GIS第二章
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GIS实习教程 第2章 地图符号、注记的初步使用
第 2 章 地 图 符 号 、注记的初步使用
• 新建图层 • 要素分类显示 • 点密度图 • 统计指标地图 • 地图注记 • 地图文档的操作 • 本章小结
2.1新 建图层
启 动 ArcMap, 如果出现启动对话框，可 选 “新建〉空白地图”，如果已经打开了一个 地 图 文 档 ，选 择 菜 单 “文件〉新建〉空白 地 图 ”，按 “确 定 ”键 继 续 。 已经打开的地图文档 会 关 闭 ，新 的 地 图 文 档 一 般 以 “无 标 题 ”为默认名， 内部有一个默认的数据框：“图层”。 在标准工具条中点击图标鱼1 (添加数据工具），或 选 用 主 菜 单 “文件〉添加数据…〉添加数 据 ”，在弹出的对话框中利用“查找范围”下拉菜单，找到练习数据所在的文件夹\由8_^1〇, 按 “确 定 ”键 ，如果不出现\gis_exlO, 可 选 择 “文件夹连接”，按 “添 加 ”键 ，在下部文本 框 内 逐 级 展 开 本计算机的路径至\gis_exlO, ( 也 可 借 助 “连 接 到 文 件 夹 ”按 钮 錄 定 位 到 \gis_exlO)，再 进 入 ex02,可看到有带图标C I的地理数据库Township.gdb,这是数据源(Data Source)，双击展开，有 3 个 要 素 类 （ Feature Class): hi_way、town_anno 及 townshp, 借 助 Ctrl键 ，鼠标点选其中两项：hi_w ay和 townshp, 按 “添 加 ”键 ，当前数据框会增加两 个图层：线 状 图 层 hi_w ay和 面 状 图 层 townshp。初始名称和要素类的名称一致，显示符号 随 机 设 定 （图 2-1)。
• 18 •
第一篇 ArcMap入 门
3-D 方式显示”的勾选，即采用平面圆饼符号，按 “确 定 ”键返回。点击右下侧的按钮“大 小 ...”，进 一 步 设 置 ：
• 新建图层 • 要素分类显示 • 点密度图 • 统计指标地图 • 地图注记 • 地图文档的操作 • 本章小结
2.1新 建图层
启 动 ArcMap, 如果出现启动对话框，可 选 “新建〉空白地图”，如果已经打开了一个 地 图 文 档 ，选 择 菜 单 “文件〉新建〉空白 地 图 ”，按 “确 定 ”键 继 续 。 已经打开的地图文档 会 关 闭 ，新 的 地 图 文 档 一 般 以 “无 标 题 ”为默认名， 内部有一个默认的数据框：“图层”。 在标准工具条中点击图标鱼1 (添加数据工具），或 选 用 主 菜 单 “文件〉添加数据…〉添加数 据 ”，在弹出的对话框中利用“查找范围”下拉菜单，找到练习数据所在的文件夹\由8_^1〇, 按 “确 定 ”键 ，如果不出现\gis_exlO, 可 选 择 “文件夹连接”，按 “添 加 ”键 ，在下部文本 框 内 逐 级 展 开 本计算机的路径至\gis_exlO, ( 也 可 借 助 “连 接 到 文 件 夹 ”按 钮 錄 定 位 到 \gis_exlO)，再 进 入 ex02,可看到有带图标C I的地理数据库Township.gdb,这是数据源(Data Source)，双击展开，有 3 个 要 素 类 （ Feature Class): hi_way、town_anno 及 townshp, 借 助 Ctrl键 ，鼠标点选其中两项：hi_w ay和 townshp, 按 “添 加 ”键 ，当前数据框会增加两 个图层：线 状 图 层 hi_w ay和 面 状 图 层 townshp。初始名称和要素类的名称一致，显示符号 随 机 设 定 （图 2-1)。
• 18 •
第一篇 ArcMap入 门
3-D 方式显示”的勾选，即采用平面圆饼符号，按 “确 定 ”键返回。点击右下侧的按钮“大 小 ...”，进 一 步 设 置 ：
地理信息系统 GIS 第二章 空间数据的表达
1 1 1 0 0 -
0 0 0 1 0 0 -
0 0 0 0 0 0 0 -
0 0 0 1 1 0 0 1 -
空间数据 的表达
关联性（节点与弧段的关系）
节点 1 2 3 4 5 6 弧段 8，9，5 5，7，10 1，2，6 4，7，9，12 2，3，4，11 1，11，8
多边形区域定义
4 6 5 A 3 5 C 2 多边形 多边形 A A B B C C D D 7 D 1 1
地理信息系统
空间数据 的表达
GIS描述现实世界的方法
地理信息系统
空间数据 的表达
地图描述现实世界的方法
空间数据 的表达
2.2.2 遥感影像对地理空间的描述
遥感影像对空间信息的描述主要是通过不同的颜色 和灰度来表示的。这是因为地物的结构、成份、分布等 的不同，其反射光谱特性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，则表现为不同的颜色 和灰度信息。
地理信息系统
空间数据 的表达
地图投影的变形
地图投影变形示意图
地理信息系统
空间数据 的表达
3、投影分类
1、按构成的方法分： 1）几何投影：把经纬网格投影到几何面上，再展开。
圆柱投影：投影面位圆柱面。 方位投影：投影面为平面。 圆锥投影：投影面为圆锥面。
2）非几何投影：不借助几何面，根据某些条件用数 学解析法确定球面与平面之间点与点的函数关系。
空间数据 的表达
2.2 地理空间的描述方法
2.2.1 地图对地理空间的描述方法
地图是现实世界的模型，它按照一定的比例，一定的投影原则， 有选择地将复杂的三维现实世界的某些内容投影到二维平面媒介上，并 用符号将这些内容要素表达出来。 点状要素 面积较小，不能按比例表示的地物。一般可用点状符号的形状和颜色 来表示其质量特征，用符号的尺寸来表示数量特征。 线状要素 对于地面上呈线状或带状分布的事物可用线状符号来表示。 面状要素 面状分布的地理事物较多，可分为连续分布的（如地形、气温等)和 不连续分布的（森林、居住区等）两种，可用相应的面状符号来表示。
GIS课程(第二章空间数据结构)a2
地 理 信 息 系 统 原 理
GIS
一、图形表示
第二章 GIS 数据结构
§2 - 2 矢量数据结构 矢量数据结构
返回
地 理 信 息 系 统 原 理
GIS
第二章 GIS 数据结构
二、矢量数据的获取方式
1) 由外业测量获得
§2-2 矢量数据结构
可利用测量仪器自动记录测量成果(常称为电子手薄 ， 可利用测量仪器自动记录测量成果 常称为电子手薄)，然后转到地理数据 常称为电子手薄 库中。 库中。 2)由栅格数据转换获得 由栅格数据转换获得 利用栅格数据矢量化技术，把栅格数据转换为矢量数据。 利用栅格数据矢量化技术，把栅格数据转换为矢量数据。 3)跟踪数字化 跟踪数字化 用跟踪数字化的方法，把地图变成离散的矢量数据。 用跟踪数字化的方法，把地图变成离散的矢量数据。
6
1 2
1、点文件 、
点号 1
坐标 x1,y1
P
7 5
终点 10 连通
9 8 11 15
10
2、线文件:线文件是以线段为记录单位 、线文件:线文件是以线段为记录单位 线段 线号 L210 左多边形 P1 右多边形 P2 邻接 起点 2 关联
P
4
P
14 13
12
关联 3、面文件 、 面号 P1
3
拓扑关系明确 线号 L210,L109… 返回 链状双重独立式编码
6
1
P
7 5 8
9 11 15
10
2
P
4
P
14 13
12
3
地 理 信 息 系 统 原 理
GIS
第二章 GIS 数据结构
（三）双重独立式编码
§2-2 矢量数据结构
GIS
一、图形表示
第二章 GIS 数据结构
§2 - 2 矢量数据结构 矢量数据结构
返回
地 理 信 息 系 统 原 理
GIS
第二章 GIS 数据结构
二、矢量数据的获取方式
1) 由外业测量获得
§2-2 矢量数据结构
可利用测量仪器自动记录测量成果(常称为电子手薄 ， 可利用测量仪器自动记录测量成果 常称为电子手薄)，然后转到地理数据 常称为电子手薄 库中。 库中。 2)由栅格数据转换获得 由栅格数据转换获得 利用栅格数据矢量化技术，把栅格数据转换为矢量数据。 利用栅格数据矢量化技术，把栅格数据转换为矢量数据。 3)跟踪数字化 跟踪数字化 用跟踪数字化的方法，把地图变成离散的矢量数据。 用跟踪数字化的方法，把地图变成离散的矢量数据。
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1、点文件 、
点号 1
坐标 x1,y1
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终点 10 连通
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2、线文件:线文件是以线段为记录单位 、线文件:线文件是以线段为记录单位 线段 线号 L210 左多边形 P1 右多边形 P2 邻接 起点 2 关联
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关联 3、面文件 、 面号 P1
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拓扑关系明确 线号 L210,L109… 返回 链状双重独立式编码
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地 理 信 息 系 统 原 理
GIS
第二章 GIS 数据结构
（三）双重独立式编码
§2-2 矢量数据结构
第二章 地理空间数学基础
2、投影的实质
建立地球椭球面上的点的地理坐标（L，B）与平面上对
应点的平面坐标（x，y）之间的函数关系：
x f1 ( L, B) y f 2 ( L, B)
地球椭球面 B,L x， y 地图平面
地图投影
二、地图投影的变形
1、投影变形的性质 观察地球体经纬线的
长度、面积和角度特征。
地图投影的变形具体表现： 长度(距离)变形 角度(形状)变形 面积变形
其优点：
①椭球体参数精度高； ②定位采用的椭球体面与我国大地水准面符合得好； ③大地网精度高；
④坐标统一，精度优良，可以直接满足1:5000甚至更大
比例尺测图的需要。
三角测量
导 线 测 量
支导线
国家平面控制网
O
国家平面控制网含三角点、导线点 共154348个，构成1954北京坐标 系、1980西安坐标系两套系统。
3、我国常用的地图投影
①我国1：100万地形图采用兰勃特Lambert投影(正轴等
角割圆锥) ；
②我国大部分省区图以及大多数这一比例尺的地图也多采用 Lambert投影和属于同一投影系统的Albers投影(正轴等积 割圆锥投影)； ③我国基本比例尺地形图除1：100万外均采用高斯—克吕 格投影为地理基础；
用来代替大地体的椭球体称地球椭球体。
b a a
x2 y2 z2 2 2 1 2 a a b
椭球体三要素:长轴a(赤道半径)、短轴b(极半径)和椭球扁率f。
3、地球体的数学表面——地球椭球体
地球椭球体参数：
• 长半径： a（赤道半径）
b a
• 短半径： b（极半径）
• 扁率： f=(a-b)/a • 第一偏心率： e2=(a2- b2)/ a2 • 第二偏心率： e’2=(a2- b2)/ b2
第二章 GIS空间数据结构1
二、矢量数据的特点
三、矢量数据结构的类型
1、简单数据结构 空间数据按照以基本的空间对象(点、线或多边形)为单元 进行单独组织，不含有拓扑关系数据，最典型的是面条 (Spaghetti)结构。
主要特点：
(1)数据按点、线或多边形为单元进行组织，数 据编排直观，数字化操作简单。 (2)每个多边形都以闭合线段存储，多边形的公 共边界被数字化两次和存储两次，造成数据 冗余和不一致。 (3)点、线和多边形有各自的坐标数据，但没有 拓扑数据，互相之间不关联。 (4)岛只作为一个单个图形，没有与外界多边形 的联系。
4、坐标系转换
x＝f1（L，B） y＝f2（L，B）
5、高程
指空间参考的高于或低于某基准平面的 垂直位置，主要用来提供地形信息。我国现 规定的高程基准面为“1985国家高程基准”， 比原“黄海平均海平面”高29mm。我国高程 的起算面是黄海平均海水面。1956年在青岛 设立了水准原点，称此为1956年黄海高程系。 1987年国家测绘局公布：中国的高程基准面 启用《1985国家高程基准》取代国务院1959 年批准启用的《黄海平均海水面》。《1985 国家高程基准》比《黄海平均海水面》上升 29毫米。
优、缺点
优点——文件结构简单，易于实现以多边形为单位的运 算和显示。 缺点—— (1)邻接多边形的公共边被数字化和存储两次(如图 2—19a中的7、8、9三个点)，由此会产生数据冗余和 边界不重合(由于数字化误差等因素造成)。 (2) 每个多边形自成体系，缺少有关邻域关系的信 息，难以进行邻域处理。如合并同类时要消除公共边。 (3) 不能解决“洞”或“岛”之类的多边形嵌套问 题，岛只作为单个的图形建造，没有与外包多边形的 联系。 （4）不易检查多边形边界的拓扑关系是否正确，如 无法判断有无不完整的多边形。
第二章 地球空间与空间数据基础
同时相、波段、比例尺和精度的空间信息，航空 遥感可快速获取小范围地区的空间信息。 遥感影像对空间信息的描述主要通过不同的颜色 和灰度来表示。 利用遥感影像可获取多层面的信息，对遥感影像 的提取可通过图像处理和解译来实现。
遥感图像及地图表示
五、地理信息的数字化表述
地理信息的数字化表述，就是使计算机能够识别 地理事物的形状。
Open GIS对地理空间的认识模型
九个抽象层次
尺度世界 （尺度语言）
项目世界 （project）
地理点列世界 （坐标几何）
地理空间世界 （GIS语言）
地理几何 特征世界
概念世界
现实世界
（自然语言） （基本语言）
地理要素 集合世界
地理要素 世界
GIS的三个抽象层次
现实世界 地理实体或者现象
概念世界
2
4
12 24
48
96 192
1
4
16 144 576 2304 9216 36864
1
4
36 144 576 2304 9216
第二节 地理空间坐标系与地图投影
地理空间坐标系的主要目的，是确定空间 实体在地理空间中的位置，最直接的方法是用 地理坐标（经度、纬度）和高程来表示。
地理坐标系——球面坐标系
地图投影
平面直角坐标系 （笛卡尔平面直角坐标系、欧几里德空间系）
一、在椭球面上表示点位置的坐标系统
（一）大地坐标系
大地坐标系是大地测 量中以参考椭球面为 基准面的坐标系。
根据不同的应用，域可以表示二维和三维地理 空间。
三、地图对地理空间的描述
地图上各种内容要素之间的关系，是按照 地图投影建立的数学规则，使地面上各点和地 图平面上的相应点保持一定的函数关系，从而 在地图上准确地表达地表空间各要素的关系和
遥感图像及地图表示
五、地理信息的数字化表述
地理信息的数字化表述，就是使计算机能够识别 地理事物的形状。
Open GIS对地理空间的认识模型
九个抽象层次
尺度世界 （尺度语言）
项目世界 （project）
地理点列世界 （坐标几何）
地理空间世界 （GIS语言）
地理几何 特征世界
概念世界
现实世界
（自然语言） （基本语言）
地理要素 集合世界
地理要素 世界
GIS的三个抽象层次
现实世界 地理实体或者现象
概念世界
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16 144 576 2304 9216 36864
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第二节 地理空间坐标系与地图投影
地理空间坐标系的主要目的，是确定空间 实体在地理空间中的位置，最直接的方法是用 地理坐标（经度、纬度）和高程来表示。
地理坐标系——球面坐标系
地图投影
平面直角坐标系 （笛卡尔平面直角坐标系、欧几里德空间系）
一、在椭球面上表示点位置的坐标系统
（一）大地坐标系
大地坐标系是大地测 量中以参考椭球面为 基准面的坐标系。
根据不同的应用，域可以表示二维和三维地理 空间。
三、地图对地理空间的描述
地图上各种内容要素之间的关系，是按照 地图投影建立的数学规则，使地面上各点和地 图平面上的相应点保持一定的函数关系，从而 在地图上准确地表达地表空间各要素的关系和
第2章 GIS的空间数据结构
矢量数据表达——拓扑数据结构
3、拓扑包含 ： 拓扑包含是指空间图形的 同类 ， 但 不同级 的 、 拓扑包含：拓扑包含是指空间图形的同类 同类， 不同级的 元素之间的拓扑关系。 元素之间的拓扑关系。
b
（a）简单包含 ）
（b)多层包含 多层包含
（c)等价包含 等价包含
图 (a)中多边形 中包含多边形P2，图（b）中多边形P3包 中多边形P1中包含多边形 ， ）中多边形 包 中多边形 中包含多边形 含在多边形P2中 而多边形P2， 又都包含在多边形 又都包含在多边形P1中 含在多边形 中，而多边形 ，P3又都包含在多边形 中。 都包含在多边形P1中 多边形P2， 图 （c）多边形 ，P3都包含在多边形 中，多边形 ，P3 ）多边形P2， 都包含在多边形 20 对P1而言是等价包含 . 而言是等价包含
3
第二章 GIS的空间数据结构 GIS的空间数据结构
第1节 地理实体及其表达 第2节 矢量数据结构 第3节 栅格数据结构 第4节 矢量与栅格数据结构的比较 第5节 矢-栅一体化数据结构和三维数据结构
4
第1 节
地理实体及其表达
一、地理实体
1. 地理实体与地理目标
地理实体：指一种在现实世界中不能再划分为同类现象的现象。 地理目标：实体在地理数据库中的表示
11
第2 节
空间数据结构
二、矢量数据结构
(二)矢量数据获取方式
通过外业测量获得，利用测量仪器（全站仪、GPS、常规测量等） 记录测量结果，然后转到地理数据库中 跟踪数字化，用跟踪数字化的方式把地图变成离散的矢量数据 间接获取 栅格数据转换 空间分析（叠置、缓冲等操作产生的新的矢量数据）
12
第2 节
特征（ 2. 地理实体特征（空间特征、属性特征、时间特征） 地理实体特征 空间特征、属性特征、时间特征） 3. 地理实体的类型（点、线、面、体） 地理实体的类型 类型（ 4. 地理目标的类型（0、1、2、3维） 地理目标的类型 、 、 、 维 的类型（
第二章 GIS的数据结构—2栅格结构
优 矢 量 数 据 结 构 栅 格 数 据 结 构
点
缺
点
1.便于面向现象的数据表示 1.便于面向现象的数据表示 2.数据结构紧凑 数据结构紧凑、 2.数据结构紧凑、冗余度低 3.有利于网络分析 3.有利于网络分析 4.图形显示质量好 图形显示质量好、 4.图形显示质量好、精度高 1.数据结构简单 1.数据结构简单 2.空间分析和地理现象的模 2.空间分析和地理现象的模 拟均比较容易 3.有利于与遥感数据的匹配 3.有利于与遥感数据的匹配 应用和分析 4.输出方法快速 输出方法快速， 4.输出方法快速，成本比较 低廉
Morton顺序和 顺序和Morton坐标 顺序和 坐标
Morton顺序： 顺序： 顺序
指栅格结构中的一种 扫描顺序， 扫描顺序，它将图像 中的像元按照“ 形 中的像元按照“Z”形 的 轨迹连接起来。 轨迹连接起来。
图2-6
Morton 扫 描 顺 序
Morton坐标：利用Morton顺序对影像中的像元建立索 Morton坐标：利用Morton顺序对影像中的像元建立索 坐标 Morton 引，将原来由行列坐标对表示的空间位置简化为一个简 单数值。 单数值。
0 4 4 0 0 0 4 4 4 0 4 4 4 4 8 0 0 7 4 4 8 8 8 8 0 8 8 8 7 8 8 8 8 7 4 8 7 7 7
四 叉 树 分 割
7
图 2- 8
编 码：
图2- 9
四叉树编码
根结点：最上面的结点， 根结点：最上面的结点，对应整个图形 叶结点： 叶结点：不能再分的结点 n n 对栅格矩阵的要求： 对栅格矩阵的要求： 2 ×2 n为象限分割次数，n+1为四叉树的最大高度或最大层树 为象限分割次数，n+1为四叉树的最大高度或最大层树
GIS空间分析第二章矢量数据分析
应急准备（Emergency preparedness ）:
2.2 空间提取(Spatial extraction)
空间提取是进行空间分析时，在一开始和 结束前 经常采用的步骤，以减少输出结果 中要素的数量。
在街道两侧建立10米的缓冲区，首先要从城市街路图层 中选择需要加宽的街道。 在进行了一系列地学处理之后合并许多小的多边形。
点状要素的缓冲
线状要素的缓冲区
面状要素的缓冲区
建立缓冲区从原理上，对点状要素直接以 其为圆心，以要求的缓冲区距离大小为半 径绘圆，所包容的区域即为所要求区域； 线状要素和面状要素缓冲区的建立是以线 状要素或面状要素的边线为参考线，来做 其平行线，并考虑其端点处建立的原则， 即可建立缓冲区，但是在实际中处理起来 则比较复杂要复杂的多。
第二章 矢量数据分析
(Vector Data Analysis)
2.1 邻近分析 2.2 空间提取 2.3 叠加分析 2.4 网络分析
2.1 邻近分析(Proximity analysis)
当现实的实体被抽象为几何对象时，就可 以对它们之间的距离进行查询和分析。 一般来说，邻近分析或研究两个对象之间 的距离，包括通过空间连接和建立缓冲区 来发现最近的邻居。
面对面的叠加（Polygon-on-polygon） 面对面的叠加是将两个不同图层中的多边形要素 结合成一个单一图层。这类叠加操作可以研究两 个要素类之间的共同区域。
如果第一个要素类代表行政区，第二个要素类代表洪 泛区，据此可以发现洪水的风险和每个行政区内所包 含的洪泛区的位置。
图层擦除（Erase）
1.角平分线法
第二章全封闭组合电器GIS
5、GIS优点
GIS的绝缘介质用SF6气体；SF6气体是世界上目前最优良的绝缘介质和灭弧 介质。它无色、无味、无嗅、无毒、不燃烧；在常温常压下，化学性能稳定；与 传统绝缘油相比，其绝缘性能和灭弧性能都要好得多。 GIS设备与常规变电站比较具有如下一些优越性：⑴占地面积少；⑵不受环境 影响；⑶运行安全可靠；维护工作量少、检修周期长；⑷施工工期短；⑸没有无 线电干扰和噪音干扰。 （1）占地面积小，一般GIS设备的占地面积为常规设备的15%-35%，符 合我国节约用地的基本国策，减少了征地、拆迁、赔偿等昂贵的前期费用。
3、GIS安装前的准备工作
3.1 技术准备 3.1.1 安装前必须具备的条件：
（1）全部安装场地的土建、通风、照明等工程已经基本施工完毕，并经 验收合格； （2）室内桥式吊车已经安装完毕，并经荷重试验合格； （3）施工场地必须清洁； （4）设备、材料、施工机具和仪表均已备齐、检验合格；
3.1.2 技术资料的准备：
第二部分 室内变电站安装
第二章 各部功能及安装任务
一、110kV SF6气体绝缘全封闭组合电器（GIS） （一）、GIS基础知识
1、什么是GIS
SF6全封闭组合电器体积小、技术性能优良，是70年代初期出现的一种先 进的高压电气配电装置。国际上称这种电器为Gas—Insulater Switchgear （气体绝缘开关设备），简称为GIS。
（3）GIS设备安装时必须坚固各种螺栓，为了要求GIS设备不漏 气，所有螺栓坚固时必须要均匀。例如GIS的密封垫必须均匀收紧， 使得压力处处一样，否则容易漏气，这就要准备力矩扳手。 （4）安装GIS设备时，还要用一些专用工具。制造厂家配备了不 同用处的专用工具，在订货时应向制造厂提出来，由厂家供货。
第二章GIS的数据获取与处理
• 地图坐标系统的建立
• 由投影几何特征建立平面直角坐标系; • 自行规定坐标系(原点/横、纵轴).
• 大中比例尺地形图坐标系
• 1：50万为高斯－克吕格投影； • 中央经线和赤道投影后互为垂直的直线，
作为直角坐标轴； • 两种坐标网格：经纬网和公里网
地图投影的基本原理
• 一、地图投影的基本分类 • 1、根据投影面及其与球面相关位置的分类 • 2、根据投影变形性质的分类 • 3、根据投影探求的方法的分类
（3）数字化仪的其他输入功能 数字化仪主要以矢量数据形式输入各类实体的图形数据。除矢量数
据外数字化仪与适当程序配合允许操作员在数字化仪选择的位置输入文 本和特殊符号。
（4）矢量到栅格数据的转换 用适当的程序就可以实现矢量数据转换成任何一种分辨率的栅格数
据形式。当然，矢量到栅格的转换会不可避免地引起信息损失。
返回
1.数字化的方法与步骤
• 确定数字化路线; • 地图预处理; • 设置好数字化设备.
返回
2.手扶跟踪数字化
1)数字化过程: 2)数字化方式:流方式；点方式； 3)数字化仪的其它输入功能：定位文本；栅
格数据； 4)矢量到栅格数据的转换 5)数字化的精度：仪器分辨能力；数字化方
式；经验
返回
2.手扶跟踪数字化-数字化过程:
例尺，确定数字化范围，即用鼠标将左下角和右上角数字化，这两个点 确定的长方形范围内的所有后继数字化都不必键入任何坐标值且能自动 调整比例尺。
（2）数字化方式 数字化有两种基本方式：流方式和点方式。
流方式：等时间间隔或等距离间隔自动记录坐标。 缺点：如果操作员未按希望的移动速率工作就会记录过多的坐标， 后继处理必须删除多余坐标。等距离记录点则不能正确的数字化尖锐的 弯曲顶点，常常切割这类弯曲部分，误差较大。 点方式：操作员能选择最有利于表现曲线特征也使面积误差最小的 那些点位进行数字化。 缺点：每一个记录坐标的点位上，操作员都必须按键来告诉计算机 “记录该点坐标”。
GIS第二章总结
GIS第二章总结第一节地理空间及其表达1.地理空间定义不同学科对“空间”（Space）概念的解释：物理学，空间是指宇宙在三个相互垂直方向上所具有的广延性；天文学，空间是指时/空连续体的一部分；地理学，地理空间（Geographic space）是指物质、能量、信息的存在形式在空间形态、结构过程、功能关系上的分布、格局及其在时间上的延续。
地理信息系统中的“地理空间”，一般包括地理空间定位框架及其所关联的空间对象。
2.地理空间定位框架即大地测量控制，由平面控制网和高程控制网组成GIS的任何空间数据都必须纳入一个统一的空间参照系中，以实现不同来源数据的融合、连接与统一；2.1定位坐标系：平面控制网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投影：建立在平面上的直角坐标系统，用（x，y）表达地理对象位置不同地理空间模型之间的关系固体地球表面、大地水准面和椭球体模型之间的关系2.2定位坐标系：高程控制网3.地图投影定义：将地球椭球面上的点映射到平面上的方法，称为地图投影（1）投影—为什么要进行投影将地球椭球面上的点映射到平面上的方法，称为地图投影地理坐标为球面坐标，不方便进行距离、方位、面积等参数的量算地球椭球体为不可展曲面地图为平面，符合视觉心理，并易于进行距离、方位、面积等量算和各种空间分析（2）投影实质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，也就是建立地球椭球面上的点的地理坐标（λ，φ）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(3)投影变形将不可展的地球椭球面展开成平面，并且不能有断裂，则图形必将在某些地方被拉伸，某些地方被压缩，故投影变形是不可避免的。
长度变形、面积变形、角度变形（4）投影方法（5）投影分类（6）投影影响因素制图区域的地理位置、形状和范围制图比例尺地图内容出版方式(7)GIS中的地图投影GIS以地图方式显示地理信息。
第二章GIS空间分析的数据模型
第二章GIS空间分析的数据模型GIS（地理信息系统）空间分析的数据模型是指在GIS中用于描述和组织地理空间数据的结构和规则。
它主要包括向量数据模型和栅格数据模型两种形式。
以下将详细介绍这两种数据模型。
1.向量数据模型：向量数据模型是一种将地理现象表示为点、线、面等几何要素的数据模型。
它基于几何对象的坐标表示来描述地理空间位置和形状。
向量数据模型的核心要素包括点、线、面。
-点：表示地理要素的离散点，可以是一个地址、一座建筑物、一个村庄等。
-线：表示由多个点连接而成的可视化路径，可以是道路、河流、铁路等。
-面：由若干个线构成的闭合区域，通常表示土地利用类型、行政区域等。
向量数据模型具有描述空间位置精确、几何操作方便等优势，适合表示细节较为复杂的地理现象。
同时，向量数据模型也具备多种关联属性的能力，可以与属性数据进行链接，实现空间与属性信息的关联分析。
2.栅格数据模型：栅格数据模型是一种将地理现象表示为规则的网格单元的数据模型。
它将地理空间划分为规则的网格单元，将每个单元的值表示为一个矩阵中的元素。
栅格数据模型的主要特点是离散、均等和连续。
-离散：地理现象被离散的网格单元坐标所描述，且每个单元代表的是一个相同大小的空间区域。
-均等：每个单元的尺寸相等，表示的面积是均等的。
-连续：栅格中的每个单元都有一个与之对应的属性值，通过单元的连接和相邻单元的信息可以推断出地理现象的空间连续性。
栅格数据模型主要用于描述表面高程、者大气温度等连续变量，适合进行空间分布模拟、插值分析等。
总结来说，向量数据模型适用于描述细粒度且结构复杂的地理现象，同时具备几何对象的精确性和关联属性的优势。
而栅格数据模型则适用于描述连续变量的空间分布，可以进行均等离散和连续性推断。
在GIS空间分析中，根据不同的需求和数据特点，可以选择合适的数据模型来进行分析和建模。
地理信息系统2 地理空间参照系统与地图投影
地理空间既可以是具有属性描述的空间位置的集合（由 一系列的空间坐标值组成）；也可以是具有空间属性特
征的实体的集合（由不同实体之间的空间关系构成）。
地理空间的表达是地理数据组织、存储、运算、分析的 理论基础。
地图—传统的地理信息表达方式
现实地理世界抽象模型
点（位置）
高程点, 控制点, 三角点, 地形特征点 水井位, 水泉位, 油井位, 钻井位 站台, 车站, 水文站, 气象站, 天文台, 地震台 乡镇驻地
常用的一些地图投影
各大洲地图投影
亚洲地图的投影：斜轴等面积方位投影、彭纳投影。
欧洲地图的投影：斜轴等面积方位投影、正轴等角圆锥 投影。 北美洲地图的投影：斜轴等面积方位投影、彭纳投影。 南美洲地图的投影：斜轴等面积方位投影、桑逊投影。
澳洲地图的投影：斜轴等面积方位投影、正轴等角圆锥 投影。
地理空间的概念
GIS中的空间概念常用“地理空间”来表达。
地理空间上至大气电离层、下至地幔莫霍面。它是人类活动频 繁发生的区域，是人地关系最为复杂、紧密的区域，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 球上最复杂的物理过程、化学过程、生物过程和生物地球化学 过程就发生在这里。
表面（场）
T(Xi ,Yj)
dT / dXi dT / dYj
地图描述地理信息的方式
符号和注记 空间关系隐含
基本地图比例尺
比例尺等级(有级) 1:100, 1:200, 1:500, 1:1 000, 1:2 000, 1:5 000 1:10 000, 1:50 000, 1:100 000, 1:200 000 1:500 000, 1:1000 000, 1:2000 000, 1:4000 000 1:8000 000, 1:10 000 000, 1:20 000 000, 1:50 000 000 1:100 00，通常称地
2GIS数据结构
• c 便于岛的分析，便于同栅格矩阵之间进 行转换。因此越来越受到GIS工作人员的 关注。
6. 八叉树（三维空间信息的数据结构）
许多问题要求GIS能处理三维的空间信息。 例如，研究矿藏资源地下分布情况、研究不 同深度土壤肥力情况等。
在二维数据结构中，将第三维坐标，如高 程，作为属性值来处理。由于它只能对地形 表面进行模拟，无法对模型进行三维操作， 因此常称它为2.5维空间信息。
三） TIN结构
1、不规则三角网（TIN）——表达地形表面 Triangulated Irregular Network
4 3
C
B 5
D
6
AE
2
1
2、TIN的主要特征
1）TIN由一系列三角形组成 2）三角形顶点都是一些特征点 3）每个三角形的坡度、坡向均一 4）三角形大小随地形变化而变 5）尽可能是等边三角形 6）三角形外接圆内没有其它点 7）与Voronoi多边形(泰森多边形)对偶 8）以拓扑方式存储
二）栅格数据的编码方法
1.直接编码－－无压缩编码 将栅格数据看作是一个数据矩阵，逐行或 逐列逐个记录代码
A,A,B,B,B A,C,C,C,A D,C,C,A,A D,D,C,A,A D,D,A,A,A
2.链式编码（边界链码）：它是从某一起
点开始用沿八个基本方向前进的单位矢
量链来表示线状地物或多边形的边界。
N/6 WN / 5
EN /7
W/4
E/0
3,1,7,0,1,2,3,4,5,6
WS / 3
ES / 1
S/2
4,1,6,7,0,1,2,3,4,5
3.游程长度编码
• 所谓游程是指按行的顺序连续且属性值 相同的若干栅格。
6. 八叉树（三维空间信息的数据结构）
许多问题要求GIS能处理三维的空间信息。 例如，研究矿藏资源地下分布情况、研究不 同深度土壤肥力情况等。
在二维数据结构中，将第三维坐标，如高 程，作为属性值来处理。由于它只能对地形 表面进行模拟，无法对模型进行三维操作， 因此常称它为2.5维空间信息。
三） TIN结构
1、不规则三角网（TIN）——表达地形表面 Triangulated Irregular Network
4 3
C
B 5
D
6
AE
2
1
2、TIN的主要特征
1）TIN由一系列三角形组成 2）三角形顶点都是一些特征点 3）每个三角形的坡度、坡向均一 4）三角形大小随地形变化而变 5）尽可能是等边三角形 6）三角形外接圆内没有其它点 7）与Voronoi多边形(泰森多边形)对偶 8）以拓扑方式存储
二）栅格数据的编码方法
1.直接编码－－无压缩编码 将栅格数据看作是一个数据矩阵，逐行或 逐列逐个记录代码
A,A,B,B,B A,C,C,C,A D,C,C,A,A D,D,C,A,A D,D,A,A,A
2.链式编码（边界链码）：它是从某一起
点开始用沿八个基本方向前进的单位矢
量链来表示线状地物或多边形的边界。
N/6 WN / 5
EN /7
W/4
E/0
3,1,7,0,1,2,3,4,5,6
WS / 3
ES / 1
S/2
4,1,6,7,0,1,2,3,4,5
3.游程长度编码
• 所谓游程是指按行的顺序连续且属性值 相同的若干栅格。
第二章_GIS空间分析的基本理论
15
（1）正东关系 形式化定义为：
restricted _ east( pi , q j ) X ( pi ) X (q j ) Y ( pi ) Y (q j )
16
（2）正南关系： 形式化定义为：
restricted _ south( pi , q j ) X ( pi ) X (q j ) Y ( pi ) Y (q j )
10
例如，在橡皮表面有一个多边形，多边形内部有一 个点。无论对橡皮进行压缩或拉伸，点依然存在于多 边形内部，点和多边形之间的空间位置关系不改变， 而多边形的面积则会发生变化。前者则是空间的拓扑 属性，后者则不是拓扑属性。
11
包含在欧氏平面中的对象的拓扑和非拓扑属性
拓扑 属性 一个点在一个弧段的端点； 一个弧段是一个简单弧段(弧段自身不相交)； 一个点在一个区域的边界上； 一个点在一个区域的内部； 一个点在一个区域的外部； 一个点在一个环的内部； 一个面是一个简单面(面上没有“岛”)； 一个面的连续性(给定面上任意两点，从一点可 以完全在面的内部沿任意路径走向另一点)。 两点之间的距离； 一个点指向另一个点的方向； 弧段的长度； 一个区域的周长； 一个区域的面积。
35
词典编纂距离：
在一个固定的地名册里两个点(城市)间的编纂距离 为这两个城市词典位置之间的绝对差值。
36
非点状目标之间的距离：
对于非点状目标之间的距离而言，由于目标的模糊 性，不同类型实体间(如面状与线状) 的距离往往有多 种定义。
例如，对于如下图所示的两个对象A、B之间的距离如 何计算还没有一个统一的方法。
i
A(x1，y1)、B(x2，y2)两点之间的切氏距离为：
d(A，B) max(| x1 x 2 | ，y1 y2 |) |
GIS软件应用第二章info和tables模块
2007年4月21日星期六10时30分30秒
9
TABLES数据库管理系统
一． TABLES是ESRI公司根据INFO数据 库管理系统的数据模型和结构建立的一 个小型数据库管理系统，它是INFO数 据库系统的一个子集，实现与空间数据 相关的属性数据的管理。
二． TABLES是一个关系型数据库管理工具， 主要用于管理特征属性表和相关表格数 据。ARCINFO可以跟踪TABLES对 COVERAGE的特征属性表的更新和管 理。
GIS软件应用
第六节 INFO和TABLES模块
一．地理信息的分析及应用是建立在地 理数据的管理基础之上的，地理数 据包括空间数据和属性数据，所以 GIS的基本目标之一就是实现空间 数据和属性数据的管理。
二．ARCINFO提供了专门的数据库管 理工具，内置的tables和info数 据库管理系统是其提供的属性数据 操作工具。
创建特征属性表3
一．在ARCEDIT模块中，使用 createattributes命令创建属性 表。
2007年4月21日星期六10时30分30秒
7
INFO数据库管理系统
一． INFO是ARCINFO中地理特征的属性表格 的数据库管理系统。ARCINFO特征属性表 （FAT），LOOKUP表(LUT)都是以 INFO形式存在的。
二． INFO数据库管理系统功能：
1. 用户管理 2. 创建数据库 3. 创建数据表 4. 对数据更新、维护、存取、查询、统计分析等。
2007年4月21日星期六10时30分30秒
8
INFO的启动和退出
一．启动ARC 二．输入INFO 三．输入用户：ARC 四．INFO中所有命令都必须使用大写
方式。 五．退出：STOP或Q STOP
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对地球形状 a，b，f 测定后，还必须确定大地水准面与椭 球体面的相对关系。即确定与局部地区大地水准面符合最好的一 个地球椭球体 —— 参考椭球体，这项工作就是参考椭球体定位。
通过数学方法将地球 椭球体摆到与大地水准面 最贴近的位置上，并求出 两者各点间的偏差，从数 学上给出对地球形状的三 级逼近。
地球的物理表面
当海洋静止时，自由水面与该面上各点的重力方向（铅垂 线）成正交，这个面叫水准面。 在众多的水准面中，有一个与静止的平均海水面相重合， 并假想其穿过大陆、岛屿形成一个闭合曲面，这就是大地水准 面。它实际是一个起伏不平的重力等位面——地球物理表面。 它所包围的形体称为大地体。
大地水准面的意义
平面控制网 : 按统一规范，由精 确测定地理坐标的地面点组成， 由三角测量或导线测量完成，依 精度不同，分为四等。
高程控制网 : 按统一规范，由精确测定高程的地面 点组成，以水准测量或三角高程测量完成。依精 度不同，分为四等。
中国高程起算面是 黄海平均海水面。 1956年在青岛观象山设立了水准原点， 其他各控制点的绝对高程均是据此推 算，称为1956年黄海高程系。 1987年国家测绘局公布： 启用《1985国家高程基准》 取代《黄海平均海水面》 其比《黄海平均海水面》 上升 29毫米。
地理空间定位框架
地理空间定位框架即大地测量控制系统，由平面控制网 和高程控制网组成。大地测量控制为建立所有的地理数 据的坐标位置提供了一个通用参考系，利用该通用参考 系可以将全国范围使用的平面及高程坐标系与所有的地 理要素相连接。 大地测量控制信息的主要要素就是大地测量控制点，这 些设标点的平面位置和高程被精确地测量，并用于其他 点位的确定。 GIS的任何空间数据都必须纳入一个统一的空间参照系 中，以实现不同来源数据的融合、连接与统一
③ 地心经纬度：即以地球椭球体质量中心为基点，地 心经度同大地经度l ，地心纬度是指参考椭球面上 某点和椭球中心连线与赤道面之间的夹角y 。 在大地测量学中，常以 天文经纬度定义地理坐标。 在地图学中，以大地经 纬度定义地理坐标。 在地理学研究及地图学 的小比例尺制图中，通常将 椭球体当成正球体看，采用 地心经纬度。
按变形性质分类
等角投影 投影面上任意 两方向线间夹 角与椭球体面 上相应方向线 的夹角相等。
按变形性质分类
等积投影 投影面上任意一块图形 的面积与椭球体面上相 应的图形面积相等。即 面积变形为0。 由于这类投影可以保持 面积没有变形，故有利 于在图上进行面积对比。 一般用于绘制对面积精 度要求较高的自然地图 和经济地图。
1. 地球形体的一级逼近：
对地球形状的很好近似，其面上高出与面下 缺少的相当。
2. 起伏波动在制图学中可忽略：
对大地测量和地球物理学有研究价值，但在 制图业务中，均把地球当作正球体。
3. 重力等位面：
可使用仪器测得海拔高程（某点到大地水准 面的高度）。
地球的数学表面
在测量和制图中就用旋转椭球体来代替大地球体，这个 旋转椭球体通常称为 地球椭球体，简称 椭球体。 它是一个规则的 数学表面，所以人 们视其为 地球体 的数学表面，也是 对地球形体的二级 逼近，用于测量计 算的基准面。
变形椭圆
2.2.1 地图投影的分类
• 按变形性质分类
等角投影 等积投影 等距投影
• 按构成方法分类
几何投影 非几何投影
• 按照投影面积与地球相割或相切分类
割投影 切投影
2.2.1 地图投影的分类
按变形性质，可将地图投影分为四类：
等角投影 等面积投影 等距投影 等方位投影
斜轴
圆柱投影
正轴圆柱投影
横轴圆柱投影
斜轴圆柱投影
圆柱投影定义：以圆柱面作为投影面，按某种投影 条件，将地球椭球面上的经纬线投影于圆柱面上， 并沿圆柱的母线切开成平面的一种投影。
圆锥投影
圆锥投影 以圆锥面作为投影面，使圆锥面与球 面相切或相割，将球面上的经纬线投影到圆锥面上， 然后将圆锥面展为平面而成。 特征分析
地图比例尺的含义
当制图区域相当大，制图时对景物的缩小比率也相当 大。在这种情况下所注明的比例尺含义，其实质指的 是在进行地图投影时，对地球半径缩小的比率，通常 称之为地图主比例尺。
其余大于或小于住比例尺的比例尺称为局部比例尺。 地图经过投影后，体现在地图上只有个别的点或线才 没有长度变形。换句话说，只有在这些没有变形的点 或线上，才可以用地图上注明的主比例尺进行量算。
由于国际上在推求年代、方法及测定的地区不同，故 地球椭球体的元素值有很多种。
中国1952年前采用海福特（Hayford）椭球体 ；
1953—1980年采用克拉索夫斯基椭球体（坐标原点是 前苏联玻尔可夫天文台） ； 自1980年开始采用 GRS 1975（国际大地测量与地球 物理学联合会 IUGG 1975 推荐）新参考椭球体系，并确定陕 西泾阳县永乐镇北洪流村为“1980西安坐标系”大地坐标的起 算点。
第二章 坐标系统
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
地理坐标系统 地图投影 常用地图投影 投影坐标系统 在GIS中运用坐标系统
第一节 地理坐标系统
2.1.1 地球的近似表示 2.1.2 大地基准
2.1.1 地球的近似表示
通常所说的地理空间上至大气电离层，下 至地幔莫霍面，是生命过程活跃的场所,也 是宇宙过程对地球影响最大的区域 。 地理信息系统中的空间概念常用“地理空 间”（Geo-spatial）来表达，一般包括 地理空间定位框架及其所联结的特征实体。
2.2.2 地图投影参数
标准线 比例尺 中心线
等变形线
等变形线就是变形值相等的各点的连线，它是
根据计算的各种变形的数值（如p,w）绘于经 纬线网格内的，如面积等变形线。
地图比例尺的含义
当制图区域比较小，景物缩小的比例也比较 小时，由于采用了各方面变形都比较小的地图投 影，因此，图面上各处长度缩小的比例都可以看 成是相等的。在这种情况下，地图比例尺的含义， 具体指的是图上长度与相应地面之间的长度比例。
地
球
体
地球的自然表面
—— 为了了解地球的形状，让我们由远及近 地观察一下地球的自然表面。
浩瀚宇宙之中 : 地球是一个表面光滑、蓝色美丽的正球体。
机舱窗口俯视大地 : 地表是一个有些微起伏、极其复杂的表面。
—— 珠穆朗玛峰与太平洋的马里亚纳海沟之间高差近20km。
事实是：
地球不是一个正球体，而是一个极半径略短、赤道半 径略长，北极略突出、南极略扁平，近于梨形的椭球体。
小结
几何投影
几何投影 几何投影是把地球球面上的经纬线网投 影到几何面上，然后将几何面展为平面而得 到的，根据几何面的形状，可进一步分为 方位投影 圆柱投影 圆锥投影 小结
方位投影
几何概念：假想用一平面切（割）地球，然后按一定的数学 方法将地球面投影在平面上，即得方位投影。
按投影面位置： 正轴 横轴
② 大地经纬度
③ 地心经纬度
① 天文经纬度：表示地面点在大地水准面上的位 置，用天文经度和天文纬度表示。 天文经度：观测点天顶子午面与格林尼治天顶 子午面间的两面角。 在地球上定义为本初子午面与观测点之间 的两面角。 天文纬度： 在地球上定义为铅垂线与赤道平面 间的夹角。
② 大地经纬度：表示地面点在参考椭球面上的位置， 用大地经度l 、大地纬度 和大地高 h 表示。 大地经度l ：指参考椭球 面上某点的大地子午面与 本初子午面间的两面角。 东经为正，西经为负。 大地纬度 ：指参考椭球 面上某点的垂直线（法线） 与赤道平面的夹角。北纬 为正，南纬为负。
形状不变
2.3.4.1 按变形性质分类
按地图投影的变形性质分类
等角投影 等方位投影
等积投影
按变形性质分类
通过比较可以看出： ①等积投影不能保持等角特性，等角投影不 能保持等积特性。 ②等方位投影不能保持等积、等角特性。 ③等积投影的形状变化比较大，等角投影的 面积变形比较大。
按构成方法分类
几何投影 条件投影
陕西省泾阳县永乐镇 北洪流村为 “1980 西安坐标系” 大地 坐标的起算点——大 地原点。
地球坐标系与大地定位
地球表面上的定位问题，是与人类的生产活动、科学 研究及军事国防等密切相关的重大问题。具体而言，就 是球面坐标系统的建立。
1.地理坐标
—— 用经纬度表示地面点位的球面坐 标。
① 天文经纬度
地理空间定位框架
目前，我国采用的大地坐标系为1980年中国 国家大地坐标系，现在规定的高程起算基准面 为1985国家高程基准。（1975国际椭球， 西安原点） 三种常用大地坐标系（1954年北京坐标系、 1980国家大地坐标系、地心坐标系）及高斯 －克吕格投影。 地理信息系统中特征实体的位置，通常就是指 经过投影变换后平面上的直角坐标。
几何投影
简单投影小结
经纬网形状简单 变形规律简单：等变形线分别为平行直线、同 心圆弧、同心圆 共性明显
条件投影
条件投影
构成方法：非几何投影，不借助于任何几何面，根 据制图的某些特定要求，选用合适的投影条件，利 用数学解析法确定平面与球面之间对应点的函数关 系，把球面转化成平面。 在这类投影中，一般按经纬网形状又可分为 伪方位投影 伪圆柱投影 伪圆锥投影 多圆锥投影等。
青 准岛 原观 点象 山 水
绝对高程
相对高程
国家水准原点
国家测绘局
平面控制网
国家测绘局
高程控制网
国家测绘局
国家测绘局
水准面示意图
GPS控制网
国家测绘局
2.2 地 图 投 影