1、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。Michael Kennedy“GIS rests on the assumption that different kinds of spatial data have common structure,and are processed in similar ways,and that there is consequently value i
2、n creating common spatial data handling and processing systems”(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）Page 5GIS基础知识Page 6GIS基础知识Page 7空间参考椭球体椭球体(Ellipsoid)大地基准（大地基准（Datum）地图投影地图投影(
3、Projection)Page 8空间参考地球是个椭球体Page 9空间参考Page 10空间参考 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
4、标（，）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。),(),(21fyfxPage 13空间参考把球面展开为平面，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
5、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-Kruger Projection)或简称高斯投影。Page 16空间参考高斯-克吕格投影原理图Page 17空间参考 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。Page 18空间参考Page 19空间参考WGS84北
6、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 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
7、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 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，
8、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 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
9、安大地原点。基准面采用青岛大港验潮站19521979年确定的黄海平均海水面（即1985国家高程基准）。Page 24地图 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Page 26地图Page 27地图Page 28地图Page 29地图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
10、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：1：5001：10万 中比例尺：1：10万1：100万 小比例尺：1：100万Page 30地图Page 31数据采集大地测量工程测量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3SRSGPSGISRemote SensingGlobal Positi
11、oning SystemGeographic Information SystemProcesses DataCapture DataPage 34数据组织形式什么是空间数据？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Page 36数据组织形式空间数据和属性数据的综合体空间数据和属性数据的综合体空间数据空间数据属性数据属性数据Page 37数据组织形式数据数据信息信息加工处理加工处理Page 38数据组织形式Capture DataInputStorageSpatial An
12、alysisOutputPage 39数据表达形式矢量数据栅格数据TIN数据Page 40GIS多源数据 数字高程模型（Digital Elevation Model 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（Digital Orthophoto Map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（Digital Line Graphic简称DLG）数字栅格地图（Digital
13、 Raster Graphic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。Page 41GIS多源数据Page 42GIS多源数据Page 43GIS多源数据Page 44GIS多源数据Page 45GIS多源数据Page 46GIS多源数据栅格数据栅格数据格网格网真实真实世界世界矢量数据矢量数据点、点、线、面线、面Page 47GIS多源数据Page 48GIS多源数据 点数据。线数据。面数据 Page 49GIS多源数据Page 50GIS多源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
14、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：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
15、,3)(8,5)(0,4)(8,4)(0,5)(8,3)按列编码按列编码(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多源数据不规则三角网（TIN）三角形节点邻近多边形A-,B,DB-,C,AC-,G,BDA,F,EED,H,-FG,H,DGC,-,FHF,-,EABCGDEHFPage 54GIS多源数据瑞士数学家(Leonhard Euler)提出(1736)的一个数学的分支。1960年
16、代末期，美国人口普查局(US Census)首先将拓扑的观念应用在大量人口资料的错误检核上。时至今日，在GIS上所谈的拓扑已成为描述资料彼此间的空间关系。Page 55GIS多源数据空间数据的组成-空间关系 拓扑关系（点线面之间的关系）1）点）点点关系点关系 2）点）点线关系线关系 3）点）点面关系面关系 4）线）线线关系线关系 5）线）线面关系面关系 6）面）面面关系面关系Page 56GIS多源数据Page 57空间分析 空间分析是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
17、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。Page 58空间分析由空间查询某个点落在哪个多边形内与某条河流相连的支流有哪些 由空间和属性查询某城市人口总数某一土地所有权人、地价、面积Page 59空间分析 地理空间目标的一种影响范围或服务范围点 公共设施（商场，邮局，银行，医院学校等）的服务半径线 在河流两旁划定某个范围的保护区面 大型水库建设的搬迁界定野生Page 60空间分析 现实世界的各项地理特征在GIS中是分层显示的，将他们进行叠加分析可以再现地理景观。v点、线、面状图的叠加v矢量与栅格图层的叠加v专题地图与数字高程模型（DEM）叠加显示立体图Page 61空间
18、分析Page 62空间分析 目的是研究、筹划一项网络（交通网络、电线、地下管线等）工程如何安排，并使其运行效果最好 v 最佳路径分析 最短路径 最低耗费路径 动态最佳路径分析v 资源分配 消防站点分布 求援区划分 v 地址匹配 根据地址查询地理位置城市两点间最佳路径的选择示意图 Page 63空间分析将不同专题的空间资料予以组合、运算，以分析特定的空间议题，如位置选址、适宜性分析 城市规划与开发 城市发展程度 评估Page 64GIS衍生技术LBSWebGIS移动GISAM/FM GISPGISPage 65学术研究武汉大学及测绘遥感国家重点实验室中科院地理研究所中国地质大学信息学院北京大学遥
19、感所Page 66GIS应用软件ESRI ArcGISIntergraph GeoMediaMapInfo MapInfoAutodesk MapGuideGE SmallWorldSiemens SiCADPage 67GIS应用软件 ArcGIS是ESRI在全面整合了GIS与数据库、软件工程、人工智能、网络技术及其它多方面的计算机主流技术之后，成功地推出了代表GIS最高技术水平的全系列GIS产品。ArcGIS是一个全面的，可伸缩的GIS平台，为用户构建一个完善的GIS系统提供完整的解决方案；主要方面包括：桌面GIS（ArcGIS Desktop）、嵌入式GIS（ArcGIS Engine）
20、、服务器GIS（ArcGIS Server、Arcims）、移动GIS（ArcPad）；所有产品都可以使用geodatabase技术（为ArcGIS提供核心的地理数据模型和数据管理框架）；Page 68GIS应用软件世界上最著名的GIS企业ESRI世界上应用最广泛的GIS软件包ArcGISPage 69GIS应用软件北京超图公司 SuperMap武汉中地数码 MapGIS武大吉奥 GeoStar北京大学 CityStar北京吉威数源 GeoWayPage 70GIS应用软件MAPGIS 是武汉中地数码科技有限公司开发的，新一代面向网络超大型分布式地理信息系统基础软件平台；主要包括：基础平台、数
21、据中心集成开发平台、搭建式开发平台、三维开发平台、遥感平台、测绘平台、WebGIS平台、嵌入式平台。Page 71GIS应用软件 定位、导航、监控 国土、地籍 测绘、基础地理信息 电信 电力 水利 林业、农业 交通 公安消防 地质、石油、煤炭、矿山 城市规划 海洋气象 国防军事Page 72历史与未来 世界上第一个GIS系统CGIS GIS之父Roger Tomlinson博士Page 73历史与未来60年代，哈佛大学图形实验室(ERSI和ERDAS)1969年，ESRI和Intergraph80年代初，基于拓扑关系的成功商业化GIS软件ArcInfoIntergraph的MGE（基于Bent
22、ley Microstation平台）1989年，MapInfo公司1991年，Windows平台上的桌面GIS系统MapInfo及二次开发语言MapBasicPage 74历史与未来1996年，ESRI推出第一个基于ActiveX技术的控件MapObjects1997年，Intergraph公司推出第一个全组件式GIS平台GeoMedia1998年，MapInfo公司推出MapX2000年，ESRI推出ArcGISPage 75历史与未来图行天下(搜狗地图)Google EarthGoogle MapsMapbarMapAbc百度地图高德地图51dituHEREPage 76历史与未来存储方式：文件文件数据库空间数据库操作系统平台：UNIX Windows/Linux使用方式：工作站系统桌面软件组件式GIS GIS服务手机地图二次开发：专有二次开发语言COM组件js/Android/IOSPage 77历史与未来WMTSWMSWFSWCSPage 78历史与未来LBSOpenGIS空间信息存储和空间数据挖掘组件式GIS开发WebGIS与GIS云三维GIS虚拟现实(VR)Page 79
