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1、地理信息系统地理信息系统-景海涛景海涛-2thlGIS 专业发展专业发展lGIS组成组成l地理空间及认知地理空间及认知lArcGIS简介简介本次课内容本次课内容用户用户软件软件硬件硬件地理地理空间空间数据数据二、地理信息系统的基本构成二、地理信息系统的基本构成数据数据（系统分析与处理的对象、构成（系统分析与处理的对象、构成系统的应用基础）系统的应用基础）硬件硬件（各种设备（各种设备- -物质基础）物质基础）软件软件（支持数据采集、存储、加工、回答用（支持数据采集、存储、加工、回答用户问题的计算机程序系统）户问题的计算机程序系统）用户用户（GISGIS服务的对象，分为一般用户和从服务的对象，分为
2、一般用户和从事建立、维护、管理和更新的高级用户）事建立、维护、管理和更新的高级用户）由于计算机的飞速发展和地理信息的由于计算机的飞速发展和地理信息的时序特征，时序特征，硬件寿命硬件寿命3-53-5年，软件（年，软件（5-155-15年），数据（年），数据（1-21-2年，年，5-705-70年不等）年不等）GIS需要不断维护、更新，所以用户要不断需要不断维护、更新，所以用户要不断进行知识更新。进行知识更新。数字化、解析测图仪、扫描仪数字化、解析测图仪、扫描仪 遥遥感处理设备等感处理设备等 计算机计算机 硬盘硬盘 光盘光盘 等存储设备等存储设备存贮存贮处理处理 打印机打印机 绘图仪绘图仪 显示终
3、端显示终端 等等 输出输出 服务器、网络适配器、传输介质、调制服务器、网络适配器、传输介质、调制解调器等网络设备。解调器等网络设备。 网络网络输入输入 功能功能硬件配置硬件配置二、地理信息系统的基本构成（硬件配置）二、地理信息系统的基本构成（硬件配置）二、地理信息系统的基本构成（软件层次）二、地理信息系统的基本构成（软件层次）GISGIS应用软件应用软件GISGIS硬件硬件操作系统操作系统GISGIS用户界面用户界面GISGIS数据库数据库数据输入数据输入数据存储与管理数据存储与管理 数据分析与处理数据分析与处理数据输出与表示数据输出与表示 用户接口用户接口地理系统主要涉及地球表层空间，简称地
4、理地理系统主要涉及地球表层空间，简称地理空间。地理空间是地球上大气圈、水圈、生物圈、空间。地理空间是地球上大气圈、水圈、生物圈、岩石圈和土壤圈交互作用的区域，地球上的许多岩石圈和土壤圈交互作用的区域，地球上的许多自然和生物现象，以及复杂的物理过程、化学过自然和生物现象，以及复杂的物理过程、化学过程、生物和生化过程大都发生在地理空间中。程、生物和生化过程大都发生在地理空间中。地理空间也是宇宙过程对地球影响最大的区地理空间也是宇宙过程对地球影响最大的区域。域。 三、地理空间与地理系统三、地理空间与地理系统测量的基准面和基准线测量的基准面和基准线大地水准面大地水准面 设想海洋处于静止平衡状态时，将它
5、延伸到大陆下面且保设想海洋处于静止平衡状态时，将它延伸到大陆下面且保持处处与铅垂线正交的包围整个地球的封闭的水准面，我们称持处处与铅垂线正交的包围整个地球的封闭的水准面，我们称它为大地水准面。它为大地水准面。 四、地理空间坐标系与地图投影四、地理空间坐标系与地图投影 本初子午线P地面OLB赤道H大地坐标系 ZXYOCIODEXDYDZD地心直角坐标系 面午子地大始起ZDBLEDOHSN地心大地坐标系 BIH定义的零子午圈1984.0地球质心XWGS-84YWGS-84CTP赤道OZWGS-84WGS-84世界大地坐标系 地球椭球体表面是不可展曲面，要将曲面上的客观事物表示在有限的平面图纸上，必
6、须经过由曲面到平面的转换。 地图投影： 在地球椭球面和平面之间建立点与点之间函数关系的数学方法，称为地图投影。 地图投影的实质地图投影的实质： 是将地球椭球面上的经纬线网按照一定的数学法则转移到平面上。x = f1(j , l ) y = f2(j , l )n高斯平面直角坐高斯平面直角坐标系标系 高斯正形投影又称横轴高斯正形投影又称横轴等角切椭圆柱投影等角切椭圆柱投影 Lambert投影 Lambert投影是正轴圆锥投影的一个特例，投影是正轴圆锥投影的一个特例，其实质是取用一圆锥面，套在地球（椭球）体上，其实质是取用一圆锥面，套在地球（椭球）体上，并将地球表面上的要素投影到圆锥面上，然后将并
7、将地球表面上的要素投影到圆锥面上，然后将圆锥面沿某一母线（正轴情况下为一经线）展开，圆锥面沿某一母线（正轴情况下为一经线）展开，便得到了该投影便得到了该投影 五、地理空间认知模型五、地理空间认知模型“空间空间”（Space）的概念在不同的学科有不同的解释。）的概念在不同的学科有不同的解释。在地理空间中存在着各种事物或现象，它们可能是物质在地理空间中存在着各种事物或现象，它们可能是物质的，也可能是非物质的。的，也可能是非物质的。地理空间实体除了空间位置特征之外，另外三个基本特地理空间实体除了空间位置特征之外，另外三个基本特征是属性特征、时间特征和空间关系。征是属性特征、时间特征和空间关系。由于地
8、理空间信息的复杂性和人们认识地理空间在观念由于地理空间信息的复杂性和人们认识地理空间在观念或方法上的不同，地理信息系统对地理空间实体的抽象或方法上的不同，地理信息系统对地理空间实体的抽象方式也存在一定的差别，或者说不同的学科或部门可能方式也存在一定的差别，或者说不同的学科或部门可能对地理空间世界按照各自的认识和思维方式来构造不同对地理空间世界按照各自的认识和思维方式来构造不同的模型。的模型。五、地理空间认知模型五、地理空间认知模型 OGC（Open Geospatial Consortium）制定了开放式地理制定了开放式地理信息系统信息系统（Open GIS）规范，以使不同的地理信息系统之间具
9、有规范，以使不同的地理信息系统之间具有良好的互操作性（良好的互操作性（Interoperation），以及在异构分布式数据库），以及在异构分布式数据库中实现信息共享。为此，首先必须建立开放的、人们共同认可的、中实现信息共享。为此，首先必须建立开放的、人们共同认可的、统一观点的地理空间认识模型。统一观点的地理空间认识模型。Open GIS规范将基本地理空间认规范将基本地理空间认识模型抽象为九个层次，识模型抽象为九个层次， 尺度世界尺度世界（度量语言）（度量语言）地理点列世界地理点列世界（坐标几何）（坐标几何）项目世界项目世界（project）地理几何地理几何特征世界特征世界地理要素地理要素世界世
10、界地理要素地理要素集合世界集合世界现实世界现实世界（基本语言）（基本语言）概念世界概念世界（自然语言）（自然语言）地理空间世界地理空间世界（GIS语言）语言）感知世界GIS工程世界湖泊河道居民地六、地理空间及其表达六、地理空间及其表达v空间实体表达空间实体表达地理空间的特征实体包括点（地理空间的特征实体包括点（Point）、线（）、线（Line）、面）、面（Polygon）、曲面（）、曲面（Surface）和体（）和体（Volume）等多种类型）等多种类型矢量表达矢量表达栅格表达栅格表达六、地理空间及其表达六、地理空间及其表达v空间实体特征空间实体特征点状实体点状实体4）角点、节点）角点、节点
11、Vertex：表示线段和弧段上的连接点。表示线段和弧段上的连接点。 1）实体点：用来代表一个实体。）实体点：用来代表一个实体。2）注记点：用于定位注记）注记点：用于定位注记。3）内点：用于负载多边形）内点：用于负载多边形的属性，存在于多边形内。的属性，存在于多边形内。v线状实体线状实体1）实体长度：从起点到终点）实体长度：从起点到终点的总长的总长2）弯曲度：用于表示像道路）弯曲度：用于表示像道路拐弯时弯曲的程度。拐弯时弯曲的程度。3）方向性：如：水流方向，）方向性：如：水流方向，上游上游下游，下游， 公路，单、双向之分。公路，单、双向之分。具有相同属性的点的轨迹，线或折线，由一系列的有序坐标表
12、示，并有具有相同属性的点的轨迹，线或折线，由一系列的有序坐标表示，并有如下特性如下特性：线状实体包括：线段，边界、链、线状实体包括：线段，边界、链、弧段、网络等。弧段、网络等。六、地理空间及其表达六、地理空间及其表达六、地理空间及其表达六、地理空间及其表达v面状实体（多边形）面状实体（多边形）面状实体的如下特征：面状实体的如下特征：1 1）面积范围面积范围 2 2）周长周长 3 3）独立性或与独立性或与其它地物相邻，如中国及其周边国家其它地物相邻，如中国及其周边国家4 4）内岛屿或锯齿状外形：内岛屿或锯齿状外形：如岛屿的海岸线封闭所围成的区域。如岛屿的海岸线封闭所围成的区域。5 5）重叠性与非
13、重叠性：）重叠性与非重叠性： 如学校的分区，菜市场的服务范围等如学校的分区，菜市场的服务范围等都有可能出现交叉重叠现象，而一个城都有可能出现交叉重叠现象，而一个城市的各个城区一般说来不会出现重叠。市的各个城区一般说来不会出现重叠。 是对湖泊、岛屿、地块等一类现象的描述。在数据库中由一封闭曲线加是对湖泊、岛屿、地块等一类现象的描述。在数据库中由一封闭曲线加内点来表示。内点来表示。六、地理空间及其表达六、地理空间及其表达遥感影像对地理空间的表述遥感影像对地理空间的表述 卫星遥感可以覆盖全球每一个角落。在获取信息时，对任卫星遥感可以覆盖全球每一个角落。在获取信息时，对任何国家和地区都不存在由于自然或
14、社会因素所造成的空白地区，何国家和地区都不存在由于自然或社会因素所造成的空白地区，并且卫星遥感资料可以及时地提供大区域内相同时相、波段、并且卫星遥感资料可以及时地提供大区域内相同时相、波段、比例尺和精度的空间信息。航空遥感可以快速获取小范围地区比例尺和精度的空间信息。航空遥感可以快速获取小范围地区的详细资料。因此，遥感技术使空间信息获取的现势性得到了的详细资料。因此，遥感技术使空间信息获取的现势性得到了很大的提高。很大的提高。遥感影像对地理空间信息的描述主要通过不同的颜色和灰遥感影像对地理空间信息的描述主要通过不同的颜色和灰度来表示。由于地物的结构、成分、分布等的不同，其反射和度来表示。由于地
15、物的结构、成分、分布等的不同，其反射和发射光谱特性也各不相同，传感器记录的各种地物在某一波段发射光谱特性也各不相同，传感器记录的各种地物在某一波段的电磁辐射反射能量也各不相同，反映在遥感影像上，则表现的电磁辐射反射能量也各不相同，反映在遥感影像上，则表现为不同的灰度信息。所以，通过遥感可以获取大量的空间地物为不同的灰度信息。所以，通过遥感可以获取大量的空间地物的特征信息。的特征信息。 地理信息的数字化表达地理信息的数字化表达六、地理空间及其表达六、地理空间及其表达 计算机对地理实体的显式描述也称栅格数据结构，计算机对地理实体的显式描述也称栅格数据结构，隐式描述也称矢量数据结构。栅格结构和矢量结
16、构是计隐式描述也称矢量数据结构。栅格结构和矢量结构是计算机描述空间实体的两种最基本的方式。算机描述空间实体的两种最基本的方式。七、七、 ArcGIS简介简介l是一个统一的地理信息系统平台是一个统一的地理信息系统平台l三个重要组成部分三个重要组成部分桌面软件：桌面软件：Desktop(一体化的高级一体化的高级GIS系统系统)数据通路数据通路: ArcSDE(管理空间数据的接口）管理空间数据的接口）网络软件：网络软件：ArcIMS（基于（基于Internet的分布式数据的分布式数据和服务和服务GIS）Desktop简介简介lDesktop是是ArcView、ArcEditor和和ArcInfo三级
17、桌面三级桌面GIS软件的总称。软件的总称。l三级软件有共用通用的结构、通用的编码三级软件有共用通用的结构、通用的编码基数、通用的扩展模块和统一的开发环境。基数、通用的扩展模块和统一的开发环境。l通过一组相同的应用环境通过一组相同的应用环境ArcMap、ArcCatalog和和ArcToolbox协调工作，完成协调工作，完成从简单到复杂的从简单到复杂的GIS分析与处理操作。分析与处理操作。 lArcView是是Desktop的低端产品，实现了核心的制图的低端产品，实现了核心的制图和和GIS功能，可以与传统的数据分析工具连接，与地功能，可以与传统的数据分析工具连接，与地图构成一个完整的分析系统。图
18、构成一个完整的分析系统。lArcEditor是是Desktop的中级产品，是一个基于的中级产品，是一个基于Windows桌面的桌面的GIS数据可视化、查询、制图、数据数据可视化、查询、制图、数据管理和编辑综合系统，集成了管理和编辑综合系统，集成了ArcView的所有功能之的所有功能之外，也能编辑外，也能编辑ArcInfo Coverage数据，以及数据，以及Personal和和Enterprise Geodatabase，具有创建和管理关系、，具有创建和管理关系、子类、网络及几何要素等功能。子类、网络及几何要素等功能。lArcInfo是是Desktop的高端产品，集成了的高端产品，集成了Arc
19、View、ArcEditor的所有功能，增加空间分析、处理功能的所有功能，增加空间分析、处理功能。图1 ArcInfo结构体系ARCArcMapARCEDITARCPLOTArcCatalogArcToolboxArcInfoArcInfo WorkstationArcInfo Desktop ArcInfo Workstation基于拓扑数据模型，实基于拓扑数据模型，实现图库现图库(Map Library) 的管理，并且具有了栅格数据的管理，并且具有了栅格数据的分析功能，支持栅格矢量一体化查询和叠加显示。的分析功能，支持栅格矢量一体化查询和叠加显示。此外，还提供了二次开发语言此外，还提供了二
20、次开发语言AML以及开放开发环以及开放开发环境境ODE，以便于用户定制自己的，以便于用户定制自己的GIS应用。应用。Workstation ArcInfo提供了最基本的提供了最基本的GIS功能，包功能，包括数据录入和编辑、投影变换、制图输出、查询分括数据录入和编辑、投影变换、制图输出、查询分析及其分析功能析及其分析功能(缓冲区分析、叠加复合分析等等缓冲区分析、叠加复合分析等等) 。 lArcInfo Desktop包括三个应用模块：包括三个应用模块：Arc Map、Arc Catalog和和Arc Toolbox。lArc Map是一个以地图为核心的模块，用于图形显示、编辑、查询、分析是一个以
21、地图为核心的模块，用于图形显示、编辑、查询、分析的复杂专业制图和编辑系统，既是一个面向对象的编辑器，又是一个完整的复杂专业制图和编辑系统，既是一个面向对象的编辑器，又是一个完整的数据表生成器。的数据表生成器。Arc Map不仅可以看成是能够完成制图和编辑任务的不仅可以看成是能够完成制图和编辑任务的ArcEdit和和ArcPlot的合并，而且是类似的合并，而且是类似CAD结构的智能化地图生成工具，结构的智能化地图生成工具，是一个使用简单、功能强大的集成应用环境。是一个使用简单、功能强大的集成应用环境。lArc Catalog是以数据为核心，用于定位、浏览和管理空间数据的模块，是以数据为核心，用于
22、定位、浏览和管理空间数据的模块，是用户规划数据库、制定和利用元数据的环境，是用户规划数据库、制定和利用元数据的环境，Arc Catalog可以创建和可以创建和管理、浏览空间数据；管理、浏览空间数据；lArc Toolbox是由常用数据分析处理功能组成的工具箱，由数据管理工具是由常用数据分析处理功能组成的工具箱，由数据管理工具集、空间分析工具集、数据转换工具集和用户自定义工具集组成，是数据集、空间分析工具集、数据转换工具集和用户自定义工具集组成，是数据转换、叠加处理、缓冲区生成和投影变换等空间数据分析的处理环境。转换、叠加处理、缓冲区生成和投影变换等空间数据分析的处理环境。 ArcMap应用基础
23、应用基础l启动启动l窗口窗口l辅助窗口辅助窗口l地图数据浏览地图数据浏览浏览要素属性表浏览要素属性表单击要素查询单击要素查询地图距离查询地图距离查询Feature:（要素）基本不可分割单位（要素）基本不可分割单位Feature Class： （要素类）相同要素聚集一起，一（要素类）相同要素聚集一起，一个要素类对应一个属性表（个要素类对应一个属性表（Table）Layer：是是Feature Class的表现形式的表现形式Table：Attribute TableData frame:数据柜架，将多个图层、表聚集在一起数据柜架，将多个图层、表聚集在一起Data Source：数据源，数据源，Ar
24、cMap直接使用的空间数据直接使用的空间数据Map Document：地图文档，有多个地图文档，有多个Data frame专用术语专用术语ArcMap加载数据加载数据l直接在新地图加载数据层：直接在新地图加载数据层：Add Datal借助借助ArcCatalog加载数据层：加载数据层：l通过已有地图加载数据层通过已有地图加载数据层将已有地图保存成图层文件，加载到将已有地图保存成图层文件，加载到 新的地图文档中新的地图文档中通过复制、粘贴完成通过复制、粘贴完成ArcMap加载数据加载数据l加载加载Auto CAD矢量数据层矢量数据层加载CAD图形数据加载CAD属性数据l加载加载ERDAS栅格数据
25、层栅格数据层加载单波段栅格数据加载多波段栅格数据l加载坐标文件：加载坐标文件：地形测量、GPS坐标文件ArcMap数据层操作数据层操作基本操作：改变数据层名称、调整数据层顺序、控制数基本操作：改变数据层名称、调整数据层顺序、控制数据层显示、复制与删除数据层据层显示、复制与删除数据层 定义及改变数据层坐标系统：定义及改变数据层坐标系统：地图文档通常是由多个图层组成，第一数据层的坐标系地图文档通常是由多个图层组成，第一数据层的坐标系统被默认为文档的坐标系统。统被默认为文档的坐标系统。无论查看还是改变坐标系统都无论查看还是改变坐标系统都 是通过地图文档（数据层）是通过地图文档（数据层）的的“属性页属
26、性页”完成完成Properties CoordinateSystem要素及其属性查询要素及其属性查询l设置可选图层设置可选图层l选择要素：单选、多选，地理对象和属性表是一一对应关系选择要素：单选、多选，地理对象和属性表是一一对应关系l条件查询：条件查询： 输入特定符号查询（输入特定符号查询（Find) 条件组合查询（条件组合查询（Open Attribute TableOptionsSelect By Attritubute） 注意字符型查询用注意字符型查询用Like而不用等号而不用等号l统计汇总统计汇总l 简单统计简单统计l 分类汇总分类汇总空间数据采集（空间数据采集（地理数据库概述、建立过
27、程地理数据库概述、建立过程）地理数据库（地理数据库（GeoDatabase）是为了更好地管理和使）是为了更好地管理和使用地理要素。而按照一定的数据模型和规则组合起来用地理要素。而按照一定的数据模型和规则组合起来的地理要素数据集（的地理要素数据集（Feature Datasets）l基本元素：基本元素：l表表l要素类要素类l要素数据集要素数据集l关系类关系类l几何网络几何网络几何网络几何网络Geometic Network地理数据库地理数据库GeoDataBase对象类对象类Table要素数据集要素数据集Feature Datasets关系类关系类表表要素类要素类Feature Classes关
28、系类关系类关系关系Relationship网络要素网络要素Network Feature 要素要素 Feature关系关系要素要素要素类要素类Feature ClassesGeodatabase数据库创建数据库创建一般过程：一般过程：nGeodatabase设计设计nGeodatabase建立建立l从头开始建立一个新的从头开始建立一个新的Geodatabasel移植已经存在数据到移植已经存在数据到Geodatabasen建立建立Geodatabase的基本组成项的基本组成项n向向Geodatabase各项加载数据项各项加载数据项n进一步定义进一步定义GeodatabaseArcCatalog创
29、建一个新的本地创建一个新的本地Geodatabase建立数据库中的基本组成建立数据库中的基本组成 项项1 建立要素数据集建立要素数据集 首先必须明确其空间参考，包括坐标系统和坐标值的范围。数据集中所有要首先必须明确其空间参考，包括坐标系统和坐标值的范围。数据集中所有要素类用相同的坐标系统有要素类的所有要素坐标必须在坐标值域范围内。素类用相同的坐标系统有要素类的所有要素坐标必须在坐标值域范围内。2 建立要素类建立要素类3 建立关系表建立关系表4 向向Geodatabase加载数据加载数据 主要支持主要支持Shapefile、Coverage、INFO表和表和dBASE、CAD、Raster等，如果已有数据不是等，如果已有数据不是上述几种格式，可以用上述几种格式，可以用ArcToolbox中的工具进中的工具进行数据格式转换。行数据格式转换。导入导入Shapefile（导入其他数据类似此操作）（导入其他数据类似此操作）