地理信息系统概论课后习题部分答案 第一章
1、什么是地理信息系统（GIS）？它与一般计算机应用系统有哪些异同点？
答：地理信息系统： 是由计算机硬件、软件和不同的方法组成的系统，该系统设计支持 空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题。 GIS 脱胎于地图学，是计算机科学、地理学、测绘遥感学、环境科学、城市科学、空间 科学、信息科学和管理科学等众多学科交叉融合而成的新兴学科。但是，地理信息系统与这 学科和系统之间既有联系又有区别: （1） GIS 与机助制图系统 机助制图是地理信息系统得主要技术基础，它涉及 GIS 中的空间数据采集、表示、处理、 可视化甚至空间数据的管理。地理信息系统和数字制图系统的主要区别在于空间分析方面。 一个功能完善的地理信息系统可以包含数字制图系统的所有功能， 此外它还应具有丰富的空 间分析功能。 （2）GIS 与 DBMS(数据库管理系统) GIS 除需要功能强大的空间数据的管理功能之外，还需要具有图形数据的采集、空间数据 的可视化和空间分析等功能。因此，GIS 在硬件和软件方面均比一般事务数据库更加复杂， 在功能上也比后者要多地多。 （3）GIS 与 CAD 系统 二者虽然都有参考系统，都能描述图形，但 CAD 系统只处理规则的几何图形、属性库功能 弱，更缺乏分析和判断能力。 （4）GIS 与遥感图像处理的系统 遥感图像处理的系统是专门用于对遥感图像数据处理进行分析处理的软件。 它主要强调对遥 感栅格数据的几何处理、 灰度处理和专题信息提取。 这种系统一般缺少实体的空间关系描述， 难以进行某一实体的属性查询和空间关系查询以及网络分析等功能。 2、地理信息系统有哪几个主要部分组成？它的基本功能有哪些？试举目前广泛应用的两个基础地理信息系统软件为例，列出它们的功能分类表，并比较异同点？
（1）系统硬件:包括各种硬件设备，是系统功能实现的物质基础； （2）系统软件:支持数据采集、存储、加工、回答用户问题的计算机程序系统； （3）空间数据:系统分析与处理的对象，构成系统的应用基础； （4）应用人员:GIS 服务的对象，分为一般用户和从事建立、维护、管理和更新的高级用户； （5）应用模型:解决某一专门应用的应用模型，是 GIS 技术产生社会经济效益的关键所在。
3、试说明地理信息系统的基本分析功能与应用模型之间的区别和联系是什么？
答： 地理信息系统分析功能是基于现有数据按照一定规律或者参数进行计算得出的结构， 这 些规律和参数就可以构成一个应用模型， 比如降雨量计算模型和风力强度计算模型等。 但应 用模型很多是专业领域的模型， 其表现可以是参数表格也可以是图标或计算公式， 不利于地 理信息这种要与地理坐标想联系， 并且需要特殊的可视化效果的信息分析与表达。 因此要构 建适合于地理信息分析和表达的应用模型就要吧如气象农业等行业应用模型转变或者结合 地理信息做成与空间信息想连接的模型应用于分析。
4、根据你的了解，阐述地理信息系统的相关学科及关联技术，并就地理信息系统基础理论的简历和发展问题，发表你的意见和观点？
答：地理信息系统与其他相关学科系统间的关系 （1）GIS 与 地图学 GIS 是以地图数据库（主要来自地图）为基础，其最终产品之一也是地图，因此它与地图 有着极密切的关系。GIS 是地图学理论、方法与功能的延伸， GIS 与地图学一脉相承，它 们都是空间信息处理的学科，地图学强调图形信息传输，而 GIS 则强调空间数据处理与分 析，地图学与 GIS 之间的联系是通过地图可视化工具与他们的潜力来增强 GIS 的数据综合 和分析能力。 （2）GIS 与一般事务数据库 GIS 离不开数据库技术。 数据库技术主要通过属性来管理和检索， 但一般没有空间概念， GIS 恩能够处理空间数据。 （3）GIS 与计算机地图制图 计算机地图制图技术的发展对 GIS 的产生起了有力的促进作用， 的出现又反过来为地图 GIS 制图提供了现代化的先进技术手段。数字地图是 GIS 的数据源，也是 GIS 的表达形
式，计 算机地图制图是 GIS 的重要组成部分。 （4）GIS 与计算机辅助制图（CAD） GIS 处理的多为自然目标，CAD 处理的多为规则几何图形及其组合。GIS 的属性库内容结 构复杂，功能强大，图形属性的相互作用十分频繁，且多具有专业化特征。
5、地理信息系统课应用于哪些领域？根据你的了解论述地理信息系统的应用和发展前景？ 答：现今地理信息系统已应用于测绘与地图制图、资源管理、城乡规划、灾害监测、环境保 护、国防、宏观决策支答：空间数据的拓扑关系是明确定义空间结构关系的一种数学方法，在 GIS 中，它不但用 于空间数据的编辑和组织，而且在空间分析和应用中都具有非常重要的意义。 意义： （1）根据拓扑关系，不需要利用坐标或者计算距离，就可以确定一种地理实体，相对于另 一种地理实体的空间位置关系； （2）利用拓扑数据有利于空间要素的查询； （3）可以利用拓扑数据作为工具，重建地理实体。 3、试比较矢量与栅格数据结构各有什么特征？
答： 矢量数据的特点：用离散的点、线、面织成的边界或表向来表达空间实体，用标识符 表达的内容描述空间实体的属性。描述的空间对象位置明确，属性隐含。矢量数据之间的关 系表示丁空间数据的拓扑关系。 栅格数据的特点：用离散的量化的网格值来表示和描述空间目标；具有属性明显、位 置隐含的特点；数据结构简单，易于遥感数据结合，但数据量大；几何和属性偏差；面向位 置的数据结构，难以建立空间对象之间的关系。 （1）栅格数据结构类型具有“属性明显、位置隐含”的特点，它易于实现，且操作简单， 有利于基于栅格的空间信息模型的分析，而采用矢量数据结构则麻烦的多； （2）但栅格数据表达精度不高，数据存储量大，工作效率较低。因此，对于基于栅格数据 结构的应用来说， 需要根据应用项目的自身特点及其精度要求来恰当地平衡栅格数据的表达 精度和工作效率两者之间的关系。 （3）另外，因为栅格数据格式的简单性（不经过压缩编码） ，其数据格式容易为大多数程序 设计人员和用户所理解，基于栅格数据基础之上的信息共享也较矢量数据容易。 矢量数据具有“位置明显，属性隐含”的特点，数据表达精度较高数据存储量小，较高分辨 率，便于进行网络分析，但在多辨析跌至和抠门那个键均值处理等操作比较苦难。 4、请简述平面控制网和高程控制网在 GIS 中的应用？
答：平面控制网用以确定在地球上得平面位置通常是地理经纬度坐标； 高程控制网利用空间某点高于或低于基准面的垂直距离来提供地形信息。
5、什么是 4D 数据？它们与矢量和栅格数据之间具有什么联系？
答：4D 数据是指：数字线画图数据（DLG） 、数字栅格数据（DRG） 、数字高程模型数据 （DEM） 、数正射影像数据（DOM）; 数字线画图数据（DLG）:是现有地形图要素的矢量数据。 数字栅格数据（DRG） ：是现有纸质地图经计算机处理后得到的栅格数据文件。 数字高程模型数据（DEM） ：是艺术字形式表达的地形起伏数据，也是矢量数据； 数正射影像数据（DOM） ：是对遥感数字影像，经像元进行投影差改正、镶嵌，也是一种栅 格形式的数据。
6、什么是游程编码？游程编码的压缩效果与哪些因素有关？
答： 游程编码是逐行将相同值得栅格合并， 记录合并后栅格的值及合并栅格的数量 （即游程） ，其目的是压缩栅格数据量，消除数据间的冗余。游程编码的压缩效果主要取决于栅格数据 的性质级与原图的复杂成反比，变化多得部分有游程数就多，变化少的部分游程数就少，图件越简单压缩效率就越高。
7、什么是栅格四叉树结构？请比较常规四叉树与线性四叉树的区别？
答：栅格四叉树结构是指将空格键区域按照四个象限进行递归分 n 次，每次分割形成 2n*2N 个子象限中的属性数值都相同为止，该子象限就不再分割。 常规四叉树与线性四叉树的区别： 常规四叉树：常规四叉树每个节点通常储存 6 个量，即 4 个子节点指针、一个父节点指针和 一个节点值。常规四叉树可采用子下而上的方法建立，对栅格按莫顿码顺
序进行检测，这种 方法除了要记录叶节点，还要记录中间节点。常规四叉树在处理上简便灵活，而且当栅格矩 阵很大，存储和处理整个矩阵较困难时，可用常规四叉树存储法 ； 线性四叉树：线性四叉树每个节点只存储 3 个量，即莫顿码、深度（或节点大小）和节点值。 线性四叉树编码不需要记录中间节点的、0 值节点，也不适用指针，仅记录非 0 值也节点， 并用莫顿码表示叶节点的位置。 线性四叉树比常规四叉树节省存储空间； 由于记录节点地址， 既能直接找到其在四叉树中的走向路径， 又可以换算出他在整个栅格区域内的行列位置， 压 缩和解压缩比较方便，各部分分辨率可不同，即可精确地表示图形结构，又可减少存储量， 易于进行大部分图形操作和运算。
8、什么是 TIN？Grid 和 TIN 在表达曲面数据的时候各有什么特点？
答：Grid 规则网格和 TIN 不规则三角网都是表示数字高程的两种方法。 Grid 规则网格通常是正方形，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。数学上可以表示为一个矩阵，在计算机 实现中则是一个二维数组。每个格网单元或数组的一个元素，对应一个高程值； TIN 不规则三角网是将离散分布的实测数据点连成三角网， 网中的每份三角形要求尽量接近 等边形状，并保证由最近邻点构成三角形，即三角形的边长之和最小。 特点： Grid 规则网格：可以很容易地用计算机进行处理，特别是栅格数据结构的地理信息系统。 它还可以很容易地计算等高线、坡度坡向、山坡阴影和自动提取流域地形，使得它成为数字 高程模型（DEM）最广泛使用的格式。规则格网的缺点是不能准确表示表面网格所代表的 地形的结构和细部： 在地形平坦的地方， 存在大量的数据冗余； 在不改变格网大小的情况下， 又难以表达复杂地形的突变现象。此外，规则格网的数据量通常比较大，给数据管理带来了 不便，需要进行压缩存储。如果采用无损压缩难以达到很好的压缩效果，如果要保证压缩效 果，只能采用有损压缩，即牺牲了地形的细节信息。 TIN 不规则三角网：减少了规则格网带来的数据冗余，同时在计算效率和表达精度方面也有 其优越性。 不规则三角网的数据存储方式比规则格网复杂， 不规则三角网与规则格网不同之 处是随地形起伏变化的复杂性而改变采样点的密度和决定采样点的位置， 因而它能够避免地 形平坦时的数据冗余， 又能按地形特征点如山脊、 山谷线、 地形变化线等表示数字高程特征。 第三章
1、比较空间内插的移动拟合法、局部函数和按距离加权法等。P108 答：移动拟合法：是只对每一个待插值点 P 用一个多项式曲面拟合该店附近的表面，从而 计算出该点的高程值。
3、试述克里金内插法的基本原理、优点 及实施过程？
答：原理：将被插值的莫要素（例如地形要素）当做一个区域化地变量来看待。所谓区域化 的变量就是介于完全随机的变量和完全确定的变量之间的一种变量， 它随所在区域位置的改 变而连续地变化，因此，彼此离得近点之间有某种程度上的空间相关性，而相隔比较远的点 之间在统计上看是相互独立无关的。 优点： 实施过程： 首先是利用那些摇摇用来插值的离散点集合建立一个变量图， 变量图通常包括两 部分，一个是根据实验获得的变量图，另一个是模型变量图。 其次将变量图用来计算 Kriging 方法中的权重。 4、请举例说明常用的矢量和栅格数据的转换方法？
矢量转栅格： 矢量转栅格： 内部点扩散法，即由多边形内部种子点向周围邻点扩散，直至到达各边界为止； 复数积分算法，即由待判别点对多边形的封闭边界计算复数积分，来判断两者关系； 射线算法和扫描算法， 即由图外某点向待判点引射线， 通过射线与多边形边界交点数来判断 内外关系； 边界代数算法， 是一种基于积分思想的矢量转栅格算法， 适合于记录拓扑关系的多边形矢 量数据转换，方法是由多边形边界上某点开始，顺时针搜索边界线，上行时边界左侧具有相 同行坐标的栅格减去某值， 下行时边界左侧所有栅格点加
上该值， 边界搜索完之后即完成多 边形的转换。 栅格转矢量：即是提取具有相同编号的栅格集合表示的多边形区域的边界和边界的拓扑 栅格转矢量 关系，并表示成矢量格式边界线的过程。步骤包括：多边形边界提取，即使用高通滤波 将栅格图像二值化；边界线追踪，即对每个弧段由一个节点向另一个节点搜索；拓扑关系生成和去处多余点及曲线圆滑。 答：矢量向栅格转换方法：矢量向栅格转换处理的更笨任务就是把点、线或面的矢量数据， 转换成对应的栅格数据，这一过程叫做栅格化。栅格化可以分别针对点、线和面来进行，点 的栅格化是线和面栅格化的基础。 转换方法： 立矢量数据的平面直角坐标系和栅格行列坐标 系之间的对应关系。点的栅格化：矢量坐标（x，y） ，转换后的栅格但愿行列值（I，J） ；线 的栅格化：线的栅格化先分解成折线的每一个线段的栅格化，对应一条线段的栅格化，先使 用点栅格化地方法，栅格化线段的两个端点，然后再栅格化线段中间的部分；面得栅格化： 基于弧段数据的栅格化方法 与线段栅格化地方法类似，基于多边形数据栅格化地方法，这 种方法是以非拓扑的实体的实体多边形作为栅格化地处理单元， 将一个多边形的内部栅格单 元赋予多边形的属性值，基于多边形数据的栅格化方法包括：内点填充法、边界代数法和包 含检验法等。 栅格向矢量的转换方法：栅格数据结构向矢量数据结构转化又称为矢量化。矢量化方法：1） 二值化， 想根据栅格数据建立一个阈值， 再根据这个阈值将不同的数据灰度严肃哦到 2 个弧 度形成二值图。2）细化，是消除线画横断面栅格树的差异，使得每一条线只保留代表其轴线或周围轮廓线位置的单个栅格的宽度。细化又可分为“剥皮法” ，和“骨架法”两大类。 “剥皮法” ：实质是从曲线的边缘开始，每一次剥掉等于一个栅格宽的一层，直到最后留下 彼此连通的由单个栅格点组成的图形。 “骨架法”3）跟踪法：是讲细化处理后的栅格数据转 换为从节点出发的线段或闭合的线条，并以矢量形式存储线段的坐标。 栅格数据的矢量化方法：1）首先在栅格数据中收索多边形边界弧段相交处的节点位置； 2）接着从收索出得节点里任选一个座位其实跟踪节点，顺着栅格单元属性值不同的两个栅 格单元之间进行多边形边界弧段的跟踪，记录每一步跟踪的坐标，直到另一个节点为止； 3）最后将各宗得到的弧段数据连接组织成多边形。
6、试述 GIS 空间拓扑关系编辑的功能及具体算法？P106 、 空间拓扑关系编辑的功能及具体算法？ 答：1）多边形连接编辑功能：首先要找出要编辑多边形相关的所有记录，其次找在找出的 记录中，检查当前编辑的多边形所处的位置：如果带编辑的多边形在左多边形位置，将之与 处于有多边形位置的多边形号相交换， 同时也将该记录的节点号位置作相应的交换， 反之则 该记录的所有数据顺序不作改变；随后，从经过代码位置转换的记录中，任取一个起始节点 作为起点，顺序连接各个节点，必要时可对记录的前后顺序作调整，是的连接的节点能自行 封闭；如节点不能闭合则必须改正出错得记录。 2）节点连接编辑功能：首先从弧段文件中找出与当前编辑的节点相关的所有记录；其次在 找出的记录中，检查当前编辑的节点所在的位置：如果待编辑的节点在起始节点位置，将之 与处于终止节点位置的节点号相交换， 同时也将该记录的多边形号位置作相应的交换反之则 该记录的所有数据项顺序不作改变；再者，从经过代码位置转换的记录中，任取一个左多边 形作为起点，顺序连接各个多边形，同样必要时可对记录的前后顺便作调整，使得连接的多 边形能首尾呼应。 7、仿射变换的原理及其误差纠正的方法？
答：放射变化是几何纠正的常用方法，放射变换后的特性直线变化后任是直线，平行线变化 后任是平行线，不同方向上的长度比发生变化； 8、请简述地图投影的分类及作用？
答： 地图投影实质是将地球托球体面上的经纬度线间按照一定的数学法则转移到平面上， 在 地球椭球面和平面之间建立点与点之间函数关系的数学方法； 地图投影分类： 按地图投影的构成方法可分为： 1）几何投影： 方位投影、圆柱投影、圆锥投影 按球面与投影免
得几何位置不同可风为正轴投影、横轴投影和斜轴投影； 2）非几何投影：伪方位投影、伪圆柱投影、伪圆锥投影、多圆锥投影 按地图投影变形性质可分为： 等积投影、等角投影、任意投影 第四章
1、空间数据库的概念及其组成部分有哪些？P110
答：空间数据库主要是为 GIS 提供空间数据的存储和管理方法。空间数据库由三个部分组 成：空间数据库存储、空间数据库管理系统、空间数据库应用 。 2、空间数据库的设计有哪些主要的步骤和内容？
答：空间数据库的设计要经历一个由现实世界到信息世界，再到计算机世界的转化过程。具 体步骤和内容为：1）需求分析：即用系统的观点分析与某一特点的空间数据库应用有关系 的数据集合；2）概念设计：把用户的需求加以解释，并用概念模型表达出来。3）逻辑设计： 空间数据库逻辑设计的任务是， 把信息世界中的概念模型利用数据库管理系统所提共的工具 映射为计算机世界中伟数据库管理系统所支持的数据库模型，并用数据描述语言表达出来； 4）物理设计：数据库的物理设计指数据库存储结构和存储路径的设计，即将数据库的逻辑 模型在实际的物理存储设备上加以实现，从而建立一个具有较好性能的物理数据库。 3、语义数据模型中的实体—联系模型的图示中有那些基本元素？
答：.实体—联系模型由 1）实体：实体是对客观现存的其独立作用的食物的一种抽象； 2）联系：联系是实体见有意义的相互作用或对应关系；3）属性：属性是对实体和联系特征 的描述。
4、什么是关系数据模型？其中的基本概念，如元组、 属性、关键字、 模式、关系数据库、关系完整性等的含义分别是什么？ 答： 关系数据模型是将用户对数据的视图与其物理实现分割开来， 从而使得关系模型十分有 利于数据库的设计。 基本概念含义： 元组：每个实例对应于表中的一行，在关系镇南关叫做元组，相当于通常的一个记录； 域：表中的列表示属性，叫做域，相当于通常记录中的一个数据项； 属性： 关键字：关系中的某一属性组，若它的唯一地标识了一个元组则称该属性组为候选关键字； 关系模式： 关系数据库：一系列关系的集合构成一个关系数据库； 关系完整性：关系的正确性相容性和有效性； 5、在关系数据模型设计中，函数依赖和范式的含义是什么？
函数依赖：是由数学理论派生的术语，它表征一个属性集合的值，对另一属性值集合的依赖 性。 范式： 由于关系的属性之间存在着多种关系依赖特性当用关系模式表达时， 一些不良的语义 特性就可能造成数据存储的冗余及由此造成的数据操作的异常， 所以提出了必须遵循的一些 规范化形式，称范式。
6、面向对象数据模型中的基本概念， 如对象、消息、 继承、重载、 多态、 概括、聚集的含义是什么？
答：对象：人们对世界上的事物的认识形成概念使我们可以感知和推理世界上的事物，这些 概念运用到的事物称为对象；
消息：是对象与对象之间相互请求或相互协作的唯一途径； 类：是对一组对象的抽象描述，它将改组对象所具有的共同特征集中起来，以说明改组对象 的能力和性质； 继承：是对具有层次关系的属性和操作进行的共享的一种机制； 重载：一个类型上可以才能在使用名的方法，当出现这种方法时，必须按照某种明显的方式 区分它们，将这种特性称为重载； 多态：是只同一个消息可以根据发送消息对象的不同采用多种不同的行为方式； 概括：是吧举有相同特征和草做的类归纳在一个更一般的超类中； 聚集：聚集反映了潜逃对象的概念，仙桃对象是有一些其他对象组成的，他是用来描述更高 层次对象的一种形式。 7、什么是空间数据库索引？主要的空间数据库索引有哪些？ 答： 所谓空间数据库索引就是依据空间实体的位置形状或空间实体的某种空间关系， 按一