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2023-06-10
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第一讲
一 地理信息系统的定义
地理信息系统(GIS)是采集、存储、管理、表达和分析处理空间信息的软件工具,它以实体的空间位置信息为主
线,集成经济、社会、环境、科技、文化等各类信息,为各种应用服务。
数据 对客观世界的表示,在 GIS 中主要是指对地球表面与自然环境的表示。
信息 加工提炼过的数据、数字、字符、图表中有意义的事物。信息具有共享性、客观性。
信息系统 能够对数据进行采集、处理、分析、输出、传输,回答用户提问的系统。
地理信息 是有关地理实体的性质、特征和运动状态的表征等一切有用的知识。它是对地理特征与地理现象之间的
地理数据的解释,而地理数据是各种地理特征和现象间关系的符号化表示,包括空间位置、属性特征以及时域特征
三部分组成。
二 地理信息的特点:
数据量大 一张精度适当的地图,其数据量超过百万字的书籍,相当于一张光盘的容量。例如,城市地理信息系
统处理的数据量预期将达到百万 GB;
区域分布性 地理现象在空间分布上是不均匀的,有的区域分布密集,有的区域分布稀疏。例如综合性大都市,数
据的数据结构相当复杂,所涉及的内容相当广泛;
信息载体的多样性 地理信息的第一载体是地理实体的物质和能量本身。其次,还有描述地理实体的文字、数字、
地图和影像等符号信息载体以及纸质、磁带、光盘等物理介质载体。
三 GIS 定义的分类
面向数据处理过程的定义(数字处理系统)
面向专题应用的定义(专题信息系统)
工具箱定义(基础地理信息系统)
数据库定义(空间数据库管理信息系统)
四 五大功能
1 数据的采集与编辑:数据的采集与编辑主要用于获取数据,保证 GIS 数据库中的数据在内容与空间上的完整性。
方法:定位设备,数字化设备,数据交换,数据内容与相应设备,误差探测与编辑,边界匹配
2 数据的存储与组织:数据的存储与组织是一个数据集成的过程,也是建立 GIS 数据库的关键步骤,涉及到空间数
据和属性数据的组织。空间数据管理的主要任务是在空间数据之间建立拓扑关系。属性数据的组织有文件系统、层
次结构、网络结构与关系数据库管理系统等。目前被广泛采用的主要是关系数据库系统。在数据的存储与组织中,
最为关键的是如何将空间数据与属性数据融合为一体
3 数据的处理与管理:数据格式化(Data formation)是指不同数据间的变换, 尤其是矢量数据与栅格数据之间的转
化。数据转换(Data transfer)涉及到数据比例尺的缩放、平移、旋转等方面,其中最主要的是投影变换。几何变换
方法,坐标变换(回忆矩阵的知识)
4 数据的表达与可视化:用户利用地理信息系统的显示功能不仅可以观察查询和分析的结果,而且还可以进行信息
的表达输出。
5 数据的空间分析与应用:分析功能包括查询、检索、统计计算、空间分析、模型分析等方面。查询、检索、统计
计算是 GIS 以及许多数据信息系统应具备的最基本的分析功能,而空间分析功能才是 GIS 的核心,也是 GIS 与其
它系统区别的重要标志。模型分析是指 GIS 支持下处理分析问题的方法体现,是 GIS 应用深化的重要体现。
四. 城市地理信息系统的应用领域
城市地下管线控制和分析,城市布局分析,城市设计,城市控制性规划,灾害评价和水土保持,土地利用/土地覆
被变化研究,智能交通,海洋渔业,数字城市等
五. 城市地理信息系统的发展趋势
1 理论发展趋势
2 技术发展趋势
3 应用发展趋势
主要技术发展方向(P20)
1 面向对象的组件式 GIS 发展
2
2 Web GIS 的应用
3 高分辨率遥感影像与 GIS 结合
4 三维 GIS 和虚拟现实
5 移动 GIS(无线通讯)
第二讲: GIS 的地理空间定位系统
GIS 研究的对象是具有城市与区域内涵的地理数据,地理数据与其位置的识别联系在一起,它是通过公共的地理基
础(空间参考系统)来实现的。
GIS 的研究对象是具有空间内涵的地理数据。地理数据与其位置的识别联系在一起,它是通过公共的地理基础——
统一的空间参考系统来实现。
空间参照系统是指确定空间目标平面位置和高程的平面坐标和高程系,这两个系统均与地球椭球面有关。
大地经度 L、大地纬度 B 和大地高度 H
地面上的点 P 地的大地子午面 NPS 与起始大地子午面所构成的二面角 L,叫点 P 地的大地经度,由起始子午面起
算,向东为正,向西为负。点 P 地对于椭球的法线 P 地 Kp 与赤道面的夹角 B,叫做点 P 地的大地纬度,由赤道面
起算,向北为正,向南为负。点 P 地沿法线到椭球面的距离 H 叫做大地高,从椭球面起算,向外为正,向内为负。
我国的大地坐标系
1 我国采用了两种不同的大地坐 标系,即 1954 年北京坐标系和 80 国家大地 坐标系,它们均属参心大地坐标
系(p40)。
2 不同的参考椭球确定不同的参心坐标系。
3 相同的地球椭球元素,但定位和定向不同, 也将构成不同的参心坐标系。
4 把地面大地网归算到地球椭球面上,确定它 同大地的相关关系位置,这就是所谓椭球的定位和定向问题 。
1954 年北京坐标系
1 属参心大地坐标系;
2 采用克拉索夫斯基椭球参数(a=6878245m,扁率 = 1:298.3);
3 多点定位;
4εx = εy = εz;;
5 大地原点是原苏联的普尔科沃;
6 大地点高程是以 1956 年青岛验潮站求出的黄海平均海水面为基准;高程异常是以原苏联 1955 年大地水准面
重新平差结果为水准起算值,按我国天文水准路线推算出来的;
7 1954 年北京坐标系建立后,30 多年来用它提供的大地点成果是局部平差结果(制作了国家系列比例尺地形
图)。
地理空间数据统一坐标体系转换的关键技术
我国地图坐标体系分类:
北京 1954 坐标系
西安 1980 坐标系
地方独立坐标系
国家 2000 大地坐标系
1980 国家大地坐标系
❖ 属参心大地坐标系;
采用既含几何参数又含物理参数的四个椭球基本参数。数值采用 1975 年国际大地测量学联合会(IUG)第 16
届大会上的推荐值,其结果是:
❖ 地球长半轴= 6378140m
❖ 地心引力常数×质量 GM = 3.986005×1014m3/s2
❖ 地球重力场二阶带谐数J2=1.08263×10–3
❖ 地球自转角速度ω=7.292115×10–5rad/s。
❖ 多点定位。在我国按 10×10 间隔,均匀选取 922 个点组成弧度测量方程,按最小解算大地原点起始数据
3
(p41);
定向明确。地球椭球的短轴平行于地球质心指向 1968.0 地极原点(JYD)的方向,起始大地子午面平行于我国起
始天文子午面,ωx =ωy =ωz =0;
54 和 80 坐标系的相互转换
用参数法实现坐标转换。根据大地微分公式, 用已知控制点数据建立误差方程解算出转换参数。然后,用解算的
参数进行坐标转换计算。
地方独立坐标系与国家坐标系的转换
直接变换法
间接变换法
α表示椭球扁率, R 表示椭球半径, m 表示长度变化率,
常用的解算转换参数有三种方法:
三参数法微分公式
五参数法微分公式
七参数法微分公式
国家坐标系与地方坐标系
直接转换法
⑴计算地方系对国家系的旋转角
⑵计算平移量
⑶进行坐标变换
根据地方坐标系与国家坐标系之间的关系,推出其转换公式如下 :
X国家 =X0+x地方cosα+ y地方sinα
Y国家 =Y0-x地方sinα+ y地方cosα
间接变换方法
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