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文档简介
1、目录一. Web墨卡托投影11 EPSG 387522 投影公式43 投影分析5二. 基于ArcGIS的拓扑处理81. Arcgis中topolopy说明:82. 在arccatalog中创建拓扑规则的具体步骤?83. 有关geodatabase的topology规则94. Geodatabase组织结构。105. 拓扑规则简介115.1 点拓扑规则举例115.2 多边形拓扑规则举例125.3 线拓扑规则举例125.4拓扑容差136. ArcGIS拓扑处理136.1 在ArcCatalog 中创建拓扑规则136.2 ArcGIS中拓扑关系的检查和处理146.3 Geodatabase
2、中拓扑的优点146.4实验_Geodatabase中拓扑处理14一. Web墨卡托投影Google Maps、Virtual Earth等网络地理所使用的地图投影,常被称作Web Mercator或Spherical Mercator,它与常规墨卡托投影的主要区别就是把地球模拟为球体而非椭球体.什么是墨卡托投影? 墨卡托(Mercator)投影,又名“等角正轴圆柱投影”,荷兰地图学家墨卡托(Mercator)在1569年拟定,假设地球被围在一个中空的圆柱里,其赤道与圆柱相接触,然后再假想地球中心有一盏灯,把球面上的图形投影到圆柱体上,再把圆柱体
3、展开,这就是一幅标准纬线为零度(即赤道)的“墨卡托投影”绘制出的世界地图。Google们为什么选择墨卡托投影? 墨卡托投影的“等角”特性,保证了对象的形状的不变行,正方形的物体投影后不会变为长方形。“等角”也保证了方向和相互位置的正确性,因此在航海和航空中常常应用,而Google们在计算人们查询地物的方向时不会出错。为什么是圆形球体,而非椭球体? 这说来简单,仅仅是由于实现的方便,和计算上的简单,精度理论上差别0.33%之内,特别是比例尺越大,地物更详细的时候,差别基本可以忽略。Web墨卡托投影坐标系:以整个世界范围,赤道作为标准纬线,本初子午线作为中央经线,两者交点为坐标
4、原点,向东向北为正,向西向南为负。X轴:由于赤道半径为6378137米,则赤道周长为2*PI*r = 2*20037508.3427892,因此X轴的取值范围:-20037508.3427892,20037508.3427892。Y轴:由墨卡托投影的公式可知,同时上图也有示意,当纬度接近两极,即90°时,y值趋向于无穷。这是那些“懒惰的工程师”就把Y轴的取值范围也限定在-20037508.3427892,20037508.3427892之间,搞个正方形。因此在投影坐标系(米)下的范围是:最小(-20037508.3427892, -20037508.34
5、27892 )到最大 (20037508.3427892, 20037508.3427892)。对应的地理坐标系: 地理坐标系(经纬度)对应的范围是:最小(-180,-85.05112877980659),最大(180, 85.05112877980659)。1 EPSG 3875 Google Web地图采用的地图投影,ESRI 称其为“WGS 1984 Web墨卡托辅助球投影”(WGS 1984 Web Mercator Auxiliary&
6、#160;Sphere,WMAS),EPSG(,国际石油行业协会OGP下的欧洲石油勘探组织,维护着大地测量参数数据库EPSG Geodetic Parameter Database,坐标参照系CRS及坐标转换和变换的方法与代号由EPSG管理并发布)称其为“公共可视化伪墨卡托投影”(Popular Visualisation Pseudo Mercator,PVPM)。该投影是将球面墨卡托投影公式运用于椭球面坐标的投影计算,大地基准面采用WGS 84椭球体,球面墨卡托投影公式取WGS84椭球的长半轴半径
7、为球半径,即球半径取6378137米。 Web墨卡托投影在2005年发布的Google 地图中首次使用,考虑到相互之间的平台兼容,随后跟进的微软Bing Maps、在线地图服务公司Mapquest Maps、以及雅虎的Yahoo Maps纷纷采用了Google的Web地图投影方式。 地图投影是将数据坐标从球面转换到平面的数学变换,投影算法的选择是有一定规则的。首先投影坐标系(Projected Coordinate Reference System,PCRS)建立在地理坐标系(Geographic
8、0;Coordinate Reference System,GCRS)之上,因此原则上球体与椭球体的投影公式是不应混用的;其次,投影总该保证某一几何特征是不变形的,例如等角、等面积、等距离。大概鉴于Google地图的Web Mercator有悖于常规的投影规则,EPSG未予以响应。 2007年8月Christopher Schmidt在一个GIS论坛中建议,给Google 的Web地图投影坐标系冠以代号“900913”(2008年3月EPSG正式给Google Web地图投影坐标系赋予CRS代号3785。2009年1月EPS
9、G将Google Web地图投影方法命名为“公共可视化伪墨卡托投影”(PVPM),投影运算方法代号1024,并将EPSG 3785替换为EPSG 3875,由此CRS 3875代表了基于WGS 84椭球基准面的球面Mercator投影坐标系“WGS84/PVPM”。 ESRI的Google地图投影坐标系ID号最早为102113,命名为“WGS 1984 Web Mercator”,可与EPSG 3785相对应;后来添加了102100,命名为“WGS 1984 Web
10、;Mercator Auxiliary Sphere”,可与EPSG 3875相对应(2 投影公式 取球半径值R=a(a = 6378137.0米),标准纬线纬度 = 0°(赤道),应用球面墨卡托投影公式,下面列出了公共可视化伪墨卡托投影,即Google Web 墨卡托投影的正、反解投影公式3 投影分析 墨卡托投影又称等角正轴圆柱投影,基于椭球面与球面的墨卡托投影均没有角度变形,由每一点向各方向的长度比相等(比例因子为常数),因此具有沿直线方位不变的特
11、点,这样航海者只要根据直线与子午线之间的夹角即可在图上确定航线,因此航海图几乎清一色采用墨卡托投影,但在陆域制图中很少采用,因为长度和面积变形明显。墨卡托投影坐标系的经纬线都是平行直线,且相交成直角,经线间隔相等,纬线间隔从标准纬线(这里取赤道)向两极逐渐增大。 Web墨卡托投影采用基于椭球面的球面墨卡托投影公式(相当于椭球面墨卡托投影近似公式),图中的红色格网为Web Mercator计算结果(黑色格网为Mercator投影结果),标准纬度0°。 从图可见,经向,Web Mercator投影结果与Mercator一致;纬向,两投影偏差随纬度增
12、大逐渐增大,赤道处两投影无偏差,15°N线偏差 11.052公里,55°N线偏差 35.028公里,85.05112878°N线(Web Mercator满足全球地图区域为正方形的最大纬度)偏差42.633公里,从15°N至55°N两投影方法约有0.4%的比例差。根据Web Mercator投影格网变化趋势及Mercator等角特征,可推知Web Mercator是非等角的投影,其比例因子是方位的函数,因此称其近似墨卡托或伪墨卡托比较合适。 总之,Google在满足Web应用需求的前提
13、下,选择了一种最简单的实现方法,即ERSI的“WGS 1984 Web Mercator Auxiliary Sphere”,或EPSG的“Popular Visualisation Pseudo Mercator”,EPSG CRS代号3857,全球地理坐标范围85.05112878°S,180°W,85.05112878°N,180°E,恰好构成一个正方形投影坐标区域-20037508.34,-20037508.34,20037508.34,20037508.3
14、4,以赤道及本初子午线(零经线)为坐标轴分隔的各象限投影坐标区也是正方形,坐标值关于X轴对称、关于Y轴对称、关于原点对称,利于坐标运算及金字塔模型的瓦片地图网络服务。今天,我们能获取如此便捷的网络地图服务,首先应该感谢谷歌Google。参考网址:之前一直对WKT、EPSG、SRID不是很理解,总是混淆,今天看了一下,清晰了很多,顺便总结一下,嘿嘿:)EPSG:European Petroleum Survey Group (EPSG), /,它成立于1986年,并在2005年重组为OGP(Internation Association of Oil
15、 & Gas Producers),它负责维护并发布坐标参照系统的数据集参数,以及坐标转换描述,该数据集被广泛接受并使用,通过一个Web发布平台进行分发,同时提供了微软Acess数据库的存储文件,通过SQL 脚本文件,mySQL, Oracle 和PostgreSQL等数据库也可使用。目前已有的椭球体,投影坐标系等不同组合都对应着不同的ID号,这个号在EPSG中被称为EPSG code,它代表特定的椭球体、单位、地理坐标系或投影坐标系等信息。SRID:,OGC标准中的参数SRID,也是指的空间参考系统的ID,与EPSG一致;WKT:空间参考系统的文字描述;无论是参考椭球、基准面、投影方
16、式、坐标单位等,都有相应 的EPSG值表示,如下表:Beijing 1954地理坐标系,高斯-克吕格投影(横轴等角切圆柱投影)下面为投影相关信息:投影方式 Gauss_Kruger中央经线 75.000000原点纬线 0.000000标准纬线(1) 0.000000标准纬线(2) 0.000000水平偏移量 13500000.000000垂直偏移量 0.000000比例因子 1.000000方位角 0.000000第一点经线 0.000000第二点经线 0.000000地理坐标系 GCS_Beijing_1954大地参照系 D_Beijing_1954参考椭球体 Kra
17、sovsky_1940椭球长半轴 6378245.000000椭球扁率 0.0033523299本初子午线 0.000000WKT形式表示该投影坐标系:PROJCS"Gauss_Kruger",GEOGCS"GCS_Beijing_1954", DATUM"D_Beijing_1954", SPHEROID"Krasovsky_1940",6378245.000000,298.299997264589 PEIMEM&qu
18、ot;Greenwich",0 UNIT"degree",0.0174532925199433/地理单位:0.0174532925199433代表与米之间的转换,PROJECTION"Gauss_Kruger",PARAMETER"False_Easting",13500000.000000,PARAMETER"False_Northing",0,PARAMETER"Central_Meridian",75.000000,PARAMETER"Scale_Factor
19、",1.0,PARAMETER"Latitude_Of_Origin",0.0,UNIT"Meter",1.0 ;二. 基于ArcGIS的拓扑处理1. Arcgis中topolopy说明:在arcgis中有关topolopy操作,有两个地方,一个是在arccatalog中,一个是在arcmap中。通常我们将在arccatalog中建立拓扑称为建立拓扑规则,而在arcmap中建立拓扑称为拓扑处理。arccatalog中所提供的创建拓扑规则,主要是用于进行拓扑错误的检查,其中部分规则可以在容限内对数据进行一些修改调整。建立好拓扑规则后,就可以在ar
20、cmap中打开些拓扑规则,根据错误提示进行修改。arcmap中的topolopy工具条主要功能有对线拓扑(删除重复线、相交线断点等,topolopy中的planarize lines)、根据线拓扑生成面(topolopy中的construct features)、拓扑编辑(如共享边编辑等)、拓扑错误显示(用于显示在arccatalog中创建的拓扑规则错误,topolopy中的error inspector),拓扑错误重新验证(也即刷新错误记录)。2. 在arccatalog中创建拓扑规则的具体步骤?要在arccatalog中创建拓扑规则,必须保证数据为geodatabase格式,且满足要进行拓
21、扑规则检查的要素类在同一要素集下。因此,首先创建一个新的geodatabase,然后在其下创建一个要素集,然后要创建要素类或将其它数据作为要素类导入到该要素集下。进入到该要素集下,在窗口右边空白处单击右键,在弹出的右键菜单中有new->topolopy,然后按提示操作,添加一些规则,就完成拓扑规则的检查。最后在arcmap中打开由拓扑规则产生的文件,利用topolopy工具条中错误记录信息进行修改。3. 有关geodatabase的topology规则多边形topology: 1.must not overlay:单要素类,多边形要素相互不能重叠 2.must not have gaps
22、:单要素类,连续连接的多边形区域中间不能有空白区(非数据区) 3.contains point:多边形点,多边形要素类的每个要素的边界以内必须包含点层中至少一个点 4.boundary must be covered by:多边形线,多边形层的边界与线层重叠(线层可以有非重叠的更多要素) 5.must be covered by feature class of:多边形多边形,第一个多边形层必须被第二个完全覆盖(省与全国的关系) 6.must be covered by:多边形多边形,第一个多边形层必须把第二个完全覆盖(全国与省的关系) 7.must not overlay with:多边形多
23、边形,两个多边形层的多边形不能存在一对相互覆盖的要素 8.must cover each other:多边形多边形,两个多边形的要素必须完全重叠 9.area boundary must be covered by boundary of:多边形多边形,第一个多边形的各要素必须为第二个的一个或几个多边形完全覆盖 10.must be properly inside polygons:点多边形,点层的要素必须全部在多边形内 11.must be covered by boundary of:点多边形,点必须在多边形的边界上线topology 1.must not have dangle:线,不能
24、有悬挂节点 2.must not have pseudo-node:线,不能有伪节点 3.must not overlay:线,不能有线重合(不同要素间) 4.must not self overlay:线,一个要素不能自覆盖 5.must not intersect:线,不能有线交叉(不同要素间) 6.must not self intersect:线,不能有线自交叉 7.must not intersect or touch interrior:线,不能有相交和重叠 8.must be single part:线,一个线要素只能由一个path组成 9.must not covered wi
25、th:线线,两层线不能重叠 10.must be covered by feature class of:线线,两层线完全重叠 11.endpoint must be covered by:线点,线层中的终点必须和点层的部分(或全部)点重合 12.must be covered by boundary of:线多边形,线被多边形边界重叠 13.must be covered by endpoint of:点线,点被线终点完全重合 14.point must be covered by line:点线,点都在线上4. Geodatabase组织结构。Geodatabases中,将地理数据组织成为
26、数据对象(data objects)。这些数据对象存储于要素类(feature class)、对象类(object class)或要素集(feature datasets)中。对象类(object class)用于存储非空间信息。要素类(feature class)则存储了空间信息及其相应的属性信息,在同一个要素类中,空间要素的几何形状必须一致,比如必须都是点、线或者面。简言之,要素类是同类要素的集合。要素集(feature dataset)用于存放具有同一空间参考(spatial reference)的要素类。存放了简单要素的要素类可以存放于要素集中,也可以作为单个要素类直接存放在Geoda
27、tabase的目录下。直接存放在Geodatabase目录下的要素类也称为独立要素类(standalone feature)。存储拓扑关系的要素类必须存放到要素集中,使用要素集的目的是确保这些要素类具有统一的空间参考,以利于维护拓扑。Geodatabase支持要素类之间的逻辑完整性,体现为对复杂网络(complexnetworks)、拓扑规则和关联类等的支持。下面描述Geodatabase中的数据对象(data objects)。要素类(Feature class)要素类,可称为点、线或面类型要素的集合,同时,地图的文本信息也可用注记(annotation)要素类存储。非独立要素类,也就是相关
28、联的要素类(如参与拓扑规则或者几何网络的要素类),以要素集的形式管理到一起。栅格数据集(Raster data set)以栅格表的形式管理的单或多波段栅格数据。表(Tables)描述非空间信息的表。关联类(Relationships)关联类是一种机制:从一个表(要素类)中选择记录以后,可以在相关联的表(要素类)中可以获取到相应记录。域(Domains)列有效值的一个列表(或范围)。子类(Subtypes)将要素类中的要素进行了逻辑分组,每一个分组便是一个子类。每一个这样的都有其完整性规则和GIS行为(如高速公路,是道路要素的一个子集)。空间关系(Spatial relationships)在拓
29、扑工具(topologies)或几何网络(Geometricnetwork)中定义。拓扑规则可以指定要素类中的要素之间有何种空间关系,如地块之间不能重叠(overlap),或者多个不同要素类中的要素之间的空间关系,比如国家首都(点要素)必须位于该国家疆土(面要素)上。元数据(Metadata)数据库中的每个元素的描述文档。5. 拓扑规则简介在实际应用时,有时需要在要素之间保持某种特定的关系,比如,行政管理的范围不能相互重叠,线状道路之间不能有重叠线段,某些汽车站必须在公共交通线路上等,这些特定的空间关系可用拓扑学来描述、定义。借助Geodatabase,可规定一系列拓扑规则,在要素之间建立起空
30、间关系,还可以对这些规则(即关系)进行调整。拓扑规则有若干专用术语。相交(Intersect):线和线交叉,并且只有一点重合,该点不是结点(端点),称之相交。接触(Touch):某线段的端点和自身或其他线段有重合,称为接触。悬结点(DangleNode,Dangle):线段的端点悬空,没有和其他结点连接,这个结点(端点)称为悬结点。伪结点(PseudoNode):两个结点相互接触,连接成一个结点,称为伪结点。拓扑规则的种类可以按点、线、面(多边形)来分。5.1 点拓扑规则举例点拓扑规则一:Must becovered by boundary of,点必须在多边形边界上。例如,有一个点要素类代表
31、公共汽车站,另有一个多边形要素类代表地块,按本规则,公共汽车站必须位于地块的边界上。另一个例子是行政界碑必须落在行政区多边形的边界上。不满足该规则的点要素被标记为错误。点拓扑规则二:Must becovered by endpoint of,点要素必须位于线要素的端点上。例如,阀门为点要素,必须位于线要素类输水管的尽端。不满足该规则的点要素被标记为错误。点拓扑规则三:Point must be covered by line,点要素必须在线要素之上。例如,点要素代表河流上的航标灯,线要素代表河流,航标灯必须位于河流上。另一个例子是:汽车站(点要素类)必须在道路(线要素类)上。不满足该规则的点要
32、素被标记为错误。点拓扑规则四:Must be properly inside polygons,点要素必须在多边形要素内(在边界上不算)。比如,省行政区为多边形,省会城市为点,省会一定要在该省内。另一个例子是代表住宅地址的点必须在住宅用地多边形内。不满足该规则的点要素被标记为错误。可以看出,点要素本身不能建立拓扑规则,必须和线要素或多边形要素一起才能建立拓扑规则。修正错误的常用方法是删除或移动错误点(移动也可以理解为删除后立即添加)。5.2 多边形拓扑规则举例规则一:Must not overlap,同一多边形要素类中多边形之间不能重叠(几个多边形边界共享一个点或共享一条边不算重叠) 。例如,
33、宗地之间不能有重叠,行政区不能有重叠。重叠的部分将产生多边形错误,修正错误的方法有三种:一是删除重叠部分,留出空白;二是将重叠的部分并到某个多边形;三是在重叠部分新增多边形,并删除原来的重叠部分。 规则二:Must not have gaps,多边形之间不能有空隙。比如,规定表示土壤类型的多边形之间不能有空隙 。不满足规则的地方将产生线错误,表示空隙多边形,修正的方法是调整原来的边界,或添加新的多边形。规则三:Contain point,多边形内必须包含点要素 。例如,规定宗地内至少有一个地址点。不包含点的多边形被视为错误,修正的方法是在错误多边形内补一个点,或者将多余的多边形删除。规则四:B
34、oundary must be covered by,多边形的边界必须和线要素的线段重合。例如,交通调查小区的边界必须和道路线要素类重合。违反规则的地方产生线错误,修正的方法可以是调整线段,也可调整多边形。规则五:Must be covered by feature class of,多边形要素中的每一个多边形都被另一个要素类中的多边形覆盖。例如,城市规划区必须在若干行政区划内,工业建筑多边形必须在工业用地内。违反规则的地方产生多边形错误,修正的方法是在重叠的部分增加新的多边形或调整错误多边形。规则六:Must be covered by,每个多边形要素都要被另一个要素类中的单个多边形覆盖。例
35、如,建筑物多边形必须在宗地多边形内,不能出现跨越(规则五可以跨越)。不满足规则的地方产生多边形错误,修正的方法是调整第一类多边形,使它们不要和第二类有交叉,或者扩大第二个要素类中的某些多边形,使它们能覆盖第一类中的错误多边形。规则七:Must not overlap with,一个要素类中的多边形不能与另一个要素类中的多边形重叠。虽然和规则一相似,都是说不能重叠,但这里是指两个多边形要素类(Feature Class)之间的关系。比如,一个要素类表示湖泊,另一个要素类表示陆地,它们是相互独立的类,显然它们应该满足该规则。重叠的部分产生多边形错误,修正方法同规则一。规则八:Must cover
36、each other,两个要素类中的多边形要相互覆盖,外边界要一致。例如,土壤层范围和地质层范围应一致。违反规则的地方将产生多边形错误,修正错误的方法是在重叠不到的地方增加多边形,或者调整、删除不重叠的部分。规则九:Area boundary must be covered by boundary of,某个多边形要素类的边界线在另一个多边形要素类的边界上 。例如,县、市边界上必须有乡、镇边界,而且前者的边界必须被后者所重合。违反规则的地方将产生线错误,修正的方法是手工编辑边界。多边形不仅可以定义自身的规则,而且可以和点要素、线要素、其他多边形要素之间建立起拓扑关系。5.3 线拓扑规则举例规则
37、一:Must not have dangles,不允许线要素有悬结点,即每一条线段的端点都不能孤立,必须和本要素中其他要素或和自身相接触。例如,宗地边界线段不能有悬结点。违反规则的地方将产生点错误,修正的方法是将有悬点的线段延伸到其他要素上,或者将长出的部分截断后删除。规则二:Must not have pseudo node,不能有伪结点,即线段的端点不能仅仅是两个端点的接触点(自身首位接触是例外),例如河流 。违反规则的地方将产生点错误,修正的方法是将伪结点两边的线段合并为一个条线,伪结点自然消除。规则三:Must noto verlap,在同一要素类中,线与线不能相互重叠,例如,街道、河
38、流(附图16)。违反规则的地方产生线错误,修正的办法是将不需要的线段截断,再删除。规则四:Must not self overlap,线要素不能和自己重叠,例如,街道。违反规则的地方产生线错误,修正的方法是截断、删除重叠部分。规则五:Must not intersect,同一要素中,线与线不能相交,例如,河流、宗地边界(这里不是多边形边界,是线要素)。违反规则的地方产生线错误,修正的方法是重合处合并,相交处打断。规则六:Must not self intersect,同一要素类中,线要素不能自相交。违反规则的地方将产生线错误和点错误,修正的方法是在自相交处适当缩短或外移。规则七:Must no
39、t intersect or touch interior,线和线不能交叉,端点不能和非端点接触(非接触点部分相互重叠是允许的)。例如,铁路和铁路可以重合,但不能交叉。某铁路端点不能和其他铁路的非端点部分接触。违反规则的地方产生线错误和点错误,根据实际需要编辑、修正。规则八:Must be single part,线要素必须单独,不能相互接触、重叠。违反规则的地方产生线错误,修正的方法是将接触的地方合并,成为一个要素,或移动后分离。规则九:Must not overlap with,两个线要素类中的线段不能重叠。例如,道路和铁路不能相互重叠。违反规则的地方产生线错误,根据实际需要编辑、修正。规
40、则十:Must be covered by feature class of,某个要素类中的线段必须被另一要素类中的线段覆盖。例如,公交线路必须在道路上行驶。违反规则的地方将产生线错误,修正的方法是将错误线段删除,再重新输入正确的。规则十一:End point must be covered by,线要素的端点被点要素覆盖。例如,每一条公交线路的尽端都有终点站 。违反规则的地方将产生错误,修正的方法是增补新的点要素或调整不应该出现的线段。规则十二:Must be covered by boundary of,线要素必须被多边形要素的边界覆盖 。例如,城市的内部道路至少一侧有地块多边形边界。违反规则的地方产生线错误,修正的方法是删除错误的线,或编辑多边形。一个要素类允许设置多个拓扑规则,但是这些规则必须定义在一个拓扑类中。5.4拓扑容差拓扑容差是拓扑错误的关键因素,不同容差,错误个数也不一样,甚至在指定容差下有拓扑错误,如0.001,而容差为0.005,就没有了。拓扑容差大小与数据的要求有关,一般0.001m就可以了。6. ArcGIS拓扑处理6.1 在ArcCatalog 中创建拓扑规则(1)启动ArcCatlalog->选择一个本地目录,右键->New->Personal Geodatabase;(2)选择刚才创建的
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