中国科学院计算机技术研究所教育中心ArcGIS培训1

基本知识

闫磊2023年12月30日本章内容地理信息系统概念介绍GIS平台介绍GIS数据格式介绍地图比例尺，地图单位介绍和换算4D和3S概念介绍国际标准(梯形)分幅,图幅号编号的方法大比例尺矩形分幅图幅号编号的方法坐标系统介绍坐标变换和数据换带21、地理信息系统概念介绍

地理信息系统，简称GIS（GeographicInformationSystem）。顾名思义，地理信息系统是处理地理信息的系统。地理信息是指直接或间接与地球上的空间位置有关的信息，又常称为空间信息。一般来说，GIS可定义为:"用于采集、存储、管理、处理、检索、分析和表达地理空间数据的计算机系统，是分析和处理海量地理数据的通用技术"。从GIS系统应用角度，可进一步定义为:"GIS由计算机系统、地理数据和用户组成，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、资源评价与管理、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，1999）31、地理信息系统概念介绍地理信息系统基础是数据，就是对数据的显示，编辑处理，分析应用，打印输出的系统。有两个基本概念:地理学与地理信息。地理学是从时间与空间角度研究地球表面发生的宏观各种自然与社会现象的产生、演化直至消亡过程及其规律的基础科学。这些地理现象的表达即是地理信息地理信息系统有一种传统的说法，数据占7，软件占3，硬件占1，比例7:3:142、GIS平台介绍1、国外GISArcGIS:ArcInfo——高级的功能完善的ArcIMS——互联网数据发布系ArcGISServer——企业级GISArcPad——为野外应用设计的开发的ArcEngine，Arcobjects

Mapinfo:MapinfoProfessional:桌面MapX:控件开发MapInfoMapXtreme:WebGISMapInfoVerticalMapper:栅格的工具具有3D的分析和应用5ArcGIS产品发展史时间ArcGIS版本号1999ArcInfo8.02001ArcGIS8.12002ArcGIS8.22003ArcGIS8.32004ArcGIS9.02005年5月21日ArcGIS9.12006年11月9日ArcGIS9.22008年10月27日ArcGIS9.36ArcGIS平台72007年GIS软件全球销售比率82、GIS平台介绍CAD和GIS共同点:计算机图形，相似的输入、输出设备，和生成漂亮的彩色图像。同GIS相比，CAD较简单，这就是随着计算机图形学的发展，它发展更快的原因。下面是一个对比:

CAD几何形状包含规则图形很多，如正方形，圆弧和曲线，水平线，垂直线，GIS相对较少

在CAD中，一个典型的多边形有四个顶点；在GIS中，一个多边形可能有上千个顶点。

在CAD中，诸如映射、旋转、比例、拷贝之类的操作频繁地被用到，在GIS中不常用。

在CAD中，目标间的拓扑关系实际上不存在；在GIS中，拓扑是主要的考虑之一。

在CAD中，栅格很少用；但在GIS中，这是获取地图库或卫星数据的一个有效、经济的方法。CAD在机械制图，建筑有很广泛的应用92、GIS平台介绍国内平台:

MapGIS:武汉中地产品SuperMap:北京超图软件股份有限公司TopMap:北京慧图信息科技有限公司做水利比较多一些103、ArcGIS数据格式介绍113、ArcGIS数据格式介绍

FileGeodatabase（Filegeodatabase-FGDB是ArcGIS9.2推出新的是数据格式,

PersonalGeodatabase-PGDB具于微软access的MDB，基于数据库oracle，sqlserver的arcsde格式geodatabase）

Shapefiles

只有点、线、面只有Geodatabase支持注记，支持拓扑、制图表达等等，Geodatabase将代替Coverage数据格式12FileGeodatabase

重点讲解是9.2才有的格式，是文件数据库支持1TB而PersonalGeodatabase只支持2G，都是桌面端所带的功能，都免费）（相对Arcsde）对平台支持:FGDB跨平台，可以支持windows,linux,Solaris,PGDB（Mdb）只支持Windows

评价:这是个非常大的亮点，使得数据可以更好的移植13FileGeodatabase

重点讲解对数据格式支持:

FGDB支持所有geodatabase的特征包括vector,raster,terrian、annotation等等存储空间FileGeodatabase中比PersonalGeodatabase和Shapefile小50~70%，数据处理，查询速度快20%~10倍，其差异最根本的原因是数据结构。14ArcGIS自身的数据格式基于文件和数据库的geodatabase，区别在于文件，有容量限制，如access的2G限制，fgdb目前是ITB，数据库geodatabase，功能是强多的，需要ArcSDE的支持，支持三级索引Shapefiles实际的dbf，查询dbf的sql语法，即=""15ArcGIS自身的数据格式查询使用类型字符串空的判断模糊查询shp单引号=’‘_(下划线）表示1位，%表示多位pgdb单双引号都可以isNull或则=”“?表示1位，*表示多位fgdb单引号=’‘_表示1位，%表示多位oracle单引号isNull而不是=null_表示1位，%表示多位Sqlserver单引号isNull_表示1位，%表示多位总结字符串一般用单引号，特殊的查询，如西南交大，应为’%西南交%大%’164、地图比例尺和地图单位介绍基本比例尺地形图:1:5千，1:1万、1:2．5万、1:5万、1:10万、1:25万、1:50万、1:100万大比例尺:1:500，1:1000，1:2000比例尺有大小之分，由于比例尺是个比值，分母越大，比例尺也越小;通常称1：1000000、1：500000、1：200000为小比例尺地形图；1：100000、1：50000和1：25000为中比例尺地形图；1：10000、1：5000、1：2000、1：1000和1：500为大比例尺地形图。地图比例尺:到底什么是比例尺，最简单的讲，比例尺=图上距离/实地距离,对于一幅挂图就是纸张和地图实际距离的比值。

17地图比例尺和数据精度所以:比例尺1:500的纸张1mm对应地图500mm，0.5m，1:1万地图:纸张1mm:1*10000=10m，10米一幅实际的实际地图实际上的数据精度，肉眼观察最小距离为0.1mm，所以:1:500的数据精度为:0.1*500=5cm，5公分1:10000数据精度为:0.1*10000=1m，1米18地图单位介绍长度单位1km（公里）=1000m（米，公尺）1m（米）=1000mm（毫米），1m=100cm（厘米）1m=10dm（分米）1m=3尺，面积单位1公顷=15亩，1公顷=1万平方米，1平方公里=100公顷，1亩=2000/3平方米1平方公里=100万平方米，1平方公里=1500亩19地图单位介绍-特殊的单位英寸电子世界的特殊单位（英寸），英寸很常见计算机屏幕，电视机等等，都是对角线长度计算的

1英寸（inch）=25.4mm，1英尺=12英寸，

1米=1000/25.4=39.37英寸屏幕比例计算

1英寸=96像素，都转换为统一单位计算（英寸）打印的比例尺300dpi=1英寸=300像素（点）205、3S和4D介绍3S遥感技术（RemoteSenescing）——RS是一种技术不能独立使用地理信息系统（GeographicalinformationSystem）-GIS

全球定位系统（GlobalPositioningSystem）-GPS3S是技术上划分，4D是对数据类型划分

21遥感技术RS一种不直接与目标物接触而感知其性质和状态的探测技术，是根据电磁波的理论，应用各种传感仪器对远距离目标所辐射和反射的电磁波信息，进行收集、处理，并最后成像，从而对地面各种景物进行探测和识别的一种综合技术。基本原理:任何物体都具有光谱特性，具体地说，它们都具有不同的吸收、反射、辐射光谱的性能。在同一光谱区各种物体反映的情况不同，同一物体对不同光谱的反映也有明显差别。即使是同一物体，在不同的时间和地点，由于太阳光照射角度不同，它们反射和吸收的光谱也各不相同。遥感技术就是根据这些原理，对物体作出判断。遥感技术通常是使用绿光、红光和红外光三种光谱波段进行探测。绿光段一般用来探测地下水、岩石和土壤的特性；红光段探测植物生长、变化及水污染等；红外段探测土地、矿产及资源。此外，还有微波段，用来探测气象云层及海底鱼群的游弋。22遥感影像的分辨率

遥感影像的分辨率是指在影像数据中一个像素代表地面的大小，通常也是人眼能识别的最小地物大小23地理信息系统GIS

是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。地理信息系统处理、管理的对象是多种地理空间实体数据及其关系，包括空间定位数据、图形数据、遥感图像数据、属性数据等，用于分析和处理在一定地理区域内分布的各种现象和过程，解决复杂的规划、决策和管理问题。

特点:GIS的物理外壳是计算机化的技术系统，GIS的操作对象是空间数据GIS的技术优势在于它的数据综合、模拟与分析评价能力GIS与测绘学和地理学有着密切的关系。

24全球定位系统GPS

GPS（GlobalPositioningSystem）是美国第二代（1989年到1996建成，当有27颗卫星，第一代1973年12月），全球卫星定位系统，由24颗（目前还有3个备用）高度约2.02万千米的卫星组成（全球覆盖率高达98％），运行周期约为11小时58分，分布在六个轨道面上（每个轨道面四颗），轨道倾角为55度。此分布使得在全球的如何地方，任何时间都可观测到四颗以上的卫星，在地面是GPS用户通过同时接受4颗以上卫星信号来计算出自己在地球上的位置（经纬度和高度）、速度和运行。这就提供了在时间上的连续的全球导航功能。

25全球定位系统GPS

GPS主要包括3部分的设备：地面控制中心；导航卫星和GPS接收装置。GPS主控制站在美国科罗拉多，负责全权控制，另外的三个地面天线，五个监测站，分布在全球。主要是收集数据、计算导航信息、诊断系统状态、调度卫星这些杂事。太空中共有27颗GPS卫星，距离地面20200公里。27颗卫星有24颗运行、3颗备用。这些卫星已经更新了三代五种型号。目前民用GPS数据精度为10米，军用为1米。26总结

目前上3S的研究和应用开始向集成化方向发展。这种集成应用中，GPS主要用于实时、快速地提供目标的空间位置；RS用于实时提供目标及其环境的信息、发现地球表面的各种变化，及时对GIS数据进行更新；GIS则是对多种来源的时空数据进行综合处理、集成管理和动态存取，作为新的集成系统的基础平台，并为智能化数据采集提供地学知识。274D数字线划图DLG（DigitalLineGraphic）数字正射影像图DOM（DigitialOrthophotoMap）数字高程模型DEM（DigitalElevationModel）数字栅格地图DRG（DigitalRasterGraphic）1是矢量图，2是影像图，3，4是栅格

281、数字线划图DLG（DigitalLineGraphic）

数字线划地图(DLG,DigitalLineGraphic):是与现有线划基本一致的各地图要素的矢量数据集，且保存各要素间的空间关系和相关的属性信息。

内容包括行政界线、地名、水系及水利设施工程、交通网和地图数学基础（高斯坐标系和地理坐标系）。数字线划地图是满足地理信息分析要求的数据结构，可视为带有智能的数据集，不但含有几何数据，还有社会人文信息。292、数字正射影像图DOM

数字正射影像图(DOM,DigitalOrthophotoMap):是对航空(或航天)像片（卫片、航片）进行数字微分纠正和镶嵌，按一定图幅范围裁剪生成的数字正射影像集。它是同时具有地图几何精度和影像特征的图像。目前的Spot5是法国卫星2001年底发射升空，2002年初正式运营，分辨率最高可达2.5米。可以用来做1:10000的数据QuickBird（快鸟）:2001年10月由美国DigitalGlobe公司发射卫星，最大分辨率0.61米，可以用来做1:2000数据302、数字正射影像图DOM-航片

航片就是航空像片，航空像片又称航摄像片。泛指用航空摄影装置拍摄的各类遥感像片。

航空像片一般分辨率较高，影像清晰而且细致，反映的地物也较丰富，比较容易判读。但是航片获取成本也较高，而且它属于中心投影，校正处理比较复杂。一般在局部范围和制作大比例尺时使用。

与航空像片相比，卫片的突出优点是:宏观性强、覆盖面积大；多时相重复，资料更新快，现势性强；以多波段方式观测，可反映地物光谱特征；观测平台高，几何畸变小，在计算机图像几何精纠正之后制作的卫片，一般专业用图可不经纠正直接成图；大多数卫片可公开发售，无保密性，易于购买使用，同时价格相对低廉，一般相同面积区域的卫片成本不到航片的十分之一。313、数字高程模型DEM

它是用一组有序数值阵列形式表示地面高程的一种实体地面模型，是数字地形模型（DTM）的一个分支。一般认为，DTM是描述包括高程在内的各种地貌因子，如坡度、坡向、坡度变化率等因子在内的线性和非线性组合的空间分布，其中DEM是零阶单纯的单项数字地貌模型，其他如坡度、坡向及坡度变化率等地貌特性可在DEM的基础上派生。建立DEM的方法有多种。从数据源及采集方式讲有:（1）直接从地面测量,例如用GPS、全站仪、野外测量等；（2）根据航空或航天影像，通过摄影测量途径获取，如立体坐标仪观测及空三加密法、解析测图、数字摄影测量等等；（3）从现有地形图上采集，如格网读点法、数字化仪手扶跟踪及扫描仪半自动采集然后通过内插生成DEM等方法。324、数字栅格地图DRG

是根据现有纸质、胶片等地形图经扫描和几何纠正及色彩校正后，形成在内容、几何精度和色彩上与地形图保持一致的栅格数据集。这种数据格式将越来越少。336、国际标准(梯形)分幅,图幅号编号的方法是指:从1:100万到1:5千比例尺，编号方法有新图幅和旧图幅号新图幅号是1992颁布的GBT13989-1992国家基本比例尺地形图分幅和编号346.1各比例尺图幅的经纬差、行列数和图幅数成简单的倍数关系356.2旧图幅号编号方法

旧图幅编号是按梯形分幅法逐级划分为,1:100万图幅编号采用国际统一标准,按经差6°、纬差4°进行划分,1:50万、1:25万、1:10万是在1∶100万基础上划分的,1:5万、1:1万是在1:10万基础上划分的,1:2.5万是在1:5万基础上划分的1:5千是在1:1万的基础上。366.3新图幅号

新图幅编号1∶100万，同样采用国际统一标准,其他比例尺均以1∶100万图幅为基础,按规定的经差和纬差划分行列进行编号。按照统一的公式计算(具体见第7页）376.4经纬度获得新，旧图幅号和相互转换387、大比例尺矩形分幅图幅号编号的方法

1:500,1，1000,1，2000地形图一般采用50*50cm正方形分幅或40*50cm矩形分幅，根据需要也可用其它规格的分幅。1:2000地形图也可采用经纬度统一分幅。地形图编号一般采用图廓西南角坐标公里数编号法，也可选用流水编号法或行列编号法等

397、大比例尺矩形分幅图幅号编号的方法一、采用图幅西南角坐标公里数编号时X坐标在前，Y坐标在后，中间短横线连接，1，500地形图取至0.01km(如:10.40-21.75),1:1000,1:2000地形图取至0.1km(如10.0--21.0)407、大比例尺矩形分幅图幅号编号的方法二、带状测区或小面积测区，可按测区统一顺序进行编号，一般从左到右·从上到F用阿拉伯数字1.2.3.4.---编定417、大比例尺矩形分幅图幅号编号的方法三、行列编号法一般以代号(如:A,B,C,)1...)的横行.由上到下排列，以阿拉伯数字为代号的纵列，从左到右排列来编定的，以先行后列，采用国家统一坐标系时，图廓问的公里数根据需要加注带号和百公里数。427、大比例尺矩形分幅图幅号编号的方法1:2000是4幅1:1000，16幅1:500的438、坐标系统介绍1.ArcGIS的坐标，投影文件的含义

一、ArcGIS中坐标系统两种:地理空间坐标系与投影坐标系（平面直角坐标）

地理空间坐标系（Geographiccoordinatesystem），使用基于经纬度坐标描述地球上某一点所处的位置。某一个地理坐标系是基于一个基准面来定义的。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；也称球面坐标。如WGS1984（GPS点），Xian1980.prjBeijing1954.prj。44ArcGIS的坐标，投影文件的含义投影坐标系统（Projectioncoordinatesystem）使用基于X,Y值的坐标系统来描述地球上某个点所处的位置。这个坐标系是从地球的近似椭球体投影得到的，它对应于某个地理坐标系。平面坐标系统地图单位通常为米，也称非地球投影坐标系统（notearth），或者是平面直角坐标。投影坐标系由以下两项参数确定:地理坐标系（由基准面确定，比如:北京54、西安80、WGS84）投影方法（比如高斯－克吕格、Lambert投影、Mercator投影）坐标是GIS数据的骨骼框架，能够将我们的数据定位到相应的位置，为地图中的每一点提供准确的坐标，对地理坐标系坐标0~36045平面坐标范围，以标准分幅为例平面坐标:坐标X，Y（在ArcGIS中），X在前，Y在后,X坐标不加带号，是六位，加带号是八位,Y是七位468.2、北京54坐标系、西安80坐标系、WGS84的区别

北京54坐标系与西安80坐标系都是以Gauss_Kruger为基础，经局部平差后产生的坐标系北京54坐标系:1954建立原点不在北京而是在前苏联的普尔科沃西安80坐标系:也称国家大地坐标系，1980年，原点在西安附近GPS系统所采用的是1984年世界大地坐标系(WordGeodeticSystem1984即WGS-84)。WGS-84坐标系是美国国防部研制确定的大地坐标系。原点是地球的质心，以经纬度为单位存储478.2、北京54坐标系、西安80坐标系、WGS84的区别

北京54:长半轴a=6378245m:短半轴b=6356863m扁率f=1/298.3西安80:长半轴a=6378140m;短半轴b=6356755m扁率f=1/298.25WGS-84:长半轴a=6378137m;短半轴b=6356752.314m扁率f=1/298.25是经纬度坐标系统注:扁率:f=（a-b）/a

由于长、短半轴不一样，西安80坐标系与北京54坐标系转换是不严密不存在统一的公式地球上同一点，各个坐标系的经纬度是不一样的WGS只有经纬度坐标系488.3、3度，6度分带含义分度方法:有3度和6度分带法

6°分带法:从格林威治零度经线起，每6°分为一个投影带，全球共分为60个投影带，东半球从东经0°-6°为第一带，中央经线为3°，9°，15°，依此类推，投影带号为1-30。其投影带号n和中央经线经度L0的计算公式为:L0=(6n-3)；西半球投影带从180°回算到0°，编号为31-60，投影代号n和中央经线经度L0的计算公式L0=360-(6n-3)°。498.3、3度，6度分带含义3°分带法:从东经1°30′起，每3°为一带，将全球划分为120个投影带，东经1°30′-4°30′，...178°30′-西经178°30′，...1°30′-东经1°30′。东半球有60个投影带，编号1-60，各带中央经线计算公式:L0=3n,中央经线为3°、6°...180°。西半球有60个投影带，编号1-60，各带中央经线计算公式:L0=360°-3°n,中央经线为西经177°、...3°、0°50带号和中央经线的计算公式1、3度带中央经线L0=3*n带号n:=L0/32、6度带中央经线经度L0的计算公式为:L0=(6n-3)带号n:=(L0+3)/6总之：中央经线和带号只和经线有关，与纬度纬度，经度在地球上表现为东西方向。51由经线(X)反算最近带号1、3度带

以中央经线正负1.5度N=Int（(X+1.50)/3)2、6度带是以中央经线正负3度N=Int(X/6)+152中国经纬度范围中国经纬度范围最东端东经135度2分30秒黑龙江和乌苏里江交汇处最西端东经73度40分帕米尔高原乌兹别里山口（乌恰县）最南端北纬3度52分南沙群岛曾母暗沙最北端北纬53度33分漠河以北黑龙江主航道（漠河县）2日本朝鲜韩国经度为73~135，3度为25带-45带，6度带13（对应中央经线为75度）-23（对应中央经线为135度）纬度为3度-53度53分带范围543度分带、6度分带对应平面XY规定

在GIS系统中如北京54，西安80，采用6度或3度分带的高斯-克吕格投影。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加500公里（向东平移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37即为带号，同样所定义的偏移值也需要加上带号，如37带的偏移值为37500000米。xy558.4ArcGIS坐标系统文件说明-北京54在CoordinateSystems\ProjectedCoordinateSystems\GaussKruger\Beijing1954目录中，我们可以看到四种不同的命名方式:

Beijing1954３DegreeGKCM102E.prjBeijing1954３DegreeGKZone34.prjBeijing1954GKZone16.prjBeijing1954GKZone16N.prj说明如下:3度分带法的北京54坐标系，中央经线在东102度的分带坐标，横坐标前不带加号3度分带法的北京54坐标系，34分带，中央经线在东102度的分带坐标，横坐标前加带号，分带确定，中央经线就确定166度分带法的北京54坐标系，分带号为16，横坐标前加带号16N6度分带法的北京54坐标系，分带号为16，横坐标前不加带号记忆方式:3度分带，前有3.568.4ArcGIS坐标系统文件说明-西安80在CoordinateSystems\ProjectedCoordinateSystems\GaussKruger\xian1980目录中，我们可以看到四种不同的命名方式:

Xian19803DegreeGKCM102E.prjXian19803DegreeGKZone34.prjXian1980GKCM117E.prjXian1980GKZone17.prj3度分带法的西安80坐标系，中央经线在东102度的分带坐标，横坐标前不带加号3度分带法的西安80坐标系，34分带，中央经线在东102度的分带坐标，横坐标前加带号117E6度分带法的西安80坐标系，分带号为20，中央经线117，横坐标前不加带号17度分带法的西安80坐标系，分带号为17，中央经线99，横坐标前加带号记忆方式:3度分带，前有3，578.5定义坐标系有三种方法1、ArcCatalog右键属性（properties）中xycoord，select是自己选择一个坐标系统，import是按另一个文件设置本文件2、ArcToolboxDataManagementTools->projectionsandtransformation->DefineProjection3、批量定义坐标系统BatchDefineCoordinateSystem58地理坐标系:GCS_WGS_1984，GCS_Xian_1980GCS_Beijing_1954都是以GCS开头投影坐标系:和坐标系的文件一致，详细部分，detail有向东偏移量，500公里，是不加带号，大于500公里，前两位为带号8.6查看已有的坐标系统59坐标定义并观察1、西安80，带号33，加带号2、西安80，带号33，不加带号注意上面name和detail不同60打开坐标定义错误1，坐标定义错误2在arcmap中加载地图，出现右图的错误，如何解决？？619、坐标变换和数据换带坐标变换分地理变换和投影变换地理变换:一种在地理坐标系（基准面）间转换数据的方法，当将矢量数据从一个坐标系统变换到另一个坐标系统下时，如果矢量数据的变换涉及基准面的改变时，需