GIS习题及参考答案(2)(2)

空间特征、属性特征及它们之间关系的描述，人们常把地理数据称为空间数据。 地理实体数据的特征： ? 空间特征：表示现象的空间位置或现在所处的地理位置。包括定位数据和拓扑数据； ? 属性特征：表示专题属性（名称、分类、数量等）；

? 时间特征：指现象或物体随时间的变化。其变化的周期有超短期的，短期的，中期

的，长期的。

依据空间数据来源的不同分为：地图数据、地形数据、属性数据、元数据、影象数据等；

依据表示对象的不同分为：点，线，面、体数据。 3．空间数据的结构与其它非空间数据的结构有什么特殊之处？常见的数据的结构有哪

些？ 数据结构是指数据的组织形式，在计算机存储、管理和处理的数据逻辑结构。空间数据是一种较复杂的数据类型，涉及到空间特征、属性特征及它们之间关系的描述。空间数据的结构主要有矢量数据结构和栅格数据结构。非空间数据主要涉及属性数据。

矢量数据结构是通过记录坐标的方式尽可能精确地表示点、线和多边形等地理实体，坐标空间设为连续，允许任意位置、长度和面积的精确定义。矢量结构的显著特点：定位明显，属性隐含。

栅格结构是以规则的阵列来表示空间地物或现象分布的数据组织，组织中的每个数据表示地物或现象的非几何属性特征。栅格结构的显著特点：属性明显，定位隐含，即数据直接记录属性的指针或数据本身，而所在位置则根据行列号转换为相应的坐标。

常见的数据结构有层状数据、网络数据、关系数据、语义数据、面向对象的数据结构。

4．矢量数据与栅格数据的区别是什么？它们有什么共同点吗？

矢量 优点 缺点 1、便于面向现象（土壤类，土地利用单元等） 1、数据结构复杂，各自定义，不便于数据标准化2、结构紧凑，冗余度低，便于描述线或边界。 和规范化，数据交换困难。 3、利于网络、检索分析，提供有效的拓扑编码，对需要拓扑信息的操作更有效。 4、图形显示质量好，精度高。 1、 结构简单，易于数据交换。 现象模拟较易。 3、利于与遥感数据的匹配应用和分析，便于图像处理。 4、 输出快速，成本低廉。 2、多边形叠置分析困难，没有栅格有效，表达空间变化性能力差。 3、不能像数字图像那样做增强处理 4、软硬件技术要求高，显示与绘图成本较高。 1、现象识别效果不如矢量方法，难以表达拓扑。 压缩技术解决该问题。 3、投影转换困难。 4、图形质量转低，图形输出不美观，线条有锯齿，需用增加栅格数量来克服，但会增加数据文件。 栅 格 2、叠置分析和地理（能有效表达空间可变性）2、图形数据量大，数据结构不严密不紧凑，需用

5．空间数据模型概念和主要类型及比较

空间数据模型是关于现实世界中空间实体及其相互间联系的描述。空间数据模型的主要类型：基于对象（要素）的模型；网络模型；场模型。

要素模型：

点对象，由特定位置、维数为零的物体；线对象，维度为一的空间组成部分；多边形对象，即面状实体，通常用封闭曲线加内点来表示。矢量模型即是基于要素的，将现象看成原型实体的集合，矢量模型的表达源于空间实体的本身，通常以坐标来定义。

网络模型：

地物被抽象为链、节点等对象，同时要注意其连通关系。 场模型：

用于模拟一定空间内连续分布的现象，常用栅格数据模型描述。栅格数据模型是基于连续铺盖的，它是将连续空间离散化，以规则或不规则的铺盖覆盖整个空间。

基于对象的模型强调了离散对象，网络模型表示了特殊对象之间的交互，场模型表示了二维或三维空间中连续变化的数据。

要素模型和场模型的不同在于一个是先选择要素，再回答\它在哪里\的问题；场模型实现选择一个位置，在回答\哪里怎么样\的问题，最后都得到数据。网络模型的基本特征是：节点数据之间没有明确的从属关系，一个节点可以与其他多个节点建立联系，将数据组织成有向图结构，它反映了现实世界中常见的多对多关系，在一定程度上支持数据的重构。

6.栅格数据结构的编码方法如何？ 栅格数据的编码方法：

直接栅格编码，就是将栅格数据看作一个数据矩阵，逐行（或逐列）逐个记录代码； 压缩编码，包括链码、游程长度编码、块码、四叉树编码、八叉树编码、十六叉树编码等。

链码（弗里曼链码）比较适合存储图形数据；

游程长度编码通过记录行或列上相邻若干属性相同点的代码来实现； 块码是游程长度编码扩展到二维的情况，采用方形区域为记录单元；

四叉树编码是最有效的栅格数据压缩编码方法之一，还能提高图形操作效率，具有可变的分辨率。

7.矢量数据结构的编码方法如何？ 矢量数据的编码方法：

对于点实体和线实体，直接记录空间信息和属性信息；

对于多边形地物，有坐标序列法、树状索引编码法和拓扑结构编码法。

坐标序列法是由多边形边界的x,y坐标对集合及说明信息组成，是最简单的一种多边形矢量编码法，文件结构简单，但多边形边界被存储两次产生数据冗余，而且缺少邻域信息；

树状索引编码法是将所有边界点进行数字化，顺序存储坐标对，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，消除了相邻多边形边界数据冗余问题；

拓扑结构编码法是通过建立一个完整的拓扑关系结构，彻底解决邻域和岛状信息处

理问题的方法，但增加了算法的复杂性和数据库的大小。

8.矢量与栅格数据如何互为转化？ 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 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。

第三章 GIS数据获取和质量控制

1．GIS的数据源有哪些？

GIS的数据源，是指建立的地理数据库所需的各种数据的来源，主要包括地图、遥感图像、文本资料、统计资料、实测数据、多媒体数据、已有系统的数据等。

①地图数据 地图是GIS的主要数据源,因为地图包含着丰富的内容，不仅含有实体的类别和属性，而且含有实体间的空间关系。地图数据主要通过对地图的跟踪数字化和扫描数字化获取。地图数据通常用点、线、面及注记来表示地理实体及实体间的关系，如：

点——居民点、采样点、高程点、控制点等。 线——河流、道路、构造线等。 面——湖泊、海洋、植被等。 注记——地名注记、高程注记等。

②遥感数据 遥感数据是GIS的重要数据源。遥感数据含有丰富的资源与环境信息，在GIS支持下，可以与地质、地球物理、地球化学、地球生物、军事应用等方面的信息进行信息复合和综合分析。遥感数据是一种大面积的、动态的、近实时的数据源，遥感技术是GIS数据更新的重要手段。

③文本资料 文本资料是指各行业、各部门的有关法律文档、行业规范、技术标准、条文条例等，如边界条约等。这些也属于GIS的数据。

④统计资料 国家和军队的许多部门和机构都拥有不同领域(如人口、基础设施建设、兵要地志等)的大量统计资料，这些都是GIS的数据源，尤其是GIS属性数据的重

要来源。

⑤实测数据 野外试验、实地测量等获取的数据可以通过转换直接进入GIS的地理数据库，以便于进行实时的分析和进一步的应用。GPS(全球定位系统)所获取的数据也是GIS的重要数据源。

⑥多媒体数据 多媒体数据(包括声音、录像等)通常可通过通讯口传入GIS的地理数据库中，目前其主要功能是辅助GIS的分析和查询。

⑦已有系统的数据 GIS还可以从其它已建成的信息系统和数据库中获取相应的数据。由于规范化、标准化的推广，不同系统间的数据共享和可交换性越来越强。这样就拓展了数据的可用性，增加了数据的潜在价值。

2．数据质量包括那些方面？请举例说明GIS对数据的质量要求。 数据质量包括

? 准确性，即一个记录值与它的真实值之间的接近程度； ? 精度，即对现象描述的详细程度；

? 空间分辨率，即两个可测量数值之间最小的可辨识的差异；

? 比例尺，即地图上一个记录的距离和它所表现的真实距离之间的一个比值； ? 误差，即一个所记录的测量和它的事实之间的差异；

? 不确定性，包括空间位置的不确定性、属性不确定性和数据不完整性等。

GIS数据质量包含如下五个方面： ①位置精度：如数学基础、平面精度、高程精度等，用以描述几何数据的质量。② 属性精度：如要素分类的正确性、属性编码的正确性、注记的正确性等，用以反映属性数据的质量。③逻辑一致性：如多边形的闭合精度、结点匹配精度、拓扑关系的正确性等。④完备性：如数据分类的完备性、实体类型的完备性、属性数据的完备性、注记的完整性等。⑤现势性：如数据的采集时间、数据的更新时间等。

3．各种来源的空间数据是如何准确匹配在一起的？

空间数据的地理参照系(地球的形状、坐标系、高程系)的不同，引起空间数据来源不同时图幅往往不匹配，为此需要将一种投影的数字化数据转换为所需要投影的坐标数据，即进行投影转换。投影转换的方法有：解析变换(正解变换、反解变换)、数值变换、解析和数值变换。

目前，大多数GIS软件是采用正解变换法来完成不同投影之间的转换，并直接在GIS软件中提供常见投影之间的转换。

4．地图投影在GIS中有什么作用？

GIS以地图方式显示地理信息。地图是平面，而地理信息则是在地球椭球上，因此地图投影在GIS中不可缺少。

GIS数据库中地理数据以地理坐标存储时，则以地图为数据源的空间数据必须通过投影变换转换成地理坐标；而输出或显示时，则要将地理坐标表示的空间数据通过投影变换变换成指定投影的平面坐标。

GIS中，地理数据的显示可根据用户的需要而指定投影方式，但当所显示的地图与

国家基本地图系列的比例尺一致时，一般采用国家基本系列地图所用的投影。

5．空间数据中的几何数据是什么？请说明它与属性数据的关系。

空间数据中的几何数据是指实体或现象的空间位置或现在所处的地理位置，一般以坐标数据表示。

属性数据即空间实体的特征数据，一般包括名称、等级、数量、代码等多种形式。 几何数据和属性数据相对于时间来说，常常呈相互独立的变化，即在不同的时间，空间位置不变，但是属性类型可能已经发生变化，或者相反。因此可以不断更新属性数据来体现实体或现象的时时特征，同时也可反映实体或现象的变化规律和变化特征。而几何数据又说明了属性数据发生的地理位置及其存在的意义。

6．请说明分类分级对于属性数据的意义。

在属性数据中，有一部分是与几何数据的表示密切有关的，例如，道路的等级、类型等，决定着道路符号的形状、色彩、尺寸等。在GIS中，通常把这部分属性数据用编码的形式表示，并与几何数据一起管理起来。编码的过程是将信息转换成数据的过程，前提是首先要对需表示的信息进行分类分级。

7．属性数据的编码是必须的吗？

属性数据即空间实体的特征数据，一般包括名称、等级、数量、代码等多种形式，属性数据的内容有时直接记录在栅格或矢量数据文件中，有时则单独输入数据库存储为属性文件，通过关键码与图形数据相联系。

对于要输入属性库的属性数据，通过键盘则可直接键入。

对于要直接记录到栅格或矢量数据文件中的属性数据，则必须先对其进行编码，将各种属性数据变为计算机可以接受的数字或字符形式，便于GIS存储管理。

8．纸张上的地图如何进入计算机系统？

图形数据的输入实际上就是图形的数字化过程。一般有两种方法： （1） 扶跟踪数字化仪输入

手扶跟踪数字化是目前最为广泛使用的将已有地图数字化的手段，利用手扶跟踪数字化仪可以输入点地物、线地物以及多边形边界的坐标，通常采用两种方式，即点方式和流方式，流方式又分为距离流方式和时间流方式。

数字化过程：

把待数字化的图件固定在图形输入板上，首先用鼠标器输入图幅范围和至少四个控制点的坐标，随后即可输入图幅内各点、曲线的坐标。

通过数字化仪采集数据量小，数据处理的软件也比较完备，但由于数字化的速度比较慢，工作量大，自动化程度低，数字化的精度与作业员的操作有很大关系，所以，目前很多单位在大批量数字化时，已不再采用它。

（2） 扫描仪输入

扫描仪直接把图形(如地形图)和图像(如遥感影像、照片)扫描输入到计算机中，以象素信息进行存储表示的设备。按其所支持的颜色分类，可分为单色扫描仪和彩色扫描仪；按所采用的固态器件又分为电荷耦合器件(CCD)扫描仪、MOS电路扫描仪、紧贴型扫

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