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1、上次课主要内容,GIS 专业发展GIS组成地理空间及认知ArcGIS简介,本次课内容,1、国际1960年，加拿大测量学家Roger F.Tomlinson提出，创建第一个系统（CGIS），之后全球快速发展2004.01 Nature杂志发表文章将以遥感与GIS为基础的Geo-technology、纳米技术、生物技术作为最新出现的、最具发展前景的三大技术。,一、GIS专业的发展,一、GIS专业的发展,2 国内70年代GIS技术在我国开始发展90年代专业调整，出现GIS专业近年来，随着GIS技术的快速发展，社会对GIS人才的需求量快速增长，GIS专业在很多院校都如雨后春笋般地发展起来,权威,3 专
2、业背景,分设在地理学和测绘学两个一级学科下的二级学科。由于GIS与计算机技术关系密切，一些计算机专业人员也从事GIS的研究与应用，并开始培养GIS人才。,GIS专业的社会需求,融扎实的GIS基本技能与迫切的GIS求知、创新欲望于一体。,融厚实的数理、空间知识基础与精湛的GIS专业知识于一体,融GIS研究、技术开发本领与GIS项目管理能力于一体。,GIS专业人才的道德品质也应作为人才素质特征的重要指标。,GIS专业人才的基本知识结构,二、地理信息系统的基本构成,数据（系统分析与处理的对象、构成系统的应用基础）,硬件（各种设备-物质基础）,软件（支持数据采集、存储、加工、回答用户问题的计算机程序系
3、统）,用户（GIS服务的对象，分为一般用户和从事建立、维护、管理和更新的高级用户）,由于计算机的飞速发展和地理信息的时序特征，硬件寿命3-5年，软件（5-15年），数据（1-2年，5-70年不等）GIS需要不断维护、更新，所以用户要不断进行知识更新。,二、地理信息系统的基本构成（硬件配置）,二、地理信息系统的基本构成（软件层次）,数据输入数据存储与管理 数据分析与处理数据输出与表示 用户接口,地理系统主要涉及地球表层空间，简称地理空间。地理空间是地球上大气圈、水圈、生物圈、岩石圈和土壤圈交互作用的区域，地球上的许多自然和生物现象，以及复杂的物理过程、化学过程、生物和生化过程大都发生在地理空间中
4、。地理空间也是宇宙过程对地球影响最大的区域。,三、地理空间与地理系统,测量的基准面和基准线,大地水准面 设想海洋处于静止平衡状态时，将它延伸到大陆下面且保持处处与铅垂线正交的包围整个地球的封闭的水准面，我们称它为大地水准面。,四、地理空间坐标系与地图投影,大地坐标系,地心直角坐标系,地心大地坐标系,WGS-84世界大地坐标系,地球椭球体表面是不可展曲面，要将曲面上的客观事物表示在有限的平面图纸上，必须经过由曲面到平面的转换。地图投影：在地球椭球面和平面之间建立点与点之间函数关系的数学方法，称为地图投影。地图投影的实质：是将地球椭球面上的经纬线网按照一定的数学法则转移到平面上。,x=f1(j,l
5、)y=f2(j,l),地图投影的意义,高斯平面直角坐标系,高斯正形投影又称横轴等角切椭圆柱投影,Lambert投影 Lambert投影是正轴圆锥投影的一个特例，其实质是取用一圆锥面，套在地球（椭球）体上，并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（正轴情况下为一经线）展开，便得到了该投影,五、地理空间认知模型,“空间”（Space）的概念在不同的学科有不同的解释。在地理空间中存在着各种事物或现象，它们可能是物质的，也可能是非物质的。地理空间实体除了空间位置特征之外，另外三个基本特征是属性特征、时间特征和空间关系。由于地理空间信息的复杂性和人们认识地理空间在观念或方法上的不同，地
6、理信息系统对地理空间实体的抽象方式也存在一定的差别，或者说不同的学科或部门可能对地理空间世界按照各自的认识和思维方式来构造不同的模型。,五、地理空间认知模型,OGC（Open Geospatial Consortium）制定了开放式地理信息系统（Open GIS）规范，以使不同的地理信息系统之间具有良好的互操作性（Interoperation），以及在异构分布式数据库中实现信息共享。为此，首先必须建立开放的、人们共同认可的、统一观点的地理空间认识模型。Open GIS规范将基本地理空间认识模型抽象为九个层次，,感知世界,六、地理空间及其表达,空间实体表达,地理空间的特征实体包括点（Point）
7、、线（Line）、面（Polygon）、曲面（Surface）和体（Volume）等多种类型,矢量表达,栅格表达,六、地理空间及其表达,空间实体特征,点状实体,4）角点、节点Vertex：表示线段和弧段上的连接点。,1）实体点：用来代表一个实体。,2）注记点：用于定位注记。,3）内点：用于负载多边形的属性，存在于多边形内。,线状实体,1）实体长度：从起点到终点的总长2）弯曲度：用于表示像道路拐弯时弯曲的程度。3）方向性：如：水流方向，上游下游，公路，单、双向之分。,具有相同属性的点的轨迹，线或折线，由一系列的有序坐标表示，并有如下特性：,线状实体包括：线段，边界、链、弧段、网络等。,六、地理空
8、间及其表达,六、地理空间及其表达,面状实体（多边形）,面状实体的如下特征：1）面积范围 2）周长 3）独立性或与其它地物相邻，如中国及其周边国家4）内岛屿或锯齿状外形：如岛屿的海岸线封闭所围成的区域。5）重叠性与非重叠性：如学校的分区，菜市场的服务范围等都有可能出现交叉重叠现象，而一个城市的各个城区一般说来不会出现重叠。,是对湖泊、岛屿、地块等一类现象的描述。在数据库中由一封闭曲线加内点来表示。,六、地理空间及其表达,遥感影像对地理空间的表述,卫星遥感可以覆盖全球每一个角落。在获取信息时，对任何国家和地区都不存在由于自然或社会因素所造成的空白地区，并且卫星遥感资料可以及时地提供大区域内相同时相
9、、波段、比例尺和精度的空间信息。航空遥感可以快速获取小范围地区的详细资料。因此，遥感技术使空间信息获取的现势性得到了很大的提高。遥感影像对地理空间信息的描述主要通过不同的颜色和灰度来表示。由于地物的结构、成分、分布等的不同，其反射和发射光谱特性也各不相同，传感器记录的各种地物在某一波段的电磁辐射反射能量也各不相同，反映在遥感影像上，则表现为不同的灰度信息。所以，通过遥感可以获取大量的空间地物的特征信息。,地理信息的数字化表达,六、地理空间及其表达,计算机对地理实体的显式描述也称栅格数据结构，隐式描述也称矢量数据结构。栅格结构和矢量结构是计算机描述空间实体的两种最基本的方式。,七、ArcGIS简
10、介是一个统一的地理信息系统平台三个重要组成部分桌面软件：Desktop(一体化的高级GIS系统)数据通路:ArcSDE(管理空间数据的接口）网络软件：ArcIMS（基于Internet的分布式数据和服务GIS）,Desktop简介Desktop是ArcView、ArcEditor和ArcInfo三级桌面GIS软件的总称。三级软件有共用通用的结构、通用的编码基数、通用的扩展模块和统一的开发环境。通过一组相同的应用环境ArcMap、ArcCatalog和ArcToolbox协调工作，完成从简单到复杂的GIS分析与处理操作。,ArcView是Desktop的低端产品，实现了核心的制图和GIS功能，可
11、以与传统的数据分析工具连接，与地图构成一个完整的分析系统。ArcEditor是Desktop的中级产品，是一个基于Windows桌面的GIS数据可视化、查询、制图、数据管理和编辑综合系统，集成了ArcView的所有功能之外，也能编辑ArcInfo Coverage数据，以及Personal和Enterprise Geodatabase，具有创建和管理关系、子类、网络及几何要素等功能。ArcInfo是Desktop的高端产品，集成了ArcView、ArcEditor的所有功能，增加空间分析、处理功能。,ArcInfo Workstation基于拓扑数据模型，实现图库(Map Library)的管
12、理，并且具有了栅格数据的分析功能，支持栅格矢量一体化查询和叠加显示。此外，还提供了二次开发语言AML以及开放开发环境ODE，以便于用户定制自己的GIS应用。Workstation ArcInfo提供了最基本的GIS功能，包括数据录入和编辑、投影变换、制图输出、查询分析及其分析功能(缓冲区分析、叠加复合分析等等)。,ArcInfo Desktop包括三个应用模块：Arc Map、Arc Catalog和Arc Toolbox。Arc Map是一个以地图为核心的模块，用于图形显示、编辑、查询、分析的复杂专业制图和编辑系统，既是一个面向对象的编辑器，又是一个完整的数据表生成器。Arc Map不仅可以
13、看成是能够完成制图和编辑任务的ArcEdit和ArcPlot的合并，而且是类似CAD结构的智能化地图生成工具，是一个使用简单、功能强大的集成应用环境。Arc Catalog是以数据为核心，用于定位、浏览和管理空间数据的模块，是用户规划数据库、制定和利用元数据的环境，Arc Catalog可以创建和管理、浏览空间数据；Arc Toolbox是由常用数据分析处理功能组成的工具箱，由数据管理工具集、空间分析工具集、数据转换工具集和用户自定义工具集组成，是数据转换、叠加处理、缓冲区生成和投影变换等空间数据分析的处理环境。,ArcMap应用基础,启动窗口辅助窗口地图数据浏览浏览要素属性表单击要素查询地图
14、距离查询,Feature:（要素）基本不可分割单位Feature Class：（要素类）相同要素聚集一起，一个要素类对应一个属性表（Table）Layer：是Feature Class的表现形式Table：Attribute TableData frame:数据柜架，将多个图层、表聚集在一起Data Source：数据源，ArcMap直接使用的空间数据Map Document：地图文档，有多个Data frame,专用术语,ArcMap加载数据,直接在新地图加载数据层：Add Data借助ArcCatalog加载数据层：通过已有地图加载数据层将已有地图保存成图层文件，加载到 新的地图文档中通过
15、复制、粘贴完成,ArcMap加载数据,加载Auto CAD矢量数据层加载CAD图形数据加载CAD属性数据加载ERDAS栅格数据层加载单波段栅格数据加载多波段栅格数据加载坐标文件：地形测量、GPS坐标文件,ArcMap数据层操作,基本操作：改变数据层名称、调整数据层顺序、控制数据层显示、复制与删除数据层定义及改变数据层坐标系统：地图文档通常是由多个图层组成，第一数据层的坐标系统被默认为文档的坐标系统。无论查看还是改变坐标系统都 是通过地图文档（数据层）的“属性页”完成Properties CoordinateSystem,要素及其属性查询,设置可选图层选择要素：单选、多选，地理对象和属性表是一一
16、对应关系条件查询：输入特定符号查询（Find)条件组合查询（Open Attribute TableOptionsSelect By Attritubute）注意字符型查询用Like而不用等号统计汇总简单统计分类汇总,空间数据采集（地理数据库概述、建立过程）地理数据库（GeoDatabase）是为了更好地管理和使用地理要素。而按照一定的数据模型和规则组合起来的地理要素数据集（Feature Datasets）基本元素：表要素类要素数据集关系类几何网络,几何网络Geometic Network,Geodatabase数据库创建,一般过程：Geodatabase设计Geodatabase建立从头开
17、始建立一个新的Geodatabase移植已经存在数据到Geodatabase建立Geodatabase的基本组成项向Geodatabase各项加载数据项进一步定义Geodatabase,ArcCatalog创建一个新的本地Geodatabase,建立数据库中的基本组成 项,1 建立要素数据集 首先必须明确其空间参考，包括坐标系统和坐标值的范围。数据集中所有要素类用相同的坐标系统有要素类的所有要素坐标必须在坐标值域范围内。,2 建立要素类,3 建立关系表,4 向Geodatabase加载数据,主要支持Shapefile、Coverage、INFO表和dBASE、CAD、Raster等，如果已有数据不是上述几种格式，可以用ArcToolbox中的工具进行数据格式转换。,导入Shapefile（导入其他数据类似此操作）,
