GIS 基础知识快速掌握

一、GIS 概念

什么是 GIS

Geographic Information System 简称 GIS，地理信息系统有时又称为“地学信息系统”。它是一种特定的十分重要的空间信息系统。
GIS 是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。
地理信息系统是一种计算机软硬件、人员、资金和组织架构的有机结合体，它能获取和存储地理及其相关属性数据为促进理解和辅助决策来检索、分析、综合和显示数据。
由计算机系统、地理数据和用户组成的，通过对地理数据的集成、存储、检索、操作和分析，生成并输出各种地理信息，从而为土地利用、资源管理、环境监测、交通运输、经济建设、城市规划以及政府部门行政管理提供新的知识，为工程设计和规划、管理决策服务。

二、GIS 组成

三、GIS 应用中主要术语概念

四、空间参照

空间参照与投影

空间参照三大要素

椭球体(Ellipsoid)
大地基准（Datum）
地图投影(Projection)

椭球

地球是个椭球体

高程

高程基准

空间参考坐标系

主要分为两种类型：

地理坐标系
投影坐标系

地理坐标系

地理坐标系是以地理极(北极、南极)为极点。
通过 A 点作椭球面的垂线，称之为过 A 点的法线。
过 A 点的子午面与通过英国格林尼治天文台的子午面所夹的二面角，叫做 A 点的经度 L。
A 点至椭球面间的铅垂距离为大地高，又称椭球高 H。

投影坐标系

建立地球椭球面上经纬线网和平面上相应经纬线网的数学基础，也就是建立地球椭球面上的点的地理坐标（λ，φ）与平面上对应点的平面坐标（x，y）之间的函数关系：

当给定不同的具体条件时，将得到不同类型的投影方式。

地图投影的变形:

把球面展开为平面，必然发生裂缝或重叠(图 a)。
为了消除裂缝或重叠，需要在裂缝的地方予以伸展，在重叠的地方予以压缩(图 b)，这样，便使图形产生了变形(误差)。

我国常用地图投影

1：100 万：兰勃特投影（正轴等积割圆锥投影）大部分分省图、大多数同级比例尺也采用兰勃特投影。
1：50 万、1：25 万、1：10 万、1：5 万、1：2.5 万、1:1 万、1：5000 采用高斯—克吕格投影。

高斯－克吕格投影

横轴等角切椭圆柱投影，其原理是：

假设用一空心椭圆柱横套在地球椭球体上，使椭圆柱轴通过地心，椭圆柱面与椭圆体面某一经线相切；
用解析法使地球椭球体面上经纬网保持角度相等的关系，并投影到椭圆柱面上；将椭圆柱面切开展成平面，就得到投影后的图形。

此投影因系德国数学家高斯(Gauss)首创，后经克吕格(Kruger)补充，故名高斯-克吕格投影(Gauss- Kruger Projection)或简称高斯投影。

高斯投影分带

为了控制变形，采用分带投影的办法，规定 1∶2.5 万－1∶50 万地形图采用 6° 分带；1∶1 万及更大比例尺地形图采用 3° 分带，以保证必要的精度。
6° 分带法：从格林威治 0° 经线起，自西向东按经差每 6° 为一投影带，全球共分为 60 个投影带，我国位于东经 72°～136° 之间，共包括 11 个投影带，即 13～23 带，各带的中央经线分别为 75°，81°，……，135°。
3° 分带法：从东经 1°30¢ 算起，自西向东按经差每 3° 为一投影带，全球共分为 120 个投影带，我国位于 24～46 带，各带的中央经线分别为 72°，75°，78°，……，135°。

常用坐标系及转换

参考	WGS84	北京 54	西安 80
参考椭球	1979 年 IUGG 推荐的参数	克拉索夫斯基	1975 年国际大地测量协会推荐的参数
大地原点	地球质心	苏联普尔科沃	陕西省泾阳县永乐镇

不同大地坐标系转换参数，即通过这 7 个参数进行转换：

两坐标系原点不重合，平移参数 △X, △Y, △Z;
坐标轴不平行，对应的坐标轴之间存在 3 个微小的旋转角；
尺度不一致，对应尺度参数

北京 54 坐标系

建国初期，为了迅速开展我国的测绘事业，鉴于当时的实际情况，我国将原苏联 1942 年普尔科沃坐标系的坐标为起算数据，平差我国东北及东部区，这样传算过来的坐标系就定名为 1954 年北京坐标系。因此，P54 可归结为：

属参心大地坐标系；
采用克拉索夫斯基椭球的两个几何参数；
大地原点在原苏联的普尔科沃；
采用多点定位法进行椭球定位；
高程基准为 1956 年青岛验潮站求出的黄海平均海水面；
高程异常以原苏联 1955 年大地水准面重新平差结果为起算数据。按我国天文水准路线推算而得。

经计算表明，54 坐标系统普遍低于我国的大地水准面，平均误差为 29 米左右。

西安 80 坐标系

1980 年国家大地坐标系采用地球椭球基本参数为 1975 年国际大地测量与地球物理联合会第十六届大会推荐的数据。该坐标系的大地原点设在我国中部的陕西省泾阳县永乐镇，位于西安市西北方向约 60 公里，故称 1980 年西安坐标系，又简称西安大地原点。基准面采用青岛大港验潮站 1952－1979 年确定的黄海平均海水面（即 1985 国家高程基准）。

比例尺

地图比例尺反映了制图区域和地图的比例关系
纸质地图：内容、概括程度、数据精度等
比例尺的含义：图上长度与相应地面长度的比例

我国地图比例尺分级系统：

大比例尺：1：500—1：10 万
中比例尺：1：10 万—1：100 万
小比例尺：小于 1：100 万

五、符号渲染

符号

地图符号（Symbol）是地图的语言，它是表达地图内容的基本手段。地图符号是由形状不同、大小不一和色彩有别的图形和文字组成。地图符号可以指出目标种类（如公路）及其数量特征和质量特征（如公路行车部分的铺面种类和宽度），并且可以确定对象的空间位置和现象的分布（如人口密度等）。

点符号

线符号

面符号

注记

图例

六、数据采集

测绘

大地测量
工程测量
GPS 或北斗
摄影测量与遥感
扫描矢量化

GIS 与 3S

七、空间数据

什么是空间数据

是指以地球表面空间位置为参照的自然、社会和人文经济景观数据，可以是图形、图像、文字、表格和数字等。
包括空间信息、空间关系信息和属性信息。

空间信息

信息工程意义上的 GIS

GIS 多源数据

现实世界的多重表达方式

矢量数据
栅格数据
TIN 数据

4D 数据库

数字高程模型（Digital Elevation Model 简称 DEM）是在高斯投影平面上规则格网点平面坐标（x,y）及其高程（z）的数据集。
数字正射影像图（Digital Orthophoto Map 简称 DOM）是利用数字高程模型对扫描处理的数字化的航空相片 / 遥感相片（单色 / 彩色），经逐象元进行纠正，再按影像镶嵌，根据图幅范围剪裁生成的影像数据。一般带有公里格网、图廓内 / 外整饰和注记的平面图。
数字线划地图（Digital Line Graphic 简称 DLG）
数字栅格地图（Digital Raster Graphic 简称 DRG）是纸质地形图的数字化产品。每幅图经扫描、纠正、图幅处理及数据压缩处理后，形成在内容、几何精度和色彩上与地形图保持一致的栅格文件。

DLG 数据

文章来源: GIS 开发者

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