GIS基础知识-超经典

结构一、空间参照系和投影图地球上的经线和纬线图坐标旋转图地图投影变形（出处：MapGIS7.x数据管理篇.chm中）13投影的分类（A）根据地图投影的变形（内蕴的特征）分：¾等角投影:地球表面上无穷小图形投影后仍保持相似，或两微分线段所组成的角度在投影后仍保持相似，或两微分线段所组成的角度在投影后仍保持不变，这种投影称等角投影（又称正形投影）。

在等角投影中，微分圆经投影后仍为圆形，随点位（纬度增加）的变化，面积有较大变形。

¾等面积投影：地球面上的图形在投影后保持面积不变，这种投影称等面积投影。

在等面积投影中，微分圆变成不同形状的椭圆，但变形椭圆面积保持相等，只是角度产生很大变形。

¾任意投影：既不具备等角性质，又没有等面积性质的投影，统称为任意投影。

在任意投影中，如果沿某一主方向的长度比等于1，即a=1或b=1，则这种投影称为等距离投影。

根据投影面与地球表面的相关位置分：¾圆锥投影、圆柱投影、方位投影方位投影：以平面作为投影面，使平面与球面相切或相割，将球面上的经纬线投影到平面上而成。

圆柱投影：以圆柱面作为投影面，使圆柱面与球面相切或相割，将球面上的经纬线投影到圆柱面上，然后将圆柱面展为平面而成。

圆锥投影：以圆锥面作为投影面，使圆锥面与球面相切或相割，将球面上的经纬线投影到圆锥面上，然后将圆锥面展为平面而成。

这里，我们可将方位投影看作圆锥投影的一种特殊情况，假设当圆锥顶角扩大到180度时，这圆锥面就成为一个平面，再将地球椭球体上的经纬线投影到此平面上。

圆柱投影，从几何定义上讲，也是圆锥投影的一个特殊情况，设想圆锥顶点延伸到无穷远时，即成为一个圆柱。

正轴投影、斜轴投影、横轴投影（按照投影面与地理轴向的相对位位投影称为波斯托（Postel）投影。

¾伪圆锥投影：投影中纬线为同心圆圆弧，经线为交于圆心的曲线。

¾伪圆柱投影：投影中纬线为一组平行线，而经线为某种曲线。

¾伪方位投影：投影中纬线为同心圆，而经线为交于圆心的曲线。

¾多圆锥投影：投影中纬线为同轴圆圆弧，其圆心在中央直径线上，而经线为堆成中央直径线的曲线。

（出处：MapGIS7.x数据管理篇.chm中，地理信息系统原理与方法（吴信才等编著 电子工业出版社））14地图投影的选择（A）地图投影选择得是否恰当，直接影响地图的精度和使用价值。

这里所讲的地图投影选择，主要指中、小比例尺地图，不包括国家基本比例尺地形图。

因为国家基本比例尺地形图的投影、分幅等，是由国家测绘主管部门研究制订，不容许任意改变的，另外编制小区域大比例尺地图，无论采用什么投影，变形都是很小的。

选择制图投影时，主要要考虑以下因素：制图区域的范围、形状和地理位置，地图的用途、出版方式及其他特殊要求等，其中制图区域的范围、形状和地理位置是主要因素。

1)对于世界地图，常用的主要是正圆柱、伪圆柱和多圆锥投影。

在世界地图中常用墨卡托投影绘制世界航线图、世界交通图与世界时区图；我国出版的世界地图多采用等差分纬线多圆锥投影，选用这个投影，对于表现中国形状以及与四邻的对比关系较好，但投影的边缘地区变形较大。

2)对于半球地图，东、西半球图常选用横轴方位投影；南、北半球图常选用正轴方位投影；水、陆半球图一般选用斜轴方位投影。

3)对于其他的中、小范围的投影选择，须考虑到它的轮廓形状和地理位置，最好是使等变形线与制图区域的轮廓形状基本一致，以便减少图上变形。

因此，圆形地区一般适于采用方位投影，在两极附近则采用正轴方位投影，以赤道为中心的地区采用横轴方位投影，在中纬度地区采用斜轴方位投影。

在东西延伸的中纬度地区，一般多采用正轴圆锥投影，如中国与美国。

在赤道两侧东西延伸的地区，则宜采用正轴圆柱投影，如印度尼西亚。

在南北方向延伸的地区，一般采用横轴圆柱投影和多圆锥投影，如智利与阿根廷。

（出处：MapGIS7.x数据管理篇.chm中）15常用的地图投影（B）1、世界地图的投影世界地图的投影主要考虑要保证全球整体变形不大，根据不同的要求，需要具有等角或等积性质，主要包括：等差分纬线多圆锥投影、正切差分纬线多圆锥投影（1976年方案）、任意伪圆柱投影、正轴等角割圆柱投影。

2、半球地图的投影东、西半球有横轴等面积方位投影、横轴等角方位投影；南、北半球有正轴等面积方位投影、正轴等角方位投影、正轴等距离方位投影。

3、各大洲地图投影1）亚洲地图的投影：斜轴等面积方位投影、彭纳投影。

2）欧洲地图的投影：斜轴等面积方位投影、正轴等角圆锥投影。

3）北美洲地图的投影：斜轴等面积方位投影、彭纳投影。

二、空间数据知识点(优先级) 描述图四叉树压缩编码原理图10栅格数据结构和矢量数据结构的比较(A)（地理信息系统原理与方法（吴信才等编著 电子工业出版社））矢量数据结构 栅格数据结构 数据存储量小 数据存储量大 空间位置精度高 空间位置精度低 用网络连接法能完整描述拓扑关系 难于建立网络连接关系输出简单容易，绘图细腻、精确、美观输出速度快，但绘图粗糙、不美观 可对图形及其属性进行检索、更新和综合便于面状数据处理 数据结构复杂数据结构简单 获取数据慢可快速获取大量数据 数学模拟困难数学模拟方便 多种地图叠合分析困难多种地图叠合分析方便 不能直接处理数字图像信息能直接处理数字图像信息 空间分析不容易实现空间分析易于进行 边界复杂和模糊的事物难以描述容易描述边界复杂和模糊的事物 数据输出的费用较高技术开发费用低 三、MAPGIS 基本概念图 MAPGIS多层体系架构（出处：MapGIS7.x数据管理篇.chm中）5MAPGIS空间数据模型(A)空间数据模型是对地理世界的抽象，是空间数据库设计的基础。

从地理世界到计算机世界，空间数据模型可以分为多个层次，如 OpenGIS抽象规范将要素模型分为9个层次，这是较为详细的划分。

粗略地划分，则空间数据模型可划分成两个层次：第一层是空间数据抽象模型或者空间数据概念模型，其目的在于提取地理世界的主要特征，不考虑在计算机中的具体实现；第二层是空间数据组织模型，是空间数据概念模型在计算机中的具体实现。

新一代 MapGIS空间数据模型的第一层是一种面向地理实体的空间数据模型，它首先强调人对地理世界的理解，其次才是如何将人对地理世界的理解图示化。

这种模型将地理世界分解为实体，通过描述实体的特性和实体间的关系，建立观察范围内的地理世界的视图，通过定义与实体特性、实体关系相关的操作，模拟人类理解地理世界的语义环境。

（出处：MapGIS7.x数据管理篇.chm中）6 MAPGIS空间数据模型的概念层次(A)MapGIS空间数据模型的概念分6个层次：地理数据库、数据集、类、几何元素、几何实体、坐标点，如下图所示。

非空间实体被抽象为对象，空间实体被抽象为要素；相同类型的要素构成要素类；相同类型的对象构成对象类；若干对象类或要素类组成要素数据集；若干要素数据集构成地理数据库。

要素在某个空间参照系中的几何特征被抽象为几何元素，几何元素由任意的点状、线状或面状几何实体组成，几何实体通过几何坐标点表达。

图 MapGIS7.x空间数据模型概念层次（出处：MapGIS7.x数据管理篇.chm中）7 MAPGIS空间数据模型的特点(A)MapGIS7的空间数据模型将现实世界中的各种现象抽象为对象、关系和规则，各种行为（操作）基于对象、关系和规则，模型更接近人类面向实体的思维方式。

该模型还综合了面向图形的空间数据模型的特点，使得模型表达能力强，广泛适应GIS的各种应用。

该模型具有以下特点：(1) 真正的面向地理实体，全面支持对象、类、子类、子类型、关系、有效性规则、数据集、地理数据库等概念；(2) 对象类型覆盖GIS和CAD对模型的双重要求，包括：要素类、对象类、关系类、注记类、修饰类、动态类、几何网络；(3) 具备类视图概念，可通过属性条件、空间条件和子类型条件定义要素类视图、对象类视图、注记类视图和动态类视图；(4) 要素可描述任意几何复杂度的实体，如水系；(5) 完善的关系定义，可表达实体间的空间关系、拓扑关系和非空间关系。

空间关系按照9交模型定义；拓扑关系支持结构表达方式和空间规则表达方式；完整地支持4类非空间关系，包括关联关系、继承关系(完全继承或部分继承)、组合关系（聚集关系或组成关系）、依赖关系；(6) 支持关系多重性，包括1-1、1-M、N-M；(7) 支持有效性规则的定义和维护，包括定义域规则、关系规则、拓扑规则、空间规则、网络连接规则；(8) 支持多层次数据组织，包括地理数据库、数据集、数据包、类、几何元素、几何实体、几何数据，如图7-2所示；(9) 几何数据支持向量表示法和解析表示法，包括折线、圆、椭圆、弧、矩形、样条、bezier曲线等形态。

能够支持规划设计等应用领域。

图 MAPGIS面向实体的空间数据模型（出处：MapGIS7.x数据管理篇.chm中）8 MAPGIS系统特点(A)1、分布式跨平台可拆卸的多层多级体系结构：最新的第四代多层结构体系；具备完全支持“全球空间网格”能力；.net 和 j2ee 架构；分布式全组件化的跨平台系统；面向互连网的系统设计；面向“服务”的最新思想；基于GML的开放式接口；适应异构数据库的多级服务器协同工作环境；2、面向地理实体的空间数据模型：面向地理实体的抽象模型；可描述任意复杂度的空间特征和非空间特征的地理实体特征；完全表达空间、非空间、非空间的多重性、实体的空间共生性的关系；面向实体语义关系的操作；统一了GIS与CAD对模型的要求的面向实体的信息可视化；3、海量空间数据存储与管理：TB级的空间数据存贮与处理能力；矢量、栅格、三维、影像四位一体的海量数据存贮；异构数据库的多级服务器数据更新与同步；完全一致的存储无关的概念模型（文件系统或 RDBMS）基于版本和数据锁的长事务解决机制；高效的空间索引（外包络矩形、R树、索引分割格网、空间编码四叉树）；4、时空处理：采用“元组级基态+增量修正法”实施方案；版本与增量相结合的时空数据模型；元组级的时空数据控制粒度；可实现单个实体时态演变；“事件”作为时态追踪的参考点；通过时态数据索引管理；任意时刻的历史回朔；多用户并发的历史事件的控制；5、真三维建模与可视化：三维海量数据的有效存储和管理；三维模型数据一体化管理（TIN、三维景观、三维地质）；三维数据的 LOD_RTree索引组织技术；面向实体和拓扑的数据组织；三维数据专业模型的快速建立；高程数据 TIN/GRD模型的建立、处理等基本功能；三维地质构造建模、断层处理技术；地质体内属性三维分布建模技术；三维数码景观动态建模技术；三维数据的综合可视化和融合分析；基于拓扑的三维剖切分析；基于拓扑的等值面提取；三维体数据的面绘制技术；三维体数据直接体绘制技术；6、空间信息应用服务：提供基于 SOAP和XML的空间信息Web Services；遵循 OpenGIS规范，支持WMS、WFS、WCS等标准，以及XML和GML3标准；支持互联网和无线互联网，支持各种智能移动终端；提供各类高速缓存、无状态的负载平衡策略，满足高速度访问的需要；提供用户权限的控制和安全策略；提供空间分析、以及应用逻辑分析等服务，满足对空间数据库的专业查询和分析；7、版本与长事务处理：长事务期间，可以自由地编辑要素、执行地理分析、编辑地图；长事务完时，如被实施，则更新到地理数据库中，否则丢弃；使用乐观的并发访问控制技术，实现长事务机制，没有对要素加锁；允许产生编辑冲突，当提交事务时，检测冲突，并协调解决冲突；版本控制使多个用户可直接编辑数据而不用锁定要素或复制数据；版本管理具有版本创建、删除、归并、冲突解决等功能和机制；8、工作流管理：基于网络拓扑数据模型的工作流控制引擎；实现了业务的灵活调整和定制，解决了 GIS和OA的无缝集成；符合国际工作流联盟制定的规范；不同业务流程之间的交叉，融合；历史案件的办理过程不受模板变化的影响；通过拓扑关系能够自动实现条件判断、循环、会签等功能；工作流“可扩充”性与动态表单可“自定义”性；支持多级子表和数据字典；9、空间元数据：元数据模式管理；元数据采集、编辑和录入；元数据存储、建库和管理；元数据读取、查询和共享发布；面向 Web的客户端操作界面；支持 SRW协议（新一代Z3950协议），分布式检索能力强；基于 XML、J2EE和Web Service技术构建；（出处：MapGIS7.x数据管理篇.chm中）9 MAPGIS主要功能(A)1、空间数据管理新一代 MapGIS空间数据管理具有以下特点：¾面向实体的空间数据模型以地理实体及其关系的描述为核心，具有2维和3维的空间表达能力，同时支持基于结构和基于空间规则的空间拓扑关系，全面支持继承、组合等非空间关系，适应复杂地学应用，同时兼顾制图和CAD方面的需求。