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地理信息技术练习一答案1、如何理解遥感技术特点及其在地学研究中的作用。(1)遥感技术探测范围广，可获取大范围数据资料。遥感用航摄飞机飞行高度为10km左右，陆地卫星的卫星轨道高度达910km左右，可及时获取大范围的信息。例如，一幅陆地卫星影像对应地面约34000多km2，对我国而言仅需五百多幅即可覆盖全部领土，对国土资源概查有着重大意义。一些较大的特征形迹如长达几千公里的地壳深部断裂，直径上千公里的大环形构造等只有在卫星遥感图像上才能显现出来。遥感技术的宏观性使大尺度（从地区到全球）生态环境和资源研究成为可能。(2)遥感技术获取信息的速度快，周期短。卫星围绕地球运转，遥感探测能周期性、重复地对同一地区进行对地观测，能及时获取所经地区的各种自然、人文现象的最新资料。不仅可以更新原有资料，也可以根据新旧资料变化对比来实现对地的动态监测，而人工实地测量和航空摄影测量等手段则无法完成。例如，陆地卫星Landsat每16天可覆盖地球一次，NOAA气象卫星每天能收到两次图像，高轨气象卫星如Meteosat每30分钟即可获得同一地区的图像。不同时间分辨率和周期性探测满足研究区域的重复观测，可以获得地学现象动态变化规律与特征，在监测天气状况、自然灾害、环境污染乃至军事目标等方面具有优势。(3)遥感技术获取信息的手段多，信息量大。根据不同的任务，可选用不同波段和遥感仪器来获取信息。可采用可见光、紫外线、红外线和微波探测物体。不同光谱分辨率的遥感数据有助于地物的识别分类。利用不同波段对物体不同的穿透性，还可获取地物内部信息，例如，地面深层、水的下层，冰层下的水体，沙漠下面的地物特性等，微波波段还可以全天候的工作。(4)遥感技术获取信息受条件限制少，成本低。利用遥感获取信息不受地形限制。在地球上存在一些自然条件极为恶劣的地区，如高山冰雪、戈壁沙漠、海洋等地区，人类难以到达。一般方法不易获得的资料，采用不受地面条件限制的遥感技术，特别是航天遥感卫星影像则可以获得大量有用的资料。同时，卫星还可以不受任何政治、地球条件的限制，覆盖地球的任何一角和整个地球，使得我们能够及时地获得各种地表信息，并极大地缩短过去对农田、森林、城市等大区域成图所需时间。(5)遥感技术构成对地球观察监测的多层空间、多波段、多时相的探测网，从地理空间(经度、纬度、高程)、光谱空间和时间空间提供了多维信息，能更加全面深入的观察分析问题。遥感数据已成为地理研究的重要信息源，遥感方法改变了地理研究的工作模式，为地理分析提供了基础，也为地理分析从定性到定量，从静态到动态创造了条件，遥感与地理信息系统的结合，为地理研究提供了广阔的发展前景。2.GIS软件发展的趋势1）GIS中面向对象技术研究面向对象的技术在GIS中的应用，推动了面向对象的GIS系统的发展，已成为GIS的发展方向之一。面向对象的方法为描述复杂的空间信息提供了一条直观、结构清晰、组织有序的方法，它以空间对象为数据表达和功能应用的单元与基础，取消了分层的概念；所有的空间实体都以对象形式封装，而不是以复杂的关系形式存储，使系统组织结构良好、清晰，同时根据对象的特点，建立一般的或特殊的面向对象的结构，使其处理灵活，操作方法简捷有效，增强可重用性和可扩充性。2）矢栅数据模型矢量和栅格数据是地理信息系统中最主要的两种数据类型，二者各有优缺点，具有截然不同的结构，因此如何建立统一的矢量、栅格数据模型也是地理信息系统发展中的一个重要方面。3）时空数据模型及综合系统研究传统的地理信息系统数据模型及其应用只考虑空间对象的空间特性，忽略了其时间特性。在许多应用领域中空间对象是随时间变化的，如环境监测、地震救援、天气预报等，而这种随时间的变化规律在分析、解决具体问题时具有十分重要的作用。时空系统主要研究时空模型，时空数据的表示、存储、操作、查询和时空分析。数据的空间特征与时间特征相结合的时空数据模型及时空系统的综合应用分析等一系列问题有待进一步研究。4）地理信息系统专业模型研究GIS的应用领域广泛，而这些领域都有自己独特的专用模型，GIS的空间分析功能对于大多数的应用问题是远远不够的，GIS的发展要求其提供能成功应用到专门领域的特有的空间分析模型。因此，要将GIS与其他领域的模型和知识库的相结合，形成一个有机整体。5）三维地理信息系统的研究三维GIS是地理空间信息可视化和许多应用领域对GIS的基本要求。目前大多数的GIS提供了一些较为简单的三维显示和操作功能，但这与真三维表示和分析还有很大差距。现有的矢量、栅格模型还不能完全满足三维可视化的要求，显示效果与分析功能还较弱，因此GIS还要在三维数据结构、数据的可视化、地理数据的三维显示与操作、表面处理三维分析等方面进行研究。3.DEM的概念，构建方法及应用领域。DEM的概念：是用数值矩阵对地表起伏变化的一种连续表示方法，它是地表单元的高程集合，是国家空间地理信息的重要组成部分。DEM构建方法：（１）等高线法；（２）规划格网法；（３）不规划三角网法。DEM分析的主要应用（1）地形曲面拟合：DEM最基础的应用是求DEM范围内任意点的高程，在此基础上进行地形属性分析。由于已知有限个格网点的高程，可以利用这些格网点高程拟合一个地形曲面，推求区域内任意点的高程。（2）立体透视图：绘制透视立体图是DEM的一个极其重要的应用。透视立体图能更好地反映地形的立体形态，非常直观。人们可以根据不同的需要，对于同一个地形形态作各种不同的立体显示，更好地研究地形的空间形态。（3）通视分析：通视分析有着广泛的应用背景。典型的例子是观察哨所的设定、森林中火灾监测点的设定、无线发射塔的设定等。通视问题可以分为五类：a）已知一个或一组观察点，找出某一地形的可见区域；b）欲观察到某一区域的全部地形表面，计算最少观察点数量；c）在观察点数量一定的前提下，计算能获得的最大观察区域；d）以最小代价建造观察塔，要求全部区域可见；e）在给定建造代价的前提下，求最大可见区。根据问题输出维数的不同，通视可分为点的通视，线的通视和面的通视。（4）流域特征地貌提取与地形自动分割：是进行流域空间模拟的基础技术。主要包括两个方面：a）流域地貌形态结构定义，定义能反映流域结构的特征地貌，建立格网DEM对应的微地貌特征；b）特征地貌自动提取和地形自动分割算法。（5）计算地形属性：DEM派生的地形属性数据可以分为单要素属性和复合属性二种。前者可由高程数据直接计算得到，如坡度因子，坡向。后者是由几个单要素属性按一定关系组合成的复合指标，用于描述某种过程的空间变化，这种组合关系通常是经验关系，也可以使用简化的自然过程机理模型。4.举例说明如何利用影像目视解译方法进行遥感影像判读。（1）直接解译法根据遥感图像目视解译直接标志直接判读地物及其范围。例如：水体在假彩色红外航空相片上，呈现蓝或暗蓝色，根据颜色可直接解译出水域，根据水域的轮廓形状，可以直接分辨出水域是湖泊还是河流。（2）对比分析法1）同类地物对比分析法：在同一幅遥感图像上，由已知地物推出待解译地物。例如，通过其它资料或野外实地考察每一类型在图像上确定若干个地物，再根据解译标志同类地物影像对比确定未知地物。2）空间对比分析法：根据解译区域地物类型，选择一幅地物已知的遥感图像，通过两幅影像对比分析，通过已知影像解译未知影像。例如，两张相邻的近红外航空影像，其中一幅已经过解译并经过野外验证，可以对比两张影像，从已知到未知。3）时相对比分析法：利用同一区域不同时期成像的遥感图像进行对比分析，从而了解地物的动态变化，例如，了解泥石流流动、滑坡移动、沙丘移动、冰川进退、洪水演进、污染物扩散等。（3）信息复合法利用地形图或专题地图上的辅助信息，识别遥感影像上的地物。例如，TM图像上土壤特征表现不明显，为了提高土壤解译精度，将植被图重叠在TM图像上，利用植被图作为辅助信息解译土壤分布。等高线图对识别土壤类型、植被类型、地貌类型也有一定的辅助作用。解译地貌叠合等高线图，可以根据等高线注记确定低山、中山和高山。解译植被图叠合等高线，参考地形可提高解译精度。遥感影像必须与辅助图严格配准，只有投影一致且比例尺相同才能配准。（4）逻辑推理法逻辑推理法是借助地物之间的内在关系，运用逻辑推理判断地物或地物属性。当利用众多现象判读地物时，得出的结论可能不一致，这时应分析，哪些现象反映地物真实情况，哪些是假象，如果根据大多数现象得出同一结论，则结论很可能是正确的。例如，在遥感影像上有小路通至岸边，可能是渡口或徒步涉水处，如果河面上没有渡船则确认是涉水处，进一步分析，如果两岸涉水处连线与河床正交，则河水流速较小，若斜交则流速较大。（5）地理相关法地物与环境因素间存在相互依存关系，借助专业知识推断地物的性质、状态及分布。例如，山地河流出山口后，因比降变小，水流速度变慢，常在山地到平原的过度带形成冲击洪积扇，冲积扇上部主要由沙砾物质组成，土壤保水保肥性能差，植物稀少或没有植物，黑白航片上呈灰白到浅灰色调。冲积扇中部及下部，土壤有一定的保水保肥能力，水分条件较好，有植物覆盖，夏季黑白航片上呈浅黑色调，在假彩色红外航片上呈粉红色。5.论述点、线、多边形数据之间的叠加分析的内容和方法。（1）点与多边形叠加点与多边形叠加，实际上是计算多边形对点的包含关系，进行点是否在一个多边形中的空间关系判断。在完成点与多边形的几何关系计算后，还要进行属性信息处理。最简单的方式是将多边形属性信息叠加到其中的点上。当然也可以将点的属性叠加到多边形上，用于标识该多边形，如果有多个点分布在一个多边形内的情形时，则要采用一些特殊规则，如将点的数目或各点属性的总和等信息叠加到多边形上。通过点与多边形叠加，可以计算出每个多边形类型里有多少个点，不但要区分点是否在多边形内，还要描述在多边形内部的点的属性信息。通常不直接产生新数据层面，只是把属性信息叠加到原图层中，然后通过属性查询间接获得点与多边形叠加的需要信息。（2）线与多边形叠加线与多边形的叠加，是比较线上坐标与多边形坐标的关系，判断线是否落在多边形内。计算过程通常是计算线与多边形的交点，只要相交，就产生一个结点，将原线打断成一条条弧段，并将原线和多边形的属性信息一起赋给新弧段。叠加的结果产生了一个新的数据层面，每条线被它穿过的多边形打断成新弧段图层，同时产生一个相应的属性数据表记录原线和多边形的属性信息。根据叠加的结果可以确定每条弧段落在哪个多边形内，可以查询指定多边形内指定线穿过的长度。（3）多边形叠加多边形叠加是GIS最常用的功能之一。多边形叠加将两个或多个多边形图层进行叠加产生一个新多边形图层的操作，其结果将原来多边形要素分割成新要素，新要素综合了原来两层或多层的属性。叠加过程可分为几何求交过程和属性分配过程两步。几何求交过程首先求出所有多边形边界线的交点，再根据这些交点重新进行多边形拓扑运算，对新生成的拓扑多边形图层的每个对象赋一多边形唯一标识码，同时生成一个与新多边形对象一一对应的属性表。多边形叠加结果通常把一个多边形分割成多个多边形，属性分配过程最典型的方法是将输入图层对象的属性拷贝到新对象的属性表中，或把输入图层对象的标识作为外键，直接关联到输入图层的属性表。这种属性分配方法的理论假设是多边形对象内属性是均质的，将它们分割后，属性不变。6.以美国陆地卫星LandsatTM图像的波段为例，说明如何进行真彩色合成和假彩色合成，解释在标准假彩色合成的TM影像上健康植被、清澈的湖泊、密集城市地区的色调特征及其原因。(1)计算机显示器的彩色显示系统是根据三原色加色合成原理，即由3个电子枪分别在屏幕上形成红、绿、蓝三原色像来合成图像。因此，对于多光谱图像，选择其中的任意3个波段，分别赋予红、绿、蓝3种原色，即可在屏幕上合成彩色图像。(2)真彩色合成：在彩色合成中选择的波段的波长与红绿蓝的波长相同或近似，得到的图像的颜色与真彩色近似，这种合成方式称为真彩色合成。使用真彩色合成的优点是合成后图像的颜色更接近于自然色。例如，LandsatTM影像中，TM3为红波段，对其赋予红色（R），TM2为绿波段赋予绿色（G），TM1