第四章 空间数据的处理及投影变换

练习：数据更新变换1．背景：由于空间数据（包括地形图与DEM）都是分幅存储的，造成某一特定研究区域跨越了不同的图幅。

而当我们要获取有特定边界的研究区域时，就要对数据进行裁切、拼接、提取等操作，有时还要进行相应的投影变换。

2．目的：获取具有投影坐标系统的特定边界的DEM数据。

3．要求：通过两幅给定的DEM数据，提取出白水县县界范围内的DEM数据，并将数据转换成高斯克吕格投影系统。

通过练习，掌握数据提取、裁切、拼接及投影变换的方法。

4．数据：1幅1：25万矢量数据，为地理坐标系统，其中大地基准是D_North_American_1927,参考椭球体是Clarke 1866，这是Arcgis为Shapefile类型的数据假设的地理坐标系统（实验数据在Chapter4/Exercise1中）。

2幅1：25万DEM数据，为地理坐标系统，大地基准是D_Krasovsky_1940,参考椭球体是Krasovsky_1940。

图1 工作流程5．操作步骤：（1）白水县的行政范围的提取1）打开1：25万矢量数据（图2）。

图2 原始矢量数据2）利用Analysis Tools工具箱，Extract工具集中的Select工具，依据“name”字段，即SQL表达式设置为“"NAME" = '白水县'”，提取出白水县（图3）。

A.展开Analysis Tools工具箱，打开Extract工具集，双击Select，打开Select对话框。

B.在Input Features文本框中选择输入“E：/ChP4/Ex1/Vector”矢量数据。

C.在Output Feature Class文本框键入输出的数据的路径与名称“E：/ChP4/Ex1/vector_Select”。

D.单击Expression可选文本框旁边的按钮，打开Query Builder对话框，设置SQL表达式“"NAME" = '白水县'”。

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。

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 。

实验四、空间数据处理一、实验目的1. 掌握空间数据处理（融合、拼接、剪切、交叉、合并）的基本方法，原理。

领会其用途。

2. 掌握地图投影变换的基本原理与方法。

3. 熟悉ArcGIS 中投影的应用及投影变换的方法、技术4. 了解地图投影及其变换在实际中的应用。

二、实验准备预备知识：ArcToolbox 是ArcGIS Desktop 中的一个软件模块。

内嵌在ArcCatalog 和ArcMap中，在ArcView、ArcEditor 和ArcInfo 中都可以使用。

ArcToolbox 具有许多复杂的空间处理功能，包括的工具有：● 数据管理● 数据转换● Coverage 的处理● 矢量分析● 地理编码● 统计分析空间间数据处理是基于已有数据派生新数据的一种方法。

是通过空间分析方法来实现的。

是基于矢量数据进行的，包括如下几种常用的操作：融合，剪切，拼接，合并（并集），相交（交集）。

地理坐标系（Geogrpahic Coordinate System）地理坐标系使用基于经纬度坐标的坐标系统描述地球上某一点所处的位置。

某一个地理坐标系是基于一个基准面来定义的。

基准面是利用特定椭球体对特定地区地球表面的逼近，因此每个国家或地区均有各自的基准面。

在ArcGIS 中基于这三个椭球，建立了我国常用的三个基准面和地理坐标系：● GCS_WGS1984 (基于WGS84 基准面)● GCS_BEIJING1954 (基于北京1954 基准面)● GCS_XIAN1980 (基于西安1980 基准面)投影坐标系（Projected Coordinate Systems）投影坐标系使用基于X,Y 值的坐标系统来描述地球上某个点所处的位置。

这个坐标系是从地球的近似椭球体投影得到的，它对应于某个地理坐标系。

投影坐标系由以下参数确定● 地理坐标系（由基准面确定，比如：北京54、西安80、WGS84）● 投影方法（比如高斯－克吕格、Lambert 投影、Mercator 投影）在ArcGIS 中提供了几十种常用的投影方法北京1954 投影坐标系和西安1980 坐标系都是应用高斯－克吕格投影，只是基准面、椭球、大地原点不同。

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。