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1、上次课主要内容上次课主要内容数据数据Data地理空间数据地理空间数据Geo_Spatial Data)信信 息息Information地理信息地理信息Geographic Information系系 统统System信息系统信息系统Information System地理信息系统地理信息系统Geographic Information SystemlGIS 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地理信息地理信息 IT 产业主流产业主流1、国际、国际1960年，加拿大测量学家年，加拿大测量学家Roger F.Tomlinson提出
2、，创建第一个系统（提出，创建第一个系统（CGIS），之后全球快速），之后全球快速发展发展2004.01 Nature杂志发表文章将以遥感与杂志发表文章将以遥感与GIS为基础的为基础的Geo-technology、纳米技术、生物技术、纳米技术、生物技术作为最新出现的、最具发展前景的三大技术。作为最新出现的、最具发展前景的三大技术。一、一、GIS专业的发展专业的发展地理信息地理信息 IT 产业主流产业主流一、一、GIS专业的发展专业的发展2 国内70年代年代GIS技术在我国开始发展技术在我国开始发展90年代专业调整，出现年代专业调整，出现GIS专业专业近年来，随着近年来，随着GIS技术的快速发展，
3、社会对技术的快速发展，社会对GIS人才的需求量快速增长，人才的需求量快速增长，GIS专业在很专业在很多院校都如雨后春笋般地发展起来多院校都如雨后春笋般地发展起来权威权威地理信息地理信息 IT 产业主流产业主流3 专业背景专业背景分设在分设在地理学地理学和和测绘学测绘学两个两个一级学科下的二级学科一级学科下的二级学科。由于由于GIS与计算机技术关系与计算机技术关系密切，一些密切，一些计算机计算机专业人专业人员也从事员也从事GIS的研究与应用，的研究与应用，并开始培养并开始培养GIS人才。人才。计算机科学背景 地理学背景 测绘学背景 地理信息地理信息 IT 产业主流产业主流GIS专业的社会需求专业
4、的社会需求GIS应用图式最初应用范围资源管理土地规划拓展应用范围商业国防电信教育工程环境政府卫生资源交通 融扎实的融扎实的GIS基本技能与迫切的基本技能与迫切的GIS求知、求知、创新欲望于一体。创新欲望于一体。专业素质专业素质 学科交叉融合学科交叉融合融厚实的数理、空间知识基础与精湛的融厚实的数理、空间知识基础与精湛的GIS专专业知识于一体业知识于一体融融GIS研究、技术开发本领与研究、技术开发本领与GIS项目管理能项目管理能力于一体。力于一体。GIS专业人才的道德品质也应作为人才素质特专业人才的道德品质也应作为人才素质特征的重要指标。征的重要指标。GIS专业人才的基本知识结构专业人才的基本知
5、识结构数理基础和空间基础专业知识及基本技能应用背景与应用领域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
6、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）年），数据（，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，所以用户要不断进行知需要不断维护、更新，所以用户要不断进行知识更新。识更新。数数字字化化、解解析析测测图图仪仪、扫扫描描仪仪 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 显示终端显示终端 等等 输出输出 服服务务器器、网网络络适适配配器器、传传输输介介质质、调调制制解调器等网络设备。
7、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
8、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 设设想想海海洋洋处处于于静静止止平平衡衡状状态态时时，将将它它延延伸伸到到大大陆陆下下面面且且保保持持处处处处与与铅铅垂垂线线正正交交的的包包围围整整
9、个个地地球球的的封封闭闭的的水水准准面面，我我们们称称它为大地水准面。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 大地坐标系 地心直角坐标系 地心大地坐标系 WGS-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。地地图投投影影的的实质：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)地图投影的意义地图投影的意义n高高斯斯平平面面直直角角坐坐标系标系 高斯正形投影又称横
10、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。在在地地理理空空间间中中存存
11、在在着着各各种种事事物物或或现现象象，它它们们可可能能是是物物质质的，也可能是非物质的。的，也可能是非物质的。地地理理空空间间实实体体除除了了空空间间位位置置特特征征之之外外，另另外外三三个个基基本本特特征是属性特征、时间特征和空间关系。征是属性特征、时间特征和空间关系。由由于于地地理理空空间间信信息息的的复复杂杂性性和和人人们们认认识识地地理理空空间间在在观观念念或或方方法法上上的的不不同同，地地理理信信息息系系统统对对地地理理空空间间实实体体的的抽抽象象方方式式也也存存在在一一定定的的差差别别，或或者者说说不不同同的的学学科科或或部部门门可可能能对对地地理理空空间间世世界界按按照照各各自自
12、的的认认识识和和思思维维方方式式来来构构造造不不同同的模型。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中），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、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。Op
13、en 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
14、（）、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）实实体体长长度度：从从起起点点到到终终点
15、点的总长的总长2）弯弯曲曲度度：用用于于表表示示像像道道路路拐弯时弯曲的程度。拐弯时弯曲的程度。3）方方向向性性：如如：水水流流方方向向，上游上游下游，下游，公路，单、双向之分。公路，单、双向之分。具具有有相相同同属属性性的的点点的的轨轨迹迹，线线或或折折线线，由由一一系系列列的的有有序序坐坐标标表表示示，并并有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）面面积积范范
16、围围 2 2）周周长长 3 3）独独立立性性或或与与其它地物相邻，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
17、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
18、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
19、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
20、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
21、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，与地图功能，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。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Per
22、sonal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ArcView、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基基于于拓拓扑扑数数据据模模型型
23、，实实现现图图库库(Map Library)的的管管理理，并并且且具具有有了了栅栅格格数数据据的的分分析析功功能能，支支持持栅栅格格矢矢量量一一体体化化查查询询和和叠叠加加显显示示。此此外外，还还提提供供了了二二次次开开发发语语言言AML以以及及开开放放开开发发环环境境 ODE，以以 便便 于于 用用 户户 定定 制制 自自 己己 的的 GIS应应 用用。Workstation ArcInfo提提供供了了最最基基本本的的GIS功功能能，包包括括数数据据录录入入和和编编辑辑、投投影影变变换换、制制图图输输出出、查查询询分分析析及及其其分分析析功功能能(缓缓冲冲区区分分析析、叠叠加加复复合合分分析
24、析等等等等)。lArcInfo Desktop包包括括三三个个应应用用模模块块：Arc Map、Arc Catalog和和Arc Toolbox。lArc Map是是一一个个以以地地图图为为核核心心的的模模块块，用用于于图图形形显显示示、编编辑辑、查查询询、分分析析的的复复杂杂专专业业制制图图和和编编辑辑系系统统，既既是是一一个个面面向向对对象象的的编编辑辑器器，又又是是一一个个完完整整的的数数据据表表生生成成器器。Arc Map不不仅仅可可以以看看成成是是能能够够完完成成制制图图和和编编辑辑任任务务的的ArcEdit和和ArcPlot的的合合并并，而而且且是是类类似似CAD结结构构的的智智能
25、能化化地地图图生生成成工工具具，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是是以以数数据据为为核核心心，用用于于定定位位、浏浏览览和和管管理理空空间间数数据据的的模模块块，是是用用户户规规划划数数据据库库、制制定定和和利利用用元元数数据据的的环环境境，Arc Catalog可可以以创创建建和和管理、浏览空间数据；管理、浏览空间数据；lArc Toolbox是是由由常常用用数数据据分分析析处处理理功功能能组组成成的的工工具具箱箱，由由数数据据管管理理工工具具集集、空空间间分分析析工工具具集集、数数据据转转换换工工具具集集和和用用户户自
26、自定定义义工工具具集集组组成成，是是数数据据转换、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
27、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，ArcMap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
28、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
29、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 Attritu
30、bute）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
31、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
32、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中的工具进行中的工具进行数据格式转换。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）