《森林资源信息系统》期末机考答案

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1、
简述GPS卫星定位原理。
7 u) Q: t& u3 I! i0 H
24颗GPS卫星在离地面1万2千公里的高空上，以12小时的周期环绕地球运行，使得在任意时刻，在地面上的任意一点都可以同时观测到4颗以上的卫星。
由于卫星的位置精确可知，在GPS观测中，我们可得到卫星到接收机的距离，利用三维坐标中的距离公式，利用3颗卫星，就可以组成3个方程式，解出观测点的位置(X,Y,Z)。考虑到卫星的时钟与接收机时钟之间的误差，实际上有4个未知数，X、Y、Z和钟差，因而需要引入第4颗卫星，形成4个方程式进行求解，从而得到观测点的经纬度和高程。
! x6 C" @* H5 D+ S; q, v事实上，接收机往往可以锁住4颗以上的卫星，这时，接收机可按卫星的星座分布分成若干组，每组4颗，然后通过算法挑选出误差最小的一组用作定位，从而提高精度。
由于卫星运行轨道、卫星时钟存在误差，大气对流层、电离层对信号的影响，以及人为的SA保护政策，使得民用GPS的定位精度只有100米。为提高定位精度，普遍采用差分GPS(DGPS)技术，建立基准站(差分台)进行GPS观测，利用已知的基准站精确坐标，与观测值进行比较，从而得出一修正数，并对外发布。接收机收到该修正数后，与自身的观测值进行比较，消去大部分误差，得到一个比较准确的位置。实验表明，利用差分GPS，定位精度可提高到5米
   2、
6 c$ a) y, T, e# |% ]* V地理信息系统的数据源有哪些？
& Z. k' ~* Z5 b5 l, o* O
地图数据 ，遥感数据，文本数据，统计数据，实测数据，多媒体数据和已有系统的数据。 （1）空间数据：野外数据采集和地图数字化。对于大比例尺的城市地理信息系统而言，野外数据采集可能是一个主要手段。野外数地理信息系统的数据来源

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一．矢量与栅格数据结构的特点
8 S" _' H) l- L1 Z5 [3 s( W/ y答:栅格数据结构栅格结构是以规则的阵列来表示空间地物或现象分布的数据组织,组织中的每个数据表示地物或现象的非几何属性特征。
栅格结构的显著特点:属性明显,定位隐含,即数据直接记录属性的指针或数据本身,而所在位置则根据行列号转换为相应的坐标。栅格数据的编码方法:直接栅格编码,就是将栅格数据看作一个数据矩阵,逐行(或逐列逐个记录代码;压缩编码,包括链码(弗里曼链码比较适合存储图形数据;
5 ?( t9 g# Q# w  H游程长度编码通过记录行或列上相邻若干属性相同点的代码来实现;块码是有成长度编码扩展到二维的情况,采用方形区域为记录单元;
四叉树编码是最有效的栅格数据压缩编码方法之一,还能提高图形操作效率,具有可变的分辨率。
7 M# J8 C5 A2 H: C. J矢量数据结构
( m7 V& S% X* d* Q* T. f矢量数据结构是通过记录坐标的方式尽可能精确地表示点、线和多边形等地理实体,坐标空间设为连续,允许任意位置、长度和面积的精确定义。
矢量结构的显著特点:定位明显,属性隐含。
0 E2 [- g1 `. f& Q4 ]8 s矢量数据结构特点:精确地定义位置、长度和大小。矢量数据存储是以隐式关系以最小的存储空间存储复杂的数据。矢量方法将地理现象或事物抽象为点、线、面实体,将它们放在特定空间坐标系下进行采样记录。
' ^  O" s5 w8 n' j( o二．图幅数据处理中,地图投影变换的目的和转换途径
答:地图投影:从球面地理格网到平面坐标系的转换过程。
6 U+ ]! ?6 g. n" c高斯克吕格投影的几何概念是,假象有一个椭圆柱与地球椭球体上某一经线相切,其椭圆柱的中心轴与赤道平面重合,将地球椭球体面有条件地投影到椭球柱面上。这些条件包括:
1、中央经线和赤道投影为互相垂直的直线,且为投影的对称轴;
2、具有等角投影的性质;
3、中央经线投影后保持长度不变。这种投影,将中央经线投影为直线,其长度没有变形,与球面实际长度相等,其余经线为向极点收敛的弧线,距中央经线愈远,变形愈大。随远离中央经线,面积变形也愈大。
& s# a1 @1 m% A8 r1 }  Z$ B7 E地图投影变形的具体表现为以下三个方面:长度(距离变形、角度(形状变形和面积变形。地图投影选择的依据: 1、制图区域的地理位置、形状和范围。制图区域的地理位置决定了所选择投影的种类;制图区域的形状制约地图投影的选择;制图区域的范围大小也影响地图投影的选择。
2、比例尺:各种比例尺地图对精度的要求不同,导致在投影选择上也各异。
) F9 b' \* m& ]9 B. P9 _6 J; d3、地图的内容:即使同一个制图区域,但因地图所表现的主题和内容不同,投影选择也有所不同。
4、出版方式:有单幅图、系列图和地图集之分。
6 D; a) b5 `/ V4 o! i, h% c三．空间数据编辑的目的及主要内容
$ n1 a5 ~+ L9 X. p& `" y8 f: W答:通过矢量数字化或扫描数字化所获取的原始空间数据,都不可避免的存在着错误或误差,属性数据在建库输入时,也难免会存在错误,所以,对图形数据和属性数据进行一定的检查、编辑对于修正数据输入错误、维护数据的完整性和一致性、更新地理信息是很有必要的。
空间数据的编辑是对采集后的数据进行编辑操作。它是丰富完善空间数据以及纠正错误的重要手段。空间数据的编辑主要包括数据的几何图形编辑和数据的属性编辑。
8 S& [( E* `3 G9 ?  M0 m$ e四．地理信息系统的数据源主要有哪些?
答:数据源:包括卫星影象、野外数据、街道地址,X、Y坐标的文本文件和纸质地图等;也可以通过手扶跟踪数字化、扫描、屏幕数字化来创建。
- j. S# K. m, }9 Z! y8 \7 |用于描述要素、数据集或数据集系列的内容、覆盖范围、质量、管理方式、数据的所有者、数据的提供方式等有关的信息。
五．遥感影像解译的主要标志是什么?
4 |. O; z6 X6 W8 U, y8 d答:遥感影像解译标志也称判读要素,它能直接反映判别地物信息的影像特征,解译者利用这些标志在图像上识别地物或现象的性质、类型或状况,因此它对于遥感影像数据的人机交互式解译意义重大。建立遥感影像解译标志可以提高我国遥感影像数据用于基础地理信息数据采集的精度、准确性和客观性。由于我国幅员辽阔,地貌和气候差异很大,可根据地貌、气候
/ }2 U3 g7 O9 E. w! D1 L条件,把全国划分为不同类型地貌样区,在简型地貌样区建立各基础地理信息要素的解译标志,有利于用正确的方法确定采集范围。对于某些特殊地理信息要素,可建立专门解译标志。在建立遥感信息模型时,可把这些属性添加到逻辑运算内。对于建立解译标志所采用影像的季节应避免植被覆盖度高的夏季,避免使用积雪较多、云层遮盖或烟雾影响较大的数据。要根据满足基础地理信息数据提取的要求选择遥感影像波段组合顺序及与全色波段进行融合。在对数据进行增强处理时,要避免引起信息损失。在影像上选择典型的标志建立区的要求是:范围适中以便反映该类地貌的典型特征,尽可能多的包含该类地貌中的各种基础地理信息要素类且影像质量好。标志区的选取完成后,寻找标志区内包含的所有基础地理信息要素类,然后选择各类典型图斑作采集标志,然后去实地进行野外校验,对不合理的部分进行修改,直到与实地相符为止。

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数字高程模型(DEM)：数字高程模型是描述地表起伏形态特征的空间数据模型，由地面规则格网点的高程值构成的矩阵，形成栅格结构数据集。
栅格数据：是一种以规则的陈列来表示地理空间位置和现象的数据组织，把地面分成若干大小相等的栅格单元。
8 A' X* x0 S1 m" S: @% Q地理信息系统：计算机软件支持下把各种地理信息按空间分布或地理坐标以一定格式输入、存贮、查询、检索、显示和综合分析应用的技术系统。
; ^. d/ W3 S5 [8 {( N大气窗口：太阳辐射通过大气时，要发生反射、散射、吸收，从而使辐射强度发生衰减，通常把电磁波通过大气层时较少被反射、吸收或散射的，透过率较高的波段称为大气窗口
波谱分辨率：传感器在接收目标地物辐射的波谱时，能分辨的最小波长间隔。
5 A+ E9 ]6 w% z8 Z4 f遥感：从远处探测、感知物体或事物的技术。即不直接接触物体本身，从远处通过各种传感器探测和接收来自目标物体的信息，经过信息的传输及其处理分析，来识别物体的属性及其分布等特征的综合技术。
: c" j5 `: `; `! D/ o- E! h数据库管理系统：是处理数据库存贮和各种管理控制的软件，是数据库系统的中心枢纽，与各部门有密切联系。
数据：是通过数字化并记录下来可以被识别的符号，用以定性或定量地描述实物的特征和状况。
; ^6 S& T7 j% \! W) L  u4 z信息：狭义信息论将信息定义为“两次不定性之差”，即指人们获得信息前后对实物认识的差别；广义信息论认为，信息是指主体与外部课题之间相互联系的一种形式，是主体与客体之间的一切有用的信息和知识，是表征事物特征的一种普遍形式。
, B4 [: D; W2 T" u0 I4 L4 _7 O$ M5 L地理信息：地理信息是地理数据所蕴含和表达的地理定义。
( ^, @) F9 x$ f. X2 g! [地理数据：是与地理环境要素有关的物质的数量、质量、分布特征、联系和规律等数字、文字、图像和图形的总称。
5 n+ Y2 H/ L; d$ q! Y# x地理信息系统的组成部分：系统硬件、系统软件、空间数据、应用人员和应用模型。
% T( l7 t- Y* e7 }, e5 L地理信息系统的功能：数据输入、处理、数据库管理、空间分析和数据输出

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1.矢量与栅格数据结构的特点（20分）
栅格数据结构  
7 M. F! G  w9 ]0 Y( ~栅格结构是以规则的阵列来表示空间地物或现象分布的数据组织，组织中的每个数据表示地物或现象的非几何属性特征。 
栅格结构的显著特点：属性明显，定位隐含，即数据直接记录属性的指针或数据本身，而所在位置则根据行列号转换为相应的坐标。 栅格数据的编码方法：直接栅格编码，就是将栅格数据看作一个数据矩阵，逐行（或逐列）逐个记录代码；压缩编码，包括 链码（弗里曼链码）比较适合存储图形数据； 
4 k1 w/ K4 r, \: j$ |- h: k游程长度编码通过记录行或列上相邻若干属性相同点的代码来实现； 块码是有成长度编码扩展到二维的情况，采用方形区域为记录单元； 
0 C* M  f; i% m# M四叉树编码是最有效的栅格数据压缩编码方法之一，还能提高图形操作效率，具有可变的分辨率。 矢量数据结构   
矢量数据结构是通过记录坐标的方式尽可能精确地表示点、线和多边形等地理实体，坐标空间设为连续，允许任意位置、长度和面积的精确定义。 
$ f  v5 U% U/ _! ~$ w# k/ C; ?' A矢量结构的显著特点：定位明显，属性隐含。
* C$ v, Q* }) g; \4 S8 z矢量数据结构特点：精确地定义位置、长度和大小。矢量数据存储是以隐式关系以最小的存储空间存储复杂的数据。矢量方法将地理现象或事物抽象为点、线、面实体，将它们放在特定空间坐标系下进行采样记录。
# H# v- c7 _, p: L. U1 B- g% U# J2 R% R# Y2.图幅数据处理中，地图投影变换的目的和转换途径
& w+ l" e2 E; h) L地图投影：从球面地理格网到平面坐标系的转换过程。 
5 T0 K9 H/ N& O- X( ]* ?高斯克吕格投影的几何概念是，假象有一个椭圆柱与地球椭球体上某一经线相切，其椭圆柱的中心轴与赤道平面重合，将地球椭球体面有条件地投影到椭球柱面上。这些条件包括：1、中央经线和赤道投影为互相垂直的直线，且为投影的对称轴；2、具有等角投影的性质；3、中央经线投影后保持长度不变。 这种投影，将中央经线投影为直线，其长度没有变形，与球面实际长度相等，其余经线为向极点收敛的弧线，距中央经线愈远，变形愈大。随远离中央经线，面积变形也愈大。 
地图投影变形的具体表现为以下三个方面：长度（距离）变形、角度（形状）变形和面积变形。 
* M3 y6 j* T. r1 D* `* U  i  I地图投影选择的依据：（投影因素选择） 
. O, ^* F2 Q, d/ x' _+ ^0 a9 r  y1、 制图区域的地理位置、形状和范围。制图区域的地理位置决定了所选择投影的种类；制图区域的形
& i8 R: \2 w+ z) r# z; |状制约地图投影的选择；制图区域的范围大小也影响地图投影的选择。 
& ~; P% L" T6 K6 C/ h2、比例尺：各种比例尺地图对精度的要求不同，导致在投影选择上也各异。 
3、地图的内容：即使同一个制图区域，但因地图所表现的主题和内容不同，投影选择也有所不同。
4、出版方式：有单幅图、系列图和地图集之分。
3.空间数据编辑的目的及主要内容
通过矢量数字化或扫描数字化所获取的原始空间数据，都不可避免的存在着错误或误差，属性数据在建库输入时，也难免会存在错误，所以，对图形数据和属性数据进行一定的检查、编辑对于修正数据输入错误、维护数据的完整性和一致性、更新地理信息是很有必要的。
空间数据的编辑是对采集后的数据进行编辑操作。它是丰富完善空间数据以及纠正错误的重要手段。空间数据的编辑主要包括数据的几何图形编辑和数据的属性编辑。
4.地理信息系统的数据源主要有哪些？
3 q; X$ Q. \# z2 K; ^8 R数据源：地图数据 ，遥感数据， 文本数据，统计数据
  实测数据，多媒体数据，已有系统的数据

5.遥感影像解译的主要标志是什么？
遥感影像解译标志也称判读要素，它能直接反映判别地物信息的影像特征，解译者利用这些标志在图像上识别地物或现象的性质、类型或状况，因此它对于遥感影像数据的人机交互式解译意义重大。建立遥感影像解译标志可以提高我国遥感影像数据用于基础地理信息数据采集的精度、准确性和客观性。  由于我国幅员辽阔，地貌和气候差异很大，可根据地貌、气候条件，把全国划分为不同类型地貌样区，在简型地貌样区建立各基础地理信息要素的解译标志，有利于用正确的方法确定采集范围。对于某些特殊地理信息要素，可建立专门解译标志。在建立遥感信息模型时，可把这些属性添加到逻辑运算内。对于建立解译标志所采用影像的季节应避免植被覆盖度高的夏季，避免使用积雪较多、云层遮盖或烟雾影响较大的数据。要根据满足基础地理信息数据提取的要求选择遥感影像波段组合顺序及与全色波段进行融合。在对数据进行增强处理时，要避免引起信息损失。  在影像上选择典型的标志建立区的要求是：范围适中以便反映该类地貌的典型特征，尽可能多的包含该类地貌中的各种基础地理信息要素类且影像质量好。标志区的选取完成后，寻找标志区内包含的所有基础地理信息要素类，然后选择各类典型图斑作采集标志，然后去实地进行野外校验，对不合理的部分进行修改，直到与实地相符为止。同时拍摄该图斑地面实地照片，以便于影像和实际地面要素建立关联，表达遥感影像解译标志的真实性和直观性，加深使用者对解译标志的理解。
5 G$ Z; Q# o4 C6 b空间分析的主要内容
- _+ T/ B  M; V; b! O2 g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，即投影与转换理论。
7 u0 [4 [" U7 S. m( q! G3 ^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。
- i1 i! v' n# @+ U9 E空间形态：空间对象的几何形态
空间距离：空间物体的接近程度
空间关系：空间对象的相关关系，包括拓扑、方位、相似、相关等。
空间分析内容
是GIS系统的重要功能之一,是GIS系统与计算机辅助绘图系统的主要区别。空间分析的对象是一系列跟空间位置有关的数据，这些数据包括空间坐标和专业属性两部分。其中空间坐标用于实体的空间位置和几何形态，专业属性则是实体某一方面的性质。
模型的作用和特点（模型与空间分析的关系）
应用模型是联系GIS应用系统与常规专业研究的纽带
0 B$ K9 w1 [7 |7 I& t4 t" E应用模型是综合利用GIS应用系统中大量数据的工具
应用模型是GIS应用系统解决各种实际问题的武器
9 T0 D( Z% ^/ J# y; F应用模型是GIS应用系统向更高技术水平发展的基础
5 r7 @  A& @! c+ _DEM的应用
% `9 y3 d/ ]; P5 d, l$ ]- i1）作为国家地理信息的基础数据；
   2）土木工程、景观建筑与矿山工程规划与设计；
   3）为军事目的而进行的三维显示；
   4）景观设计与城市规划；
   5）流水线分析、可视性分析；
2 k' h) k* Y8 c# U   6）交通路线的规划与大坝选址；
. T/ A! }% [& p0 H, C" L4 c! h   7）不同地表的统计分析与比较；
% u. O6 p* @! e  ~   8）生成坡度图、坡向图、剖面图、辅助地貌分析、估计侵蚀和径流等；
9）作为背景叠加各种专题信息如土壤、土地利用及植被覆盖数据等，以进行显示与分析；
   10）与GIS联合进行空间分析；
' g+ T- A# b& w* B$ Y6 U1 o& w3 ^   11）虚拟现实(Virtual Reality)；
   此外，从DEM还能派生以下主要产品：平面等高线图、立体等高线图、等坡度图、晕渲图、通视图、纵横断面图、三维立体透视图、三维立体彩色图等。
地图投影：为什么要进行投影
0 H+ B$ B3 `) r将地球椭球面上的点映射到平面上的方法，称为地图投影
地理坐标为球面坐标，不方便进行距离、方位、面积等参数的量算
地球椭球体为不可展曲面
地图为平面，符合视觉心理，并易于进行距离、方位、面积等量算和各种空间分析
2 \1 c( d; z9 X研究GIS数据质量的目的和意义
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。）研究GIS数据质量对于评定GIS的算法、减少GIS设计与开发的盲目性都具有重要意义。精度越高，代价越大。GIS数据质量对保证GIS产品的可靠性有重要意义。
误差的具体来源
$ q! O, U0 N  R( y阶段        误差来源
: I0 z$ L( D; v( l' s& Z; m) Z数据采集         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）
- Q* v$ N" ]7 ?- y& S9 e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）
( x/ |3 N9 \8 K# p# M) L多层数据叠加误差
  ^# k$ b) r, F( P1 Z多边形叠加产生的裂缝（无意义多边形） 
; ^9 P' F5 f, w9 m各种内插引起的误差 
! L  y9 x; G  V5 h- l4 [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
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% ?+ k2 @8 I6 I  p! U数据库是如何组织数据的？
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" y8 X' J0 e) `我们使用数据库其实就是使用很多表，数据库是由表组成的，而数据也是以表的形式展现出来的，表是列的集合也是信息数据的容器，很多表就构成了数据库。这篇文章讲解如何使用表组织数据，使数据库的结构完整性。
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