地理信息系統(tǒng)知識點總結(jié)資料

緒論第一節(jié)地理信息系統(tǒng)的基本概念一、數(shù)據(jù)與信息1概念：數(shù)據(jù)是通過數(shù)字化并直接記錄下的可以被鑒別的符號，是一種未經(jīng)加工的原始資料，用以定性或定量地描述事物的特征和狀況。信息是向人們或機器提供的關(guān)于現(xiàn)實世界各種事物的知識，是數(shù)據(jù)、消息中所包含的意義。它不隨載體的物理形式的改變而改變。2、信息的特點(1)信息的客觀性(2)信息的適用性(3)信息的傳輸性(4)信息的共享性3、數(shù)據(jù)與信息的關(guān)系信息與數(shù)據(jù)是不可分離的，數(shù)據(jù)是信息的表達，信息是數(shù)據(jù)的內(nèi)涵。數(shù)據(jù)本身并沒有意義，數(shù)據(jù)只有對實體行為產(chǎn)生影響時才成為信息。二、地理信息與地圖1、基本概念地理數(shù)據(jù)：是指表示地理環(huán)境諸要素的數(shù)量、質(zhì)量、分布特征及其相互聯(lián)系和變化規(guī)律的數(shù)字、文字、圖像和圖形等的總稱。地理信息：地理數(shù)據(jù)所蘊含和表達的地理含義2、地理信息的特征（1）屬于空間信息（2）屬性特征(多維結(jié)構(gòu)特征)（3）時態(tài)特征十分明顯3、地理數(shù)據(jù)區(qū)別于一般計算機數(shù)據(jù)的本質(zhì)特征（1）空間位置特征（2）空間特征數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)之間的一一對應(yīng)的關(guān)系或鏈接關(guān)系地圖地圖是一種思維模型，它的建立依賴于制圖者和讀者對地圖符號的“約定”，地圖是空間信息的圖形載體。地圖是地理信息的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)源，GIS查詢與分析結(jié)果的表示手段也主要是地圖。三、信息系統(tǒng)與地理信息系統(tǒng)1、信息系統(tǒng)基本概念信息系統(tǒng)是具有采集、管理、分析和表達數(shù)據(jù)能力的系統(tǒng)。由硬件、軟件、數(shù)據(jù)和用戶四個主要部分組成。從管理上把信息系統(tǒng)分有4個層次：事務(wù)處理系統(tǒng)（TPS）、管理信息系統(tǒng)(MIS)、決策支持系統(tǒng)(DSS)、人工智能(AI)和專家系統(tǒng)(ES)從類型上分有非空間信息系統(tǒng)和空間信息系統(tǒng)之分地理信息系統(tǒng)是由計算機硬件、軟件和不同的方法組成的系統(tǒng)，該系統(tǒng)設(shè)計來支持空間數(shù)據(jù)的采集、管理、處理、分析、建模和顯示，以便解決復(fù)雜的規(guī)劃和管理問題。2、地理信息系統(tǒng)基本概念地理信息系統(tǒng)是由計算機硬件、軟件和不同的方法組成的系統(tǒng)，該系統(tǒng)設(shè)計來支持空間數(shù)據(jù)的采集、管理、處理、分析、建模和顯示，以便解決復(fù)雜的規(guī)劃和管理問題。用戶界面系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫管理數(shù)據(jù)庫的建立和數(shù)據(jù)輸入空間數(shù)據(jù)處理和分析產(chǎn)品生成和輸出地理信息系統(tǒng)地理信息系統(tǒng)地理信息系統(tǒng)空間位置：（x,y,z）or(Topo)時間過程：（t）各種屬性：a（x,y,z,t）數(shù)據(jù)存儲、管理、處理、分析、顯示與分發(fā)GIS=GI+S2、地理信息系統(tǒng)區(qū)別于其他信息系統(tǒng)的主要特點（1）地理空間數(shù)據(jù)和信息的特殊復(fù)雜性（2）具備可視化功能（3）區(qū)域性和層次性（4）數(shù)據(jù)量大（5）注重空間分析第二節(jié)地理信息系統(tǒng)的分類GIS與CAD的共同點GIS與CAD的不同點都有空間坐標(biāo)系統(tǒng)都能將目標(biāo)和參考系聯(lián)系起來都能描述圖形數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系都能處理屬性和空間數(shù)據(jù)CAD研究對象為人造對象規(guī)則幾何圖形及組合GIS處理的數(shù)據(jù)大多來自現(xiàn)實世界，較之人造對象更為復(fù)雜，數(shù)據(jù)量更大；數(shù)據(jù)采集方式多樣化圖形功能特別是三維圖形功能強，屬性庫功能相對較弱GIs屬性庫結(jié)構(gòu)復(fù)雜功能強大CAD中的拓?fù)潢P(guān)系較為簡單強調(diào)對空間數(shù)據(jù)的分析，圖形屬性交互使用頻繁一般采用幾何坐標(biāo)系GIS采用地理坐標(biāo)GIS與CAM的共同點GIS與CAM的不同點都有地圖輸出，空間查詢，分析和檢索功能CAM側(cè)重于數(shù)據(jù)查詢、分類及自動符號化，具有地圖輔助設(shè)計和產(chǎn)生高質(zhì)量矢量地圖輸出機制；它強調(diào)數(shù)據(jù)顯示而不是數(shù)據(jù)分析，地理數(shù)據(jù)往往缺乏拓?fù)潢P(guān)系；他與數(shù)據(jù)庫的聯(lián)系通常是一些簡單的查詢。CAM是GIS的重要組成部分綜合圖形和屬性數(shù)據(jù)進行深層次的空間分析，提供輔助決策信息第三節(jié)地理信息系統(tǒng)的組成空間數(shù)據(jù)GIS的操作對象為空間數(shù)據(jù)空間數(shù)據(jù)特征：幾何、屬性、時間數(shù)據(jù)；空間數(shù)據(jù)組織：矢量結(jié)構(gòu)、柵格結(jié)構(gòu)；空間數(shù)據(jù)管理：幾何數(shù)據(jù)：文件屬性數(shù)據(jù)：關(guān)系數(shù)據(jù)庫…………應(yīng)用人員地圖生產(chǎn)者、地圖出版者、地圖使用者、地理學(xué)專家、數(shù)據(jù)采集者、數(shù)據(jù)庫設(shè)計者、數(shù)據(jù)庫管理者、系統(tǒng)開發(fā)人員GIS應(yīng)用人員：包括系統(tǒng)開發(fā)人員和GIS技術(shù)的最終用戶，他們的業(yè)務(wù)素質(zhì)和專業(yè)知識是GIS工程及其應(yīng)用成敗的關(guān)鍵。GIS應(yīng)用人員的職責(zé)：人是GIS中重要的構(gòu)成因素，僅有系統(tǒng)軟件、硬件和數(shù)據(jù)還構(gòu)不成完整的地理信息系統(tǒng)，需要人進行系統(tǒng)組織、管理、維護和數(shù)據(jù)更新、應(yīng)用程序開發(fā)、信息提取、為地理決策提供服務(wù)。GIS只是一種技術(shù)手段和工具，它的作用在很大程度上取決于用戶的水平、技能和經(jīng)驗。應(yīng)用模型

GIS應(yīng)用模型是為某一特定的實際工作而建立的運用地理信息系統(tǒng)的解決方案，其構(gòu)建和選擇也是系統(tǒng)應(yīng)用成敗至關(guān)重要的因素。雖然GIS為解決各種現(xiàn)實問題提供了有效的基本工具，但對于某一專門應(yīng)用目的的解決，必須通過構(gòu)建專門的應(yīng)用模型，例如土地利用適宜性模型、選址模型、洪水預(yù)測模型、人口擴散模型、森林增長模型、水土流失模型、最優(yōu)化模型和影響模型等。應(yīng)用模型是地理信息系統(tǒng)技術(shù)產(chǎn)生社會效益的關(guān)鍵所在，也是地理信息系統(tǒng)生命力的重要保證。輸入輸入編輯投影縮小放大漫游拼接索引提取查詢變換符號化制圖報表擴展方法疊置緩沖區(qū)網(wǎng)絡(luò)分析DEM分析影像分析模糊邏輯地圖代數(shù)數(shù)據(jù)整合拓?fù)湟?guī)則校驗?zāi)Ｐ瓦B接基本方法GIS方法GIS方法一、數(shù)據(jù)采集與編輯數(shù)據(jù)采集：是將系統(tǒng)外部的原始數(shù)據(jù)傳輸給系統(tǒng)內(nèi)部，并將這些數(shù)據(jù)從外部格式轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)便于處理的內(nèi)部格式的過程。數(shù)據(jù)編輯：圖形：主要包括圖形修改、增加和刪除、圖形整飾圖形變換、圖幅拼接、投影變換、誤差校正和建立拓?fù)潢P(guān)系等。屬性：通常與數(shù)據(jù)庫管理結(jié)合在一起完成，主要包括屬性數(shù)據(jù)的修改、刪除和插入等操作。二、數(shù)據(jù)的處理和變換數(shù)據(jù)變換：指對數(shù)據(jù)從一種數(shù)學(xué)狀態(tài)轉(zhuǎn)換為另一種數(shù)學(xué)狀態(tài)，包括投影變換、輻射糾正、比例尺縮放、誤差改正和處理等；數(shù)據(jù)重構(gòu)：指對數(shù)據(jù)從一種幾何形態(tài)轉(zhuǎn)換為另一種幾何形態(tài)，包括數(shù)據(jù)拼接、數(shù)據(jù)截取、數(shù)據(jù)壓縮、結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換等；數(shù)據(jù)抽?。褐笇?shù)據(jù)從全集合到子集的條件提取，包括類型選擇、窗口提取、布爾提取和空間內(nèi)插三、數(shù)據(jù)存儲與管理數(shù)據(jù)存儲是將數(shù)據(jù)以某種記錄格式存儲在計算機內(nèi)部或外部的存儲介質(zhì)上。數(shù)據(jù)管理是處理數(shù)據(jù)存取和數(shù)據(jù)運行的各種管理控制。空間數(shù)據(jù)管理是GIS數(shù)據(jù)管理的核心。四、空間查詢、統(tǒng)計與分析（包括疊加分析、緩沖區(qū)分析、網(wǎng)絡(luò)分析、地形分析等）空間查詢與分析是GIS的核心，是GIS區(qū)別于其它信息系統(tǒng)的本質(zhì)特征。主要包括數(shù)據(jù)操作運算、數(shù)據(jù)查詢檢索、數(shù)據(jù)綜合分析。綜合分析功能可以提高系統(tǒng)評價、管理和決策的能力，分析功能可在系統(tǒng)操作運算功能的支持下建立專門的分析軟件來實現(xiàn)，主要包括信息量測、屬性分析、統(tǒng)計分析、二維模型分析、三維模型分析和多要素綜合分析等。五、產(chǎn)品制作與演示設(shè)置地圖范圍、投影、比例尺，組織地圖要素顯示順序，定義文字字形字號，設(shè)置地圖符號大小和顏色，標(biāo)注圖名和圖例，以及圖形編輯等六、二次開發(fā)和編程提供開發(fā)環(huán)境，可供用戶在自己的編程環(huán)境中調(diào)用地理信息系統(tǒng)函數(shù)庫，或?qū)⒛承┕δ茏龀山M件供用戶開發(fā)語言調(diào)用。用戶可以方便地編制自己的地理信息系統(tǒng)應(yīng)用程序，生成可視化界面，完成各項應(yīng)用功能的開發(fā)。第五節(jié)地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用GIS能解決哪些問題位置問題，某個地方有什么？條件問題，符合某些條件的地理對象在哪里？變化趨勢問題，某個地方發(fā)生的某個事件及其隨時間的變化過程？模式（pattern）問題，分析已經(jīng)發(fā)生的或正在發(fā)生的事件的形成因素？模型問題，某個地方如果具備某種條件會發(fā)生什么問題？一、資源管理資源的清查、管理和分析是GIS應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域，也是目前趨于成熟的主要應(yīng)用領(lǐng)域，包括森林和礦產(chǎn)資源的管理、野生動植物的保護、土地資源潛力的評價和土地利用規(guī)劃以及水資源的時空分布特征研究等。二、區(qū)域規(guī)劃區(qū)域規(guī)劃是GIS應(yīng)用的一個重要方面。區(qū)域規(guī)劃和城市規(guī)劃中涉及到諸多方面和眾多因素，如人口、交通、經(jīng)濟、文化、教育、金融和基礎(chǔ)設(shè)施等多個地理變量和大量數(shù)據(jù)。GIS技術(shù)能夠進行多要素分析，它具有為規(guī)劃部門快速提供大量信息的能力。三、國土監(jiān)測、預(yù)測在GIS中，預(yù)測主要采用統(tǒng)計方法，通過分析歷史資料和建立數(shù)學(xué)模型，對事物進行定量分析，并對事物的未來作出判斷和預(yù)測，例如洪水預(yù)報模型。監(jiān)測是借助遙感遙測數(shù)據(jù)的搜集，利用GIS對環(huán)境污染、森林火災(zāi)、洪水災(zāi)情等進行監(jiān)視推測，為環(huán)境治理和救災(zāi)搶險決策提供及時準(zhǔn)確的信息。四、輔助決策GIS在其多要素空間數(shù)據(jù)庫的支持下，通過構(gòu)建一系列決策模型，并對這些決策模型進行比較分析，為各部門決策提供科學(xué)的依據(jù)，輔助政府部門決策的制定?？傊?，隨著社會的進步，科技的發(fā)展，GIS的應(yīng)用將越來越廣泛，必將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。第六節(jié)地理信息系統(tǒng)發(fā)展概況一、國際發(fā)展?fàn)顩r1.開拓階段（20世紀(jì)60年代）注重空間數(shù)據(jù)的地學(xué)處理。1963年，加拿大測量學(xué)家R.T.Tomlinson首先提出GIS這一術(shù)語，并建立加拿大地理信息系統(tǒng)（CGIS）；1969年，ESRI（環(huán)境系統(tǒng)研究所）建立；1969年，Integraph公司建立（中國市場不能比mapinfo和arcgis,其他國家里用的比較多，也是很重要的，如geomidia）。2.鞏固發(fā)展階段（20世紀(jì)70年代）注重空間地理信息的實用性管理，受到政府部門、商業(yè)公司和大學(xué)的普遍重視1978年，ERDAS公司成立(現(xiàn)在和ESRI合并)3.大發(fā)展階段（20世紀(jì)80年代）1981年，ESRIARC/INFOGIS發(fā)布；1985年，GPS成為可運行系統(tǒng)（美國開發(fā)的）；1986年，MapInfo建立（中小型軟件使用方便）；1986年，SPOT衛(wèi)星首次發(fā)射（地學(xué)空間數(shù)據(jù)處理中重要的數(shù)據(jù)來源）；1987年，地理信息系統(tǒng)的國際雜志出版；1988年，美國人口調(diào)查局第一次公開發(fā)布TIGER（公開的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)格式）；1988年，GISWorld首次發(fā)行；1989年，Ingegraph發(fā)布MGE（GIS模塊）；4.應(yīng)用普及階段（20世紀(jì)90年代）,注重GIS社會應(yīng)用與服務(wù)，GIS技術(shù)迅猛發(fā)展?！皵?shù)字地球”：“我相信我們需要一個‘?dāng)?shù)字地球’（1998年美國副總統(tǒng)戈爾），即一種可以嵌入海量數(shù)據(jù)、多分辨率和三維的地球?！毕破鹑驍?shù)字風(fēng)暴5.國外主流GIS軟件ARC/INFO（ArcView、ArcObject、ArcIMS）MGE（ModularGISEnvironment）（GeoMedia）(Intergraph公司的)MapInfo（MapinfoProserver、MapX、MapXtreme、SpatialWare二、我國GIS的發(fā)展1.準(zhǔn)備階段（70年代）1974年引進美國地球資源衛(wèi)星圖像，開展遙感圖像處理和分析工作。1976年召開第一次遙感技術(shù)規(guī)劃會議，先后開展京津唐紅外遙感試驗，新疆哈密航空遙感試驗，天津渤海灣地區(qū)環(huán)境遙感研究，天津農(nóng)業(yè)土地資源遙感調(diào)查等工作。國家測繪局系統(tǒng)開展了一系列航空攝影測量和地形測量。1977年誕生了第一張由計算機輸出的全要素地圖（計算機制圖）。2.試驗階段（80年代）圍繞建立數(shù)據(jù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)、空間數(shù)據(jù)庫建設(shè)、數(shù)據(jù)處理和分析算法及系統(tǒng)分析和應(yīng)用軟件開發(fā)建立1:100萬國土基礎(chǔ)信息系統(tǒng)和全國土地信息系統(tǒng)建立了1:400萬全國資源與環(huán)境信息系統(tǒng)和1:250萬水土保持信息系統(tǒng)。開始GIS軟件系統(tǒng)的研制和應(yīng)用1986年創(chuàng)建第一個開放型高新技術(shù)開發(fā)試驗室——資源與環(huán)境信息系統(tǒng)國家重點實驗室。1987年在北京舉行了國際地理信息系統(tǒng)學(xué)術(shù)討論會3.全面發(fā)展階段（90年代）經(jīng)濟信息化基礎(chǔ)設(shè)施和重大信息工程納入國家計劃，中國成為歐洲伽利略計劃的重要合作伙伴，北斗定位系統(tǒng)（區(qū)域定位）也在不斷推進。一些國家級和地方級的GIS相繼建立，并投入運行和應(yīng)用；一些涉及數(shù)字化空間信息技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范已經(jīng)公布執(zhí)行；一些專業(yè)遙感基地建立；初步建成相當(dāng)規(guī)模數(shù)字測繪基地；很多高校設(shè)立地理信息學(xué)科和工程相關(guān)專業(yè)；一些專門從事地理信息產(chǎn)業(yè)活動的高科技企業(yè)活躍在市場中。1994年正式成立中國GIS協(xié)會，以指導(dǎo)、協(xié)調(diào)和推動全國GIS的發(fā)展。“九五”期間，國家第一次將發(fā)展具有我國自主版權(quán)的地理信息系統(tǒng)軟件產(chǎn)品列入“重中之重”科技攻關(guān)計劃；涌現(xiàn)了一批具有自主知識產(chǎn)權(quán)的GIS軟件產(chǎn)品和軟件企業(yè)，和一批優(yōu)秀的基礎(chǔ)軟件平臺，如MapGIS、SuperMap、Geostar（武漢測繪科技大學(xué)吉奧之星）等一些國家重要工程，如載人空間飛船試驗，以國產(chǎn)GIS軟件為基礎(chǔ)的應(yīng)用系統(tǒng)投入了實用。GeoStar武漢測繪大學(xué)MapGIS中國地質(zhì)大學(xué)武漢SuperMap中科院超圖公司（一定的國際市場）CityStar（RegionManagement）北京大學(xué)第二章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第一節(jié)地理空間實體一、地理空間的概念是指地球表面及近地表空間，是地球上大氣圈、水圈、生物圈、巖石圈和土壤圈交互作用的區(qū)域，地球上最復(fù)雜的物理過程、化學(xué)過程、生物過程和生物地球化學(xué)過程就發(fā)生在該區(qū)域。二、地理空間實體的概念就是對復(fù)雜地理事物和現(xiàn)象進行簡化抽象得到的結(jié)果，簡稱空間實體。三、地理空間實體的典型特征與一定的地理空間位置相關(guān)，并具有一定的幾何形態(tài)，分布狀況以及彼此之間的相互關(guān)系。四、空間實體的計算機表達1、空間分幅2、主題分層3、時間分段5、計算機中的數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)隱式表示法：采用沒有大小的點來表示點（記錄坐標(biāo)）稱為矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)顯式表示法：采用有固定大小的點來表示（像元）稱為柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)五、空間數(shù)據(jù)-表達空間實體的數(shù)據(jù)1、空間數(shù)據(jù)的基本特征（1）空間特征：指空間對象的位置及與相鄰對象的空間關(guān)系或拓?fù)潢P(guān)系（2）屬性特征：指空間對象的專題屬性（3）時間特征：指空間對象隨著時間演變而引起的空間和屬性特征的變化。2、空間數(shù)據(jù)的分類：（1）按幾何特征:點、線、面（2）表示內(nèi)容可以分為：p27（3）按數(shù)據(jù)發(fā)布形式：DLG、DRG、DEM、DOM數(shù)字線畫圖、數(shù)字柵格圖、數(shù)字高程模型、數(shù)字正射影像DEM的主要表示模型散點高程模型；等高線、地形特征線；規(guī)則格網(wǎng)模型（Grid）；不規(guī)則三角網(wǎng)（TIN）數(shù)字正射影像圖DOMDOM是利用數(shù)字高程模型對掃描處理的數(shù)字化的航空相片／遙感相片，經(jīng)逐象元進行糾正，再按影像鑲嵌，根據(jù)圖幅范圍剪裁生成的影像數(shù)據(jù)。一般帶有公里格網(wǎng)、圖廓內(nèi)／外整飾和注記的平面圖。3、空間關(guān)系（1）度量空間關(guān)系度量空間關(guān)系主要指空間實體間距離關(guān)系。距離度量可以定量化，如按歐氏距離計算得出A實體距離B實體500m；或應(yīng)用與距離相關(guān)的概念，如遠、近等進行定性地描述。（2）空間順序關(guān)系順序關(guān)系是基于空間實體在地理空間的分布，采用上下、左右、前后、東南西北等方向性名詞描述（3）拓?fù)潢P(guān)系①拓?fù)洌═opology）：來自于希臘文，原意是“形狀的研究”②拓?fù)鋵W(xué)：幾何學(xué)的分支，研究在拓?fù)渥儞Q(任意伸縮或變形，但不扭結(jié)或折疊)下能夠保持不變的幾何屬性③地圖上的拓?fù)潢P(guān)系拓?fù)潢P(guān)系是明確定義空間結(jié)構(gòu)關(guān)系的一種數(shù)學(xué)方法。是指圖形在保持連續(xù)狀態(tài)下的變形（縮放、旋轉(zhuǎn)和拉伸等），但圖形關(guān)系不變的性質(zhì)。組成一個圖形的各元素（結(jié)點、弧段、面域）之間都存在著二元關(guān)系，即鄰接關(guān)系和關(guān)聯(lián)關(guān)系。在地圖上這種關(guān)系可以借助圖形來識別，而在計算機中這種關(guān)系需用拓?fù)潢P(guān)系加以定義。④拓?fù)潢P(guān)系的類型a、拓?fù)溧徑樱ㄍ愒刂g）b、拓?fù)潢P(guān)聯(lián)（不同元素之間）c、拓?fù)浒ㄍ惖煌壍脑刂g）⑤拓?fù)潢P(guān)系的表達⑥拓?fù)潢P(guān)系的意義a、不需要利用坐標(biāo)或者計算距離，就可以確定一種實體相對于另一種實體的空間位置關(guān)系；b、利用拓?fù)鋽?shù)據(jù)有利于空間要素的查詢；鐵路通過哪些地區(qū)、某縣與那些縣鄰接c、以利用拓?fù)鋽?shù)據(jù)作為工具，重建地理實體。如建立封閉多邊形，實現(xiàn)道路選取，進行最佳路徑計算等。第二節(jié)地理空間定位系統(tǒng)2.2.1地理坐標(biāo)系統(tǒng)一、地表的幾何模型1、地球自然表面地球自然表面是一個起伏不平，十分不規(guī)則的表面。有高山、深谷、丘陵和平原，還有江河湖海，最高點珠峰（8844.43米），最深處馬里亞那海溝（-11034米），且地球是一個橢球體。這個高低不平的表面無法用數(shù)學(xué)公式表達，也無法進行計算。2、大地水準(zhǔn)面——大地球體為尋求一種規(guī)則曲面來代替地球自然表面，人們設(shè)想當(dāng)海洋靜止時，平均海水面穿過大陸和島嶼，形成一個閉合曲面，該面上的各點與重力方向（鉛垂線）成正交，即大地水準(zhǔn)面。大地水準(zhǔn)面包圍的球體，叫大地球體，它是對地球形體的一級逼近。3、地球橢球體面——地球橢球體受地球內(nèi)部物質(zhì)密度不均等多因素影響而產(chǎn)生重力異常，大地水準(zhǔn)面仍不規(guī)則，但整體上，它起伏微小，且形狀接近一個扁率極小的橢圓繞大地球體短軸旋轉(zhuǎn)的規(guī)則橢球體，稱地球橢球體。其表面是一規(guī)則數(shù)學(xué)表面，可用數(shù)學(xué)公式表達，所以在測量和制圖中用它替代地球自然表面。地球形體二級逼近。由于定位方法和最逼近的方式不同，地球橢球體分為兩類：（1）局部參考橢球體：地球局部貼合大地水準(zhǔn)面（2）平均橢球體：全球范圍貼合大地水準(zhǔn)面參考橢球體、平均橢球體、大水準(zhǔn)面的關(guān)系（1）局部參考橢球體這種與局部地區(qū)的大地水準(zhǔn)面符合得最好的一個地球橢球體，稱為局部參考橢球體。局部參考橢球體是具體國家大地測量控制網(wǎng)的基礎(chǔ)，大地測量控制網(wǎng)無法在海上和難于涉足的陸地布設(shè)或進行，更不能夠跨越國界。因此各國只能詳細把握本國的大地水準(zhǔn)面，測算出最貼合本國大地水準(zhǔn)面的參考橢球面，因為這個參考橢球面是可用數(shù)學(xué)函數(shù)寫出的，所以我們才在它的幫助下確定地表某處在這個橢球面上平面坐標(biāo)。我國最早采用蘇聯(lián)延伸過來的克拉索夫斯基橢球。屬參心坐標(biāo)系，地心和參考橢球球心不重合（2）平均橢球體在全球范圍內(nèi)貼合大地水準(zhǔn)面作用：研究大尺度的全球問題時需要用（用一個假想的數(shù)學(xué)球體把全球地表模擬在一個地心坐標(biāo)系中），比如：全球定位。隨著技術(shù)進步可以更精確確定地面點屬地心坐標(biāo)系，地心和橢球體球心重合二、大地定位就是求出地面點對大地水準(zhǔn)面的關(guān)系，包括確定地面點在大地水準(zhǔn)面的平面位置（球面坐標(biāo)）和地面點到大地水準(zhǔn)面的高度1、大地控制網(wǎng)我國面積遼闊，在960萬平方公里上進行測圖的工作，需要分成若干單元測區(qū)進行，而且測量的精度要符合統(tǒng)一的要求，為此必須建立統(tǒng)一的大地控制網(wǎng)，作為測制地圖的基礎(chǔ)?？刂凭W(wǎng)分平面（三角網(wǎng)）和高程控制網(wǎng)（水準(zhǔn)測量，黃海平均海水面）2、三類坐標(biāo)系地心坐標(biāo)系：與平均橢球相聯(lián)系，地心半徑（觀測點與地心的連線）加地心經(jīng)緯度，表達觀測地點在全球地心系統(tǒng)中的具體位置，GPS觀測直接得到的地理坐標(biāo)理論就是這種，我國自2008年7月1日起啟用2000國家大地坐標(biāo)系，這個坐標(biāo)系是全球地心坐標(biāo)系在我國的具體體現(xiàn)參心坐標(biāo)：與參考橢球相聯(lián)系，大地經(jīng)度：本初子午面與某點大地子午面夾角，大地緯度：赤道面和過某點垂直線（與參考橢球面垂直的法線，除兩極和赤道，垂直線不過參考橢球的中心）的夾角，大地高：陸地上某點距參考橢球面的垂直距離。三者合起來確定實際點相對參考橢球的位置。北京54、西安80都是這種地理球面坐標(biāo)系：天文經(jīng)緯度，借助重力方向（鉛垂線）來定義，鉛垂線是大地水準(zhǔn)面的垂線，天文經(jīng)緯度用于天文觀測。地面上任一點都有自己的鉛垂線、垂直線、地心半徑。由于地球形狀略扁，且不規(guī)則，三條線相互偏離，偏離程度不同，鉛垂線與垂直線相當(dāng)接近，即大地經(jīng)緯度和天文經(jīng)緯度相當(dāng)接近；垂直線偏離地心半徑相對較大。大地經(jīng)緯度與地心緯度數(shù)值差異相對明顯。地球當(dāng)正球體時三線合一，三種經(jīng)緯度沒有差異3、大地坐標(biāo)系大地坐標(biāo)系是大地測量中以參考橢球面（包括局部和平均）為基準(zhǔn)面建立起來的坐標(biāo)系。地面點的位置用大地經(jīng)度、大地緯度和大地高度表示。大地坐標(biāo)系的確立包括選擇一個橢球、對橢球進行定位（找最佳擬合點）和確定大地起算數(shù)據(jù)。一個形狀、大小和定位、定向都已確定的地球橢球叫參考橢球。參考橢球一旦確定，則標(biāo)志著大地坐標(biāo)系已經(jīng)建立。（1）大地定位需要的參數(shù)①參考橢球體：（長軸赤道半徑）、短軸（極半徑）、地球扁②給定大地測量原點（局部定位的地球橢球體）③大地經(jīng)緯度：大地經(jīng)度λ，參考橢球面上某一點的大地子午面與本初子午面間的兩面角大地緯度ψ，參考橢球面上某一點的垂直線與赤道面的夾角“大地原點”亦稱“大地基準(zhǔn)點”，即國家水平控制網(wǎng)中推算大地坐標(biāo)的起標(biāo)點。原點并不是指中國的幾何中心。建國初期，我國使用的大地測量坐標(biāo)系統(tǒng)是從前蘇聯(lián)測過來的，其坐標(biāo)原點是前蘇聯(lián)玻爾可夫天文臺，這種狀況與我國的建設(shè)和發(fā)展極不相稱。從１９７５年開始組織人力，搜集分析了大量資料，并根據(jù)“原點”的要求，對鄭州、武漢、西安、蘭州等地的地形、地質(zhì)、大地構(gòu)造、天文、重力和大地測量等因素實地考察、綜合分析，最后將我國的大地原點，確定在涇陽縣永樂鎮(zhèn)石際寺村境內(nèi)。大地原點的整個設(shè)施由中心標(biāo)志、儀器臺、主體建筑、投影臺等四大部分組成。高出地面２５米多的立體建筑共七層，頂層為觀察室，內(nèi)設(shè)儀器臺；建筑的頂部是玻璃鋼制成的整體半圓形屋頂，可用電控翻開以便觀測天體；中心標(biāo)志埋設(shè)于主題建筑的地下室中央。居中的一座正方體的紅色大理石基座。為了保證原點的穩(wěn)定性，基座下灌注有4根13米高的水泥樁柱，直達地球內(nèi)部巖層。

坐標(biāo)為東經(jīng)108°55’、北緯34°32’，海拔高度（2）我國的大地坐標(biāo)系統(tǒng)①1954北京空間直角坐標(biāo)系參考橢球：Krassovsky橢球大地測量原點：前蘇聯(lián)普爾科沃天文臺Z軸：平行于地球質(zhì)心指向地極原點JYD1968的方向X軸：在大地起始子午面內(nèi)與Z軸垂直指向經(jīng)度0方向Y軸：與Z、X軸構(gòu)成右手直角坐標(biāo)系②1980西安空間直角坐標(biāo)系參考橢球：1975國際橢球大地測量原點：陜西涇陽縣永樂鎮(zhèn)Z軸：平行于地球質(zhì)心指向地極原點JYD1968的方向X軸：在大地起始子午面內(nèi)與Z軸垂直指向經(jīng)度0方向Y軸：與Z、X軸構(gòu)成右手直角坐標(biāo)系③2000國家大地坐標(biāo)系CGCS2000原點為包括海洋和大氣的整個地球的質(zhì)量中心Z軸BIH(國際時間局)1984定義的協(xié)議地球極（CTP）X軸由原點指向格林尼治參考子午線與地球赤道面（歷元2000.0）的交點Y軸與Z軸、X軸構(gòu)成右手正交坐標(biāo)系（3）WGS84空間直角坐標(biāo)系平均橢球：WGS-84橢球原點：地球質(zhì)心Z軸：BIH(國際時間局)1984定義的協(xié)議地球極（CTP）X軸：BIH1984的零子午面與CTP赤道的交點Y軸：與Z、X軸構(gòu)成右手直角坐標(biāo)系2.2.2高程一、定義指的是某點沿鉛垂線方向到絕對基面的距離，稱絕對高程，簡稱高程。某點沿鉛垂線方向到某假定水準(zhǔn)基面的距離，稱假定高程。二、分類常用的高程系統(tǒng)共有正高、正常高、力高和大地高程4種1、正高是指從一地面點沿過此點的重力線到大地水準(zhǔn)面的距離。是天文地理坐標(biāo)(Ψ，λ，Hg)的高程分量。因此，大地水準(zhǔn)面則是正高的定義基礎(chǔ)。2、正常高是指從一地面點沿過此點的正常重力線到似大地水準(zhǔn)面的距離。因此，似大地水準(zhǔn)面則是正常高的定義前提。我國規(guī)定采用的高程系統(tǒng)是正常高系統(tǒng)。如果不是進行科學(xué)研究，只是一般使用，正常高系統(tǒng)結(jié)果在國內(nèi)也可以稱為海拔高度。3、大地高是指從一地面點沿過此點的地球橢球面的法線到地球橢球面的距離。是大地地理坐標(biāo)（B，L，H）的高程分量H。三、高程基準(zhǔn)高程基準(zhǔn)是推算國家統(tǒng)一高程控制網(wǎng)中所有水準(zhǔn)高程的起算依據(jù)，它包括一個水準(zhǔn)基面和一個永久性水準(zhǔn)原點。水準(zhǔn)基面，通常理論上采用大地水準(zhǔn)面，它是一個延伸到全球的靜止海水面，也是一個地球重力等位面，實際上確定水準(zhǔn)基面則是取驗潮站長期觀測結(jié)果計算出來的平均海面。中國以青島港驗潮站的長期觀測資料推算出的黃海平均海面作為中國的水準(zhǔn)基面，即零高程面。中國水準(zhǔn)原點建立在青島驗潮站附近，并構(gòu)成原點網(wǎng)。用精密水準(zhǔn)測量測定水準(zhǔn)原點相對于黃海平均海面的高差，即水準(zhǔn)原點的高程，定為全國高程控制網(wǎng)的起算高程。用GPS可以測得大地高，要求算上面所說的高程用大地高減去高程異常。四、目前常用高程我國目前正在使用的是“1985年國家高程基準(zhǔn)”以青島驗潮站推算的黃海平均海水面為高程起算基準(zhǔn)2.2.3投影坐標(biāo)系統(tǒng)一、地圖投影地圖投影定義地球球面與地圖平面之間的矛盾球面上任一點位置用地理坐標(biāo)（φ、λ）表示，而平面上點的位置用直角坐標(biāo)（x,y）或極坐標(biāo)（r，θ）表示，所以要將球面上的點轉(zhuǎn)移到平面上，必須采用一定的數(shù)學(xué)方法來確定地理坐標(biāo)與平面坐標(biāo)之間的關(guān)系。這種在球面和平面之間建立點與點之間函數(shù)關(guān)系的數(shù)學(xué)方法，稱為地圖投影。二、投影類型三、GIS中地圖投影配置所配置的投影系統(tǒng)應(yīng)與相應(yīng)比例尺的國家基本圖投影系統(tǒng)一致。基本比例尺地形圖基本省區(qū)圖或國家大圖集四、我國常用投影坐標(biāo)系統(tǒng)國家基本比例尺地形圖大比例尺地形圖：1：5000；中比例尺地形圖：1：10000；1:2.5萬；1：5萬；小比例尺地形圖：1:10萬；1:25萬；1:50萬；1:100萬三度分帶25-453°×當(dāng)?shù)貛枺?:1萬）六度分帶13-23；6°×20－3°＝117°（適用于1:2.5萬和1:5萬地形圖）地形圖分幅與編號為了保管和使用方便，每一種基本比例尺地形圖都規(guī)定有一定的圖廓大小，每一幅圖都具有相應(yīng)的號碼標(biāo)志，這項工作叫地形圖的分幅和編號（我國1：10萬7000幅；我省1：1萬8090幅）地形圖分幅方法：一是矩形分幅，一是經(jīng)緯線分幅（也叫梯形分幅）。我國基本比例尺地形圖采用經(jīng)緯線分幅。五、高斯-克呂格投影1、基本性質(zhì)等角橫切橢圓柱投影；中央經(jīng)線和赤道投影成垂直相交的直線；投影后沒有角度變形；中央經(jīng)線上沒有長度變形，等變形線為平行于中央經(jīng)線的直線2、分帶方法（1）6°分帶法（1：2.5萬—1：50萬）從本初子午線起，自西向東全球劃分為60個投影帶東半球中央經(jīng)線位置＝（6N－3）°西半球中央經(jīng)線位置＝（6N－363）°（2）3°分帶法（1：1萬及更大比例尺）從東經(jīng)1°30′起，自西向東全球劃分為120個投影帶東半球中央經(jīng)線位置＝（3N）°西半球中央經(jīng)線位置＝（3N－360）°3、高斯平面直角坐標(biāo)網(wǎng)每一個投影帶構(gòu)成一個單獨的坐標(biāo)系中央經(jīng)線投影后的直線為X軸（縱軸）赤道投影后的直線為Y軸（橫軸）X軸與Y軸交點為原點X值在北半球為正，南半球為負(fù)Y值在中央經(jīng)線以東為正，中央經(jīng)線以西為負(fù)4、說明我國規(guī)定各投影帶的坐標(biāo)軸均西移500km通用坐標(biāo)橫坐標(biāo)Y值前加所在帶號加以區(qū)分以km為單位，按等間距作平行于縱橫軸的若干直線（段）第三節(jié)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型2.3.1空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的概念：適合于計算機系統(tǒng)存儲、管理和處理的地理圖形圖像數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)，是地理實體的空間排列方式和相互關(guān)系的抽象描述2.3.2空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的主要類型一、矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1、定義：矢量結(jié)構(gòu)是通過記錄坐標(biāo)的方式來表示點、線、面等地理實體。用點、線和多邊形（閉合的線）來表達空間對象的輪廓、空間位置及其幾何關(guān)系，以屬性數(shù)據(jù)描述地理事物本身性質(zhì)及其相互聯(lián)系2、特點：定位明顯，屬性隱含。3、矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的構(gòu)成二維空間二維空間坐標(biāo)系幾何數(shù)據(jù)：表達空間對象形狀、位置及其位置關(guān)系每一點、線或多邊形的唯一標(biāo)識符屬性數(shù)據(jù)：描述對象本身性質(zhì)、空間關(guān)系及其他說明數(shù)據(jù)空間對象計算機中的表達點狀：點坐標(biāo)(x,y)線狀：一串點坐標(biāo)面狀：一串首尾相連的點坐標(biāo)基本屬性數(shù)據(jù)和說明數(shù)據(jù)，常用關(guān)系表來組織4、矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的主要類型（1）實體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（也稱面條數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)）（2）拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)最重要的技術(shù)特征和貢獻是具有拓?fù)渚庉嫻δ埽ǘ噙呅芜B接編輯和結(jié)點連接編輯。①實體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以基本的空間對象為單元進行單獨組織，不含有拓?fù)潢P(guān)系數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)按點、線、或多邊形為單元進行組織，數(shù)據(jù)編排直觀，數(shù)字化操作簡單點、線和多邊形有各自的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，但沒有拓?fù)鋽?shù)據(jù)，互相之間不關(guān)聯(lián)多邊形以閉合線段存儲，公共邊界被數(shù)字化兩次，造成數(shù)據(jù)冗余和不一致島只作為一個單個圖形，沒有與外界多邊形的聯(lián)系②拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)組織方式：點是相互獨立的，點連成線，線構(gòu)成面獨立點狀地物的數(shù)據(jù)單獨組織線始于起始結(jié)點，止于終止結(jié)點一個多邊形由一個外環(huán)和零個或多個內(nèi)環(huán)組成，一個環(huán)由一條或多條鏈組成。簡單多邊形沒有內(nèi)環(huán)，復(fù)雜多邊形則可以有一個或多個內(nèi)環(huán)（“孔”或“島”）弧段或鏈段是數(shù)據(jù)組織的基本對象兩個實例DLG數(shù)據(jù)格式美國地質(zhì)測量所(美國地形圖主要提供者)及其實例（幾何數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)在一起，數(shù)據(jù)以文本的方式提供）第一部分：文件頭，1-15行，描述該數(shù)據(jù)的生產(chǎn)日期、地點、人員、經(jīng)緯度范圍等第二部分，從16行起為各結(jié)點和獨立地物點的數(shù)據(jù)，每點占兩行，皆以字母N開頭，點序號，點坐標(biāo)，以該點為端點的線的數(shù)目，點屬性，以此點為端點的線編號。起始為正第三部分：多邊形數(shù)據(jù)，每一多邊形占兩行，皆以字母A開頭，非零數(shù)據(jù)依次為多邊形序號，標(biāo)簽點坐標(biāo)，圍成該多邊形的線的數(shù)目和各自序號，逆時針為負(fù)，如果有洞，線以0隔開，線的數(shù)目加一，內(nèi)環(huán)線方向反算第四部分：線數(shù)據(jù)，皆以字母L開頭，數(shù)據(jù)量最大的部分，非零數(shù)據(jù)依次為線序號，起始點序號，終結(jié)點序號，左多邊形序號，右多邊形序號，所含點的數(shù)目和坐標(biāo)序列。雙重獨立編碼結(jié)構(gòu)DIME（DualIndependentMapEncoding）編碼系統(tǒng)，它以城市街道為編碼主體，特點是采用了拓?fù)渚幋a結(jié)構(gòu)，比較適于城市信息系統(tǒng)。雙重獨立編碼結(jié)構(gòu)是對圖上網(wǎng)狀或面狀要素的任何一條線段，用順序的兩點及相鄰多邊形來予以定義。該編碼結(jié)構(gòu)還需要點、面文件。DIME編碼結(jié)構(gòu)尤其適用于地籍宗地管理，界址點對應(yīng)點、界址邊對應(yīng)線段，宗地對應(yīng)多邊形，各要素都有惟一標(biāo)識。Arc/Info的拓?fù)鋽?shù)據(jù)表達（幾何數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)分開）部分拓?fù)鋽?shù)據(jù)放在關(guān)系表中。點、線和多邊形的屬性表中都有專門的序號（成為內(nèi)部ID，多數(shù)情況下與表頭的記錄號一直）作為每一點、線和多邊形的唯一標(biāo)識符，通過唯一標(biāo)識符實現(xiàn)屬性數(shù)據(jù)和坐標(biāo)數(shù)據(jù)的掛接。Arc/Info不在點屬性表和多邊形屬性表中反映拓?fù)淅斫鈹?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的文件格式同樣是采取拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，不同的數(shù)據(jù)供應(yīng)商和軟件商還會有自己具體的數(shù)據(jù)組織形式