GIS基本知识及常用操作.doc

GIS基本知识1 关于坐标系和投影1、椭球体GIS中的坐标系定义由基准面和地图投影两组参数确定，而基准面的定义则由特定椭球体及其对应的转换参数确定。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。基准面是在椭球体基础上建立的，椭球体可以对应多个基准面，而基准面只能对应一个椭球体。椭球体的几何定义： O是椭球中心，NS为旋转轴，a为长半轴b为短半轴。 子午圈：包含旋转轴的平面与椭球面相截所得的椭圆。 纬圈：垂直于旋转轴的平面与椭球面相截所得的圆，也叫平行圈。 赤道：通过椭球中心的平行圈。 基本几何参数： 椭圆的扁率 椭圆的第一偏心率 椭圆的第二偏心率几种常见的椭球体参数值克拉索夫斯基椭球体1975年国际椭球体WGS-84椭球体a6378245.0000000000(m)6378140.0000000000(m)6378137.0000000000(m)b6356863.0187730473(m)6356755.2881575287(m)6356752.3142(m)c6399698.9017827110(m)6399596.6519880105(m)6399593.6258(m)1/298.31/298.2571/298.257 223 563e20.0066934216229660.0066943849995880.0066943799013e20.0067385254146830.0067395018194730.006739496742272、地图投影地球是一个球体，球面上的位置是以经纬度来表示，我们把它称为“球面坐标系统”或“地理坐标系统”。在球面上计算角度距离十分麻烦，而且地图是印刷在平面纸张上，要将球面上的物体画到紙上，就必须展平，这种将球面转化为平面的过程，称为“投影”。经由投影的过程，把球面坐标换算为平面直角坐标，便于印刷与计算角度与距离。由于球面无法百分之百展为平面而不变形，所以除了地球仪外，所有地图都有某些程度的变形，有些可保持面积不变，有些可保持方位不变，视其用途而定。目前国际间普遍采用的一种投影，是即横轴墨卡托投影(Transverse Mecator Projection)，又称为高斯-克吕格投影(Gauss-Kruger Projection)，在小范围内保持形状不变，对于各种应用较为方便。我们可以想象成将一个圆柱体橫躺，套在地球外面，再将地表投影到这个圆柱上，然后将圆柱体展开成平面。圆柱与地球沿南北经线方向相切，我们将这条切线称为“中央经线”。在中央经线上，投影面与地球完全密合，因此图形没有变形；由中央经线往東西两侧延伸，地表图形会被逐渐放大，变形也会越来越严重。为了保持投影精度在可接受范围内，每次只能取中央经线两侧附近地区来用，因此必须切割为许多投影带。就像将地球沿南北子午线方向，如切西瓜一般，切割为若干带状，再展成平面。目前世界各国军用地图所采用的UTM坐标系统(Universal Transverse Mecator Projection System)，即为横轴投影的一种。是将地球沿子午线方向，每隔6度切割为一带，全球共切割为60个投影带。3、GIS中地图投影的定义 我国的基本比例尺地形图1:5千、1:1万、1:2.5万、1:5万、1:10万、1:25万、1:50万、1:100万中，大于等于50万的均采用高斯克吕格投影Gauss-Kruger；小于50万的地形图采用正轴等角割园锥投影，又叫兰勃特投影Lambert Conformal Conic；海上小于50万的地形图多用正轴等角园柱投影，又叫墨卡托投影（Mercator），我国的GIS系统中应该采用与我国基本比例尺地形图系列一致的地图投影系统。相应高斯-克吕格投影、兰勃特投影、墨卡托投影需要定义的坐标系参数序列如下：高斯克吕格：投影代号(Type)，基准面(Datum)，单位(Unit)，中央经度(Origin Longitude)，原点纬度(Origin Latitude)，比例系数(Scale Factor)，东伪偏移(False Easting)，北纬偏移(False Northing)。兰勃特：投影代号(Type)，基准面(Datum)，单位(Unit)，中央经度(Origin Longitude)，原点纬度(Origin Latitude)， 标准纬度1(Standard Parallel One)，标准纬度2(Standard Parallel Two)， 东伪偏移(False Easting)，北纬偏移(False Northing)墨卡托：投影代号(Type)，基准面(Datum)，单位(Unit)， 原点经度(Origin Longitude)，原点纬度(Origin Latitude)， 标准纬度(Standard Parallel One)高斯克吕格投影以6度或3度分带，每一个分带构成一个独立的平面直角坐标网，投影带中央经线投影后的直线为X轴（纵轴，纬度方向），赤道投影后为Y轴（横轴，经度方向），为了防止经度方向的坐标出现负值，规定每带的中央经线西移500公里，即东伪偏移值为500公里，由于高斯-克吕格投影每一个投影带的坐标都是对本带坐标原点的相对值，所以各带的坐标完全相同，因此规定在横轴坐标前加上带号，如(4231898,21655933)其中21即为带号，同样所定义的东伪偏移值也需要加上带号，如21带的东伪偏移值为21500000米。假如你的工作区位于21带，即经度在120度至126度范围，该带的中央经度为123度，采用Pulkovo 1942基准面，那么定义6度分带的高斯-克吕格投影坐标系参数为：(8，1001，7，123，0，1，21500000，0)。4、大地坐标系有了椭球体以及地图投影，坐标系就能确定下来了。北京54和西安80是我们使用最多的坐标系。我们通常称谓的北京54坐标系、西安80坐标系实际上使用的是我国的两个大地基准面北京54基准面和西安80基准面。我国参照前苏联从1953年起采用克拉索夫斯基（Krassovsky）椭球体建立了我国的北京54坐标系，1978年采用国际大地测量协会推荐的1975地球椭球体建立了我国新的大地坐标系西安80坐标系，目前大地测量基本上仍以北京54坐标系作为参照，北京54与西安80坐标之间的转换可查阅国家测绘局公布的对照表。 WGS84坐标系采用WGS1984基准面及WGS84椭球体，它是一地心坐标系，即以地心作为椭球体中心，目前GPS测量数据多以WGS1984为基准。 北京54坐标系： 北京54坐标系为参心大地坐标系，大地上的一点可用经度L54、纬度M54和大地高H54定位，它是以格拉索夫斯基椭球为基础，经局部平差后产生的坐标系，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。 西安80坐标系： 西安80是为了进行全国天文大地网整体平差而建立的。根据椭球定位的基本原理，在建立西安80坐标系时有以下先决条件： （1）大地原点在我国中部，具体地点是陕西省径阳县永乐镇； （2）西安80坐标系是参心坐标系，椭球短轴Z轴平行于地球质心指向地极原点方向，大地起始子午面平行于格林尼治平均天文台子午面；X轴在大地起始子午面内与 Z轴垂直指向经度0方向；Y轴与 Z、X轴成右手坐标系； （3）椭球参数采用IUG 1975年大会推荐的参数，因而可得西安80椭球两个最常用的几何参数为： 长轴：63781405（m） 扁率：1：298.257椭球定位时按我国范围内高程异常值平方和最小为原则求解参数。 （4）多点定位； （5）大地高程以1956年青岛验潮站求出的黄海平均水面为基准。 WGS84（World Geodetic System，1984年）坐标系：是美国国防部研制确定的大地坐标系，其坐标系的几何定义是：原点在地球质心，z轴指向 BIH 1984.0定义的协议地球极（CTP）方向，X轴指向 BIH 1984.0 的零子午面和 CTP赤道的交点。Y轴与 Z、X轴构成右手坐标系。 WGS-84椭球及有关常数：对应于 WGS-8大地坐标系有一个WGS-84椭球，其常数采用 IUGG第17届大会大地测量常数的推荐值。 WGS-84椭球的几何常数： 长半轴：6378137 2（m） 扁率：1 / 298.257223563 地球引力常数（含大气层）GM3986005 正常化二阶带谐系数C2.0-484.1668510-6 地球自转角速度 w729211510-11 rads -1 主要几何和物理常数 短半径 b6356752.3142m 扁率 f1/298.257223563 第一偏心率平方 e20.00669437999013 第二偏心率平方 e2 0.006739496742227 橢球正常重力位 U062636860.8497m2s-2 赤道正常重力 r09.9703267714ms-22 将无坐标系和投影的地图进行投影一般从网上下载的地图都是undefined，加载进ArcMap后，若值符合经纬度坐标，就自动显示单位为Decimal Degrees。此时，若需进行投影，一般分两步：（1）定义基准面和椭球体在ArcCatalog中，选中文件，右击，打开Properties，点击New，选择Geographical Coordinate System，再次，对地图的基准面进行选择，即选椭球，可选克拉索夫斯基椭球或是WGS-84椭球体。并对下面的Angular unit和Prime Meridian 进