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地理信息系统试卷b答案


河南大学环境与规划学院 2006~2007 学年第 1 学期期末
地理信息系统 试卷 B 卷答案
一 、判断题(每小题 1 分,共 10 分)
1.与 MIS 相比,GIS 主要增添了图形编辑功能。 ( × ) 2. 由于 GIS 与 CAD 所处理的对象的规则程度不同,因此二者很难交换数据。 ( × ) 3. 当地物范围确定时,栅格单元越大,则它所表达的地物的地理信息越详细。 ( × ) 4. 只有明确的拓扑关系,GIS 才能处理各种空间关系,完成空间分析。 ( × ) 5. 空间数据的格式转换分为两大类, 一类是从适量格式转化成栅格格式, 另一类 是从栅格格式转化为矢量格式。 ( × ) 6. 系统聚类分析的主要依据是把相似的样本归为一类把差异大的样本区分开来。 ( × ) 主成分分析: 通过数理统计分析, 求得各要素间线性关系的实质上有意义的表达式, 系统聚类分析:根据多种地学要素对地理实体进行划分类别的方法。 层次分析:将人的思维层次化,数量化,用数学方法提供定量依据。 判别分析:预先确定等级 7. 栅格数据编码方法有链式编码、四叉树编码、块式编码和游程长度编码等。 ( √ ) 8. 对于不规则的离散高程数据采样点,可以用不规则三角网的方法生成 DEM。 ( √ ) 9. 矢量形式绘图以设置像素颜色或灰度值为基本指令。 (× ) 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 、填空题(每空 1 分,共 10 分)
1、实体的空间特征可以用空间维数来衡量,不同的实体对应的维数是:点为 0 维; 面为 2 维。 2、作为信息系统,GIS 由四个基本要素组成,它们分别是 软硬件 、 应用模型 、 数据 和 应用人员 。 3、在双元数据模型中,图形数据与属性数据是通过 ID 联系起来的。 4、所谓的拓扑关系是指实体之间的 包含 、 邻接 和 关联关系 。

三 、选择题(每小题 1 分,共 10 分)
1、获取栅格数据的方法有: (C ) A.手扶跟踪数字化法 B.屏幕鼠标跟踪数字化法 C.扫描数字化法 D.人工读取坐标法 2、矢量结构的特点是: (D )

A. 定位明显、属性隐含 B.定位明显、属性明显 C.定位隐含、属性明显 D.定位隐含、属性隐含 3、在 GIS 中组织属性数据,应用较多的数据库模型是: ( A) A.关系模型 B.层次模型 C.网状模型 D.混合模型 4 、地理数据一般具有的三个基本特征是: ( A) A.空间特征、属性特征和时间特征 B.空间特征、地理特征和时间特征 C 地理特征、属性特征和时间特征 D.空间特征、属性特征和拓扑特征 5、湖泊和河流周围保护区的定界可采用: ( D) A. 空间聚类 B.统计分析 C.叠置分析 D.缓冲区分析 包含分析 网络分析 6、 GIS 进入推广应用阶段是 20 世纪: (D ) A.60 年代 B.70 年代 C.80 年代 D.90 年代 7、属性数据编码内容包括: (B ) A. 登录部分、分类部分和控制部分 B. 登录部分、分类部分和配置部分 C. 数字化部分、分类部分和控制部分 D. 数字化部分、数据处理部分和数据分析部分 8、栅格结构与矢量结构相比较: (D ) A.数据结构复杂,冗余度小 B.数据结构复杂,冗余度大 C.数据结构简单,冗余度小 D.数据结构简单,冗余度大 9、以下选项中不属于空间数据编辑与处理过程的是 ( D) A.数据格式转换; B.投影转换; C.图幅拼接; D.数据分发 10、以下选项中不属于WebGIS 软件产品的是 ( D) A.Mapinfo ProServer; B.GeoMedia; C.ArcIMS;MapGuide ModelServer D.ArcGISDesktop

四 、名词解释(每个名词 4 分,共 20 分)
1、 地理信息系统 地理信息系统(Geographical Information Systems或 Geo-Information systems,GISs)有 时又称为“地学信息系统”或“资源与环境信息系统” 。它是一种特定的十分重要的空间信息 系统。地理信息系统是在相关学科的支持下,对整个或部分地球表层(包括大气层)空间中的 有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统;是一门挖掘 多种空间和动态的地理信息、模拟地理现象与过程,为人们认知、管理和充分利用地理空间信 息资源的系统理论与方法的交叉科学。 2、 元数据 元数据关于数据变化的描述,即关于数据的数据;目的一是促进数据集的高效利用,二是 为计算机辅助软件工程(CASE)服务。 3、 空间拓扑关系 空间拓扑关系是描述任意两个点、线、面空间实体(点、线、多边形)邻接、关联和包含 关系的方式。 4、缓冲区分析 是对空间特征进行度量的一种重要方法。根据空间数据库中的点、线、面或规划目标,在

其周围建立一定宽度范围的多边形。 缓冲区分析是基于空间目标拓扑关系的距离分析, 其基本 思想是给定一个空间对象或集合,确定它们的邻域,邻域的大小由邻域半径R(缓冲距离或缓 冲区宽度)决定。 多边形叠置分析 (1)概念 多边形叠置分析也称为 polygon-on-polygon,它是指就同一地区、同一比例尺的两 组或多组多边形数据文件进行叠置。 5、数字地形模型 数字地形模型(Digital Terrain Model,DTM)是在空间数据库中存储并管理的空间地形数据 集合的统称。是带有空间位置特征和地形属性特征的数字描述。

五 、问答题(共 30 分)
1、 ARC/INFO 软件良好地建立了点、 线、面之间的拓扑关系,按下图填写 ARC/INFO 弧 段拓扑表。 (7 分)

Arc_id

From_node

To_node

Left_polygon

Right_polygon

答:

Arc_id

From_node

To_node

Left_polygon

Right_polygon

A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10

N1 N5 N3 N4 N2 N5 N4 N7 N7 N5

N2 N1 N3 N2 N6 N4 N6 N6 N1 N7

P5 P1 P3 P2 P5 P2 P4 P6 P5 P6

P2 P2 P2 P4 P4 P6 P6 P5 P1 P1

2、数字高程数据通常有几种形式?如何获取和存储这些数据?(8 分) 答:数字高程数据通常可表示成:规则格网,等高线,不规则三角网(TIN)。 (1)规则格网,通常是正方形,也可以是矩形,三角形等规则网格。规则网格将区域空 间切分为规则的格网单元,每个格网单元对应一个数值。数学上可以表示为矩阵,在计算机实 现中则是一个2维数组。对于每个格网的数值有两种不同的解释,1:格网栅格观点,认为格网 单元的数值是其中所有点的高程值,即格网单元对应的地面面积内高程是均一的高度。2:点 栅格观点, 认为网格单元的数值是网格中心点的高程或该网格单元的平均高程值。 计算任何不 是网格中心的数据点的高程值,使用周围4点的高程值,采用距离加权平均方法进行计算,也 可以使用样条函数和克里金插值方法。 规则格网的高程矩阵可以容易的用计算机进行处理, 还可以计算等高线, 坡度坡向, 山坡阴影和自动提取流域地形,使得它成为DEM最广泛使用的格式。 (2)等高线模型表示高程,高程值的集合是已知的,每一条等高线对应一个已知的高程 值, 等高线通常被存为一个有序的坐标点对序列, 可以认为是一条带有高程值属性的简单多边 形或多边形弧段。 由于等高线模型只表达了区域的部分高程值, 往往需要一种插值方法来计算 落在等高线外的其他点的高程,又因为这些点是落在两条等高线包围的区域内,所以,通常只 使用外包的两条等高线的高程进行插值。等高线可以用2维的链表来存储。另外一种是用图来 表示等高线的拓扑关系,将等高线之间的区域表示成图的节点,用边表示等高线本身。 (3)不规则三角网比起上面的两种方法,它既减少了规则格网带来的数据冗余,同时在 计算(坡度)效率方面又优于纯粹基于等高线的方法。

TIN的数据存储方式比格网DEM复杂,它不仅要存储每个点的高程,还要存储其平面 坐标,节点连接的拓扑关系,三角形及邻接三角形等关系。有多种表达TIN拓扑结构的存储方 式,一个简单的记录方式是:对于每一个三角形,边和节点都对应一个记录,三角形的记录包 括三个指向它三个边的记录的指针;边的记录有4个指针字段,包括两个指向相邻三角形记录 的指针和他的两个顶点的记录的指针;也可以直接对每个三角形记录其顶点和相邻三角形。 3、地理信息系统中空间数据库组织有几种模式?各有什么特点?(8 分) 主要有以下四种模式: (1) 混合结构模型。 它的基本思想是用两个子系统分别存储和检索空间数据与属性数据, 其中属性数据存储在常规的RDBMS中,几何数据存储在空间数据管理系统中,两个子系统之 间使用一种标识符联系起来。 特点:存储和检索数据比较有效、可靠,查询操作难以优化, 数据完整性的约束条件有可能遭破坏。 (2)扩展结构模型。扩展结构模型采用同一DBMS存储 空间数据和属性数据。 其做法是在标准的关系数据库上增加空间数据管理层, 即利用该层将地 理结构查询语言(GeoSQL)转化成标准的SQL查询,借助索引数据的辅助关系实施空间索引操 作。 这种模型的优点是省去了空间数据库和属性数据库之间的繁琐联结, 空间数据存取速度较 快,特点:在效率上总是低于DBMS中所用的直接操作过程,且查询过程复杂。 (3)统一模数 据型。这种综合数据模型不是基于标准的RDBMS,而是在开放型DBMS基础上扩充空间数据 表达功能。 特点: 空间扩展完全包含在DBMS中, 用户可以使用自己的基本抽象数据类型(ADT) 来扩充DBMS。在核心DBMS中进行数据类型的直接操作很方便、有效,并且用户还可以开发 自己的空间存取算法。该模型的缺点是,用户必须在DBMS环境中实施自己的数据类型,对有 些应用将相当复杂。 (4)面向对象的数据模型。面向对象的数据模型为用户提供了自然的丰富 的数据语义, 从概念上将人们对GIS的理解提高到了一个新的高度。 同时它又巧妙地容纳了GIS 中拓扑数据结构的思想,能有效地表达空间数据的拓扑关系。另一方面,面向对象数据模型在 表达和处理属性数据时,又具有许多独特的优越性。因而,完全有可能采用面向对象的数据模 型和面向对象的数据库管理系统,同时表达和管理图形和属性数据,结束目前许多GIS软件将 它们分开处理的历史。 4. 下图给出了8×8栅格数据, 请按线性四叉树对该数据进行编码, 并给出编码结果。 (7分)
3 3 3 3 3 3 3 4 3 3 3 3 3 3 4 4 3 3 3 3 3 4 4 4 3 2 2 3 3 4 4 4 2 2 2 3 4 4 4 1 2 2 2 2 2 2 2 1 2 2 2 2 2 2 1 1 2 2 2 2 1 1 1 1

答:

4 0 (3) (3) 6 (3) 12 8 (3) (3) 14 (3) 36 32 (3) (3) 38 (4) 40 (3) 42 (4) 41 (4) 43 (4) 44 (4)

5 (3) 7 (2) 13 (2) 15 (3) 37 (3) 39 (4) 24 (2) 25 (3) 48 (4) 50 (4) 56 (4) 58 (1) 26 (2) 27 (2) 49 (2) 51 (2) 57 (2) 59 (1) 60 (1) 52 (2) 54 (2) 53 (1) 55 (1) 28 (2) 16 (2) 20 (2)

六 、分析应用题(20 分)

设有某种作物的生长条件是: (1)阳坡; (2)地面坡度在 15-30 度之间的坡地; (3)酸 性土壤。试问如何利用 GIS 的空间分析方法来计算在某流域交通线两旁 300 米范围内的适种 区面积?给定资料条件: (1)土壤野外离散采样点数据(记录土壤酸碱度值) ; (2)1:1 万比 例尺地形图。 要求: (1)详细说明其中的核心技术; (2)利用某一 GIS 软件的功能,进一步说明利用 其实施的具体方法。 (1)核心技术:缓冲区分析,空间信息查询,空间叠置分析 A:缓冲区分析是对空间特征进行度量的一种重要方法。他实际上是邻近度分析,所谓缓 冲区是根据空间数据库中的点,线,面实体或规划目标,在其周围建立的一定宽度范围的多边 形。 从原理上, 点缓冲区就是以点为圆心, 按给定缓冲距为半径生成的圆; 线是一系列点构成, 它的缓冲区实际就是任一端点生成的缓冲区沿该线滚动所形成的轨迹; 面缓冲区是沿其边缘建 立的,但面缓冲区有内外缓冲之分。题中属于线缓冲区,缓冲距为300米。 B:空间信息查询,主要有基于空间关系和属性特征的查询,需要用SQL查询和空间关系结

合起来,形成空间查询语言,题中,我们用arcview的Analysis中map calculate来查找ph<7的酸 性土壤。 C:空间叠置分析(Overlay Analysis) :就是把同一地区,同一投影,同一比例尺的两个 或两个以上的图层重叠在一起,产生新的空间图形或空间位置上新的属性,因此,重叠后产生 的新的图形属性就是原叠置相应位置处的图形对应属性的函数,可用下述关系表达: U=f(A , B , C ……) 式中A,B,C ……表示原叠置层图形的属性,f函数取决于各层上的属性与用户之间的关 系,叠置分析主要包括矢量叠置分析和栅格叠置分析。题中为栅格叠置分析,它比矢量叠置分 析简单, 它可以对具有相同空间关系, 相同栅格单元大小的多层栅格数据进行数学, 逻辑运算, 以揭示某种空间现象或空间过程。本题最后求交集运算,即为栅格叠置分析。 (2)可以利用Arcview来完成题中所要求的结果。 1.打开DEM数据、土壤野外离散采样点数据,并将采样点数据转换成栅格数据【Theme】 下Convert to Grid; 2.条件1:新建一个流域交通线的线层,对之作缓冲区分析:Create Buffer,缓冲距是300 米; 3.条件2:提取坡度在15-30度的区域: 【Analysis】 【Map Qurey】,运用公式(30> [Slope of dem] > 15),点击Evaluate,得15<slope<30; 4.条件3:对土壤栅格数据提取ph<7的酸性地区: 【Analysis】 【Map Qurey】 , 根据栅 格图上显示:运用公式( [ph] <7asGrid),得sxtr(酸性土壤): 5. 条件4: 对dem作 hillshade, 再作查询: 【Analysis】 【Map Qurey】 , hillshade of dem>180 6.把前面几步得到的theme作map calculate,得出交集,即为符合所有条件的最后结果。


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