地理信息系统习题

地理信息系统作业1 1：你是如何理解地理信息系统概念的？ 答：地理信息系统简称GIS，有时又简称“地学信息系统”或“资源与环境信息系统”。它是在计算机软硬件系统支持下，对现实世界（资源与环境）的研究和变迁的各类空间数据及描述这些空间数据特征的属性进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。 2：地理信息系统的构成、功能是什么？ 答：（1）构成：地理信息系统由计算机系统、用户、空间数据和属性数据三项构成，其中计算机系统又包括硬件系统和软件系统，硬件系统又包含一般硬件系统和GIS硬件系统，软件系统又包含操作系统和GIS软件系统。 （2）功能：①数据采集功能；②数据编辑与更新功能；③数据存储、组织与管理功能；④空间查询与空间分析功能；⑤数据显示与输出功能。 GIS作业2 1、地理空间实体的三要素是什么？它们之间的关系是怎样的？ 三要素：点、线、面 2、空间数据的基本特征是什么？地理信息的数字化描述方法有哪些？ 基本特征： （1）属性特征：描述空间对象的特性，即是什么，如对象的类别、等级、名称、数量等； （2）空间特征：描述空间对象的地理位置以及相互关系，又称几何特征和拓扑特征，前者用经纬度、坐标表示，后者如交通学院与电力学院相邻等； （3）时间特征：描述空间对象随时间的变化。 描述方法： （1）绝对关系: 坐标、角度、方位、距离等； （2）相对关系：相邻、包含、关联。 3、空间实体可抽象为哪几种类型？它们在矢量数据结构和栅格数据结构分别是如何表示的？ 可抽象为点、线、面三种基本类型。 在矢量结构中，现实世界的物体或状态用点、线、面表达，每一个实体的位置用它们在坐标参考系统中的空间位置定义。 在栅格结构中，地理位置的实体和状态用它们占据的栅格行列号来定义，栅格的值为栅格所表达内容的属性值。 4、叙述四种栅格数据存储的压缩编码方法？ （1）链式编码(ChainCodes)又称为弗里曼链码(Freeman)或边界链码。链式编码将线状地物或区域边界表示为：由某一起始点和在某些基本方向上的单位矢量链组成，单位矢量的长度为一个栅格单元，每个后续点可能位于其前继点的八个基本方向之一。基本方向可定义为：东、东南、南、西南、西、西北、北、东北等八个基本方向。 （2）游程长度编码(Run-Length Codeds)：游程长度编码的编码方案是，只在各行(或列)数据的代码发生变化时一次记录该代码以及相同代码重复的个数，从而实现数据压缩。 实质也可以按行帧序存储多边形内的各个像元的列号，即在某行上从左至右存储属该多边形的始末像元的列号。 （3）块状编码(Block Codes)：块状编码是将游程长度编码扩大到二维的情况，把多边形范围划分成由像元组成的正方形，然后对各个正方形进行编码。 （4）四叉树编码：四叉树编码又称为四分树、四元树编码。它是一种更有效的压编数据的方法。它将2n×2n像元阵列连续进行4等分，一直分到正方形的大小正好与象元的大小相等为止，而块状结构则用四叉树描述，习惯上称为四叉树编码 5、试写出矢量和栅格数据结构的模式，并列表比较其优缺点。 矢量数据结构是对矢量数据模型进行数据的组织，栅格数据结构是以规则栅格阵列表示空间对象的数据结构。 矢量数据： 优点：表示地理数据的精度较高；数据结构严密，数据量小；完整的描述空间关系；图形输出精确美观；图形数据和属性数据的恢复、更新、综合都能实现；面向目标，不仅能表达属性，而且能方便的记录每个目标的具体属性信息。 缺点：数据结构复杂；矢量叠置较为复杂；数学模拟比较困难；技术复杂，特别是软硬件。 栅格数据： 优点：数据结构简单；空间数据的叠置和组合方便；各类空间分析很易于进行；数学模拟方便。 缺点：图形数据量大；用大像元减少数据量时，精度和信息量受损；地图输出不美观；难以建立网络连接关系；投影变换比较费时。 6、试述栅格结构数据获取的主要途径以及栅格数据结构的编码步骤。 栅格结构数据的获取方法栅格数据结构主要可有四个途径得到，即：a.目读法；b.矢量数字化法；c.扫描数字化法；d.分类影像输入。 7、试述矢量结构的编码方式及其编码主要步骤。 (1)实体式(多边形矢量编码) 编码方法：只记录空间对象的位置坐标和属性信息，不记录拓扑关系存储方式独立存储：空间对象位置直接跟随空间对象；点位字典：点坐标独立存储，线、面由点号组成特征 无拓扑关系，主要用于显示、输出及一般查询公共边重复存储，存在数据冗余，难以保证数据独立性和一致性多边形分解和合并不易进行，邻域处理较复杂；处理嵌套多边形比较麻烦适用范围制图及一般查询，不适合复杂的空间分析。 (2)索引式编码：索引式编码采用树状索引以减少数据冗余并间接增加邻域信息。具体方法是对所有边界点进行数字化，将坐标对依顺序方式存储，由点索引与边界线号相联系，以线索引与各多边形相联系，形成树状索引结构。 （3)双重独立式编码简称DIME(Dual Independent Map Encoding)，是美国人口统计系统采用的一种编码方式，是一种拓扑编码结构， 既存储面又存储点。 (4)链状双重独立式编码是DIME数据结构的一种改进。在DIME中，一条边只能用直线两端点的序号及相邻的面域来表示，而在链状数据结构中，将若干直线段合为一个弧段（或链段），每个弧段可以有许多中间点。在链状双重独立数据结构中，主要有四个文件：多边形文件、弧段文件、弧段节点文件、结点坐标文件 GIS作业3 1、图像纠正的变换方法 精确方法：仿射变换、双线性变换、平方变换、立方变换等 近似方法：橡皮板变换 2、元数据方法？元数据在质量控制中的作用？ 元数据是关于数据的数据，他在地理空间信息中用于描述地理数据集的内容，质量，表示方式，空间参考，管理方式以及数据集的其他特征，他是实现地理空间信息共享的核心标准之一。元数据的主要作用是： (1)帮助用户了解和分析数据：元数据提供丰富的引导信息，以及由纯数据得到的分析，综合和索引等； (2)空间数据质量控制：不论是统计数据还是空间数据都存在数据精度问题，影响空间数据精度的原因主要有两个方面：一是源数据的精度，一是数据加工处理工程中精度质量的控制情况； (3)在数据集成中的应用：元数据记录了数据格式，空间坐标体系，数据的表达形式，数据类型，数据使用软硬件环境，数据使用规范，数据标准等信息； (4)数据存储和功能实现：元数据系统用于数据库的管理，可以实现数据库设计和系统资源利用方面开支的合理分配。 3、地理相关法的实现策略 用空间数据的地理特征要素自身的相关性来分析数据的质量。例如，用地表自然特征的空间分布着手分析，山区河流应位于微地形的最低点，因此叠加河流和等高线两层数据时，若河流的位置不在等高线的汇水线上且不垂直相交，则说明两层数据中必有一层数据有质量问题，如不能确定那层数据有问题，可以通过将他们分别与其他质量可靠的数据层叠加来进一步分析。因此可以建立一个有关地理一、特征要素相关关系的知识库，以备各空间数据层之间地理空间要素的相关分析之用。 4、遥感图像的解译方法。 遥感图像解译是根据图像的几何特征和物理性质，进行综合分析，从而揭示出物体或现象的质量和数量特征，以及它们之间的相互关系，进而研究其发生发展过程和分布规律。 从数据类型来看，数字遥感图像是标准的栅格数据结构，因此，遥感图像的解译实际上就是把栅格形式的遥感数据转化成矢量数据的过程。图像解译的主要方法有目视解译和计算机解译两种。 (1)目视解译 目视解译是用肉眼或借助简单的设备，通过观察和分析图像的影像特征和差异，识别并提取空间地理信息的一种解译方法。目前，遥感制图已经全面实现了数字化操作，目视解译也从过去手工蒙片解译发展为数字环境下的人机交互式图像解译。所谓人机交互式图像解译，是一种以计算机制图系统为基础，以数字遥感图像为信息源，以目视解译为主要方法并充分利用专业图像处理软件实现对图像的各种操作。 目视解译一般包括以下几个阶段：解译准备、建立解译标志、解译，最后在解译工作完成过后，为保证解译结果的准确性，必须通过野外抽样调查，对解译中的疑点进行核实，并对成果进行修改和完善。 (2)计算机解译 计算机解译是利用专业图像处理软件，实现对图像的自动识别和分类，从而提取专题信息的方法，它包括计算机自动识别和计算机自动分类。 计算机自动识别（模式识别），是将经过精处理的遥感图像数据根据计算机所研究的图像特征进行的处理。计算机自动分类分为监督分类和非监督分类。监督分类是根据已知试验样本提出的特征参数建立解译函数，对各待分类点进行分类的方法；非监督分类是事先并不知道待分类点的特征，仅仅根据各待分类点特征参数的统计特征，建立决策规划并进行分类的一种方法。目前，主要通过ERDAS、ER Mapper、PCI等图像处理软件进行遥感图像解译。解译得到的栅格数据，可以转换成矢量数据，以备进一步的处理使用。 计算机解译能够克服肉眼分辨率的局限性，提高解译速度，而且随着技术的日趋成熟，还能从根本上提高解译精度。面对海量遥感数据，深入研究图像的自动解译，对地理信息系统和数字地球的建设具有重要的意义. GIS作业4 1.什么是数据库、空间数据库、空间数据库管理系统、空间数据库应用系统？ (1)数据库是具有特定联系的数据的集合，也可以看成是具有特定联系的多种类型的记录的集合。数据库的内部构造是文件的集合，这些文件之间存在某种联系，不能孤立存在。 (2)空间数据库是存取、管理空间信息的数据库。地理信息系统中的数据库就是一种专门化的数据库，由于这类数据库具有明显的空间特征，所以有人把它称为空间数据库。 (3)空间数据库管理系统：是指能够对物理介质上存储的地理空间数据进行语义和逻辑上的定义。 (4)空间数据库应用系统：提供给用户访问和操作空间数据库的用户界面，是应用户数据处理需求而建立的具有数据库访问功能的应用软件。 2.需求分析阶段应解决的主要问题？ 需求分析是整个空间数据库设计与建立的基础，也是软件研发是否成功的直接前提条件，需求分析阶段主要应解决进行以下三项问题： (1)调查用户需求：了解用户特点和要求，取得设计者与用户对需求的一致看法。 (2)需求数据的收集和分析：包括信息需求(信息内容、特征、需要存储的数据)、信息加工处理要求(如响应时间)、完整性与安全性要求等。 (3)编制用户需求说明书：包括需求分析的目标、任务、具体需求说明、系统功能与性能、运行环境等，是需求分析的最终成果。 3.结构设计包括哪些内容？ 空间数据结构设计，结果是得到一个合理的空间数据模型，是空间数据库设计的关键。空间数据模型越能反映现实世界，在此基础上生成的应用系统就越能较好地满足用户对数据处理的要求。空间数据库设计的实质是将地理空间实体以一定的组织形式在数据库系统中加以表达的过程，也就是 HYPERLINK "http://baike.baidu.com/view/5201.htm" \t "_blank" 地理信息系统中空间实体的模型化问题。 (1)概念设计：概念设计是通过对错综复杂的现实世界的认识与抽象，最终形成空间数据库系统及其应用系统所需的模型。 具体是对需求分析阶段所收集的信息和数据进行分析、整理，确定地理实体、属性及它们之间的联系，将各用户的局部视图合并成一个总的全局视图，形成独立于计算机的反映用户观点的概念模式。概念模式