GIS培训课程课件

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,GIS基础知识,GIS基础知识,什么是GIS？,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 va

2、lue in creating common spatial data handling and processing systems” (Goodchild, 1995),GIS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）,什么是GIS？,GIS基础知识,GIS系统的组成,GIS基础知识,主要概念,空间参考,三大要素,椭球体(Ellipsoid) 大地基准（Datum

3、） 地图投影(Projection),空间参考,椭球体,地球是个椭球体,空间参考,高程,空间参考,地理坐标系,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。,空间参考,地理坐标系,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,空间参考,地图投影,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

4、地球椭球面上的点的地理坐标（，）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。,空间参考,地图投影的变形,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)。,空间参考,我国常用地图投影,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,空间参考,高斯克吕格投影,横轴等角切椭圆柱投影 其原

5、理是： 假设用一空心椭圆柱横套在地球椭球体上，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。,空间参考,高斯克吕格投影,高斯-克吕格投影原理图,空间参考,高斯投影分带,为了控制变形，采用分带投影的办法，规定12.5万150万地形图采用6分带；11万及更大比例尺地形图采用3分带，以保证必要的精度。,6分带法：从

6、格林威治0经线起，自西向东按经差每6为一投影带，全球共分为60个投影带，我国位于东经72136之间，共包括11个投影带，即1323带，各带的中央经线分别为75，81，135。 3分带法：从东经130算起，自西向东按经差每3为一投影带，全球共分为120个投影带，我国位于2446带，各带的中央经线分别为72，75，78，135。,空间参考,高斯投影分带,空间参考,常用坐标系及转换,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,空间参考,高程基准,空间参考,北京54坐标

7、系,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，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,空间参考,北京54坐标系,建国初期，为

8、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，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,空间参考,西安80坐标系,1980年国家大地坐标系采用

9、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）。,地图,符号,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）。,地图,点符号,

10、地图,线符号,地图,面符号,地图,注记,地图,比例尺,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,地图,图例,数据采集,测绘,大地测量 工程测量 GPS或北斗,数据采集,测绘,摄影测量与遥感 扫描矢量化,数据采集,GIS与3S,3S,Remote Sensing,Global Positioning System,Geographic Information System,数据组织形

11、式,空间数据,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,数据组织形式,空间信息,数据组织形式,信息工程意义上的GIS,空间数据,属性数据,数据组织形式,数据与信息,数据,信息,加工处理,数据组织形式,数据表达形式,矢量数据 栅格数据 TIN数据,现实世界的多重表达方式,GIS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

12、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 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。,4D数据库,GIS多源数据,DLG数据,GIS多源数据,DRG数据,GIS多源数据,DEM数据,GIS多源数据,DO

13、M数据,GIS多源数据,DOM与DEM的叠加,GIS多源数据,矢量数据与栅格数据,栅格数据格网,真实世界,矢量数据点、线、面,GIS多源数据,矢量数据与栅格数据,GIS多源数据,矢量数据,点数据。 线数据。 面数据,用于模拟自然界中不连续的现象,GIS多源数据,栅格数据,用于模拟自然界中连续的现象,GIS多源数据,栅格数据,栅格结构是简 单的空间数据 结构，是将地 球表面划分为 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。,GIS多源数据,栅格数据的编码形式,1、直接栅格编码 将栅格数据看作一个数据矩阵，逐行（或逐列）逐个记录代码，

14、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。,GIS多源数据,栅格数据的编码形式,2、游程编码方案：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(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) (0,3) (8,5) (0,4) (8,4) (0,5) (8,3) 按列编码(4464) (0,1) (4,2)

15、(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),GIS多源数据,DEM,不规则三角网（TIN）,2,4,3,1,5,A,B,C,G,D,E,H,F,GIS多源数据,拓扑关系,瑞士数学家(Leonhard Euler)提出(1736)的一个数学的分支。 1960年代末期，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

16、空间关系。,GIS多源数据,拓扑关系,空间数据的组成-空间关系 拓扑关系（点线面之间的关系） 1）点点关系 2）点线关系 3）点面关系 4）线线关系 5）线面关系 6）面面关系,GIS多源数据,空间关系,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。,对于GIS而言，区别它与其它IT系统或 信息系统的最本质区别应该是它的空间 分析功能！,空间分析,空间查询,由空间查询 某个点落在哪个多边形内 与某

17、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,空间分析,缓冲区分析,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,空间分析,叠加分析,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。,点、线、面状图的叠加 矢量与栅格图层的叠加 专题地图与数字高程模型（DEM）叠加显示立体图,空间分析,叠加分析,影像与地形套合,飞行模拟,叠加分析示例： 3D飞行模拟制作,空间分析,网络分析,目的是研究、筹划一项网络（交通网

18、络、电线、地下管线等）工程如何安排，并使其运行效果最好,最佳路径分析 最短路径 最低耗费路径 动态最佳路径分析 资源分配 消防站点分布 求援区划分 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,空间分析,适应性分析,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,GIS衍生技术,LBS WebGIS 移动GIS AM/FM GIS PGIS,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 北京大学遥感所,GIS应用软件,国外GIS软件,ESRI ArcGIS Interg

19、raph GeoMedia MapInfo MapInfo Autodesk MapGuide GE SmallWorld Siemens SiCAD,GIS应用软件,ArcGIS,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 ）、服务器GIS（ArcGIS Server、A

20、rcims）、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）；,GIS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ArcGIS,“The application of GIS is limited only by the imagination of those who use it” Jack Dangermond ESRI President,GIS应用软件,国内GIS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 GeoWay,GIS应用软件,MapGIS,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。,GIS应用软件,应用行业,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,