第3章 GIS数据处理

第三章 GIS数据处理

主要内容

本章内容主要包括：

空间参考

地图投影

数据格式的转换

数据类型的转换

地图裁剪

如何将外部属性表中的属性添加到已有矢量数据中

如何让线数据变的平滑

如何提取道路的中心线

碎多边形合并

如何把分幅的矢量数据合并到一起

如何把分幅的栅格数据拼接在一起

空间参考

空间参考描述了一个地物在地球上的真实位置。为了正确的对位置进行描述，需要引入一个可供测量和计算的框架，使得大地测量的结果能够在这个框架上进行描述。而地球是一个不规则形状的椭球体，那么使用什么样的方法来模拟地球的形状，又该如何将球面上的坐标投影在平面的地图上？这就需要先了解大地水准面、参考椭球体、基准面的概念，和它们之间的关系。

大地水准面和参考椭球体

大地水准面提供一个可供测量的表面，它基本与静止的海平面吻合，且处处与重力方向垂直。因为地球表面各个点的重力方向不同，因此大地水准面是个不规则的椭球体。为了能够使用数学法则来描述地球的形状，处理测量的成果，这就需要引入一个规则的球体，即参考椭球体的概念。

参考椭球体是由二维平面上的椭圆绕着短轴旋转而形成的。参考椭球体的长半轴（右图中的a）指的是地心距赤道的距离，参考椭球体的短半轴（右图中的b）指的是地心距地球极点的距离。不同的参考椭球体的长、短半轴都是不同的。

基准面

地球是一个表面高低起伏不平的椭球体，大部分是海洋，最低处和最高处相差近20km。椭球体我们确定了，那椭球体的怎么和地球体去贴和？基于整个地球的还好，但如果是基于亚洲，基于中国的一个空间参考呢？例如一个基于中国的空间参考，椭球体已经定义好了，在没有基准面的情况下，直接把椭球体贴合到地球上，地球表面是起伏不平的，因为要考虑整体贴合，所以对中国而言就贴合的不是很好。但如果我们只研究中国这块区域，是不是可以把这个椭球体调整一下，让椭球体的表面更加贴近中国的区域？答案是可以的，调整的参数其实就是基准面了。所以这就不难理解每个洲、国家甚至区域都有自己的基准面。我们常说的北京54、西安80、CGCS2000，实际上指的是我国的三个大地基准面。

定义了参考椭球和基准面，我们就可以用经纬度描述地物在地球上的真实位置了。要想将球面上的点显示在平面坐标系上，那么我们还需要了解地图投影。

地图投影

地图投影就是通过特定的数学方程式将经纬坐标转换为平面坐标。从三维坐标转换为二维坐标时总会出现扭曲变形，地图投影就是用来减小这种变形的。如果要是通过坐标来计算面积、距离和方向，那么选择投影就非常重要了。为了更好的理解投影，我们据投影构成方式可以分为两类：几何投影和解析投影。

几何投影是将椭球面上的经纬线网投影到几何平面上，然后将几何面展为平面。几何投影可以分为方位投影、圆柱投影和圆锥投影。这三种投影纬线的形状不同。方位投影纬线的形状是同心圆；圆柱投影纬线的形状是直线；圆锥投影纬线的形状是偏心圆。

解析投影是根据某些条件，用数学解析法确定球面与平面间点与点的函数关系。

大多数情况下，每个国家或区域都有一个特定的投影，不需要我们自己来进行判断。

地图投影类型

根据地图投影的变形性质，投影的类型分为等角投影、等积投影、等距投影和任意投影。

等角投影

等角投影是投影以后角度没有变形的投影。等角投影面积变形较大。多用于编制航海图、洋流图、风向图等。

等积投影

等积投影是投影以后面积没有变化的投影。等积投影角度变形大。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。如人口密度图、土地利用图等。

等距投影

等距投影是任意投影的一种特殊情况。

任意投影

任意投影是既不等角，也不等积的投影。任意投影面积变形、角度变形都不大。多用于教学地图、交通地图等。

我国常用的地图投影

我国常用的地图投影有高斯克吕格投影和兰伯特投影。

高斯克吕格投影（Gauss-Kruger Projection）

高斯克吕格投影简称高斯投影。可以想象有一椭圆柱面横套在地球椭球体外面，并与某一条子午线相切，椭圆柱的中心轴通过椭球体中心，然后用一定的投影方法将中央子午线两侧各一定经差范围内的地区投影到椭圆柱面上，再将此柱面展开即成为投影面。

高斯平面直角坐标系以中央经线和赤道投影后为坐标轴，中央经线和赤道交点为坐标原点，纵坐标由坐标原点向北为正，向南为负，规定为X轴，横坐标从中央经线起算，向东为正，向西为负，规定为Y轴。

高斯投影6°和3°分带

为了控制变形，我国地图采用分带方法。

6°分带

6°分带起始经线为0°,每6°为一个投影带，全球共有60个带，各带的中央经线L=6n-3°(n为带号)。我国处于13-23带。

3°分带

3°分带起始经线为1.5°,每3°为一个投影带，全球共有120个带，各带的中央经线L=3n(n为带号)。我国处于24-45带。

地形图上公里网横坐标前2位是带号，例如：1:5万地形图上的横坐标为18576000，其中18即为带号。那么如何确定一组坐标是3°带还是6°带呢？在我国陆地范围内，坐标（Y坐标，8位数，前两位是带号）带号小于等于23的是6°带，大于等于24的是3°带。如果Y坐标不是8位，那么就是没有带号。

兰伯特投影（Lambert Projection）

兰伯特投影是将一圆锥面套在地球椭球外面，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（经线）展开，形成的投影面。我国1:100万比例尺地形图采用兰伯特投影。

SuperMap iDesktop提供的坐标系

SuperMap iDesktop提供了平面坐标系、地理坐标系和投影坐标系。

平面坐标系

一般用来作为与地理位置无关的数据的坐标参考，也是默认新建数据的坐标参考，如 CAD 设计图、纸质地图扫描后的图片、与地理位置无关的示意图等。

地理坐标系

使用经纬度坐标来表示椭球上任意一点的坐标。地理坐标系中，通常包含对水平基准、中央子午线和角度单位的定义。常用的地理坐标系如：WGS1984、Beijing1954等。

投影坐标系

通过某种投影方式和投影类型，将椭球上的任意一点投影到平面上。使用二维平面坐标(X、Y）来表示点线面地物的位置。投影坐标系中，通常包含对地理坐标系、地图投影、投影参数及距离单位的定义。