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一、简答题

1． 空间数据有什么特征? 它与非空间数据的根本差异是什么?

【答案】（1）空间数据特征

在GIS 中，由于空间数据代表着现实世界地理实体或现象在信息世界中的映射，因此它反映的特征同样应该包括自然界地理实体向人类传递的基本信息。因此，空间数据具有三个基本特征:空间特征、属性特征及时间特征。

①空间特征:空间特征是指地理现象和过程所在的位置、形状和大小等几何特征，以及与相邻地理现象和过程的空间关系，包括方位关系、拓扑关系、相邻关系、相似关系等。空间位置可以通过坐标数据来描述，称为定位特征或定位数据; 空间关系称为拓扑特征或拓扑数据。

②属性特征:属性特征是指地理现象和过程所具有的专属性质，通常包括名称、数量、质量、性质等，称为属性数据。

③时间特征:时间特征是指一定区域内的地理现象和过程随着时间的变化情况，称为时态数据。

（2）与非空间数据的根本差异

空间数据的表达可以采用栅格和矢量两种形式。空间数据表现了地理空间实体的位置、大小、形状、方向以及几何拓扑关系。

属性数据表现了空间实体的空间属性以外的其他属性特征，属性数据主要是对空间数据的说明。

2． GIS 元数据的基本概念与作用?

【答案】（1）元数据的概念元数据是描述数据的数据，信息资源的编目信息，它通过描述资源的属性，使得使用者不需要直接浏览资源就获得资源的主要特征信息。

（2）元数据的作用:

①帮助数据生产单位有效地管理和维护空间数据，建立数据文档，并保证即使其主要工作人员离退时，也不会失去对数据情况的了解。

②提供有关数据生产单位数据存储、数据分类、数据内容、数据质量、数据交换网络及数据销售等方面的信息，便于用户查询检索空间数据。

③帮助用户了解数据，以便就数据是否能满足其需求做出正确的判断。

④提供有关信息，以便于用户处理和转换有用的数据。

3． GIS 数据质量的基本内容。

【答案】（1）GIS 数据质量的概念

GIS 的数据质量是指GIS 中空间数据（几何数据和属性数据）的可靠性，通常用空间数据的误差来度量。误差是指数据与真值的偏离。

（2）GIS 数据质量的基本内容

①位置精度

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

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

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

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

现势性如数据的采集时间、数据的更新时间等

4． 讨论从数字高程模型（DEM ）中还可以派生出哪此数字地形数据?

【答案】高程模型是用一组有序数值阵列形式表示地面高程的一种实体地面模型，是数字地形模型的一个分支，一般认为，数字高程模型是描述包括高程在内的各种地貌因子，如坡度、坡向、坡度变化率等因子在内的线性和非线性组合的空间分布，因此高程模型可以派生出如坡度、坡向、曲面面积等地形数据。

5． 根据空间数据库的管理模式，简述通用的数据库模型中哪些适用于空间数据管理。并说明文件管理系统与数据库管理系统有哪些异同点。

【答案】（1）适用于空间数据管理的通用数据库模型

①关系模型

在“用户观点”下，关系模型中数据的逻辑结构是一张二维表，它由行和列组成。

②层次模型

用“树形结构”来表示各类实体以及实体间的联系。

③网状模型

用网络结构表示实体类型及其实体之间联系的模型。

④面向对象模型

面向对象模型是一种新兴的数据模型，它采用面向对象的方法来设计数据库。面向对象的数据库存储对象是以对象为单位，每个对象包含对象的属性和方法，具有类和继承等特点。

（2）文件管理系统与数据库管理系统的异同点

文件管理系统是数据库管理最为普遍的方法，但是有很多缺点:

①首先每个应用程序都必须直接访问所使用的数据文件，应用程序完全依赖于数据文件的存储结构，数据文件修改时应用程序也随之修改;

②其次是数据文件的共享，由于若干用户或应用程序共享一个数据文件，要修改数据文件必须征得所有用户的认可，由于缺乏集中控制也会带来一系列数据库的安全问题，数据库的完整性是严格的，信息质量很差比没有信息更糟。

数据库管理系统是在文件管理系统的基础上进一步发展的系统。它在用户应用程序和数据文件之间起到了桥梁作用。其最大优点是提供了两者之间的数据独立性，即应用程序访问文件时，不必知道数据文件的存储结构。当数据文件的存储结构改变时，不必改变应用程序，

6． 请举几例说明常用的矢量和栅格数据的转换方法。

【答案】（1）矢量转栅格①内部点扩散法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; ②复数积分算法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; ③射线算法和扫描算法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。

（2）栅格转矢量

栅格数据结构向矢量数据结构的转换即矢量化，其目的是将扫描仪获取的图像栅格数据存入矢量形式的空间数据库，并将栅格数据进行数据压缩，将面状栅格数据转换为由矢量数据表示的多边形边界。有基于图像数据的久量化和基于栅格数据的欠量化两种形式，具体方法步骤如下:

①基于图像数据的矢量化

a. 二值化

线画图形扫描后产生图像栅格数据，这些数据是按从0~255的不同灰度值量度的，为将256级不同的灰度压缩到2个灰度形成一值图，要在最大与最小灰度之间定义1~7值，根据公式使灰度图像二值化。

b. 细化

细化是消除线画横断面栅格数的差异，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。细化可分为“剥皮法”和“骨架法”两大类。剥皮法的实质是从曲线的边缘开始，每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。

c. 跟踪

跟踪的目的是将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。跟踪时，从起始点开始，根据八个邻域进行搜索下一个相邻点的位置，记录坐标，直到完成全部栅格数据的矢量化。

②栅格数据的矢量化方法

a. 在栅格数据中搜索多边形边界弧段相交处的节点位置，这些节点通常是相邻栅格单元小相同的属性值个数大于等于3的栅格处;

b. 从搜索出的节点里任选一个作为起始跟踪节点，顺着栅格单元属性值不同的两个栅格单元