一.ARCSIS基础(精)PPT课件.ppt

中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心基本知识20242024年年3 3月月1818日日中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心本章内容本章内容1.地理信息系统概念介绍2.GIS平台介绍3.GIS数据格式介绍4.地图比例尺，地图单位介绍和换算5.4D和3S概念介绍6.国际标准(梯形)分幅,图幅号编号的方法7.大比例尺矩形分幅图幅号编号的方法8.坐标系统介绍9.坐标变换和数据换带2中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心1、地理信息系统概念介绍 地理信息系统，简称GIS（Geographic Information System）。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）3中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心1、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7：3：14中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心2、GIS平台介绍1、国外GIS ArcGIS：lArcInfo高级的功能完善的 lArcIMS互联网数据发布系 lArcGIS Server企业级GIS lArcPad为野外应用设计的l开发的ArcEngine，Arcobjects Mapinfo：lMapinfo Professional：桌面lMapX：控件开发lMapInfo MapXtremeMapInfo MapXtreme：WebGISWebGISlMapInfo Vertical Mapper MapInfo Vertical Mapper：栅格的工具格的工具 具有3D的分析和应用5中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心ArcGIS平台6中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心2002007 7年年年年 GIS GIS 软软件全球件全球件全球件全球销销售比率售比率售比率售比率7中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心2、GIS平台介绍CADCAD和和GISGIS共同点：共同点：计算机算机图形，相似的形，相似的输入、入、输出出设备，和生成，和生成漂亮的彩色漂亮的彩色图像。同像。同GISGIS相比，相比，CADCAD较简单，这就是随着就是随着计算机算机图形学的形学的发展，它展，它发展更快的原因。展更快的原因。下面是一个下面是一个对比：比：CADCAD几何形状包含几何形状包含规则图形很多，如正方形，形很多，如正方形，圆弧和曲弧和曲线，水平水平线，垂直，垂直线，GISGIS相相对较少少在在CADCAD中，一个典型的多中，一个典型的多边形有四个形有四个顶点；在点；在GISGIS中，一个中，一个多多边形可能有上千个形可能有上千个顶点。点。在在CADCAD中，中，诸如映射、旋如映射、旋转、比例、拷、比例、拷贝之之类的操作的操作频繁地繁地被用到，在被用到，在GISGIS中不常用。中不常用。在在CADCAD中，目中，目标间的拓扑关系的拓扑关系实际上不存在；在上不存在；在GISGIS中，拓中，拓扑是主要的考扑是主要的考虑之一。之一。在在CADCAD中，中，栅格很少用；但在格很少用；但在GISGIS中，中，这是是获取地取地图库或或卫星数据的一个有效、星数据的一个有效、经济的方法。的方法。CADCAD在机械制在机械制图，建筑有很广泛的，建筑有很广泛的应用用8中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心2、GIS平台介绍国内平台：MapGIS：武汉中地产品 Super Map：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9中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心3、ArcGIS数据格式介绍10中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心3、ArcGIS数据格式介绍 File Geodatabase（File geodatabase-fgdb 是arcgis9.2推出新的是数据格式,Personal geodatabase-pgdb 具于微软access 的MDB，基于数据库oracle，sqlserver的arcsde格式geodatabase）Shape files 只有点、线、面只有geodatabase支持注记，支持拓扑、制图表达等等11中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心File Geodatabase 重点讲解是9.2才有的格式，是文件数据库支持1TB而Personal Geodatabase 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：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12中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心File Geodatabase 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File Geodatabase 中比Personal Geodatabase 和Shapefile小5070%，查询速度快20%10倍13中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心arcgis自身的数据格式和转换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=14中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心4、地图比例尺和地图单位介绍 地地图比例尺比例尺：我们通常说的1：5千，1：1万、1：25万、1：5万、1：10万、1：25万、1：50万、1：100万（以上基本比例尺地形基本比例尺地形图），还有1：500，1：1000，1：2000 比例尺有大小之分，1：500是大比例尺，1：5万是小比例尺，由于比例尺是个比值，分母越大，比例尺也越小到底什么是比例尺，最简单的讲，比例尺=图上距离/实地距离15中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心地地图比例尺和数据精度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，1：10000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16中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心地图单位介绍n长度单位1km（公里）=1000m（米，公尺）1m=1000mm（毫米），1m=100cm（厘米），1m=10dm（分米）1m=3尺，n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平方公里=100万平方米，1平方公里=1500亩17中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心地图单位介绍-特殊的单位英寸n电子世界的特殊单位（英寸英寸），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，屏幕比例计算 1英寸=96像素，打印的比例尺300dpi=1英寸=300像素（点）18中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心5、3S和4D介绍1.3S遥感技技术（Remote Senescing）RS 是一种技术不能独立使用地理信息系统（Geographical information System）-GIS 全球定位系统（Global Positioning System）-GPS 3S3S是技是技术上划分，上划分，4D4D是是对数据数据类型划分型划分19中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心遥感技技术RSRS 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。20中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心地理信息系统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。21中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心全球定位系统GPS GPS，即全球定位系统（GlobalPositioningSystem），它是一个中距离圆形轨道卫星定位系统，可以为地球表面绝大部分地区提供准确的定位和高精度的时间基准。该系统是通过太空中的24颗GPS卫星来完成的。最少需要其中3颗卫星，就能迅速确定您在地球上的位置。所能接收到的卫星数越多，译码出来的位置就越精确。在实际应用中，经常几个结合在一起 22中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心4D1.数字线划图DLG（Digital Line Graphic）2.数字正射影像图DOM（Digitial Orthophoto Map）3.数字高程模型DEM（Digital Elevation Model）4.数字栅格地图DRG（Digital Raster Graphic）1是矢量图，2是影像图，3是矢量和栅格结合，4是栅格 23中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心1、数字线划图DLG（Digital Line Graphic）数字线划地图(DLG,Digital Line Graphic)：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。24中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心2、数字正射影像图DOM 数字正射影像图(DOM,Digital Orthophoto Map)：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1：20000数据25中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心3、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。26中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心4、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。种数据格式将越来越少。27中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心6、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GBT 13989-1992 GBT 13989-1992 国家基本比例尺地形国家基本比例尺地形图分幅和分幅和编号号28中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心6.1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29中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心6.2 旧图幅号编号方法 旧旧图幅幅编号是按梯形分幅法逐号是按梯形分幅法逐级划分划分为,1100 1100 万万图幅幅编号采用国号采用国际统一一标准准,按按经差差66、纬差差44进行划分行划分,150 150 万、万、125 125 万、万、110 110 万是在万是在1100 1100 万基万基础上划分上划分的的,1 5,1 5 万、万、1 1 1 1 万是在万是在1 10 1 10 万基万基础上划分的上划分的,12.512.5万是在万是在15 15 万基万基础上划分的上划分的1 1：5 5千是在千是在1 1：1 1万的基万的基础上。上。30中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心6.3 新图幅号新图幅编号1100 万，同样采用国际统一标准,其他比例尺均以1100 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31中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心6.4，经纬度获得新，旧图幅号和相互转换32中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心7、大比例尺矩形分幅图幅号编号的方法 1:500,1，10 00,1，20 00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。1:2 000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33中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心7、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0.01k m(如:10.40-21.75),1:10 00,1:20 00地形图取至0.1 km(如10.0-21.0)34中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心7、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35中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心7、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。36中国科学院计算技术研究所教育中心中国科学院计算技术研究所教育中心7、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37