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一、简答题

1． 矢量数据结构与栅格数据结构的转换算法。

【答案】对于点状实体，每个实体仅由一个坐标对表示，其矢量结构和栅格结构的相互转换基本上只是坐标精度变换问题;

线实体的矢量结构由一系列坐标对表示，在变为栅格结构时，除把序列中坐标对变为栅格行列坐标外，还需根据栅格精度要求，在坐标点之间插满一系列栅格点，这可以由两点式直线方程得到;

线实体由栅格结构变为矢量结构与将多边形边界表示为矢量结构相似，因此以下重点讨论多边形的矢量结构与栅格结构相互转换算法:

（1）矢量向栅格转换

矢量格式向栅格格式转换又称为多边形填充，就是在矢量表示的多边形边界内部的所有栅格点上赋以相应的多边形编码，从而形成栅格数据阵列。几种主要的算法描述如下:

①内部点扩散算法

由每个多边形一个内部点（种子点）开始，向其八个方向的邻点扩散，判断各个新加入点是否在多边形边界上，如果是边界上，则该新加入点小作为种子点，否则把非边界点的邻点作为新的种子点与原有种子点一起进行新的扩散运算，并将该种子点赋以该多边形的编号。重复上述过程直到所有种子点填满该多边形并遇到边界停止为止。则该待判点属于此多边形，赋以多边形编号，否则在此多边形外部，不属于该多边形。

②复数积分算法

对全部栅格阵列逐个栅格单元地判断该栅格归属的多边形编码，判别方法是由待判点对每个多边形的封闭边界计算复数积分，对某个多边形，如果积分值为2

③射线算法和扫描算法

射线算法可逐点判断数据栅格点在某多边形之外或在多边形内，由待判点向图外某点引射线，判断该射线与某多边形所有边界相交的总次数，如相交偶数次，则待判点在该多边形外部，如为奇数次，则待判点在该多边形内部。要注意的是:射线与多边形边界相交时，有一些特殊情况会影响交点的个数，必须予以排除。

④边界代数算法

它适合于记录拓扑关系的多边形矢量数据转换为栅格结构。若多边形编号为a ，初始化的栅格阵列各栅格值为零，以栅格行列为参考坐标轴，由多边形边界上某点开始顺时针搜索边界线，当边界上行时，位于该边界左侧的具有相同行坐标的所有栅格被减去a ; 当边界下行时，该边界左边所有栅格点加一个值a ，边界搜索完毕则完成了多边形的转换。

（2）栅格格式向矢量格式的转换

多边形栅格格式向矢量格式转换就是提取以相同的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，并表示由多个小直线段组成的矢量格式边界线的过程。

栅格格式向矢量格式转换通常包括以下四个基本步骤:

①多边形边界提取

采用高通滤波将栅格图像二值化或以特殊值标识边界点;

②边界线追踪

对每个边界弧段由一个结点向另一个结点搜索，通常对每个己知边界点需沿除了进入方向的其他7个方向搜索下一个边界点，直到连成边界弧段;

③拓扑关系生成

对于矢量表示的边界弧段数据，判断其与原图上各多边形的空间关系，以形成完整的拓扑结构并建立与属性数据的联系;

④去除多余点及曲线圆滑

由于搜索是逐个栅格进行的，必须去除由此造成的多余点记录，以减少数据冗余; 搜索结果，曲线由于栅格精度的限制可能小够圆滑，需采用一定的插补算法进行光滑处理，常用的算法有:

线形迭代法; 分段三次多项式插值法:正轴抛物线平均加权法; 斜轴抛物线平均加权法; 样条函数插值法。

2． GIS 设计的方法（5个），阶段（4个）

【答案】（1）GIS 设计的方法

①结构化生命周期法;

②由底而上法;

③快速原型法;

④面向对象的软件开发方法;

⑤“演示和讨论”方法。

（2）GIS 开发阶段

①系统调查分析

a. 需求调查与分析;

b. 可行性分析;

c. 系统分析。

②系统设计

系统设计的任务是将系统分析阶段提出的逻辑模型化为相应的实际的物理模型这是整个研制工作的核心。

③系统的维护

此阶段是把系统设计的成果付诸实施，实现能够使用的实际系统。

④系统的运行和维护

系统验收是系统实施的终结，系统维护是指在运行过程中，为适应环境和其它因素的各种变

化，保证系统正常工作而采取的一切活动。

3． GIS 中的缓冲区有点、线、面的缓冲区三种。试分别举一例说明其在地学中的应用。

【答案】（1）基于点特征的缓冲区

基于点特征的缓冲区是在点特征（如地震的震源，以及独立地物等）的周围以点为圆心、按照设定的距离为半径作的圆，相互靠近的圆可以相互重叠，以此表示点特征的影响范围或服务区域，如地震波及的范围和超市服务的区域。

（2）基于线特征的缓冲区

基于点特征的缓冲区是按缓冲距离在线的两侧作平行线，在线的端点处作半圆与平行线连接成封闭的区域。相互靠近的线的缓冲区可以相互重叠，如城市道路的噪声影响范围。

（3）基于面特征的缓冲区

基于面特征的缓冲区可以在面的外部作缓冲区，也可以在面的内部作缓冲区，同样可以在内外都生成缓冲区，如青海湖盐碱度变化对附近植被的影响范围。

4． 趋势面分析的基本特点?

【答案】趋势面分析的基本特点

（1）插值结果是一个平滑表面（线），这个表面（线）是山采样点值拟合的多项式数学方程生成的;

（2）其起伏变化平缓，代表研究区域范围内表面逐渐变化的总体趋势，很少能与实际的己知样点完全重合，属非精确插值方法;

（3）该插值方法受生成的预测表面容易受那些离群点（极高或低样点）的影响，而且多项式越复杂，其物理意义就越难描述。

二、论述题

5． 人们常说“空间分析是GIS 的核心和灵魂”，请你发表一下你的看法。

【答案】（1）空间分析的概念

空间分析是基于地理对象的位置和形态的空间数据的分析技术。其目的在于提取和传输空间信息。

（2）空间分析在GIS 中的重要性

①空间分析是地理信息系统的主要特征。

②空间分析能力（特别是对空间隐含信息的提取和传输能力）是地理信息系统区别与一般信息系统的主要方面，也是评价一个地理信息系统成功与否的一个主要指标。

CAD 或者电子地图系统的主③空间分析是GIS 的核心和灵魂，是GIS 区别于一般的信息统、

要标志之一。