GIS基础知识培训

1、部署实施组2009.2地图及地图分类地图比例尺地图投影及空间参考坐标系空间数据GIS平台软件ArcGIS平台软件体系什么是地图？地图是按照一定的法则，有选择地以二维或多维形式与手段在平面或球面上表示地球（或其他星球）若干现象的图形或图像，它具有严格的数据基础、符号系统、文字注记，并能用地图概况原则，科学地反映出自然和社会经济现象的分布特征及其相互关系。地图分类（普通地图、地形图、专题地图）1.普通地图（General Map）以同等详细程度来表示地面上主要的自然和社会经济现象的地图，能比较全面地反映出制图区域的地理特征，包括水系、地形、土质、植被、居民地、交 通网、境界线以及主要的社会经济要素

2、等。它和地形图的区别主要表现在：地图投影、分幅、比例尺和表示方法等具有一定的灵活性，表示的内容比同比例尺地形图 概括，几何精度较地形图低。2.地形图（Topographic Map）指国家几种基本比例尺（1：5千，1：1万，1：2.5万，1：5万，1：10万，1：25万，1：50万，1：100万）的全要素地图。它是 按照统一的规范和符号系统测（或编）制的，全面而详尽地表示各种地理事物，有较高的几何精度，能满足多方面用图的需要，是国家各项建设的基础资料，也是编 制其它地图的原始资料。3.专题地图（Thematic Map）是着重表示一种或几种自然或社会经济现象的地理分布，或强调表示这些现象的某一

3、方面特征的地图。专题地图的主题多种多样，服务对象也很广泛。可进一步分为自然地图和社会经济地图。地图分幅地图分幅有两种方法：矩形分幅和经纬线分幅（中国采用）。地球经纬度 地图分幅编号1.以1：100万地形图编号为基础，延伸出1：50万、1：25万、1：10万三种比例尺；2.1：10万延伸出1：5万、1：2.5万和1：1万；3.1：100万采用行列式编号，其他六种比例尺地图都是在其后增加一个或数个自然序数；4.从赤道起向两极纬差每4度为一列，将南北半球分22列，用AV表示；由经度180度起，从西向东，每经差6度为一行，将全球分60行，用数字160表示，编号采用“横列号行号”编号表示。地图分幅（续）

4、1：100万地形图的分幅和编号1：50万、1：20万、1：10万地形图的分幅和编号什么是比例尺？地图上某线段的长度与实地相应线段的水平长度之比，称为地图的比例尺。表现形式有哪些？数字比例尺（如1：2000）文字比例尺（如1毫米等效与1米）图解比例尺（如 ）比例尺分类大比例尺（1：10万）1：10万、1：5万、1：2.5万、1：1万、1：5千中比例尺（介于1：10万与1：100万之间）1：25万、1：50万小比例尺（1：100万）1：100万、1：250万、1：600万、1：2000万大地测量与地图制图的原理p大地体由大地水准面包围而成。p大地水准面是假定在重力作用下海水面静止时的平均水面，并设

5、想次面穿过大陆与岛屿，连续扩展形成处处与铅垂线成正交的闭合曲面。由于地壳内部物质密度不均匀，大地水准面也是有高低起伏的，不能用简单的数学公式表示。p地球椭球体是一个同大地体相近的可以用数学方法来表达的旋转椭球体。p确定地球表面点坐标由两部分组成，一部分是地面点在地球椭球体面上的投影位置，采用地理坐标系，另一部分是地面点至大地水准面上的垂直距离，采用高程坐标系。地图投影的概念p地图投影就是指建立地球表面上的点与投影平面上点之间的一一对应关系。地图投影的基本问题就是利用一定的数学法则把地球表面上的经纬线网表示到平面上。p由于地球椭球体表面是曲面，而地图通常是要绘制在平面图纸上，因此制图时首先要把曲

6、面展为平面，然而球面是个不可展的曲面，即把它直接展为平面时，不可能不发生破裂或褶皱。若用这种具有破裂或褶皱的平面绘制地图，显然是不实际的，所以必须采用特殊的方法将曲面展开，使其成为没有破裂或褶皱的平面。地图投影的变形p用地图投影的方法将球面展为平面，虽然可以保持图形的完整和连续，但它们与球面上的经纬线形状并不完全相似，发生了变形。p变形主要表现在长度、面积和角度上。p变形随着经度和纬度的变化，变形程度也不同。地图投影的分类1.按变形性质地图投影可以分为三类：等角投影、等积投影和任意投影。等角投影：投影前后对应的微分面积保持图形相似，故可称为正形投影；等积投影：在投影平面上任意一块面积与椭球面上

7、相应的面积相等；任意投影：定义为沿某一特定方向的距离，投影前后保持不变，即沿着该特定方向长度比为1。在等积投影上不能保持等角特性，在等角投影上不能保持等积特性；在任意投影上不能保持等角和等积的特性；等积投影的形状变形比较大，等角投影的面积变形比较大。地图投影的分类2.按照构成方法，可以把地图投影分为两大类：几何投影和非几何投影。a)几何投影几何投影是把椭球面上的经纬线网投影到几何面上，然后将几何面展为平面而得到。根据几何面的形状，可以进一步分为下述几类：方位投影、圆柱投影、圆锥投影。b)非几何投影不借助几何面，根据某些条件用数学解析法确定球面与平面之间点与点的函数关系。在这类投影中，一般按经纬

8、线形状又分为下述几类：u伪方位投影伪方位投影u伪圆柱投影伪圆柱投影u伪圆锥投影伪圆锥投影u多圆锥投影多圆锥投影伪方位投影伪方位投影：纬线为同心圆，中央经线为直线，其余的经线均为对称于中央经线的曲线，且相交于纬线的共同圆心。伪圆柱投影伪圆柱投影：纬线为平行直线，中央经线为直线，其余的经线均为对称于中央经线的曲线。伪圆锥投影伪圆锥投影：纬线为同心圆弧，中央经线为直线，其余经线均为对称于中央经线的曲线。多圆锥投影多圆锥投影：纬线为同周圆弧，其圆心均为于中央经线上，中央经线为直线，其余的经线均为对称于中央经线的曲线。3.按照投影面积与地球相割或相切分类。a)割投影割投影以平面、圆柱面或圆锥面作为投影面

9、，使投影面与球面相割，将球面上的经纬线投影到平面上、圆柱面上或圆锥面上，然后将该投影面展为平面而成。b)切投影切投影以平面、圆柱面或圆锥面作为投影面，使投影面与球面相切，将球面上的经纬线投影到平面上、圆柱面上或圆锥面上，然后将该投影面展为平面而成。中国各地地图投影a)中国全国地图投影：斜轴等面积方位投影、斜轴等角方位投影、彭纳投影、伪方位投影、正轴等面积割圆锥投影、正轴等角割圆锥投影。b)中国分省（区）地图的投影：正轴等角割圆锥投影、正轴等面积割圆锥投影、正轴等角圆柱投影、高斯-克吕格投影（宽带）。c)中国大比例尺地图的投影：多面体投影（北洋军阀时期）、等角割圆锥投影（兰勃特投影）（解放前）、

10、高斯-克吕格投影（解放以后）。高斯克吕格投影高斯克吕格投影在英美国家称为横轴墨卡托投影。美国编制世界各地军用地图和地球资源卫星象片所采用的全球横轴墨卡托投影（UTM）是横轴墨卡托投影的一种变型。高斯克吕格投影的中央经线长度比等于1，UTM投影规定中央经线长度比为0.9996。在6度带内最大长度变形不超过0.04%。高斯克吕格投影的中央经线和赤道为互相垂直的直线，其他经线均为凹向并对称于中央经线的曲线，其他纬线均为以赤道为对称轴的向两极弯曲的曲线，经纬线成直角相交。采用分带投影方法，即将投影范围的东西界加以限制，使其变形不超过一定的限度，这样把许多带结合起来，可成为整个区域的投影。高斯克吕格投影

11、的变形特征是：在同一条经线上，长度变形随纬度的降低而增大，在赤道处为最大；在同一条纬线上，长度变形随经差的增加而增大，且增大速度较快。在6度带范围内，长度最大变形不超过0.14%。高斯克吕格投影示意我国规定1：1万、1：2.5万、1：5万、1：10万、1：25万、1：50万比例尺地形图，均采用高斯克吕格投影。1：2.5至1：50万比例尺地形图采用经差6度分带，1：1万比例尺地形图采用经差3度分带。6度带是从0度子午线起，自西向东每隔经差6为一投影带，全球分为60带，各带的带号用自然序数1，2，3，60表示。即以东经0-6为第1带，其中央经线为3E，东经6-12为第2带，其中央经线为9E，其余类

12、推。3度带，是从东经1度30分的经线开始，每隔3度为一带，全球划分为120个投影带。图4-13表示出6度带与3度带的中央经线与带号的关系。在高斯克吕格投影上，规定以中央经线为X轴，赤道为Y轴，两轴的交点为坐标原点。高斯克吕格投影的分带大地坐标系大 地坐标系是以参考椭球面为基准面建立起来的坐标系。坐标用（L,B,H）表示。大地坐标系的确立需要对椭球体进行形状、大小和定位、定向，确定后的椭球称为参考椭球。大地基准面定义基准面是利用特定椭球体对特定地区地球表面的逼近，因此每个国家或地区均有各自的基准面。我们通常称谓的北京54坐标系、西安80坐标系实际上指的是我国的两个大地基准面。参考椭球与某个区域如

13、一个国家大地水准面最为密合的椭球。1.54北京坐标系新 中国成立后，很长一段时间采用1954年北京坐标系统，它与苏联1942年建立的以普尔科夫天文台为原点的大地坐标系统相联系，相应的椭球为克拉索夫斯基 椭球。到20世纪80年代初，我国已基本完成了天文大地测量，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。2.80西安坐标系1978年4月在西安召开全国天文大地网平差会议，确定重新定位，建立我国新的坐标系。为此有了1980年国家大地坐标系。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

14、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19521979年确定的黄海平均海水面（即1985国家 高程基准）。地心坐标系以地球的质心作为坐标原点的坐标系称之为地心坐标系，即要求椭球体的中心与地心重合。人造地球卫星绕地球运行时，轨道平面时时通过地球的质心，同样对于远程武器和各种宇宙飞行器的跟踪观测也是以地球的质心作为坐标系的原点，参考坐标系已不能满足精确推算轨道与跟踪观测的要求。因此建立精确的地心坐标系对于卫 星大地测量、全球性导航和地球动态研究等都具有重要意义。WGS84坐标系WGS84坐标系是一种国际上采

15、用的地心坐标系。坐标原点为地球质心，其地心空间直角坐标系的Z轴指向国际时间局（BIH）1984.0定义的协议地极 （CTP）方向，X轴指向BIH1984.0的协议子午面和CTP赤道的交点，Y轴与Z轴、X轴垂直构成右手坐标系，称为1984年世界大地坐标系。这是 一个国际协议地球参考系统（ITRS），是目前国际上统一采用的大地坐标系。2000国家大地坐标系n经国务院批准，根据中华人民共和国测绘法，我国自2008年7月1日起启用2000国家大地坐标系（简称“2000坐标系”）。n2000坐标系是全球地心坐标系在我国的具体体现，其原点为包括海洋和大气的整个地球的质量中心。2000坐标系采用的地球椭球参

16、数如下： 长半轴 a6378137m 扁率 f1/298.257222101 地心引力常数 GM3.9860044181014m3s-2 自转角速度 7.29211510-5rad s-1球面上1个经纬度弧长近似于3.14159265*2*6378137/360=111319米,约111公里；1分和1秒近似于1855米和31米。2000国家大地坐标系国家测绘局在2008年6月18日的公告中，对新旧坐标系的转换和使用作出说明：2000坐标系与现行国家大地坐标系转换、衔接的过渡期为8至10年。现有各类测绘成果，在过渡期内可沿用现行国家大地坐标系；2008年7月1日后新生产的各类测绘成果应采用200

17、0坐标系。现有地理信息系统，在过渡期内应逐步转换到2000坐标 系；2008年7月1日后新建设的地理信息系统应采用2000坐标系。空间数据特征1.属性特征：表示实际现象或特征，例如变量、级别、数量特征和名称等等；2.空间特征：又称为几何特征或定位特征，一般以坐标数据表示，例如笛卡尔坐标等；3.时间特征：指现象或物体随时间的变化，其变化的周期有超短期的、短期的、中期的、长期的等等。空间数据的基本特性空间数据类型空间特征数据（定位数据）：位置、拓扑、几何特征；时间属性数据（尺度数据）：通常以数字、符号、文本和图像等形式来表示；专题属性数据（非定位数据）：时间可以被看成一个专题特征。空间数据表示方法

18、一般地，表示地理现象的空间数据可以细分为：类型数据：类型数据：例如考古地点、道路线和土壤类型的分布等；面域数据：面域数据：例如随机多边形的中心点、行政区域界线和行政单元等；网络数据：网络数据：例如道路交点、街道和街区等；样本数据：样本数据：例如气象站、航线和野外样方的分布区等；曲面数据：曲面数据：例如高程点、等高线和等值区域；文本数据：文本数据：例如地名、河流名称和区域名称；符号数据：符号数据：例如点状符号、线状符号和面状符号（晕线）等。测量产品数据（4D）4D指的是DEM、DOM、DLG、DRG:1.数字高程模型（Digital Elevation Model 简称DEM）是在高斯投影平面上

19、规则格网点平面坐标（x,y）及其高程（z）的数据集。Dem的水平间隔可随地貌类型不同而改变。根据不同的高程精度，可分为不同等级产品2.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。3.数字线划地图（Digital Line Graphic简称DLG）是现有地形图上基础地理要素的矢量数据集，且保存要素间空间关系和相关的属性信息。4.数字栅格地图（Digital Raster G

20、raphic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。1.ArcGIS2.Intergraph3.MapInfo4.SuperMap5.MapGIS6.GeoStar1）ArcGISESRI公司（Environmental Systems Research Institute Inc.）于1969 年成立于美国加利福尼亚州的Redlands市，公司主要从事GIS工具软件的开发和GIS数据生产。2）IntergraphIntergraph公司成立于1969年，总部位于美国阿拉巴马州的汉斯维尔市，公司

21、致力于计算机辅助设计、制造以及专业制图领域的硬件软件以及服务支持。Intergraph提供的GIS产品包括专业GIS系统（MGE），桌面GIS系统（GeoMedia），以及因特网GIS系统（GeoMedia Web Map）。GeoMedia用户界面3）MapInfoMapInfo公司于1986年成立于美国特洛伊(Troy)市，成立以来，该公司一直致力于提供先进的数据可视化、信息地图化技术，其软件代表是桌面地图信息系统软件MapInfoMapInfo Professional用户界面4）SuperMapSuperMap GIS是北京超图软件股份有限公司开发的具有完全自主知识产权的大型地理信息系

22、统软件平台。包括组件式GIS开发平台、服务式GIS开发平台、嵌入式GIS开发平台、桌面GIS平台、导航应用开发平台以及相关的空间数据生产、加工和管理工具。同时也有行业应用产品，如数字国土、房产管理、设施管理等系统。SuperMap 产品线5）MapGISMapGIS是中国地质大学开发的地理信息系统软件。产品包括：平台软件、综合应用（税务、房产、石化、农业、林业、环保、邮政、大众化应用等行业应用）、数字国土、数字通信、数字城市等。MapGIS用户界面6）GeoStar武大吉奥溯源于1993年成立于武汉测绘科技大学的地理工程信息中心。吉奥产品，完整覆盖空间信息产业链的生产、管理、应用各个环节，提供

23、完整的行业应用解决方案，支持对象关系数据库管理系统，支持B/S和C/S体 系结构，采用组件技术、支持二次开发与功能扩展，在继承和兼容旧版本吉奥之星的技术特色的基础上，吉奥公司现有产品体系分为GeoStar Professional 5.2、GeoSurf5.2、GeoGlobe2.0、GDC2.0以及独立的数据处理工具等，分别服务于“数据获取更新、数据建库集成与管理、二次开发”。GeoStar用户界面主要部署框架1.桌面GIS：专业GIS应用的软件包，包括ArcReader,AcrView,ArcEditor,ArcInfo和ArcGIS扩展模块；2.服务器GIS：ArcIMS,ArcGIS Server和ArcGIS Image Server;3.移动GIS：ArcPad和ArcGIS Mobile;4.开发GIS：ArcObjects SDK, ArcE