GIS基礎知識培訓

1、部署實施組2009.2地圖及地圖分類地圖比例尺地圖投影及空間參考坐標系空間數(shù)據(jù)GIS平臺軟件ArcGIS平臺軟件體系什么是地圖？地圖是按照一定的法則，有選擇地以二維或多維形式與手段在平面或球面上表示地球（或其他星球）若干現(xiàn)象的圖形或圖像，它具有嚴格的數(shù)據(jù)基礎、符號系統(tǒng)、文字注記，并能用地圖概況原則，科學地反映出自然和社會經(jīng)濟現(xiàn)象的分布特征及其相互關系。地圖分類（普通地圖、地形圖、專題地圖）1.普通地圖（General Map）以同等詳細程度來表示地面上主要的自然和社會經(jīng)濟現(xiàn)象的地圖，能比較全面地反映出制圖區(qū)域的地理特征，包括水系、地形、土質(zhì)、植被、居民地、交 通網(wǎng)、境界線以及主要的社會經(jīng)濟要素

2、等。它和地形圖的區(qū)別主要表現(xiàn)在：地圖投影、分幅、比例尺和表示方法等具有一定的靈活性，表示的內(nèi)容比同比例尺地形圖 概括，幾何精度較地形圖低。2.地形圖（Topographic Map）指國家?guī)追N基本比例尺（1：5千，1：1萬，1：2.5萬，1：5萬，1：10萬，1：25萬，1：50萬，1：100萬）的全要素地圖。它是 按照統(tǒng)一的規(guī)范和符號系統(tǒng)測（或編）制的，全面而詳盡地表示各種地理事物，有較高的幾何精度，能滿足多方面用圖的需要，是國家各項建設的基礎資料，也是編 制其它地圖的原始資料。3.專題地圖（Thematic Map）是著重表示一種或幾種自然或社會經(jīng)濟現(xiàn)象的地理分布，或強調(diào)表示這些現(xiàn)象的某一

3、方面特征的地圖。專題地圖的主題多種多樣，服務對象也很廣泛?？蛇M一步分為自然地圖和社會經(jīng)濟地圖。地圖分幅地圖分幅有兩種方法：矩形分幅和經(jīng)緯線分幅（中國采用）。地球經(jīng)緯度 地圖分幅編號1.以1：100萬地形圖編號為基礎，延伸出1：50萬、1：25萬、1：10萬三種比例尺；2.1：10萬延伸出1：5萬、1：2.5萬和1：1萬；3.1：100萬采用行列式編號，其他六種比例尺地圖都是在其后增加一個或數(shù)個自然序數(shù)；4.從赤道起向兩極緯差每4度為一列，將南北半球分22列，用AV表示；由經(jīng)度180度起，從西向東，每經(jīng)差6度為一行，將全球分60行，用數(shù)字160表示，編號采用“橫列號行號”編號表示。地圖分幅（續(xù)）

4、1：100萬地形圖的分幅和編號1：50萬、1：20萬、1：10萬地形圖的分幅和編號什么是比例尺？地圖上某線段的長度與實地相應線段的水平長度之比，稱為地圖的比例尺。表現(xiàn)形式有哪些？數(shù)字比例尺（如1：2000）文字比例尺（如1毫米等效與1米）圖解比例尺（如 ）比例尺分類大比例尺（1：10萬）1：10萬、1：5萬、1：2.5萬、1：1萬、1：5千中比例尺（介于1：10萬與1：100萬之間）1：25萬、1：50萬小比例尺（1：100萬）1：100萬、1：250萬、1：600萬、1：2000萬大地測量與地圖制圖的原理p大地體由大地水準面包圍而成。p大地水準面是假定在重力作用下海水面靜止時的平均水面，并設

5、想次面穿過大陸與島嶼，連續(xù)擴展形成處處與鉛垂線成正交的閉合曲面。由于地殼內(nèi)部物質(zhì)密度不均勻，大地水準面也是有高低起伏的，不能用簡單的數(shù)學公式表示。p地球橢球體是一個同大地體相近的可以用數(shù)學方法來表達的旋轉(zhuǎn)橢球體。p確定地球表面點坐標由兩部分組成，一部分是地面點在地球橢球體面上的投影位置，采用地理坐標系，另一部分是地面點至大地水準面上的垂直距離，采用高程坐標系。地圖投影的概念p地圖投影就是指建立地球表面上的點與投影平面上點之間的一一對應關系。地圖投影的基本問題就是利用一定的數(shù)學法則把地球表面上的經(jīng)緯線網(wǎng)表示到平面上。p由于地球橢球體表面是曲面，而地圖通常是要繪制在平面圖紙上，因此制圖時首先要把曲

6、面展為平面，然而球面是個不可展的曲面，即把它直接展為平面時，不可能不發(fā)生破裂或褶皺。若用這種具有破裂或褶皺的平面繪制地圖，顯然是不實際的，所以必須采用特殊的方法將曲面展開，使其成為沒有破裂或褶皺的平面。地圖投影的變形p用地圖投影的方法將球面展為平面，雖然可以保持圖形的完整和連續(xù)，但它們與球面上的經(jīng)緯線形狀并不完全相似，發(fā)生了變形。p變形主要表現(xiàn)在長度、面積和角度上。p變形隨著經(jīng)度和緯度的變化，變形程度也不同。地圖投影的分類1.按變形性質(zhì)地圖投影可以分為三類：等角投影、等積投影和任意投影。等角投影：投影前后對應的微分面積保持圖形相似，故可稱為正形投影；等積投影：在投影平面上任意一塊面積與橢球面上

7、相應的面積相等；任意投影：定義為沿某一特定方向的距離，投影前后保持不變，即沿著該特定方向長度比為1。在等積投影上不能保持等角特性，在等角投影上不能保持等積特性；在任意投影上不能保持等角和等積的特性；等積投影的形狀變形比較大，等角投影的面積變形比較大。地圖投影的分類2.按照構(gòu)成方法，可以把地圖投影分為兩大類：幾何投影和非幾何投影。a)幾何投影幾何投影是把橢球面上的經(jīng)緯線網(wǎng)投影到幾何面上，然后將幾何面展為平面而得到。根據(jù)幾何面的形狀，可以進一步分為下述幾類：方位投影、圓柱投影、圓錐投影。b)非幾何投影不借助幾何面，根據(jù)某些條件用數(shù)學解析法確定球面與平面之間點與點的函數(shù)關系。在這類投影中，一般按經(jīng)緯

8、線形狀又分為下述幾類：u偽方位投影偽方位投影u偽圓柱投影偽圓柱投影u偽圓錐投影偽圓錐投影u多圓錐投影多圓錐投影偽方位投影偽方位投影：緯線為同心圓，中央經(jīng)線為直線，其余的經(jīng)線均為對稱于中央經(jīng)線的曲線，且相交于緯線的共同圓心。偽圓柱投影偽圓柱投影：緯線為平行直線，中央經(jīng)線為直線，其余的經(jīng)線均為對稱于中央經(jīng)線的曲線。偽圓錐投影偽圓錐投影：緯線為同心圓弧，中央經(jīng)線為直線，其余經(jīng)線均為對稱于中央經(jīng)線的曲線。多圓錐投影多圓錐投影：緯線為同周圓弧，其圓心均為于中央經(jīng)線上，中央經(jīng)線為直線，其余的經(jīng)線均為對稱于中央經(jīng)線的曲線。3.按照投影面積與地球相割或相切分類。a)割投影割投影以平面、圓柱面或圓錐面作為投影面

9、，使投影面與球面相割，將球面上的經(jīng)緯線投影到平面上、圓柱面上或圓錐面上，然后將該投影面展為平面而成。b)切投影切投影以平面、圓柱面或圓錐面作為投影面，使投影面與球面相切，將球面上的經(jīng)緯線投影到平面上、圓柱面上或圓錐面上，然后將該投影面展為平面而成。中國各地地圖投影a)中國全國地圖投影：斜軸等面積方位投影、斜軸等角方位投影、彭納投影、偽方位投影、正軸等面積割圓錐投影、正軸等角割圓錐投影。b)中國分?。▍^(qū)）地圖的投影：正軸等角割圓錐投影、正軸等面積割圓錐投影、正軸等角圓柱投影、高斯-克呂格投影（寬帶）。c)中國大比例尺地圖的投影：多面體投影（北洋軍閥時期）、等角割圓錐投影（蘭勃特投影）（解放前）、

10、高斯-克呂格投影（解放以后）。高斯克呂格投影高斯克呂格投影在英美國家稱為橫軸墨卡托投影。美國編制世界各地軍用地圖和地球資源衛(wèi)星象片所采用的全球橫軸墨卡托投影（UTM）是橫軸墨卡托投影的一種變型。高斯克呂格投影的中央經(jīng)線長度比等于1，UTM投影規(guī)定中央經(jīng)線長度比為0.9996。在6度帶內(nèi)最大長度變形不超過0.04%。高斯克呂格投影的中央經(jīng)線和赤道為互相垂直的直線，其他經(jīng)線均為凹向并對稱于中央經(jīng)線的曲線，其他緯線均為以赤道為對稱軸的向兩極彎曲的曲線，經(jīng)緯線成直角相交。采用分帶投影方法，即將投影范圍的東西界加以限制，使其變形不超過一定的限度，這樣把許多帶結(jié)合起來，可成為整個區(qū)域的投影。高斯克呂格投影

11、的變形特征是：在同一條經(jīng)線上，長度變形隨緯度的降低而增大，在赤道處為最大；在同一條緯線上，長度變形隨經(jīng)差的增加而增大，且增大速度較快。在6度帶范圍內(nèi)，長度最大變形不超過0.14%。高斯克呂格投影示意我國規(guī)定1：1萬、1：2.5萬、1：5萬、1：10萬、1：25萬、1：50萬比例尺地形圖，均采用高斯克呂格投影。1：2.5至1：50萬比例尺地形圖采用經(jīng)差6度分帶，1：1萬比例尺地形圖采用經(jīng)差3度分帶。6度帶是從0度子午線起，自西向東每隔經(jīng)差6為一投影帶，全球分為60帶，各帶的帶號用自然序數(shù)1，2，3，60表示。即以東經(jīng)0-6為第1帶，其中央經(jīng)線為3E，東經(jīng)6-12為第2帶，其中央經(jīng)線為9E，其余類

12、推。3度帶，是從東經(jīng)1度30分的經(jīng)線開始，每隔3度為一帶，全球劃分為120個投影帶。圖4-13表示出6度帶與3度帶的中央經(jīng)線與帶號的關系。在高斯克呂格投影上，規(guī)定以中央經(jīng)線為X軸，赤道為Y軸，兩軸的交點為坐標原點。高斯克呂格投影的分帶大地坐標系大 地坐標系是以參考橢球面為基準面建立起來的坐標系。坐標用（L,B,H）表示。大地坐標系的確立需要對橢球體進行形狀、大小和定位、定向，確定后的橢球稱為參考橢球。大地基準面定義基準面是利用特定橢球體對特定地區(qū)地球表面的逼近，因此每個國家或地區(qū)均有各自的基準面。我們通常稱謂的北京54坐標系、西安80坐標系實際上指的是我國的兩個大地基準面。參考橢球與某個區(qū)域如

13、一個國家大地水準面最為密合的橢球。1.54北京坐標系新 中國成立后，很長一段時間采用1954年北京坐標系統(tǒng)，它與蘇聯(lián)1942年建立的以普爾科夫天文臺為原點的大地坐標系統(tǒng)相聯(lián)系，相應的橢球為克拉索夫斯基 橢球。到20世紀80年代初，我國已基本完成了天文大地測量，經(jīng)計算表明，54坐標系統(tǒng)普遍低于我國的大地水準面，平均誤差為29米左右。2.80西安坐標系1978年4月在西安召開全國天文大地網(wǎng)平差會議，確定重新定位，建立我國新的坐標系。為此有了1980年國家大地坐標系。1980年國家大地坐標系采用 地球橢球基本參數(shù)為1975年國際大地測量與地球物理聯(lián)合會第十六屆大會推薦的數(shù)據(jù)。該坐標系的大地原點設在我

14、國中部的陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)，位于西安市西 北方向約60公里，故稱1980年西安坐標系，又簡稱西安大地原點。基準面采用青島大港驗潮站19521979年確定的黃海平均海水面（即1985國家 高程基準）。地心坐標系以地球的質(zhì)心作為坐標原點的坐標系稱之為地心坐標系，即要求橢球體的中心與地心重合。人造地球衛(wèi)星繞地球運行時，軌道平面時時通過地球的質(zhì)心，同樣對于遠程武器和各種宇宙飛行器的跟蹤觀測也是以地球的質(zhì)心作為坐標系的原點，參考坐標系已不能滿足精確推算軌道與跟蹤觀測的要求。因此建立精確的地心坐標系對于衛(wèi) 星大地測量、全球性導航和地球動態(tài)研究等都具有重要意義。WGS84坐標系WGS84坐標系是一種國際上采

15、用的地心坐標系。坐標原點為地球質(zhì)心，其地心空間直角坐標系的Z軸指向國際時間局（BIH）1984.0定義的協(xié)議地極 （CTP）方向，X軸指向BIH1984.0的協(xié)議子午面和CTP赤道的交點，Y軸與Z軸、X軸垂直構(gòu)成右手坐標系，稱為1984年世界大地坐標系。這是 一個國際協(xié)議地球參考系統(tǒng)（ITRS），是目前國際上統(tǒng)一采用的大地坐標系。2000國家大地坐標系n經(jīng)國務院批準，根據(jù)中華人民共和國測繪法，我國自2008年7月1日起啟用2000國家大地坐標系（簡稱“2000坐標系”）。n2000坐標系是全球地心坐標系在我國的具體體現(xiàn)，其原點為包括海洋和大氣的整個地球的質(zhì)量中心。2000坐標系采用的地球橢球參

16、數(shù)如下： 長半軸 a6378137m 扁率 f1/298.257222101 地心引力常數(shù) GM3.9860044181014m3s-2 自轉(zhuǎn)角速度 7.29211510-5rad s-1球面上1個經(jīng)緯度弧長近似于3.14159265*2*6378137/360=111319米,約111公里；1分和1秒近似于1855米和31米。2000國家大地坐標系國家測繪局在2008年6月18日的公告中，對新舊坐標系的轉(zhuǎn)換和使用作出說明：2000坐標系與現(xiàn)行國家大地坐標系轉(zhuǎn)換、銜接的過渡期為8至10年?，F(xiàn)有各類測繪成果，在過渡期內(nèi)可沿用現(xiàn)行國家大地坐標系；2008年7月1日后新生產(chǎn)的各類測繪成果應采用200

17、0坐標系?，F(xiàn)有地理信息系統(tǒng)，在過渡期內(nèi)應逐步轉(zhuǎn)換到2000坐標 系；2008年7月1日后新建設的地理信息系統(tǒng)應采用2000坐標系?？臻g數(shù)據(jù)特征1.屬性特征：表示實際現(xiàn)象或特征，例如變量、級別、數(shù)量特征和名稱等等；2.空間特征：又稱為幾何特征或定位特征，一般以坐標數(shù)據(jù)表示，例如笛卡爾坐標等；3.時間特征：指現(xiàn)象或物體隨時間的變化，其變化的周期有超短期的、短期的、中期的、長期的等等?？臻g數(shù)據(jù)的基本特性空間數(shù)據(jù)類型空間特征數(shù)據(jù)（定位數(shù)據(jù)）：位置、拓撲、幾何特征；時間屬性數(shù)據(jù)（尺度數(shù)據(jù)）：通常以數(shù)字、符號、文本和圖像等形式來表示；專題屬性數(shù)據(jù)（非定位數(shù)據(jù)）：時間可以被看成一個專題特征?？臻g數(shù)據(jù)表示方法

18、一般地，表示地理現(xiàn)象的空間數(shù)據(jù)可以細分為：類型數(shù)據(jù)：類型數(shù)據(jù)：例如考古地點、道路線和土壤類型的分布等；面域數(shù)據(jù)：面域數(shù)據(jù)：例如隨機多邊形的中心點、行政區(qū)域界線和行政單元等；網(wǎng)絡數(shù)據(jù)：網(wǎng)絡數(shù)據(jù)：例如道路交點、街道和街區(qū)等；樣本數(shù)據(jù)：樣本數(shù)據(jù)：例如氣象站、航線和野外樣方的分布區(qū)等；曲面數(shù)據(jù)：曲面數(shù)據(jù)：例如高程點、等高線和等值區(qū)域；文本數(shù)據(jù)：文本數(shù)據(jù)：例如地名、河流名稱和區(qū)域名稱；符號數(shù)據(jù)：符號數(shù)據(jù)：例如點狀符號、線狀符號和面狀符號（暈線）等。測量產(chǎn)品數(shù)據(jù)（4D）4D指的是DEM、DOM、DLG、DRG:1.數(shù)字高程模型（Digital Elevation Model 簡稱DEM）是在高斯投影平面上

19、規(guī)則格網(wǎng)點平面坐標（x,y）及其高程（z）的數(shù)據(jù)集。Dem的水平間隔可隨地貌類型不同而改變。根據(jù)不同的高程精度，可分為不同等級產(chǎn)品2.數(shù)字正射影像圖（Digital Orthophoto Map簡稱DOM）是利用數(shù)字高程模型對掃描處理的數(shù)字化的航空相片 / 遙感相片（單色 / 彩色），經(jīng)逐象元進行糾正，再按影像鑲嵌，根據(jù)圖幅范圍剪裁生成的影像數(shù)據(jù)。一般帶有公里格網(wǎng)、圖廓內(nèi) / 外整飾和注記的平面圖。3.數(shù)字線劃地圖（Digital Line Graphic簡稱DLG）是現(xiàn)有地形圖上基礎地理要素的矢量數(shù)據(jù)集，且保存要素間空間關系和相關的屬性信息。4.數(shù)字柵格地圖（Digital Raster G

20、raphic簡稱DRG）是紙質(zhì)地形圖的數(shù)字化產(chǎn)品。每幅圖經(jīng)掃描、糾正、圖幅處理及數(shù)據(jù)壓縮處理后，形成在內(nèi)容、幾何精度和色彩上與地形圖保持一致的柵格文件。1.ArcGIS2.Intergraph3.MapInfo4.SuperMap5.MapGIS6.GeoStar1）ArcGISESRI公司（Environmental Systems Research Institute Inc.）于1969 年成立于美國加利福尼亞州的Redlands市，公司主要從事GIS工具軟件的開發(fā)和GIS數(shù)據(jù)生產(chǎn)。2）IntergraphIntergraph公司成立于1969年，總部位于美國阿拉巴馬州的漢斯維爾市，公司

21、致力于計算機輔助設計、制造以及專業(yè)制圖領域的硬件軟件以及服務支持。Intergraph提供的GIS產(chǎn)品包括專業(yè)GIS系統(tǒng)（MGE），桌面GIS系統(tǒng)（GeoMedia），以及因特網(wǎng)GIS系統(tǒng)（GeoMedia Web Map）。GeoMedia用戶界面3）MapInfoMapInfo公司于1986年成立于美國特洛伊(Troy)市，成立以來，該公司一直致力于提供先進的數(shù)據(jù)可視化、信息地圖化技術(shù)，其軟件代表是桌面地圖信息系統(tǒng)軟件MapInfoMapInfo Professional用戶界面4）SuperMapSuperMap GIS是北京超圖軟件股份有限公司開發(fā)的具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的大型地理信息系

22、統(tǒng)軟件平臺。包括組件式GIS開發(fā)平臺、服務式GIS開發(fā)平臺、嵌入式GIS開發(fā)平臺、桌面GIS平臺、導航應用開發(fā)平臺以及相關的空間數(shù)據(jù)生產(chǎn)、加工和管理工具。同時也有行業(yè)應用產(chǎn)品，如數(shù)字國土、房產(chǎn)管理、設施管理等系統(tǒng)。SuperMap 產(chǎn)品線5）MapGISMapGIS是中國地質(zhì)大學開發(fā)的地理信息系統(tǒng)軟件。產(chǎn)品包括：平臺軟件、綜合應用（稅務、房產(chǎn)、石化、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、環(huán)保、郵政、大眾化應用等行業(yè)應用）、數(shù)字國土、數(shù)字通信、數(shù)字城市等。MapGIS用戶界面6）GeoStar武大吉奧溯源于1993年成立于武漢測繪科技大學的地理工程信息中心。吉奧產(chǎn)品，完整覆蓋空間信息產(chǎn)業(yè)鏈的生產(chǎn)、管理、應用各個環(huán)節(jié)，提供

23、完整的行業(yè)應用解決方案，支持對象關系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，支持B/S和C/S體 系結(jié)構(gòu)，采用組件技術(shù)、支持二次開發(fā)與功能擴展，在繼承和兼容舊版本吉奧之星的技術(shù)特色的基礎上，吉奧公司現(xiàn)有產(chǎn)品體系分為GeoStar Professional 5.2、GeoSurf5.2、GeoGlobe2.0、GDC2.0以及獨立的數(shù)據(jù)處理工具等，分別服務于“數(shù)據(jù)獲取更新、數(shù)據(jù)建庫集成與管理、二次開發(fā)”。GeoStar用戶界面主要部署框架1.桌面GIS：專業(yè)GIS應用的軟件包，包括ArcReader,AcrView,ArcEditor,ArcInfo和ArcGIS擴展模塊；2.服務器GIS：ArcIMS,ArcGIS Server和ArcGIS Image Server;3.移動GIS：ArcPad和ArcGIS Mobile;4.開發(fā)GIS：ArcObjects SDK, ArcE