GIS原理3周

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GIS坐标、投影确定一般规则


地图比例尺大于1:10万-直角坐标 10-50万-高斯投影（UTM） 小于50万的中国图-圆锥投影 大洲或者世界图-投影多选
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第2节 空间数据结构转换
1、矢量图形自动转栅格图形 2、栅格图形自动转矢量图形 如图3-31，左右两个图层形式可以互换。 在使用GIS时，有时需要矢量数据，有时需 要栅格数据，当缺少合适数据时，可利用 数据结构转换获得。（photoshop中有类 似的功能）
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第4节 空间数据的压缩与重分类
栅格数据的压缩前面已经介绍。 矢量数据的压缩。其实质是删除矢量图形上 的一些细节，保留下主要特征。例如对曲 折线段的平滑、简化，删除一些节点，使 图层的数据量减少。
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GIS中图形简化工具
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空间数据的重新分类（简化） 其实质是对矢量图层上的内容进行合并同类 项，如图32.将分类较多的小类合并成分类 较少的大类。 Mapinfo对此有专门的命令redistrict。重 新分类的前提是属性表中存在不同的的类 型。（如世界地图各国按洲分类）。 Arcgis的工具为dissolve(融合)
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二、区域的内插
该内插方法不太常用，精度有限。 针对的问题如图41，例如由老行政区域内的 人口数，推算调整后行政区域内的人口数。 有两种内插算法。叠置法、比重法。
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第6节 空间拓扑关系的编辑
在对GIS数据进行编辑时，GIS自动 建立拓扑关系。一旦在后期编辑中，已有 拓扑关系受到变动或者破坏，GIS可自动 纠正关系，或者告警，有用户改正拓扑关 系
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关于使用GIS时的投影考虑要点
1、采用直角坐标还是地理坐标？ 取决于研究区范围。一般100km2以下的面积可采 用直角坐标。因为地球曲率对平面图形的几何精 度影响很小。 2、采用地理坐标用什么投影？ 取决于研究区范围和制图目的。一般县市级别的数 据利用高斯-克吕格投影（欧美国家用UTM投 影）。范围再大一些的用墨卡托、兰伯特或者阿 尔贝斯投影。 3、当几个图的投影不一致时，可借助GIS完成投 影方式的统一转换。转换的数学原理见p79.
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第1节 空间数据的变换
主要指空间数据的坐标系变换，例如： 资料图件与GIS所要进行分析的图形它们的 坐标原点不同、长度单位不同、坐标轴方 向不同、投影不同、以及原始地图因为变 形产生坐标系扭曲等现象，均需要对空间 数据进行坐标系变换、校正以及统一。 GIS为空间数据的坐标变换提供了相应工具， 缺少这一数据处理环节，我们就无法获得 精确的GIS数据。
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栅格转矢量的工具
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栅格转矢量原理
在进行扫描图的矢量化时（如提取纸质地形图上的 等高线），GIS有专门模块，协助我们自动完成 矢量化。也可用其它自动矢量化软件。
栅格转矢量的转换原理 关键是跟踪：在栅格线的中心部位形成节点，然后 将一系列节点连成矢量线条，删除多余点，曲线 平滑。 用途：如纸质地形图的等高线提取。 栅格自动矢量化时。底图的质量一定要好，否则自 动跟踪形成的结果，会出现很多错误。
2、UTM投影（欧美国家的地形图投影） 3、兰勃特投影（研究区在省级范围时用）
4、阿尔伯斯投影（研究区在省级范围时用） 这些投影名称都可在GIS软件的投影选项中找到， 从而实现投影转换。p78
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GIS实现投影转换的原理是每个投影名称背后都跟 一个投影方程，不同投影方程通过建立转换方程 来实现投影转换，GIS软件中包含进行转换的程 序。 注：当几个矢量图叠加打开时，GIS会自动按照实 现打开的图层的投影进行设定。 若一个图层是地理坐标，一个是图层直角坐标，则 分别以不同地图窗口打开，无法实现叠加。
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插值运算后的局部结果 前者空间离散，不规则。
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后者空间连续，规则。
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插值后形成格网并以三维显示
•将格网面元 4 个角点高程拟合为双线性趋势面 •将格网面元 4 个角点高程拟合为双三次趋势面
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空间数据内插的基本前提是假设空间数据变 化是有一定规律的，是按照线性或者曲线 方程变化的。通过样点，回归计算出一个 曲面。 GIS具有几种常用的插值算法，供我们调用。 主要内插算法有： 线性方程内插， 曲面方程内插， 逐点内插， 克里金内插，等。
如下图，矢量转栅格
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矢量转栅格原理
点的栅格化（点坐标到行列数） 线的栅格化（线上每一点坐标到行列数） 面的栅格化（线上每一点坐标到行列数，再 充填）
GIS软件编程人员已经对转换算法有透彻的 研究，并将不同算法制作成GIS模块供我 们使用。 一般来讲，GIS中矢量转栅格较容易。栅格 转矢量较麻烦且易出现信息损失。
两项基本工作：数据格式统一、坐标统一。 Arcgis软件有专门的数据转换工具。
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不同矢量数据 可以互转。
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数据融合小结
研究区不同来源与格式的矢量数据，栅格数 据在GIS叠加、配合使用。 叠加前先要将所有空间数据利用GIS将它们 置于同一坐标系，设为同一投影，统一像 素尺寸，做好几何纠正。
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GIS的自动矢量化工具
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栅格转矢量的通常目的是提取等高线， 矢量转栅格的目的为了进行某种空间分 析。
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第3节 多元空间数据融合
不同类型的数据协同使用。如， 栅格（遥感影像、扫描图、航空相片、格网数据） 矢量（mapinfo数据、Aragis数据、CAD数据及 其它GIS矢量数据的协同使用）。
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二、地图投影及其转换
将遥感影像输入GIS后，需要将其置于地理 坐标并选定投影方式。 若要通过纸质地图扫描后进行矢量化，但已 有纸质地图的投影和已有矢量图的投影不 一样；或各矢量数据图层的投影不一致， 将导致图层不能准确叠加使用。 当资料图有投影，但投影方式和你所希望的 投影不一致时，需要进行投影转换处理。 地图打印时，也需要清楚用什么投影打印。
z(x,y)=b0+b1x+b2y+b3x2+b4xy+b5y2
三次趋势面(二元三次方程):
z(x,y)=b0+b1x+b2y+b3x3+b4xy+b5y2 +b6x3+b7x2y +b8xy2+b9y3
*超过三次的复合多项式往往会导致解的奇 异，因此一般控制在二次曲面上拟合
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在mapinfo中有一个专门模块 （Vertical Mapper）进行插值运算。
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插值用途
9.51mg/L
z
0.98mg/L
示意
a b
40km
x
Z=9.510.21325x
线性内插
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①
一次回归线(一维，趋势线)
z b0 b1 x
二次线性回归线(一维，趋势线)
z(x)=b0+b1x+b2x2
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一次趋势面
(二元一次方程):
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二次趋势面(二元二次方程):
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待插值运算的高程点
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Arcgis的插值工具
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由散点数据－－连续的格网数据
84 82 79 78 75 67
66 66 66 68 73 69
56 63 66 69 72 74
72 80 80 74 68 62
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58 60 62 70 86 83
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进行几何纠正的一般目的
1、纸质地图变形或者坐标系与所需的不一致。 2、多个矢量图需要叠加使用，但几何精度不一， 或坐标系不同。 3、遥感影像成像时产生扭曲。
对矢量或者栅格图的几何纠正原理：在存在几何扭 曲的图上确定几个点（控制点），确定它们的正 确坐标，GIS会将扭曲的图形以这几个点的正确 坐标为基础，形成一个坐标转换方程，将扭曲的 图转换（平移、旋转、拉伸）到正确的坐标系中。
Mapinfo没此功能，arcgis有专门工具进 行拓扑关系编辑。 参见下图：
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公共边界一起移动。
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Arcgis的拓扑关系检查工具
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第3章结束
作业：p108,思考题1
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墨 卡 托 投 影
正 切 等 角 圆 柱
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地形图分带（图3-9）
在进行环境规划时，GIS所用数据一般采取高 斯投影（p74），需知所在区域的投影带。例 如苏州是第21带。
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1、选高斯投影，
2、确定投影带
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其它常用投影 p76
1、墨卡托投影（一般用于世界地图投影）
GIS原理
第3周
第3章 空间数据处理
在使用GIS时，将所获取的原始数据 （素材），加工处理成符合应用所需 要的数据（成品），这种加工处理的 过程称之为空间数据处理。 本章主要介绍几种常见的空间数据处理 方法。我们在今后使用GIS时会首先 遇到空间数据处理问题。
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空间数据基本处理方法： 几何纠正、坐标变换、矢量栅格转 换、不同类型融合、矢量数据压缩、 栅格数据内插以及矢量数据拓扑编 辑。 通过以上一系列数据处理，将原始 数据整理成可以满足GIS使用的数 据。
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在打印前可利用GIS的投影转换功能，使打 印图有正确的投影。 投影转换的原理：每种投影都有投影方程， 通过不同的投影方程，借助转换方程可以 实现投影转换。GIS包含常见的投影方程， GIS可协助用户完成投影转换。 如下图，