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GIS基础知识中国科学院计算技术研究所教育中心基本知识闫磊2020年6月28日本章内容中国科学院计算技术研究所教育中心1.地理信息系统概念介绍2.GIS平台介绍3.GIS数据格式介绍4.地图比例尺，地图单位介绍和换算5.4D和3S概念介绍6.国际标准(梯形)分幅,图幅号编号的方法7.大比例尺矩形分幅图幅号编号的方法8.坐标系统介绍9.坐标变换和数据换带地理信息系统，简称GIS（Geographic Information System）。

顾名思义，地理信息系统是处理地理信息的系统。

地理信息是指直接或间接与地球上的空间位置有关的信息，又常称为空间信息。

一般来说，GIS可定义为:"用于采集、存储、管理、处理、检索、分析和表达地理空间数据的计算机系统，是分析和处理海量地理数据的通用技术"。

从GIS系统应用角度，可进一步定义为:"GIS由计算机系统、地理数据和用户组成，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、资源评价与管理、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"（陈述彭，1999）地理信息系统基础是数据，就是对数据的显示，编辑处理，分析应用，打印输出的系统。

有两个基本概念:地理学与地理信息。

地理学是从时间与空间角度研究地球表面发生的宏观各种自然与社会现象的产生、演化直至消亡过程及其规律的基础科学。

这些地理现象的表达即是地理信息地理信息系统有一种传统的说法，数据占7，软件占3，硬件占1，比例7:3:12、GIS平台介绍中国科学院计算技术研究所教育中心1、国外GISArcGIS:●ArcInfo——高级的功能完善的●ArcIMS——互联网数据发布系●ArcGIS Server——企业级GIS●ArcPad——为野外应用设计的●开发的ArcEngine，ArcobjectsMapinfo:●Mapinfo Professional:桌面●MapX:控件开发●MapInfo MapXtreme:WebGIS●MapInfo Vertical Mapper :栅格的工具具有3D的分析和应用时间ArcGIS版本号1999ArcInfo8.02001ArcGIS8.12002ArcGIS8.22003ArcGIS8.32004ArcGIS9.02005年5月21日ArcGIS9.12006年11月9日ArcGIS9.22008年10月27日ArcGIS9.3中国科学院计算技术研究所教育中心2007年GIS 软件全球销售比率2、GIS平台介绍中国科学院计算技术研究所教育中心CAD和GIS共同点:计算机图形，相似的输入、输出设备，和生成漂亮的彩色图像。

同GIS相比，CAD较简单，这就是随着计算机图形学的发展，它发展更快的原因。

下面是一个对比: CAD几何形状包含规则图形很多，如正方形，圆弧和曲线，水平线，垂直线，GIS相对较少在CAD中，一个典型的多边形有四个顶点；在GIS中，一个多边形可能有上千个顶点。

在CAD中，诸如映射、旋转、比例、拷贝之类的操作频繁地被用到，在GIS中不常用。

在CAD中，目标间的拓扑关系实际上不存在；在GIS中，拓扑是主要的考虑之一。

在CAD中，栅格很少用；但在GIS中，这是获取地图库或卫星数据的一个有效、经济的方法。

CAD在机械制图，建筑有很广泛的应用2、GIS平台介绍中国科学院计算技术研究所教育中心国内平台:MapGIS:武汉中地产品Super Map:北京超图软件股份有限公司TopMap:北京慧图信息科技有限公司做水利比较多一些File Geodatabase（File geodatabase-FGDB 是ArcGIS9.2推出新的是数据格式,Personal Geodatabase-PGDB 具于微软access 的MDB，基于数据库oracle，sqlserver的arcsde格式geodatabase）Shape files只有点、线、面只有Geodatabase支持注记，支持拓扑、制图表达等等，Geodatabase将代替Coverage数据格式是9.2才有的格式，是文件数据库支持1TB而Personal Geodatabase 只支持2G，都是桌面端所带的功能，都免费）（相对Arcsde）对平台支持:FGDB跨平台，可以支持windows ,linux,Solaris , PGDB（Mdb）只支持Windows评价:这是个非常大的亮点，使得数据可以更好的移植对数据格式支持:FGDB支持所有geodatabase的特征包括vector ,raster , terrian、annotation 等等存储空间File Geodatabase 中比Personal Geodatabase 和Shapefile小50~70%，数据处理，查询速度快20%~10倍，其差异最根本的原因是数据结构。

中国科学院计算技术研究所教育中心ArcGIS自身的数据格式基于文件和数据库的geodatabase，区别在于文件，有容量限制，如access的2G限制，fgdb 目前是ITB，数据库geodatabase ，功能是强多的，需要ArcSDE的支持，支持三级索引Shapefiles实际的dbf，查询dbf的sql语法，即=""中国科学院计算技术研究所教育中心ArcGIS自身的数据格式查询使用类型字符串空的判断模糊查询shp单引号=’‘_(下划线）表示1位，%表示多位pgdb单双引号都可以is Null或则=”“?表示1位，*表示多位fgdb单引号=’‘_表示1位，%表示多位oracle单引号is Null而不是=null_表示1位，%表示多位Sql server单引号is Null_表示1位，%表示多位总结字符串一般用单引号，特殊的查询，如西南交大，应为’%西南交%大%’4、地图比例尺和地图单位介绍中国科学院计算技术研究所教育中心基本比例尺地形图:1:5千，1:1万、1:2．5万、1:5万、1:10万、1:25万、1:50万、1:100万大比例尺:1:500，1:1000，1:2000比例尺有大小之分，由于比例尺是个比值，分母越大，比例尺也越小;通常称1：1000000、1：500000、1：200000为小比例尺地形图；1：100000、1：50000和1：25000为中比例尺地形图；1：10000、1：5000、1：2000、1：1000和1：500为大比例尺地形图。

地图比例尺:到底什么是比例尺，最简单的讲，比例尺=图上距离/实地距离,对于一幅挂图就是纸张和地图实际距离的比值。

地图比例尺和数据精度中国科学院计算技术研究所教育中心所以:比例尺1:500的纸张1mm 对应地图500mm，0.5m，1:1万地图:纸张1mm :1*10000=10m，10米一幅实际的实际地图实际上的数据精度，肉眼观察最小距离为0.1mm，所以:1:500的数据精度为:0.1*500=5cm，5公分1:10000数据精度为:0.1*10000=1m，1米地图单位介绍中国科学院计算技术研究所教育中心⏹长度单位1km（公里）=1000m（米，公尺）1m（米）=1000mm（毫米），1m=100cm（厘米）1m=10dm（分米）1m=3尺，⏹面积单位1公顷=100亩，1公顷=1万平方米，1平方公里=100公顷，1亩=2000/3平方米1平方公里=100万平方米，1平方公里=1500亩地图单位介绍-特殊的单位英寸中国科学院计算技术研究所教育中心电子世界的特殊单位（英寸），英寸很常见计算机屏幕，电视机等等，都是对角线长度计算的1英寸（inch ）=25.4mm，1英尺=12英寸，1米=1000/25.4=39.37英寸屏幕比例计算1英寸=96像素，都转换为统一单位计算（英寸）打印的比例尺300dpi= 1英寸=300像素（点）5、3S和4D介绍中国科学院计算技术研究所教育中心1.3S①遥感技术（Remote Senescing）——RS是一种技术不能独立使用②地理信息系统（Geographical informationSystem）-GIS③全球定位系统（Global Positioning System）-GPS3S是技术上划分，4D是对数据类型划分一种不直接与目标物接触而感知其性质和状态的探测技术，是根据电磁波的理论，应用各种传感仪器对远距离目标所辐射和反射的电磁波信息，进行收集、处理，并最后成像，从而对地面各种景物进行探测和识别的一种综合技术。

基本原理:任何物体都具有光谱特性，具体地说，它们都具有不同的吸收、反射、辐射光谱的性能。

在同一光谱区各种物体反映的情况不同，同一物体对不同光谱的反映也有明显差别。

即使是同一物体，在不同的时间和地点，由于太阳光照射角度不同，它们反射和吸收的光谱也各不相同。

遥感技术就是根据这些原理，对物体作出判断。

遥感技术通常是使用绿光、红光和红外光三种光谱波段进行探测。

绿光段一般用来探测地下水、岩石和土壤的特性；红光段探测植物生长、变化及水污染等；红外段探测土地、矿产及资源。

此外，还有微波段，用来探测气象云层及海底鱼群的游弋。

遥感影像的分辨率是指在影像数据中一个像素代表地面的大小，通常也是人眼能识别的最小地物大小地理信息系统GIS中国科学院计算技术研究所教育中心是在计算机硬、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。

地理信息系统处理、管理的对象是多种地理空间实体数据及其关系，包括空间定位数据、图形数据、遥感图像数据、属性数据等，用于分析和处理在一定地理区域内分布的各种现象和过程，解决复杂的规划、决策和管理问题。

特点:GIS的物理外壳是计算机化的技术系统，GIS的操作对象是空间数据GIS的技术优势在于它的数据综合、模拟与分析评价能力GIS与测绘学和地理学有着密切的关系。

全球定位系统GPS中国科学院计算技术研究所教育中心GPS（Global Positioning System）是美国第二代（1989年到1996建成，当有27颗卫星，第一代1973年12月），全球卫星定位系统，由24颗（目前还有3个备用）高度约2.02万千米的卫星组成（全球覆盖率高达98％），运行周期约为11小时58分，分布在六个轨道面上（每个轨道面四颗），轨道倾角为55度。

此分布使得在全球的如何地方，任何时间都可观测到四颗以上的卫星，在地面是GPS用户通过同时接受4颗以上卫星信号来计算出自己在地球上的位置（经纬度和高度）、速度和运行。