空間分析習(xí)題 桂林理工

綜合習(xí)題1、簡(jiǎn)述空間分析的概念及其研究的目標(biāo)。概念：空間分析是集空間數(shù)據(jù)分析和空間模擬于一體的技術(shù)方法，通過(guò)地理計(jì)算和空間表達(dá)挖掘潛在空間信息，以解決實(shí)際問(wèn)題。本質(zhì)特征包括：（1）探測(cè)空間數(shù)據(jù)中的模式；（2）研究空間數(shù)據(jù)間的關(guān)系并建立相應(yīng)的空間數(shù)據(jù)模型；（3）提高適合于所有觀察模式處理過(guò)程的理解；（4）改進(jìn)發(fā)生地理空間事件的預(yù)測(cè)能力和控制能力。目標(biāo)：根本目標(biāo)是建立有效的空間數(shù)據(jù)模型來(lái)表達(dá)地理實(shí)體的時(shí)空特性，發(fā)展面向應(yīng)用的時(shí)空分析模擬方法，以數(shù)字化方式動(dòng)態(tài)地、全局地描述地理實(shí)體和地理現(xiàn)象的空間分布關(guān)系，從而反映地理實(shí)體的內(nèi)在規(guī)律和變化趨勢(shì)。①認(rèn)知。有效獲取空間數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行科學(xué)的組織描述，利用數(shù)據(jù)再現(xiàn)事物本身。②解釋。理解和解釋地理空間數(shù)據(jù)的背景過(guò)程，認(rèn)識(shí)事件的本質(zhì)規(guī)律③預(yù)報(bào)。在了解、掌握事件發(fā)生現(xiàn)狀與規(guī)律的前提下，運(yùn)用有關(guān)預(yù)測(cè)模型對(duì)未來(lái)的狀況做出預(yù)測(cè)④調(diào)控。對(duì)地理空間發(fā)生的事件進(jìn)行調(diào)控。2、對(duì)比分析高斯平面直角坐標(biāo)系與UTM坐標(biāo)系的特點(diǎn)。高斯-克呂格投影與UTM投影都是按分帶方法各自進(jìn)行投影，各帶坐標(biāo)成獨(dú)立系統(tǒng)；2以中央經(jīng)線投影為縱軸X,赤道投影為橫軸Y,兩軸交點(diǎn)即為各帶的坐標(biāo)原點(diǎn)。為了避免橫坐標(biāo)出現(xiàn)負(fù)值，投影中都規(guī)定將坐標(biāo)縱軸西移500公里當(dāng)作起始軸，而UTM南半球投影除了將縱軸西移500公里外，橫軸南移10000公里。每一個(gè)投影帶的坐標(biāo)都是對(duì)本帶坐標(biāo)原點(diǎn)的相對(duì)值，為了區(qū)別某一坐標(biāo)系統(tǒng)屬于哪一帶，通常在橫軸坐標(biāo)前加上帶號(hào)。高斯－克呂格投影在低緯度和中緯度地區(qū)投影誤差較大，UTM投影把中央子午線的長(zhǎng)度比縮小至0.9996，并使投影后兩割線上無(wú)變形。3、簡(jiǎn)述地圖投影選擇的一般原則。GIS所采用的投影系統(tǒng)應(yīng)與本國(guó)的基本地圖系列所采用的投影系統(tǒng)一致；各比例尺GIS中的投影系統(tǒng)應(yīng)與相應(yīng)比例尺主要信息源地圖的投影一致；各地區(qū)的GIS投影系統(tǒng)應(yīng)與該地區(qū)所使用的投影系統(tǒng)一致；4、分別闡述幾何數(shù)據(jù)的量測(cè)尺度和屬性數(shù)據(jù)的量測(cè)尺度。幾何主要是比例尺，含義是指系統(tǒng)所用空間數(shù)據(jù)的精度和詳細(xì)程度，系統(tǒng)中空間數(shù)據(jù)的精度高、要素選取多、數(shù)據(jù)詳細(xì)而全面就說(shuō)明空間數(shù)據(jù)的比例尺大；相反，則說(shuō)明空間數(shù)據(jù)的比例尺小，其對(duì)空間量測(cè)結(jié)果有很大影響。一定比例尺的空間數(shù)據(jù)決定了空間數(shù)據(jù)的密度、空間坐標(biāo)的精確有效位和相應(yīng)影像數(shù)據(jù)的空間分辨率，也表達(dá)了空間目標(biāo)的抽象程度，不同的比例尺可以改變空間目標(biāo)的維數(shù)表達(dá)。屬性屬性數(shù)據(jù)是指與空間位置無(wú)直接關(guān)系的特征數(shù)據(jù)，通?？蓪⑵浞譃槎ㄐ院投?jī)煞N形式。屬性數(shù)據(jù)的量測(cè)尺度或標(biāo)準(zhǔn)與幾何數(shù)據(jù)不同，由粗略至詳細(xì)大致可分為命名量、次序量、間隔量及比率量等四個(gè)層次。5、闡述基本幾何參數(shù)的量測(cè)涉及的內(nèi)容?；編缀螀?shù)量測(cè)包括對(duì)點(diǎn)、線、面空間目標(biāo)的位置、中心、重心、長(zhǎng)度、面積、體積和曲率等的量測(cè)與計(jì)算。6、某多邊形A可以由6個(gè)邊界點(diǎn)描述，6個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)分別為（2，3）、（3，6），（4，7），（5,6）、（6,4）和（3,2）,試求A的面積。117、簡(jiǎn)述點(diǎn)模式空間分布的描述參數(shù)。點(diǎn)模式的空間分布是一種比較常見(jiàn)的狀態(tài),如不同區(qū)域內(nèi)的人口、房屋、城市分布,油田區(qū)的油井分布等。通常,點(diǎn)模式的描述參數(shù)有分布密度、分布中心、分布軸線、離散度等。8、闡述地理空間表達(dá)的形式?？臻g表達(dá)的內(nèi)容和形式主要包括空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、空間參考系統(tǒng)、時(shí)空尺度與比例尺以及圖形表達(dá)等四個(gè)方面。9、闡述空間數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換方法。矢量數(shù)據(jù)向柵格數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換柵格數(shù)據(jù)向矢量數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換10、舉例說(shuō)明如何實(shí)現(xiàn)GIS中空間數(shù)據(jù)的多尺度表達(dá)。空間數(shù)據(jù)的多尺度（多重）表達(dá)是指隨著在計(jì)算機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)、分析和描述的地理實(shí)體的分辨率（尺度）的不同,所產(chǎn)生的同一地理實(shí)體在幾何、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和屬性方面的不同數(shù)字表達(dá)形式。多尺度表達(dá)要求GIS數(shù)據(jù)庫(kù)中包含多種詳細(xì)程度的空間數(shù)據(jù),能夠在不同等級(jí)表示地理實(shí)體,把多尺度信息動(dòng)態(tài)連接起來(lái),構(gòu)建不同尺度之間的相關(guān)和互動(dòng)機(jī)制,允許在可變尺度上表示、分析和處理空間數(shù)據(jù)，進(jìn)而開(kāi)展有效的綜合分析和輔助決策。目前GIS數(shù)據(jù)庫(kù)為了滿足人們利用空間數(shù)據(jù)集的不同需求,通常在系統(tǒng)中存放多種來(lái)源、版本、空間分辨率（比例尺）和詳細(xì)程度的空間數(shù)據(jù),同一空間實(shí)體的多種表示共存于同一數(shù)據(jù)庫(kù)中,形成多比例尺的異構(gòu)空間數(shù)據(jù)庫(kù)。空間數(shù)據(jù)中多尺度特征包括空間多尺度和時(shí)間多尺度兩個(gè)方面?？臻g多尺度是指空間范圍大小或地球系統(tǒng)中各部分規(guī)模的大小,可分為不同的層次；時(shí)間多尺度指的是地學(xué)過(guò)程或地理特征有一定的自然節(jié)律性,其時(shí)間周期長(zhǎng)短不一?？臻g多尺度特征表現(xiàn)在數(shù)據(jù)綜合上,數(shù)據(jù)綜合類(lèi)似于數(shù)據(jù)抽象或制圖概括,是指數(shù)據(jù)根據(jù)其表達(dá)內(nèi)容的規(guī)律性、相關(guān)性和數(shù)據(jù)自身規(guī)則,可以由相同的數(shù)據(jù)源形成再現(xiàn)不同尺度規(guī)律的數(shù)據(jù),它包括空間特征和屬性的相應(yīng)變化。

11、簡(jiǎn)述尺度變化的主要方法空間數(shù)據(jù)自動(dòng)綜合小波變換LOD技術(shù)12、簡(jiǎn)述鄰近度分析和疊加分析的基本原理及主要內(nèi)容。鄰近度是定性描述空間目標(biāo)距離關(guān)系的重要物理量之一，表示地理空間中兩個(gè)目標(biāo)地物距離相近的程度，以距離關(guān)系為分析基礎(chǔ)。目前比較成熟的分析方法有緩沖區(qū)分析、泰森多邊形分析等。緩沖區(qū)分析則是對(duì)一組或一類(lèi)地物按緩沖的距離條件，建立緩沖區(qū)多邊形，然后將這一圖層與需要進(jìn)行緩沖區(qū)分析的圖層進(jìn)行疊加分析，得到所需結(jié)果的一種空間分析方法。泰森多邊形是一種由點(diǎn)內(nèi)插生成面的方法。根據(jù)有限的采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)生成多個(gè)面區(qū)域，每個(gè)區(qū)域內(nèi)只包含一個(gè)采樣點(diǎn)，且各個(gè)面區(qū)域到其內(nèi)采樣點(diǎn)的距離小于任何到其他采樣點(diǎn)的距離，那么該區(qū)域內(nèi)其他未知點(diǎn)的最佳值就由該區(qū)域內(nèi)的采樣點(diǎn)決定。疊加分析是指將同一地區(qū)、同一比例尺、同一數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，不同信息表達(dá)的兩組或多組專(zhuān)題要素的圖形或數(shù)據(jù)文件進(jìn)行疊加，根據(jù)各類(lèi)要素與多邊形邊界的交點(diǎn)或多邊形屬性建立具有多重屬性組合的新圖層，揭示各種現(xiàn)象要素的內(nèi)在聯(lián)系及其發(fā)展規(guī)律的一種空間分析方法。矢量數(shù)據(jù)圖形要素的疊加處理按要素類(lèi)型可分為點(diǎn)與多邊形的疊加、線與多邊形的疊加、多邊形與多邊形的疊加三種。通過(guò)計(jì)算點(diǎn)與多邊形線段的相對(duì)位置，來(lái)判斷這個(gè)點(diǎn)是否在多邊形內(nèi)，從而確定是否進(jìn)行屬性信息的疊加。比較線上坐標(biāo)與多邊形的坐標(biāo)，判斷線段是否落在多邊形內(nèi)。進(jìn)行幾何求交，原始多邊形圖層要素被切割成新的弧段，然后根據(jù)切割后的弧段要素重建拓?fù)潢P(guān)系，生成新的多邊形圖層，并綜合原來(lái)兩個(gè)疊加圖層的屬性信息?？臻g要素屬性疊加可分為代數(shù)疊加與邏輯疊加。邏輯疊加運(yùn)算，即布爾邏輯運(yùn)算中的包含、交、并、差等。13、簡(jiǎn)述網(wǎng)絡(luò)分析的基本概念。網(wǎng)絡(luò)分析是通過(guò)研究網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)以及模擬和分析資源在網(wǎng)絡(luò)上的流動(dòng)和分配情況，對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及其資源等的優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行研究的一種空間分析方法。14、如下圖所示的賦權(quán)有向圖，試用Dijkstra算法計(jì)算從頂點(diǎn)V］到其它頂點(diǎn)的最短路徑及相應(yīng)的路程。見(jiàn)課本15、如下圖所示的賦權(quán)有向圖，試用Floyd算法求任意頂點(diǎn)對(duì)之間的最短路徑極其路程。4316、簡(jiǎn)述空間自相關(guān)的理論及分析方法。在空間統(tǒng)計(jì)分析中，通過(guò)相關(guān)分析可以檢測(cè)兩種現(xiàn)象（統(tǒng)計(jì)量）的變化是否存在相關(guān)性，若所分析的統(tǒng)計(jì)量為不同觀察對(duì)象的同一屬性變量，則稱(chēng)之為自相關(guān)。而空間自相關(guān)反映的是一個(gè)區(qū)域單元上的某種地理現(xiàn)象或某一屬性值與鄰近區(qū)域單元上同一現(xiàn)象或?qū)傩灾档南嚓P(guān)程度，它是一種檢測(cè)與量化從多個(gè)標(biāo)定點(diǎn)中取樣值變異的空間依賴性的空間統(tǒng)計(jì)方法。方法按功能大致分為兩類(lèi)：全域型自相關(guān)和區(qū)域型自相關(guān)。全域型自相關(guān)的功能在于描述某現(xiàn)象的整體分布狀況，判斷此現(xiàn)象在空間是否有聚集特性存在，但其并不能確切地指出聚集在哪些地區(qū)；區(qū)域型自相關(guān)能夠推算出聚集地的范圍，計(jì)算空間自相關(guān)的方法有多種，最為常用的是Moran'sI、Geary'sC、Getis、Joincount以及空間自相關(guān)系數(shù)圖等。17、對(duì)比分析克里格（Kriging）插值法和IDW插值法的特點(diǎn)。克立格（Kriging）插值法建立在半變異函數(shù)理論上，是對(duì)有限區(qū)域內(nèi)的區(qū)域化變量取值進(jìn)行無(wú)偏最優(yōu)估計(jì)的一種方法。考慮了待預(yù)測(cè)點(diǎn)與鄰近樣點(diǎn)數(shù)據(jù)的空間距離關(guān)系，還考慮了各參與預(yù)測(cè)的樣點(diǎn)之間的位置關(guān)系?？肆⒏穹ㄅc其他確定性插值法一樣，都是從預(yù)測(cè)點(diǎn)周?chē)挠^測(cè)值中生成權(quán)系數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)；但克立格法中觀測(cè)點(diǎn)的權(quán)系數(shù)更為復(fù)雜，是通過(guò)計(jì)算反映數(shù)據(jù)空間結(jié)構(gòu)的半變異圖得到的。反距離加權(quán)（IDW）插值法是基于相近相似原理，即兩個(gè)物體離得越近，它們的性質(zhì)就越相似，反之，離得越遠(yuǎn)則相似性越小。反距離加權(quán)法使用預(yù)測(cè)區(qū)域內(nèi)已知的樣點(diǎn)值來(lái)預(yù)測(cè)區(qū)域內(nèi)除樣點(diǎn)外的任何位置的值。使用反距離加權(quán)插值法創(chuàng)建表面取決于參數(shù)p的選擇和搜索相鄰區(qū)域過(guò)程中所使用的方法。反距離加權(quán)法被插值的表面內(nèi)的最大值和最小值只會(huì)出現(xiàn)在采樣點(diǎn)處，輸出的表面容易受離群點(diǎn)（樣點(diǎn)值過(guò)大或過(guò)小的點(diǎn)）和樣點(diǎn)之間過(guò)分聚集的影響。18、簡(jiǎn)述探索性空間數(shù)據(jù)分析的數(shù)學(xué)方法。直方圖直方圖是一種適用于對(duì)大量樣點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理加工，找出其統(tǒng)計(jì)規(guī)律，即分析數(shù)據(jù)分布的形態(tài)，以便對(duì)其總體分布特征進(jìn)行推斷的方法。Q-Q概率圖Q-Q概率圖是根據(jù)變量分布的分位數(shù)對(duì)所指定的理論分布分位數(shù)繪制的圖形，它是一種用來(lái)檢驗(yàn)樣點(diǎn)數(shù)據(jù)分布的統(tǒng)計(jì)圖。趨勢(shì)分析樣點(diǎn)的位置可以在X、Y平面上來(lái)表示，對(duì)于感興趣的屬性值，則可通過(guò)垂直方向上的Z軸來(lái)表示，構(gòu)成三維視圖。半變異/協(xié)方差函數(shù)云圖半變異/協(xié)方差函數(shù)表示的是數(shù)據(jù)集中所有樣點(diǎn)對(duì)的理論半變異值和協(xié)方差，把它們用兩點(diǎn)間距離函數(shù)來(lái)表示，并以此函數(shù)作圖。正交協(xié)方差函數(shù)云圖正交協(xié)方差函數(shù)表示的是兩個(gè)數(shù)據(jù)集中所有樣點(diǎn)對(duì)的理論正交協(xié)方差，把它們用兩點(diǎn)間距離的函數(shù)來(lái)表示，并以此函數(shù)作圖。19、簡(jiǎn)述三維GIS數(shù)據(jù)模型的主要類(lèi)型。三維GIS數(shù)據(jù)模型可分為基于體模型、基于面模型和混合模型三大類(lèi)。體模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)側(cè)重于三維空間體的表達(dá)，適于空間操作和分析，但存儲(chǔ)空間較大，計(jì)算速度較慢；面模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)側(cè)重三維空間表面的表達(dá)，通過(guò)表面描述實(shí)現(xiàn)三維空間目標(biāo)表示，便于顯示和數(shù)據(jù)更新，不足之處是空間分析難以進(jìn)行；混合模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是將兩種或兩種以上的數(shù)據(jù)模型加以綜合，形成一種具有一體化結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)模型。20、簡(jiǎn)述DEM的主要表示模型及其特點(diǎn)。不規(guī)則三角網(wǎng)（TIN）和規(guī)則格網(wǎng)（Grid）是模擬地形表面常用的兩種方法。Grid模型用一組大小相同格網(wǎng)描述地形表面，適用于地形較為平坦的地區(qū)。同TIN模型相比，Grid模型具有較小的存儲(chǔ)量和簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，便于存儲(chǔ)和管理。格網(wǎng)DEM的數(shù)據(jù)組織類(lèi)似于圖像柵格數(shù)據(jù)，每個(gè)像元的值為屬性值，即格網(wǎng)DEM是一種高程矩陣，高程數(shù)據(jù)一般由規(guī)則或不規(guī)則的離散數(shù)據(jù)內(nèi)插產(chǎn)生。格網(wǎng)DEM數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于管理，有利于地形分析，便于繪制立體圖。主要缺點(diǎn)是格網(wǎng)點(diǎn)高程的內(nèi)插會(huì)損失精度；格網(wǎng)過(guò)大會(huì)損失地形的關(guān)鍵特征；如不改變格網(wǎng)的大小，不能適用于起伏程度不同的地區(qū)