第6章 GIS操作

13
三、基准面 • 椭球体是地球的近似模型。为惟一确定一地的 地理坐标，必须用基准面来确定地球与椭球体 间的关系。 • 直到近年，克拉克椭球1866，一个大地测量椭 球体，成为美国地图绘制的标准椭球体。从全 球尺度来看，两轴的差异很小，但它影响大比 例尺制图。NAD27 (1927年北美基准面)建立在 克拉克椭球1866的基础上。
33
区域数据结 构由另一个关于 区域与多边 形关系的文 件。
34
2 动态分段 • 动态分段模型联合图层与线性量测系统诸如 里程标志系统而形成高级对象。ARC/INFO 对该模型使用区段(sections)、路径(routes)和 事件(events)等基本元素。区段直接指线图层 的弧段和沿弧段的位置。因为线图层的弧段 是基于现实世界坐标系统的一系列x、y坐标 构成的，并以现实世界坐标来量测。
40
• 第三，动态分段为使用分段的数据提供了更有 效的方法，诸如高速公路沿线的路况。而若使 用弧段—节点数据模型则需要增加和删除节点 来存储分段的数据。
41
第三节 局部运算
• 局部运算是一个单元接一个单元运算。局部运 算由单个或多个输入格网生成一个新的格网， 新格网的单元值由输入与输出的关系函数计算 而得。
2
• GIS的一个基本原则是用在一起的地图图层必
须基于相同坐标系。
• 一些数字地图用经纬度值度量，另一些用不同 的坐标系，这些坐标系只适用于各自的GIS项 目。如果这些数字地图要放在一起使用，那么 使用前必须先经过处理。
3
• 这里所说的处理指的是投影和重新投影。投影
是将数字地图从经纬度值转成二维坐标，重新
42
一、单一格网的局部运算 • 如果输入单一格网，局部运算以输入格网单元 值的数学函数计算输出格网的每个单元值。 ArcView为局部运算提供了算术、对数、三角 和幂函数。
43
• 例如，浮点型格网转换为整型格网就是一种简 单的局部运算，它用INTEGER功能一个单元 一个单元地截去单元值的小数。把用百分数表 示的坡度格网转换为用度表示的坡度格网也是 一 种 局 部 运 算 ， 其 数 学 表 达 式 slope—d= 57.296*arctan(slope_p/100)。
44
二、多个格网的局部运算 • 多个输入格网比单个输入格网可作更多的局部 运算。除了数学函数可用在单一格网之外，基 于输入格网的单元值或其频率的量测也可被导 出并储存于输出格网。概要统计(包括最大值、 最小值、值域、总和、平均值、中值和标准差) 都是以数值型数据用于格网的测度。
35
• 路径是区段的集合，区段是表示诸如高速公路、 自行车道或河流之类线性现象的。在动态分段 模型中，与路径关联的属性数据称为事件。诸 如路况、事故、限速等事件均以里程标志之类 的线性系统量算。但是只要事件带有其位置的 测量值，动态分段模型就能把事件与和路径系 统联系起来。
36
• 图2.13以粗阴影线表示的路径109是三个区段的 集合，编号为BIKEPATH#1、2、3和 BIKEPATH—ID1、2、3。BIKEPATH#称为机 器标识码，是由ARC/INFO赋予并内部使用的 标识码，BIKEPATH—ID称为用户标识码，由 用户设置和使用。
21
五、在ArcView中进行投影
• 所有的GIS软件包都有投影和重新投影功能， 尽管这些功能的设立方法有所不同。这里以 ArcView为例子。ArcView提供两种投影方法： Projection和Projection Utility。Projection仅局 限于对以十进制度数形式表示的地理坐标(经 纬度值)进行投影。
第六章 GIS操作
内容提要
第一节 第二节 第三节
地图投影和坐标系统
矢量数据模型 局部运算
第四节 邻域运算 第五节 分带运算 第六节 距离量测运算
第一节 地图投影和坐标系统
• 地图要素的位置是基于坐标系的，而空间要素 的位置是基于用经纬度值表示的地理格网的。 地图投影是从地理格网到坐标系的转换。
8
• 标准线与中心线的区别: • 标准线说明投影变形分布的模式，而中心线(中央 纬线和中央经线)定义了地图投影的中心或原点。 • 横轴墨卡托投影通常是割投影，它由中央经线和 位于其两侧的两条标准线所定义，标准线的比例 系数为1，而中央经线的比例系数小于1。
9
10
• 高斯—克吕格投影，欧美一些国家称之为横轴 等角墨卡托投影。美国及其他一些国家地形图 使用的UTM投影，亦属横轴等角椭圆柱投影 的系列。UTM投影与高斯—克吕格投影的区 别在于，前者是横轴等角割椭圆柱投影( 后者 是切)。
18
1 通用横轴墨卡托格网系统 • UTM格网系统适用于全世界范围，将84°N到 80°S的地球表面分成60个带，每个带覆盖6个 经度，并从180°W开始编为第一带，依序编 号。
19
• 60个UTM带都用通用横轴墨卡托投影制图，中央
经线的比例系数为0.9996，两条标准经线分别距中
央子午线以西和以东180km。每个UTM带都有一个
与全球网络和GPS测量的联系更紧。基于这两
个不同基准面的数字地图才能正确配准。
16
四 坐标系 • 地图投影为小比例尺地图制图提供了工作底图， 例如绘制1:1000000或更小比例尺的世界或大 洲地图，因为小比例尺地图制图强调地图投影 变形，所以应该选择合适的投影以保留所需的 性质。
17
• 平面坐标系一般用于大比例尺地图制图。坐标 系设计是用于精确计算和定位的，因此，要素 的绝对位置和它与其他要素的相对位置的精度 比地图投影所保留的性质更重要。为了达到所 需的测量精度，一个坐标系通常分成不同的带， 每个带基于不同的地图投影。
27
• 在ArcView中采用的标准的非拓扑数据格式叫做
shapefile。shapefile的几何学性质存储于两个基
本文件：以.shp为扩展名的文件存储要素几何学
特征，而以.shx为扩展名的文件保留要素几何学 特征的索引。
28
二、高级对象 • 为了完成对矢量数据模型的讨论，还需要讨论 TIN、区域和动态分段等高级对象。
24
第二节 矢量数据模型 • 一、非拓扑关系的矢量数据
• 20年前GIS开发者为了把GIS从CAD中分离出 来而引进了拓扑关系。AutoCAD用来转换数据 文件的一种数据格式叫做DXF。DXF以分开的 图层来保存持数据，并允许用户使用不同的线 符号、颜色和文字来绘制每个图层。但是DXF 不支持拓扑关系。
11
• 在GIS中地图投影能直接用做坐标系。由中央纬 线和中央经线确定的地图投影中心，成为坐标系 的原点，并将坐标系分成四个象限。为了避免出 现负的坐标值，GIS用户可对x坐标进行横坐标东 移，对y坐标进行纵坐标北移。
12
• 基于假定原点的x、y坐标在数值上通常很 大，为了保持用坐标值进行计算的数据精 度，对所有的坐标读数减去x-平移和y-平移 的值，这样可以减少坐标值阿拉伯数字的 位数。平移值应记录在元数据中。
6
二、地图投影
• 地图投影是从球形的地球表面到平面的转换。 转换的结果是用平面上的线构成的体系来代表 地理格网。从地球表面到平面的转换总是带有 变形，没有一种地图投影是完美的。
7
• 标准线指的是投影面与参考椭球的切线。如果 标准线沿纬线方向则称为标准纬线，如果沿经 线方向则称为标准经线。标准线上没有投影变 形，因为它与参考椭球的比例尺相同。比例系 数是指局部比例尺与参考椭球比例尺或主比例 尺的比值。比例系数为1意味着标准线的比例 尺与参考椭球的比例尺相同。
37
38
• 动态分段数据模型中的弧段、区段和路径的等 级结构比起弧段—节点数据模型具有许多优点。 例如，路径和区段可以使用同一市区街道有效 地表示不同的公共汽车路径。相反，用弧段— 节点数据模型处理“一对多”关系将会是很繁 琐和困难的。
39
• 其次，动态分段将现实世界位置与在区段表的 线性测量结合起来。由于FROM—MEASURE 和TO—MEASURE是以线图层为基础的，它 们也是地理坐标参照的，亦即参照现实世界坐 标系。这种地理坐标参照使它更容易在数据库 中将路径系统与其他地理坐标参照图层配准。
29
1 区域 • 在简单的线和面上构成的区域(regions)数据模型由 区域层和区域组成。区域层由属性相同的区域构成。
30
区域数据模型有两个重要特征： • 第一，区域层可以重叠或涵盖相同的范围。例 如，代表1917年森林火灾燃烧区的区域层可能 与在1930年火灾中被燃烧的另一个区域层相互 重叠。当不同区域层覆盖相同区域时，它们形 成了一种等级区域结构，一个区域层嵌套在另 一个区域层中。
22
• Projection Utility是一个基于向导的设备，它 能将shapefile从地理坐标投影到坐标系，或将 一个坐标系重新投影成另一个坐标系，或从一 个基准面转到另一个基准面。Projection Utility可以保存已投影的或重新投影过的 shapefile以供日后使用。
23
• Projection和Projection Utility都有预定义 (predefined)或自定义(custom)选项用于定义投 影方法。预定义的系统包括常用的坐标系，如 国家平面-1927、国家平面-1983、UTM和国家 格网。每个目录都有一个选择列表。列表中的 每个投影都预定义了各自的椭球体和参数值。 自定义选项要求用户输入坐标系统及其参数值。
14
• 近年来卫星控制测量椭球体开始取代大地
测量椭球体。WGS84(全球大地测量系统
1984)是由卫星轨道数据来确定的椭球体。
在地图制图上，WGS84与GRS80(大地测
量参照系统1980)椭球体很相似。
NAD83(北美测量基准1983)建立在WGS84
或GRS80椭球体基础上。
15
• 在美国，GIS数据提供者正将数据的基准面从 NAD27转成NAD83。NAD83不仅更精确，并