第四章空间数据的转换与处理.
空间数据的转换和处置
图4.19 数据格式转换工具
4.2 数据格式转换
基于文件旳空间数据类型涉及对多种GIS数据格式 旳支持，如coverage，shapefile，grid，image和 TIN。Geodatabase数据模型也能够在数据库中管理 一样旳空间数据类型。
表1 ArcGIS 中旳数据类型
• 基于文件旳 • 基于数据库旳空
• 4.2.2 数据格式转换
1. CAD数据旳转换 CAD数据是一种常用旳数据类型，例如大多数
旳工程图、规划图都是CAD格式。ArcGIS中旳要 素类，Shapefile数据能够转换成CAD数据，CAD数 据也能够转换成要素类和地理数据库。
4.2 数据格式转换
（1）数据输出CAD格式：将要素类或者要素层转换成CAD数据。 可利用Conversion Tools工具箱，To CAD 工具集中旳Export to CAD命令。
4.1 投影变换
单击
图标
图4.3 Define Projection对话框 图4.4 Spatial Reference属性对话框
4.1 投影变换
4.1.2 投影变换
投影变换（Project）是将一种地图投影转换为另 一种地图投影，主要涉及投影类型、投影参数或椭球 体 等 旳 变 化 。 在 ArcToolbox 旳 Data Management Tools工具箱,Projections and Transformations工具 集中分为栅格和要素类两种类型旳投影变换，其中对 栅格数据进行投影变换时，要进行重采样。
空间数据
间数据
Coverages Shapefiles Grids TINs
• Images（多 种格式旳）
Oracle Oracle with Spatial DB2 with its Spatial Type Informix with its Spatial Type SQL Server
第4章 空间数据表达汇总
GIS目前主要涉及的范围主要为岩石圈和大气圈之间
❖1.2 地理现象
➢ 地理现象的抽象过程
现实世界地圈理、系生统物主圈要、涉大及气地圈球和表电层离空层间，包括：岩石圈、水 GIS目前主要涉及的范围主要为岩石圈和大气圈之间 地图
圈、生物圈、大气圈和电离层
GIS目前主要涉及的范围主要为岩石圈和大气圈之间
自然环境系统
社会经济环境系统
地貌、土壤、气候、土地利用、 水文、生物、海洋……
人口、工业、农业、交通、 建筑、商业、科学、教育、 卫生、金融……
人地关系系统
地理系统的内部构成及其与外部系统的联系
地理系统中的各种要素特征都与地理空间位置有关
➢ 2）一维空间对象的定义
➢ 一维对象即线状空间实体，由一列有序坐标串表 示，有如下特性： 实体长度：从起点到终点的总长 弯曲度：用于表示像道路拐弯时弯曲的程度 方向性：河流方向是从上游到下游，公路则有 单向与双向之分
一维对象可以分为： 线段：两点之间的直线 弦列：相互连接无分支的线段 弧：曲线轨迹，可以用数学函数定义 拓扑连线：两个节点之间的拓扑连接，由结点 的顺序确定其方向
1. 地理系统与地理现象
❖1.1 地理系统 ❖1.2 地理现象
❖1.1 地理系统
➢ 地理系统
地理系统是一个开放的复杂系统 地理系统主要涉及地球表层空间，包括：岩石圈、水
圈、电离生层物圈、大气圈和电离层 GIS目大前气圈主要涉及的范围主要为岩石圈和大气圈之间
生物圈 水圈
GIS涉及的范围
地理信息系统第四章数据采集与处理
疏林地 733
未成林林地 734
迹地 735
针叶树疏林地 7331
阔叶树疏林地 7332
标志编号
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
Ⅵ
Ⅶ
Ⅷ
Ⅸ
分类
1
属性数据的编码——编码方法 2
平原河
3
过渡河
山地河
• 多源分类编码法： 1
2 3
常年河
对于一个特定的分类时目令河标，根据诸多不同的
消失河
分类依据分别进行12 编码，各位数字代码之间并没有隶属通不航通关河 航河系。
地理数据库四种方式: 1.全部采用文件管理 2.文件结合关系数据库管理 3.全部采用关系数据库管理 4.重新设计具有空间数据和属 性数据管理和分析功能的数 据库系统（OO－DBMS）
6.地理数据库建立
第三节 地图数字化
一、手扶跟踪数字化 数字化仪组成、数字化方式、操作步骤
二、扫描矢量化 扫描仪原理、处理流程、操作方式
地图投影变换
正解变换 反解变换 数值变换
根据两种投影在变 换区内若干同名的 坐标点，采用插值 法、有限差分法、 待定系数法等，实 现不同投影之间的 转换
空间数据处理的方法-压缩处理
数据压缩的目的
节省存贮空间 节省处理时间
空间数据处理的方法-压缩处理
数据压缩途径
压缩软件:原数据信息基本不丢失而且可以大大 节省存贮空间，缺点是压缩后的文件必须在解 压缩后才能使用
1 2 3 4 5 6
1 2 3 4 5 6 7
1 2 3 4 5
1 2 3 4 5 6 7 8
1 2 3 4 5 6
树状河 平行河 筛状河 辐射河 扇形河 迷宫河
主〔要河〕流∶一级 支 流∶二级
GIS软件应用说明
摘自：南京师范大学地理科学学院GIS专业课程http://202.119.109.14/dky/index.htm《GIS软件应用》课程教材：《ArcGIS9地理信息系统空间分析方法》，科学出版社，2006参考教材：《ARCGIS 8 Desktop 地理信息系统应用指南》，清华大学出版社，2002软件：ArcGIS9.0GIS软件应用是地图学与地理信息系统本科专业的选修课程，课程总学时54，计2学分，周学时3，学时分配：讲授28学时，上机实践26学时。
一、课程特点实践性很强的课程，是GIS专业学生必须掌握的基本技能。
通过课堂上和课后的大量实例练习操作，让学生在熟练掌握GIS通用软件的基础上，理解GIS的基本原理和方法，提高解决实际问题的能力。
二、课程教学目标GIS软件应用课程以熟练掌握GIS常用软件位基本目标，通过该门课程的学习，使学生不仅掌握常用GIS软件的操作，加深对GIS基本原理的理解和领会，并能够熟练运用一种GIS软件完成地理空间数据的处理和分析。
三、课程内容以ArcGIS软件为基础，以数据分析处理由浅入深的主线，在介绍ARCGIS的基本操作的基础上着重讲述ArcGIS的空间分析功能模块，培养学生针对问题建模的思想，增加其解决实际问题的能力。
主要内容如下：∙ARCGIS应用基础（ArcMap、ArcCatalog、Geoprocessing等）∙空间数据的采集与组织（Shapefile、Coverage、Geodatabase）∙空间数据的转换与处理（ArcToolbox）∙数据的可视化表达∙矢量、栅格数据的空间分析∙三维分析∙地统计分析∙水文分析∙空间分析建模四、教学方法1.原理介绍：简要讲述GIS的基本原理和方法。
2.课堂演示：在每一个基本原理与方法之后，介绍软件部分相应的功能和方法。
3.屏幕动画：大量的课后练习采用屏幕动画的形式提供给同学，作为作业答案参考资料。
五、教学组织方式课堂讲授与上机实习相结合。
4空间数据处理(1)—空间数据坐标变换
变换区内的若干同名数字化点,采用插值法, 或待定系数法等,从
而实现由一种投影的坐标到另一种投影坐标的变换.
总结
重点掌握 • 空间数据坐标变换的类型; • 几何纠正的方法及过程； • 投影转换及其类型; • 我国常用的地图投影方式; • 投影转换有哪些方法及应用情况
仿射变换原理如图所示设xxyy为数字化仪坐标xxyy为理论坐标mm11mm22为地图横向和纵向的实际比例尺两坐标系夹角为??数字化仪原点o相对于理论坐标系原点平移了aa00bb00
4 空间数据处理
第一节 空间数据坐标变换
空间数据坐标变换类型： 几何纠正：主要解决数字化原图变形等原因引起的误差，并 进行几何配准。 坐标系转换：主要解决G1S中设备坐标同用户坐标的不一致
2.再输入 4个（或多个）控制 点的正确坐标 3.自动运算
TIC1 TIC4
例证 2 ：遥感影像图的纠正
1.遥感影像图的纠正通常选用同遥感影像图比例尺相同的地
形图或正射影像图作变换标准图，
2.在选择好变换方法后， 3.在被纠正的遥感影像图和标准图上分别采集同名地物点， （所选的点在图上应分布均匀、点位合适，通常选道路交叉 点、河流桥梁等固定设施点，以保证纠正精度。）
4.进行变换运算
二、投影转换
投影转换是将一种地图投影转换为另一种地图投影，主要 包括投影类型、投影参数或椭球体等的改变。
当系统使用的数据取自不同地图投影的图幅时，需要将一
种投影的数字化数据转换为所需要投影的坐标数据。
1 地图投影的类型
圆柱投影
方位投影
圆锥投影
在上述投影中，由于辅助几何面与地球表面的关系位置
2 地图投影的转换方法
当系统使用的数据取自不同地图投影的图幅时，需要将 一种投影的数字化数据转换为所需要投影的坐标数据。
ArcGIS_9_教程_第4章_空间数据的转换与处理
第4章 空间数据的转换与处理空间数据是GIS 的一个重要组成部分。
整个GIS 都是围绕空间数据的采集、加工、存储、分析和表现展开的。
原始数据往往由于在数据结构、数据组织、数据表达等方面与用户自己的信息系统不一致而需要对原始数据进行转换与处理，如投影变换，不同数据格式之间的相互转换，以及数据的裁切、拼接等处理。
以上所述的各种数据转换与处理均可以利用ArcToolbox 中的工具实现。
在ArcGIS9中，ArcToolbox 嵌入到了ArcMap 中。
本章就投影变换、数据格式转换、数据裁切、拼接等内容分别简单介绍。
4.1 投影变换由于数据源的多样性，当数据与我们研究、分析问题的空间参考系统（坐标系统、投影方式）不一致时，就需要对数据进行投影变换。
同样，在对本身有投影信息的数据采集完成时，为了保证数据的完整性和易交换性，要对数据定义投影。
以下就地图投影及投影变换的概念做简单介绍，之后分别讲述在ArcGIS 中如何实现地图投影定义及变换。
空间数据与地球上的某个位置相对应。
对空间数据进行定位，必须将其嵌入到一个空间参照系中。
因为GIS 描述的是位于地球表面的信息，所以根据地球椭球体建立的地理坐标（经纬网）可以作为空间数据的参照系统。
而地球是一个不规则的球体，为了能够将其表面的内容显示在平面的显示器或纸面上，就必须将球面的地理坐标系统变换成平面的投图4.1椭球体表面投影到平面的微分梯形Y影坐标系统（图4.1）。
因此，运用地图投影的方法，建立地球表面和平面上点的函数关系，使地球表面上由地理坐标确定的点，在平面上有一个与它相对应的点。
地图投影的使用保证了空间信息在地域上的联系和完整性。
当系统使用的数据取自不同地图投影的图幅时，需要将一种投影的数字化数据转换为所需要投影的坐标数据。
投影转换的方法可以采用：1. 正解变换: 通过建立一种投影变换为另一种投影的严密或近似的解析关系式，直接由一种投影的数字化坐标x 、y 变换到另一种投影的直角坐标X 、Y 。
GIS原理与应用_4.1-3空间数据采集与处理详解
（6）图形数据采集
已有数字形式空间数据的录入
• 全站仪的电子手薄； • GPS； •其它格式数据。
（6）图形数据采集 栅格数据向矢量数据的转换（矢量化） • 全自动矢量化
• 半自动矢量化(R2V) • 交互式矢量化（屏幕数字化）
4-8
（3）空间数据采集方法 手扶跟踪数字化仪采集 摄影测量数字化采集 扫描跟踪数字化采集 外业实地数字化采集
选择采集方法的依据是如何应用图形数据、图形数据类 型、现有设备状况、现有人力、物力、财力状况等。
4-9
（3）空间数据采集方法
数字化设备：数字化仪、扫描仪、摄影测量设备 野外特测量：大点平：板范、围全大站，仪速、度G快PS、移动测绘系统 特 使 用点：范精围度：高大、面效积率G较IS低数据采集、资源普查等 适合范围：小范围GIS数据采集或局部数据更新
数字化仪
扫描仪
数字摄影测量工作站
4-10
（4）空间数据采集方案
随机采样
系统采样
系统随机采样 可变系统采样
蔟聚采样
断面采样
等高线采样
4-11
（4）空间数据采集方案
空间数据采集——流程
评价
计划 调查
编辑 处理
准备 收集
数字化
4-12
（5）空间数据采集任务
本章所讲的采集是对已有数据（二手数据）的采集， 主要任务为：
• 现有地图（地形图/专题图）； • 全野外数字测图（GPS/全站仪/电子手簿）； •卫星影像（国土资源卫星 / Landsat / SPOT/ IKONOS）； •航空象片； •调查统计数据； •现有的数据文件、数据库等。
地理信息系统教程(考试重点)
地理信息系统教程第一章绪论1．信息系统：能对数据和信息进行采集、存储、加工和再现，并能回答用户一系列问题的系统。
具有采集、管理、分析和表达数据的能力。
2．地理信息系统：GIS是由计算机硬件、软件和不同的方法组成的系统，该系统设计用来支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题3．GIS与IS之间的区别：GIS是空间数据和属性数据的联合体。
4．GIS系统五个基本组成部分：⑴硬件系统，各种设备-物质基础；⑵软件系统，支持数据采集、存储、加工、回答用户问题的计算机程序系统；⑶数据，系统分析与处理的对象、构成系统的应用基础；⑷应用人员，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；⑸应用模型，解决某一专门应用的应用模型，是GIS技术产生社会经济效益的关键所在5．地理信息系统基本功能：⑴数据采集与编辑；⑵数据存储与管理；⑶数据处理和变换；⑷空间分析和统计；⑸产品制作与显示；⑹二次开发和编程6．地理信息系统应用功能：资源管理；区域规划；国土监测；辅助决策第二章地理信息系统的空间数据结构和数据库1．地理实体：指自然界现象和社会经济事件中不能再分割的单元，它是一个具有概括性，复杂性，相对性的概念。
2．地理实体的特征：⑴属性特征——用以描述事物或现象的特性；⑵空间特征——用以描述事物或现象的地理位置以及空间相互关系；⑶时间特征——用以描述事物或现象随时间的变化3．地理实体数据的类型：⑴属性数据——描述空间对象的属性特征的数据；⑵几何数据——描述空间对象的空间特征的数据；⑶关系数据——描述空间对象之间的空间关系的数据4．点：有特定位置；线：具有相同属性的点的轨迹，由一系列的有序坐标表示；面：对湖泊、岛屿、地块等一类现象的描述。
由封闭曲线加内点来表示；体：用于描述三维空间中的现象与物体，它具有长度、宽度及高度等属性5．空间数据结构：是指空间数据适合于计算机存储、管理、处理的逻辑结构，也就是指空间数据以什么形式在计算机中存储和处理。
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高斯—克吕格投影----投影分带
3度带和6度带
从0度开始，自西向东每6度分为一个投影带。 从东经1度30分开始，自西向东每3度分为一个投影带。
高斯—克吕格投影----投影分带
分割条带号规定：从0°子午线开始分6°经度为一带，东 半球东经3°、9°、15°…177°分别是1、2、3…30条6°带的 中央子午线，然后继续自西向东旋转，每转6°增加带号1。 分割3°带原则上与6°带相同，只是从东经1°30´（即 1.5°E）起，每隔3°带为1个投影带。
4、地图投影—地图投影的分类
圆柱投影 方位投影
圆锥投影
正轴切圆锥投影
正轴割圆锥投影
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
横轴切圆锥投影
横轴割圆锥投影
斜轴切圆锥投影
正轴切圆柱投影
正轴割圆柱投影
斜轴切圆柱投影
横轴切圆柱投影
横方位投影
正方位投影
斜方位投影
5、我国常用地图投影
在开始GIS建库之前搞清所采用的地图投影非常重要。原因：
存在投影变形，或是形状、面积、方向 不同的投影有不同的变形 某种投影决定了它适宜某种应用。
高斯－克吕格投影是由高斯于19世纪20年代拟定， 后经克吕格补充而形成的一种地图投影方式。
属于横轴等角切圆柱投影。这种投影是将椭圆柱
面套在地球椭球的外面，并与某一子午线相切（此子 午线叫中央子午线或中央经线），椭圆柱的中心轴通 过地球椭球的中心，然后用等角条件将中央子午线东 西两侧各一定经差范围内的地区投影到柱面上，并将
4、地图投影—地图投影的分类
从投影面（可展曲面）类型划分为：圆锥、圆柱、 平面（方位投影） 从投影面与地球位臵关系划分为：正轴、横轴、 斜轴，切、割
关于地图投影的几点结论： 实现等角、等面积、等距离同时做到的投影不存在。 投影方式有多种多样，一个国家或地区依据自己所处在 的经纬度、幅员大小以及图件用途选择投影方式。 在大于 1 ： 10 万的大比例尺图件中，各种投影带来的误 差可以忽略。
我国1:1万至1:50万的地形图全部采用高斯－克 吕格投影。1:2.5万至1:50万的地形图，采用6° 分带方案，全球共分为60个投影带；我国位于东 经72°到136°间，共含11个投影带；1:1万比例 尺图采用3°分带方案，全球共120个带。
比例尺表明了地图数据的详细（精确）程度，因此不 同比例尺地图往往需要采用不同的地图投影方式。 对我国来讲，除 1 ： 1000000 （及小于此比例尺） 采用 Lambert （正轴等角割圆锥）投影外，其余 基本采用高斯-克吕格投影（横轴等角切圆柱）
5.1 高斯—克吕格投影（Gauss-Kruger Projection）
3、地图投影—地图投影的变形
用地图投影的方法将球面展开为平面，虽然 可以保持地域上的联系和完整性，但它们与球 面上的经纬度网线形状并不一致。即投影后， 地图上的经纬度网线发生了变形，同样根据地 理坐标展绘在地图上的各种要素，也必然随着 变形。
3、地图投影—地图投影的变形
这种变形使得地理要素的几何特性受到破坏： 长度变形：地球仪上，纬线长度不等；同一纬 线上，经差相同，纬线长度相同；同一经线上， 纬差相同而经线长度不同；所有经线长度相等。 面积变形：地球仪上，同一纬度带内，经差相 同的网格面积相等；同一经度带内，纬度越高， 面积越小。 角度变形：地球仪上，经线与纬线处处呈直角 相交。
大比例尺：大于和等于1：10万的地图 中比例尺：大于1：100万和小于1：10万的地图 小比例尺： 1：100万和更小比例的地图
地球椭面是曲面，但地图是平面，因此需要用一定的数 学方法把大地坐标系转化为某投影面上的平面直角坐标系。 GIS 用各种平面坐标系统去描绘地球，而每种平面坐标均基 于特殊的地图投影。 虽然由于地球表面形态发生了变化，但在一定的空间范 围内却提供了很好的近似，可以帮助人们对地理空间建立一 个良好的视觉感，进行各种量算以及进一步的空间数据处理 和分析。
2、投影概念
投影指的是在两个点集之间建立一一映射关系。因为地球是 一个不规则的球体，将地球表面的地理坐标转换为平面坐标的 过程称为地图投影。空间信息系统不能仅依靠地理坐标，必须 要有平面坐标，地图投影对空间信息系统来说是不可缺少的。 地图投影的使用保证了空间信息从地理坐标变换为平面坐标后 能够保持在地域上的联系和完整性。
此柱面展成平面，即获得高斯投影
高斯—克吕格投影
横轴圆柱投影
x y
高斯-克吕格投影原理图
高斯—克吕格投影
高斯投影特征： 中央经线和赤道投影为互相垂直的直线，且为投影 的对称轴 投影后无角度变形，即保角投影 中央经线无长度变形 同一条经线上，纬度越低，变形越大，赤道处最大 同一条纬线上，离中央经线越远，变形越大； 为了保证地图的精度，采用分带投影方法，即将投 影范围的东西界加以限制，使其变形不超过一定的限 度，这样把许多带结合起来，可成为整个区域的投影 在6°带范围内，长度变形线最大不超过0.14%
第四章 空间数据的转换与处理
问题
为什么要进行空间数据的转换与处理？
为什么进行投影？
温故而知新
1、地图投影---理论基础
1、地图
地图是按一定的法则，以二维形式在平面上表示地理空间中的要素信息 的图形或图像，包括位臵及其上的特征。地图具有严格的数学基础、符号 系统、文字注记等
由于地图本身的尺寸与其描述的地理空间范围之间是不同 的，因此，通常说地图具有某种比例尺。所谓地图比例尺，指 的是地图上的距离与地面上相应距离之比。 比例尺分类
3、地图投影—地图投影的变形
地图投影的变形示意
4、地图投影—地图投影的分类
按变形性质分类： 等角投影：角度变形为零。 等积投影：面积变形为零。 任意投影：长度、角度和面积都存在变形。 经投影后地图上所产生的长度变形、角度变形和 面积变形是相互联系相互影响的：等积与等角互斥； 任意投影不能等角和等积；等积投影角度变形大，等 角投影面积变形大。
地图投影之后的结果记录是以地图作为保存形式的。
2、地图投影—投影原理
投影原理：设想的地球是透明体，在球心有 一点光源S（投影中心），向四周辐射投影射线， 通过球表面（各点 A 、 B 、 C 、 D……）射到可展面 （投影面）上，得到投影点a、b、c……，然后再 将投影面展开铺平，又将其比例尺缩小到可见程 度，从而制成地图。