北京地理信息系統(tǒng)概論試卷2答案

1、北京地理信息系統(tǒng)概論試卷2答案一、名詞解釋（每題5分，共20分）1. 地理數(shù)據(jù)是各種地理特征和現(xiàn)象間關(guān)系的符號(hào)化表示，包括空間位置、屬性特征及時(shí)態(tài)特征三部分。2. 空間索引就是指依據(jù)空間對(duì)象的位置和形狀或空間對(duì)象之間的某種空間關(guān)系按一定的順序排列的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其中包含空間對(duì)象的概要信息，如對(duì)象的標(biāo)識(shí)、外接矩形及指向空間對(duì)象實(shí)體的指針。它通過(guò)篩選作用，大量與特定空間操作無(wú)關(guān)的空間對(duì)象被排除，從而提高空間操作的速度和效率。3. DTM為數(shù)字地形模型（Digital Terrain Model），是地形表面形態(tài)屬性信息的數(shù)字表達(dá)，是帶有空間位置特征和地形屬性特征的數(shù)字描述。數(shù)字地形模型中地形屬性為

2、高程時(shí)稱為數(shù)字高程模型（Digital Elevation Model），簡(jiǎn)稱DEM。4. GIS互操作是指不同的GIS間與平臺(tái)無(wú)關(guān)的透明數(shù)據(jù)訪問(wèn)、共享空間數(shù)據(jù)庫(kù)和其它服務(wù)。是當(dāng)代GIS技術(shù)發(fā)展的重要方向。二、簡(jiǎn)答題（每題10分，共40分）1. 矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換算法。 對(duì)于點(diǎn)狀實(shí)體，每個(gè)實(shí)體僅由一個(gè)坐標(biāo)對(duì)表示，其矢量結(jié)構(gòu)和柵格結(jié)構(gòu)的相互轉(zhuǎn)換基本上只是坐標(biāo)精度變換問(wèn)題。線實(shí)體的矢量結(jié)構(gòu)由一系列坐標(biāo)對(duì)表示，在變?yōu)闁鸥窠Y(jié)構(gòu)時(shí)，除把序列中坐標(biāo)對(duì)變?yōu)闁鸥裥辛凶鴺?biāo)外，還需根據(jù)柵格精度要求，在坐標(biāo)點(diǎn)之間插滿一系列柵格點(diǎn)，這可以由兩點(diǎn)式直線方程得到。線實(shí)體由柵格結(jié)構(gòu)變?yōu)槭噶拷Y(jié)構(gòu)與將多邊形邊界表

3、示為矢量結(jié)構(gòu)相似，因此以下重點(diǎn)討論多邊形的矢量結(jié)構(gòu)與柵格結(jié)構(gòu)相互轉(zhuǎn)換。 （1）矢量向柵格轉(zhuǎn)換 矢量格式向柵格格式轉(zhuǎn)換又稱為多邊形填充，就是在矢量表示的多邊形邊界內(nèi)部的所有柵格點(diǎn)上賦以相應(yīng)的多邊形編碼，從而形成柵格數(shù)據(jù)陣列。幾種主要的算法描述如下： a）內(nèi)部點(diǎn)擴(kuò)散算法：由每個(gè)多邊形一個(gè)內(nèi)部點(diǎn)（種子點(diǎn)）開(kāi)始，向其八個(gè)方向的鄰點(diǎn)擴(kuò)散，判斷各個(gè)新加入點(diǎn)是否在多邊形邊界上，如果是邊界上，則該新加入點(diǎn)不作為種子點(diǎn)，否則把非邊界點(diǎn)的鄰點(diǎn)作為新的種子點(diǎn)與原有種子點(diǎn)一起進(jìn)行新的擴(kuò)散運(yùn)算，并將該種子點(diǎn)賦以該多邊形的編號(hào)。重復(fù)上述過(guò)程直到所有種子點(diǎn)填滿該多邊形并遇到邊界停止為止。 r，則該待判點(diǎn)屬于此多邊形，賦以多

4、邊形編號(hào)，否則在此多邊形外部，不屬于該多邊形。pb）復(fù)數(shù)積分算法：對(duì)全部柵格陣列逐個(gè)柵格單元地判斷該柵格歸屬的多邊形編碼，判別方法是由待判點(diǎn)對(duì)每個(gè)多邊形的封閉邊界計(jì)算復(fù)數(shù)積分，對(duì)某個(gè)多邊形，如果積分值為2 c）射線算法和掃描算法：射線算法可逐點(diǎn)判斷數(shù)據(jù)柵格點(diǎn)在某多邊形之外或在多邊形內(nèi)，由待判點(diǎn)向圖外某點(diǎn)引射線，判斷該射線與某多邊形所有邊界相交的總次數(shù)，如相交偶數(shù)次，則待判點(diǎn)在該多邊形外部，如為奇數(shù)次，則待判點(diǎn)在該多邊形內(nèi)部。要注意的是：射線與多邊形邊界相交時(shí)，有一些特殊情況會(huì)影響交點(diǎn)的個(gè)數(shù)，必須予以排除。 d）邊界代數(shù)算法：它適合于記錄拓?fù)潢P(guān)系的多邊形矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為柵格結(jié)構(gòu)。若多邊形編號(hào)為a，

5、初始化的柵格陣列各柵格值為零，以柵格行列為參考坐標(biāo)軸，由多邊形邊界上某點(diǎn)開(kāi)始順時(shí)針?biāo)阉鬟吔缇€，當(dāng)邊界上行時(shí)，位于該邊界左側(cè)的具有相同行坐標(biāo)的所有柵格被減去a；當(dāng)邊界下行時(shí)，該邊界左邊所有柵格點(diǎn)加一個(gè)值a，邊界搜索完畢則完成了多邊形的轉(zhuǎn)換。 （2）柵格格式向矢量格式的轉(zhuǎn)換多邊形柵格格式向矢量格式轉(zhuǎn)換就是提取以相同的編號(hào)的柵格集合表示的多邊形區(qū)域的邊界和邊界的拓?fù)潢P(guān)系，并表示由多個(gè)小直線段組成的矢量格式邊界線的過(guò)程。柵格格式向矢量格式轉(zhuǎn)換通常包括以下四個(gè)基本步驟： a）多邊形邊界提?。翰捎酶咄V波將柵格圖像二值化或以特殊值標(biāo)識(shí)邊界點(diǎn)； b）邊界線追蹤：對(duì)每個(gè)邊界弧段由一個(gè)結(jié)點(diǎn)向另一個(gè)結(jié)點(diǎn)搜索，通常

6、對(duì)每個(gè)已知邊界點(diǎn)需沿除了進(jìn)入方向的其他7個(gè)方向搜索下一個(gè)邊界點(diǎn)，直到連成邊界弧段； c）拓?fù)潢P(guān)系生成：對(duì)于矢量表示的邊界弧段數(shù)據(jù)，判斷其與原圖上各多邊形的空間關(guān)系，以形成完整的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)并建立與屬性數(shù)據(jù)的了解； d）去除多余點(diǎn)及曲線圓滑：由于搜索是逐個(gè)柵格進(jìn)行的，必須去除由此造成的多余點(diǎn)記錄，以減少數(shù)據(jù)冗余；搜索結(jié)果，曲線由于柵格精度的限制可能不夠圓滑，需采用一定的插補(bǔ)算法進(jìn)行光滑處理，常用的算法有：線形迭代法；分段三次多項(xiàng)式插值法；正軸拋物線平均加權(quán)法；斜軸拋物線平均加權(quán)法；樣條函數(shù)插值法。2. 簡(jiǎn)述空間數(shù)據(jù)誤差來(lái)源與數(shù)據(jù)質(zhì)量控制方法。從空間數(shù)據(jù)的形式表達(dá)到空間數(shù)據(jù)的生成，從空間數(shù)據(jù)的處理變換

7、到空間數(shù)據(jù)的應(yīng)用，在這兩個(gè)過(guò)程中都會(huì)有數(shù)據(jù)質(zhì)量問(wèn)題的發(fā)生。 （1）空間現(xiàn)象自身存在的不穩(wěn)定性：包括空間特征和過(guò)程在空間、專題和時(shí)間內(nèi)容上的不確定性。 （2）空間現(xiàn)象的表達(dá)：數(shù)據(jù)采集中的測(cè)量方法以及量測(cè)精度的選擇等受到人類自身的認(rèn)識(shí)和表達(dá)的影響，這對(duì)于數(shù)據(jù)的生成會(huì)出現(xiàn)誤差。 （3）空間數(shù)據(jù)處理中的誤差：在空間數(shù)據(jù)處理過(guò)程中，容易產(chǎn)生的誤差有以下幾種：投影變換產(chǎn)生的差異；地圖數(shù)字化和掃描后的矢量化處理都可能出現(xiàn)誤差；數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換中的位置差異性；數(shù)據(jù)抽象時(shí)產(chǎn)生的誤差；建立拓?fù)潢P(guān)系過(guò)程中的位置坐標(biāo)的變化；與主控?cái)?shù)據(jù)層的匹配位移導(dǎo)致誤差；數(shù)據(jù)疊加操作和更新產(chǎn)生空間位置和屬性值的差異；數(shù)據(jù)集成處理產(chǎn)生的誤

8、差；數(shù)據(jù)的可視化產(chǎn)生表達(dá)上的誤差；數(shù)據(jù)處理過(guò)程中誤差的傳遞和擴(kuò)散 （4）空間數(shù)據(jù)使用中的誤差：主要包括兩個(gè)方面：一是對(duì)數(shù)據(jù)的解釋過(guò)程，一是缺少文檔，這樣往往導(dǎo)致數(shù)據(jù)用戶對(duì)數(shù)據(jù)的隨意性使用而使誤差擴(kuò)散。 數(shù)據(jù)質(zhì)量控制是個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，要控制數(shù)據(jù)質(zhì)量應(yīng)從數(shù)據(jù)質(zhì)量產(chǎn)生和擴(kuò)散的所有過(guò)程和環(huán)節(jié)入手，分別用一定的方法減少誤差?？臻g數(shù)據(jù)質(zhì)量控制常見(jiàn)的方法有： （1）傳統(tǒng)的手工方法：將數(shù)字化數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)源進(jìn)行比較，圖形部分的檢查包括目視方法、繪制到透明圖上與原圖疊加比較，屬性部分的檢查采用與原屬性逐個(gè)對(duì)比或其他比較方法。 （2）元數(shù)據(jù)方法：數(shù)據(jù)集的元數(shù)據(jù)中包含了大量的有關(guān)數(shù)據(jù)質(zhì)量的信息，通過(guò)它可以檢查數(shù)據(jù)質(zhì)量，同

9、時(shí)元數(shù)據(jù)也記錄了數(shù)據(jù)處理過(guò)程中質(zhì)量的變化，通過(guò)跟蹤元數(shù)據(jù)可以了解數(shù)據(jù)質(zhì)量的狀況和變化。 （3）地理相關(guān)法：用空間數(shù)據(jù)的地理特征要素自身的相關(guān)性來(lái)分析數(shù)據(jù)的質(zhì)量。3. 3S集成的作用和意義。 3S技術(shù)為科學(xué)研究、政府管理、社會(huì)生產(chǎn)提供了新一代的觀測(cè)手段、描述語(yǔ)言和思維工具。3S的結(jié)合應(yīng)用，取長(zhǎng)補(bǔ)短，是一個(gè)自然的發(fā)展趨勢(shì)，三者之間的相互作用形成了“一個(gè)大腦，兩只眼睛”的框架，即RS和GPS向GIS提供或更新區(qū)域信息以及空間定位，GIS進(jìn)行相應(yīng)的空間分析，以從RS和GPS提供的浩如煙海的數(shù)據(jù)中提取有用信息，并進(jìn)行綜合集成，使之成為決策的科學(xué)依據(jù)。 GIS、RS和GPS三者集成利用，構(gòu)成為整體的、實(shí)時(shí)

10、的和動(dòng)態(tài)的對(duì)地觀測(cè)、分析和應(yīng)用的運(yùn)行系統(tǒng)，提高了GIS的應(yīng)用效率。在實(shí)際的應(yīng)用中，較為常見(jiàn)的是3S兩兩之間的集成，如GIS/RS集成，GIS/GPS集成或者RS/GPS集成等，但是同時(shí)集成并使用3S技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例則較少。 RS、GIS、GPS集成的方式可以在不同的技術(shù)水平上實(shí)現(xiàn)，最簡(jiǎn)單的辦法是三種系統(tǒng)分開(kāi)而由用戶綜合使用，進(jìn)一步是三者有共同的界面，做到表面上無(wú)縫的集成，數(shù)據(jù)傳輸則在內(nèi)部通過(guò)特征碼相結(jié)合，最好的辦法是整體的集成，成為統(tǒng)一的系統(tǒng)。單純從軟件實(shí)現(xiàn)的角度來(lái)看，開(kāi)發(fā)3S集成的系統(tǒng)在技術(shù)上并沒(méi)有多大的障礙。目前一般工具軟件的實(shí)現(xiàn)技術(shù)方案是：通過(guò)支持柵格數(shù)據(jù)類型及相關(guān)的處理分析操作以實(shí)現(xiàn)與遙

11、感的集成，而通過(guò)增加一個(gè)動(dòng)態(tài)矢量圖層以與GPS集成。對(duì)于3S集成技術(shù)而言，最重要的是在應(yīng)用中綜合使用遙感以及全球定位系統(tǒng)，利用其實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確獲取數(shù)據(jù)的能力，降低應(yīng)用成本或者實(shí)現(xiàn)一些新的應(yīng)用。3S集成技術(shù)的發(fā)展，形成了綜合的、完整的對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)，提高了人類認(rèn)識(shí)地球的能力；相應(yīng)地，它拓展了傳統(tǒng)測(cè)繪科學(xué)的研究領(lǐng)域。作為地理學(xué)的一個(gè)分支學(xué)科，Geomatics*產(chǎn)生并對(duì)包括遙感、全球定位系統(tǒng)在內(nèi)的現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)的綜合應(yīng)用進(jìn)行探討和研究。同時(shí)，它也推動(dòng)了其它一些相了解的學(xué)科的發(fā)展，如地球信息科學(xué)、地理信息科學(xué)等，它們成為“數(shù)字地球”這一概念提出的理論基礎(chǔ)。4. 下面多邊形圖層A和B，圖中標(biāo)注的是多邊形的屬性

12、，請(qǐng)畫出A與B兩個(gè)圖層Overlay的結(jié)果圖層C的示意圖，并標(biāo)注屬性，其中C的屬性為C=A+B。三、分析題（每題20分，共40分）1. 為了完成城市道路拓寬改建分析，論述需要那些空間數(shù)據(jù)，并描述在GIS支持下的分析流程。利用建立緩沖區(qū)、拓?fù)浏B加和特征提取,計(jì)算一條道路拓寬改建過(guò)程中的拆遷指標(biāo)。（1）明確分析的目的和標(biāo)準(zhǔn)目的是計(jì)算由于道路拓寬而需拆遷的建筑物的建筑面積和房產(chǎn)價(jià)值，道路拓寬改建的標(biāo)準(zhǔn)是： al）道路從原有的20m拓寬至60m； bl）拓寬道路應(yīng)盡量保持直線； cl）部分位于拆遷區(qū)內(nèi)的10層以上的建筑不拆除。（2）準(zhǔn)備進(jìn)行分析的數(shù)據(jù)需要涉及兩類信息，一類是現(xiàn)狀道路圖；另一類為分析區(qū)域內(nèi)建筑物分布圖及相關(guān)信息。（3）進(jìn)行空間操作首先選擇擬拓寬的道路，根據(jù)拓寬半徑，建立道路的緩沖區(qū)。然后將此緩沖區(qū)與建筑物層數(shù)據(jù)進(jìn)行拓?fù)浏B加，產(chǎn)生一幅新圖，此圖包括所有部分或全部位于拓寬區(qū)內(nèi)的建筑物信息。（4）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析首先對(duì)全部或部分位于拆遷區(qū)內(nèi)的建筑物