GIS中的一些常见名词

1.等高线地形图
      在户外运动中，比如登山、越野，你最需要的是等高线地形图，它可以告诉你哪里有
高山，哪里是悬崖，哪里有水源可以露营等等。等高线就是把地图上海拔相同的、相近的
各点连接成一环线直接投影到平面形成水平曲线，不同高度的环线不会相合，除非地表显
示悬崖或峭壁才能使某处线条太密集出现重叠现像。虽然这是一种假想的线条，但是通过
观察等高线的疏密程度可以了解到大致的地形：等高线稀疏的地方坡度就缓，等高线密集
的地方坡度就陡；等高线上方间距小于下方间距的为凹形坡，反之为凸形坡。等高线地形
图上除了有等高线之外，还包括比例尺、经纬度坐标或UTM坐标等要素。另外一个重要的
问题就是关于方向，等高线地图上可能会出现三种方向标示，线画正直，顶上有个小五角
星，是表示指向地球北极的，叫真子午线，又叫真北方向线；线画顶端有个小箭头的，表
示磁针所指的方向，叫磁子午线，又叫磁北方向线；线画顶端有个“V”的，表示纵坐标
线所指的北方，这三条方向线合起来叫三北方向。
2.指南针与磁偏角
      指南针是进行户外运动简单实用的工具，目前市面上的指南针有十来块钱的普通指南
针，也有上百块钱的军用或专用指南针，比较贵的指南针除了精度高外，还可以测倾角，
距离等数值，不过一般情况下普通指南针对于户外使用来说已经足够了。在指南针的使用
过程中，我们需要注意的一个问题是磁偏角。指南针的指针指示的是地磁南北极，而我们
平时所说的南北指的是地理南北。目前地磁南北极一个约在北纬72°西经96°处，一个约
在南纬70°东经150°处，在北京附近存在地磁北极在地里北极偏西6°左右。需要注意的
另外一个问题是指南针使用时不要靠近强磁体，比如说你带的手表可能会影响指南针的指
向，另外特定的矿产也会使指南针的指示产生错误。
3.GPS全球定位系统
      GPS是全球定位系统(Global Positioning System)的简称，该系统是美国从本世纪70
年代开始研制的，总共历时20年，耗资200亿美元，1994年全面建成了，这套系统依靠卫星
具有在海、陆、空全方位实时三维导航与定位能力。目前GPS接收机在收到4颗及以上卫星
的信号时可以计算出本地经度、纬度、高度三维坐标，水平精度可以达到15米，在接收到3
颗卫星信号时可以定位二维坐标。GPS接收机可以把定位信息以经纬度或UTM坐标的形式显
示在屏幕上或输出到计算机，GPS星历和输出信息使用WGS84坐标系。GPS并不能完全取代指
南针，因为GPS静止时不能指示方向，只有运动时才可以通过分析两点的相对方位来判断方
向，这在崎岖的山路上是一件非常麻烦的事情。
4.WGS84大地坐标系
       WGS84(World Geodetic System，1984)是美国国防部研制确定的大地坐标系，是GPS系
统采用的坐标体系，其坐标系的几何定义是：原点在地球质心,z轴指向 BIH 1984．0定义
的协议地球极(CTP)方向，X轴指向 BIH 1984.0 的零子午面和 CTP赤道的交点。Y轴与 Z、
X轴构成右手坐标系。我国目前应用的地形图使用1954年北京坐标系，WGS84坐标系与我国
54坐标系之间有约80-120米的误差。目前有通知要求所有地图全部改版为1980年国家大地
坐标系(西安)，不同坐标系之间存在着平移和旋转关系。以下是WGS84椭球及有关常数：
对应于 WGS84大地坐标系有一个WGS84椭球，其常数采用 IUGG第17届大会大地测量常
数的推荐值。WGS84椭球两个最常用的几何常数：
长半轴：6378137±2(m)
扁率：1：298.257223563
5.地理坐标(经纬度坐标)
      一八八四年国际经度会议规定，以通过英国伦敦格林威治天文台子午仪中心的经线为
0°经线。从0°经线往东叫东经，往西叫西经，东、西各分180°。习惯上以西经20°和东
经160°为分界把地球分为东西两个半球。假如从地轴的正中间将地球切成南北两半，上边
的一半叫北半球，下边的一半叫南半球。被切的这个平面，叫赤道面。赤道面与地球表面
相交的线叫赤道。纬线从赤道往两极越来越短，到了两极就缩小成一个点了。科学家们把
赤道定为0°纬线，从赤道向两极各分为90°，赤道以南叫南纬，赤道以北叫北纬。在计算
机或GPS上经纬度经常用度、分、秒和度.度、分.分、秒.秒的混合方式进行表示，度、分、
秒间的进制是60进制，度.度、分.分、秒.秒的进制是100进制，换算时一定要注意。
可以近似地认为每个纬度之间的距离是不变的111KM,每分间1.85KM，每秒间31.8M。
经度间的距离随纬度增高逐渐减小，可按一下公式计算：
经度1°长度=111.413cosφ一0.094cos3φ公里(纬度φ处)。
在北京附近，可以近似地认为经度每度间为85公里，每分间1.42公里，每秒间23.7米。
6.平面直角坐标(UTM坐标系统)
      UTM(UNIVERSAL TRANSVERSE MERCARTOR GRID SYSTEM,通用横墨卡托格网系统)坐标是
一种平面直角坐标,这种坐标格网系统及其所依据的投影已经广泛用于地形图，作为卫星影
像和自然资源数据库的参考格网以及要求精确定位的其他应用。在UTM系统中，北纬84度和
南纬80度之间的地球表面积按经度6度划分为南北纵带(投影带)。从180度经线开始向东将
这些投影带编号，从1编至60(北京处于第50带)。每个带再划分为纬差8度的四边形。四边
形的横行从南纬80度开始。用字母C至X(不含I和O)依次标记(第X行包括北半球从北纬72度
至84度全部陆地面积，共12度)每个四边形用数字和字母组合标记。参考格网向右向上读取。
每一四边形划分为很多边长为1000 000米的小区，用字母组合系统标记。在每个投影带中，
位于带中心的经线，赋予横坐标值为500 000米。对于北半球赤道的标记坐标值为0，对于
南半球为10000000米，往南递减。
大比例尺地图UTM方格主线间距离一般为1KM,因此UTM系统有时候也被称作方里格。因
为UTM系统采用的是横墨卡托投影，沿每一条南北格网线(带中心的一条格网线为经线)比例
系数为常数，在东西方向则为变数。沿每一UTM格网的中心格网线的比例系数应为0．99960
(比例尺较小)，在南北纵行最宽部分(赤道)的边缘上，包括带的重叠部分，距离中心点大
约363公里，比例系数为 1.00158。
 公开数据的来源
1.公开的DEM数据SRTM3

SRTM数据主要是由美国太空总署(NASA)和国防部国家测绘局(NIMA)联合测量的，SRTM
的全称是Shuttle Radar Topography Mission，即航天飞机雷达地形测绘使命，2000年2月
11日上午11时44分，美国“奋进”号航天飞机在佛罗里达州卡那维拉尔角的航天发射中心
发射升空，“奋进”号上搭载的SRTM系统共计进行了222小时23分钟的数据采集工作，获取
北纬60度至南纬56度之间，面积超过1.19亿平方公里的9.8万亿字节的雷达影像数据，覆盖
全球陆地表面的80%以上，该计划共耗资3.64亿美元，获取的雷达影像数据经过两年多的处
理，制成了数字地形高程模型，该测量数据覆盖中国全境。
SRTM数据每经纬度方格提供一个文件，精度有1 arc-second和3 arc-seconds两种，称
作SRTM1和SRTM3,或者称作30M和90M数据，SRTM1的文件里面包含3601*3601个采样点的高度
数据，SRTM3的文件里面包含1201*1201个采样点的高度数据。目前能够免费获取中国境内的
SRTM3文件，是90米的数据，每个90米的数据点是由9个30米的数据点算术平均得来的。
SRTM数据下载的地址是：ftp://edcsgs9.cr.usgs.gov/pub/data/srtm/。我国境内的数
据在Eurasia目录下，每经纬度方格一个文件，文件命名方法是X1X2X3X4.hgt.zip，X1是N或
S表示南北，X2是下方纬度数，X3是E或W表示东西，X4是左方经度数。
Documentation目录下有这些数据的介绍。

2.公开的三波段遥感合成图像GeoCover

GeoCover是使用LANDSAT5卫星在1990年左右采集的数据合成的，LANDSAT5是美国太空总
署(NASA)于1984年3月1日发射的地球观测卫星。LANDSAT5 TM(Thematic Mapper)有7个波段：
波段1:0.45–0.52um蓝绿波段 波段2:0.52- 0.60绿色波段
波段3:0.63 - 0.69红色波段 波段4:0.76-0.90um近红外波段
波段7:2.08-2.35um短红外波段
其中波段1-5和7为可见光及近红外波段，分辨率为30米，波段6为热红外光分辨率为120
米。LANSAT5每景扫描耗时约26.31秒，覆盖185公里×170公里，扫描影像重叠率超过10%。
GeoCover使用了742波段分别作为红色、绿色和蓝色进行了假彩色合成，也许如果使用1、
2、3三种可见光波段合成的话会使我们看起来更舒服一些，不过我们现在能拿到的只能是这
种742的合成假彩，通过观察发现其中的绿色通道对地形有较好的反应，实际操作中可以将这
种假彩图像反相取其中的绿色通道来作为地形底图。GeoCover图像文件使用WGS84 UTM坐标，
采用TIFF或MrSID格式分发，图像中每个像素28.5M-30M,一般以28.5M计算。
GeoCover的下载地址是：https://zulu.ssc.nasa.gov/mrsid。可从全球地图页面上选择
你需要的区域下载。GeoCover文件每个在东西方向跨越一个UTM分区，在南北方向跨越5个纬
度，东西提供50KM的富裕，南北提供1KM的富裕。文件命名方法是X1-X2-X3.tar，X1是N或S表
示南北，X2是UTM带数，X3下方经度数。

4.其他正当渠道

NIMA地名数据库:可以提供大多数国家的地名英文拼写及坐标,包含中国境内大约6万个地方,
可以在以下地址下载中国地名库:ftp://ftp.nga.mil/pub/gns data/cn.zip。

SPACEIMAGING 1M分辨率卫星图像预览:虽然只能免费得到预览图像，但其分辨率也已经不算
太低了，并且可以随预览图提供图像的一些数据信息，非常方便将图像用工具软件进行较正，
下载地址:http://www.spaceimaging.com/default.htm

国家基础地理信息系统:国家基础地理信息系统全国1:400万数据库全部数据均可浏览。其中，
中国国界、省界、地市级以上居民地、三级以上河流、主要公路和主要铁路等数据可以自由下
载。 下载地址为：http://nfgis.nsdi.gov.cn/nfgis/chinese/c xz.htm。可以在这里预先浏
览供下
载的数据内容有：
国界 国界与省界 地市级以上居民地 一级河流 三级以上河流 主要公路 主要铁路
新! 地级以上境界 县级以上境界 县级以上居民地 四级以上河流 五级以上河流

从公开发行的地图上获取数据信息:可以直接从某些电子地图提取到不错的数据，也可以从
纸介地图上测量或数字化某些信息，目前正在进行这方面的试验，已取得一定量数据。

 

 

 

地理坐标：为球面坐标。 参考平面地是 椭球面。坐标单位:经纬度

大地坐标：为平面坐标。参考平面地是 水平面      坐标单位：米、千米等。

地理坐标转换到大地坐标的过程可理解为投影。   （投影：将不规则的地球曲面转换为平面）

在ArcGIS中预定义了两套坐标系：地理坐标系（Geographic coordinate system）投影坐标系（Projected coordinate system），

1、首先理解地理坐标系（Geographic coordinate system），Geographic coordinate system直译为
地理坐标系统，是以经纬度为地图的存储单位的。很明显，Geographic coordinate syst
em是球面坐标系统。我们要将地球上的数字化信息存放到球面坐标系统上，如何进行操作
呢？地球是一个不规则的椭球，如何将数据信息以科学的方法存放到椭球上？这必然要求
我们找到这样的一个椭球体。这样的椭球体具有特点：可以量化计算的。具有长半轴，短
半轴，偏心率。以下几行便是Krasovsky_1940椭球及其相应参数。
Spheroid: Krasovsky_1940
Semimajor Axis: 6378245.000000000000000000
Semiminor Axis: 6356863.018773047300000000
Inverse Flattening（扁率）: 298.300000000000010000
然而有了这个椭球体以后还不够，还需要一个大地基准面将这个椭球定位。在坐标系统描
述中，可以看到有这么一行：
Datum: D_Beijing_1954
表示，大地基准面是D_Beijing_1954。
--------------------------------------------------------------------------------
有了Spheroid和Datum两个基本条件，地理坐标系统便可以使用。
完整参数：
Alias:
Abbreviation:
Remarks:
Angular Unit: Degree (0.017453292519943299)
Prime Meridian（起始经度）: Greenwich (0.000000000000000000)
Datum（大地基准面）: D_Beijing_1954
Spheroid（参考椭球体）: Krasovsky_1940
Semimajor Axis: 6378245.000000000000000000
Semiminor Axis: 6356863.018773047300000000
Inverse Flattening: 298.300000000000010000

2、接下来便是Projection coordinate system（投影坐标系统），首先看看投影坐
标系统中的一些参数。
Projection: Gauss_Kruger
Parameters:
False_Easting: 500000.000000
False_Northing: 0.000000
Central_Meridian: 117.000000
Scale_Factor: 1.000000
Latitude_Of_Origin: 0.000000
Linear Unit: Meter (1.000000)
Geographic Coordinate System:
Name: GCS_Beijing_1954
Alias:
Abbreviation:
Remarks:
Angular Unit: Degree (0.017453292519943299)
Prime Meridian: Greenwich (0.000000000000000000)
Datum: D_Beijing_1954
Spheroid: Krasovsky_1940
Semimajor Axis: 6378245.000000000000000000
Semiminor Axis: 6356863.018773047300000000
Inverse Flattening: 298.300000000000010000
从参数中可以看出，每一个投影坐标系统都必定会有Geographic Coordinate System。
投影坐标系统，实质上便是平面坐标系统，其地图单位通常为米。
那么为什么投影坐标系统中要存在坐标系统的参数呢？
这时候，又要说明一下投影的意义：将球面坐标转化为平面坐标的过程便称为投影。
好了，投影的条件就出来了：
a、球面坐标
b、转化过程（也就是算法）
也就是说，要得到投影坐标就必须得有一个“拿来”投影的球面坐标，然后才能使用算法
去投影！
即每一个投影坐标系统都必须要求有Geographic Coordinate System参数。

关于北京54和西安80是我们使用最多的坐标系
        先简单介绍高斯-克吕格投影的基本知识，了解就直接跳过，我国大中比例尺地图均采用高斯-克吕格投影，其通常是按6度和3度分带投影，1:2.5万－1:50万比例尺地形图采用经差6度分带，1:1万比例尺的地形图采用经差3度分带。具体分带法是：6度分带从本初子午线开始，按经差6度为一个投影带自西向东划分，全球共分60个投影带，带号分别为1－60；3度投影带是从东经1度30秒经线开始，按经差3度为一个投影带自西向东划分，全球共分120个投影带。为了便于地形图的测量作业，在高斯-克吕格投影带内布置了平面直角坐标系统，具体方法是，规定中央经线为X轴，赤道为Y轴，中央经线与赤道交点为坐标原点，x值在北半球为正，南半球为负，y值在中央经线以东为正，中央经线以西为负。由于我国疆域均在北半球，x值均为正值，为了避免y值出现负值，规定各投影带的坐标纵轴均西移500km，中央经线上原横坐标值由0变为500km。为了方便带间点位的区分，可以在每个点位横坐标y值的百千米位数前加上所在带号，如20带内A点的坐标可以表示为YA=20 745 921.8m。

    在Coordinate Systems\Projected Coordinate Systems\Gauss Kruger\Beijing 1954目录中，我们可以看到四种不同的命名方式：

    Beijing 1954 3 Degree GK CM 75E.prj
    Beijing 1954 3 Degree GK Zone 25.prj
    Beijing 1954 GK Zone 13.prj
    Beijing 1954 GK Zone 13N.prj

    对它们的说明分别如下：

    三度分带法的北京54坐标系，中央经线在东75度的分带坐标，横坐标前不加带号
    三度分带法的北京54坐标系，中央经线在东75度的分带坐标，横坐标前加带号
    六度分带法的北京54坐标系，分带号为13，横坐标前加带号
    六度分带法的北京54坐标系，分带号为13，横坐标前不加带号

    在Coordinate Systems\Projected Coordinate Systems\Gauss Kruger\Xian 1980目录中，文件命名方式又有所变化：

    Xian 1980 3 Degree GK CM 75E.prj
    Xian 1980 3 Degree GK Zone 25.prj
    Xian 1980 GK CM 75E.prj
    Xian 1980 GK Zone 13.prj

    西安80坐标文件的命名方式、含义和北京54前两个坐标相同，但没有出现“带号+N”这种形式，为什么没有采用统一的命名方式？让人看了有些费解。

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          大地坐标（Geodetic Coordinate）:大地测量中以参考椭球面为基准面的坐标。地面点P的位置用大地经度L、大地纬度B和大地高H表示。当点在参考椭球面上时，仅用大地经度和大地纬度表示。大地经度是通过该点的大地子午面与起始大地子午面之间的夹角，大地纬度是通过该点的法线与赤道面的夹角，大地高是地面点沿法线到参考椭球面的距离。
     方里网:是由平行于投影坐标轴的两组平行线所构成的方格网。因为是每隔整公里绘出坐标纵线和坐标横线，所以称之为方里网，由于方里线同时 又是平行于直角坐标轴的坐标网线，故又称直角坐标网。
在1：1万——1：20万比例尺的地形图上，经纬线只以图廓线的形式直接表现出来，并在图角处注出相应度数。为了在用图时加密成 网，在内外图廓间还绘有加密经纬网的加密分划短线(图式中称“分度带”)，必要时对应短线相连就可以构成加密的经纬线网。1：2 5万地形图上，除内图廓上绘有经纬网的加密分划外，图内还有加密用的十字线。
我国的1：50万——1：100万地形图，在图面上直接绘出经纬线网，内图廓上也有供加密经纬线网的加密分划短线。
直角坐标网的坐标系以中央经线投影后的直线为X轴，以赤道投影后的直线为Y轴，它们的交点为坐标原点。这样，坐标系中就出现了四 个象限。纵坐标从赤道算起向北为正、向南为负；横坐标从中央经线算起，向东为正、向西为负。
       虽然我们可以认为方里网是直角坐标，大地坐标就是球面坐标。但是我们在一副地形图上经常见到方里网和经纬度网，我们很习惯的称经纬度网为大地坐标，这个时候的大地坐标不是球面坐标，她与方里网的投影是一样的（一般为高斯投影），也是平面坐标