1、2012年12月給 環科10 GIS 復習題一、名詞解釋：1 信息：是向人們或機器提供關于現實世界新的事實的知識，是數據、消息中所包含的意義，它不隨載體的物理設備形式的改變而改變。（C1）2 數據：是指某一目標定性、定量描述的原始資料，包括數字、文字、符號、圖形、圖像、聲音以及它們能夠轉換成的數據等形式。數據是用以載荷信息的物理符號，在計算機化信息系統中往往與計算機系統有關。（C1）3系統：是具有特定功能的、相互有機聯系的許多要素（element）所構成的一個整體。系統的特征由構成系統的要素及其相互之間的聯系方式所決定。（C1）4信息系統：是具有采集、管理、處理、分析和表達數據能力的系統。它能

2、為企業、部門或組織的決策過程提供有用的信息。（C1）5 GIS的定義(劉耀林P2)：地理信息系統是地圖學、計算機科學、地理學、測量學等多門學科綜合的邊緣交叉學科，在我國又稱為資源與環境信息系統，是在計算機軟硬件支持下，運用系統工程和信息科學方法，對地表空間數據進行采集、存儲、顯示、查詢、操作、分析和建模、以提供對資源、環境和區域等方面規劃、管理、決策和研究的人-機系統。（C1）6地理實體：指地理數據庫中的實體，是一種在現實世界中不能再劃為同類現象的現象(胡鵬p69)。如：城市可看成地理實體，并可劃分成若干部分，但這些部分不叫城市，只能稱為區、街道之類。（C2）7約旦半線理論：從一點向多變形邊界

3、作一延長線，求出其與多邊形邊界的交點坐標，如果交點總數為奇數，則點在多邊形內；如為偶數，則在多邊形外。（C2）8地圖投影：地圖投影研究的是如何建立起地球表面上的點與投影平面上點間的數學轉換公式，即 。這里，(,)是點在地球表面的地理坐標，它是曲面的；（X，）為其相應的投影坐標，它是平面的。（C3）9 GIS的數據質量：是指GIS中空間數據（幾何數據和屬性數據）的可靠性，通常用空間數據的誤差來度量。誤差是數據與真值的偏離。（C4）10 數據結構（Data structure）：是指數據的組織形式，包括抽象數據結構和內部存儲結構。（C5）11 抽象數據結構：不涉及數據的具體程序管理細節，而側重于從

4、概念上描繪數據之間的排列和聯系。（C5）12 內部存儲結構：是為實現某一抽象數據結構而設計的數據存儲管理方式。（C5）13空間數據編碼是空間數據結構的實現，即將根據地理信息系統的目的和任務所搜集的，經過審核了的地形圖、專題地圖和遙感影像等資料按一定的數據結構轉換為適于計算機存儲（存貯）和處理的數據的過程。（C5）14矢量數據結構（簡稱矢量結構）（C5）：矢量數據結構是利用歐幾里得(Euclid)幾何學中的點、線、面及其組合體來表示地理實體空間分布的一種數據組織方式。它通過記錄坐標的方式盡可能精確地表示點、線和多邊形等地理實體，坐標空間設為連續，允許任意位置、長度和面積的精確定義。15柵格結構（

5、C5）：柵格結構是最簡單最直觀的空間數據結構，又稱網格結構（raster或grid cell）或像元結構（pixel），是指將地球表面劃分為大小均勻緊密相鄰的網格陣列，每個網格作為一個像元或像素由行、列號定義，并包含一個代碼表示該象素的屬性類型或量值，或僅包含指向其屬性記錄的指針。（北大p29-30）16直接柵格編碼：就是將柵格數據看作一個數據矩陣，遂行（或逐列）逐個記錄代碼，可以以每行都從左到右逐像元記錄，也可以奇數行從左到右、偶數行從右到左記錄，為了特定的目的還可采用其它特殊的順序。（C5）17根結點：四叉樹最上面的一個結點叫做根結點，它對應整個圖形。（C5）18葉子結點（又稱終止結點）：

6、四叉樹中不能再分的結點叫葉子結點，又稱終止結點；可能落在不同的層上，該結點代表的子象限具有單一的代碼，所有終止結點所代表的方形區域覆蓋了整個圖形。（C5）19數據庫（Data Base）：是以一定的組織方式存儲在一起的相互關聯的數據集合，能以最佳方式，最少重復（冗余）為多種目的服務。（C6）20查詢：屬于數據庫的范疇，一般定義為作用在庫體上的函數，返回滿足條件的內容。查詢屬于咨詢式分析，是用戶與數據庫交流的途徑。21地圖代數:是進行柵格數據分析的語言，運算規則類似于代數學，柵格數據集是基本的運算對象。（C7）22疊置分析：是將同一地區的兩組或兩組以上的要素進行疊置，產生新特征的分析方法。（C7

7、）23緩沖區:指在點、線、面實體的周圍自動建立的一定寬度的多邊形。（C7）24全球定位系統GPS(Global Position System)是以衛星為基礎的無線電測時定位導航系統，可為航空、航天、陸地、海洋等方面的用戶提供不同精度的在線或離線的空間定位數據，對于運動物體(車、船、機、星、彈)的全球準確定位被用于監控、救援、排險、導航等十分重要的場合。二、簡答題：1 信息與數據的關系（C1）信息：是向人們或機器提供關于現實世界新的事實的知識，是數據、消息中所包含的意義，它不隨載體的物理設備形式的改變而改變。數據：是指某一目標定性、定量描述的原始資料，包括數字、文字、符號、圖形、圖像、聲音以及

8、它們能夠轉換成的數據等形式。數據是用以載荷信息的物理符號，在計算機化信息系統中往往與計算機系統有關。二者既相互聯系，但又相互區別，是不可分離的，即：數據是信息的載體，信息是數據的內涵。具體地說：1）信息與數據是不可分離的，信息由與物理介質有關的數據表達，數據中所包含的意義就是信息。2）數據是記錄下來的某種可以識別的符號，具有多種多樣的形式，也可以由一種數據形式轉換為另一種數據形式，但其中包含的信息內容不會改變。3）數據是信息的載體，但并不就是信息，只有理解了數據的含義，對數據做出解釋，才能得到數據中所包含的信息。4）信息可以離開信息系統而獨立存在，也可以離開信息系統的各個組成和階段而獨立存在；

9、而數據的格式往往與計算機系統有關，并隨載荷它的物理設備的形式而改變。5）數據是原始事實，而信息是數據處理的結果。6）不同知識、經驗的人，對于同一數據的理解，可得到不同的信息。2 GIS的基本組成（C1）1) 系統硬件：計算機系統中實際物理裝置的總稱，由GIS主機、外部設備和網絡設備等組成。2) 系統軟件：必須的各種程序，包括GIS專業軟件、數據庫軟件和系統管理軟件。3) 空間數據：空間數據是GIS操作的對象，它具體描述地理實體的空間特征、屬性特征和時間特征。4）應用人員：包括：系統開發、管理和使用人員。5）應用模型：GIS應用模型的構建和選擇也是系統應用成敗的至關重要的因素。3 GIS的基本功

10、能（C1）（1）數據采集與編輯（或：數據采集（即輸入）、檢驗與編輯）。（2）數據存儲與管理（3）數據操作（或稱操作運算、或數據處理和變換）（包括矢柵轉換、 制圖綜合等）（4）數據查詢、檢索、統計、計算功能（5）空間分析（6）產品制作、數據顯示、結果輸出（7）數據更新（8）二次開發和編程4 GIS的應用功能（C1）：（1）測繪與地圖制圖；（2）商業、軍事（或國防）；（3）資源管理；（4）環境管理；（5）區域規劃；（6）國土監測；（7）輔助決策(或宏觀決策支持)；（8）數字城市（劉耀林GIS P8）如拋開具體的應用領域其應用功能可概括為：量算與統計、預測監測、規劃與管理、輔助決策（邊馥苓GIS P

11、12）。5 GIS的屬性（C1）：1)科學屬性；2)社會屬性；3)實用屬性；4)經濟屬性。6 國內外主流GIS軟件：（C1）1) 國外主流GIS軟件：ARC/INFO（ArcView、ArcObject、ArcIMS）；ArcGIS；GENAMAP；MGE（Modular GIS Environment）（GeoMedia）；MapInfo（Mapinfo Proserver、MapX、MapXtreme、SpatialWare）；ERDAS；2) 國內主流GIS軟件：GeoStar；MapGIS；SuperMap；CityStar。7地理實體具有哪三個基本特征（C2）1）屬性特征：用以描述事

12、物或現象的特性，即用來說明“是什么”，如事物或現象的類別、等級、數量、名稱等。2）空間特征：用以描述事物或現象的地理位置以及空間相互關系，又稱幾何特征或拓撲特征，前者如界樁的經緯度，后者如中國、印度接壤。3）時間特征：用以描述事物或現象隨時間的變化，例如人口數的逐年變化。由于地理實體具有上述特征，所以在GIS中的表示是非常復雜的。目前的GIS還較少考慮到地理實體的時間特征，只考慮其屬性特征與空間特征的結合。實際上，由于地理實體具有時間維，過時的信息雖不具有現勢性但卻可以作為歷史性數據保存起來，因而就會大大增加GIS表示和處理數據的難度。8地理實體的數據類型有哪幾種（C2）（胡鵬GIS P21）

13、1）屬性數據：描述空間實體的屬性特征的數據，也稱非幾何數據，即說明“是什么”，如類型、等級、名稱、狀態等。描述時間特征的數據也可放入這一類。2）幾何數據：描述空間實體的空間特征的數據，也稱位置數據、定位數據，即說明“在哪里”，可用x、y坐標來表示。3）關系數據：描述空間實體之間的空間關系的數據，如空間實體的鄰接、關聯、包含等，主要是指拓撲關系。拓撲關系是一種對空間關系進行明確定義的數學方法。9 點狀實體有哪幾種類型：（C2） 點 Point：是有特定位置，維數為0的物體；其類型有：實體點 Entity point：用來代表一個實體；如鉆孔點、高程點、建筑物；注記點 Text point：用于定

14、位注記；內點 Label point：用于負載多邊形的屬性，存在于多邊形內；結點 Node：表示線（或弧段）的終點和起點；角點（或節點、或中間點）Vertex：表示弧段或線段的內部點。（注：坐標序列中的首點和末點統稱為結點；位于首尾結點間的點為拐點或中間點或角點）10何為“線狀實體”? 它有何特性？（C2）線狀實體為一維矢量，表示空間中的線劃要素，它包括線段、邊界、鏈、弧段、網絡等；其中弧段不能與自身相交，如果相交，需以交點為界把弧段分為幾個一維矢量。線狀實體由一列有序坐標對表示，并有如下特性：實體長度：從起點到終點的總長；彎曲度：用于表示像道路拐彎時彎曲的程度；方向性：水流方向是從上游到下游

15、，公路則有單向與雙向之分。11 面狀實體及其特性：（C2）面狀實體也稱為多邊形（polygon），是對湖泊、島嶼、地塊等一類現象的描述。在數據庫中由一封閉曲線加內點來表示。面狀實體有如下空間特性：面積范圍；周長；獨立性或與其它的地物相鄰，如中國及其周邊國家；內島或鋸齒狀外形；重疊性與非重疊性(報紙的銷售領域，學校的分區,菜市場服務范圍有可能重疊；市內各城區一般來說可能相鄰但不會重疊)； 12 GIS中常見的拓撲關系有哪些？（C2）關聯：不同拓撲元素之間的關系，如結點與鏈，鏈與多邊形的構成關系等。鄰接：相同拓撲元素之間的關系，如結點與結點，鏈與鏈，面與面等，鄰接關系是借助于不同類型的拓撲元素描述

16、的，如面通過鏈鄰接。用于多邊形鄰接性時又稱多邊形弧段拓撲。包含關系：指面與其他拓撲元素之間的關系。如果點、線、面在該面內，則稱被該面包含，如某省包含的湖泊、河流等；城區內有哪些中學和小學。連通關系：拓撲元素之間的通達關系。如點連通度，面連通度的各種性質及相互關系。常指的是對弧段連接的判別，用于路徑搜索及網絡分析，可用每個結點上匯集的弧段列表來表示。層次關系：相同拓撲元素之間的等級關系。如國家由省、市、縣、鄉鎮的組成關系。方向性：對有向線段而言，一個弧段具有起點與終點，由起點到終點確定了一個方向。如：煤氣公司、自來水公司、電力公司的線路、河流、某些市內的單項公路等。13地理信息系統中地圖投影配置

17、的一般原則：（C3）（1）所配置的投影系統應與相應比例尺的國家基本圖（基本比例尺地形圖、基本省區圖或國家大地圖集）投影系統一致；（2）系統一般地只考慮至多采用兩種投影系統，一種服務于大比例尺的數據處理與輸入輸出，另一種服務于中小比例尺；（3）所用投影以等角投影為宜；（4）所用投影應能與網格坐標系統相適應，即所采用的網格系統（特別是一級網格）在投影帶中應保持完整。14我國GIS中常用的地圖投影是如何配置的？其成因為何？（C3）在我國的地理信息系統建設中同樣應注意數據標準化的問題。依照國際慣例并結合我國的具體實際，我國的大多數已建、在建或待建的各種地理信息系統中都采用了與我國基本圖系列一致的地圖投

18、影系統，這就是大比例尺時的高斯一克呂格投影（橫軸等角切（橢）圓柱投影）和中小比例尺時的Lambert投影（正軸等角割圓錐投影）。這種坐標系的配置基于下述原因：（1）我國基本比例尺地形圖（1：100萬、1：50萬、1：25萬、1：10萬、1：5萬、1：2.5萬、1：1萬、1：5000）除1：100萬外均采用高斯一克呂格投影為地理基礎。（2）我國1： 100萬地形圖采用了 Lambert投影，其分幅原則與國際地理學會規定的全球統一使用的國際百萬分之一地圖投影保持一致。（3）我國大部分省區圖以及大多數這一比例尺的地圖也多采用Lambert投影和屬于同一投影系統的 Athers投影（正軸等面積割國性投

19、影）。（4）Lambert投影中，地球表面上兩點間的最短距離（即大圓航線）表現為近于直線，這有利于地理信息系統和空間分析中信息量度的正確實施。因此，我國的地理信息系統中配置高斯投影和 Lambert投影既適合我國的國情，也符合國際上通行的標準。15 GIS有哪些主要的數據源？（C4）GIS的數據源指建立GIS的地理數據庫所需的各種數據的來源；主要包括：一、地圖數據(按內容分普通地圖和專題地圖兩大類，lyl P38)地圖是GIS的主要數據源，因為地圖包含著豐富的內容，不僅含有實體的類別和屬性，而且含有實體間的空間關系。地圖按內容可分為普通地圖（包括：地形圖、地理圖）和專題地圖兩大基本類型。二、遙

20、感數據：遙感數據是GIS的重要數據源。遙感數據含有豐富的資源與環境信息，在GIS支持下，可以與地質、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和綜合分析。遙感數據是一種大面積的、動態的、近實時的數據源，遙感技術是GIS數據更新的重要手段。三、文本數據：文本資料是指各行業、各部門的有關法律文檔、行業規范、技術標準、條文條例等，如邊界條約等，這些也屬于GIS的數據。四、統計數據：國家和軍隊的許多部門和機構都擁有不同領域(如人口、基礎設施建設、兵要地志等)的大量統計資料，這些都是GIS的數據源，尤其是GIS屬性數據的重要來源。五、實測數據：野外試驗、實地測量等獲取的數據可以通過轉

21、換直接進入GIS的地理數據庫，以便于進行實時分析和進一步應用。六、多媒體數據：多媒體數據(包括聲音、錄像等)通常可通過通訊口傳人GIS的地理數據庫中。目前其主要功能是輔助GIS的分析和查詢。七、已有系統的數據：GIS還可以從其他已建成的信息系統和數據庫中獲取相應的數據。由于規范化、標準化的推廣，不同系統間的數據共享和可交換性越來越強，這樣就拓展了數據的可用性，增加了數據的潛在價值。16 屬性數據的分類分級（C4）一、分類的基本原則分類是將具有共同屬性或特征的事物或現象歸并在一起, 把不同屬性或特征的事物或現象分開的過程。1 科學性；2 系統性；3 可擴性；4 實用性；5 兼容性；二、分類的基本

22、方法1 線分類法；2 面分類法；17 屬性數據代碼的功能（C4）1）鑒別：代碼代表對象的名稱，是鑒別對象的唯一標識。2）分類：當對象按其屬性分類并分別賦予不同的類別代碼時，代碼又可作為區分分類對象的標識。3）排序：按對象產生的時間、所占的空間等屬性對對象排序。18 GIS中代碼的種類（C4）1）分類碼：分類碼識別實體所屬的類別（第二章ppt10）。是根據GIS分類體系設計出的各專業信息的分類代碼，用以標識不同類別的數據，根據它可從數據中查尋所需類別的數據，但不能對個體進行分離。2) 標識碼 （識別碼）：識別碼對每個實體進行標識，是唯一的，用于區別不同的實體（第二章ppt10）及對實體個體進行查

23、詢檢索，是聯系實體的幾何信息和屬性信息的關鍵字。19幾何數據的采集數據采集（或數據輸入）是將數據編碼轉換為計算機可讀形式并把數據寫入GIS數據庫的過程。它是GIS建立的主要瓶頸，根據經驗看，一般建庫的費用是GIS硬件和軟件費用的5-10倍。(邊P85)一、地圖手扶跟蹤數字化數字化儀(digitizer)是地圖手扶跟蹤數字化的常用儀器，由電磁感應板和坐標輸入控制器組成，電磁感應板的內部排列著十分細密的電路格網。它是通過記錄數字化板上點的平面坐標來獲取矢量數據的。其數字化的基本過程是：將需數字化的地圖固定在數字化板上，然后設定數字化范圍，輸入有關參數，設置特征碼清單，選擇數字化方式(點方式和流方式

24、等)，就可以按地圖要素的類別分別實施圖形數字化了。地圖跟蹤數字化時數據的可靠性和質量主要取決于操作員的技術熟練程度和操作員的情緒。點方式：是當錄入人員按下游標的按鍵時，向計算機發送一個點的坐標。輸入點狀符號必須使用點方式。它的優點：操作員能選擇最有利于表現曲線特征也使面積誤差最小的那些點位進行數字化。 缺點：每一個記錄坐標的點位上，操作員都必須按鍵來告訴計算機“記錄該點坐標”。流方式：等時間間隔或等距離間隔自動記錄坐標。二、地圖掃描數字化掃描(Scanning)是借助一個可以來回移動的電子探頭，將一張地圖或者其他類型的紙張文件(如航空像片、衛星像片和其它類型的照片)，以柵格方式的數字形式輸進計

25、算機的過程。掃描儀(scanner)有滾筒式和平板式兩種類型。地圖掃描數字化的基本思想是：首先通過掃描將地圖轉換為柵格數據；然后采用柵格數據矢量化的技術追蹤出線和面。采用模式識別技術識別出點和注記，并根據地圖內容和地圖符號的關系，自動給矢量數據賦以屬性值。三、坐標幾何(COGO)法（適用于由測量儀器獲取的幾何數據，只要將其傳輸進入數據庫即可）如該法用于輸入土地記錄信息時，通過輸入實際的測量成果可獲取非常高的精度數據。如果被回放成地籍圖，它應當與法律描述意義的表達準確一致。此法每個點的坐標都需野外實測，價格昂貴（手工數字化費用的6-20倍）四、已有數據文件的輸入：存在于其它GIS或專題數據庫中的

26、數據，只要經轉換裝載即可。 五、鍵盤輸入：顧名思義，就是通過手工在計算機終端上輸入數據。屬性數據通常是由鍵盤輸入的，然而，空間數據則很少使用這種方式輸入。20 GIS數據質量（或質量標準）的基本內容(C4)1）位置精度：用以描述幾何數據的質量；反映空間實體的坐標數據與實體真實位置的接近程度。2）屬性精度：指空間實體的屬性值與真值相符的程度；如：要素分類、屬性編碼與注記的正確性；3）邏輯一致性：指對同一現象或同類現象的表達一致程度, 如；森林邊界與附近道路的邊界應當不同，但制圖時往往只給出道路邊界；水庫邊界（隨時間季節變化，多層數據間不匹配，可用水涯線）4）完備性（或完整性）：如數據分類的完備性

27、、實體類型的完備性、屬性數據的完備性、注記的完整性，檢驗的完整性；5）現勢性（即時間精度）：指數據反映客觀現象目前狀況的程度，可通過數據更新的時間和頻度來表現。6）數據檔案：即數據情況說明，要求對數據的生產歷史、來源、內容及其處理過程等作出準確、全面和詳盡的說明7）表達形式的合理性：主要指數據抽象、數據表達與真實地理世界的吻合性，包括空間特征、專題特征和時間特征表達的合理性等。8）適用性：包括數據質量和費用方面的適用性，及可接受性即數據獲取的容易程度。21 屬性數據的采集方法(C4)：1 鍵盤輸入法；2 字符識別軟件輸入法；3 已有數據文件的輸入(如:excel 中做的屬性表在arcview

28、中的轉載)。22 空間數據和屬性數據的連接(C4)：為了把空間實體的幾何數據與屬性數據聯系起來，必須在幾何數據與屬性數據之間有一公共標識符。標識符可以在輸入幾何數據或屬性數據時手工輸入，也可以由系統自動生成。只有當幾何數據與屬性數據有一共同的數據項時，才能將幾何數據與屬性數據自動地連接起來；當幾何數據或屬性數據沒有公共標識碼時，只有通過人機交互的方法，如選取一個空間實體，再指定其對應的屬性數據表來確定兩者之間的關系，同時自動生成公共標識碼。(lyl P46)23 空間數據的誤差類型（分為源誤差和處理誤差兩類）(C4)(1) 源誤差（指數據采集和錄入中產生的誤差）1）遙感數據；2）測量數據：人差

29、（對準誤差、讀數誤差），儀查（儀器不完善、缺乏校驗、未作改正等）、環境（氣候、信號干擾等）；3）屬性數據；4）GPS數據；5）地圖；6）地圖數字化精度：紙張變形、數字化儀精度、操作員的技能等。(2) 處理誤差（指GIS對空間數據進行處理時產生的誤差）：1）幾何糾正；2）坐標變換；3）幾何數據的編輯；4）屬性數據的編輯；5）空間分析（如多邊形疊置）；6）圖形化簡（如數據壓縮）；7）數據格式轉換；8）計算機截斷誤差；9）空間內插；10）矢量柵格數據的互相轉換。24 目前常用的拓撲數據結構(C5)迄今為止，拓撲數據結構的表示方式還沒有固定格式，還沒形成標準，但基本原理相同。常用的拓撲數據結構有：PO

30、LYVRT結構（多邊形轉換器）；DIME結構（對偶獨立地圖編碼法）；TIGER結構（地理編碼和參照系統的拓撲集成）等。25 拓撲數據結構的共同特點(C5)點是相互獨立的，點連成線，線構成面。每條線始于起始結點（FN），止于終止結點（TN），并與左右多邊形（LP和RP）相鄰接。構成多邊形的線又稱為弧段，兩條以上弧段相交的點稱為結點。由一條弧段組成的多邊形為島，多邊形圖中不含島的多邊形稱為簡單多邊形，表示單連通區域；含島區的多邊稱為復合多邊形，表示復連通區域。在復連通區域中有內邊界和外邊界之分，島區多邊形被看成是復連通區域的內邊界，復連通區域的外邊界多邊形對應的區域含有平面上的無窮遠點。26 拓撲

31、數據結構優缺點(C5)優點：（1）用拓撲表達的空間信息豐富、簡潔，多邊形被連成完整的網絡，消除了數據冗余，也不會產生歧義。這是因為通過對結點、弧、多邊形拓撲關系的描述，相鄰弧段的公用結點，相鄰多邊形的公用弧段在計算機中只需記錄一次，這樣就消除相鄰多邊形在簡單矢量結構中可能存在的重復線，減少了數據冗余；（2）拓撲信息與空間坐標分別存儲，這有利于諸如：近鄰，包含和相連等查詢操作。描述點、線、面實體的空間關系不再完全依賴于具體坐標位置。網絡連接在邏輯上很嚴格，不需要通過坐標值來查詢、判斷，空間分析、查詢很方便。（3）便于檢查數據輸入過程中的錯誤；(如：只要輸入clean命令軟件可標出)（4）所有鄰域

32、分析都得以實現，島與多邊形的關系不受限制。拓撲數據結構的不足在于：（1）拓撲表必須在一開始時就創建，這需要一定時間和存儲空間；（2）一些簡單的操作，如圖形顯示比較慢，因為圖形顯示需要的是空間坐標而非拓撲結構。（3）編輯操作可能產生數據冗余或整體結構的改變。（4）某些搜索只能是順序搜索，降低了搜索效率。是否需要創建拓撲結構需要考慮數據是用于分析還是簡單的顯示。27 柵格結構實體的表達(C5)在柵格結構中：點實體：用一個柵格像元表示；線實體(或線狀地物)：用沿線走向的一組相鄰的柵格像元表示，每個柵格像元最多只有兩個相鄰像元在線上；面實體(即面或區域)：用記有區域屬性的相鄰柵格像元的集合表示，每個柵

33、格像元可有多余兩個的相鄰像元同屬一個區域。28 柵格結構的特點(C5)屬性明顯，定位隱含，即數據直接記錄屬性的指針或屬性本身，而所在的位置則根據行列號轉換為相應的坐標給出，也即定位是根據數據在數據集中的位置得到的。柵格結構表示的地表是不連續的，是量化的和近似離散的數據。29 柵格結構數據的獲取途徑與方法（胡鵬P26-27，lyl P67）(C5)1) 遙感數據；2) 圖片掃描數字化（逐點掃描專題地圖，將掃描數據重采樣和再編碼得到柵格數據文件）；3) 由矢量數據轉換而來；4) 由手工方式獲取（或目讀法）在專題圖上均勻劃分網格，逐個網格地確定其屬性代碼的值，最后形成柵格數據文件。為了保證數據的質量

34、，在確定柵格數據中某一像元點的代碼時，通常采用的方法有：中心歸屬法、面積占優法、長度占優法和重要性法。在轉換和重采樣時需盡可能保持原圖或原始數據精度，常有2種辦法：其一，在決定柵格代碼時盡量保持地表的真實性，保證最大的信息容量，為此可用：中心點法(或中心歸屬法)、面積占優法、長度占優法、重要性法和百分比法等方法決定柵格單元代碼取值。其二，縮小單個柵格單元面積，從而減少混合像元數量，達到逼近原始精度的目的。30 你學過哪些柵格結構的編碼方法(C5)：1）直接柵格編碼法；2）鏈碼（chain codes）；3）游程長度編碼（run-length codes）；4）塊碼（block codes）；5

35、）四叉樹編碼（quadtrees）。31矢量結構的特點(C5)定位明顯，屬性隱含。能最好的逼近地理實體的空間分布特征（黃 pP37），數據精度高，數據存儲冗余度低，便于進行地理實體的網絡分析，但不利于多層空間數據的疊合（置）分析。其定位是根據坐標直接存儲的，而屬性則一般存于文件頭或數據結構中的某些特定的位置上。這種特點使得其圖形運算的算法總體上比柵格數據結構復雜的多，有些甚至難以實現，當然有些地方也有所便利和獨到之處，在計算長度、面積、形狀和圖形編輯、幾何變換操作中，矢量結構有很高的效率和精度，而在疊加運算和鄰域搜索等操作時則比較困難。32 你學過哪些多邊形矢量編碼方法(C5)：1）坐標序列法

36、；2）樹狀索引編碼法；3）拓撲結構編碼法。（北大new P150）33 拓撲數據結構的拓撲編輯功能(拓撲數據結構的重要特征) (C5)拓撲數據結構最重要的技術特征和貢獻是具有拓撲編輯功能。這種拓撲編輯功能，不但保證數字化原始數據的自動查錯編輯，而且可以自動形成封閉的多邊形邊界，為由各個單獨存儲的弧段組成所需要的各類多邊形及建立空間數據庫奠定基礎。拓撲編輯功能包括多邊形的連接編輯和結點的連接編輯，前者指順序連接組成封閉多邊形的一組線段的編輯，后者指順序連接環繞某個結點所有多邊形的編輯（黃p39）。34矢量結構與柵格結構的優缺點(C5)空間數據的柵格結構和矢量結構是模擬地理信息的截然不同的兩種方法

37、（p56張超），事實證明二者在表示空間數據上可以是同樣有效的（北大p43）。柵格和矢量模型最根本的不同在于它們如何表達空間概念。柵格模型采用面域或空域枚舉來直接描述空間目標對象；矢量模型用邊界或表面來表達空間目標對象的面或體要素，通過記錄目標的邊界，同時采用標識符（Identifier）表達它的屬性來描述對象實體。 （陳述彭p33）對計算機來說，柵格模型特別適合于刻畫像地球重力場那樣的連續的空間變量。柵格可用數據矩陣來表達，以一種簡單的文件結構儲存在磁盤中，文件按順序含有像元的地址。與此相反，矢量模型非常適合于表達圖形對象和進行高精度制圖，然而矢量數據存儲的數據結構復雜，以矢量形式進行圖形疊加

38、的算法也很復雜。（科學院p31-33）在實際應用中，究竟采用何種數據結構，取決于利用數據的目的。有些地理現象用柵格數據表達更合適；有些地理現象則用矢量數據更有利（邊p101）。總之，柵格結構和矢量結構都有各自的優缺點和局限性，如下表所示，對于一個GIS來說，目前較為理想的方案是，采用兩種數據結構，即柵格結構和矢量結構并存，用計算機程序實現二者的高效轉換（張超p58）。柵格結構矢量結構優點：1數據結構簡單；2空間數據的疊加（疊置或疊合）和組合操作（或分析）易實現，更有效；3能有效表達空間可變性，各類空間分析都易進行； 4（地表）數學模擬方便；5柵格圖像便于做圖像的有效增強，現勢性也強（RS圖像為

39、柵格格式）；6技術開發費用低優點：1表示地理數據的精度高；2數據結構嚴密(或緊湊)，數據量小（或冗余度低）；3用網絡連接法能完整的描述拓撲關系，提供更有效的拓撲編碼，因而對需要拓撲信息的操作更有效，如網絡分析4圖形輸出（與顯示）精確美觀，質量好，接近于手繪；5圖形數據和屬性數據的恢復、更新、綜合都能實現。缺點：1數據結構不嚴密，不緊湊，圖形數據量大，需用壓縮技術解決這個問題2難以表達拓撲關系3圖形輸出不美觀，線條有鋸齒，需用增加柵格數量來克服，但會增加數據文件4難以建立網絡連接關系5投影變換比較復雜，花的時間多缺點：1比柵格數據結構復雜；2疊加操作（與分析）沒有柵格有效；3表達空間變化性能力差

40、，數學模擬比較困難；4不能象數字圖像那樣做增強處理；5顯示與繪圖費用高，特別是高質量繪圖、彩色繪圖和暈線圖等；6技術復雜，多邊形內的空間分析不容易實現。35面（或多邊形）的柵格化方法(C5)多邊形矢量格式向柵格格式的轉換又稱多邊形填充，就是在矢量表示的多邊形邊界內部的柵格點上賦以相應的多邊形編號，從而形成多邊形的柵格數據陣列。主要有內部點擴散算法、復數積分算法、射線算法、掃描算法和邊界代數算法等幾種。1）內部點擴散算法：該算法由每個多邊形一個內部點（種子點）開始，向其八個方向的鄰點擴散，判斷各個新加入點是否在多邊形邊界上，如果是邊界點，則新加入點不作為種子點（但邊界點也可賦多邊形編號），否則把

41、非邊界點的鄰點作為新的種子點與原有種子點一起進行新的擴散運算，并將該種子點賦予多邊形的編號。重復上述過程，直到所有種子點填滿該多邊形并遇到邊界為止。擴散算法程序設計比較復雜，需要在柵格陣列中進行搜索，占用內存很大。在一定柵格精度上，如累復雜圖形的同一多邊形的兩條邊界落在同一個或相鄰的兩個柵格內會造成多邊形不連通，則一個種子點不能完成整個多邊形的填充。2）復數積分算法：對全部柵格陣列逐個柵格單元判斷柵格歸屬的多邊形編碼，判別方法是由待判點對每個多邊形的封閉邊界計算復數積分，對某個多邊形，如果積分值為2i,則該待判點屬于此多邊形，賦予多邊形編號。否則在此多邊形外部，不屬于該多邊形。復數積分算法涉及

42、許多乘除運算，盡管可靠性好，設計也并不復雜，但運算時間很長，難以在比較低檔次的計算機上采用。采用一些優化方法，如根據多邊形邊界坐標的最大最小值范圍組成的矩形來判斷是否需要做復數積分運算，可以部分地改善運算時間長的困難。3）射線算法：射線算法可逐點判別數據柵格點在某多邊形之外或在多邊形內，由待判點向圖外某點引射線，判斷該射線與某多邊形所有邊界相交的總次數，如相交偶數次，則待判點在該多邊形的外部，如為奇數次，則待判點在該多邊形內部。射線算法要計算與多邊形交點，因此運算量大。另一個比較麻煩的問題是射線與多邊形相交時有些特殊情況如相切、重合等，會影響交點的個數，必須予以排除，由此造成算法的不完善，并增

43、加了編程的復雜性。4）掃描算法：掃描算法是射線算法的改進，通常情況下，沿柵格陣列的行方向掃描，在每兩次遇到多邊形邊界點的兩個位置之間的柵格，屬于該多邊形。掃描算法省去了計算射線與多邊形交點的大量運算，大大提高了效率，但一般需要預留一個較大的數組以存放邊界點，而且掃描線與多邊形邊界相交的幾種特殊情況仍然存在，需要加以判別。5）邊界代數算法：邊界代數多邊形填充算法（Boundary Algebra Filling,簡稱 BAF）,是任伏虎等設計并在微機地理信息系統上實現的一種基于積分思想的矢量格式向柵格格式轉換算法。（略）（此法與邊界填充算法相似，或后者據前者而來，故不細述）6）邊界填充算法及（邊

44、界）柵欄填充算法（詳見教材p112-114,可重點解釋圖4-31的變化過程）后者僅對穿越多邊形中部的柵欄線與多邊形邊界之間的像元進行計算，大大減小了計算范圍加快了轉換速度。前者要對掃描線與多邊形每條邊交點右方的區域的像素都要取原屬性值之補。36柵格結構向矢量結構的轉換(詳見胡鵬教材p114-116) (C5)柵格數據到矢量數據轉換的一般過程可描述為（1）二值化（即將掃描的灰度圖壓縮為僅含0,1兩種代碼，兩個級別的數字圖像）；（2）二值圖像的預處理：即通過軟件的圖像編輯功能或數學變換，進行去污、去噪、斷線連接和邊界提取等。用低通濾波進行破碎地物的合并，用高通濾波提取邊界的范圍，等等。（3）細化：

45、細化就是將二值圖像像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，又便于下一步跟蹤處理。細化的基本過程是：（a）確定需細化的像元集合；（b）移去不是骨架的像元；（c）重復（a）、（b），直到僅剩骨架像元。細化的算法很多，各有優缺點。經典的細化算法是通過3X3的像元組來確定如何細化。（4）追蹤：細化后的二值圖像形成了骨架圖，追蹤就是把骨架轉換為矢量圖形的坐標序列。（5）拓撲化：在追蹤時加上線的端點、結點、孤立點等信息后，就可形成結點和弧段，然后可用矢量數據的自動拓撲方法進行拓撲化。這樣就完成了柵格結構向矢量結構的轉換。（最后可能

46、還要去除多余點及曲線圓滑。）37數據庫的主要特征(胡鵬 P38) (C6)數據庫方法與文件系統方法相比，具有更強的數據管理能力。數據庫具有如下主要特征： (1) 數據集中控制。在文件管理方法中，文件是分散的，每個用戶或每種處理都有各自的文件，這些文件之間一般是沒有聯系的，因此，不能按照統一的方法來控制、維護和管理。而數據庫則很好地克服了這一缺點，可以集中控制、維護和管理有關數據。(2) 數據獨立。數據庫中的數據獨立于應用程序，包括數據的物理獨立性和邏輯獨立性，給數據庫的使用、調整、優化和進一步擴充提供了方便，提高了數據庫應用系統的穩定性。（3）數據共享。數據庫中的數據可以供多個用戶使用，每個用

47、戶只與庫中的一部分數據發生聯系；用戶數據可以重疊，用戶可以同時存取數據而互不影響，大大提高了數據庫的使用效率。（4）減少數據冗余。數據庫中的數據不是面向應用，而是面向系統。數據統一定義、組織和存儲，集中管理，避免了不必要的數據冗余，也提高了數據的一致性。（5）數據結構化。整個數據庫按一定的結構形式構成，數據在記錄內部和記錄類型之間相互關聯，用戶可通過不同的路徑存取數據。（6）統一的數據保護功能。38計算機進行數據管理經歷了哪三個發展階段(C6)：從20世紀4050年代的人工管理；到60年代的文件管理，進一步發展到70年代后的數據庫管理。39 數據庫中數據的組織(C6)：（1）數據項：數據項又稱

48、為元素或字段，它是可以定義數據的最小單位。數據項與現實世界實體的屬性相對應，例如，泵站的地理坐標、建成時間、權屬、使用年限、排灌能力等每一個屬性都可以作為一個數據項。（2）記錄：記錄由一系列相關數據項組成，它是應用程序輸入-輸出的邏輯單位。對大多數據庫系統而言，記錄是處理和存儲信息的基本單位。記錄與現實世界中的實體相對應，是表征一個實體的數據總和，組成該記錄的數據項表示實體的若干屬性。（3）文件：文件是記錄型與值的總和，一個文件對應于現實世界中的一個實體集，同一類型的（邏輯）記錄組成同質文件，不同類型的（邏輯）記錄形成異質文件。（4）數據庫是比文件更大的數據組織。數據庫（Data Base）是

49、以一定的組織方式存儲在一起的相互關聯的數據集合。數據庫的內部構造是文件的集合，當然，這些文件之間必須存在某種聯系，不能孤立存在。一般情況下，一個地理信息系統工程可能含有上千幅圖，每幅圖可能有點、線、面多種數據文件和多種屬性表，因而一個GIS工程空間數據庫可能包含成千上萬個文件。40常用數據文件的組織形式(C6)：一、順序文件；二、索引文件；三、直接文件；四、倒排文件。41傳統數據模型(C6)：層次模型、網狀模型和關系模型。42 關系數據庫語言SQL由數據定義語言、數據操縱語言及數據控制語言構成。(C6)43傳統數據庫管理系統的局限性(lyl P106) (C6)雖然傳統的通用數據庫管理系統已成

50、功地應用于文本數值型數據的管理（商業化數據庫系統比文件系統具有更多的優越性），然而，當它們被用來管理空間數據時卻顯得力不從心，其局限性主要表現在以下方面：）地理空間數據具有很強的空間相關性（即邊之 “高度的內部聯系”），而傳統的DBMS只適合管理相關性較小的數字和字符。此外，具有高度內部聯系的空間數據記錄需要復雜的安全性維護系統，以保證所有相關聯空間數據的一致性和完整性，這些對傳統的DBMS來說難以保證。(lyl P106) （大致同邊P121之第5條）（此條著重描述數據的空間相關性及其安全維護）地理空間數據的實體類型繁多，實體類型之間存在著空間拓撲關系等復雜的空間關系,而傳統DBMS一般都難

51、以實現空間數據的關聯、連通、包含、疊加等基本拓撲操作。 (lyl P106) （大致同邊P121之第2條和第1條的后半部分）（此條描述拓撲關系）GIS中需要存儲的坐標點的數目往往是變化的（如弧段的結點、中間點數，多邊形的弧段數是變化的），因此空間數據記錄的數據項可能很大，很復雜，記錄一般是變長的，而傳統DBMS一般只允許把記錄設定為固定長度，且要求數據項為原子數據. (lyl P106) （大致同邊P121之第1條的前半部分）（此條描述數據記錄長度問題，是否變長）GIS需要進行一些復雜的圖形圖像處理，空間數據庫中需要有大量的相關操作和查詢，如特征提取、影像分割、影像代數運算、拓撲和相似性查詢等

52、,而傳統DBMS一般只支持對文字和數字信息的操縱和查詢。44空間數據庫系統的組成：(C6)與傳統數據庫系統類似，空間數據庫系統也由三個部分所組成。1）空間數據庫：可以看作是存儲在物理介質上的與應用相關的地理空間數據的總和，一般是以相互關聯的一些特定結構之文件的形式組織在存儲介質上。2）空間數據庫應用系統：則是指由GIS的空間分析模型和應用模型所組成的軟件。它不但可以全面地管理空間數據，還可以運用空間數據完成分析與決策工作。3）空間數據庫管理系統：是指能夠對物理介質上存儲的地理空間數據進行語義和邏輯定義，提供必要的空間數據查詢與存取功能，并能夠對空間數據進行有效的維護和更新的一套軟件系統。空間數

53、據庫管理系統除了需要具備常規數據庫管理系統所具有的功能之外，還需要提供針對空間數據的特定管理功能。其具體實現可以采用不同的方法，例如，象Oracle系統那樣，直接對常規數據庫管理系統進行功能擴充，加入一些空間數據存儲與管理功能；或者象ESRI的SDE那樣，在常規數據庫管理系統上添加一層空間數據庫引擎，獲得空間數據的存儲和管理能力。45 GIS數據管理的主要方法(lyl P107-110) (C6)：（一）文件與關系數據庫管理系統；（二）全關系型數據庫管理系統；（三）對象-關系數據庫管理系統；（四）面向對象數據庫管理系統；46空間數據查詢的含義（胡鵬教材P158）（C7）查詢屬于數據庫的范疇，一

54、般定義為作用在庫體上的函數，返回滿足條件的內容。查詢屬于咨詢式分析，是用戶與數據庫交流的途徑。查詢是GIS用戶最經常使用的功能，GIS用戶提出的很大一部分問題都可以以查詢的方式解決，查詢的方法和查詢的范圍在很大程度上決定了GIS的應用程度和應用水平。47空間查詢的方式（lyl P169）（C7）：目前GIS的空間查詢主要有下列4種方式：（1）擴展關系數據庫的查詢語言(SQL)查詢；（2）可視化空間查詢；（3）超文本查詢；（4）自然語言空間查詢。48 何謂DEM？并列舉其應用。（C7）DEM即Digital Elevation Model，它是地表單元上高程的集合，通常用矩陣表示。（張超 P81

55、 L2；鄔倫old P86 BL5）DEM常見的應用有：（1）在數字地形圖數據庫中存貯高程數據；（2）解決道路設計和軍事工程中的與高程有關的問題；（3）軍事目的三維地形顯示及風景設計和規劃；（4）剖面視覺分析；（5）道路規劃、大壩選址等；（6）不同地形之間的靜態分析和比較；（7）產生坡度圖、坡向圖和生成著色地形圖的坡度剖面圖，輔助地貌分析或建立侵蝕圖；（8）作為專題信息的顯示背景或將地形數據與專題數據進行疊合；（9）為景觀的圖像模擬模型和景觀處理提供數據；（10）通過將高程替換為其他連續變化的屬性。（11）地形曲面擬合；（12）趨勢面分析；49 DEM的生成方法（C7）（1）人工網格法：將地形

56、圖蒙上網格，逐格讀取中心或角點的高程值，構成數字高程模型。（2）立體像對分析：通過RS立體像對，根據視差模型，自動選配左右影像的同名點，可建立DEM。（3）三角網方法（TIN）：對有限個離散點，每三個最鄰近點聯接成三角形，每個三角形代表一個局部平面，再根據每個平面方程，可計算各網格點高程，生成DEM。（4）曲面擬合：根據有限個離散點的高程，采用多項式或樣條函數求得擬合公式，再逐一計算各點的高程，可得到擬合的DEM。（5）等值線插值：根據各局部等值線上的高程點，通過插值公式計算（其它）各點的高程，得到DEM。上述方法中，人工格網法精度低，工作量大，不宜采用；立體像對分析要求有立體像對影像和特殊的

57、軟件，且運算時間較長，技術條件特殊；三角網法在有足夠的離散點情況下效果較好；曲面擬合可反映總的地勢，但局部誤差較大；等值線插值是用的比較普通的方法，輸入等值線后，可在矢量格式的等值線數據基礎上進行，插值效果較好。50 何謂“泰森多邊形”？它有何特性？（C7）荷蘭氣候學家A.H.Thuiessen提出了一種根據離散分布的氣象站的降雨量來計算平均降雨量的方法。該方法是將所有相鄰氣象站連成三角形，作這些三角形各邊的垂直平分線，于是每個氣象站周圍的若干垂直平分線便圍成一個多邊形。用這個多邊形內所包含的一個惟一氣象站的降雨強度來表示這個多邊形區域內的降雨強度，并稱這個多邊形為泰森多邊形。泰森多邊形每個頂點是每個三角形的外接圓圓心，泰森多邊形也稱為Voronoi圖或Dirichlet圖。泰森多邊形的特性：(1) 每個泰森多邊形內僅含有一個離散點數據；(2)泰森多邊形內的點到相應離散點的距離最近；