地理信息系统练习题

地理信息系统练习题

一、    填空题（共26分，每空1分）

1. 地理信息系统作为一门科学，一般地认为是集计算机科学、 （       ） 、 地理等学科为一体的新兴边缘科学。
2. GIS一般由硬件、软件、数据、(          )、(         )五大部分组成。

3.GIS基本功能主要是：数据采集和编辑，（                         ），（                              ），空间分析和统计，产品制作和显示，二次开发和编程。
4. 矢量数据结构编码的方式一般有 （    ）、（    ）、（      ）等。
5. 面向对象方法的核心技术包括 （      ） 、 （        ）、聚集、联合等。

面向对象方法的特性主要是抽象性、封装性、(                )。面向对象方法的基本概念主要是(             )、类、方法和(                )。
6. 路径分析一般包括 （                   ）、（                   ）、N条最佳路径分析、动态最佳路径分析等。
7. 地理信息系统的硬件配置设计主要包括（           ）、 (           )、(               )、存储设备、网络设备等的设计。
8. 世界流行的GIS软件有（            ）、(             ) 、Mapinfo等。
9. 我国的国家基本比例尺地形图均采用(             ) 投影。

10.目前GIS一般均采用(                   )作空间数学基础。空间数据结构一般指空间数据的组织关系和(              )。数据库由数据集、存储介质、(             )三个基本部分组成。数据库的数据模型一般有(          )、(             )、关系和对象关系。
二、选择题（共8分，每小题1分）（请选择唯一正确答案）
1. 以下选项中不属于空间数据编辑与处理过程的是（       ）。
A.数据格式转换； B.投影转换； C.图幅拼接； D.数据分发
2. 以下选项中不属于WebGIS软件产品的是（     ）。
A.Mapinfo ProServer； B.GeoMedia； C.ArcIMS； D.MapGuide
3. 以下选项中不属于地理信息系统设计与开发步骤的是（        ）。
A.系统设计； B.系统维护； C.系统测试； D.系统安装
4. 计算最短路径的经典算法是（       ）。
A.Huffmann； B.Freeman； C.Dijkstra； D.Morton
5. 我国地理信息系统的发展自20世纪（     ）起步。
A.60年代初； B.70年代初； C.80年代初； D.90年代初
6. 以下投影方式中不属于几何投影的是（         ）。
A.方位投影； B.圆柱投影； C.圆锥投影； D.多圆锥投影
7. 以下分析方法中不属于空间统计分类分析的是（        ）。
A.地形分析； B.主成分分析； C.系统聚类分析； D.判别分析
8. 以下设备中不属于GIS数据输入设备的是（      ）。
A.扫描仪； B.绘图仪； C.数字化仪； D.键盘

三、名词解释（每题4分，共16分）
1. 地理数据：

2. 空间索引：

 

3. DTM为数字地形模型（Digital Terrain Model）：

4. GIS互操作：

四、简答题（每题10分，共30分）
1. 矢量数据结构与栅格数据结构的转换算法。

 

2. 简述空间数据误差来源与数据质量控制方法。

3. 3S集成的作用和意义。

三、分析题（共20分）

为了完成城市道路拓宽改建分析，论述需要那些空间数据，并描述在GIS支持下的分析流程。

附：地理信息系统试题参考答案

一、    填空题（共26分，每空1分）

1.（测绘）

2. (人)、(应用模型)

3.（数据存储和管理），（数据处理和变换）

4. （点）、（线） 、（面）

5. （分类） 、 （概括）、(多态性)、(对象)、(消息)。
6.（最短）、（最小生成树）
7.（处理）、 (输入)、( 输出)

8.（ARCGIS）、(MGE)
9. (高斯)

10. (地图投影)、(编排方式)、(数据库软件)、 (层次)、(网状)

二、选择题（共8分，每小题1分）（请选择唯一正确答案）
1. D  2. C  3. D  4. C  5. B  6. D  7. A  8. B

三、名词解释（每题4分，共16分）
1. 地理数据：各种地理特征和现象间关系的符号化表示，包括空间位置、属性特征及时态特征三部分。

2. 空间索引：是指依据空间对象的位置和形状或空间对象之间的某种空间关系按一定的顺序排列的一种数据结构，其中包含空间对象的概要信息，如对象的标识、外接矩形及指向空间对象实体的指针。它通过筛选作用，大量与特定空间操作无关的空间对象被排除，从而提高空间操作的速度和效率。

3. DTM为数字地形模型（Digital Terrain Model）：是地形表面形态属性信息的数字表达，是带有空间位置特征和地形属性特征的数字描述。数字地形模型中地形属性为高程时称为数字高程模型（Digital Elevation Model），简称DEM。

4. GIS互操作：指不同的GIS间与平台无关的透明数据访问、共享空间数据库和其它服务。是当代GIS技术发展的重要方向。
四、简答题（每题10分，共30分）
1. 矢量数据结构与栅格数据结构的转换算法。
    对于点状实体，每个实体仅由一个坐标对表示，其矢量结构和栅格结构的相互转换基本上只是坐标精度变换问题。线实体的矢量结构由一系列坐标对表示，在变为栅格结构时，除把序列中坐标对变为栅格行列坐标外，还需根据栅格精度要求，在坐标点之间插满一系列栅格点，这可以由两点式直线方程得到。线实体由栅格结构变为矢量结构与将多边形边界表示为矢量结构相似，因此以下重点讨论多边形的矢量结构与栅格结构相互转换。
   （1）矢量向栅格转换
    矢量格式向栅格格式转换又称为多边形填充，就是在矢量表示的多边形边界内部的所有栅格点上赋以相应的多边形编码，从而形成栅格数据阵列。几种主要的算法描述如下：
    a）内部点扩散算法：由每个多边形一个内部点（种子点）开始，向其八个方向的邻点扩散，判断各个新加入点是否在多边形边界上，如果是边界上，则该新加入点不作为种子点，否则把非边界点的邻点作为新的种子点与原有种子点一起进行新的扩散运算，并将该种子点赋以该多边形的编号。重复上述过程直到所有种子点填满该多边形并遇到边界停止为止。
    r，则该待判点属于此多边形，赋以多边形编号，否则在此多边形外部，不属于该多边形。pb）复数积分算法：对全部栅格阵列逐个栅格单元地判断该栅格归属的多边形编码，判别方法是由待判点对每个多边形的封闭边界计算复数积分，对某个多边形，如果积分值为2
    c）射线算法和扫描算法：射线算法可逐点判断数据栅格点在某多边形之外或在多边形内，由待判点向图外某点引射线，判断该射线与某多边形所有边界相交的总次数，如相交偶数次，则待判点在该多边形外部，如为奇数次，则待判点在该多边形内部。要注意的是：射线与多边形边界相交时，有一些特殊情况会影响交点的个数，必须予以排除。
    d）边界代数算法：它适合于记录拓扑关系的多边形矢量数据转换为栅格结构。若多边形编号为a，初始化的栅格阵列各栅格值为零，以栅格行列为参考坐标轴，由多边形边界上某点开始顺时针搜索边界线，当边界上行时，位于该边界左侧的具有相同行坐标的所有栅格被减去a；当边界下行时，该边界左边所有栅格点加一个值a，边界搜索完毕则完成了多边形的转换。
   （2）栅格格式向矢量格式的转换
多边形栅格格式向矢量格式转换就是提取以相同的编号的栅格集合表示的多边形区域的边界和边界的拓扑关系，并表示由多个小直线段组成的矢量格式边界线的过程。
栅格格式向矢量格式转换通常包括以下四个基本步骤：
    a）多边形边界提取：采用高通滤波将栅格图像二值化或以特殊值标识边界点；
    b）边界线追踪：对每个边界弧段由一个结点向另一个结点搜索，通常对每个已知边界点需沿除了进入方向的其他7个方向搜索下一个边界点，直到连成边界弧段；
    c）拓扑关系生成：对于矢量表示的边界弧段数据，判断其与原图上各多边形的空间关系，以形成完整的拓扑结构并建立与属性数据的联系；
    d）去除多余点及曲线圆滑：由于搜索是逐个栅格进行的，必须去除由此造成的多余点记录，以减少数据冗余；搜索结果，曲线由于栅格精度的限制可能不够圆滑，需采用一定的插补算法进行光滑处理，常用的算法有：线形迭代法；分段三次多项式插值法；正轴抛物线平均加权法；斜轴抛物线平均加权法；样条函数插值法。

2. 简述空间数据误差来源与数据质量控制方法。
从空间数据的形式表达到空间数据的生成，从空间数据的处理变换到空间数据的应用，在这两个过程中都会有数据质量问题的发生。
    （1）空间现象自身存在的不稳定性：包括空间特征和过程在空间、专题和时间内容上的不确定性。
    （2）空间现象的表达：数据采集中的测量方法以及量测精度的选择等受到人类自身的认识和表达的影响，这对于数据的生成会出现误差。
    （3）空间数据处理中的误差：在空间数据处理过程中，容易产生的误差有以下几种：投影变换产生的差异；地图数字化和扫描后的矢量化处理都可能出现误差；数据格式转换中的位置差异性；数据抽象时产生的误差；建立拓扑关系过程中的位置坐标的变化；与主控数据层的匹配位移导致误差；数据叠加操作和更新产生空间位置和属性值的差异；数据集成处理产生的误差；数据的可视化产生表达上的误差；数据处理过程中误差的传递和扩散
    （4）空间数据使用中的误差：主要包括两个方面：一是对数据的解释过程，一是缺少文档，这样往往导致数据用户对数据的随意性使用而使误差扩散。
    数据质量控制是个复杂的过程，要控制数据质量应从数据质量产生和扩散的所有过程和环节入手，分别用一定的方法减少误差。空间数据质量控制常见的方法有：
    （1）传统的手工方法：将数字化数据与数据源进行比较，图形部分的检查包括目视方法、绘制到透明图上与原图叠加比较，属性部分的检查采用与原属性逐个对比或其他比较方法。
    （2）元数据方法：数据集的元数据中包含了大量的有关数据质量的信息，通过它可以检查数据质量，同时元数据也记录了数据处理过程中质量的变化，通过跟踪元数据可以了解数据质量的状况和变化。
    （3）地理相关法：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。

3. 3S集成的作用和意义。
    3S技术为科学研究、政府管理、社会生产提供了新一代的观测手段、描述语言和思维工具。3S的结合应用，取长补短，是一个自然的发展趋势，三者之间的相互作用形成了“一个大脑，两只眼睛”的框架，即RS和GPS向GIS提供或更新区域信息以及空间定位，GIS进行相应的空间分析，以从RS和GPS提供的浩如烟海的数据中提取有用信息，并进行综合集成，使之成为决策的科学依据。
    GIS、RS和GPS三者集成利用，构成为整体的、实时的和动态的对地观测、分析和应用的运行系统，提高了GIS的应用效率。在实际的应用中，较为常见的是3S两两之间的集成，如GIS/RS集成，GIS/GPS集成或者RS/GPS集成等，但是同时集成并使用3S技术的应用实例则较少。
    RS、GIS、GPS集成的方式可以在不同的技术水平上实现，最简单的办法是三种系统分开而由用户综合使用，进一步是三者有共同的界面，做到表面上无缝的集成，数据传输则在内部通过特征码相结合，最好的办法是整体的集成，成为统一的系统。
单纯从软件实现的角度来看，开发3S集成的系统在技术上并没有多大的障碍。目前一般工具软件的实现技术方案是：通过支持栅格数据类型及相关的处理分析操作以实现与遥感的集成，而通过增加一个动态矢量图层以与GPS集成。对于3S集成技术而言，最重要的是在应用中综合使用遥感以及全球定位系统，利用其实时、准确获取数据的能力，降低应用成本或者实现一些新的应用。
3S集成技术的发展，形成了综合的、完整的对地观测系统，提高了人类认识地球的能力；相应地，它拓展了传统测绘科学的研究领域。作为地理学的一个分支学科，Geomatics*产生并对包括遥感、全球定位系统在内的现代测绘技术的综合应用进行探讨和研究。同时，它也推动了其它一些相联系的学科的发展，如地球信息科学、地理信息科学等，它们成为“数字地球”这一概念提出的理论基础。

三、分析题（共20分）

为了完成城市道路拓宽改建分析，论述需要那些空间数据，并描述在GIS支持下的分析流程。

利用建立缓冲区、拓扑叠加和特征提取,计算一条道路拓宽改建过程中的拆迁指标。

（1）明确分析的目的和标准

目的是计算由于道路拓宽而需拆迁的建筑物的建筑面积和房产价值，道路拓宽改建的标准是：

    al）道路从原有的20m拓宽至60m；

    bl）拓宽道路应尽量保持直线；

    cl）部分位于拆迁区内的10层以上的建筑不拆除。

（2）准备进行分析的数据

需要涉及两类信息，一类是现状道路图；另一类为分析区域内建筑物分布图及相关信息。

（3）进行空间操作

首先选择拟拓宽的道路，根据拓宽半径，建立道路的缓冲区。

然后将此缓冲区与建筑物层数据进行拓扑叠加，产生一幅新图，此图包括所有部分或全部位于拓宽区内的建筑物信息。

（4）进行统计分析

首先对全部或部分位于拆迁区内的建筑物进行选择，凡部分落入拆迁区且楼层高于10层以上的建筑物，将其从选择组中去掉，并对道路的拓宽边界进行局部调整。

然后对所有需拆迁的建筑物进行拆迁指标计算。

（5）将分析结果以地图和表格的形式打印输出。