地理信息系统教程习题及参考答案三

地理信息系统教程习题及参考答案三第六章空间查询与空间分析1.什么是空间数据的查询?空间数据的查询一般定义为从空间数据库中找出所有满足属性条件和空间约束条件的地理对象。

属性约束条件一般用带比较运算符的逻辑表达式描述，这与传统的结构查询语言SQL的where语句中条件表达式相似。

空间约束条件用带空间谓词的逻辑表达式描述，空间谓词由地理对象间的空间关系演变而来，如包含、相交、分离、重叠、距离同、方向等。

因此空间查询是作用在库体上的函数，返回用户请求的内容，也属于咨询式分析。

2.查询种类有哪些?实现方式如何?查询种类及实现方式：几何参数查询，包括点的位置坐标，两点间的距离，一个或一段线目标的长度，一个面目标的周长或面积等。

实现方式：查询属性库或空间计算(1)空间定位查询，给定一个点或一个几何图形，检索该图形范围内的空间对象及其属性。

按点查询：给定一个鼠标点，查询离它最近的对象及属性(点的捕捉)。

开窗查询：按矩形、圆、多边形查询。

分为该窗口包含和穿过的区别。

根据空间索引，检索哪些对象可能位于该窗口，然后根据点、线、面在查询开窗内的判别计算，检索到目标。

空间运算方法(2)空间关系查询，包括相邻分析检索---通过检索拓扑关系；相关分析检索(不同要素类型之间的关系)--通过检索拓扑关系；包含关系查询；穿越查询等等。

A相邻分析检索---通过检索拓扑关系面―面(如查询与面状地物相邻的多边形的实现方法)：①从多边形与弧段关联表中，检索该多边形关联的所有弧段；②从弧段关联的左右多边形表中，检索出这些弧段关联的多边形。

线―线(如与某干流A相连的所有支流)：①从线状地物表中，查找组成A的所有弧段及关联的结点；②从结点表中，查询与这些结点关联的弧段；点―点(如：A与B是否相通等)。

B相关分析检索(不同要素类型之间的关系)--通过检索拓扑关系线―面(例如：我国边境线总长度)点―线(例如：自来水GIS中，与某阀门相关的水管)点―面(例如：中国大于10万人口的城市个数)C包含关系查询查询某个面状地物所包含的空间对象。

同层包含，如，某省的下属地区，若建立有空间拓扑关系，可直接查询拓扑关系表来实现。

不同层包含，如某省的湖泊分布，没有建立拓扑，实质是叠置分析检索，通过多边形叠置分析技术，只检索出在窗口界限范围内的地理实体，窗口外的实体作裁剪处理。

D穿越查询某公路穿越了某些县，采用空间运算的方法执行，根据一个线目标的空间坐标，计算哪些面或线与之相交。

E落入查询：一个空间对象落入哪个空间对象之内。

?D?D空间运算F缓冲区查询根据用户给定的一个点、线、面缓冲的距离，从而形成一个缓冲区的多边形，再根据多边形检索原理，检索该缓冲区内的空间实体。

G边沿匹配检索空间查询在多幅地图的数据文件之间进行，这时需应用边沿匹配处理技术。

(3)属性查询l查找仅选择一个属性表，给定一个属性值，找出对应的属性记录或图形。

在屏幕上已有一个属性表，用户任意点取记录，对应的图形以高亮显示。

实现：执行数据库查询语言，找到满足要求的记录，得到它的目标标识，再通过目标标识在图形数据文件中找到对应的空间对象，并显示出来。

l SQL查询Select属性项From属性表Where条件or条件and条件实现：交互式选择各项，输入后，系统再转换为标准的SQL，由数据库系统执行或ODBC C语言执行，得到结果，提取目标标识，在图形文件中找到空间对象，并显示。

l扩展SQL空间数据查询语言是通过对标准SQL的扩展来形成的，即在数据库查询语言上加入空间关系查询。

为此需要增加空间数据类型(如点、线、面等)和空间操作算子(如求长度、面积、叠加等)。

在给定查询条件时也需含有空间概念，如距离、邻近、叠加等。

例如，"查询闽江流域人口大于5万的县或市"，可表示为：SELECT*FROM县或市WHERE县或市.人口5万AND CROSS(河流.名称="闽江")主要优点是：保留了SQL的风格，便于熟悉SQL的用户的掌握，通用性较好，易于与关系数据库连接。

执行扩展SQL，如果要将属性和空间关系整体统一起来，从底层进行查询优化，有一定困难。

目前一般将两层分开进行查询。

(4)其它查询方法l可视化空间查询可视化查询是指将查询语言的元素，特别是空间关系，用直观的图形或符号表示。

查询主要使用图形、图像、图标、符号来表达概念。

优点：具有简单、直观、易于使用。

缺点：当空间约束条件复杂时，很难用图符描述；用二维图符表示图形之间的关系时，可能会出现歧义；难以表示"非"关系；不易进行范围(圆、矩形、多边形等)约束；无法进行屏幕定位查询等。

l超文本查询图形、图像、字符等皆当作文本，并设置一些"热点"(HotSpot)，"热点"可以是文本、键等。

用鼠标点击"热点"后，可以弹出说明信息、播放声音、完成某项工作等。

但超文本查询只能预先设置好，用户不能实时构建自己要求的各种查询。

l自然语言空间查询在SQL查询中引入一些自然语言，如温度高的城市SELECT name FROM Cities WHERE temperature is high SELECT name FROM Cities WHERE temperature=33.75这种查询方式只能适用于某个专业领域的地理信息系统，而不能作为地理信息系统中的通用数据库查询语言。

3.SQL对GIS有什么作用?目前GIS的地物属性数据库大多是以传统的关系数据库为基础的，因此基于属性的GIS查询可以通过关系数据库的SQL语言进行查询。

一般来说，地物的图形数据和属性数据是分开存贮的，图形和属性之间通过目标的ID码进行关联，通过SQL语言操作可进行数据库查询。

4.如何表达查询得到的结果?l使要素、对应的记录同步进入选择集，同时改变显示颜色。

l进入选择集的记录可以用统计图表达。

如果选择集是空的，统计图就包括该表的全体记录。

l进入选择集的记录可以分类汇总统计。

5.对空间数据进行统计分析的意义是什么?GIS中空间数据的统计分析是指对GIS地理数据库中的专题数据进行统计分析，针对不同领域的运用提取相关的地理信息，去除一些冗余信息使其便于分析利用。

6.通过什么方法可以对空间数据进行类别划分?分类和分级的方法很多，常用的有：系统聚类法和最优分割分级法。

7.矢量数据的叠加有什么作用?叠置分析是地理信息系统最常用的提取空间隐含信息的手段之一，它将有关主题层组成的数据层面，进行叠加产生一个新数据层面的操作，其结果综合了原来两层或多层要素所具有的属性。

8.栅格数据的叠加与矢量数据的叠加有什么不同?栅格数据叠置的直观概念就是将两幅或多幅地图重迭在一起，产生新多边形和新多边形范围内的属性。

其结果虽然数据存储量小，但是运算过程复杂。

矢量数据在叠置地图的相应位置上产生新的属性的分析方法。

其结果虽然数据存储量大，但是运算过程较简单。

9.什么是缓冲区分析?请举例说明它有什么用途。

缓冲区分析是GIS的基本空间操作功能之一，是指在点、线、面实体的周围，自动建立的一定宽度的多边形。

例如，某地区有危险品仓库，要分析一旦仓库爆炸所涉及的范围，这就需要进行点缓冲区分析；而在对野生动物栖息地的评价中，动物的活动区域往往是在距它们生存所需的水源或栖息地一定距离的范围内，为此可用面缓冲区进行分析，等等。

10.泰森多边形有什么特点?如何建立?泰森多边形可用于定性分析、统计分析、邻近分析等，其特性有：l每个泰森多边形内仅含有一个离散点数据；l泰森多边形内的点到相应离散点的距离最近；l位于泰森多边形边上的点到其两边的离散点的距离相等。

泰森多边形的建立步骤建立泰森多边形算法的关键是对离散数据点合理地连成三角网，即构建Delaunay 三角网。

建立泰森多边形的步骤为：l离散点自动构建三角网，即构建Delaunay三角网。

对离散点和形成的三角形编号，记录每个三角形是由哪三个离散点构成的。

l找出与每个离散点相邻的所有三角形的编号，并记录下来。

这只要在已构建的三角网中找出具有一个相同顶点的所有三角形即可。

(见图5)l对与每个离散点相邻的三角形按顺时针或逆时针方向排序，以便下一步连接生成泰森多边形。

排序的方法可如图5所示。

设离散点为o。

找出以o为顶点的一个三角形，设为A；取三角形A除o以外的另一顶点，设为a，则另一个顶点也可找出，即为f；则下一个三角形必然是以of为边的，即为三角形F；三角形F的另一顶点为e，则下一三角形是以oe为边的；如此重复进行，直到回到oa边。

l计算每个三角形的外接圆圆心，并记录之。

l根据每个离散点的相邻三角形，连接这些相邻三角形的外接圆圆心，即得到泰森多边形。

对于三角网边缘的泰森多边形，可作垂直平分线与图廓相交，与图廓一起构成泰森多边形。

11.图论与GIS有什么关系?图论中的"图"并不是通常意义下的几何图形或物体的开关图，而是一个以抽象的形式来表达确定的事物，以及事物之间是不足具备某种特定关系的数学系统。

图论描述的是空间不连续但时间上连续变化的现象，是对GIS的扩展。

12.常用的网络的分析有什么?对GIS应用有何价值?请举几个例子说明。

常用的网络的分析有：(1)路径分析 a.最短路径分析 b.最小生成树 c.最小费用最大流(2)网络上的定位与分配模型的启发式算法。

空间网络分析是GIS空间分析的重要组成部分。

其用途很广，如公交运营路线选择和紧急救援行动路线的选择等，与网络最佳路径选择有关；当估计排水系统在暴雨期间是否溢流及河流是否泛滥时，需要进行网流量分析或负荷估计等等。

13.GIS常用的空间分析模型有哪些?空间分析模型分为以下几种类型：1、空间分布分析模型用于研究地理对象的空间分布特征。

主要包括：空间分布参数的描述，如分布密度和均值、分布中心、离散度等；空间分布检验，以确定分布类型；空间聚类分析，反映分布的多中心特征并确定这些中心；趋势面分析，反映现象的空间分布趋势；空间聚合与分解，反映空间对比与趋势。

2、空间关系分析模型用于研究基于地理对象的位置和属性特征的空间物体之间的关系。

包括距离、方向、连通和拓扑等四种空间关系。

其中，拓扑关系是研究得较多的关系；距离是内容最丰富的一种关系；连通用于描述基于视线的空间物体之间的通视性；方向反映物体的方位。

3、空间相关分析模型用于研究物体位置和属性集成下的关系，尤其是物体群(类)之间的关系。

在这方面，目前研究得最多的是空间统计学范畴的问题。

统计上的空间相关、覆盖分析就是考虑物体类之间相关关系的分析。

4、预测、评价与决策模型用于研究地理对象的动态发展，根据过去和现在推断未来，根据已知推测未知，运用科学知识和手段来估计地理对象的未来发展趋势，并作出判断与评价，形成决策方案，用以指导行动，以获得尽可能好的实践效果。