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1、GIS 空间分析使用ArcGIS,2007-11.27(6) http:/www.geo- 杨克诚,空间数据处理,3.3空间数据处理 3.3.1 GIS 中的地图投影 3.3.3 矢量数据的校准 3.3.3 空间数据处理,3.3.1 GIS 中的地图投影,3.1.1.1 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。,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
2、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),地理坐标系不是平面直角坐标系,3.3.1.2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ArcGI
3、S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。,我国所使用的地图投影：,我国的基本比例尺地形图(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)中， 大于等于50万的均采用高斯-克吕格投影(Gauss-Kruger)，又叫横轴墨卡托投影(Transverse Mercator)； 小于50万的地形图采用正轴等角割园锥投影，又叫兰勃特投影(Lambert Conformal Conic)； 海上小于50万的地形图多用正轴等角园柱投影，又叫墨卡托投影(Mercator)
4、我国的GIS系统中应该采用与我国基本比例尺地形图系列一致的地图投影系统。,通过ArcToolbox中数据管理工具中“投影及变换”工具定义及进行投影变换。 可以实现地理坐标系与投影坐标系的变换、地理坐标系间的转换（北京54WGS84，北京54西安80） 目前还不支持 WGS84-北京54和西安80的变换,3.3.1.3 地理变换,地理变换是一种在地理坐标系（基准面）间转换数据的方法，当将矢量数据从一个坐标系统变换到另一个坐标系统下时，如果矢量数据的变换涉及基准面的改变时，需要通过地理变换来实现地理变换或基准面平移 在ArcGIS中预定义了我国常用的北京1954、西安1980基准面和WGS 198
5、4基准面。,三参数方法 The simplest datum transformation method is a geocentric, or three-parameter, transformation.The eocentrictransformation models the differences between two datums in the X,Y,Z coordinate system. One datum isdefined with its center at 0,0,0. The center of the other datum is defined at som
6、e distance (X,Y,Z) in meters away.,七参数法： A more complex and accurate datum transformation is possible by adding four more parameters to a geocentric transformation. The seven parameters are three linear shifts (X,Y,Z), three angular rotations around eachaxis (rx,ry,rz), and scale factor(s).,3.3.1.4
7、投影变换,当系统所使用的数据是来自不同地图投影的图幅时，需要将一种投影的地理数据转换成另一种投影的地理数据，这就需要进行地图投影变换。 地图投影变换的实质是建立两平面场之间点的一一对应关系。假定原图点的 坐标为 x , y (称为旧坐标)，新图点的坐标为 X，Y(称为新坐标)，则由旧坐标变 换为新坐标的基本方程式为：,仿射变换（AFFINE）投影变换(PROJECTIVE)相似变换（SIMILARITY ）,3.3.2 矢量数据空间校准,Spatial Adjustment 功能通过以下方法： 变换 仿射方法 投影方法 相似方法 橡皮拉伸 边界捕捉 实现 平面坐标系的转换 校准有误差的矢量数据
8、 将数据配准到指定坐标系下 拼接分幅数据,3.3.3 空间数据处理,GeoProcessing 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。包括矢量数据的： 融合 剪切 拼接 合并（并集） 相交（交集）,3.3.3.1剪切要素Clipping,Analysis toolbox Extract toolset Clip tool 用一个多边形图层去裁剪另一个图层：根据一个图层剪切另一图层中的要素 这个操作使用一个多边形主题（或者主题中选定的要素）去裁剪另一个点要素或线要素或多边形要素主题，从而生成一个新的主题。派生的主题中将只包含处于用来裁剪的多边形边界内的要素
9、。 几何上，位于多边形要素范围内的输入图层要素得到保留。 属性上，输入图层的要素属性得到继承。但要注意，面积等字段值仍为原来之值，可能需要重新计算更新；,示例：给你一幅全省土地利用图，再给你陆良县行政边界图，就可以利用裁剪操作制作一幅陆良县土地利用图，前提条件是两幅图坐标一致。,3.3.3.2 融合：基于某个字段消除公共边,DissolveData Management Tools toolbox Generalization toolset Dissolve tool 基于属性的要素合并这个功能可以将主题中某一字段取值相同且相邻的要素合并成一个要素。你可以通过界面选取输入的图层和合并依据的属
10、性。 几何上，某字段值相同并且有公共边的两个多边形被合并； 属性上，该字段值得到保留，其它字段可根据需要进行汇总（求和，求平均）；,示例：现有一个县界图层，每个县有它所属地区的代码，通过对该代码进行融合操作，可以得到地区界图层。,3.3.3.3拼接图层,Merge（Append）Data Management Tools toolbox General toolset Append tool 拼接操作可以把具有相同要素类型的两个或更多的图层合并成一个图层。 几何上，新图层包含原来两个图层的全部信息； 属性上，你指定一个图层，让新图层的字段结构与其相同。该指定图层的字段值得到保留，而另一图层中的
11、要素，其字段根据新图层中是否存在同名同类型字段被取舍；,示例：某一幅图由多人合做，现要将各人所做之结果合在一起，可以使用拼接操作。但若需要精确的拓扑关系，还需要在ArcInfo中进一步处理。,3.3.3.4合并（并集）,UnionAnalysis toolbox Overlay toolset Union tool 图层合并这个功能将两个图层进行联合运算，派生新的图层。 几何上，新图层中为输入图层叠加了多边形图层的分划信息；全部要素均得到保留。 属性上，新图层中要素属性值包含了其原始值以及多边形值；,示例：给你乡镇界线图和自然保护区界线图，请你计算各个乡镇中涉及各个自然保护区的面积和位置，以及
12、没有涉及自然保护区的面积；,3.3.3.5相交,Analysis toolbox Overlay toolset Intersect tool 图层相交这个功能将两个图层进行地理相交运算。输入图层要素类型可以是多边形或线，相交图层必须是多边形，输出图层的属性包含两张图层的属性。 几何上，新图层中为输入图层叠加了多边形图层的分划信息；多边形层要素范围之外的元时要素被抛弃； 属性上，新图层中要素属性值包含了其原始值以及多边形值；,示例1：给你乡镇界线图和自然保护区界线图，请你计算各个乡镇中涉及各个自然保护区的面积和位置； 示例2：给你乡镇界线图和道路分布图，请你计算各个乡镇中道路总长度及路网密度；
13、,4.1 空间分析基础,1. 空间数据 2. 空间分析过程 3. 常用空间分析,4.1.1 空间数据,空间数据（也称地理数据）是地理信息系统的一个主要组成部分 。 什么是空间数据？ 空间数据是指以地球表面空间位置为参照的自然、社会和人文经济景观数据，可以是图形、图像、文字、表格和数字等。它是GIS所表达的现实世界经过模型抽象后的内容，一般通过扫描仪、键盘、光盘或其它通讯系统输入GIS。,4.1.1.1空间数据的表示,对现实世界的几何抽象,面,点,线,体,在某一尺度下，可以用点、线、面、体来表示各类地理空间要素,空间数据的几何特点,GIS数据的两种表示方法,矢量表达,栅格表达,现实世界,矢量数据
14、,矢量数据是地理要素的一种概念模型，在矢量模型下，地理要素被表现为点、线、面等几何形式，在ArcGIS中我们称之为要素类。. ArcGIS 支持多种矢量数据格式，可以用以实现点、线、面要素的存储。这些格式包括： Shap文件 Coverages 地理数据库：Geodatabases CAD 文件 Event 事件数据表 不规则三角网络 (TINs),矢量数据存储型模,矢量数据库模型中，可以将图形数据和属性数据同时存储在一个数据表中，每一个图层对应这样一个数据表。,矢量数据的结构,三种基本的矢量数据模型 Points Spatial objects with no area but can ha
15、ve attached attributes. A single set of coordinates (X, Y) in a coordinate space. Lines Spatial object made up of connected points (nodes). Have no width. Polygons Closed areas that can be made up of a circuit of line segments. Line segments that make up a portion of a polygon.,在矢量存储中表达拓扑关系,节点 Node
16、弧段 Arc 始节点FNode，终节点TNode,点要素： Id, x, y. 线要素： 弧段/节点(Fnode, Tnode)列表 弧段坐标,点要素： Id, x, y. 线要素： 弧段/节点(Fnode, Tnode)列表 弧段坐标 多边形： 多边形/弧段列表 左/右多边形列表,几种常见的拓扑关系,栅格数据,栅格数据结构又称为网格数据 是指将地球表面划分为大小均匀紧密相邻的网格阵列，每个网格作为一个像元或像素，有行列号定义，并包含一个代码，表示该像素的属性值 栅格数据集是使用大小一致的栅格单元来表示现实世界中的要素的，每个栅格单元可以通过行列（r,c）坐标定位。,在定义格格单元的大小时，我们需要平衡信息的精确性和数据量之间的矛盾。 栅格单元代表的尺度越小，表达的信息就越精确。 栅格单元代表的尺度越大，存储数据所需要的空间就更少，同时，表达的信息也就不精确。,栅格数据的类型,Raster data includes: images,Grids,
