地理科学学院 地理信息系统专业 1999级 《地理信息系统》期末试卷（A）
班级 学号 姓名 得分
题号 得分 一 二 三 四 五 总分 一、判断题。对下列各论述的正确与否，在其后的（）中分别标上“√”或“×”。（每题2分，共20分）
1．作为一种特定的信息系统，GIS由两个部分组成：计算机硬件和必要的软件。（ ）
2．GIS技术起源于计算机地图制图技术，因此，地理信息系统与计算机地图制图系统在本质上是同一种系统。（ ）
3．空间数据所具有的各种特征可以概括为空间特征、属性特征和时间特征。（ ）
4．手扶跟踪数字化是从现有地图中获取建立地理信息系统所需图形数据的唯一有效的方式。（ ）
5．在描述空间对象时，可以将其抽象为点、线、面三类基本元素。（ ）
6．虽然矢量数据结构和栅格数据结构在表达空间对象时有着本质的不同，但这两者之间可以通过特定的方法实现相互转换。（ ）
7．GIS空间数据库中数据是经过精心编辑处理的，所以空间数据库中所存储的数据是精确的，不存在数据质量问题。（ ）
8．在对空间数据进行组织时，通常将点、线、面类的所有要素都放在同一个层上，以便于数据的编码、组织和存贮。（ ）
9．在采用矢量数据结构的GIS中，一般将图形数据组织成一个或多个文件，而属性数据可组织成关系表，它们之间可通过对每个实体赋予唯一的标识号（id）来建立联系。（ ）
10．无论采用什么数据压缩编码方法，对空间数据进行压缩处理，都会降低原始的精度。（ ）
二、名词解释。（每题4分，共20分，At least two terms should be answered in English.）
1．空间实体
2．数据编码
3．叠置分析
4．四叉树编码
5．缓冲区
三、简答题。（每小题5分，共25分）
1．一个典型的地理信息系统，应至少具备哪些基本的功能？
2．对比分析矢量数据结构和栅格数据结构的特点及其适用条件。
3．简述栅格数据的游程长度编码方法，并举例说明。
4．简述布尔逻辑代数在GIS空间数据综合查询分析中的作用，并举例说明。
5．当GIS使用的数据来源于采用不同比例尺、不同投影的地图时，如何保证所有图层在统一的坐标系统下完成空间叠置分析？
四、Please try to encode the following road networks with Chained Dual Independent Map Encoding rules
( You should give out all the files which are necessary in this encoding method, and the serial number or code of each feature involved in this encoding). This problem should be answered in English. (15 points)
五、综合题。
现有某城市，需要增加一个垃圾填埋场，要求该填埋场避开良田，交通便捷，地形坡度小于5 度，地质条件安
全，并避开居民区，请试以GIS 方法，设计该位址选择的应用模型，用框图表示其运行过程，并说明其需要的相关数据源、数据采集与组织方法和有关的操作算子（20分）
参考答案
一、判断题。对下列各论述的正确与否，在其后的（）中分别标上“√”或“×”。（每题2分，共20分）
1．作为一种特定的信息系统，GIS由两个部分组成：计算机硬件和必要的软件。（ × ）
2．GIS技术起源于计算机地图制图技术，因此，地理信息系统与计算机地图制图系统在本质上是同一种系统。
（ × ）
3．空间数据所具有的各种特征可以概括为空间特征、属性特征和时间特征。（ √ ）
4．手扶跟踪数字化是从现有地图中获取建立地理信息系统所需图形数据的唯一有效的方式。（ × ）
5．在描述空间对象时，可以将其抽象为点、线、面三类基本元素。（ √ ）
6．虽然矢量数据结构和栅格数据结构在表达空间对象时有着本质的不同，但这两者之间可以通过特定的方法
实现相互转换。（ √ ）
7．GIS空间数据库中数据是经过精心编辑处理的，所以空间数据库中所存储的数据是精确的，不存在数据质量
问题。（ × ）
8．在对空间数据进行组织时，通常将点、线、面类的所有要素都放在同一个层上，以便于数据的编码、组织
和存贮。（ × ）
9．在采用矢量数据结构的GIS中，一般将图形数据组织成一个或多个文件，而属性数据可组织成关系表，它
们之间可通过对每个实体赋予唯一的标识号（id）来建立联系。（ √ ）
10．无论采用什么数据压缩编码方法，对空间数据进行压缩处理，都会降低原始的精度。（ × ）
二、名词解释。（每题4分，共20分，At least two terms should be answered in English.）
1．空间实体：指自然界、自然现象和社会经济事件中不能再分割的单元，是一个概括性的、复杂的、具有相对意义的概念或术语。具有空间特征、属性特征和时间特征。
2．数据编码：为实现空间数据的计算机存储、处理和管理，将空间实体按一定的数据结构转换成适合于计算机操作的过程。其中矢量数据结构的编码方式有实体式、索引式、双重独立式和链状双重独立式；栅格数据结构的编码方式有直接栅格编码、行程编码、链式编码。
3．叠置分析：(Overlay Analysis) When working with more then one data layer which are about the same region, on the same projection and scale, superposes them with each other, then creates new spatial features or new properties. The new feature’s property is the function of the original layers in the same overlay region: U = f(A、B、C„) According to the data structure, there are vector and raster overlay analysis.
4．四叉树编码：一种栅格数据结构的压缩编码方法。其基本思想是将一幅栅格地图或图像等分为4部分，逐块检查其网格属性值（或灰度），如果某个子区的所有格网值都具有相同的值，则这个子区就不再继续分割，否则还要把这个子区再分割成4个子区。这样递次分割，直到所有子区都只含有相同的属性值或灰度为止。按其编码的方法不同分为常规四叉树和线性四叉树编码。
5．缓冲区：(Buffer) A (series of) polygon(s) around the points, lines, polygons or plan objects in the spatial database at any given width.
三、简答题。（每小题5分，共25分）
1．一个典型的地理信息系统，应至少具备哪些基本的功能？
答：GIS之所以有如此广泛的应用，是因为它具有丰富多彩的功能。其功能包括数据采集、存储、处理、分析、模拟和决策的全部过程，能够回答和解决位置、条件、趋势、模式、模型和模拟等问题，具体功能有。（1） 数
据采集和输入；（2） 空间数据处理；（3） 空间数据管理；（4） 空间数据分析；（5） 空间数据输出
2．对比分析矢量数据结构和栅格数据结构的特点及其适用条件。
答：数据结构一般分为基于矢量模型的数据结构和基于栅格模型的数据结构。
（1）矢量数据结构
矢量数据结构是利用欧几里德几何学中的点、线、面及其组合体来表示地理实体空间分布的一种数据组织方式。这种数据组织方式能最好的逼近地理实体的空间分布特征，适合于精确制图和事务管理型信息系统。
（2）栅格数据结构
栅格数据结构表示的是2维表面上地理要素的离散化数值，每个网格对应一种属性，其空间位置用行和列标识。栅格数据表达地理要素比较直观，适合于地理空间模拟和分析的场合。
二者优缺点比较如下：
优点 1、便于面向现象（土壤类、土地利用单元等）的数据表示 缺点 1、数据结构复杂 矢量数据结构 2、数据结构紧凑、冗余度低 2、软件与硬件的技术要求比较高 3、多边形叠合分析比较困难 3、有利于网络分析 4、显示与绘图成本比较高 4、图形显示质量好、精度高 1、数据结构简单 1、图形数据量大 栅格数据结构 2、空间分析和地理现象的模拟均比较容易 3、栅格地图的图形质量比较低些 2、投影转换比较困难 3、有利于与遥感数据的匹配应用和分析 4、现象识别的效果不如矢量方法 4、输出方法快速，成本比较低廉 3．简述栅格数据的游程长度编码方法，并举例说明。
答：游程是指相邻同值网格的数量，游程编码结构似乎逐行将相邻同值的网格合并，并记录合并后网格的值及合并网格的长度，其目的似乎压缩栅格数据量，消除数据间的冗余。
游程编码结构的建立方法是：将栅格矩阵的数据序列X1X2„Xn，映射为相应的二元组序列（Ai，Pi），i=1,K，且K<=n。其中，A为属性值，P为游程，K为游程序号。
例如，将下图的栅格矩阵结构转换成游程编码结构：
2 2 7 5 2 7 7 5 5 5 7 5 5 5 5 5
二元映射
序号 1 2 3 4 5 6 7 二元组序列 （2，2） （5，2） （2，1） （7，1） （5，2） （7，3） （5，5） 游程编码能否压缩数据量，主要取决于栅格数据的性质，通常可通过事先测试，估算图层的数据冗余度Re = 1- Q/（m * n），其中Q为图层内相邻属性值变化次数的累加和；m为图层网格的行数；n为图层网格的列数。当Re的值大于1/5时，说明栅格数据的压缩可取得明显的效果。其压缩效果可由压缩比S = n/ K来表示，值越大，表示压缩效果越好。
4．简述布尔逻辑代数在GIS空间数据综合查询分析中的作用，并举例说明。
答：布尔逻辑运算的基本原理是布尔代数，这种逻辑分析几乎可以在所有的空间分析中得到应用。它按属性数据的组合条件来检索其他属性项目或图形数据，以及进行空间聚合或聚类。
布尔代数的基本运算符号是AND，OR，XOR，NOT，/，逻辑运算的结果为“真”或“假”。
例如，在利用GIS进行土地规划时，不同图斑具有不同属性，其中A为土层厚度>50cm的土壤单元结合；B为土壤类别为红砂壤的单元集合；C为pH值大于7.0所有单元集合，则：
A AND B检索出全部土层厚>50cm且土壤类别为红砂壤的土壤单元；
A OR B检索出全部土层厚>50cm或者土壤类别为红砂壤的土壤单元；
（A AND B）OR C检索出全部满足土层厚>50cm且土壤类别为红砂壤这两个条件以及pH值大于7.0所有土壤单元。
以上5个基本逻辑运算符号通过组合可以组成复杂的综合属性检索条件。
布尔逻辑运算表达式除完成检索功能外，还可以进行栅格数据的再分类分析。如当A AND C OR B时，土壤适宜种茶叶；当A AND C AND B时，土壤适宜种苹果。此时复杂的布尔逻辑表达式检索出满足上述条件的图斑并显示出结果，就可以得到种植适宜性评价图。
5．当GIS使用的数据来源于采用不同比例尺、不同投影的地图时，如何保证所有图层在统一的坐标系统下完
成空间叠置分析？
答：在GIS中，为了进行空间数据叠置分析，要求所有空间信息层必须是同种投影。因此，当系统使用的数据取自不同地图投影的图幅时，需要将一种投影的数字化数据转换成所需的投影的坐标数据。投影转换可由下列3种途径实现：
（1） 直接变换：通过建立一种投影变换为另一种投影的严密或近似的解析关系式，直接由一种
投影的数字化坐标变换成另一种投影的直角坐标。但是对于不同投影系统，很难找到这种解析关系。
（2） 间接变换：先使用坐标反算公式，将由一种投影的平面坐标换算为球面大地坐标，然后再
使用坐标正算公式把求得的球面大地坐标代如另一种投影的坐标公式中，计算出该投影下的平面坐标，从而实现两种投影坐标间的变换。
（3） 数值变换：根据两种投影在变换区内的已知坐标的若干同名控制点，采用插值法，或有限
差分法、有限元法、待定系数最小二乘法，实现两种投影坐标间的变换。需要在两投影间选定相应的10个以上的控制点。
四、Please try to encode the following road networks with Chained Dual Independent
Map Encoding rules ( You should give out all the files which are necessary in this encoding method, and the serial number or code of each feature involved in this encoding). This problem should be answered in English. (15 points)
答：After modification and edit, it is needed to build correct topological relation about graphics elements.
1. Building topological relation about polygons
(1) Node snap. After create a searching circle which center is the point of any arc and radius is
specified, searches points of else arc which is in the circle. If there are points in the circle, sets the node position as the average value of all the points.
(2) Build topological relation about node-arc. Numbers the nodes (See the picture up), and generates
2 file tables, one of which notes the arcs which is related by node, and another notes the nodes of the arc. (See the tables down)
Node-arc table:
ID N1 N2 N3 N4 N5 N6 N7 N8 N9 Related arcs A1, A4 A1, A2, A12 A2, A3, A7 A3, A4, A5 A9, A10, A11 A11, A12 A5, A6 A6, A7, A8, A9 A8, A10
Arc-node table:
ID A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 Start-point End-point N1 N2 N3 N1 N4 N7 N3 N8 N5 N5 N5 N2 N3 N4 N4 N7 N8 N8 N9 N8 N9 N8 A12 N2 N6
(3) Auto-generate polygons. Generates the relation about polygons and arcs, and fills the left and right polygons into arc file. (See arc file down). Before building topological relation about polygons, sets left and right polygons of all the arcs as null. And taxies arcs in the node-arc table as the azimuth. (See node-arc table1 down)
Node-arc table1:
ID N1 N2 N3 N4 N5 N6 N7 N8 N9 Related arcs A1, A4 A12, A2, A1 A7, A3, A2 A3, A5, A4 A10, A9, A11 A11, A12 A6, A5 A8, A6, A7, A9 A8, A10
According to some kinds of arithmetic, generates the topological relation.
2. Building topological relation about network
Building topological relation about network is to fix the topological relation about nodes and arcs on.
Arc file:
Arc ID A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 A12 Start-point End-point N1 N2 N3 N1 N4 N7 N3 N8 N5 N5 N5 N2 N2 N3 N4 N4 N7 N8 N8 N9 N8 N9 N6 N6 Left polygon Ⅰ Ⅰ Ⅰ 0 0 0 Ⅳ 0 Ⅱ Ⅲ 0 Ⅱ Right polygon 0 Ⅱ Ⅳ Ⅰ Ⅳ Ⅳ Ⅱ Ⅲ Ⅲ 0 Ⅱ 0
五、综合题。现有某城市，需要增加一个垃圾填埋场，要求该填埋场避开良田，交通便捷，地
形坡度小于5 度，地质条件安全，并避开居民区，请试以GIS 方法，设计该位址选择的应用模型，用框图表示其运行过程，并说明其需要的相关数据源、数据采集与组织方法和有关的操作算子（20分）
答：这是一个城市生活垃圾填埋场选址问题。
1、问题的分解：
（1） 区域表面非致密物质大于最小要求厚度，且地表物质具有低渗透率，以阻止可溶性物质快速渗入地下
水中。
（2） 区域平均地表坡度平稳，小于5度。
（3） 区域的下伏基岩不是破碎的灰岩。
（4） 区域不发生洪水（例如，不可能发生百年一遇的洪水）。
（5） 区域不应属于市政或工业区，并且区域的土地适宜性不属于良田。
（6） 区域与现有市政区域范围保持一定距离。
（7） 区域与重要道路干线保持一定距离。
（8） 区域不属于环境敏感区，且远离城市水源区。
（9） 区域离城市中垃圾收集站的距离适中。
（10）区域面积适中，且要大于某个最小面积。
2、寻找数据
（1） 表土厚度来自测井数据
（2） 表土渗透性来自测井数据
（3） 地表坡度通过数字地面模型（栅格）计算
（4） 地质图通过地质调查
（5） 洪泛区源自水文制图（栅格）
（6） 行政区划图源自市政管理
（7） 农业适宜性源自土地利用现状图（栅格）
（8） 与城区边界的距离通过对城区边界进行邻域分析
（9） 与重要干线的距离通过对重要干线进行邻域分析，城市交通图（栅格）
（10）生态敏感性源自生态调查数据
3、空间分析
主要需做的分析有距离分析、坡度计算、重分类、加权代数和、叠加分析等
4、建模流程
垃圾场选址二值权重布尔逻辑模型
（1） 根据上述垃圾场选址条件，组织有关地区的系列数据资料图。即上述的10张图。
（2） 计算10类输入数据层的权重值之和。权重值并不限于整数。
（3） 将输入的10类数据层二值化。并将每类数据层的布尔逻辑条件算子分别乘以其相应的权重值；由于逻
辑算子的运算具优先性，因此，各权重值将乘以“1”或“0”。
（4） 对于所有乘以权重值后的布尔逻辑条件变量进行相加并除以各权重值之和。这时，对于区域的任一位
置地点，如果满足所有类型数据层的布尔逻辑条件算子，则OUTPUT＝1，表示该位置地点是理想选点，如果任一条件算子得不到满足，则OUTPUT<1。
（5） 由于0≤OUTPUT≤1，所以对OUTPUT值进行级别划分，并输出结果图，例如可以按等间距0.1将OUTPUT
分为10个级别。
5、计算结果检验
下图为运行过程框图：
垃圾填埋场最佳位置地表土壤厚度图地表土壤渗透性地表坡度地质图洪泛区域土地利用图农业适宜性分布图离市政区域边界距离图离道路干线距离图生态敏感区域分布图坡度计算距离分析分类5分类3分类3分类2分类6分类8分类4分类6分类6分类1数学、逻辑运算规则最佳位置
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