2025年(地理信息科学)地理信息科学导论试题及答案

2025年(地理信息科学)地理信息科学导论试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.下列哪一项最能准确描述“地理信息科学”与“地理信息系统”之间的本质区别？A.前者偏重软件工程，后者偏重空间数据库B.前者是研究空间信息机理与规律的科学，后者是技术系统C.前者仅处理矢量数据，后者仅处理栅格数据D.前者属于测绘学分支，后者属于计算机科学分支答案：B解析：地理信息科学（GIScience）关注空间信息的科学问题，如不确定性、尺度、认知等；GIS（GeographicInformationSystem）则是实现这些科学问题的技术系统。A、C、D均混淆了概念边界。2.在地球椭球模型中，WGS84与CGCS2000两者在赤道长半轴差异量级约为：A.0.1mmB.1cmC.0.5mD.2m答案：C解析：WGS84长半轴6378137.0m，CGCS2000为6378137.0m但扁率不同，导致赤道上约0.5m的框架差异，源于扁率变化引起的几何偏移。3.某区域DEM分辨率为5m，欲提取坡度图，最可能产生的“虚假坡度”主要来源是：A.地物光谱异质性B.高程量化误差C.投影中央经线选取D.多路径效应答案：B解析：高程量化误差在平坦地区会被差分算法放大，形成虚假坡度；光谱、投影、多路径与坡度计算无直接因果。4.下列空间索引结构中，对高维点数据查询“K近邻”平均复杂度最低的是：A.四叉树B.R树C.格网索引D.B+树答案：B解析：R树通过强制重新插入与优化分裂，减少节点重叠，K近邻查询平均复杂度接近O(logn)；四叉树在高维会退化，格网与B+树不擅K近邻。5.在遥感影像分类中，使用光谱角（SAM）衡量像元相似性，其取值范围是：A.[0°,90°]B.[0°,180°]C.[0°,360°]D.[–90°,90°]答案：B解析：SAM计算两向量夹角，余弦值域为[1,1]，对应角度0°–180°；负角无几何意义。6.若某城市POI数据服从幂律分布，则其双对数坐标下累积频率分布曲线呈：A.水平直线B.指数上升C.斜率为负的直线D.抛物线答案：C解析：幂律分布P(k)∝k^(–α)，累积分布S(k)∝k^(–(α–1))，双对数坐标下为直线，斜率为–(α–1)。7.在地理加权回归（GWR）中，带宽选择采用AICc准则，其目的是：A.最大化残差平方和B.最小化模型复杂度C.平衡拟合优度与自由度惩罚D.消除空间自相关答案：C解析：AICc在似然基础上加入参数惩罚，避免过拟合；与残差平方和最大化相反，A错误；不能消除空间自相关，D错误。8.下列哪一项不是“空间异质性”的直接度量指标？A.局部莫兰指数B.Geary’sCC.半变异函数基台值D.全局克里金方差答案：D解析：全局克里金方差反映估计不确定性，而非空间异质性本身；其余三项均可刻画空间异质或自相关。9.在PostGIS中，执行ST_Transform(geom,4525)时，系统需查询的元数据表是：A.geometry_columnsB.spatial_ref_sysC.pg_stat_activityD.raster_columns答案：B解析：spatial_ref_sys存储EPSG代码与PROJ参数，ST_Transform依赖其完成坐标转换；geometry_columns仅记录表结构。10.利用无人机倾斜摄影生成三维模型时，最可能引入“穹顶效应”的原因是：A.相机主距标定误差B.地面控制点分布不均C.光照条件突变D.运动结构恢复（SfM）中累积误差答案：D解析：SfM从外向内解算，远离控制点的区域误差累积，导致整体弯曲呈穹顶状；主距误差表现为比例失真，光照影响纹理。二、多项选择题（每题3分，共15分；多选少选均不得分）11.关于空间数据“尺度效应”的描述，正确的有：A.面积周长比随粒度增大而单调减小B.景观指数对幅度变化敏感C.空间自相关强度随粒度增大而降低D.聚合方差可用来检测尺度阈值E.空间异质性随粒度减小而消失答案：B、D解析：A错误，分形海岸线面积周长比非单调；C错误，自相关可能增强；E错误，异质性不会消失，仅表现形式变化；B、D为尺度效应经典结论。12.下列方法中，可用于修复“拓扑裂缝”的有：A.snapping容差B.道格拉斯普克压缩C.平面扫描算法D.缓冲区回退E.最小二乘配置答案：A、C、D解析：snapping与缓冲区回退直接闭合裂缝；平面扫描可检测并修复悬挂节点；道格拉斯普克为线压缩，最小二乘配置用于信号滤波。13.在夜间灯光遥感数据中，可能削弱GDP估算精度的因素包括：A.气体燃烧耀斑B.过度饱和像元C.地理加权回归带宽过大D.省级行政区划变更E.月光反射答案：A、B、D、E解析：C属于模型参数问题，与数据本身无关；其余均为数据源噪声或辅助变量失配。14.下列属于“空间计量经济学”核心检验的有：A.Moran’sI残差检验B.LMError与LMLagC.Hausman检验D.KoenkerBassett检验E.White异方差检验答案：A、B解析：LMError、LMLag用于选择空间滞后或空间误差模型；Moran’sI残差检验空间自相关；Hausman用于面板工具变量，KoenkerBassett、White为异方差检验，非空间专属。15.在构建“数字孪生城市”过程中，需要融合的实时感知数据有：A.5G手机信令B.车载CAN总线C.BIM构件语义D.地铁闸机刷卡E.气象雷达体扫答案：A、B、D、E解析：BIM为静态语义模型，非实时感知；其余均为动态流数据。三、判断题（每题1分，共10分；正确打“√”，错误打“×”）16.在地理坐标系下直接计算欧氏距离，会导致距离量算误差随纬度升高而减小。答案：×解析：误差随纬度升高而增大，因经度弧长随cosφ收缩。17.当半变异函数出现“块金效应”时，表明存在小于采样间距的空间变异。答案：√解析：块金值代表微观尺度或测量误差变异。18.在PostgreSQL中建立GiST索引后，点查询性能一定优于R树索引。答案：×解析：GiST为通用框架，内部可实现R树，性能取决于操作符类与数据分布。19.对于同一区域，Landsat8与Sentinel2的10m波段，其地面采样距离（GSD）相同，因此无需重采样即可直接叠加。答案：×解析：GSD虽同为10m，但投影参数、观测几何、波段响应函数不同，需重投影与配准。20.在深度学习的“语义分割”中，使用DiceLoss可有效缓解类别不平衡问题。答案：√解析：DiceLoss通过交并比衡量，减少背景类主导。21.空间数据基础设施（SDI）中，元数据标准ISO19115仅适用于矢量数据，不适用于栅格。答案：×解析：ISO19115覆盖栅格、矢量、点云等通用地理信息。22.在Web地图切片中，EPSG:3857的y轴向上为正，与TMS标准相反。答案：√解析：GoogleMaps采用EPSG:3857且y向下，TMS规范y向上，需翻转。23.利用多期InSAR可反演地面垂直沉降，但对东西向水平位移不敏感。答案：√解析：InSAR沿视线方向（LOS）敏感，东西向水平位移在升轨降轨几何下投影小。24.在地理加权回归中，若带宽趋于无穷，模型退化为普通最小二乘。答案：√解析：权重核函数趋于常数，空间异质性消失。25.三维城市模型采用CityGML存储，其LoD3级别包含屋顶详细结构及植被语义。答案：×解析：LoD3含屋顶结构，但植被语义在LoD4才出现。四、填空题（每空2分，共20分）26.在地图投影变形中，保持任意方向角度不变的投影称为________投影，其数学基础是________方程。答案：等角（保角）、柯西黎曼27.若某区域DEM像元大小为30m，欲计算单位面积切割体积，需将高程差乘以________，其单位转换因子为________。答案：900m²、128.在PostgreSQL/PostGIS中，查询多边形geom是否自相交的函数是________；返回结果为布尔型的函数名是________。答案：ST_IsValid、ST_IsValid29.在遥感影像中，NDVI计算公式为________；当NDVI=–0.2时，通常对应地物类型为________。答案：(NIR–Red)/(NIR+Red)、水体或云阴影30.在克里金插值中，若变异函数拟合为球状模型，其基台值与块金值之差称为________，表征________空间变异。答案：拱高、结构化31.在Python的GeoPandas中，将GeoDataFrame投影到EPSG:4547的语句为gdf.to_crs(________)；其中4547对应________投影。答案：“EPSG:4547”、CGCS2000/3degreeGaussKrugerzone2532.在激光点云滤波中，渐进式形态学滤波器（PMF）的核心参数为________窗口大小与________增量。答案：高差、高程33.在时空立方体（SpaceTimeCube）可视化中，时间维通常沿________轴，其几何变形称为________效应。答案：垂直、透视缩短34.在OpenStreetMap数据模型中，表示一条道路需要________、________、________三类要素。答案：node、way、relation35.在地理人工智能（GeoAI）中，用于道路提取的“DeepGlobe”竞赛数据集，其影像分辨率为________cm，标签格式为________。答案：50、PNG单通道掩膜五、简答题（每题10分，共30分）36.阐述“可修改面积单元问题”（MAUP）对空间回归模型参数估计的影响，并给出两种缓解策略。答案：MAUP包括尺度效应与分区效应，导致回归系数随单元划分变化，显著性虚假。影响路径：①聚合导致变量方差减小，相关系数放大；②不同分区方案改变空间权重矩阵，扰动空间滞后项。缓解策略：(1)多尺度敏感性分析：采用地理加权回归（GWR）与多层次模型（HLM），比较不同尺度下系数稳定性，若核心变量符号一致，则结果稳健。(2)优化分区设计：利用最大同质性区域化算法（Maxp）或谱聚类，使区内方差最小、区间方差最大，降低分区效应；同时引入空间滞后因变量，显式建模空间依赖，减少因边界错位造成的遗漏变量偏误。37.说明InSAR中“大气延迟”误差的空间时间统计特性，并给出一种基于GNSS的改正模型公式。答案：大气延迟主要源于对流层水汽，其空间相关长度1–10km，时间相关尺度1–3h，服从非平稳随机场，可建模为：ΔL(x,t)=a·ZWD(x,t)+b·ΔP(x,t)+ε(x,t)其中ZWD为天顶湿延迟，ΔP为气压差分，ε为残差。GNSS改正模型：利用KrigingwithExternalDrift（KED），以GNSS站ZWD为观测，高程为漂移项，内插影像范围延迟：ΔL̂(s)=Σλi·ZWD(si)+m·h(s)权重λi通过变异函数γ(h)=c0+c1[1–exp(–h/ρ)]求解，ρ≈5km。最终从InSAR相位中减去ΔL̂(s)，可削弱60–80%的大气误差。38.比较“对象based影像分析”（OBIA）与“像素based深度卷积网络”（PCNN）在高分辨率影像分类中的优劣，并给出融合框架示意图。答案：OBIA优势：①显式利用多尺度分割，边界保真；②可嵌入形状、纹理、上下文语义；③小样本可训练。劣势：①分割参数敏感；②依赖人工特征。PCNN优势：①端到端特征学习，非线性表达强；②对大数据泛化好。劣势：①需大量标注；②边缘模糊；③易受同物异谱影响。融合框架：(1)双分支输入：分支A为原始影像→PCNN→像素概率图；分支B为分割对象→图卷积网络（GCN），节点特征为对象光谱均值、形状指数。(2)概率耦合：采用条件随机场（CRF），一元势为PCNN概率，二元势为对象相邻矩阵，通过消息传递优化。(3)输出：边缘保持的语义标签。实验表明，融合后mIoU提升4–7%，小对象漏分率下降30%。六、计算与推导题（共35分）39.（15分）已知某区域2000、2010、2020年三期土地利用矢量，需计算“城市扩张强度指数”（UEII）。给出公式：UEII=(ΔU/Δt)/√(P×100)其中ΔU为新增城市面积km²，Δt为年数，P为基准期区域总面积km²。表：2000年城市面积120km²，区域总面积2000km²；2010年城市面积180km²；2020年城市面积250km²。(1)计算2000–2010、2010–2020两期UEII；(2)假设UEII服从正态分布，检验2010–2020是否显著高于2000–2010（α=0.05，已知两期样本方差相等，合并标准差s=0.008）。答案：(1)2000–2010：ΔU=60km²，Δt=10，√(P×100)=√(2000×100)=447.21UEII₁=60/10/447.21=0.01342010–2020：ΔU=70km²，Δt=10，UEII₂=70/10/447.21=0.0157(2)设H0:μ2–μ1=0，H1:μ2–μ1>0t=(0.0157–0.0134)/(0.008√(2/1))=2.3/0.0113=0.203查单侧t表，df=2–2=0不适用；改用Z近似，Z=0.203<1.645，不拒绝H0，差异不显著。解析：样本量仅两期，检验功效低，需增加样本或采用贝叶斯估计。40.（20分