GIS基础(转)

By admin in 天文台 on 2019年1月23日

1. GIS:你能帮自己做哪些

  “GIS是怎么,能干什么?”,我想以此问题也许是怀疑一大半GIS专业学生的题材,现在当然好过多,但在我们上学这会儿,完全是混混沌沌,不知晓未来毕业了去干嘛,当人家很惊叹地问起协调的正规时,也很难用只言片语跟人家描述清楚,这种学了n年还说不清自己专业的羞愧呐。。。直到后来GoogleMap、GoogleEarth横空出世,当大家发现那玩意儿能在处理器上来看自己家房顶,找到玩转世界那种“君临天下”的感到的时候,大家总算能够傲娇地说,俺的专业就是做那个的lol(其实您知道)。

  当大家去询问GIS的概念,一般都会那样介绍——“在微机软硬件的支撑下,对地理数据开展获取、存储、分析、展现、输出的信息系列。”

  “那GIS不就是用总结机做地图呢?”

  “GIS比总结机制图高级,因为大家有数据库支撑,我们还能做空间分析……”

  听起来神通广大的GIS,但在很长日子里实际也只是停留在做出专题图的等级,像图1中的渐变色就很清晰的显得出各省的男同胞的平均身高,各位可以很便捷地在心头得出自己有木有拖后腿的定论,再或者可以跟地图交互查询一下特性,压根儿用不到复杂的长空分析。

                                     
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   图1 中华各省男性平均身高

        
那GIS究竟能做什么呢?首先就是收集地理音讯,人类活动75%都与地理地点有关,比如想和男朋友找个电影院看电影,出差到一个生疏的都会找饭馆,那一个都是地理新闻,通过GIS能一蹴而就地把这几个都存储起来,怎么存呢?excel吗?那怎么和地图关联起来?那是后话,当然这个题材不太用大家用户担心,业界大佬们曾经定义好了地理音信的各个存储方式,文件或者数据库都可以,大家只要按要求把音讯录入就可以了。

        
收集到的地理消息,现在也只是总结机中的一堆表格,那怎么为人们所看到啊?这就是所谓的“可视化”了,各样图片是音信可视化的产物,那地理新闻可视化的产物就是“地图”,当然地图远比GIS出现的要早,那位长辈是GIS主要的发言人,GIS可以便宜地将采访到的音信在地形图上显得,如图1用深浅变化的颜料表达身材的音量,如若收集到的新闻还有女性的身高,分分钟就可以再做出一幅类似的女性身高图来。而纵然你是一个制图高手,可以在CorelDraw、Illustrator甚至Photoshop中绘制出图1,但却很难再此基础上马上绘制出另一幅女性身高图来。

        
而空间分析其实离大家也并不漫长,像群众点评那样的行使已经格外普及,我可以很有益于地找到周边的餐饮店,还有地图导航,都是通过GPS装置收集的您的地理地方然后,在地形图上找到正确的岗位突显,再进一步的落到实处诸如查询检索等职能。

2. 数量:有料才是王道

  大体知道了GIS是怎么,大家再来研商下图1是如何是好出来的,身高之类的数额很好采访获得,但是地图呢?让我们追根溯源地想一想地图到底是怎么画出来的,在向来不测绘,没有RS,没有GPS的年份,大家的老祖先们就是靠脚步来丈量土地,靠眼睛看来的来手绘地图,而后日RS可以由此卫星来给地球拍照,GPS可以实时定位,尽管曾经摆脱了“数据基本靠走”的时日,可是想取得数码依旧要开销些代价,半数以上地理数据还尚未开放须要购买,当然像图1中如此比例尺级别(第4片段大家会研商到)的地图,仍然很简单从网上得到,那大家下载后,就能够在GIS软件中打开,将身高数据录入,从而火速的做出一幅地图来。

  所谓“巧妇难为无米之炊”,数据才是王道,否则GIS系统就是一个空架子。对于数据而言,GIS有两大焦点存储模型,一种是矢量数据模型,一种是栅格数据模型。如图2所示,同样音讯的表述,在左侧的矢量数据中,大家看来的是清楚的点、线、面的实体,来揭橥河流、湖泊、地块那样的信息;而左边的栅格数据中,大家见到的则是一个个的格子,相平等的像元值在地形图上浮现出相同的水彩,从而也突显出河流、湖泊、地块的样子。固然都能表达出同样的音信,然则那三种存储模型是一点一滴两样的,矢量是以目的为单位,大家可以把一个湖泊的面积等属性都存储在该目的中;而用栅格表达的话,湖泊是由一组像元组成的,我们不可能将全部湖泊的面积分别给予每个像元。

                                                       
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                                                                     图2
矢量数据模型与栅格数据模型

       
网上公开免费的数据哪儿可以下到呢?在米利坚数码的绽开程度依然一对一高的,像人口普查之类的详实数据完全可以拿走到(http://thistract.com/),另外还有一些网站可以获取数据:

全世界90m分辨率的DEM(高程数据)下载:

http://srtm.csi.cgiar.org/index.asp

Natural Earth提供了海内外1:10 000 000、1:50 000 000、1:110 000
000比例尺的矢量和栅格数据下载,格式为ESRI的shp、Geodatabase以及tiff:

http://www.naturalearthdata.com

Bathymetry是汪洋大海深度的测量数据,在 British Oceanographic Data Centre
的网站上得以下到全球海洋深度数据:

https://www.bodc.ac.uk/data

Globe land cover facility提供免费卫星图像,如Landsat、 Modis、 Ikonos、
Quickbird等,下载地址:

http://glcf.umiacs.umd.edu/

   对于中国用户,开放的免费数据得到途径有限,国家基础地理音讯要旨揭晓过全国1:400万比例尺的矢量图,详细到县级行政数据。此外,若是大家只是需求背景地图突显的话,可以不用获取原始数据,而利用叠加地图服务的法子。中国的ArcGIS
Online(http://www.arcgisonline.cn)为中国用户提供了免费的地图服务,大家只必要将其与大家的数目叠加,就足以飞速做出一幅地图来,当然那里的地形图服务不可见一贯进行查询,它的效益类似于背景图片。

3. 比例尺:地图的心心相印朋友

  早在明清制图学家裴秀就指出“制图六体”的概念:分率、准望、道里、高下、方邪、迂直,首当其冲的分率指的就是比例尺。无论是咱们购买的地势图,照旧大家在软件中出图,都要提到到比例尺,对于地图而言,比例尺是少不了的如胶似漆朋友。就如上节中大家提到Natural
Earth提供了全世界1:10 000 000的矢量数据下载,那里的1:10 000
000就是比例尺,它的意义是:地图上任意线段长度与它意味着的活生生水平距离之比,也就是说假如地图上两点期间测量的相距为1mm,那么可相信的距离则是10km。

  简单的讲,地图都是对具体世界的抽象减少,比例尺就表示了无济于事的程度。比例尺越小,抽象程度越高,表明的地物就少而精炼;比例尺越大,抽象程度低,表明的地物就越详细。如图3所示,同一个湖泊在较大比例地图上以面来表示,可以看来湖泊的概况,而在较小比例尺地形图上就只是以线来表示。那么些对地物举办抽象的进程存在于数据收集这一个环节,对于采集到的数码,在软件中大家是足以已毕比例尺的无极缩放的,那时候改变的就不再是虚幻程度,而是展示的地理范围了。

                                               
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                                                                    图3
不相同比例尺对于地物的抽象程度

   我国规定1:5千、1:1万、1:2.5万、1:5万、1:10万、1:25万、1:50万、1:100万八种比例尺地形图为国家骨干比例尺地形图。编制那个地图要么通过全站仪、经纬仪等大地测量的章程,要么通过航摄的章程。由此那里又要引入八个概念:测图比例尺和航摄比例尺。由于人眼在地图上的分辨率寻常为0.1mm,差距比例尺图上0.1mm所表示的确实距离,称为地形图比例尺的精度,该精度决定了测图比例尺。例如,某工程测量要可以在图上表明出10cm的精度,则选用的测图比例尺应不低于0.1mm/10cm=1/1000。航摄比例尺与成图比例尺的关联见下表(映像分辨率指的是形象所能识别出的细微地物单元的大大小小)

                                                                       
  表1  成图比例尺与航摄比例尺及印象分辨率关系

成图比例尺

航摄比例尺

影像分辨率(m)

1:500

1:2000-1:3000

0.05

1:1000

1:3500-1:4000

0.1

1:2000

1:6000-1:8000

0.2

1:5000

1:10000-1:20000

0.4-0.8

   通过上表中的比较,大家得以窥见成图比例尺基本是航摄比例尺的4倍,为何是4倍,原因是精度决定,4倍内的录像照片就够了,刚好不会油然则生杜阿拉克,若是将视频比例尺确定得过小,造成图像模糊不清,甚至出现“夏洛特克”图案,影响成图质地;反之,将视频比例尺确定得太大,“大材小用”造成不要求的资源浪费。

4.  坐标:究竟有多主要

  很多时候蒙受学员拿来这么的数目,坐标值不得法或者没有坐标系,无法和其他数据科学的叠加在一起展现,不可能设置比例尺,也无从做拓扑检查之类的做事。坐标不得法的案由首要有:在用CAD等软件绘图的时候从不设置好正确的地理坐标系,或者数字化纸质量形图或映像的时候从不留意是不是由此配准这一步骤;坐标系缺失的意况就更加多了,导入数据的时候只导入了坐标值新闻,或者数额格式转换的时候忘记了点名坐标系。

  而一个地物怎么着才能正确定位在地球上?答案是天经地义的坐标值加上坐标单位。让大家暂时丢掉地球是个三维球体,先来已毕在平面图上画出一栋房屋的天职,现在晓得房子的多少个拐点坐标(1,1)(3,1)(3,4)(1,4)。首先我们务要求先确认的是坐标原点在哪儿?其次还要有横轴和纵轴以及单位刻度(房子的长宽是米,现在坐标轴的刻度单位也是米),那图4中所示的就是房子应该在的岗位。而地理数据一定也是一样的规律,只但是大地坐标系的定义则是:以参考椭球体(用来模拟地球的细腻球体)要旨为原点,本初子午面(英帝国格林(Green)尼治天文台所在地点为本初子午线,即0度经线)为纵轴方向,赤道平面为横轴方向,如图5所示,紫色点的坐标就应当是(50,40),单位为度。

天文台,                           
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                                                    图4 二维笛卡尔(Carl)坐标系

                                       
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                                                    图5 大地坐标系

  获取科学的地理坐标究竟有多么主要?是或不是本人做一幅地图所需的数量必需求通晓科学的地理坐标呢?我们明白获取坐标并不是一件卓殊不难的事务,草根的法门一般是在GoogleEarth上加上地标,通过KML那种格式导入GIS软件生成矢量图,官方的门路就是经过购买了。但实际上某些时候,坐标并不是大家所认为的那么重大,比如自己要做景象分析,商讨一个聚落的布局,在此基础上做一些地图,我想说,其实你确实不必为地理坐标烦扰,找一个航拍图片,没有的话纸质料图也可以,间接在上边描图得到多少,就如小时候我们大致都撕过课本封面上的透明薄膜叠在其它图上描图,原理是千篇一律的,只是你那时获取的坐标是相对坐标罢了,既然我不必要和其余地图叠加在一起定位,我又何必要关怀地球坐标原点在哪儿呢? 
  

5.  阴影:神马不是浮云

  大家知道地球是一个形状不规则的椭球体,那倘若为地球画一张平面画像,那该怎么尽量真实地复发地球的实事求是面目呢?前边大家询问到地理坐标系的定义:以球心为坐标原点,东西方向按经度划分为360度,南北方向按纬度划分为180度,也就是我们所说的WGS(大地坐标系)将地物进行恢复生机,如图6即是按经纬度直接描绘出的世界地图。

                           
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                                                             图6
未投影的社会风气

        
一切看起来都很正规,正如有本书所写“世界是平的”,但大家密切一看就会发现问题,A1A2以内的离开和B1B2之间的偏离在图上看起来是极度的,但是其实,位于不一样纬度的一律经度差相对是不等于的,位于赤道上的离开远比位于两极的要大过多,由此用地点提到的写真方式来做平面地图是不可以很好地表达距离,方向之间的周旋地方关系的,所以我们在制图的时候才要引入投影,即将三维球面呈现到平面地图上,对于地图来讲,投影相对不是浮云。

                           
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                                                                图7
Albers投影

  那里大家接纳了Albers(等积圆锥投影),世界地图立马展现出不雷同的造型,这里A1A2和B1B2之间的离开也发出了变形,因为影子是三维向二维的炫耀,所以自然会暴发变形,大家可以为不一致用途的地形图采取相应的黑影情势来确保面积,方向或角度的变形最小。

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