地理信息系統(tǒng)習題及其參考復習資料

第一章

緒論1.什么是數(shù)據(jù)與信息？它們有何聯(lián)系與區(qū)別？定義：數(shù)據(jù)是指某一目標定性、定量描述的原始資料，包括數(shù)字、文字、符號、圖形、圖像以及它們能夠轉(zhuǎn)換成的數(shù)據(jù)等形式。信息是向人們或機器提供關于現(xiàn)實世界新的事實的知識，是數(shù)據(jù)、消息中所包含的意義。聯(lián)系與區(qū)別：信息及數(shù)據(jù)是不可分離的。信息由及物理介質(zhì)有關的數(shù)據(jù)表達，數(shù)據(jù)中所包含的意義就是信息。信息是對數(shù)據(jù)解釋、運用及解算，數(shù)據(jù)即使是經(jīng)過處理以后的數(shù)據(jù)，只有經(jīng)過解釋才有意義，才成為信息；就本質(zhì)而言，數(shù)據(jù)是客觀對象的表示，而信息則是數(shù)據(jù)內(nèi)涵的意義，只有數(shù)據(jù)對實體行為產(chǎn)生影響時才成為信息。數(shù)據(jù)是記錄下來的某種可以識別的符號，具有多種多樣的形式，也可以加以轉(zhuǎn)換，但其中包含的信息內(nèi)容不會改變。即不隨載體的物理設備形式的改變而改變。信息可以離開信息系統(tǒng)而獨立存在，也可以離開信息系統(tǒng)的各個組成與階段而獨立存在；而數(shù)據(jù)的格式往往及計算機系統(tǒng)有關，并隨載荷它的物理設備的形式而改變。數(shù)據(jù)是原始事實，而信息是數(shù)據(jù)處理的結果。不同知識、經(jīng)驗的人，對于同一數(shù)據(jù)的理解，可得到不同信息。2.什么是地理信息系統(tǒng)（GIS）?及地圖數(shù)據(jù)庫有什么異同?及地理信息的關系是什么?GIS定義：GIS是一個發(fā)展的概念。不同領域、不同專業(yè)對GIS的理解不同，目前沒有完全統(tǒng)一的被普遍接受的定義。定義①：是對地理環(huán)境有關問題進行分析與研究的一門學科，它將地理環(huán)境的各種要素，包括它們的空間位置形狀及分布特征與及之有關的社會、經(jīng)濟等專題信息以及這些信息之間的聯(lián)系等進行獲取、組織、存儲、檢索、分析，并在管理、規(guī)劃及決策中應用。定義②：是在計算機軟硬件支持下，以采集、存儲、管理、檢索、分析與描述空間物體的定位分布及及之相關的屬性數(shù)據(jù)，并回答用戶問題為主要任務的計算機系統(tǒng)。定義③：是為了獲取、存儲、檢索、分析與顯示空間定位數(shù)據(jù)而建立的計算機化的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。定義④：地理信息系統(tǒng)是一種決策支持系統(tǒng)。它的定義由兩方面組成，一方面，地理信息系統(tǒng)是一門學科，是描述、存儲、分析與輸出空間信息的理論與方法的一門新興交叉學科；另一方面，地理信息系統(tǒng)是一個技術系統(tǒng)，是以空間數(shù)據(jù)庫為基礎，采用地理模型分析方法，適時提供多種空間與動態(tài)的地理信息，為地理研究與地理決策服務的計算機技術系統(tǒng)。定義⑤：目前有人認為“GIS”從原來強調(diào)空間信息技術系統(tǒng)(SYESTEM)，發(fā)展到地球信息科學體系形成(SCIENCE)，現(xiàn)在已強調(diào)空間信息服務(SERVICE)。GIS及地圖數(shù)據(jù)庫的異同：地圖數(shù)據(jù)庫有比例尺概念，GIS是為某一特定比例尺建立的一個地圖成品倉庫，它可由GIS管理，其中的地圖具有圖形表現(xiàn)屬性,一般數(shù)據(jù)庫不需具備這些屬性；它是GIS的下游產(chǎn)品，它的更新依賴于GIS，它提供的信息是GIS向人們提供服務的中間產(chǎn)品；GIS是在地理信息的基礎上對真實世界進行數(shù)量化處理分析，但地圖數(shù)據(jù)庫存在的地理要素經(jīng)人為修改，不完全是真實地理的反映；GIS及地理信息的關系：GIS操作對象是空間數(shù)據(jù)，表達內(nèi)容是及時空有關的地理信息。地理信息是指及研究對象的空間地理分布有關的信息。它表示地理系統(tǒng)諸要素的數(shù)量、質(zhì)量、分布特征，相互聯(lián)系與變化規(guī)律的圖、文、聲、像等的總稱。地理信息具有地域性、多維結構性、時序性等特征。2.地理信息系統(tǒng)由哪些部分組成?及其它信息系統(tǒng)的主要區(qū)別有哪些?從計算機系統(tǒng)的角度來看，GIS是由軟件、硬件、數(shù)據(jù)與用戶組成。用戶（GIS服務的對象，分為一般用戶與從事建立、維護、管理與更新的高級用戶）軟件（支持數(shù)據(jù)采集、存儲、加工、回答用戶問題的計算機程序系統(tǒng)，是系統(tǒng)的核心，按其功能分為GIS專業(yè)軟件，數(shù)據(jù)庫軟件與系統(tǒng)管理軟件等）硬件（各種設備-物質(zhì)基礎，用以存儲、處理、傳輸與顯示地理信息或空間數(shù)據(jù)，主要包括：GIS主機，GIS外部設備，GIS網(wǎng)絡設備等）。

數(shù)據(jù)（系統(tǒng)分析及處理的對象、構成系統(tǒng)的應用基礎，它具體描述實體的空間特征、屬性特征與時間特征）也有人認為GIS是由硬件、軟件、數(shù)據(jù)、應用模型、開發(fā)者與一般用戶組成。信息系統(tǒng)是具有數(shù)據(jù)采集、管理、分析與表達數(shù)據(jù)能力的系統(tǒng)，它能夠為單一的或有組織的決策過程提供有用信息。

GIS及其它信息系統(tǒng)的主要區(qū)別：GIS及一般MIS比較GIS離不開數(shù)據(jù)庫技術。數(shù)據(jù)庫中的一些基本技術，如數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)檢索等都是GIS廣泛使用的核心技術。但GIS是對空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)共同管理、分析與應用，而一般MIS（數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)）側重于非圖形數(shù)據(jù)（屬性數(shù)據(jù)）的優(yōu)化存儲及查詢，即使存儲了圖形，也是以文件的形式存儲，不能對空間數(shù)據(jù)進行查詢、檢索、分析，沒有拓撲關系，其圖形顯示功能也很有限。

GIS及CAD與CAM比較管理圖形數(shù)據(jù)與非空間屬性數(shù)據(jù)的系統(tǒng)不一定是GIS，如CAD或AutoCAD，CAM（ComputerAidedMap計算機地圖系統(tǒng)\計算機輔助制圖）等。GIS與CAD的比較：GIS及CAD共同點GIS及CAD不同點

l

都有空間坐標系統(tǒng)；l

都能將目標與參考系聯(lián)系起來；l

都能描述圖形數(shù)據(jù)的拓撲關系；l

都能處理屬性與空間數(shù)據(jù)

CAD研究對象為人造對象―規(guī)則幾何圖形及組合；

GIS處理的數(shù)據(jù)大多來自于現(xiàn)實世界，較之人造對象更復雜，數(shù)據(jù)量更大；數(shù)據(jù)采集的方式多樣化；

圖形功能特別是三維圖形功能強，屬性庫功能相對較弱；

GIS的屬性庫結構復雜，功能強大；

CAD中的拓撲關系較為簡單；

GIS強調(diào)對空間數(shù)據(jù)的分析，圖形屬性交互使用頻繁；

一般采用幾何坐標GIS采用地理坐標系

GIS及CAM比較：GIS及CAM共同點GIS及CAM不同點

都有地圖輸出、空間查詢、分析與檢索功能CAM側重于數(shù)據(jù)查詢、分類及自動符號化，具有地圖輔助設計與產(chǎn)生高質(zhì)量矢量地圖的輸出機制；

CAM是GIS的重要組成部分CAM強調(diào)數(shù)據(jù)顯示而不是數(shù)據(jù)分析，地理數(shù)據(jù)往往缺乏拓撲關系；GIS綜合圖形與屬性數(shù)據(jù)進行深層次的空間分析，提供輔助決策信息。CAM及數(shù)據(jù)庫的聯(lián)系通常是一些簡單的查詢。

3.地理信息系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)都包含哪些?GIS數(shù)據(jù)包括電子數(shù)據(jù)與非電子數(shù)據(jù)。或：GIS數(shù)據(jù)源自地圖數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)、GPS數(shù)據(jù)、文本數(shù)據(jù)、統(tǒng)計數(shù)據(jù)、實測數(shù)據(jù)、多媒體數(shù)據(jù)、已有系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。4.地理信息系統(tǒng)的基本功能有哪些?基本功能及應用功能是根據(jù)什么來區(qū)分的?地理信息系統(tǒng)基本功能概述：數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測及編輯；數(shù)據(jù)處理及變換（矢柵轉(zhuǎn)換、制圖綜合）；數(shù)據(jù)存儲及組織（矢量與柵格模型）；空間查詢及分析（空間檢索、空間拓撲、疊加分析、緩沖分析、網(wǎng)絡分析等）；圖形交互及顯示（各種成果表現(xiàn)方式）。根據(jù)社會與用戶的需求，GIS是依托基本功能利用空間分析技術模型分析技術，網(wǎng)絡技術，數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)集成技術二次開發(fā)環(huán)境等，演繹出眾多的GIS應用系統(tǒng)。5.及其它信息系統(tǒng)相比，地理信息系統(tǒng)的哪些功能是比較獨特的?及其它信息系統(tǒng)相比，GIS空間分析作為核心功能是比較獨特的。6.地理信息系統(tǒng)的科學理論基礎有哪些?是否可以稱地理信息系統(tǒng)為一門科學?地理信息系統(tǒng)的科學理論基礎是地球信息科學理論，包括地理學、地圖學、測量學、數(shù)學、統(tǒng)計學、計算機科學等交叉學科以及一切及獲取、處理與分析空間數(shù)據(jù)有關的科學技術的支撐。地理信息的研究與方法應該是科學，因它已經(jīng)具備成為科學的條件，有明確的研究對象與研究手段，有自己的理論體系，有一定數(shù)量的研究隊伍，有明確的研究領域與廣泛的服務對象，已由技術發(fā)展為科學。即：GeographicInformationSystem向GeographicInformationScience7.試舉例說明地理信息系統(tǒng)的應用前景。當前，GIS正向著集成化、產(chǎn)業(yè)化與社會化發(fā)展規(guī)律方向邁進，呈現(xiàn)以下主要發(fā)展態(tài)勢：①GIS已成為一門綜合性技術；即GIS集成技術，3S技術等名詞的出現(xiàn)。②GIS產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展勢頭強勁；③GIS網(wǎng)絡化已構成當今社會的熱點；④地理信息科學的產(chǎn)生與發(fā)展。目前GIS在各行各業(yè)都得到應用，如資源規(guī)劃管理、全球變化、災害預測等，具有廣泛的應用前景。

8.GIS近代發(fā)展有什么特點?GIS起源于人口普查，土地調(diào)查與自動制圖，1960年，加拿大測量學家R.F.Tomlinson提出了把地圖變成數(shù)字形式的地圖，1963年，又提出GIS這一術語，并建立了第一個GIS――加拿大GIS，隨后GIS在全世界迅速發(fā)展起來。國際GIS的發(fā)展狀況l

60年代，探索時期（GIS思想與技術方法的探索）。當時，人們關注的主題“什么是GIS？，GIS能干什么？”；l

70年代，鞏固時期，（這時由于計算機技術及其在自然資源與環(huán)境數(shù)據(jù)處理的應用，促進GIS迅速發(fā)展）。這期間，發(fā)展研究的重點是空間數(shù)據(jù)處理的算法，數(shù)據(jù)結構與數(shù)據(jù)庫管理等方面；l

80年代，實驗階段（也是GIS普遍發(fā)展與推廣應用階段）。此時，人們把GIS及RS結合，解決全球性問題，如全球沙漠化，全球可居住地評價，核擴散問題等；l

90年代，全面應用（產(chǎn)業(yè)化階段）。對GIS進一步研究，研究的內(nèi)容集中在“空間信息分析的新模式與新方法，空間關系與數(shù)據(jù)模型，人工智能引入等方面；l

現(xiàn)代，普及發(fā)展階段。隨著信息網(wǎng)絡化發(fā)展與深入，GIS及世界接軌,尤其在發(fā)展中國家得到重視與發(fā)展。

我國GIS的發(fā)展我國GIS起步雖較晚，但發(fā)展較快，可分為以下幾個階段：l

70年代，準備階段：一些知名人士GIS先驅(qū)看到GIS的廣闊前景與GIS的重要性，進行極積呼吁，為GIS在我國的發(fā)展奠定了及論準備基礎并做了一些可行性實驗。l

80年代，試驗起步階段:這期間，我國在GIS理論探索，規(guī)范探討，軟件開發(fā)，系統(tǒng)建立等方面取得了突破與進展，進行了一些典型，試驗專題試驗軟件開發(fā)工作。l

90年代，我國GIS發(fā)展階段：我國改革開放以來，沿海，治江經(jīng)濟開發(fā)區(qū)的發(fā)展土地的有償使用與外資的引進，急需GIS為之服務，這也推動GIS在我國的全面發(fā)展。l

96年以來，是我國GIS產(chǎn)業(yè)化階段：l

近幾年來，我國經(jīng)濟信息化的基礎設施與重大信息工程已納入國家計劃，一批國家級與地方級的GIS相繼建立并投入運行，一批專業(yè)遙感基地已建立，并進入了產(chǎn)業(yè)化運行，一批綜合運用“3S”技術的重點項目已實施，并在自然災害監(jiān)測與圖土資源調(diào)查中發(fā)揮效益，一批高等院校開設了及GIS相關的新專業(yè)，培養(yǎng)了一大批從事GIS研究及開發(fā)的高層次人才，具有我國自主版權的GIS基礎軟件的研制逐步進入了產(chǎn)業(yè)化軌道，等等這些都標志我國GIS產(chǎn)業(yè)已進入新的發(fā)展階段。第二章

空間數(shù)據(jù)結構與數(shù)據(jù)模型1．GIS的研究對象是什么?

地理實體有什么特點?GIS的研究對象是地理實體，即指自然界現(xiàn)象與社會經(jīng)濟事件中不能再分割的單元。地理實體類別及實體內(nèi)容的確定是從具體需要出發(fā)的，例如，在全國地圖上由于比例尺很小，福州就是一個點，這個點不能再分割，可以把福州定為一個空間實體，而在大比例尺的福州市地圖上，福州的許多房屋，街道都要表達出來，所以福州必須再分割，不能作為一個空間實體，應將房屋，街道等作為研究的地理實體，由此可見，GIS中的地理實體是一個概括，復雜，相對的概念。地理實體以什么形式存儲與處理反映了實體的三個特征。l

屬性特征：對空間實體的屬性定義與說明信息。l

空間特征：對空間實體的分布位置、幾何特征與空間關系的定義。l

時間特征：空間實體的時間尺度。2．地理實體數(shù)據(jù)的特征是什么？請列舉出某些類型的空間數(shù)據(jù)地理實體以什么形式存儲與處理反映了實體的不同的特征與與不同的數(shù)據(jù)類型。同物理、化學等學科使用的數(shù)據(jù)類型相比，地理數(shù)據(jù)是一種較復雜的數(shù)據(jù)類型，涉及到空間特征、屬性特征及它們之間關系的描述，人們常把地理數(shù)據(jù)稱為空間數(shù)據(jù)。地理實體數(shù)據(jù)的特征：l

空間特征：表示現(xiàn)象的空間位置或現(xiàn)在所處的地理位置。包括定位數(shù)據(jù)與拓撲數(shù)據(jù)；l

屬性特征：表示專題屬性（名稱、分類、數(shù)量等）；l

時間特征：指現(xiàn)象或物體隨時間的變化。其變化的周期有超短期的，短期的，中期的，長期的。依據(jù)空間數(shù)據(jù)來源的不同分為：地圖數(shù)據(jù)、地形數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)、元數(shù)據(jù)、影象數(shù)據(jù)等；依據(jù)表示對象的不同分為：點，線，面、體數(shù)據(jù)。3．空間數(shù)據(jù)的結構及其它非空間數(shù)據(jù)的結構有什么特殊之處？常見的數(shù)據(jù)的結構有哪些？數(shù)據(jù)結構是指數(shù)據(jù)的組織形式，在計算機存儲、管理與處理的數(shù)據(jù)邏輯結構?？臻g數(shù)據(jù)是一種較復雜的數(shù)據(jù)類型，涉及到空間特征、屬性特征及它們之間關系的描述?？臻g數(shù)據(jù)的結構主要有矢量數(shù)據(jù)結構與柵格數(shù)據(jù)結構。非空間數(shù)據(jù)主要涉及屬性數(shù)據(jù)。矢量數(shù)據(jù)結構是通過記錄坐標的方式盡可能精確地表示點、線與多邊形等地理實體，坐標空間設為連續(xù)，允許任意位置、長度與面積的精確定義。矢量結構的顯著特點：定位明顯，屬性隱含。柵格結構是以規(guī)則的陣列來表示空間地物或現(xiàn)象分布的數(shù)據(jù)組織，組織中的每個數(shù)據(jù)表示地物或現(xiàn)象的非幾何屬性特征。柵格結構的顯著特點：屬性明顯，定位隱含，即數(shù)據(jù)直接記錄屬性的指針或數(shù)據(jù)本身，而所在位置則根據(jù)行列號轉(zhuǎn)換為相應的坐標。常見的數(shù)據(jù)結構有層狀數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡數(shù)據(jù)、關系數(shù)據(jù)、語義數(shù)據(jù)、面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)結構。4．矢量數(shù)據(jù)及柵格數(shù)據(jù)的區(qū)別是什么？它們有什么共同點嗎？

優(yōu)點缺點

矢量

1、便于面向現(xiàn)象（土壤類，土地利用單元等）2、結構緊湊，冗余度低，便于描述線或邊界。3、利于網(wǎng)絡、檢索分析，提供有效的拓撲編碼，對需要拓撲信息的操作更有效。4、圖形顯示質(zhì)量好，精度高。1、數(shù)據(jù)結構復雜，各自定義，不便于數(shù)據(jù)標準化與規(guī)范化，數(shù)據(jù)交換困難。2、多邊形疊置分析困難，沒有柵格有效，表達空間變化性能力差。3、不能像數(shù)字圖像那樣做增強處理

4、軟硬件技術要求高，顯示及繪圖成本較高。

柵格

1、結構簡單，易于數(shù)據(jù)交換。2、疊置分析與地理（能有效表達空間可變性）現(xiàn)象模擬較易。3、利于及遙感數(shù)據(jù)的匹配應用與分析，便于圖像處理。4、輸出快速，成本低廉。

1、現(xiàn)象識別效果不如矢量方法，難以表達拓撲。2、圖形數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)結構不嚴密不緊湊，需用壓縮技術解決該問題。3、投影轉(zhuǎn)換困難。4、圖形質(zhì)量轉(zhuǎn)低，圖形輸出不美觀，線條有鋸齒，需用增加柵格數(shù)量來克服，但會增加數(shù)據(jù)文件。5．空間數(shù)據(jù)模型概念與主要類型及比較空間數(shù)據(jù)模型是關于現(xiàn)實世界中空間實體及其相互間聯(lián)系的描述。空間數(shù)據(jù)模型的主要類型：基于對象（要素）的模型；網(wǎng)絡模型；場模型。要素模型：點對象，由特定位置、維數(shù)為零的物體；線對象，維度為一的空間組成部分；多邊形對象，即面狀實體，通常用封閉曲線加內(nèi)點來表示。矢量模型即是基于要素的，將現(xiàn)象看成原型實體的集合，矢量模型的表達源于空間實體的本身，通常以坐標來定義。網(wǎng)絡模型：地物被抽象為鏈、節(jié)點等對象，同時要注意其連通關系。場模型：用于模擬一定空間內(nèi)連續(xù)分布的現(xiàn)象，常用柵格數(shù)據(jù)模型描述。柵格數(shù)據(jù)模型是基于連續(xù)鋪蓋的，它是將連續(xù)空間離散化，以規(guī)則或不規(guī)則的鋪蓋覆蓋整個空間。基于對象的模型強調(diào)了離散對象，網(wǎng)絡模型表示了特殊對象之間的交互，場模型表示了二維或三維空間中連續(xù)變化的數(shù)據(jù)。要素模型與場模型的不同在于一個是先選擇要素，再回答"它在哪里"的問題；場模型實現(xiàn)選擇一個位置，在回答"哪里怎么樣"的問題，最后都得到數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡模型的基本特征是：節(jié)點數(shù)據(jù)之間沒有明確的從屬關系，一個節(jié)點可以及其他多個節(jié)點建立聯(lián)系，將數(shù)據(jù)組織成有向圖結構，它反映了現(xiàn)實世界中常見的多對多關系，在一定程度上支持數(shù)據(jù)的重構。6.柵格數(shù)據(jù)結構的編碼方法如何？柵格數(shù)據(jù)的編碼方法：直接柵格編碼，就是將柵格數(shù)據(jù)看作一個數(shù)據(jù)矩陣，逐行（或逐列）逐個記錄代碼；壓縮編碼，包括鏈碼、游程長度編碼、塊碼、四叉樹編碼、八叉樹編碼、十六叉樹編碼等。鏈碼（弗里曼鏈碼）比較適合存儲圖形數(shù)據(jù)；游程長度編碼通過記錄行或列上相鄰若干屬性相同點的代碼來實現(xiàn)；塊碼是游程長度編碼擴展到二維的情況，采用方形區(qū)域為記錄單元；四叉樹編碼是最有效的柵格數(shù)據(jù)壓縮編碼方法之一，還能提高圖形操作效率，具有可變的分辨率。7.矢量數(shù)據(jù)結構的編碼方法如何？矢量數(shù)據(jù)的編碼方法：對于點實體與線實體，直接記錄空間信息與屬性信息；對于多邊形地物，有坐標序列法、樹狀索引編碼法與拓撲結構編碼法。坐標序列法是由多邊形邊界的x,y坐標對集合及說明信息組成，是最簡單的一種多邊形矢量編碼法，文件結構簡單，但多邊形邊界被存儲兩次產(chǎn)生數(shù)據(jù)冗余，而且缺少鄰域信息；樹狀索引編碼法是將所有邊界點進行數(shù)字化，順序存儲坐標對，由點索引及邊界線號相聯(lián)系，以線索引及各多邊形相聯(lián)系，形成樹狀索引結構，消除了相鄰多邊形邊界數(shù)據(jù)冗余問題；拓撲結構編碼法是通過建立一個完整的拓撲關系結構，徹底解決鄰域與島狀信息處理問題的方法，但增加了算法的復雜性與數(shù)據(jù)庫的大小。8.矢量及柵格數(shù)據(jù)如何互為轉(zhuǎn)化？矢量轉(zhuǎn)柵格：l

內(nèi)部點擴散法，即由多邊形內(nèi)部種子點向周圍鄰點擴散，直至到達各邊界l

為止；l

復數(shù)積分算法，即由待判別點對多邊形的封閉邊界計算復數(shù)積分，來判斷兩者關l

系；l

射線算法與掃描算法，即由圖外某點向待判點引射線，通過射線及多邊形邊界交點l

數(shù)來判斷內(nèi)外關系；l

邊界代數(shù)算法，是一種基于積分思想的矢量轉(zhuǎn)柵格算法，適合于記錄拓撲關系的多邊形矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，方法是由多邊形邊界上某點開始，順時針搜索邊界線，上行時邊界左側具有相同行坐標的柵格減去某值，下行時邊界左側所有柵格點加上該值，邊界搜索完之后即完成多邊形的轉(zhuǎn)換。柵格轉(zhuǎn)矢量：即是提取具有相同編號的柵格集合表示的多邊形區(qū)域的邊界與邊界的拓撲關系，并表示成矢量格式邊界線的過程。步驟包括：多邊形邊界提取，即使用高通濾波將柵格圖像二值化；邊界線追蹤，即對每個弧段由一個節(jié)點向另一個節(jié)點搜索；拓撲關系生成與去處多余點及曲線圓滑。第三章

GIS數(shù)據(jù)獲取與質(zhì)量控制1．GIS的數(shù)據(jù)源有哪些？GIS的數(shù)據(jù)源，是指建立的地理數(shù)據(jù)庫所需的各種數(shù)據(jù)的來源，主要包括地圖、遙感圖像、文本資料、統(tǒng)計資料、實測數(shù)據(jù)、多媒體數(shù)據(jù)、已有系統(tǒng)的數(shù)據(jù)等。①地圖數(shù)據(jù)

地圖是GIS的主要數(shù)據(jù)源,因為地圖包含著豐富的內(nèi)容，不僅含有實體的類別與屬性，而且含有實體間的空間關系。地圖數(shù)據(jù)主要通過對地圖的跟蹤數(shù)字化與掃描數(shù)字化獲取。地圖數(shù)據(jù)通常用點、線、面及注記來表示地理實體及實體間的關系，如：

點――居民點、采樣點、高程點、控制點等。

線――河流、道路、構造線等。

面――湖泊、海洋、植被等。

注記――地名注記、高程注記等。②遙感數(shù)據(jù)

遙感數(shù)據(jù)是GIS的重要數(shù)據(jù)源。遙感數(shù)據(jù)含有豐富的資源及環(huán)境信息，在GIS支持下，可以及地質(zhì)、地球物理、地球化學、地球生物、軍事應用等方面的信息進行信息復合與綜合分析。遙感數(shù)據(jù)是一種大面積的、動態(tài)的、近實時的數(shù)據(jù)源，遙感技術是GIS數(shù)據(jù)更新的重要手段。③文本資料

文本資料是指各行業(yè)、各部門的有關法律文檔、行業(yè)規(guī)范、技術標準、條文條例等，如邊界條約等。這些也屬于GIS的數(shù)據(jù)。④統(tǒng)計資料

國家與軍隊的許多部門與機構都擁有不同領域(如人口、基礎設施建設、兵要地志等)的大量統(tǒng)計資料，這些都是GIS的數(shù)據(jù)源，尤其是GIS屬性數(shù)據(jù)的重要來源。⑤實測數(shù)據(jù)

野外試驗、實地測量等獲取的數(shù)據(jù)可以通過轉(zhuǎn)換直接進入GIS的地理數(shù)據(jù)庫，以便于進行實時的分析與進一步的應用。GPS(全球定位系統(tǒng))所獲取的數(shù)據(jù)也是GIS的重要數(shù)據(jù)源。⑥多媒體數(shù)據(jù)

多媒體數(shù)據(jù)(包括聲音、錄像等)通?？赏ㄟ^通訊口傳入GIS的地理數(shù)據(jù)庫中，目前其主要功能是輔助GIS的分析與查詢。⑦已有系統(tǒng)的數(shù)據(jù)

GIS還可以從其它已建成的信息系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫中獲取相應的數(shù)據(jù)。由于規(guī)范化、標準化的推廣，不同系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)共享與可交換性越來越強。這樣就拓展了數(shù)據(jù)的可用性，增加了數(shù)據(jù)的潛在價值。2．數(shù)據(jù)質(zhì)量包括那些方面？請舉例說明GIS對數(shù)據(jù)的質(zhì)量要求。數(shù)據(jù)質(zhì)量包括l

準確性，即一個記錄值及它的真實值之間的接近程度；l

精度，即對現(xiàn)象描述的詳細程度；l

空間分辨率，即兩個可測量數(shù)值之間最小的可辨識的差異；l

比例尺，即地圖上一個記錄的距離與它所表現(xiàn)的真實距離之間的一個比值；l

誤差，即一個所記錄的測量與它的事實之間的差異；l

不確定性，包括空間位置的不確定性、屬性不確定性與數(shù)據(jù)不完整性等。GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量包含如下五個方面：①位置精度：如數(shù)學基礎、平面精度、高程精度等，用以描述幾何數(shù)據(jù)的質(zhì)量。②屬性精度：如要素分類的正確性、屬性編碼的正確性、注記的正確性等，用以反映屬性數(shù)據(jù)的質(zhì)量。③邏輯一致性：如多邊形的閉合精度、結點匹配精度、拓撲關系的正確性等。④完備性：如數(shù)據(jù)分類的完備性、實體類型的完備性、屬性數(shù)據(jù)的完備性、注記的完整性等。⑤現(xiàn)勢性：如數(shù)據(jù)的采集時間、數(shù)據(jù)的更新時間等。3．各種來源的空間數(shù)據(jù)是如何準確匹配在一起的？空間數(shù)據(jù)的地理參照系(地球的形狀、坐標系、高程系)的不同，引起空間數(shù)據(jù)來源不同時圖幅往往不匹配，為此需要將一種投影的數(shù)字化數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為所需要投影的坐標數(shù)據(jù)，即進行投影轉(zhuǎn)換。投影轉(zhuǎn)換的方法有：解析變換(正解變換、反解變換)、數(shù)值變換、解析與數(shù)值變換。目前，大多數(shù)GIS軟件是采用正解變換法來完成不同投影之間的轉(zhuǎn)換，并直接在GIS軟件中提供常見投影之間的轉(zhuǎn)換。4．地圖投影在GIS中有什么作用？GIS以地圖方式顯示地理信息。地圖是平面，而地理信息則是在地球橢球上，因此地圖投影在GIS中不可缺少。GIS數(shù)據(jù)庫中地理數(shù)據(jù)以地理坐標存儲時，則以地圖為數(shù)據(jù)源的空間數(shù)據(jù)必須通過投影變換轉(zhuǎn)換成地理坐標；而輸出或顯示時，則要將地理坐標表示的空間數(shù)據(jù)通過投影變換變換成指定投影的平面坐標。GIS中，地理數(shù)據(jù)的顯示可根據(jù)用戶的需要而指定投影方式，但當所顯示的地圖及國家基本地圖系列的比例尺一致時，一般采用國家基本系列地圖所用的投影。5．空間數(shù)據(jù)中的幾何數(shù)據(jù)是什么？請說明它及屬性數(shù)據(jù)的關系?？臻g數(shù)據(jù)中的幾何數(shù)據(jù)是指實體或現(xiàn)象的空間位置或現(xiàn)在所處的地理位置，一般以坐標數(shù)據(jù)表示。屬性數(shù)據(jù)即空間實體的特征數(shù)據(jù)，一般包括名稱、等級、數(shù)量、代碼等多種形式。幾何數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)相對于時間來說，常常呈相互獨立的變化，即在不同的時間，空間位置不變，但是屬性類型可能已經(jīng)發(fā)生變化，或者相反。因此可以不斷更新屬性數(shù)據(jù)來體現(xiàn)實體或現(xiàn)象的時時特征，同時也可反映實體或現(xiàn)象的變化規(guī)律與變化特征。而幾何數(shù)據(jù)又說明了屬性數(shù)據(jù)發(fā)生的地理位置及其存在的意義。6．請說明分類分級對于屬性數(shù)據(jù)的意義。在屬性數(shù)據(jù)中，有一部分是及幾何數(shù)據(jù)的表示密切有關的，例如，道路的等級、類型等，決定著道路符號的形狀、色彩、尺寸等。在GIS中，通常把這部分屬性數(shù)據(jù)用編碼的形式表示，并及幾何數(shù)據(jù)一起管理起來。編碼的過程是將信息轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)的過程，前提是首先要對需表示的信息進行分類分級。7．屬性數(shù)據(jù)的編碼是必須的嗎？屬性數(shù)據(jù)即空間實體的特征數(shù)據(jù)，一般包括名稱、等級、數(shù)量、代碼等多種形式，屬性數(shù)據(jù)的內(nèi)容有時直接記錄在柵格或矢量數(shù)據(jù)文件中，有時則單獨輸入數(shù)據(jù)庫存儲為屬性文件，通過關鍵碼及圖形數(shù)據(jù)相聯(lián)系。對于要輸入屬性庫的屬性數(shù)據(jù)，通過鍵盤則可直接鍵入。對于要直接記錄到柵格或矢量數(shù)據(jù)文件中的屬性數(shù)據(jù)，則必須先對其進行編碼，將各種屬性數(shù)據(jù)變?yōu)橛嬎銠C可以接受的數(shù)字或字符形式，便于GIS存儲管理。8．紙張上的地圖如何進入計算機系統(tǒng)？圖形數(shù)據(jù)的輸入實際上就是圖形的數(shù)字化過程。一般有兩種方法：（1）

扶跟蹤數(shù)字化儀輸入手扶跟蹤數(shù)字化是目前最為廣泛使用的將已有地圖數(shù)字化的手段，利用手扶跟蹤數(shù)字化儀可以輸入點地物、線地物以及多邊形邊界的坐標，通常采用兩種方式，即點方式與流方式，流方式又分為距離流方式與時間流方式。數(shù)字化過程：把待數(shù)字化的圖件固定在圖形輸入板上，首先用鼠標器輸入圖幅范圍與至少四個控制點的坐標，隨后即可輸入圖幅內(nèi)各點、曲線的坐標。通過數(shù)字化儀采集數(shù)據(jù)量小，數(shù)據(jù)處理的軟件也比較完備，但由于數(shù)字化的速度比較慢，工作量大，自動化程度低，數(shù)字化的精度及作業(yè)員的操作有很大關系，所以，目前很多單位在大批量數(shù)字化時，已不再采用它。（2）

掃描儀輸入掃描儀直接把圖形(如地形圖)與圖像(如遙感影像、照片)掃描輸入到計算機中，以象素信息進行存儲表示的設備。按其所支持的顏色分類，可分為單色掃描儀與彩色掃描儀；按所采用的固態(tài)器件又分為電荷耦合器件(CCD)掃描儀、MOS電路掃描儀、緊貼型掃描儀等；按掃描寬度與操作方式分為大型掃描儀、臺式掃描儀與手動式掃描儀。掃描過程掃描時，必須先進行掃描參數(shù)的設置，包括：l

掃描模式的設置，（分二值、灰度、百萬種彩色），對地形圖的掃描一般采用二值掃描，或灰度掃描。對彩色航片或衛(wèi)片采用百萬種彩色掃描，對黑白航片或衛(wèi)片采用灰度掃描。l

掃描分辨率的設置，根據(jù)掃描要求，對地形圖的掃描一般采用300dpi或更高的分辨率。l

針對一些特殊的需要，還可以調(diào)整亮度、對比度、色調(diào)、GAMMA曲線等。l

設定掃描范圍。l

掃描參數(shù)設置完后，即可通過掃描獲得某個地區(qū)的柵格數(shù)據(jù)。通過掃描獲得的是柵格數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量比較大。如一張地形圖采用300dpi灰度掃描其數(shù)據(jù)量就有20兆左右。除此之外，掃描獲得的數(shù)據(jù)還存在著噪聲與中間色調(diào)像元的處理問題。噪聲是指不屬于地圖內(nèi)容的斑點污漬與其它模糊不清的東西形成的像元灰度值。噪音范圍很廣，沒有簡單有效的方法能加以完全消除，有的軟件能去除一些小的臟點，但有些地圖內(nèi)容如小數(shù)點等與小的臟點很難區(qū)分。對于中間色調(diào)像元，則可以通過選擇合適的閾值選用一些軟件如Photoshop等來處理。一般對獲得的柵格數(shù)據(jù)還要進行一些后續(xù)處理如圖像糾正、矢量化等。掃描輸入因其輸入速度快、不受人為因素的影響、操作簡單而越來越受到大家的歡迎，再加之計算機運算速度、存儲容量的提高與矢量化軟件的踴躍出現(xiàn)，使得掃描輸入已成為圖形數(shù)據(jù)輸入的主要方法。9．

如何發(fā)現(xiàn)進入GIS中的數(shù)據(jù)有錯誤？通過矢量數(shù)字化或掃描數(shù)字化所獲取的原始空間數(shù)據(jù)，都不可避免的存在著錯誤或誤差，屬性數(shù)據(jù)在建庫輸入時，也難免會存在錯誤，所以，對圖形數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)進行一定的檢查、編輯是很有必要的。圖形數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的誤差主要包括以下幾個方面：l

空間數(shù)據(jù)的不完整或重復：主要包括空間點、線、面數(shù)據(jù)的丟失或重復、區(qū)域中心點的遺漏、柵格數(shù)據(jù)矢量化時引起的斷線等；l

空間數(shù)據(jù)位置的不準確：主要包括空間點位的不準確、線段過長或過短、線段的斷裂、相鄰多邊形結點的不重合等；l

空間數(shù)據(jù)的比例尺不準確；l

空間數(shù)據(jù)的變形；l

空間屬性與數(shù)據(jù)連接有誤；l

屬性數(shù)據(jù)不完整；為發(fā)現(xiàn)并有效消除誤差，一般采用如下方法進行檢查：l

疊合比較法，是空間數(shù)據(jù)數(shù)字化正確及否的最佳檢核方法，按及原圖相同的比例尺用把數(shù)字化的內(nèi)容繪在透明材料上，然后及原圖疊合在一起，在透光桌上仔細的觀察與比較。一般，對于空間數(shù)據(jù)的比例尺不準確與空間數(shù)據(jù)的變形馬上就可以觀察出來，對于空間數(shù)據(jù)的位置不完整與不準確則須用粗筆把遺漏、位置錯誤的地方明顯地標注出來。如果數(shù)字化的范圍比較大，分塊數(shù)字化時，除檢核一幅(塊)圖內(nèi)的差錯外還應檢核已存入計算機的其它圖幅的接邊情況；l

目視檢查法，指在屏幕上用目視檢查的方法，檢查一些明顯的數(shù)字化誤差及錯誤，如圖所示，包括線段過長或過短、多邊形的重疊與裂口、線段的斷裂等；l

邏輯檢查法，如根據(jù)數(shù)據(jù)拓撲一致性進行檢驗，將弧段連成多邊形，進行數(shù)字化誤差的檢查。有許多軟件已能自動進行多邊形結點的自動平差。另外，對屬性數(shù)據(jù)的檢查一般也最先用這種方法，檢查屬性數(shù)據(jù)的值是否超過其取值范圍。屬性數(shù)據(jù)之間或?qū)傩詳?shù)據(jù)及地理實體之間是否有荒謬的組合。對于空間數(shù)據(jù)的不完整或位置的誤差，主要是利用GIS的圖形編輯功能，如刪除（目標、屬性、坐標），修改（平移、拷貝、連接、分裂、合并、整飾），插入等進行處理。對空間數(shù)據(jù)比例尺的不準確與變形，可以通過比例變換與糾正來處理。

10．空間數(shù)據(jù)的質(zhì)量問題分哪幾類？GIS空間數(shù)據(jù)的誤差可分為源誤差與處理誤差。(1)源誤差源誤差是指數(shù)據(jù)采集與錄入中產(chǎn)生的誤差，包括：l

遙感數(shù)據(jù)：攝影平臺、傳感器的結構及穩(wěn)定性、分辨率等。l

測量數(shù)據(jù)：人差(對中誤差、讀數(shù)誤差等)、儀差(儀器不完善、缺乏校驗、未作改正等)、環(huán)境(氣候、信號干擾等)。l

屬性數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)的錄入、數(shù)據(jù)庫的操作等。l

GPS數(shù)據(jù)：信號的精度、接收機精度、定位方法、處理算法等。l

地圖：控制點精度，編繪、清繪、制圖綜合等的精度。l

地圖數(shù)字化精度：紙張變形、數(shù)字化儀精度、操作員的技能等。(2)處理誤差處理誤差是指GIS對空間數(shù)據(jù)進行處理時產(chǎn)生的誤差，例如在下列處理中產(chǎn)生的誤差就是處理誤差。l

幾何糾正；l

坐標變換；l

幾何數(shù)據(jù)的編輯；l

屬性數(shù)據(jù)的編輯；l

空間分析(如多邊形疊置等)；l

圖形化簡(如數(shù)據(jù)壓縮)；l

數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換；l

計算機截斷誤差；l

空間內(nèi)插；l

矢量柵格數(shù)據(jù)的相互轉(zhuǎn)換。（3）GIS中的誤差傳播誤差傳播是指對有誤差的數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理生成的GIS產(chǎn)品也存在著誤差。誤差傳播在GIS中可歸結為三種方式。l

代數(shù)關系下的誤差傳播：這是指對有誤差的數(shù)據(jù)進行代數(shù)運算后，所得結果的誤差。l

邏輯關系下的誤差傳播：即指在GIS中對數(shù)據(jù)進行邏輯交、并等運算所引起的誤差傳播，如疊置分析時的誤差傳播。l

推理關系下的誤差傳播：這是指不精確推理所造成的誤差。

11.何謂元數(shù)據(jù)？元數(shù)據(jù)的作用與意義？元數(shù)據(jù)是關于數(shù)據(jù)的描述性數(shù)據(jù)信息，說明數(shù)據(jù)內(nèi)容、質(zhì)量、狀況與其他有關特征的背景信息。其目的是促進數(shù)據(jù)集的高效利用，并為計算機輔助軟件工程服務。元數(shù)據(jù)的作用與意義：l

幫助數(shù)據(jù)生產(chǎn)單位有效的維護與管理數(shù)據(jù)；l

提供有關數(shù)據(jù)生產(chǎn)單位的各種有關信息供用戶查詢；l

幫助用戶了解數(shù)據(jù)；l

提供有關信息，以便用戶處理與轉(zhuǎn)換有用數(shù)據(jù)。l

采用元數(shù)據(jù)可以便于數(shù)據(jù)共享。

12.空間數(shù)據(jù)交換標準的意義是什么？隨著地理信息系統(tǒng)的發(fā)展，數(shù)據(jù)共享已越來越重要。由于空間數(shù)據(jù)模型的不同，空間數(shù)據(jù)的定義、表達與存儲方式也不同，因而數(shù)據(jù)交換就不那么簡單。空間數(shù)據(jù)交換的主要方式有：(1)外部數(shù)據(jù)交換標準。這類標準通常是ASCII碼文件，用戶可以通過閱讀說明書來直接讀寫這種外部數(shù)據(jù)格式。GIS的外部數(shù)據(jù)交換格式通常包括矢量數(shù)據(jù)交換格式、柵格數(shù)據(jù)交換格式與數(shù)字高程模型交換格式。(2)空間數(shù)據(jù)互操作協(xié)議。制定一套各方都能接受的標準空間數(shù)據(jù)操縱函數(shù)，通過調(diào)用這些函數(shù)以互相操作對方的數(shù)據(jù)。(3)空間數(shù)據(jù)共享平臺。采用客戶機/服務器體系結構，各種GIS通過一個公共的平臺在服務器存取所有數(shù)據(jù)，以避免數(shù)據(jù)的不一致性。（4）統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫接口。在對空間數(shù)據(jù)模型有共同理解的基礎上，各系統(tǒng)開發(fā)專門的雙向轉(zhuǎn)換程序，將本系統(tǒng)的內(nèi)部數(shù)據(jù)結構轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫的接口。隨著軟硬件的發(fā)展，人們逐漸感受到了外部數(shù)據(jù)交換格式的不足，如自動化程度不高，速度較慢等，但它畢竟解決了不同GIS之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換問題。雖然空間數(shù)據(jù)互操作協(xié)議比外部數(shù)據(jù)交換標準方便，但由于各種軟件存儲與處理空間數(shù)據(jù)的方式不同，空間數(shù)據(jù)的互操作函數(shù)又不可能很龐大，因此往往不能解決所有問題?？臻g數(shù)據(jù)共享平臺雖然是一個較好的思路，但現(xiàn)有的GIS軟件各有自己的底層，因此目前難以實現(xiàn)。統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫接口，首先要求對現(xiàn)實世界進行統(tǒng)一的面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)理解，這也是不易實現(xiàn)的。因此，目前外部數(shù)據(jù)交換標準仍然是實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享的主流方式?？臻g數(shù)據(jù)共享存在著多種形式，歐美等發(fā)達國家致力于制定空間數(shù)據(jù)交換格式，前幾年起到了較好效果。為促進地理信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展，結合我國實際，應盡快完善我國空間數(shù)據(jù)交換(標準)格式。為此必須參照成功的先行經(jīng)驗與教訓，科學簡明可持續(xù)發(fā)展地制定這一標準是特別重要的。13．

數(shù)據(jù)共享有哪些主要途徑？最基層的是什么，最理想的又是什么？困難在何處？主要途徑有：①、地理信息使用相同的定義；②、實行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換標準；③、通過“互操作地理信息處理”。其中“互操作地理信息處理（Interoperablegeoprocessing）是指數(shù)字系統(tǒng)的這些能力：①自由地交換所有關于地球的信息，即所有關于地表上的、空中的、地球表面以下的對象與現(xiàn)象的信息；②通過網(wǎng)絡協(xié)作運行能夠操作這些信息的軟件。概括為自由交換地理空間信息以及協(xié)作運行空間信息處理的軟件。最基層的是：內(nèi)部數(shù)據(jù)結構的公開發(fā)表。最理想的是：用戶與不同的信息群在Internet與Intranet中能靈活地進行地理數(shù)據(jù)及處理的互操作。困難存在于：互操作的建立，數(shù)據(jù)的公開發(fā)表。四章

空間數(shù)據(jù)處理1．

空間數(shù)據(jù)處理主要包括哪些內(nèi)容？數(shù)據(jù)處理涉及的內(nèi)容很廣，主要取決于原始數(shù)據(jù)的特點與用戶的具體需求。一般有數(shù)據(jù)變換、數(shù)據(jù)重構、數(shù)據(jù)提取等內(nèi)容。數(shù)據(jù)處理是針對數(shù)據(jù)本身完成的操作，不涉及內(nèi)容的分析?？臻g數(shù)據(jù)的處理也可稱為數(shù)據(jù)形式的操作。2．何謂數(shù)據(jù)變換、數(shù)據(jù)重構、數(shù)據(jù)提??？數(shù)據(jù)變換：指數(shù)據(jù)從一種數(shù)學狀態(tài)到另一種數(shù)學狀態(tài)的變換，包括幾何糾正、投影轉(zhuǎn)換與輻射糾正等，以解決空間數(shù)據(jù)的幾何配準。數(shù)據(jù)重構：指數(shù)據(jù)從一種格式到另一種格式的轉(zhuǎn)換，包括結構轉(zhuǎn)換、格式變換、類型替換等，以解決空間數(shù)據(jù)在結構、格式與類型上的統(tǒng)一，實現(xiàn)多源與異構數(shù)據(jù)的聯(lián)接及融合。數(shù)據(jù)提取：指對數(shù)據(jù)進行某種有條件的提取，包括類型提取、窗口提取、空間內(nèi)插等，以解決不同用戶對數(shù)據(jù)的特定需求。

3．請說明如何建立道路的拓撲的關系？道路屬于線狀矢量要素，其拓撲關系的建立也遵循矢量數(shù)據(jù)自動拓撲的步驟。其步驟可分為以下幾步：（1）鏈的組織。找出在鏈的中間相交(左圖)，而不是在端點相交(右圖)的情況，自動切成新鏈；把鏈按一定順序存儲，如按最大或最小的x或y坐標的順序，這樣查找與檢索都比較方便，然后把鏈按順序編號。

（2）結點匹配。結點匹配是指把一定限差內(nèi)的鏈的端點作為一個結點，其坐標值取多個端點的平均值，如圖。然后，對結點順序編號。4．一般從掃描儀上直接得到的地圖有什么問題？如何改正？存在圖形的變形、坐標系不一致等問題?？梢酝ㄟ^幾何糾正與投影變換來糾正。幾何糾正用以糾正圖紙變形產(chǎn)生的誤差。常用的有高次變換、二次變換與仿射變換。當系統(tǒng)所使用的數(shù)據(jù)是來自不同地圖投影的圖幅時，需要將一種投影的幾何數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成所需投影的幾何數(shù)據(jù)，這就需要進行地圖投影變換。方法通常分為三類：解析變換法、數(shù)值變換法、數(shù)值解析變換法。5．如果兩個作業(yè)小組各自從數(shù)字化儀上得到兩張相鄰圖幅的地圖數(shù)據(jù)在GIS中不能準確對接該怎么辦？要將分幅的數(shù)據(jù)聯(lián)系在一起，組成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)文件，需要進行圖幅數(shù)據(jù)邊沿匹配處理。邊沿匹配處理的任務包括以下幾方面：（1）識別與檢索相鄰圖幅的數(shù)據(jù)。通過編號及分幅數(shù)字化的數(shù)據(jù)聯(lián)系起來進行圖幅的識別，再通過幾何糾正與投影轉(zhuǎn)換使兩圖實現(xiàn)坐標系一致。（2）相鄰圖幅邊界點坐標數(shù)據(jù)的匹配。相鄰圖幅邊界點坐標數(shù)據(jù)的匹配采用追蹤拼接法。符合以下條件即可拼接――①相鄰圖幅邊界兩條線斷或弧段的左右碼各自相反或相同；②相鄰圖幅同名邊界點坐標在某一許可定植的范圍內(nèi)。（3）相同屬性多邊形公共界限的刪除。對數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)作定向處理，包括數(shù)據(jù)屬性的重新分類、空間圖形的化簡與圖形特征的內(nèi)插。6．如果你拿到東經(jīng)120度東西兩側的地圖，在數(shù)字化工作之后得到了兩張地圖的數(shù)據(jù)，這時能直接交給用戶使用嗎？不能。要檢查投影及配準工作以及方向的問題。7．假設一條矢量等高線上的點太過于密集了，如何減少占用系統(tǒng)的存儲空間？你能給出多少方法？各有什么適用范圍？采用矢量數(shù)據(jù)壓縮的方法，矢量數(shù)據(jù)壓縮的目的是刪除冗余數(shù)據(jù)，減少數(shù)據(jù)的存貯量，節(jié)省存貯空間，加快后繼處理的速度。下面介紹幾種常用的矢量數(shù)據(jù)的壓縮算法，以及它們之間的異同點。l

道格拉斯――普克法

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垂距法l

光欄法l

幾種方法的比較如果某種矢量數(shù)據(jù)的壓縮算法既能精確地表示數(shù)據(jù)，又能最大限度地淘汰不必要的點，那就是一種好的算法。具體可以依據(jù)簡化后曲線的總長度、總面積、坐標平均值等及原始曲線的相應數(shù)據(jù)的對比來判別。通過分析可以發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)情況下道格拉斯――普克法的壓縮算法較好，但必須在對整條曲線數(shù)字化完成后才能進行，且計算量較大；光欄法的壓縮算法也很好，并且可在數(shù)字化時實時處理，每次判斷下一個數(shù)字化的點，且計算量較小；垂距法算法簡單，速度快，但有時會將曲線的彎曲極值點p值去掉而失真。8．柵格地圖數(shù)據(jù)如何減少硬盤存貯空間？利用數(shù)據(jù)壓縮技術。如進行游程長度(行程)編碼、弗利曼編碼、四叉樹編碼等。以游程長度(行程)編碼為例說明：地理數(shù)據(jù)往往有較強的相關性，也就是說相鄰像元的值往往是相同的。游程長度編碼的基本思想是：按行掃描，將相鄰等值的像元合并，并記錄代碼的重復個數(shù)。如圖1,其編碼為A4A1B3A2B2A2B2。若在行及行之間不間斷地連續(xù)編碼，則為A5B3A2B2A2B2。對于游程長度編碼，區(qū)域越大，數(shù)據(jù)的相關性越強，則壓縮越大。其特點是，壓縮效率較高，疊加、合并等運算簡單，編碼與解碼運算快。9．請簡要說明通過掃描儀得到矢量地圖數(shù)據(jù)的原理與過程。在數(shù)字圖像中，二值圖像占有非常重要的地位。在對地圖、文字的掃描數(shù)字化與識別時，通常都是當作二值圖像來處理的。（1）二值化由于掃描后的圖像是以不同灰度級存儲的，為了進行柵格數(shù)據(jù)矢量化的轉(zhuǎn)換，需壓縮為兩級(0與1)，這就稱為二值化。二值化的關鍵是在灰度級的最大與最小值之間選取一個閾值，當灰度級小于閾值時，取值為0，當灰度級大于閾值時，取值為1。（2）二值圖像的預處理對于掃描輸入的圖幅，由于原稿不干凈等原因，總是會出現(xiàn)一些飛白、污點、線劃邊緣凹凸不平等。除了依靠圖像編輯功能進行人機交互處理外，還可以通過一些算法來進行處理。除了上述方法外，還可用其它許多方法。例如，對于飛白與污點，給定其最小尺寸，不足的消除；對于斷線，采取先加粗后減細的方法進行斷線相連；用低通型濾波進行破碎地物的合并，用高通濾波提取區(qū)域范圍等等。（3）細化所謂細化就是將二值圖像象元陣列逐步剝除輪廓邊緣的點，使之成為線劃寬度只有一個像元的骨架圖形。細化后的圖形骨架既保留了原圖形的絕大部分特征，又便于下一步的跟蹤處理。細化的基本過程是：(1)確定需細化的像元集合；(2)移去不是骨架的像元；(3)重復，直到僅剩骨架象元。如果是對掃描后的地圖圖像進行細化處理，應符合下列基本要求：l

保持原線劃的連續(xù)性；l

線寬只為一個像元；l

細劃后的骨架應是原線劃的中心線；l

保持圖形的原有特征。（4）追蹤細化后的二值圖像形成了骨架圖，追蹤就是把骨架轉(zhuǎn)換為矢量圖形的坐標序列。其基本步驟為：l

從左向右，從上向下搜索線劃起始點，并記下坐標。l

朝該點的8個方向追蹤點，若沒有，則本條線的追蹤結束，轉(zhuǎn)(1)進行下條線的追蹤；否則記下坐標。l

把搜索點移到新取的點上，轉(zhuǎn)2°。（注意的是，已追蹤點應作標記，防止重復追蹤）。（5）拓撲化為了進行拓撲化，需找出線的端點與結點，以及孤立點。l

孤立點：8鄰城中沒有為1的像元。如下圖2-(1)。l

端點：8鄰城中只有一個為1的像元。如圖2-(2)。l

結點：8鄰城中有三個或三個以上為1的像元。如圖2-（3）。在追蹤時加上這些信息后，就可形成結點與孤段，就可用矢量數(shù)據(jù)的自動拓撲方法進行拓撲化了10．對于掃描儀輸出的結果一般需要做哪些處理？掃描儀輸出的結果需要經(jīng)過圖像增強、數(shù)據(jù)編碼與傳輸、平滑、邊緣銳化、分割、特征抽取、圖像識別及理解等內(nèi)容。經(jīng)過這些處理后，輸出圖像的質(zhì)量得到相當程度的改善，既改善了圖像的視覺效果，又便于計算機對圖像進行分析、處理與識別。11．二值圖像的處理對于GIS有什么意義？常用哪些方法？在數(shù)字圖像中，二值圖像占有非常重要的地位。在對地圖、文字的掃描數(shù)字化與識別時，通常都是當作二值圖像來處理的。在二值圖像中，通常1表示圖形，0表示背景。經(jīng)過二值圖像的處理后的數(shù)據(jù)量明顯減小，對于GIS克服海量數(shù)據(jù)的缺點，及提高處理速度等都具有極其重要的意義。二值化為了從圖像中分離出對象物，把圖形與背景作為二值圖像對待。圖像二值化可以用下列閾值處理方法進行。確定出閾值t的方法：（1）、狀態(tài)法求出給定圖像的灰度值直方圖，在具有兩個峰值（對應于圖形與背景）的情況下，可以在峰之間的谷底確定t值。（見圖3）（2）、微分直方圖法這是設想圖像的對象圖形與背景的邊界處的灰度值急劇變化。這樣就可不直接利用圖像的灰度值，而是利用微分值（灰度的變化率）來確定閾值。設圖像中某一像素的為S，計算這個像素的微分值，如取鄰域各像素及該像素灰度值之差的最大值，或取各個灰度值之差的絕對值之與；求出圖像中具有灰度值S的所有像素的微分值之與。對所有的灰度值作同樣的處理，即得到微分直方圖。如果選擇微分直方圖中最高值的灰度值，就可認為這一灰度值對應于灰度變化率最高的部分。

這一方法在圖形的邊界處于一定的灰度值范圍時，是比較有效的。但往往邊界附近灰度值的變化常常比較復雜，這時就并不很有效。（3）、可變閾值法當由于圖像位置不同而平均灰度值不同時，用單一的閾值不能有效地對整個圖像進行二值化。這時，可讓閾值隨著圖像的不同部分而變化，從而對整個圖像進行有效處理（圖4）。12．如何用GIS技術提取航空相片上的地理信息？航空相片上的信息包括光譜信息與空間信息兩種；（1）對航空相片采用對比度增強處理或邊緣增強處理；（2）通過直方圖分析選擇恰當?shù)拈T限值；（3）二直化圖像，提取邊界與線性特征（4）輸出圖形。分析手段：紋理分析，多維信息分析，匹配，分類，區(qū)域分割；13．RS及GPS的原理各是什么？及GIS有什么關系？遙感（RS）是一種遠離目標，通過非直接接觸而判定、測量并分析目標性質(zhì)的技術。是對目標進行信息采集主要是利用了目標反射或輻射的電磁波。接收從目標中反射或輻射的電磁波的裝置叫做遙感器(remotesensor)，照相機及掃描儀等即屬于此類。此外，搭載這些遙感器的移動體叫做遙感平臺(platform)，根據(jù)遙感平臺的不同，遙感可分為地面遙感、航空遙感、航天遙感三種類型。航空遙感是以飛機或氣球作為工作平臺進行成像或掃描的一種遙感方式。航空遙感具有成像比例尺大、分辨率高、幾何糾正準確等優(yōu)點，在GIS中也有重要的應用?，F(xiàn)在的航空遙感，除以感光膠片作為傳統(tǒng)記錄外，還可進行磁帶記錄，把獲取的紫外、紅外、微波等信息，轉(zhuǎn)換成圖像與數(shù)字信息，以便于計算機對遙感信息的進一步處理。航天遙感是利用人造衛(wèi)星給多種傳感器提供了離地面更高的工作平臺，使傳感器具有更廣闊的視野，居高臨下，俯視一切。衛(wèi)星遙感還可不受國界與地形的限制，可對全球作連續(xù)的觀測。遙感衛(wèi)星根據(jù)其軌道及搭載的遙感器不同而有不同的特征。遙感衛(wèi)星的主要功能有，記錄準確的遙感器的位置，可靠地獲取數(shù)據(jù)以及將獲取的數(shù)據(jù)傳送到地面站。全球定位系統(tǒng)（GPS）是一種采用距離交會法的衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)。通過測定測距信號的傳播時間來間接測定距離的，將無線電信號發(fā)射機從地面站搬到衛(wèi)星上，組成一個衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)，較好地解決覆蓋面及定位精度之間的矛盾。GPS由空間部分、控制部分與用戶設備三部分組成。RS及GIS的結合具有重要意義。GIS的生命力將最終取決于其空間數(shù)據(jù)庫的現(xiàn)勢性，遙感數(shù)據(jù)是GIS的重要信息源與數(shù)據(jù)更新的手段。同時，RS及GIS的結合可以有效地改善遙感分析。利用GIS的空間數(shù)據(jù)可以提高遙感數(shù)據(jù)的分類精度。由于分類可信度的提高，又推動了GIS中數(shù)據(jù)快速更新的實現(xiàn)。GIS中的高程、坡度、坡向、土壤、植被、地質(zhì)、土地利用等信息是遙感分類經(jīng)常要用到的數(shù)據(jù)。另外，RS及GIS的結合可以進一步加強GIS的空間分析功能。RS及GIS的結合方式通常有三種：①分開但是平等的結合;②表面無縫的結合；③整體的結合。此外，RS用于GIS地理數(shù)據(jù)庫的快速更新。用衛(wèi)星影像獲取各種地面要素的矢量信息，將遙感圖像及GIS空間數(shù)據(jù)對應的圖形以透明方式迭加，并發(fā)現(xiàn)與確定需要更新的內(nèi)容。然后要將柵格數(shù)據(jù)進行矢量化處理，同時進行一些入庫前的預處理。數(shù)據(jù)就可以按GIS指定的數(shù)據(jù)結構入庫了。全球定位系統(tǒng)及GIS的結合也具有重要意義。GPS定位準，耗時少，節(jié)約人力物力，推動了GIS中數(shù)據(jù)快速更新的實現(xiàn)。第六章

空間查詢及空間分析1．什么是空間數(shù)據(jù)的查詢？空間數(shù)據(jù)的查詢一般定義為從空間數(shù)據(jù)庫中找出所有滿足屬性條件與空間約束條件的地理對象。屬性約束條件一般用帶比較運算符的邏輯表達式描述，這及傳統(tǒng)的結構查詢語言SQL的where語句中條件表達式相似?？臻g約束條件用帶空間謂詞的邏輯表達式描述，空間謂詞由地理對象間的空間關系演變而來，如包含、相交、分離、重疊、距離同、方向等。因此空間查詢是作用在庫體上的函數(shù)，返回用戶請求的內(nèi)容，也屬于咨詢式分析。2．查詢種類有哪些？實現(xiàn)方式如何？查詢種類及實現(xiàn)方式：幾何參數(shù)查詢，包括點的位置坐標，兩點間的距離，一個或一段線目標的長度，一個面目標的周長或面積等。實現(xiàn)方式：查詢屬性庫或空間計算（1）空間定位查詢，給定一個點或一個幾何圖形，檢索該圖形范圍內(nèi)的空間對象及其屬性。按點查詢：給定一個鼠標點，查詢離它最近的對象及屬性（點的捕捉）。開窗查詢：按矩形、圓、多邊形查詢。分為該窗口包含與穿過的區(qū)別。根據(jù)空間索引，檢索哪些對象可能位于該窗口，然后根據(jù)點、線、面在查詢開窗內(nèi)的判別計算，檢索到目標?？臻g運算方法（2）空間關系查詢，包括相鄰分析檢索---通過檢索拓撲關系；相關分析檢索（不同要素類型之間的關系）--通過檢索拓撲關系；包含關系查詢；穿越查詢等等。A相鄰分析檢索---通過檢索拓撲關系面―面（如查詢及面狀地物相鄰的多邊形的實現(xiàn)方法）：①從多邊形及弧段關聯(lián)表中，檢索該多邊形關聯(lián)的所有弧段；②從弧段關聯(lián)的左右多邊形表中，檢索出這些弧段關聯(lián)的多邊形。線―線（如及某干流A相連的所有支流）：①從線狀地物表中，查找組成A的所有弧段及關聯(lián)的結點；②從結點表中，查詢及這些結點關聯(lián)的弧段；點―點（如：A及B是否相通等）。B相關分析檢索（不同要素類型之間的關系）--通過檢索拓撲關系線―面（例如：我國邊境線總長度）點―線（例如：自來水GIS中，及某閥門相關的水管）點―面（例如：中國大于10萬人口的城市個數(shù)）C包含關系查詢查詢某個面狀地物所包含的空間對象。同層包含，如，某省的下屬地區(qū)，若建立有空間拓撲關系，可直接查詢拓撲關系表來實現(xiàn)。不同層包含，如某省的湖泊分布，沒有建立拓撲，實質(zhì)是疊置分析檢索，通過多邊形疊置分析技術，只檢索出在窗口界限范圍內(nèi)的地理實體，窗口外的實體作裁剪處理。D穿越查詢某公路穿越了某些縣，采用空間運算的方法執(zhí)行，根據(jù)一個線目標的空間坐標，計算哪些面或線及之相交。E落入查詢：一個空間對象落入哪個空間對象之內(nèi)。?D?D空間運算F緩沖區(qū)查詢根據(jù)用戶給定的一個點、線、面緩沖的距離，從而形成一個緩沖區(qū)的多邊形，再根據(jù)多邊形檢索原理，檢索該緩沖區(qū)內(nèi)的空間實體。G邊沿匹配檢索空間查詢在多幅地圖的數(shù)據(jù)文件之間進行，這時需應用邊沿匹配處理技術。（3）屬性查詢l

查找僅選擇一個屬性表，給定一個屬性值，找出對應的屬性記錄或圖形。在屏幕上已有一個屬性表，用戶任意點取記錄，對應的圖形以高亮顯示。實現(xiàn)：執(zhí)行數(shù)據(jù)庫查詢語言，找到滿足要求的記錄，得到它的目標標識，再通過目標標識在圖形數(shù)據(jù)文件中找到對應的空間對象，并顯示出來。l

SQL查詢Select屬性項From屬性表

Where

條件or條件

and條件實現(xiàn)：交互式選擇各項，輸入后，系統(tǒng)再轉(zhuǎn)換為標準的SQL，由數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)執(zhí)行或ODBCC語言執(zhí)行，得到結果，提取目標標識，在圖形文件中找到空間對象，并顯示。l

擴展SQL空間數(shù)據(jù)查詢語言是通過對標準SQL的擴展來形成的，即在數(shù)據(jù)庫查詢語言上加入空間關系查詢。為此需要增加空間數(shù)據(jù)類型（如點、線、面等）與空間操作算子（如求長度、面積、疊加等）。在給定查詢條件時也需含有空間概念，如距離、鄰近、疊加等。例如，“查詢閩江流域人口大于5萬的縣或市”，可表示為：

SELECT

*

FROM縣或市

WHERE縣或市.人口>5萬ANDCROSS（河流.名稱=“閩江”）主要優(yōu)點是：保留了SQL的風格，便于熟悉SQL的用戶的掌握，通用性較好，易于及關系數(shù)據(jù)庫連接。執(zhí)行擴展SQL，如果要將屬性與空間關系整體統(tǒng)一起來，從底層進行查詢優(yōu)化，有一定困難。目前一般將兩層分開進行查詢。（4）其它查詢方法l

可視化空間查詢可視化查詢是指將查詢語言的元素，特別是空間關系，用直觀的圖形或符號表示。查詢主要使用圖形、圖像、圖標、符號來表達概念。優(yōu)點：具有簡單、直觀、易于使用。缺點：當空間約束條件復雜時，很難用圖符描述；用二維圖符表示圖形之間的關系時，可能會出現(xiàn)歧義；難以表示“非”關系；不易進行范圍（圓、矩形、多邊形等）約束；無法進行屏幕定位查詢等。l

超文本查詢圖形、圖像、字符等皆當作文本，并設置一些“熱點”（HotSpot），“熱點”可以是文本、鍵等。用鼠標點擊“熱點”后，可以彈出說明信息、播放聲音、完成某項工作等。但超文本查詢只能預先設置好，用戶不能實時構建自己要求的各種查詢。l

自然語言空間查詢在SQL查詢中引入一些自然語言，如溫度高的城市

SELECT

name

FROM

Cities

WHERE

temperatureishigh

SELECT

name

FROM

Cities

WHERE

這種查詢方式只能適用于某個專業(yè)領域的地理信息系統(tǒng)，而不能作為地理信息系統(tǒng)中的通用數(shù)據(jù)庫查詢語言。3．SQL對GIS有什么作用？目前GIS的地物屬性數(shù)據(jù)庫大多是以傳統(tǒng)的關系數(shù)據(jù)庫為基礎的，因此基于屬性的GIS查詢可以通過關系數(shù)據(jù)庫的SQL語言進行查詢。一般來說，地物的圖形數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)是分開存貯的，圖形與屬性之間通過目標的ID碼進行關聯(lián)，通過SQL語言操作可進行數(shù)據(jù)庫查詢。4．如何表達查詢得到的結果？l

使要素、對應的記錄同步進入選擇集，同時改變顯示顏色。l

進入選擇集的記錄可以用統(tǒng)計圖表達。如果選擇集是空的，統(tǒng)計圖就包括該表的全體記錄。l

進入選擇集的記錄可以分類匯總統(tǒng)計。5．對空間數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析的意義是什么？GIS中空間數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析是指對GIS地理數(shù)據(jù)庫中的專題數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，針對不同領域的運用提取相關的地理信息，去除一些冗余信息使其便于分析利用。6．通過什么方法可以對空間數(shù)據(jù)進行類別劃分？分類與分級的方法很多，常用的有：系統(tǒng)聚類法與最優(yōu)分割分級法。7．矢量數(shù)據(jù)的疊加有什么作用？

疊置分析是地理信息系統(tǒng)最常用的提取空間隱含信息的手段之一，它將有關主題層組成的數(shù)據(jù)層面，進行疊加產(chǎn)生一個新數(shù)據(jù)層面的操作，其結果綜合了原來兩層或多層要素所具有的屬性。8．柵格數(shù)據(jù)的疊加及矢量數(shù)據(jù)的疊加有什么不同？柵格數(shù)據(jù)疊置的直觀概念就是將兩幅或多幅地圖重迭在一起，產(chǎn)生新多邊形與新多邊形范圍內(nèi)的屬性。其結果雖然數(shù)據(jù)存儲量小，但是運算過程復雜。矢量數(shù)據(jù)在疊置地圖的相應位置上產(chǎn)生新的屬性的分析方法。其結果雖然數(shù)據(jù)存儲量大，但是運算過程較簡單。9．什么是緩沖區(qū)分析？請舉例說明它有什么用途。緩沖區(qū)分析是GIS的基本空間操作功能之一，是指在點、線、面實體的周圍，自動建立的一定寬度的多邊形。例如，某地區(qū)有危險品倉庫，要分析一旦倉庫爆炸所涉及的范圍，這就需要進行點緩沖區(qū)分析；而在對野生動物棲息地的評價中，動物的活動區(qū)域往往是在距它們生存所需的水源或棲息地一定距離的范圍內(nèi)，為此可用面緩沖區(qū)進行分析，等等。10．泰森多邊形有什么特點？如何建立？泰森多邊形可用于定性分析、統(tǒng)計分析、鄰近分析等，其特性有：l

每個泰森多邊形內(nèi)僅含有一個離散點數(shù)據(jù)；l

泰森多邊形內(nèi)的點到相應離散點的距離最近；l

位于泰森多邊形邊上的點到其兩邊的離散點的距離相等。泰森多邊形的建立步驟建立泰森多邊形算法的關鍵是對離散數(shù)據(jù)點合理地連成三角網(wǎng)，即構建Delaunay三角網(wǎng)。建立泰森多邊形的步驟為：l

離散點自動構建三角網(wǎng)，即構建Delaunay三角網(wǎng)。對離散點與形成的三角形編號，記錄每個三角形是由哪三個離散點構成的。l

找出及每個離散點相鄰的所有三角形的編號，并記錄下來。這只要在已構建的三角網(wǎng)中找出具有一個相同頂點的所有三角形即可。（見圖5）l

對及每個離散點相鄰的三角形按順時針或逆時針方向排序，以便下一步連接生成泰森多邊形。排序的方法可如圖5所示。設離散點為o。找出以o為頂點的一個三角形，設為A；取三角形A除o以外的另一頂點，設為a，則另一個頂點也可找出，即為f；則下一個三角形必然是以of為邊的，即為三角形F；三角形F的另一頂點為e，則下一三角形是以oe為邊的；如此重復進行，直到回到oa邊。l

計算每個三角形的外接圓圓心，并記錄之。l

根據(jù)每個離散點的相鄰三角形，連接這些相鄰三角形的外接圓圓心，即得到泰森多邊形。對于三角網(wǎng)邊緣的泰森多邊形，可作垂直平分線及圖廓相交，及圖廓一起構成泰森多邊形。11．圖論及GIS有什么關系？圖論中的“圖”并不是通常意義下的幾何圖形或物體的開關圖，而是一個以抽象的形式來表達確定的事物，以及事物之間是不足具備某種特定關系的數(shù)學系統(tǒng)。圖論描述的是空間不連續(xù)但時間上連續(xù)變化的現(xiàn)象，是對GIS的擴展。12．常用的網(wǎng)絡的分析有什么？對GIS應用有何價值？請舉幾個例子說明。常用的網(wǎng)絡的分析有：（1）路徑分析a.最短路徑分析

b.最小生成樹

c.最小費用最大流（2）網(wǎng)絡上的定位及分配模型的啟發(fā)式算法?？臻g網(wǎng)絡分析是GIS空間分析的重要組成部分。其用途很廣，如公交運營路線選擇與緊急救援行動路線的選擇等，及網(wǎng)絡最佳路徑選擇有關；當估計排水系統(tǒng)在暴雨期間是否溢流及河流是否泛濫時，需要進行網(wǎng)流量分析或負荷估計等等。13．GIS常用的空間分析模型有哪些？空間分析模型分為以下幾種類型：1、空間分布分析模型

用于研究地理對象的空間分布特征。主要包括：空間分布參數(shù)的描述，如分布密度與均值、分布中心、離散度等；空間分布檢驗，以確定分布類型；空間聚類分析，反映分布的多中心特征并確定這些中心；趨勢面分析，反映現(xiàn)象的空間分布趨勢；空間聚合及分解，反映空間對比及趨勢。2、空間關系分析模型

用于研究基于地理對象的位置與屬性特征的空間物體之間的關系。包括距離、方向、連通與拓撲等四種空間關系。其中，拓撲關系是研究得較多的關系；距離是內(nèi)容最豐富的一種關系；連通用于描述基于視線的空間物體之間的通視性；方向反映物體的方位。3、空間相關分析模型

用于研究物體位置與屬性集成下的關系，尤其是物體群(類)之間的關系。在這方面，目前研究得最多的是空間統(tǒng)計學范疇的問題。統(tǒng)計上的空間相關、覆蓋分析就是考慮物體類之間相關關系的分析。4、預測、評價及決策模型

用于研究地理對象的動態(tài)發(fā)展，根據(jù)過去與現(xiàn)在推斷未來，根據(jù)已知推測未知，運用科學知識與手段來估計地理對象的未來發(fā)展趨勢，并作出判斷及評價，形成決策方案，用以指導行動，以獲得盡可能好的實踐效果。14．DEM有哪幾種常用的生成方法,它的主要優(yōu)缺點是什么?規(guī)則格網(wǎng)模型(主要形式,如GRID)，等高線模型，不規(guī)則三角網(wǎng)模型(TIN)，層次模型(Pyramids,金字塔)（1）規(guī)則格網(wǎng)模型:優(yōu)點：規(guī)則格網(wǎng)的高程矩陣，可以很容易地用計算機進行處理，特別是柵格數(shù)據(jù)結構的地理信息系統(tǒng)。它還可以很容易地計算等高線、坡度坡向、山坡陰影與自動提取流域地形，使得它成為DEM最廣泛使用的格式.缺點：格網(wǎng)DEM的缺點是不能準確表示地形的結構與細部格網(wǎng)DEM的另一個缺點是數(shù)據(jù)量過大，給數(shù)據(jù)管理帶來了不方便，通常要進行壓縮存儲。（2）等高線模型:優(yōu)點：直觀，便于理解；缺點：只表示離散的數(shù)據(jù)，不能表示連續(xù)的數(shù)值。不便于坡度計算、地貌暈渲等。（3）不規(guī)則三角網(wǎng)模型(TIN)優(yōu)點：它既減少規(guī)則格網(wǎng)方法帶來的數(shù)據(jù)冗余，同時在計算（如坡度）效率方面又優(yōu)于純粹基于等高線的方法。缺點：1）在地形平坦的地方，存在大量的數(shù)據(jù)冗余；2）在不改變格網(wǎng)大小的情況下，難以表達復雜地形的突變現(xiàn)象；3）在某些計算，如通視問題，過分強調(diào)網(wǎng)格的軸方向。（4）層次模型:層次模型的存儲問題,層次的數(shù)據(jù)必然導致數(shù)據(jù)冗余;自動搜索的效率,例如搜索一個點可能先在最粗的層次上搜索，再在更細的層次上搜索，直到找到該點。15．地形分析有哪些主要內(nèi)容及其運算模型?坡度計算，坡向分析，曲面面積計算，地表粗糙度計算，高程及變異分析，谷脊特征分析，日照強度分析，淹沒邊界計算挖方與填方等。運算模型:坡度=arcos｛2Δx*Δy/｛[Δy(zi,j+1+zi,j-zi+1,j+1-zi+1,j)]2+[Δx(zi,j+zi+1,j-zi+1,j+1-zi,j+1)]2+4Δx2*Δy2｝1/2｝坡向θ=tan-1(Δx*A(j)/Δy*B(j))式中：A(j)=z(1,j+1)+z(2,j+1)-z(1,j)-z(2,j)B(j)=z(2,j)+z(2,j+1)-z(1,j)-z(1,j+1)曲面面積si,j=[{Δy2(zi,j+zi,j+1-zi+1,j-zi+1,j+1)2}/4+{Δx2(zi,j+1+zi+1,j+1-zi,j-zi+1,j)2}/4+Δx2Δy2]1/2地表粗糙度Ri,j=D=1/2?Ozi+1,j+1+zi,j-zi,j+1-zi+1,j?O高程及變異分析谷脊特征分析:根據(jù)（zi,j-1-zi,j）（zi,j+1-zi,j）＞0與（zi-1,j-zi,j）（zi+1,j-zi,j）＞0來判斷谷脊。日照強度分析：E=β*G*sinh(a*cost+b*sint+cosθ*sinh)或E=0E=0表示陰暗。G:太陽常數(shù)；h：太陽高度角；t：時角；a,b：坡面方程系數(shù)；θ：坡度。淹沒邊界計算：H1=H-1/2ΔxtgαH2=H+1/2Δxtgαzi,j=1當zi,j≤H2;zi,j=0當zi,j＞H216．GIS空間分析的準確度是怎樣評價的?根據(jù)數(shù)據(jù)的來源，數(shù)據(jù)的精度，所采集的數(shù)據(jù)是否全面，分析所用的算法，生成方法等來判斷準確度。17．空間分析的模型庫有什么作用？模型庫是在計算機中按一定的組織結構形式存儲多個模型的集合體，在模型庫管理系統(tǒng)下得到有效的管理。同地理數(shù)據(jù)庫及地理數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)相結合構成地理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)一樣，模型庫及模型庫管理系統(tǒng)相結合構成模型庫系統(tǒng)。數(shù)學模型的一般表示形式是方程式，它反映了模型中變量之間的關系、約束條件及其目標。在計算機中，模型是以程序形式表示的。模型庫是在計算機中按一定的組織結構形式存儲多個模型的集合體，在模型庫管理系統(tǒng)下得到有效的管理。同地理數(shù)據(jù)庫及地理數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)相結合構成地理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)一樣，模型庫及模型庫管理系統(tǒng)相結合構成模型庫系統(tǒng)。數(shù)學模型的一般表示形式是方程式，它反映了模型中變量之間的關系、約束條件及其目標。在計算機中，模型是以程序形式表示的。l

應用模型是聯(lián)系GIS應用系統(tǒng)及常規(guī)專業(yè)研究的紐帶。模型的建立雖然是數(shù)學或技術性的問題，但它必須以廣泛、深入的專業(yè)研究為基礎。l

應用模型是綜合利用GIS應用系統(tǒng)中大量數(shù)據(jù)的工具。系統(tǒng)中存儲有數(shù)量巨大、來源不同、形式不同的數(shù)據(jù)。它們的綜合分析處理與應用，主要是通過系統(tǒng)中模型的使用而實現(xiàn)的。l

應用模型是GIS應用系統(tǒng)解決各種實際問題的武器。由于應用模型是客觀世界中解決各種實際問題所依賴的規(guī)律或過程的抽象或模擬。因此能有效地幫助人們從各種因素之間找出其因果關系或者聯(lián)系，促進問題的解決。l

應用模型是GIS應用系統(tǒng)向更高技術水平發(fā)展的基礎。模型實際上集中與驗證了該應用領域中許多專家的經(jīng)驗與知識，無疑是一般GIS應用系統(tǒng)向?qū)＜蚁到y(tǒng)發(fā)展的基礎。

18．鄰近關系屬于什么空間關系？鄰近關系屬于拓撲空間關系。19．GIS中應有哪些空間關系？1、

拓撲空間關系

2、

順序空間關系：（方向空間關系）3、

度量空間關系，主要指實體間的距離關系，遠近。20．空間數(shù)據(jù)的插值算法有什么用途？請舉例說明有幾種方法？空間數(shù)據(jù)插值是用已知點的數(shù)值來估算其他點的數(shù)值的過程。在GIS應用中，空間插值主要用于柵格數(shù)據(jù)，估算出網(wǎng)格中每個單元的值。方法：全局方法與局部方法全局方法：趨勢面分析、回歸分析局部方法：泰森多邊形、密度估算、反距離權重插枝、薄板樣條函數(shù)法、克利金法21．DEM有什么用途？如何建立？數(shù)字高程模型有許多用途，其中最重要的一些用途是：（1）在國家數(shù)據(jù)庫中存儲數(shù)字地形圖的高程數(shù)據(jù)；（2）計算道理設計、其它民用與軍事工程中挖填土石方量；（3）為軍事目的（武器導向系統(tǒng)、駕駛訓練）的地表景觀設計及規(guī)劃（土地景觀構筑）等顯示地形的三維圖形；（4）越野通視情況分析（也是為了軍事與土地景觀規(guī)劃等目的）；（5）規(guī)劃道路線路、壩址選擇等；（6）不同地面的比較與統(tǒng)計分析；（7）計算坡度、坡向圖，用于地貌暈渲的坡度剖面圖。幫助地貌分析，估計侵蝕與徑流等；（8）顯示專題信息或?qū)⒌匦纹鸱鼣?shù)據(jù)及專題數(shù)據(jù)如土壤、土地利用、植被等進行組合分析；（9）提供土地景觀與景觀處理模型的影像模擬所需的數(shù)據(jù)；（10）用其它連續(xù)變化的特征代替高程后，DEM還可以表示如下方面：通行時間與費用、人口、直觀風景標志、污染狀況及地下水水位等。DEM有多種表示方法，通常所說的DEM指格網(wǎng)DEM與不規(guī)則三角網(wǎng)DEM，地形分析也基于此。建立：（1）格網(wǎng)DEM及其建立：格網(wǎng)DEM是DEM的最常用的形式，其數(shù)據(jù)的組織類似于圖像柵格數(shù)據(jù)，只是每個象元的值是高程值。即格網(wǎng)DEM是一種高程矩陣。其高程數(shù)據(jù)可直接由解析立體測圖儀獲取，也可由規(guī)則或不規(guī)則的離散數(shù)據(jù)內(nèi)插產(chǎn)生。離散點構格網(wǎng)DEM是在原始數(shù)據(jù)呈離散分布，或原有的格網(wǎng)DEM密度不夠時需使用的方法。其基本思路是：選擇一合理的數(shù)學模型，利用已知點上的信息求出函數(shù)的待定系數(shù)，然后求算規(guī)則格網(wǎng)點上的高程值。離散點構格網(wǎng)DEM所采用的是內(nèi)插算法，插值的方法很多，如按距離加權法、多項式內(nèi)插法、樣條函數(shù)內(nèi)插法、多面函數(shù)法等等。大量的實驗證明，由于實際地形的非平穩(wěn)性，不同的內(nèi)插方法對DEM的精度并無顯著影響，主要取決于原始采樣點的密度與分布。簡單而常用的為線性內(nèi)插法與雙線性多項式內(nèi)插法。線性內(nèi)插的數(shù)學模型為：

雙線性多項式內(nèi)插的數(shù)學模型為：

其中，x,y為平面坐標，Z為高程，a1、a2、a3、a4為待定系數(shù)。只要將及插值點距離最近的三個點(對線性內(nèi)插)或四個點(對雙線性多項式內(nèi)插)的坐標值與高程值代入方程，即可解出全部系數(shù)，然后用插值點的坐標帶入方程，即可計算出該點的高程值。(2)不規(guī)則三角網(wǎng)DEM(TIN)及其建立：規(guī)則三角網(wǎng)DEM直接利用原始采樣點進行地形表面的重建，由連續(xù)的相互聯(lián)接的三角面組成，三角面的形狀與大小取決于不規(guī)則分布的觀測點的密度與位置。所謂建立不規(guī)則三角網(wǎng)DEM，就是由離散數(shù)據(jù)點構建三角網(wǎng)，如圖，即確定哪三個數(shù)據(jù)點構成一個三角形，也稱為自動聯(lián)接三角網(wǎng)。即對于平面上n個離散點，其平面坐標為(xi，yi)，i＝1，2，…，n，將其中相近的三點構成最佳三角形，使每個離散點都成為三角形的頂點。自動聯(lián)接三角網(wǎng)的結果為所有三角形的三個頂點的標號，如：1，2，8；2，8，3；3，8，7(見圖6)。為了獲得最佳三角形，在構三角網(wǎng)時，應盡可能使三角形的三內(nèi)角均成銳角。其基本依據(jù)是三角形余弦定理。22．DEM的誤差存在什么不當之處?應如何改進?DEM的精度主要受原始數(shù)據(jù)的采集誤差(采樣密度、測量誤差、地形類別、控制點等)與高程內(nèi)插誤差(內(nèi)插方法、地形類型、原始數(shù)據(jù)的密度等)的影響。數(shù)據(jù)采集誤差來自原始資料誤差、采點設備誤差、人為誤差、坐標轉(zhuǎn)換誤差等。另一誤差存在于高程內(nèi)插過程中，因為不管采用哪種內(nèi)插算法，內(nèi)插點的計算高程及實際量測高程之間總存在差值。高程內(nèi)插的誤差一方面與選用的數(shù)學方法（內(nèi)插算法）有關，另一方面與采點的方式有關。DEM的高程精度及采點方式密切相關，不同的采點方式對高程內(nèi)插有不同的作用，一般來說，沿等高線采集稀疏高程點（或