GIS基础知识 - 海洋地理信息系统数据

1.海洋（海岸带）地理信息系统Marine（Coast） Geographic Information System（MGIS）

GIS运行环境包括：计算机硬件、计算机软件、空间数据、地学模型、管理与应用人员。

2.GIS的基本功能：数据采集-数据编辑与处理-数据存储、组织与管理-空间查询与空间分析-数据输出与可视化表达-应用模型与系统开发。

- r6 p! z0 n6 k& V; n7 Z x

3.（1）空间分析-位置。

（2）叠合分析-设施选址。

（3）缓冲区分析-邻度。

8 s3 V1 p# a2 E& P0 e. X8 l

（4）数字地形分析-坡度、坡向、通视分析。

（5）网络分析-路径和资源优化配置。

' W: a6 E9 k3 l6 N

4.加拿大测量学家罗杰·汤姆林森（Roger Tomlinson）在1963年首先提出了GIS的概念。

5.地图强调的是数据载体、符号化与显示，GIS则注重于信息分析。计算机科学是GIS的基础。测绘科学提供数据来源。

6.CAD多为规则图形，三维图形功能强，相对属性数据功能弱；GIS对象为自然图形，属性库结构复杂，具有空间查询和分析功能，图形数据与属性数据间操作频繁，数据容量大。

7.遥感数据是栅格数据，强调栅格数据的几何处理、灰度处理和专题信息提取；

GIS数据是矢量数据，仅用于背景或特殊用途。

8.参考椭球

$ c! I( t4 C/ l1 r6 S

7 ~2 ~5 @ s0 m: o9 T

+ j5 F! z6 ^* B' o% y

1 z+ U# z3 d: I. ?9 }

椭球名称

# M7 k; E5 \* {7 M) w

年代

/ h7 u; v8 e& t% }

长半径m

扁率分母

采用国家、地区

) J7 W2 T8 V ~2 z& h& G7 U2 J L

海福特椭球

) S* \; x5 ?# v

1906

% y* w2 A! d. [1 I; N; t( ]

6378283

297.8

% ^6 S: F* d7 I* t; g# X& w: b

美、阿根廷、比利时、大洋洲

! A i3 `( i0 F

克拉索夫斯基椭球

（北京54）

1940

: {; u: _7 M, e/ d5 o$ d$ n

6378245

" |. k3 [! M! K8 r4 n. A2 ?

298.3

俄罗斯、东欧、朝鲜

& V% }0 o8 @; O8 b0 K8 X

1975国际椭球

（西安80）

5 q7 {& I! k: z5 e# n

1975

. t x) v' N7 V

6378140

9 y5 S ^2 v0 o1 X1 i

298.257

WGS-84椭球

- Z6 _0 \' V1 }* v' e8 ?% ]

1984

6378137

9 u, T' v( L G. l1 d

298.25722

2 }3 v$ c7 e4 N6 `+ Z: I* E

GPS定位

2 x0 O' X4 B% J6 x* A" \

2000国家大地坐标系

/ z. [' z. e4 J2 V4 ~1 |* G

2000

6378137

4 I3 o) ^2 \1 \( R- {0 ?3 l; ^9 L

298.257222101

) \* `) r. ^) T1 h

中国

5 u$ F+ E$ @2 S7 P% w

3 `. S* `7 Y3 Y

9.坐标系统是以地球参考椭球面为依据建立，一般采用大地坐标（地理坐标）系统、空间直角坐标系统、投影坐标系统、线性参照系统。

10.地图投影的实质就是按照一定的数学法则，将地球椭球面上的经纬网转换到平面上，建立对应的函数关系。

4 m: l; B/ [1 [* X. k

3 }% D. a- K0 s) `

& Y! N# `' ?+ I' q! x3 c) l

地图投影

^' i+ ]- }" e8 q- }

地图投影构成方法

投影变形性质

$ C8 j, x1 K( Z

几何

9 C1 ?. v y/ b

非几何

4 o% S& q% n+ v7 _2 b( ~3 B

等角

等面积

. ?$ K$ w7 q4 l: _8 j0 p" M

等距

任意

& F3 g: i' |4 s

地面上的任意两条直线的夹角，在经过地球投影绘制到图纸上以后，其夹角保持不变。

地面上的一块面积在经过地球投影绘制到图纸上以后，面积保持不变

地面上的两个点之间的距离，在经过地球投影绘制到图纸上以后，距离保持不变

6 Z* s d. V1 R5 {

$ E; s$ j3 q5 u3 c8 `

常用投影：

( B+ ^% ?5 F2 t' g$ D

0 x* S5 L$ {- J( R% ~2 S- E

9 ]: u( {0 J& M: J" P* i4 q0 I

名称

投影

9 }3 `$ k" ` v! q& G+ Z" m

中央子午线长度变形

5 Y6 t* c7 ?. a" k) s3 G

特征

应用实例

8 ~0 o2 E5 T4 r# [) W

高斯-克吕格投影

横轴切圆柱正形投影

; v- ]4 Q; l) ^& r C% e7 D D

1

同一条经线上，长度变形随纬度的降低而加大，在赤道最大；在同一纬线上，长度变形随经差的增加而增大，且增大速度较快

) W$ z/ @# T4 N' i- {2 s% B% Q

大于1:1万的地形图采用3°带；1:2.5万至1:50万的地形图采用6°带。

UTM投影

横轴割圆柱正形投影

7 X/ {* d( _; H. q

0.9996

! m' b# f B0 B

第1带在177°W

$ o# K# I9 Z7 R/ L* l

兰伯特Lambert投影

5 S, h; X+ H$ B9 w2 ^

正轴等角割圆锥投影

5 o1 Z2 |/ W+ Q: C# R) M, t

纬线为同心圆弧，经线为直线，且垂直于纬线

墨卡托投影

正轴等角圆柱投影

6 l2 F9 V, g' J% r5 k* B1 J9 Y

百度地图和Google Maps

( Z7 i6 H5 i0 \# h1 `3 _9 n

; H2 S% u6 y9 F6 g

地图投影的变形通常有：长度变形、面积变形、角度变形。

/ Q0 D5 e( `/ Z# D4 T- l

11.高程是表示地球上一点至参考基准面的距离。

B* I4 x9 L) g7 o& R. A

高程基准包括高程起算基准面和相对于这个基准面的水准原点高程。

1956年黄海高程基准：原点在青岛市象山，H=72.289m；

$ t5 T8 A3 |8 F+ z

1985国家高程基准：原点在青岛验潮站，H=72.260m。

- T% u$ T: p* k3 g/ J* T! k

12. 矢量数据和栅格数据

, `! Y8 `% M( s9 ^$ j- T2 P. ^2 M3 g

2 z3 A* r1 ?9 |$ t- Z* i' `

定义

优点

' W( l7 N% w( N. Q' G; p2 j* A

缺点

矢量数据结构（图形）

, \6 M3 @$ q9 W

通过记录坐标的方式来尽可能地将地理实体的空间位置表现的准确无误。

0 y+ p6 A- d" ?0 r& Y2 m

1.数据结构严密，冗余度小，数据量小；

0 P; a' N! H5 X% o5 T

2.空间拓扑关系清晰，易于网络分析；

- ^5 g: |# k1 r+ `1 \4 H* x

3.面向对象目标的，不仅能表达属性编码，而且能方便地记录每个目标的具体属性描述信息；

$ H8 \% u B: z) y8 N3 p0 Z. _

4.能够实现图形数据的恢复、更新和综合；

5.图形显示质量好、精度高

1.数据结构处理算法复杂；

2 y0 k/ c2 g7 O( W) {0 j3 l) f7 K

2.叠置分析与栅格图组合比较难；

" T1 i' ~3 R+ ~% E+ Q

3.数学模拟比较困难；

' w5 [8 V5 k' K$ |# J, o8 t* n

4.空间分析技术比较复杂，需要更复杂的软、硬件条件；

5.显示与绘图成本比较高

8 {( c: b7 m/ d: g6 D" K. w

栅格数据结构（图像）

是按网络单元的行与列排列、具有不同灰度或颜色的阵列数据。

1.数据结构简单，易于算法实现；

2.空间数据的叠置和组合容易；

8 V: T5 E/ }) l2 U6 t

3.各类空间分析，地理现象模拟均较为容易；

0 }+ l2 a! Y" }% l0 S5 Q

4.输出方法快速简洁，成本低廉

1.图形数据量大，用大像元减小数据量时，精度和信息量受损失；

2.难以建立空间网络连接关系；

8 ~2 X8 m* i* I; b. j# D- j

3.投影变化实现困难；

4.图形数据质量低，地图输出不精美

" u5 w7 {8 C2 Y1 W0 w" j

13.GIS数据源

（1）地图数据：地图存储介质的缺陷、地图现势性较差、需要投影转换。

! X1 ]# g- R7 k1 k6 G$ z7 c

（2）遥感影像数据：快速、适时、准确。需影像纠正、影像分辨率、影像解译性。

- G- m+ g- o! [! T% n

（3）统计数据。

/ c# b9 N* t9 d) Q" B

（4）实测数据。（格式、精度、可信度）

9 Z# f+ f% T: D! l

14.空间数据的质量问题的来源

+ Q; D7 \) U3 P" T" a/ R8 [" m! l, p

, z f A+ C3 [* K! x1 I" J9 M

数据处理过程

2 d* ]- Y3 V. M# D+ q

误差来源

) s. F( k. K& r; i

1.数据采集

1.野外测量误差：仪器误差、记录误差；

2.遥感数据误差：辐射和几何校正误差、信息提取误差；

3.地图数据误差：原始数据误差、坐标转换、制图综合及印刷等

2.数据输入

7 d& \" n8 a5 s& s% h4 j

1.数字化误差：仪器误差、操作误差；

2.不同系统格式转换误差：栅格-矢量互换、三角网-等值线互换

3.数据存储

3 a( H* G! e n6 X! K' ]

1.数值精度不够；

$ {5 j' y# \4 J3 M" k

2.空间精度不够：格网或图像太大、地区最小制图单元太大

8 Q8 F7 G. G, z7 Q2 X- `/ Y. L

4.数据处理

% s" L o2 A* `9 V4 y* e2 u3 }8 o

1.分类间隔不合理；

0 t2 D( O( O2 I, o+ B O/ u

2.多层数据叠加引起的误差传播：插值误差、多源数据综合分析等；

% W, P h0 a- s: C/ ^: @

3.比例尺太小引起的误差；

( e4 Q6 F. l; h5 F% k: t: |

5.数据输出

1.输出设备不精确引起的误差；

2.输出的媒介不稳定造成的误差；

6.数据使用

0 N g4 i" i W _1 }& T/ H

1.对数据所包含的信息的误解；

2.对数据信息的使用不当

4 v1 }- Q* I2 v% ~) u4 J7 {

/ h! N V8 C8 y) f2 n S

' U8 g1 P0 |7 U" J% }

15. 海洋地理信息系统功能需求：数据融合、模式集成、插值功能、探索性数据分析、海洋平面几何特征分析、三维场分析、时空场分析、显示和制图。

16. MGIS的应用：海岸带开发与管理、海洋渔业、海洋环境监测评价、海洋资源的开发与管理。

0 U4 \! S; }7 N- \

17.海洋数据库包括海洋自然条件数据库和海洋资源数据库。