城市地理信息系统(UGIS).doc

第一讲 绪论1、什么是城市地理信息？它有哪些基本特征？ 城市地理信息:城市地理空间分布有关的各种要素的图形信息、属性信息以及相互空间关系的总称，是有关城市地理实体的性质、特征和运动状态表征的一切有用的知识，它表示地表物体及环境固有的数量、质量、分布特征、联系和规律。 城市地理信息的基本特征：数据量大、数据分布不均匀、拓扑关系复杂、多重属性结构、多尺度特征、数据来源多样化、地图表现形象性2、什么是城市地理信息系统，它的基本组成结构有哪些？与地理信息系统相比，城市地理信息系统的哪些功能是比较独特的？ 城市地理信息系统（UGIS，Urban Geographic Information System）：融计算机图形和数据库于一体，储存和处理空间信息的高新技术。它把城市的地理位置和相关属性有机结合起来，根据实际需要准确真实、图文并茂地输出给用户，满足城市建设、企业管理、居民生活对空间信息的要求，同时借助其独有的空间分析功能和可视化表达，进行各种辅助决策。 它的基本组成结构：基础层、专题层、综合层 UGIS具有下面一些主要的特点：1.数据类型的多样性和服务对象的多层性2.精度高、现势性强3.模型化、智能化和多功能性4.与办公自动化的一体化5.严格的层次结构和高度统一的规范标准6.强烈的实用化需求第二讲 城市地理信息系统理论（1）1、试述GIS的组成要素、功能及其工作原理？ 答：GIS一般由五个要素组成：数据、软件、硬件、模型和人员。 GIS的五大功能：输入、处理、存储与管理、查询与分析、可视化。 GIS将现实世界抽象为相互联结不同特征的层面组合，用以解决各种复杂的地理问题。将地面实物用多个层面来表示，依照实物的特性，可以分为点、线、面三种典型层面。对每个特征层面，可以进一步用矢量或栅格格式来存储地理数据。通过这些数据，进行相关操作和分析。2、什么是地球表面、大地水准面、地球椭球体、大地基准面？如何理解地球椭球面和大地基准面的关系？答：（1）地球表面：地球的自然表面是一个起伏不平、十分不规则的表面，它不能用数学公式来表达。大地水准面：是由静止海水面并向大陆延伸所形成的不规则的封闭曲面，与平均海水面相吻合的称为大地水准面。地球椭球体：假想一个扁率极小的椭圆，绕大地球体短轴旋转所形成的规则椭球体称之为地球椭球体。大地基准面:它由椭球体本身及椭球体和地表上一点视为原点间之关系来定义。（2）如何理解：基准面是利用特定椭球体对特定地区地球表面的逼近，每个国家或地区均有各自的基准面，我们通常称谓的北京54坐标系、西安80坐标系实际上指的是我国的两个大地基准面。椭球体与基准面之间的关系是一对多的关系，也就是基准面是在椭球体基础上建立的，但椭球体不能代表基准面，同样的椭球体能定义不同的基准面。即使用同一个椭球面，不同的地区由于关心的位置不同，需要最大限度的贴合自己的那一部分，因而大地基准面就会不同。3、什么是地图投影？它的分类方法有几种？它们是如何分类的？在我国城市GIS中常采用什么投影？答：地图投影:运用一定的数学法则（投影变换公式），将大地坐标系转化为某投影平面上的平面直角坐标系的过程叫地图投影。它的分类方法有两种：根据地图投影中可能引起变形的性质，将投影分为等角投影、等面积投影、任意投影；根据投影的可展曲面不同，可以分为圆锥投影、圆柱投影和方位投影。同时，根据投影面与地球轴向的相对位置，区分为正轴投影、斜轴投影、横轴投影。在城市GIS系统中均采用6度或3度分带的高斯克吕格投影。4、什么是高斯投影？它的特点是什么？答：高斯克吕格投影，即横轴墨卡托投影，在小范围内保持形状不变，可以想象成将一个圆柱体橫躺，套在地球外面，再将地表投影到这个圆柱上，然后将圆柱体展开成平面。圆柱与地球沿南北经线方向相切，我们将这条切线称为“中央经线”。特点：中央经线无变形，由中央经线往東西两侧延伸，地表图形会被逐渐放大，变形也会越来越严重，变形最大处在投影带内赤道的两端。6、试述栅格结构的含义和特点。答：栅格数据结构：是以规则的阵列来表示空间地物或现象分布的，它是指将地球表面划分为大小均匀、紧密相邻的网格阵列。 特点：每个网格做为一个像元或像素，包含一个代码表示该像素的属性类型或量值，栅格数据的位置隐含在行列号中，栅格数据与矢量数据一样能表达点、线、面。7、栅格数据存储压缩编码方法主要有哪几种？每种方法是如何进行压缩的？直接栅格编码,长度编码法,改变扫描顺序法,链式编码,游程长度编码,块式编码,四叉树编码。 1.直接栅格编码 直接栅格编码是将栅格看作一个数据矩阵，逐行逐个记录代码数据。可以每行都从左到右，也可奇数行从左到右，或者采用其它特殊的方法。 2.行程编码（代码，长度）又称为游程长度编码,将行程编码按顺序组成行程序列表,并建立顺序表索引,从而实现对行程编码的快速访问. 3.块码（行号，列号，半径，代码） 块码是行程编码向二维扩展的情况，又称二维行程编码,采用方形区域作为记录单元,每个记录单元包括相邻的若干栅格，数据结构由初始位置(行、列号)和半径，再加上记录单元的代码组成。 4.链式编码 链式编码又称弗里曼编码或边界编码,将线状地物或区域边界表示为由某一起始点和在某些基本方向上的单位矢量链组成。单位矢量的长度为一个栅格单元，每个后续点可能位于其前继点的8个基本方向之一。 5.四叉树编码 四叉树编码是把一幅图像或一幅栅格地图等分成四个子区，不断检查每个子区的所有格网值，如该子区都含有相同的值（灰度或属性），这个子区就不再往下分割；否则，把该子区再分割成四个子区，这样递归地分割，直到每个子区都只含有相同的值为止。第三讲 城市地理信息系统理论（2）1、试述矢量结构的含义、特点。 定义：矢量数据结构是通过记录坐标的方式来表示点、线、面等空间实体的位置和形状的一种数据组织方式。 特点：矢量数据表示的坐标空间是连续的，因此可以精确地定义地理实体的空间位置、长度、面积等。还可以对复杂数据以最小的数据冗余进行存贮，具有数据精度高、存储空间小的特点，是一种高效的图形数据结构。2、矢量数据存储压缩编码方法主要有哪几种？每种方法是如何进行压缩的？ 简单矢量数据结构有坐标序列法、树状索引法；拓扑数据结构有双重独立式、链状双重独立式 坐标序列法以基本的空间实体（点、线、多边形）为单位进行组织。只记录空间对象的位置坐标和属性信息。不记录拓扑关系的矢量数据模型（面条结构）。 树状索引法将所有边界点进行数字化，将坐标对以顺序方式存储，点索引与边界线号联系，线索引与多边形相联系，形成树状索引结构。 双重独立编码结构是对图上网状或面状要素的任何一条线段，用顺序的两点定义以及相邻多边形来予以定义。技术复杂，特别是软硬件链状双重独立式数据结构将若干直线段合为一个弧段（或链段），每个弧段可以有许多中间点。3、试述矢、栅结构的优缺点，并通过列表比较。 矢量数据结构：优点：表示地理数据的精度较高、严密的数据结构，数据量小、完整的描述空间关系、图形输出精确美观、图形数据和属性数据的恢复、更新、综合都能实现、面向目标，不仅能表达属性，而且能方便的记录每个目标的具体属性信息。缺点：数据结构复杂、矢量叠置较为复杂、数学模拟比较困难 栅格数据结构：优点：数据结构简单、空间数据的叠置和组合方便、各类空间分析很易于进行、数学模拟方便。缺点：图形数据量大、用大像元减少数据量时，精度和信息量受损、地图输出不美观、难以建立网络连接关系、投影变换比较费时4、 叙述矢量数据向栅格数据的转换方法。（简答题） 1.了解矢量数据和栅格数据的坐标。如矢量数据的坐标是直角坐标系，原点在图的左下方，栅格数据坐标是行列坐标，原点在图左上方，转换时，一般使直角坐标x,y轴与栅格数据行列平行 2.确定栅格单元的大小。栅格单元的大小就是它的分辨率，应根据原图的精度，变换后的用途及存储空间等因素予以决定。栅格单元的边长在X，Y坐标系中的大小用X和Y表示。设Xmax、Xmin和Ymax、Ymin分别表示全图X坐标和Y坐标的最大值与最小值，I，J表示全图格网的行数和列数。J=(Xmax-Xmin) /X，I=(ymax-ymin) /Y这里I和J可以由原地图比例尺根据地图对应的地面长宽和网格分辨率相除求得，并取整数。 3.点的栅格化。点的变换只要这个点落在某一个栅格中，就属于那个栅格单元，其行、列号I、J可由下式求出：I=1+INT（Ymax-Y）/Y ，J=1+INT（X-Xmin）/X 式中INT表示取整函数。栅格点的值用点的属性表示。 4.线的栅格化。折线或曲线是由直线段组成或逼近的。设某一线段两端点的坐标为(x1,y1),(x2,y2),且y2y1,线段两端点所在栅格的行列号分别为I1,J1和I2,J2.点为直线段经过的中间栅格的水平中心线与该直线段交点的坐标，则有： Yi=I1+(i-1/2),Xi=(X2-X1)/(Y2-Y1)(Yi-Y1)+X1,其中I1i=T;G(i,j)=0,f(i,j)设置：3）输入初始化参数4）设置与输入控制点5）设置数字化参数6）设置定标器按键-数字化：7）数字化8）检查和修改数字化错误 2.扫描矢量化流程：纸地图-扫描转换-拼接子图块-裁剪地图-图像处理矢量化-矢量图合成-矢量图编辑 步骤：1）扫描准备2）扫描参数设置3）图形扫描4）图像装入5）采集控制点6）分层矢量化7）检查和修改数字化错误3、试述道格拉斯普克算法（Douglas-Peucker）实现矢量数据抽稀的过程。 曲线离散化算法Douglas-Peucker：1.在曲线首尾两点A、B之间连接一条直线段AB，该直线称为曲线的弦；2.得到曲线上离该直线段距离最大的点C，并计算其与AB的距离d；3.比较该距离与预先给定阈值的大小，如果小于，则将该直线段作为曲线的近似，该段曲线处理完毕；4.如果距离大于阈值，则用C将曲线分为两段AC和BC，并分别对两段曲线进行1-3步的处理。5.当所有曲线都处理完毕后，依次连接各个分割点形成的折线，即可以作为曲线的近似。4、什么是数据处理？数据处理的目的是什么？ 数据处理是对数据的采集、存储、检索、加工、变换和传输。 空间数据处理的目的是为了消除地图数字化过程中所产生的错误，以及将数字化数据重新组织以便得到进一步处理和使用的格式。5、空间数据产生误差的主要来源有哪些？空间数据的误差主要有哪些？一般采用哪些方法对误差进行检查？（客观基础题） 数据采集阶段：实测误差，地图制图误差（制作地图的每一过程都有误差），航测遥感数据分析误差（获取、判读、转换、人工判读（识别要素）误差） 数据输入：数字化过程中操作员和设备造成的误差，某些地理属性没有明显边界引起的误差（地类界） 数据存贮：数字存贮有效位不能满足（由计算机字长引起，单精度、双精度类型）、空间精度不能满足 数据操作：类别间的不明确、边界误差（不规则数据分类方法引起）、多层数据叠加误差、多边形叠加产生的裂缝（无意义多边形）、各种内插引起的误差 数据输出：比例尺误差、输出设备误差、媒质不稳定（如图纸伸缩） 成果使用：用户错误理解信息、不正确使用信息 空间数据的误差主要有：空间数据的不完整或重复，空间数据位置不准确，空间数据比例尺不准确，空间数据变形等 误差或错误检查的方法：叠合比较法、目视检查法、逻辑检查法6、 什么是数据质量？试以地图数字化生成地图为例，说明数据质量控制的方法。 GIS的数据质量是指GIS中空间数据(几何数据和属性数据)在表达空间位置、属性和时间特征时所能达到的准确性、一致性、完整性以及三者统一性的程度。 数据质量控制手段：数据源的选择和处理、数字化过程的数据质量控制，其中数字化过程的数据质量控制：1）数据预处理工作2）数字化设备的选用3）数字化对点精度 4）数字化限差5）数据的精度检查第五讲 城市GIS专题制图方法 1、什么是地图符号，它的构成要素是什么？ 地图符号是地图的语言，它是表达地图内容的基本手段。地图符号是由形状不同、大小不一和色彩有别的图形和文字组成，注记是地图符号的一个重要部分，它也有形状、尺寸和颜色之区别。 符号的构成要素1）符号的形状2）符号尺寸3）符号的颜色2、什么是城市专题地图？它有哪些特征？城市专题地图可以分为哪些类型？ 城市专题地图又称城市专门地图，是突出而完善地表示一种或几种城市自然和社会现象，是地图内容专题化的地图。 城市专题地图的基本特征：1图上的主要内容，大部分是普通地图上所没有的专门要素(经济指标)；2图上所显示的现象往往是地面上所看不到或无法直接进行量测的(人口分布)；3编图的资料往往是科学研究成果、文献记载、论文报告、统计和勘测等文字资料(地质报告)；4具有独特的图式和特殊的表示方法(规划：风叶玫瑰图)；5说明各种自然和社会经济特征，以及社会经济体制和政治体制方面的特征； 按内容性质分类：自然地图、社会经济图和其它专题地图；按其用途分类：国民经济图、科学教育图和国防建设图；按其内容在地图上反映的概括程度分类：解析图、综合图和组合图。3、比较城市专题地图和城市普通地图在表达内容上的异同。 1.专题要素空间分布特征 1）呈点状分布或在实地占面积不大2）呈线状或带状分布3）呈面状分布（包括连续而布满制图区的、间断呈片状分布的、大范围内呈分散分布的） 2.专题要素的时间态特征1)限定在某特殊时刻2)表示某一段月份内、年份内3)某年度内的周期性变化 3.专题要素的可示特征 在大千世界中，凡具有空间特征的信息资料及事物现象，都可用专题地图的形式来表达。专题地图种类繁多、复杂多样，专题要素的可示特征有1）专题要素的空间分布特征 2）质量特征（类别、性质）3）数量指标4）内部组成5）动态变化6）发展趋势等，还有专题地图的符号图形回答。4、 常用的城市专题地图内容表示方法有哪些？试述各方法的适用范围。 1点数法：它适用于表示分布不均匀的现象2定点符号法 常用于反映按地图比例尺仅能以点状表示的专题要素的分布特征 3等值线法：最适用于等值线表达的是像地形起伏、气温、降水、地表径流等满布于整个制图区域的均匀渐变的自然现象。 4线状符号法：常用于表示呈现线状分布的现象，如河流、海岸线、交通线、地质构造线、山脊线等。 5运动线法：表示各种自然地理现象或社会经济现象运动的趋向和特征，不仅显示现象的运动路线、方向、方法和速度，还反映运动现象的质量、能量、强度、结构及其它特征。 6区域法（范围法）：表示制图区域内任何一种连续的或有间隙的现象的分布范围。如森林、沼泽、湿地、某种农作物的分布和动物分布等 7质底法：表示连续分布、布满于整个区域的面状现象。如地质现象、土地利用状况和土壤类型等。 8定位图表法：表示某“点”上的现象来说明地面上整片分布的现象的总和或占有相当大面积内的现象。定位图表法所表示的是周期性发生的现象变化。例如：沿河流线上各水文站的水文图表、风向频率图、风速玫瑰图表、温度和降水量的年变化图表等。 9分级统计图法显示现象的地理分布差异和现象的集中分散的趋势。 10分区统计图法表示各个区域单位内现象的统计值。第六讲 空间分析模型（1）1、 什么是空间分析？在GIS中，它的内容和作用是什么？简述空间分析的一般步骤。 是基于地理对象的位置和形态特征的空间数据分析技术，其目的在于提取和传输空间信息。空间分析的主要内容1、空间位置： 借助于空间坐标系传递空间对象的定位信息，是空间对象表述的研究基础。2、空间分布：同类空间对象的群体定位信息，包括分布、趋势、对比等内容。3、空间形态：空间对象的几何形态。4、空间距离：空间物体的接近程度。5、空间关系：空间对象的相关关系，包括拓扑、方位、相似、相关等。 空间分析的应用模式：定位、条件、趋势、模式、模拟 2、 空间查询有哪些方式？举例说明有哪些应用。 图形查询、属性查询、图形属性互查、地址匹配 例：1 .新开设的银行选址。 要求：1）远离目前存在的银行;2）附近有大量的人口数量;3）结果以矢量数据的文件形式输出。 人口密度专题图、银行位置专题图、街区专题图 1、查询提取储蓄额高于多少元的银行（目的在于筛选营业好的银行）。2、计算生成距离远近分布图。3、根据距离和人口密度专题图层，查询提取远离已有银行500米且人口密度大于3000的区域。4、将提取的栅格图层转为矢量图层，并与街区专题图进行叠加显示。 2.了解土壤各部分钾的含量，以确定施肥量的多少。 土壤养分分布图、农场边界图、利用土壤养分文件插值创建钾含量表面、查询钾含量低于300的区域、将栅格专题图转换成矢量专题图3、简述GIS中多边形图形的面积计算原理和公式。（重点掌握） 在GIS中，梯形法是求面积的主要方法之一。其基本思想是：按照多边形的顶点顺序依次求出多边形所有边与X轴或Y轴组成的梯形面积，然后求其代数和。已知条件：（x1,y1）（x2,y2）.（xn,yn）为多边形顶点坐标，凸、凹多边形均可，顶点顺序顺时针方向、逆时针方向均可。1） 矢量格式下面积的量算通常用辛普森公式: 2） 栅格数据面积的计算 统计相同属性的格网数目。4、什么是叠置分析？进行叠置分析的目的是什么？可以分为哪几种类型？ 叠置分析：是指将同一地区、同一比例尺、同一坐标系统、不同信息表达的两组或多组专题要素的图层进行叠加，从而产生一个新图层的过程。 目的是为了有效地综合多种地理要素，从其中提取出隐含的数据信息。 类型：视觉信息的叠加、矢量图层叠加、栅格图层叠加5、土壤类型图(图1a)与城市功能分区图(图1b)进行叠置分析，可得出土壤与分区合成图（图1c）。根据下图，试写出新合成的属性统计表。 图1 多边形叠置分析6、分析说明利用栅格数据进行新学校选址的方法步骤（提示：影响因素只考虑土地利用、地形坡度、交通因素、基础设施、其它学校分布等因素）（分析题）第七讲 空间分析模型（2）1、什么是缓冲区分析，它的数学原理是什么？举例说明它的用途。 缓冲区分析就是对一个、一组或一类空间对象按照缓冲的距离条件建立其缓冲区多边形的过程，然后将缓冲区图层与需要进行缓冲区分析的图层进行叠加分析，得到所需要的结果。 从数学的角度来看，缓冲区分析的基础思想是给定一个空间对象或集合，确定它们的邻域（即缓冲区），邻域的大小有邻域半径R（即缓冲距离）或缓冲区建立条件来确定。 对于一个空间对象Oi缓冲区定义为： 对于空间实体集合： 其缓冲区定义为： 例如：可以将污染源（如化工厂，造纸厂）作为主体，而地形、障碍物和空气作为阻力表面，用推移或扩散的方法计算污染物（物体）离开工厂（主体）后在阻力表面上的移动，得到一定范围内每个栅格单元的污染强度。栅格缓冲区算法比较简单，核心问题是距离变换。 栅格数据-距离变换-提取一定宽度的多边形-缓冲区 2、缓冲区有哪些生成算法，简述算法的原理。 角平分线法：该算法又名“平行线法”，其原理是首先对边线做其平行线，然后在线状要素的首尾点处，作其垂线并按缓冲区半径r 截出左右边线的起止点，在其它的折点处，用与该点相关联的两个相邻线段的平行线的交点来确定。 凸角圆弧法：在轴线首尾点处，作轴线的垂线并按双线和缓冲区半径截出左右边线起止点，然后以r 为半径分别以首尾点 为圆心，以垂线截出的起止点为圆的起点和终点作半圆弧；在轴线其它转折点处，首先判断该点的凸凹性，在凸侧用圆弧弥合，在凹侧则用前后两邻边平行线的交点生成对应顶点。这样外角以圆弧连接，内角直接连接，线段端点以半圆封闭。3、某伐木公司，获得在某林区A的采伐许可证。 有如下许可约束：a.为防止水土流失，规定不得在河流、湖泊等水域周围 1km 内采伐林木。b.森林保护法规定不能在林区新建道路，必须在已有道路周围 5km 之内。c.为保护采伐区内文物，不得在文物古迹10km范围内采伐； 另外，由于公司成本原因，有如下要求：d.采伐区必须位于雪线以下（1000米）米；e.不能在大于5度区域采伐。请分析需要哪些数据，并用框图表示问题的解决过程，并说明每步相关操作和方法。（分析题） (此为课件上答案但类型相同，非正确答案) 区域的道路分布图、河流分布图、森林分布图为数据源。 解题流程图： 解题详细步骤：1.将该地区具有相同比例尺且进行配准的道路分布图、河流分布图、森林分布图，进行预处理和数字化；2.利用河流分布图生成1km的等距缓冲区；3.利用道路分布图生成5km的等距缓冲区；4.森林分布图中可采伐林地、道路缓冲区及河流缓冲区图进行叠置，叠置条件表达式为: 采伐区 森林分布图中可伐林地 道路周围5km缓冲区非河流周围1 km缓冲区 ，将上述3张图进行两两叠置，所得结果即为森林采伐图。4、窗口分析的要素是什么？有哪几种类型？试举例说明应用一二。窗口分析的3个要素（1）中心点（2）分析窗口大小与类型（3）运算方式类型（1）统计运算（2）测度运算（3）函数运算1) 滤波运算；2)地形参数运算;(4)追踪分析 如右图所示，栅格所记录的是地面点的海拔高程值，根据地面水流必然向最大坡度方向 。由追踪法提取地面水流的路径流动的基本追踪线索，可以得出地面水流的基本轨迹。5、什么是泰森多边形？它的特点是什么？ 泰森多边形由一批具有一定分布的样本点数据生成的多边形。其实质是将每个样本点周围划出一个多边形，认为在该多边形内，可以用此样本点数据作为平均数据，代表区域内的属性。 泰森多边形，又叫Voronoi图或Dirichlet图，它是由一组”由连接两邻点直线的垂直平分线组成的多边形”组成。N个在平面上有区别的点，按照最邻近原则划分平面；每个点与它的最近邻区域相关联。 设有n个互不重叠的样本数据点Pi, i = 1, 2, .n ，则生成的泰森多边形的特性: 1每个泰森多边形内只包含一个样本数据点;2泰森多边形内的任意点k(x,y) 同该多边形内的样本数据点距离小于它同任何样本数据点间的距离;3泰森多边形的任意一个顶点必有三条边同它连接，这些边是相邻三个泰森多边形的两两拼接的公共边；4泰森多边形内的任意一个顶点周围有三个样本数据点，将其连成三角形后，该三角形的外接圆圆心即为该顶点。第八讲 空间分析模型（3）1、什么是网络分析？它的基本组成部分和属性是什么？网络分析有哪几种功能或类型？ 网络分析是通过模拟、分析网络的状态以及资源在网络上的流动和分配等，研究网络结构、流动效率及网络资源的优化问题的领域。 网络的基本组成：链、障碍、拐角点、中心、站点 属性：阻力值、资源需求、资源容量 主要网络分析功能1、路径分析2、资源分配3、寻址2、根据下图1，阐述计算最短路径的Dijkstra算法原理和计算步骤。（老师貌似不考） 图1 有向赋权图及邻接矩阵 1如图所示，A为所求最短距离的起点，其他Bi, Ci 为终点。 要求的是一系列最短距离。先假定这些最短距离互不相等。那么可以把这些最短距离按升序（从小到大）排列。 把所有顶点分为两类C和B.令A到Bi这些顶点的最短距离不为无穷大。 A到Ci这些顶点的最短距离为无穷大。这就说明A到Ci中的点要么不通，要么通过Bi中的点与之连接。 2这样，对于A到Ci中任何一个点的最小距离，总可以在Bi中找到一点，使得A到这一点的最小距离小于前一个距离。（因为：A到Ci中的点要么不通，要么通过Bi中的点与之连通。）因此，可以先不考虑Ci中的点。 3于是，对于题中所给的带权有向图，第一步只考虑下图：Bi=v2,v4,v5用mindist这个数组来保存由v0到其它顶点的最小距离，这些距离按升序排列。考虑右图：第一步，通过比较，知道 mindistancev0v2=mindist0=10,（v0-v2)这是我求出的第一个最小距离。一旦得到v2，就可以知道：V0跟 v2直接连通到的点v3 之间的最小距离不再是无穷大，它应是:mindistancev0v2+disv2v3 4这样应当把v3放入前面的集合Bi中。（注意：有多少v2直接连通到的点都应当考虑进来。）Bi=v2,v4,v5,v3第二步，把与v2直接连通的点v3考虑进来。dis05=100; dis04=30; dis02=10; dis03=60;除10以外，30是最小的。可以证明30是v0到其它顶点除10以外最小的。 5不可能存在这样一个点Vn，使得10mindistance0n30. 6这样得到我们的第二个最小距离：Mindistancev0v4=mindist1=30 ,(v0-v4)接下来，把v4与之直接连通的点考虑进来 7以v0为起点，计算它到其它各顶点的最短路径，计算过程中最短路径长度向量D的变化见D0-D4，计算出的各条最短路径见表4-4。3、什么是中心点选址？阐述它的原理，并写出公式。 中心点选址问题中，最佳选址位置的判定标准，是使其所在的顶点与图中其它顶点之间的最大距离达到最小。 这个选址问题实际上就是求网络图的中心点问题。这类选址问题适宜于医院、消防站等服务设施的布局问题。 中心选址问题的图论描述设G=(V,E)是一个无向赋权连通图，其中V=v1,v2,vn，E=e1,e2,en。连接两个顶点的边的权值代表该两顶点之间的距离。对于每个顶点vi，它与各顶点之间的最短路径长度为di1,di2,din。顶点vi的最大服务距离是这几个最短路径长度中的最大值，记为e(vi)。e(vi)=max(di1,di2,din)那么，中心点选址问题，就是求图G的中点vi0，使得该顶点的最大服务距离达到最小，即e(vi0)=mine(vi)4、DEM的表示模型有哪些？各自有什么特点。 等高线模型:等高线通常被存储成一个有序的坐标点序列，可以认为是一条带有高程值属性的简单多边形或多边形弧段。由于等高线模型只是表达了区域的部分高程值，往往需要一种插值方法来计算落在等高线以外的其他点的高程，又因为这些点是落在两条等高线包围的区域内，所以，通常只要使用外包的两条等高线的高程进行插值。规则格网DEM模型（GRID）:结构简单，计算机对矩阵的处理比较方便，高程矩阵已成为DEM最通用的形式。高程矩阵特别有利于各种应用。TIN模型的特点：允许在地形复杂地区收集较多的信息，而在简单的地区收集少量信息，避免数据冗余。对于某些类型的运算比建立在数字等高线基础上的模型更有效，如坡度、坡向等的计算。5、 DEM的生成方法有哪些？在ArcGIS中如何生成DEM，请简述其方法流程。 DEM的生成方法：1、人工格网法2、三角网法3、立体像对法4、曲面拟合法5、等值线插值法 如何由一组离散的点数据（包括坐标和其高程值）生成三种形式的DEM？ 点格网DEM（“”分别为两个上下箭头，等高线在上面，TIN在下面） 如何由一组等高线数据（包括ID和其高程值）生成另外两种DEM？ 等高线TIN格网DEM 如何由一幅纸质地形图生成三种形式的DEM？ 扫描数字化坐标配准手工数字化 等高线TIN格网DEM第九讲 空间分析模型（4）1、解释下列概念的含义：空间统计分析、空间自相关、正态QQ图、半变异函数、空间权重矩阵 空间统计分析即空间数据的统计分析,通过空间位置建立数据间的统计关系。 空间自相关是指同一个变量在不同空间位置上的相关性。 正态QQPlot分布图（normal QQplot）:主要用来评估具有n个值的单变量样本数据是否服从正态分布。 半变异函数:半变异函数把统计相关系数的大小作为一个距离的函数，是地理学相近相似定理的定量化。 空间权重矩阵：地理事物在空间上的此起彼伏和相互影响是通过它们之间的相互联系得以实现的，是传载这一作用过程的实现方法。2、什么叫探索性数据分析？探索性数据分析的目的？ 探索性数据分析是指对已有的数据(特别是调查或观察得来的原始数据)在尽量少的先验假定下进行探索，通过作图、制表、方程拟合、计算特征量等手段探索数据的结构和规律的一种数据分析方法。 目的：揭示数据中隐含的规则、提取关键变量、检测数据异常、提出简化模型并决定探入分析的思想因子序列3、如何在一组测定的数据寻找数据离群值，有哪些方法？1）利用直方图查找离群值2)利用半变异函数云识别离群值3）利用Voronoi图查找局部离群 4、怎样解释半变异函数图？（图在上一页底）块金值：理论上，当采样点间的距离为0时，半变异函数值应为0，但由于存在测量误差和空间变异，使得两采样点非常接近时，它们的半变异函数值不为0，即存在块金值。基台值：当采样点间的距离h增大时，半变异函数r(h)从初始的块金值达到一个相对稳定的常数时，该常数值称为基台值。当半变异函数值超过基台值时，即函数值不随采样点间隔距离而改变时，空间相关性不存在。偏基台值：基台值与块金值的差值。变程：当半变异函数的取值由初始的块金值达到基台值时，采样点的间隔距离称为变程。变程表示了在某种观测尺度下，空间相关性的作用范围，其大小受观测尺度的限定。在变程范围内，样点间的距离越小，其相似性，即空间相关性越大。当hR时，区域化变量Z(x)的空间相关性不存在，即当某点与已知点的距离大于变程时，该点数据不能用于内插或外推。5、空间自相关问题使用什么参数进行分析？其结果的地理解释是什么？ Morans I ：-1 I 1,1表示极强的正空间自相关，-1表示极强的负空间自相关。Geary 系数C：Geary系数C的取值一般在02之间，大于1表示负相关，等于1表示不相关，而小于1表示正相关。第十讲 GIS软件工程1、名词解释： 2、填空题；3、判断题；选择题1、GIS软件的主要特点有哪些？GIS软件开发过程中存在哪些问题?产生这些问题的原因是什么? 主要特点:以系统为中心，以地图为基础，二维处理，静态管理，尺度割裂，数据集中。 GIS软件开发过程中的问题（1）经费预算经常突破，完成时间一再拖延。（2）开发的软件不能满足用户的要求。 （3）开发的软件可维护性差。（4）开发的软件可靠性差。（5）数据工程量特别大，特别是数据采集工作量十分大。（6）软件需求与软件生产的矛盾日益加剧，突出表现在软件生产率低。（7）软件可重用性差。 产生这些问题的原因（1）软件的规模越来越大，结构越来越复杂。（2）软件开发的管理困难。（3）软件开发费用不断增加。（4）软件开发技术落后。（5）生产方式落后。（6）开发工具落后，生产率提高缓慢.（7）通用GIS软件处在快速上升分化发展过程中，更新变化很快.2GIS软件工程的特色表现在哪几个方面? 1.系统复杂度大2数据在系统中具有特别地位3系统表达方式复杂4系统更新速度更快5系统维护工作量大6易操作性要求高3、GIS软件工程的目标是什么？ 目标：付出较低的开发成本；达到要求的软件功能；取得较好的软件性能；开发的软件易于移植；需要较低的维护费用；能按时完成开发任务，及时交付使用；开发的软件可靠性高。4、常见的软件生存周期模型有哪几种?请简要加以介绍。 瀑布模型是将软件生存周期各活动规定为依线性顺序联接的若干阶段的模型。它包括可行性分析、项目开发计划、需求分析、总体设计、详细设计、编码、测试和维护。它规定了由前至后、相互衔接的固定次序，如同瀑布流水，逐级下落。 增量模型：软件在该模型中是逐渐开发出来的，开发出一部分，向用户展示一部分，可让用户及时看到部分软件，及早发现问题。或者先开发一个原型软件，完成部分主要功能，展示给用户并征求意见，然后逐步完善，最终获得满意的软件产品。 螺旋模型是螺旋模型将瀑布模型与增量模型结合起来，吸收了“演化”的概念，一种风险驱动模型。将开发过程分为几个螺旋周期，每个螺旋周期大致和瀑布模型相符合。 喷泉模型对软件重用和生存期中多项开发活动的集成提供支持，支持面向对象的开发方法。“喷泉”一词体现了迭代和无间隙特性。系统某个部分常常重复工作多次，相关功能在每次迭代中随之加入演进的系统。无间隙是指在开发活动，即分析、设计和编码之间不存在明显的边界。 智能模型也称为基于知识的软件开发模型，它综合了上述若干模型，并把专家系统结合在一起。该模型应用基于规则的系统，采用归纳和推理机制，帮助软件人员完成开发工作，并使维护在系统规模说明一级进行。5、GIS软件工程生存周期包含哪几个阶段?每个阶段的主要任务是什么?前期工程:工程调研、可行性研究、制定项目计划、需求分析设计工程:总体设计、数据库设计、模型设计、详细设计数据工程:数据预处理、数据采集、数据处理工程实施:程序编制、测试、试运行维护工程:数据库维护、软硬件维护6GIS系统分析包含哪些主要步骤?（1）识别用户要求；（2）评价可行性；（3）经济分析与技术分析；（4）把功能分配给GIS软硬件、人、其他系统元素；（5）成本和进度；（6）生成GIS规格说明7GIS系统设计中可以采用的设计方法有哪几种?简要说明其主要内容。 结构化设计方法是基于模块化、自顶向下逐层细化、结构化程序设计等程序设计技术基础上发展起来的 原型化设计方法是原型是指模拟某种产品的原始模型。原型是软件的一个早期可运行的版本它反映最终系统的部分主要特性。随着不断试验、纠错、使用、评价和修改，获得新的原型版本，从而提高最终GIS产品的质量。 面向对象设计方法面向对象的概念起源于程序设计语言。在GIS系统设计中，可以将GIS的数据获取、格式转换、图形显示等内容分别封装为数据获取类、格式转换类、图形显示类等，然后定义各类的属性、方法和事件。8GIS建设过程中需要建立哪些文档?（1）立项报告；（2）可行性研究报告；（3）系统设计任务书；（4）用户需求分析报告；（5）系统总体设计方案和各子系统设计方案；（6）系统实施总结报告；（7）系统测试报告；（8）用户使用报告；（9）系统验收报告；（10）系统建设总结报告。第十一讲 数字城市与三维GIS数字城市、SKYLINE体系、三维建模流程、相关接口等1、结合所学专业知识，谈谈你对数字城市的理解（从作用、内涵、结构层次、关键技术等），及其未来发展趋势。 数字城市的作用体现在将城市信息资源进行最优配置，并以最快的速度、最直观的形式、最低的成本传送给各个层次的决策者,或传送给因特网的各个经济社会应用系统，达到对社会资源的有效控制和利用,提高整个城市的经济社会效益,最终实现社会的良性循环和经济的可持续发展。 从应用的角度给出数字城市的综合定义：数字城市是在一体化数字集成平台和虚拟城市环境中，以数字化的形式进行采集、获取和整合地理环境、基础设施、自然资源、社会资源、经济资源等各种资源，并通过计算机和网络进行统一的存储、优化、管理和展现，在功能强大的系统软件和数学模型支持下，以可视化的方式对现实城市的自然、社会、经济等各种要素和活动进行再现，对现实城市的规划、建设和管理以及各类城市活动进行管理、分析和模拟，实现部门、企业和公众之间的信息共享、发布、动态更新、交流和智能式的公共服务。 数字城市的核心内容包括完善的信息基础设施、高效的信息资源共享和智能化的信息应用服务三个层面，即以信息技术、网络技术、数据库技术、可视化技术为支撑，以一体化的数字城市集成信息平台为中心，对城市的各种信息资源进行综合管理、整合并充分利用。实现信息采集自动化、信息传输网络化、信息管理集成化、政务办公电子化、业务决策智能化、公共服务便捷化、信息数据标准化。 数字城市是城市信息化发展的一个主要方向，是数字地球的一个部分；不同的人对数字城市的理解有很大区别；数字城市建设涉及到许多学科的若干关键技术。数字城市的建设必须面向应用，统一规划，逐步展开。2Skyline Terra suite架构下包含哪几类产品？简要说明每类产品的作用。 1）、TerraExplorer Suite ：通过网络有效为地表传输数据或进行叠加、为生成公开的丰富的3D地表可视化场景提供所有需要的工具、包含交互式的画图工具在三维地表模型上创建和添加几何图形，用户定义的物体，建筑物，文本，位图等、能够生成和导入静态和动态二维和三维物体，符号和地理参考信息层、能够加载标准在线和无线的GIS层、将层保存为GIS标准文件格式、采用标准COM界面与外面本地和网络应用程序相连接、能够控制其中所有的静态和动态物体，信息层和应用程序、拥有一系列测量和地表分析工具、自动驾驶特征能够在TerraExplorer中创建预定义路线并进行重复播放、采用鼠标、键盘和飞行控制板的结合来控制速度、高度和视角、能够通过已经记录的飞行路径创建飞行动画（AVI格式）或一组帧文件、能够生成三维窗口的快照并保存为另外的文件、超链接特征能够把特定区域、物体连接到网页、应用程序和数据