（1）    区域表面非致密物质大于最小要求厚度，且地表物质具有低渗透率，以阻止可溶性物质快速渗入地下水中。（2）    区域平均地表坡度平稳，小于5度。（3）    区域的下伏基岩不是破碎的灰岩。（4）    区域不发生洪水（例如，不可能发生百年一遇的洪水）。（5）    区域不应属于市政或工业区，并且区域的土地适宜性不属于良田。（6）    区域与现有市政区域范围保持一定距离。（7）    区域与重要道路干线保持一定距离。（8）    区域不属于环境敏感区，且远离城市水源区。（9）    区域离城市中垃圾收集站的距离适中。（10）区域面积适中，且要大于某个最小面积。              2、寻找数据（1）    表土厚度来自测井数据（2）    表土渗透性来自测井数据（3）    地表坡度通过数字地面模型（栅格）计算（4）    地质图通过地质调查（5）    洪泛区源自水文制图（栅格）（6）    行政区划图源自市政管理（7）    农业适宜性源自土地利用现状图（栅格）（8）    与城区边界的距离通过对城区边界进行邻域分析（9）    与重要干线的距离通过对重要干线进行邻域分析，城市交通图（栅格）（10）生态敏感性源自生态调查数据3、空间分析主要需做的分析有距离分析、坡度计算、重分类、加权代数和、叠加分析等                4、建模流程垃圾场选址二值权重布尔逻辑模型（1）    根据上述垃圾场选址条件，组织有关地区的系列数据资料图。即上述的10张图。（2）    计算10类输入数据层的权重值之和。权重值并不限于整数。（3）    将输入的10类数据层二值化。并将每类数据层的布尔逻辑条件算子分别乘以其相应的权重值；由于逻辑算子的运算具优先性，因此，各权重值将乘以“1”或“0”（4）    对于所有乘以权重值后的布尔逻辑条件变量进行相加并除以各权重值之和。这时，对于区域的任一位置地点，如果满足所有类型数据层的布尔逻辑条件算子，则OUTPUT＝1，表示该位置地点是理想选点，如果任一条件算子得不到满足，则OUTPUT<1。（5）    由于0≤OUTPUT≤1，所以对OUTPUT值进行级别划分，并输出结果图，例如可以按等间距0.1将OUTPUT分为10个级别。5、计算结果检验下图为运行过程框图：