GIS培训课程课件

地理信息系统基础知识培训武汉智迩信息技术有限公司Page2GIS基础知识Page3GIS基础知识什么是GIS？地理信息系统是一种计算机软硬件、人员、资金和组织架构的有机结合体，它能获取和存储地理及其相关属性数据为促进理解和辅助决策来检索、分析、综合和显示数据。MichaelKennedy“GISrestsontheassumptionthatdifferentkindsofspatialdatahavecommonstructure,andareprocessedinsimilarways,andthatthereisconsequentlyvalueincreatingcommonspatialdatahandlingandprocessingsystems”(Goodchild,1995)Page4GIS基础知识由计算机系统、地理数据和用户组成的，通过对地理数据的集成、存储、检索、操作和分析，生成并输出各种地理信息，从而为土地利用、资源管理、环境监测、交通运输、经济建设、城市规划以及政府部门行政管理提供新的知识，为工程设计和规划、管理决策服务。－陈述彭院士（1999）什么是GIS？Page5GIS基础知识GIS系统的组成Page6GIS基础知识主要概念Page7空间参考三大要素椭球体(Ellipsoid)大地基准（Datum）地图投影(Projection)Page8空间参考椭球体地球是个椭球体Page9空间参考高程Page10空间参考地理坐标系地理坐标系是以地理极(北极、南极)为极点。通过A点作椭球面的垂线，称之为过A点的法线。法线与赤道面的交角，叫做A点的纬度B。过A点的子午面与通过英国格林尼治天文台的子午面所夹的二面角，叫做A点的经度L。A点至椭球面间的铅垂距离为大地高，又称椭球高H。Page11空间参考地理坐标系直接建立在球体上的地理坐标，用经度和纬度表达地理对象位置建立在平面上的直角坐标系统，用（x，y）表达地理对象位置投影Page12空间参考地图投影建立地球椭球面上经纬线网和平面上相应经纬线网的数学基础，也就是建立地球椭球面上的点的地理坐标（λ，φ）与平面上对应点的平面坐标（x，y）之间的函数关系：当给定不同的具体条件时，将得到不同类型的投影方式。),(),(21fyfxPage13空间参考地图投影的变形把球面展开为平面，必然发生裂缝或重叠(图a)。为了消除裂缝或重叠，需要在裂缝的地方予以伸展，在重叠的地方予以压缩(图b)，这样，便使图形产生了变形(误差)。Page14空间参考我国常用地图投影1：100万：兰勃特投影（正轴等积割圆锥投影）大部分分省图、大多数同级比例尺也采用兰勃特投影1：50万、1：25万、1：10万、1：5万、1：2.5万、1:1万、1：5000采用高斯—克吕格投影Page15空间参考高斯－克吕格投影横轴等角切椭圆柱投影其原理是：假设用一空心椭圆柱横套在地球椭球体上，使椭圆柱轴通过地心，椭圆柱面与椭圆体面某一经线相切；用解析法使地球椭球体面上经纬网保持角度相等的关系，并投影到椭圆柱面上；将椭圆柱面切开展成平面，就得到投影后的图形。此投影因系德国数学家高斯(Gauss)首创，后经克吕格(Kruger)补充，故名高斯-克吕格投影(Gauss-KrugerProjection)或简称高斯投影。Page16空间参考高斯－克吕格投影高斯-克吕格投影原理图Page17空间参考高斯投影分带为了控制变形，采用分带投影的办法，规定1∶2.5万－1∶50万地形图采用6°分带；1∶1万及更大比例尺地形图采用3°分带，以保证必要的精度。6分带法：从格林威治0经线起，自西向东按经差每6为一投影带，全球共分为60个投影带，我国位于东经72～136之间，共包括11个投影带，即13～23带，各带的中央经线分别为75，81，……，135。3分带法：从东经130算起，自西向东按经差每3为一投影带，全球共分为120个投影带，我国位于24～46带，各带的中央经线分别为72，75，78，……，135。Page18空间参考高斯投影分带Page19空间参考常用坐标系及转换WGS84北京54西安80参考椭球1979年IUGG推荐的参数克拉索夫斯基1975年国际大地测量协会推荐的参数大地原点地球质心苏联普尔科沃陕西省泾阳县永乐镇不同大地坐标系转换参数：两坐标系原点不重合，平移参数△X,△Y,△Z;坐标轴不平行，对应的坐标轴之间存在3个微小的旋转角；尺度不一致，对应尺度参数即通过这7个参数进行转换Page20空间参考高程基准水准原点1985国家高程基准，72.2604米黄海海面1952-1979年平均海水面为0米Page21空间参考北京54坐标系建国初期，为了迅速开展我国的测绘事业，鉴于当时的实际情况，我国将原苏联1942年普尔科沃坐标系的坐标为起算数据，平差我国东北及东部区，这样传算过来的坐标系就定名为1954年北京坐标系。因此，P54可归结为：a．属参心大地坐标系；b．采用克拉索夫斯基椭球的两个几何参数；c．大地原点在原苏联的普尔科沃；d．采用多点定位法进行椭球定位；e．高程基准为1956年青岛验潮站求出的黄海平均海水面；f．高程异常以原苏联1955年大地水准面重新平差结果为起算数据。按我国天文水准路线推算而得。–经计算表明，54坐标系统普遍低于我国的大地水准面，平均误差为29米左右Page22空间参考北京54坐标系建国初期，为了迅速开展我国的测绘事业，鉴于当时的实际情况，我国将原苏联1942年普尔科沃坐标系的坐标为起算数据，平差我国东北及东部区，这样传算过来的坐标系就定名为1954年北京坐标系。因此，P54可归结为：a．属参心大地坐标系；b．采用克拉索夫斯基椭球的两个几何参数；c．大地原点在原苏联的普尔科沃；d．采用多点定位法进行椭球定位；e．高程基准为1956年青岛验潮站求出的黄海平均海水面；f．高程异常以原苏联1955年大地水准面重新平差结果为起算数据。按我国天文水准路线推算而得。–经计算表明，54坐标系统普遍低于我国的大地水准面，平均误差为29米左右Page23空间参考西安80坐标系1980年国家大地坐标系采用地球椭球基本参数为1975年国际大地测量与地球物理联合会第十六届大会推荐的数据。该坐标系的大地原点设在我国中部的陕西省泾阳县永乐镇，位于西安市西北方向约60公里，故称1980年西安坐标系，又简称西安大地原点。基准面采用青岛大港验潮站1952－1979年确定的黄海平均海水面（即1985国家高程基准）。Page24地图符号地图符号（Symbol）是地图的语言，它是表达地图内容的基本手段。地图符号是由形状不同、大小不一和色彩有别的图形和文字组成。地图符号可以指出目标种类（如公路）及其数量特征和质量特征（如公路行车部分的铺面种类和宽度），并且可以确定对象的空间位置和现象的分布（如人口密度等）。Page25地图点符号Page26地图线符号Page27地图面符号Page28地图注记Page29地图比例尺地图比例尺反映了制图区域和地图的比例关系纸质地图：内容、概括程度、数据精度等GIS：数据精度比例尺的含义：图上长度与相应地面长度的比例我国地图比例尺分级系统：大比例尺：1：500—1：10万中比例尺：1：10万—1：100万小比例尺：〈1：100万Page30地图图例Page31数据采集测绘大地测量工程测量GPS或北斗野外测量：大平板、全站仪、GPS、移动测绘系统特点：精度高、效率较低适合范围：小范围GIS数据采集或局部数据更新Page32数据采集测绘摄影测量与遥感扫描矢量化数字化设备：数字化仪、扫描仪、摄影测量设备特点：范围大，速度快使用范围：大面积GIS数据采集、资源普查等数字化仪扫描仪数字摄影测量工作站Page33数据采集GIS与3S3SRSGPSGISRemoteSensingGlobalPositioningSystemGeographicInformationSystemProcessesDataCaptureDataPage34数据组织形式空间数据什么是空间数据？是指以地球表面空间位置为参照的自然、社会和人文经济景观数据，可以是图形、图像、文字、表格和数字等。包括空间信息、空间关系信息和属性信息Page35数据组织形式空间信息Page36数据组织形式信息工程意义上的GIS空间数据和属性数据的综合体GISGI空间数据属性数据Page37数据组织形式数据与信息数据信息加工处理Page38数据组织形式GPS、RS、Surveying、StatisticsFile、Convert、DigitizerHDD、CD-Rom、TapeBuffer、Overlay、Proximately、MeasurementStatistics、SurfaceWord、Table、Map、ChartModel、VirtualRealityCaptureDataInputStorageSpatialAnalysisOutputPage39数据表达形式•矢量数据•栅格数据TIN数据现实世界的多重表达方式Page40GIS多源数据•数字高程模型（DigitalElevationModel简称DEM）是在高斯投影平面上规则格网点平面坐标（x,y）及其高程（z）的数据集。•数字正射影像图（DigitalOrthophotoMap简称DOM）是利用数字高程模型对扫描处理的数字化的航空相片/遥感相片（单色/彩色），经逐象元进行纠正，再按影像镶嵌，根据图幅范围剪裁生成的影像数据。一般带有公里格网、图廓内/外整饰和注记的平面图。•数字线划地图（DigitalLineGraphic简称DLG）•数字栅格地图（DigitalRasterGraphic简称DRG）是纸质地形图的数字化产品。每幅图经扫描、纠正、图幅处理及数据压缩处理后，形成在内容、几何精度和色彩上与地形图保持一致的栅格文件。4D数据库Page41GIS多源数据DLG数据Page42GIS多源数据DRG数据Page43GIS多源数据DEM数据Page44GIS多源数据DOM数据Page45GIS多源数据DOM与DEM的叠加Page46GIS多源数据矢量数据与栅格数据栅格数据—格网真实世界矢量数据—点、线、面Page47GIS多源数据矢量数据与栅格数据Page48GIS多源数据矢量数据•点数据。•线数据。•面数据用于模拟自然界中不连续的现象Page49GIS多源数据栅格数据用于模拟自然界中连续的现象Page50GIS多源数据栅格数据栅格结构是简单的空间数据结构，是将地球表面划分为大小均匀紧密相邻的网格阵列，每个网格作为一个象元或象素。并包含一个代码表示其属性类型或量值。Page51GIS多源数据栅格数据的编码形式1、直接栅格编码将栅格数据看作一个数据矩阵，逐行（或逐列）逐个记录代码，可以每行都从左到右逐个象元记录，也可以奇数行地从左到右而偶数行地从右向左记录，还可采用其他顺序。Page52GIS多源数据栅格数据的编码形式2、游程编码方案：只在各行（或列）数据的代码发生变化时依次记录该代码以及相同的代码重复的个数，从而实现数据的压缩。按行编码(4664)(0,1)(4,2)(7,5)(4,5)(4,5)(7,3)(4,4)(8,2)(7,2)(0,2)(4,1)(8,3)(7,2)(0,2)(8,4)(7,1)(8,1)(0,3)(8,5)(0,4)(8,4)(0,5)(8,3)按列编码(4464)(0,1)(4,2)(0,5)(4,3)(0,5)(4,4)(8,1)(0,3)(7,1)(4,2)(8,3)(0,3)(7,1)(4,1)(8,5)(0,1)(7,2)(8,6)(7,5)(8,3)(7,4)(8,4)Page53GIS多源数据DEM不规则三角网（TIN）三角形节点邻近多边形A1,2,3-,B,D