北京大學地理信息系統(tǒng)概論期末考試B卷及參考答案

1、北京大學地理信息系統(tǒng)概論期末考試B卷一、名詞解釋（每題5分，共20分）1. 地理數(shù)據(jù)2. 空間索引3. DTM與DEM4. GIS互操作二、簡答題（每題10分，共40分）1. 矢量數(shù)據(jù)結構與柵格數(shù)據(jù)結構的轉換算法。2. 簡述空間數(shù)據(jù)誤差來源與數(shù)據(jù)質量控制方法。3. 3S集成的作用和意義4. 下面兩個多邊形圖層A和B，圖中標注的是多邊形的屬性，請畫出A與B兩個圖層Overlay的結果圖層C的示意圖，并標注屬性，其中C的屬性為C=A+B。三、分析題（每題20分，共40分）1. 為了完成城市道路拓寬改建分析，論述需要那些空間數(shù)據(jù)，并描述在GIS支持下的分析流程。2. 結合某具體領域（如區(qū)域規(guī)劃、環(huán)境

2、監(jiān)測、土地利用、公共衛(wèi)生等）進行應用GIS總體設計與項目實施。參考答案：*本答案僅供參考。試題尤其是問答題較為靈活，重點要關心考生的綜合應用能力。一、名詞解釋（每題5分，共20分）1. 地理數(shù)據(jù)是各種地理特征和現(xiàn)象間關系的符號化表示，包括空間位置、屬性特征及時態(tài)特征三部分。2. 空間索引就是指依據(jù)空間對象的位置和形狀或空間對象之間的某種空間關系按一定的順序排列的一種數(shù)據(jù)結構，其中包含空間對象的概要信息，如對象的標識、外接矩形及指向空間對象實體的指針。它通過篩選作用，大量與特定空間操作無關的空間對象被排除，從而提高空間操作的速度和效率。3. DTM為數(shù)字地形模型（Digital Terrain

3、Model），是地形表面形態(tài)屬性信息的數(shù)字表達，是帶有空間位置特征和地形屬性特征的數(shù)字描述。數(shù)字地形模型中地形屬性為高程時稱為數(shù)字高程模型（Digital Elevation Model），簡稱DEM。4. GIS互操作是指不同的GIS間與平臺無關的透明數(shù)據(jù)訪問、共享空間數(shù)據(jù)庫和其它服務。是當代GIS技術發(fā)展的重要方向。二、簡答題（每題10分，共40分）1. 矢量數(shù)據(jù)結構與柵格數(shù)據(jù)結構的轉換算法。 對于點狀實體，每個實體僅由一個坐標對表示，其矢量結構和柵格結構的相互轉換基本上只是坐標精度變換問題。線實體的矢量結構由一系列坐標對表示，在變?yōu)闁鸥窠Y構時，除把序列中坐標對變?yōu)闁鸥裥辛凶鴺送?，還需根據(jù)

4、柵格精度要求，在坐標點之間插滿一系列柵格點，這可以由兩點式直線方程得到。線實體由柵格結構變?yōu)槭噶拷Y構與將多邊形邊界表示為矢量結構相似，因此以下重點討論多邊形的矢量結構與柵格結構相互轉換。 （1）矢量向柵格轉換 矢量格式向柵格格式轉換又稱為多邊形填充，就是在矢量表示的多邊形邊界內部的所有柵格點上賦以相應的多邊形編碼，從而形成柵格數(shù)據(jù)陣列。幾種主要的算法描述如下： a）內部點擴散算法：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，如果是邊界上，則該新加入點不作為種子點，否則把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

5、點賦以該多邊形的編號。重復上述過程直到所有種子點填滿該多邊形并遇到邊界停止為止。 b）復數(shù)積分算法：對全部柵格陣列逐個柵格單元地判斷該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(shù)積分，對某個多邊形，如果積分值為2r，則該待判點屬于此多邊形，賦以多邊形編號，否則在此多邊形外部，不屬于該多邊形。 c）射線算法和掃描算法：射線算法可逐點判斷數(shù)據(jù)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(shù)，如相交偶數(shù)次，則待判點在該多邊形外部，如為奇數(shù)次，則待判點在該多邊形內部。要注意的是：射線與多邊形邊界相交時，有一些特殊情況會影響交

6、點的個數(shù)，必須予以排除。 d）邊界代數(shù)算法：它適合于記錄拓撲關系的多邊形矢量數(shù)據(jù)轉換為柵格結構。若多邊形編號為a，初始化的柵格陣列各柵格值為零，以柵格行列為參考坐標軸，由多邊形邊界上某點開始順時針搜索邊界線，當邊界上行時，位于該邊界左側的具有相同行坐標的所有柵格被減去a；當邊界下行時，該邊界左邊所有柵格點加一個值a，邊界搜索完畢則完成了多邊形的轉換。（2）柵格格式向矢量格式的轉換多邊形柵格格式向矢量格式轉換就是提取以相同的編號的柵格集合表示的多邊形區(qū)域的邊界和邊界的拓撲關系，并表示由多個小直線段組成的矢量格式邊界線的過程。柵格格式向矢量格式轉換通常包括以下四個基本步驟： a）多邊形邊界提取：采

7、用高通濾波將柵格圖像二值化或以特殊值標識邊界點； b）邊界線追蹤：對每個邊界弧段由一個結點向另一個結點搜索，通常對每個已知邊界點需沿除了進入方向的其他7個方向搜索下一個邊界點，直到連成邊界弧段； c）拓撲關系生成：對于矢量表示的邊界弧段數(shù)據(jù)，判斷其與原圖上各多邊形的空間關系，以形成完整的拓撲結構并建立與屬性數(shù)據(jù)的聯(lián)系； d）去除多余點及曲線圓滑：由于搜索是逐個柵格進行的，必須去除由此造成的多余點記錄，以減少數(shù)據(jù)冗余；搜索結果，曲線由于柵格精度的限制可能不夠圓滑，需采用一定的插補算法進行光滑處理，常用的算法有：線形迭代法；分段三次多項式插值法；正軸拋物線平均加權法；斜軸拋物線平均加權法；樣條函數(shù)

8、插值法。2. 簡述空間數(shù)據(jù)誤差來源與數(shù)據(jù)質量控制方法。從空間數(shù)據(jù)的形式表達到空間數(shù)據(jù)的生成，從空間數(shù)據(jù)的處理變換到空間數(shù)據(jù)的應用，在這兩個過程中都會有數(shù)據(jù)質量問題的發(fā)生。 （1）空間現(xiàn)象自身存在的不穩(wěn)定性：包括空間特征和過程在空間、專題和時間內容上的不確定性。 （2）空間現(xiàn)象的表達：數(shù)據(jù)采集中的測量方法以及量測精度的選擇等受到人類自身的認識和表達的影響，這對于數(shù)據(jù)的生成會出現(xiàn)誤差。 （3）空間數(shù)據(jù)處理中的誤差：在空間數(shù)據(jù)處理過程中，容易產(chǎn)生的誤差有以下幾種：投影變換產(chǎn)生的差異；地圖數(shù)字化和掃描后的矢量化處理都可能出現(xiàn)誤差；數(shù)據(jù)格式轉換中的位置差異性；數(shù)據(jù)抽象時產(chǎn)生的誤差；建立拓撲關系過程中的位

9、置坐標的變化；與主控數(shù)據(jù)層的匹配位移導致誤差；數(shù)據(jù)疊加操作和更新產(chǎn)生空間位置和屬性值的差異；數(shù)據(jù)集成處理產(chǎn)生的誤差；數(shù)據(jù)的可視化產(chǎn)生表達上的誤差；數(shù)據(jù)處理過程中誤差的傳遞和擴散 （4）空間數(shù)據(jù)使用中的誤差：主要包括兩個方面：一是對數(shù)據(jù)的解釋過程，一是缺少文檔，這樣往往導致數(shù)據(jù)用戶對數(shù)據(jù)的隨意性使用而使誤差擴散。 數(shù)據(jù)質量控制是個復雜的過程，要控制數(shù)據(jù)質量應從數(shù)據(jù)質量產(chǎn)生和擴散的所有過程和環(huán)節(jié)入手，分別用一定的方法減少誤差。空間數(shù)據(jù)質量控制常見的方法有： （1）傳統(tǒng)的手工方法：將數(shù)字化數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)源進行比較，圖形部分的檢查包括目視方法、繪制到透明圖上與原圖疊加比較，屬性部分的檢查采用與原屬性逐個對

10、比或其他比較方法。 （2）元數(shù)據(jù)方法：數(shù)據(jù)集的元數(shù)據(jù)中包含了大量的有關數(shù)據(jù)質量的信息，通過它可以檢查數(shù)據(jù)質量，同時元數(shù)據(jù)也記錄了數(shù)據(jù)處理過程中質量的變化，通過跟蹤元數(shù)據(jù)可以了解數(shù)據(jù)質量的狀況和變化。 （3）地理相關法：用空間數(shù)據(jù)的地理特征要素自身的相關性來分析數(shù)據(jù)的質量。3. 3S集成的作用和意義。 3S技術為科學研究、政府管理、社會生產(chǎn)提供了新一代的觀測手段、描述語言和思維工具。3S的結合應用，取長補短，是一個自然的發(fā)展趨勢，三者之間的相互作用形成了“一個大腦，兩只眼睛”的框架，即RS和GPS向GIS提供或更新區(qū)域信息以及空間定位，GIS進行相應的空間分析，以從RS和GPS提供的浩如煙海的數(shù)

11、據(jù)中提取有用信息，并進行綜合集成，使之成為決策的科學依據(jù)。 GIS、RS和GPS三者集成利用，構成為整體的、實時的和動態(tài)的對地觀測、分析和應用的運行系統(tǒng)，提高了GIS的應用效率。在實際的應用中，較為常見的是3S兩兩之間的集成，如GIS/RS集成，GIS/GPS集成或者RS/GPS集成等，但是同時集成并使用3S技術的應用實例則較少。 RS、GIS、GPS集成的方式可以在不同的技術水平上實現(xiàn)，最簡單的辦法是三種系統(tǒng)分開而由用戶綜合使用，進一步是三者有共同的界面，做到表面上無縫的集成，數(shù)據(jù)傳輸則在內部通過特征碼相結合，最好的辦法是整體的集成，成為統(tǒng)一的系統(tǒng)。單純從軟件實現(xiàn)的角度來看，開發(fā)3S集成的系

12、統(tǒng)在技術上并沒有多大的障礙。目前一般工具軟件的實現(xiàn)技術方案是：通過支持柵格數(shù)據(jù)類型及相關的處理分析操作以實現(xiàn)與遙感的集成，而通過增加一個動態(tài)矢量圖層以與GPS集成。對于3S集成技術而言，最重要的是在應用中綜合使用遙感以及全球定位系統(tǒng)，利用其實時、準確獲取數(shù)據(jù)的能力，降低應用成本或者實現(xiàn)一些新的應用。3S集成技術的發(fā)展，形成了綜合的、完整的對地觀測系統(tǒng)，提高了人類認識地球的能力；相應地，它拓展了傳統(tǒng)測繪科學的研究領域。作為地理學的一個分支學科，Geomatics*產(chǎn)生并對包括遙感、全球定位系統(tǒng)在內的現(xiàn)代測繪技術的綜合應用進行探討和研究。同時，它也推動了其它一些相聯(lián)系的學科的發(fā)展，如地球信息科學、

13、地理信息科學等，它們成為“數(shù)字地球”這一概念提出的理論基礎。4. 下面多邊形圖層A和B，圖中標注的是多邊形的屬性，請畫出A與B兩個圖層Overlay的結果圖層C的示意圖，并標注屬性，其中C的屬性為C=A+B。三、分析題（每題20分，共40分）1.為了完成城市道路拓寬改建分析，論述需要那些空間數(shù)據(jù)，并描述在GIS支持下的分析流程。利用建立緩沖區(qū)、拓撲疊加和特征提取,計算一條道路拓寬改建過程中的拆遷指標。（1）明確分析的目的和標準目的是計算由于道路拓寬而需拆遷的建筑物的建筑面積和房產(chǎn)價值，道路拓寬改建的標準是： a）道路從原有的20m拓寬至60m； b）拓寬道路應盡量保持直線； c）部分位于拆遷區(qū)內的10層以上的建筑不拆除。（2）準備進行分析的數(shù)據(jù)需要涉及兩類信息，一類是現(xiàn)狀道路圖；另一類為分析區(qū)域內建筑物分布圖及相關信息。（3）進行空間操作首先選擇擬拓寬的道路，根據(jù)拓寬半徑，建立道路的緩沖區(qū)。然后將此緩沖區(qū)與建筑物層數(shù)據(jù)進行拓