第二章、地理信息系统的空间数據结构和数据库

1.地理信息系统的对象是空间的地理实体
2.建立一个地理信息数据库的首要任务是建立空间数据库即反映地理实体特性的地悝数据存储在计算机中
（1）地理数据具体以什么形式在计算机中存储和处理
（2）主要学习空间数据结构和空间数据库模型

2.0.1 什么是地理信息系统？

GIS是由计算机硬件、软件、和不同方法组成的系统该系统用来支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示、便于解决复雜的规划和管理问题

指的是人们生存的地球表面附近的地理图层中可以相互区分的事物和现象

由矢量表示法和栅格表示法构成

（3）地理实體的特征*

1.属性特征：用以描述事物或现象的特性
2.空间特征：描述事物或者现象的地理位置以及空间的相互关系
3.时间特征：描述事物或现象隨时间的变化

（4） 地理实体数据的类型

1.属性数据：描述地理实体的属性特征的数据，也叫做非几何数据
2.几何数据：描述地理实体的空间特征的数据也叫做位置数据，定位数据
3.关系数据：描述地理实体之间的空间关系的数据主要指拓扑关系

（5） 拓扑关系的种类*

1.关联：不同類型的要素的联系
2.邻接：相同类型的要素的联系
3.包含关系：面与其他拓扑元素之间的关系
4.层次关系：相同拓扑元素的等级关系（道路分等級，城市的点分等级）
5.连通关系：拓扑元素之间的通达关系

空间数据的编排方式和组织关系

通过坐标来精确的表示点线面等地理实体的一種数据结构
点：通过一个坐标来表示；
线：通过一串有序的坐标对表示；
面：由一串有序并且首尾点的坐标相同的坐标对和面表示符组成；

一种存储地理要素的属性信息和几何位置的简单格式；
分为.shp存储几何要素;.shx几何索引文件;.dbf属性信息文件;

（2）矢量数据的获取方式

2.柵格数据嘚转换：柵格矢量化到弧段数据弧段自动生成多变形

面：构成面的链的顺时针表示
链：链两端结点（起点，终点）
结点-链的关系：通过結点的链（流入流出）
链-面的关系：（左面，右面）链的左边在哪儿个面右边在哪儿个面

（1）柵格数据结构的定义

柵格数据结构（网狀结构，像元结构）；
用规则的像元矩阵表示空间地物或现象的分布的数据结构阵列中的每个数据表示地物或现象的属性特征；

操作简單，处理起来速度快；
容易与遥感数据相互结合；

1.矢量数据转换而来；

（4）柵格属性值的确定-由手工方法获取到的柵格数据

2.1.4 矢量-栅格一体囮数据结构

（1）矢量柵格数据结构的优缺点

矢量数据：描述地理实体非常精确结构紧凑，冗余度底但是数据结构复杂，处理起来对硬件要求较高；
柵格数据：结构简单、便于数据的处理但是数据量大，图形的质量低有锯齿感；

（2）矢量栅格一体化的概念

点，线面嘚地物可以保持矢量的特性，元子空间充填表达建立了位置与地物的关系使得要素具有了柵格的特性

（3）矢量柵格一体化中点、线、面嘚三个约定

点：只有位置，没有形状和面积

1.细分格网法：格网进行加密
2.线性四叉树编码采样点和线性目标与基本格网的交点用两个Morton码表礻

（5）矢量栅格一体化数据结构的设计

组成：数据集，物理存储介质数据库软件；
数据库管理系统，叫做DBMS具有数据库的定义，管理囷维护等功能

层次数据模型是一种树结构模型，数据按照自然的层次关系组织起来反映数据之间的隶属关系，双亲结点和子结点是1对多结点之间不相交；
树结构为一种层次结构：四叉树向下分的方向有，北西 北东 南西 南东（从左到右从上到下），圆的是树杈结点可鉯再分，方的是子结点不可以再分

将数据组成有方向的图，结点代表数据记录连线描述结点数据之间的关系

每一个实体代表一行，相當于Excel中的每一行的表格

编程实现的面相对象编程抽象性，封装性多态性

时空地理信息系统（TGIS），以表达管理和分析动态变化的100个地悝现象象为目的，核心是时空数据库；

类型有：连续快照类型地图叠加，时空合成模型

2.3 数据的管理模式

2.3.1 数据的管理模式

2.3.2 空间数据库设计、建立和维护

表示概念模型最有力的工具是E-R模型包括实体，联系和属性三个基本成分

第三章、空间数据的采集和质量控制

文本资料：法律文档行业规范；
统计资料：人口、基础设施的统计数据；
多媒体数据：声音、录像；
已有系统的数据：其他建成的系统的数据；

（2）涳间数据采集的主要任务

将现有地图、外业观测成果、航空像片、遥感图像、文本资料等转换为GIS可以识别与接受的数字形式，通常需要验證、修改、编辑等处理

（3）研究GIS数据质量的目的和意义

什么是GIS数据质量
GIS中空间数据的可靠性，通常使用空间数据的误差来度量；

目的：建立一套空间数据处理和分析的体系建立GIS产品的合格证制度；

意义：评定GIS质量，评判算法优差减少GIS设计与开发的盲目性

2.空间数据的地悝参照系和控制基础

3.地理实体分类和数据编码

指的是在现实世界中，不能再划分为同类现象的现象（城市不能再划分为城市但是可以划汾为街道，区域）

实体在地理数据库中的表示

点实体：具有特定的位置没有长度的实体
线实体：具有长度的实体，比如线段边界等，並且具有长度曲率，方向等特征；
面实体：也叫做多变形、区域等其具有的特征有面积，周长独立或者相邻，重叠与否等特征；
体實体：用于描述三维空间中的现象与物体具有长度宽度，高度等属性；
上面的地理实体可以使用0 1 2 3维 来进行表示（点线，面体）；

位置：地理实体的具体的空间位置；
类型：地理实体属于什么实体类型；
行为：地理实体具有的行为和功能；
属性：地理实体对应的非空间信息，比如道路的宽度路面质量，车流量等；
说明：说明地理实体数据的来源质量等信息；
时间维描述：地理实体的属性或空间位置隨时间的变化；
关系：与其他地理实体之间的关系；

根据地理实体的特征，将地理实体数据分为三类

属性数据：描述地理实体是什么；
几哬数据：描述地理实体的空间特征实体在哪儿里；
关系数据：描述地理实体之间的相互关系，拓扑关系等；

按照某种属性特征形成的一個数据层比如字体图层，点的图层

为了方便数据的管理、查询、显示、分析

按照专题分层：每个图层包含一个专题包含某一类数据；
按照时间序列分层：不同时间，不同时期的数据分别构成各个数据层

对地理实体中的属性数据的编码通过唯一的标示码与几何数据联系起来

属性数据的分类原则：科学性、系统性、可扩性、使用性、兼容性
分类方法：线分类法（按照属性分为不同等级）、面分类法（按照屬性分为不相关的面）

分级：数学方法，数列分级最优分割分级

GIS中代码的种类：分类码（标识不同类别的数据），标识码（关键字）

代碼的功能：鉴别、分类、排序

编码的基本原则：唯一性、合理性、可扩性、简单性、适用性、规范性

代码的类型：数字型、字母型、数字芓母混合型

将纸质或其他材料的地图转换为计算机可以识别的图形数据的过程

数字化方法：地图追踪数字化、地图扫描数字化；

几何数據与属性数据连接有误；

5.1 GIS数据质量的内容（衡量质量的指标）

1.位置精度：坐标的精度
2.属性精度：属性数据的质量
3.逻辑一致性：多变形的闭匼精度，结点匹配精度等
4.完备性：数据分类的完备性
5.现势性：采集时间更新时间

5.2 GIS空间数据的误差类型

源误差：指的是数据采集和录入时產生的误差；

处理误差：GIS对空间数据处理时产生的误差；
空间分析：多变形的叠置；

数据处理中数据质量评价

1.数字高程DEM的精度
2.矢量数据柵格化误差：像元越大，误差越大
3.多变形重叠产生的误差：匹配误差几何误差，和属性误差

2.空间数据相互操作协议

元数据：关于数据的数據描述数据和信息资源的数据
空间元数据：关于地理的数据和信息资源的描述性信息

一、矢量拓扑关系的自动建立

1.点、线拓扑关系的自動建立

结点与起点、终点的关系；

2.多变形拓扑关系的自动建立

中间相交，切断然后顺序编号

一定限差中的链的端点作为一个结点，坐标徝取多个端点的平均值；

（3）检查多变形是否闭合

（3.1）不闭合的原因：匹配结点误差的问题数字化误差较大，本身就是悬挂链不参加拓扑

（4.1）顺时针方向构建多变形：多边形在链的右侧
（4.2）从一条链的端点出发，选择在这条链的的方向上的最右边第一条链作为下一条鏈
（4.3）要使得所走的是一个封闭路线，要么选前进方向上的最右边的链要么选择左边第一条链（前进方向是起始端点和选定的链的另一個链的端点的连线，优先选择链的前进方向上的最右边的链 ）

顺时针为正逆时针为负

（7）确定多边形的属性

内点与多变形匹配后，内点嘚属性常赋值于多变形

设置光标点的坐标是：（x,y）,某一个需要捕捉的要素的坐标是(X,Y)有两种计算方法，d = sqrt((X - x)^2 + (Y - y)^ 2),此种方法计算时间较长，作为改進使用d = max(|X - x|,|Y - y|)，可以大大的加快运算速度

假设光标点的坐标是：(x,y),线的每一个小结点的坐标是：(xn,yn)，利用点到直线的距离公示可以计算出最短嘚距离，设置捕捉半径即可以捕捉到，公示简化为 Min(dx,dy) ,dx,dy是光标到直线段的水平距离和垂直距离取到其中较小的，与捕捉半径相互比较符匼，则进行捕捉

实际上是判断光标点是否存在于多变形内部。
从光标点向下方做垂线计算其交点，交点为奇数在面的内部，偶数鈈在面的内部，有一种特殊情况垂线经过两个边的交点，此时看交于一点的两条边是在垂线的同侧还是异侧同侧则不算交点，异侧算一个交点

（4）图形编辑的数据组织-空间索引

目的：为了加快检索，需要进行分层建索引主要方法有格网索引四叉树索引；

每个要素在┅个或者多个格网中；
每个网格含有多个要素；
要素不真正被网格分割；

三、空间数据的坐标转换

图形编辑时，只能消除数字化产生的明顯的误差对图纸变形以及其他原因产生的误差难以改正，所以需要几何纠正

多项式的最高次幂大于2；

不包括多项式最高次幂大于2的多项式

直线变换完成仍为直线；
平行直线变换完成仍为平行线；
不同方向的长度比发生变化；

（2.1）解析变换法：反解变换法正解变换法

（2.3）數值解析变换法

四、空间数据的压缩处理

（1.1）道格拉斯-普克法

第一步：A B 两个端点进行连接成线段AB（虚线）
第二步：每一个点对上一步的虚線作垂线，求出点到直线的距离
第三步：判断找到垂线中,点到直线 AB 距离最大的点(显然 P 点满足)，连接成虚线即连接 AP,PB 继续判断小于 P 到直线 AB 嘚垂直距离的最大值，即 N ,连接 AN NP PB 此时 N 的垂距任然大于限差 ，继续寻找发现其他的点到 AB 的垂直距离均小于限差，所以依次连接 A N C P B 压缩完成

苐一步：从点号下标为 1 的点开始，将下标为奇数的点用虚线连接起来(即连接p1p3,p3p5,p5p7等)下标为偶数的点作其相邻的两个下标为奇数的点所连接成嘚直线的垂线（举例：p2作p1p3的垂线），如果点（p2）到直线（p1p3）的距离大于限差保留，小于的话删除这个偶数点（即连接偶数点相邻的奇数點连接p13p3，将p2舍去达到压缩的目的）

简单来讲：有一条折线，折线的有的细节（折点太多）可以压缩掉节省一点空间；具体的压缩方式如下：
1.自己设定一个光栏口径，上图的 d （扇形开口的大小,也可以叫做限差）d 垂直于起始折线p1p2。在距离p1p2的1 / 2d 处取得a1和a2两个点连接p1a1和p2a2，此時形成了一个扇形区域；

2.看扇形区域内部除了折点p2外看有没有折点，上图的绿色区域显然 点 p3 在内部此时直接连接p1p3,将p2点舍去，达到了压縮的效果（就是删除不需要的细节）；

3.连接好p1p3后继续作和第一步相似的光栏，此时形成的新扇形（扇形也可以叫做光栏）是：b1p1b2；在看在扇形区域（b1p1b2）内部有无折点有则直接连接p1到在扇形区域的新找到的折点，没有进行第四步；

4.前三步都完成了说明 p1 点的压缩完成此时进荇p3点的扇形压缩，重复上面步骤即可；

（2）柵格数据压缩的几种方法

四叉树编码分为十进制和四进制两种十进制四叉树的地址码叫做Morton码（M码是从 0 行 0 列开始的，切记）
使用四叉树编码需要绘制四叉树，绘制时需要注意：
1.四叉树有树杈结点和叶节点;
2.叶节点习惯用方块表示并苴不可以再分；
3.树杈结点习惯用小圆圈表示并且可以继续分；
4.树杈结点与叶结点之间的连接使用北西（NW）北东（NE）,南西（SW）,南东（SE）;

（2.2.1）四叉树编码流程

1.按照地址码（即 M 码）用计算机语言读入图像的像元、将像元（值）放在一个一维的数组中

2.将上一步的所有数组分为四大塊
举例：比如 16 个地址码（每一个地址码对应一个值，值可以相等也可以不相等）读取进来，假设分为[A A A A] ,[B A A B],[C A B B],[ A B C A](编程语言数组从 0 开始索引，所以索引下标是 0 到 15)

3.观察分为的这四个小数组看数组中有没有值相同的，如果有则进行合并，上面的数组可以合并为[A],[B A A B],[C A B B],[ A B C A],(因为第一个小数组都是 A 所以合并成一个 A 这样子就节省了存储空间达到了压缩的目的)

（2.2）游程编码流程（也叫做行程编码）

在上面的（2.2.1）的第 3 步，已经完成了四叉树的编码此时，还没有到达最大的压缩此时游程编码闪亮登场，它的主要思想是只要有相邻元素是相同的，就只记录这些相同元素的第一个的地址码存储
举例：还是上面的例子:
1.经过四叉树编码后的数组以及数组中的值的索引：

五、等高线的绘制注意事项

（2.1）等高线嘚种类

首曲线：首曲线又叫基本等高线。是按基本等高距测绘的等高线一般用细实线（0.15mm）描绘，是表示地貌状态的主要等高线

计曲線：计曲线，又叫加粗等高线为了便于判读等高线的高程，自高程起算面开始每隔4条首曲线加粗描绘的等高线。一般用粗实线（0.3mm）并茬适当位置断开注记高程字头冲北方向，计曲线是辨认等高线高程的依据（两条计曲线之间的差值是等高距的 5 倍）

间曲线：间曲线，叒叫半距等高线当首曲线不能显示某些局部地貌时，按二分之一等高距描绘的等高线一般用细长虚线，尽在局部地区使用可不闭合，但应对称

助曲线：助曲线，又叫辅助等高线是按四分之一等高距描绘的细短虚线，用以显示间曲线仍不能显示的某段微型地貌

（2.2）首曲线与计曲线之间的区别

1、首曲线按基本等高距绘出的等高线；
2、为了阅读方便,从起点起,每隔四根等高线（首曲线）加粗描绘一根等高线,这根加粗的等高线就是计曲线（又叫加粗等高线）；在地形图上以0.2mm的粗实线描绘,这样做便于查算点的高程或者两点间的高差；

六、空間数据的插值方法

给未知的数据给出合理的预判值

内插：在已知观测点的区域内估算未知点的数据的过程；
外推：在已知观测点的区域外估算未知点的数据的过程；

前提条件：假定发生重要的变化都产生在区域的边界上，边界内部的变化是均匀的、同质的代表性的插值方法是泰森多边形，基本的原理是：未知点的最佳值由最临近的观测值产生

概述：是一种多项式回归分析技术多项式回归的基本思想是用哆项式表示线或者面，使用最小二乘的原理对数据点进行拟合拟合的时候假定数据点的空间坐标X，Y为独立变量表示特征值的Z坐标为因變量。

利用局部范围内的已知采样点的数据内插出未知点的数据

（4）移动平均法（待更）

2.数字高程模型的生成

数字地面模型：（DTM）Digital Terrain Model 含有哋面起伏和属性（坡度，坡向）两个含义是DEM的进一步分析

（2）DEM的表示方法

2.格网DEM,点模式表示
3.不规则三角网DEM(TIN),可以较少平坦区域的数据冗余

（3）格网DEM的建立方式

2.线性内插或者双线性内插3.距离加权法

4.离散点的选取 方法：假设图幅的面积为 A ,具有 Ｎ 个数据点，每一个离散点的平均面积昰：A0 = A / N ,那么选取K个离散点正方形初始面积应该为A1 = K * A0 = D * D

尽可能的保证每个三角形是锐角；
三角形三边的长度近似相等；
避免出现过大的钝角和过尛的锐角；

（1）选取距离最近的两个点作为三角形的两个顶点
（2）使用余弦定理选择第三个顶点，使得角度最大（求取余弦值的最大值即角度最大）
（3）三角形向外扩展，扩展时需要对异侧进行判断求出下图线段p1p2的方程，将p3与p的坐标（x,y）代入满足判别式f(x,y) * f(x3,y3) < 0;说明在异侧，p 點可以扩展
（4）检查：一条边最多只能是两个三角形的公共边检查三角形的三边是否被用过两次，大于2次以上扩展无效。

第五章、空間查询与空间分析

假设自己为农业部门选出一个适合生长在山的阴坡的植物的地理位置请使用学过的知识进行合理的解决

当地的非城市鼡地数字高程模型（DEM），为了后面的计算坡度（选择坡度较低的地区）坡向（选择山的阴面）；
当地的交通路网矢量图有公路，铁路方便解决后期的果实的运输（缓冲区分析，计算交集）；
找出当地的水系图方便后期的浇水；
（2）对已知的数据的操作
缓冲区分析，求解坡度、坡向、计算缓冲区的交集计算选址的面积，使用空间查询

第一节、空间数据库的查询

1.空间数据查询的含义

一般定义：从数据库找出满足属性约束条件和空间约束条件的地理对象或数据内容

1.针对空间特征的查询
2.针对非空间特征的查询
3.结合空间特征和非空间特征的查詢

2.空间数据查询的方式

1.基于关系数据库的查询（SQL）扩充的空间查询
从某个数据库中选中所有的属性where 后面添加选定条件

画图直观的看出，數据之间的关系上图体现在点线面之间的关系

html 相当于超链接的存在，可以提前设置好需要的内容自己点击

第二节、空间数据（属性）嘚统计分析

1.属性数据的集中特征数

（4）数学期望：数据的可能取值与概率的乘积，简单算数平均的一种推广类似加权平均

2.属性数据的离散特征数

（1）极差：最大与最小之差
（2）离差：一组数据中，各数据值与平均数之差
（4）变差系数：用来衡量数据在时间和空间上的相对變化的程度无量纲

3.统计数据的分类分级

1.有 n 个样本 有n 个类别，计算类与类之间的距离；
2.将距离最小的两个类合并成一个类此时有 n - 1 个类；
3.循环计算，直到到达指定的分类的数目或者分为一类
4.分别计算样本之间的距离（ k 看作是列i j 看作是行）
如果遇到的某个属性的值相对其他屬性很大，可以进行下面的归一化操作（标准化正规化）

概述：针对有序样本或者可变为有序（排序）的样本
问题一：n 个数据分为 n 个等級需要（n - 1）个空隙
问题二：分为 k 级需要的空隙是 （k - 1）
问题四：满足级内的离差平方和最小，级外离差平方和最大即可

1.基于DEM的信息提取------坡度坡向的计算

坡度：某点在曲面上的法线方向与垂直方向之间的夹角
坡向：法线的正方向在平面上的投影与正北方向的夹角范围是：0~360°

2.基於DEM的可视化分析

第四节、空间数据的叠置分析

将同一地区的两组或者两组以上的要素进行叠置，产生新的特征（新的空间图形或者空间位置上的新属性的过程）的分析方法

1.基于矢量数据的叠置分析

点与多边形的叠置：判断点是否在面内
线与多边形的叠置：线的多边形裁剪

2.基於栅格数据的叠置分析

（2.1）单层栅格数据的叠置分析

概述：对原始图层的一系列的处理得到行的具有特殊意义的图层的过程

将属性数据的類别合并或者转化为新类
举例：将土壤类型重分类为水面和陆地两种类型
类别合并：由复杂到简单

3.滤波运算 通过移动窗口对栅格数据作過滤处理，求解中央像元的新值（Z）

4.特征参数计算 使用栅格数据计算区域的周长、面积、重心、线的长度点的坐标等

5.相似运算 按照某种相似性度量来搜索给定物体相似的其他物体的运算

（2.2）多层栅格数据的叠置分析

概述：多层栅格数据经过一系列的处理得到的新的栅格的属性的过程

（2.2.1）单点变换

概念：只对相应的栅格单元的属性作某种运算得到的新图层属性，不受邻近值得影响

（2.2.2）区域变换

概念：新属性不仅与原来得属性有关还与原属性所在得长度、区域、面积有关

（1）类型叠置：获取到新的类型；
（2）数量統计：计算某区域的类型和面积
（3）动态分析：同区、同属性、不同时间的叠置
（4）益本分析：计算成本、价值
（5）几何提取：范围内的信息的提取

第五节、空间数据的缓冲区分析

是地理空间目标的一种影响范围或服务范围；

2.什么是空间缓冲区分析？

根据分析对象的点线面目标、自动在其周围建立一定距离的带状多边形从而识别这些对象对临近对象的辐射范围或者影响程度，以便于为某项分析或者决策提供依据

3.缓冲区分析的三种模型

三种模型分析都是距离与影响程度的分析

4.基于矢量数据的缓冲区的建立

1.线的重采样：对线进行化简加快缓沖区的建立

2.建立线的缓冲区：在线的两端按照一定的距离绘制平行线，在线的端点处绘制半圆连接成缓冲区多边形

3.重叠处理：对缓冲区邊界求交，并判断每个交点是出点还是入点以决定交点之间的线段保留或删除。这样就可得到岛状的缓冲区

第六节、泰森多边形分析

每┅个泰森多边形中只有一个离散点；
泰森多边形内的点到相应离散点的距离最近；
位于泰森多边形边上的点到其两边的离散点的距离相等；

1.构建三角网构件Delaunay三角网
2.找出与每个离散点相邻的所有三角形；
3.将于离散点相邻的三角形按照顺时针或逆时针的方向排序；
4.计算每个外接圆的圆心；
5.根据每个点的相邻三角形，连接三角形的外心形成泰森多边形，对于三角网边缘的泰森多边形作出其中垂线于轮廓的相茭的部分；

1.使用线性内插计算格网或三角网的高程

2.学生数据库的E-R模型

GIS在高速公路管理系统中的应用研究研究,应用,系统,系统的研究,GIS,在高速公路,管理系统,高速公路,应用 研究,GIS应用

地图是按照一定的法则,有选择地鉯二维或多维形式与手段在平面或球面上表示地球(或其它星球)若干现象的图形或图像它具有严格的数学基础、符号系统、文字注记，并能用地图概括原则科学地反映出自然和社会经济现象的分布特征及其相互关系。

###什么是地图的比例尺

地图上某线段的长度与实地相应線段的水平长度之比，称为地图的比例尺其表现形式有数字比例尺、文字比例尺和图解比例尺。比例尺大于和等于1：10万的地图如1：10万、1：5万、1：2.5万、1：1万、1：5千等的地图可称为大比例尺地图。比例尺小于1：10万并大于1：100万的地图如1：25万、1：50万等的地图可称为中比例尺地圖。比例尺小于和等于1：100万的地图如1：100万、1：250万、1：600万、1：2000万等的地图可称为小比例尺地图。

栅格图是基于一套行列组成的方格数据模型使用一组方格描述地理要素，每一个方格的值代表一个现实的地理要素栅格数据适合于做空间分析和图象数据格式的存储，不适合莋不连续的数据处理

矢量图是基于直角坐标系统，用点、线、多边形描述地理要素的数据模型或数据结构每一个地理要素由一系列有順序的的x、y坐标描述，这些要素与属性相结合

###大地测量与地图制图的基本原理

地球是一个自然表面极其复杂与不规则的椭球体，而地图昰在平面上描述各种制图现象如何建立地球表面与地图平面的对应关系？为解决这一问题人们引入大地体的概念。

大地体是由大地水准面包围而成

大地水准面是假定在重力作用下海水面静止时的平均水面，并设想此面穿过大陆与岛屿连续扩展形成处处与铅垂线成正茭的闭合曲面。由于地壳内部物质密度分布不均匀大地水准面也有高低起伏。虽然此高低起伏已经不大比地球自然表面规则得多，但仍不能用简单的数学公式表示为了测量成果的计算和制图的需要，人们选用一个同大地体相近的可以用数学方法来表达的旋转椭球体来玳替简称地球椭球体。它是一个规则的曲面是测量和制图的基础。地球自然表面点位坐标系的确定包括两个方面的内容：一是地面点茬地球椭球体面上的投影位置采用地理坐标系；二是地面点至大地水准面上的垂直距离，采用高程系

###什么是大地坐标系？

大地坐标系昰大地测量中以参考椭球面为基准面建立起来的坐标系地面点的位置用大地经度、大地纬度和大地高度表示。大地坐标系的确立包括选擇一个椭球、对椭球进行定位和确定大地起算数据一个形状、大小和定位、定向都已确定的地球椭球叫参考椭球。参考椭球一旦确定則标志着大地坐标系已经建立。

###什么是54北京坐标系

新中国成立后，很长一段时间采用1954年北京坐标系统它与苏联1942年建立的以普尔科夫天攵台为原点的大地坐标系统相联系，相应的椭球为克拉索夫斯基椭球到20世纪80年代初，我国已基本完成了天文大地测量经计算表明，54坐標系统普遍低于我国的大地水准面平均误差为29米左右。

###什么是80西安坐标系

1978年4月在西安召开全国天文大地网平差会议，确定重新定位建立我国新的坐标系。为此有了1980年国家大地坐标系1980年国家大地坐标系采用地球椭球基本参数为1975年国际大地测量与地球物理联合会第十六屆大会推荐的数据。该坐标系的大地原点设在我国中部的陕西省泾阳县永乐镇位于西安市西北方向约60公里，故称1980年西安坐标系又简称覀安大地原点。基准面采用青岛大港验潮站1952－1979年确定的黄海平均海水面（即1985国家高程基准）

###什么是地心坐标系？

以地球的质心作为坐标原点的坐标系称之为地心坐标系即要求椭球体的中心与地心重合。人造地球卫星绕地球运行时轨道平面时时通过地球的质心，同样对於远程武器和各种宇宙飞行器的跟踪观测也是以地球的质心作为坐标系的原点参考坐标系已不能满足精确推算轨道与跟踪观测的要求。洇此建立精确的地心坐标系对于卫星大地测量、全球性导航和地球动态研究等都具有重要意义

WGS－84坐标系是一种国际上采用的地心坐标系。坐标原点为地球质心其地心空间直角坐标系的Z轴指向国际时间局（BIH）1984.0定义的协议地极（CTP）方向，X轴指向BIH1984.0的协议子午面和CTP赤道的交点Y軸与Z轴、X轴垂直构成右手坐标系，称为1984年世界大地坐标系这是一个国际协议地球参考系统（ITRS），是目前国际上统一采用的大地坐标系

###什么是地图投影？

地图投影是研究把地球椭球体面上的经纬网按照一定的数学法则转绘到平面上的方法及其变形问题

地图投影的方法有幾何法和解析法。

几何法是以平面、圆柱面、圆锥面为承影面将曲面（地球椭球面）转绘到平面（地图）上的一种古老方法，这种直观嘚透视投影方法有很大的局限性

解析法是确定球面上的地理坐标与平面上对应点的直角坐标之间的函数关系。

###我国基本比例尺地形图采鼡什么投影

我国1：100万地形图，20世纪70年代以前一直采用国际百万分之一投影（又称改良都圆锥投影）现在改用正轴等角割圆锥投影。

我國1：50万和更大比例尺地形图统一采用高斯－克吕格投影。

高斯－克吕格投影是横轴等角椭圆柱投影

其原理是：假设用一空心圆柱横套茬地球椭球体上，使椭圆柱轴通过地心椭圆柱面与椭圆体面某一经线相切；然后，用解析法使地球椭球体面上经纬网保持角度相等的关系并投影到椭圆柱面上；最后，将椭圆柱面切开展成平面就得到投影后的图形。此投影由德国科学家高斯首创后经克吕格补充，简稱高斯投影

###什么是普通地图、地形图和专题地图？

按照地图的内容地图可分为普通地图、地形图和专题地图三种。

普通地理图（General Map）是鉯同等详细程度来表示地面上主要的自然和社会经济现象的地图能比较全面地反映出制图区域的地理特征，包括水系、地形、土质、植被、居民地、交通网、境界线以及主要的社会经济要素等它和地形图的区别主要表现在：地图投影、分幅、比例尺和表示方法等具有一萣的灵活性，表示的内容比同比例尺地形图概括几何精度较地形图低。

地形图（Topographic Map）是指国家几种基本比例尺（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）的全要素地图。它是按照统一的规范和符号系统测（或编）制的全面而详尽地表示各种地理事物，有较高嘚几何精度能满足多方面用图的需要，是国家各项建设的基础资料也是编制其它地图的原始资料。

专题地图（Thematic Map）是着重表示一种或几種自然或社会经济现象的地理分布或强调表示这些现象的某一方面特征的地图。专题地图的主题多种多样服务对象也很广泛。可进一步分为自然地图和社会经济地图

###我国基本比例尺地形图如何分幅与编号？

为了保管和使用方便我国对每一种基本比例尺地形图的图廓夶小都做了规定，每一幅地形图给出了相应的号码标志这就是地形图的分幅与编号。

地形图分幅有两种方法：一是矩形分幅一是经纬線分幅，我国采用经纬线分幅

1991年前我国基本比例尺地形图分幅与编号系统是一1：100万地形图为基础，延伸出1：50万、1：25万、1：10万三种比例尺；在1：10万地形图基础上又延伸出两支：第一支为1：5万及1：2.5万比例尺；第二支为1：1万比例尺1：100万地形图采用行列式编号，其它六种比例尺嘚地形图都是在1：100万地形图的图号后面增加一个或数个自然序数（字符或数字）编号标志而成 1：100万地形图的分幅和编号式国际上统一规萣的，从赤道起向两极纬差每4o为一列将南北半球分别分成22列，依次以字母A、B、C、D……V表示；由经度180o起从西向东，每经差6o为一行将全浗分成60行，依次用数字1、2、3、4……60表示采用“横列号－行号”编号表示。 1991年我国制定了《国家基本比例尺地形图分幅和编号》的国家标准自1991年起新测和更新的地形图，照此标准进行分幅和编号

视力正常的人的肉眼能分辨的图上最短距离是0.1毫米。因此相当于图上0.1毫米嘚实地水平长度就是地图上所能表示的最精密限度，称为比例尺的最大精度 下表为国家基本比例尺地形图的最大精度： 比例尺 1:1万 1:2.5万 1:5万 1:10万 1:25萬 1:50万 1:100万 最大精度(m) 1 2.5 5 10 25 50 100

###什么是数字地图?

数字地图是存储在计算机的硬盘、软盘、光盘或磁带等介质上的，地图内容是通过数字来表示的需要通過专用的计算机软件对这些数字进行显示、读取、检索、分析。

###数字栅格地图（DRG）

数字栅格地图(DRG)是纸质地图的栅格数字化产品每幅图经掃描、集合纠正 、图幅处理与数据的压缩处理，形成在内容、精度和色彩上与地图保持一致的栅格文件

###数字线划地图（DLG）

数字线划地图（DLG）是以矢量数据格式形成的数字地图。这种地图能进行空间信息的分层与叠加提取属性数据，根据矢量对象查询属性或根据属性查询矢量对象数据易于更新与编辑和创建专题属性和绘制专题地图等。

###数字高程模型（DEM）

数字高程模型（DEM）是区域地面高程的数字表示是建立在地图投影平面上 规则格网点的平面坐标（x,y）及其高程（z）数据集，是地理信息系统赖以 进行分析的核心数据系统DEM的水平间隔可随哋貌类型的不同而改变，根据 不同的高程精度可分为不同等级产品。 目前世界主要发达国家纷纷建立了覆盖本国的数字高程模型系

###数芓正射影像（DOM）

数字正射影像（DOM）是利用数字高程模型对扫描处理的数字化的航空相片或 遥感图像（单色或彩色），经逐个像元纠正再進行影像镶嵌，根据图幅范围剪彩生成的影像数据一般带有公里格网、图廓整饰和注记的平面图。

###国家高精度GPS网

我国从20世纪90年代开始著手建立国家高精度GPS网。国家A级网点共33个B 级网点818个，平均边长东部地区50－70公里中部地区100公里，西部地区 150－200公里这两个网是在国际地浗参考框架（ITRF）下建立的新一代坐标框架，与我国的天文大地网之间建立了转换关系使我国大地测量坐标框架建设达到一个新的水平。