揭破你潜在的面罩

By admin in 天文台 on 2019年1月26日

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GIS从出现到为人所知,只然则经历了短短的几十年时光,越发是近几年,大有满园春色之势,越多的人初始精晓GIS。自己和GIS打交道也快10年时光了,所从事的劳作也是把“阳春白雪”变成“下里巴人”,让越来越多的人能通晓并动用GIS,但经常向其它行业的人介绍GIS,还真不是三言两语可以讲了然的事务,于是近日写得小文一篇,希望可以给想了然GIS的人一点点启发,也许GIS可以在你的劳作中大显身手呢。

1. GIS:你能帮自己做哪些

  “GIS是怎么样,能干什么?”,我想这一个题目恐怕是纳闷大部分GIS专业学生的问题,现在本来好广大,但在大家学习这会儿,完全是混混沌沌,不通晓将来结束学业了去干嘛,当人家很奇异地问起协调的正式时,也很难用只言片语跟人家描述清楚,那种学了n年还说不清自己专业的羞愧呐。。。直到后来GoogleMap、谷歌(Google)Earth横空出世,当大家发现这玩意儿能在微机上看到自己家房顶,找到玩转世界那种“君临天下”的感觉到的时候,大家总算得以傲娇地说,俺的正规化就是做那几个的lol(其实你知道)。

  当大家去查询GIS的定义,一般都会这么介绍——“在电脑软硬件的支撑下,对地理数据进行获取、存储、分析、显示、输出的音讯种类。”

  “那GIS不就是用电脑做地图呢?”

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

  听起来六臂三头的GIS,但在很长日子里其实也只是停留在做出专题图的阶段,像图1中的渐变色就很清晰的显得出各省的男同胞的平分身高,各位可以很便捷地在心尖得出自己有木有拖后腿的结论,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半空中分析。

                                     
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   图1 中国各省男性平均身高

        
这GIS究竟能做什么样啊?首先就是采集地理音信,人类活动75%都与地理位置有关,比如想和男友找个电影院看录像,出差到一个素不相识的都市找商旅,这个都是地理音讯,通过GIS能管用地把这么些都存储起来,怎么存呢?excel吗?那怎么和地图关联起来?那是后话,当然这几个题目不太用我们用户担心,业界大佬们早已定义好了地理新闻的各样存储格局,文件或者数据库都得以,大家只要按须求把音信录入就可以了。

        
收集到的地理信息,现在也只是电脑中的一堆表格,那怎么为人人所看到吗?那就是所谓的“可视化”了,各样图片是音讯可视化的产物,那地理音讯可视化的产物就是“地图”,当然地图远比GIS出现的要早,那位长辈是GIS主要的代言人,GIS可以便宜地将采集到的音讯在地形图上出示,如图1用深浅变化的水彩表明身材的音量,即使收集到的音信还有女性的身高,分分钟就可以再做出一幅类似的女性身高图来。而就是你是一个绘制高手,可以在CorelDraw、Illustrator甚至Photoshop中绘制出图1,但却很难再此基础上即时绘制出另一幅女性身高图来。

        
而上空分析其实离大家也并不经久,像群众点评那样的行使已经卓殊普及,我得以很有益于地找到周边的食堂,还有地图导航,都是经过GPS装置收集的您的地理地方然后,在地图上找到正确的岗位显得,再进一步的落到实处诸如查询检索等成效。

2. 数量:有料才是王道

  大体知道了GIS是何等,大家再来探究下图1是如何做出来的,身高之类的数据很好采访得到,但是地图呢?让大家追根溯源地想一想地图到底是怎么画出来的,在未曾测绘,没有RS,没有GPS的年代,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,而现行RS可以透过卫星来给地球拍照,GPS能够实时定位,固然已经摆脱了“数据主导靠走”的时代,不过想博得数码依旧要用度些代价,大多数地理数据还不曾开放必要购置,当然像图1中如此比例尺级别(第4部分我们会谈论到)的地形图,依然很不难从网上得到,那咱们下载后,就能够在GIS软件中开辟,将身高数据录入,从而神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有两大骨干存储模型,一种是矢量数据模型,一种是栅格数据模型。如图2所示,同样音讯的表明,在左侧的矢量数据中,大家来看的是清楚的点、线、面的实体,来发布河流、湖泊、地块那样的新闻;而左侧的栅格数据中,大家看到的则是一个个的格子,相平等的像元值在地形图上体现出相同的水彩,从而也呈现出河流、湖泊、地块的样子。纵然都能表达出一致的消息,可是那三种存储模型是一点一滴不一样的,矢量是以目的为单位,大家得以把一个湖泊的面积等属性都存储在该对象中;而用栅格表明的话,湖泊是由一组像元组成的,大家不容许将全部湖泊的面积分别授予每个像元。

                                                       
  天文台 2

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

       
网上公开免费的多少哪里可以下到呢?在美利坚合众国数量的绽开程度如故一定高的,像人口普查之类的详实数据完全可以获获得(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提供了全球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是大洋深度的测量数据,在 British Oceanographic Data Centre
的网站上能够下到整个世界海洋深度数据:

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,国家基础地理新闻主题发布过全国1:400万比例尺的矢量图,详细到县级行政数据。别的,要是我们只是要求背景地图突显的话,可以不必获取原始数据,而使用叠加地形图服务的不二法门。中国的ArcGIS
Online(http://www.arcgisonline.cn)为神州用户提供了免费的地形图服务,大家只必要将其与大家的数据叠加,就可以快速做出一幅地图来,当然那里的地形图服务不能直接举办查询,它的功力类似于背景图片。

3. 比例尺:地图的亲密朋友

  早在北宋制图学家裴秀就提出“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。无论是我们购买的地势图,仍然大家在软件中出图,都要提到到比例尺,对于地图而言,比例尺是必备的贴心朋友。就好像上节中大家提到Natural
Earth提供了海内外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代表的实地水平距离之比,也就是说若是地图上两点之间测量的偏离为1mm,那么可信的相距则是10km。

  简单的说,地图都是对切实世界的抽象减少,比例尺就意味着了望梅止渴的水平。比例尺越小,抽象程度越高,表明的地物就少而简单;比例尺越大,抽象程度低,表达的地物就越详细。如图3所示,同一个湖泊在较大比例地图上以面来代表,可以看来湖泊的概略,而在较小比例尺地形图上就只是以线来代表。那个对地物举行抽象的经过存在于数据搜集这么些环节,对于采集到的数量,在软件中我们是可以完成比例尺的无极缩放的,那时候改变的就不再是空虚程度,而是展现的地理范围了。

                                               
 天文台 3

                                                                    图3
差异比例尺对于地物的肤浅程度

   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,要么通过航摄的措施。因此那里又要引入七个概念:测图比例尺和航摄比例尺。由于人眼在地图上的分辨率平日为0.1mm,分化比例尺图上0.1mm所代表的实实在在距离,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发挥出10cm的精度,则选拔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小小地物单元的深浅)

                                                                       
  表1  成图比例尺与航摄比例尺及映像分辨率关系

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倍内的拍照照片就够了,刚好不会产出罗利克,要是将视频比例尺确定得过小,造成图像模糊不清,甚至出现“贝尔法斯特克”图案,影响成图质料;反之,将拍摄比例尺确定得太大,“大材小用”造成不须求的资源浪费。

4.  坐标:究竟有多首要

  很多时候遭逢学员拿来这么的数据,坐标值不得法或者尚未坐标系,不可能和其余数据正确的叠加在一起彰显,不能设置比例尺,也不能做拓扑检查之类的做事。坐标不科学的原因紧要有: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放在心上是不是因而配准这一步骤;坐标系缺失的情形就越多了,导入数据的时候只导入了坐标值音讯,或者数额格式转换的时候忘记了点名坐标系。

  而一个地物怎么样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,先来完毕在平面图上画出一栋房子的天职,现在知晓房子的几个拐点坐标(1,1)(3,1)(3,4)(1,4)。首先大家务必要先确认的是坐标原点在哪里?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地方。而地理数据一定也是同一的规律,只可是大地坐标系的概念则是:以参考椭球体(用来效仿地球的细腻球体)要旨为原点,本初子午面(U.K.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,黄色点的坐标就活该是(50,40),单位为度。

                           
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                                                    图4 二维笛卡尔坐标系

天文台,                                       
  天文台 5

                                                    图5 大地坐标系

  获取科学的地理坐标究竟有多么紧要?是否本人做一幅地图所需的数额必必要了然科学的地理坐标呢?大家明白获取坐标并不是一件非凡不难的政工,草根的措施一般是在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买进了。但实际上某些时候,坐标并不是我们所认为的那么重大,比如自己要做景色分析,切磋一个聚落的布局,在此基础上做一些地图,我想说,其实您确实不必为地理坐标干扰,找一个航拍图片,没有的话纸质量图也可以,直接在上头描图获得多少,就好像小时候大家大致都撕过课本封面上的透明薄膜叠在其余图上描图,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,既然我不须要和其它地图叠加在一起定位,我又何需要关注地球坐标原点在哪里呢? 
  

5.  阴影:神马不是浮云

  大家清楚地球是一个形状不规则的椭球体,那如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真实性面目呢?前边大家驾驭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,也就是大家所说的WGS(大地坐标系)将地物举行回复,如图6即是按经纬度直接描绘出的世界地图。

                           
  天文台 6

                                                             图6
未投影的世界

        
一切看起来都很正常,正如有本书所写“世界是平的”,但大家密切一看就会意识问题,A1A2里边的偏离和B1B2之间的相距在图上看起来是相等的,可是实际,位于不相同纬度的同一经度差相对是不对等的,位于赤道上的偏离远比位于两极的要大过多,因而用地点提到的写真形式来做平面地图是无法很好地公布距离,方向之间的相对地点关系的,所以大家在制图的时候才要引入投影,即将三维球面显示到平面地图上,对于地图来讲,投影相对不是浮云。

                           
 天文台 7

                                                                图7
Albers投影

  那里大家拔取了Albers(等积圆锥投影),世界地图立马展现出差异等的形制,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投射,所以毫无疑问会时有发生变形,大家可以为分歧用途的地形图选择相应的影子格局来保障面积,方向或角度的变形最小。

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