MAPGIS制图教材一.docx
《MAPGIS制图教材一.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《MAPGIS制图教材一.docx（76页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
MAPGIS制图教材一
目录
第一讲MAPGIS地理信息系统的基本功能…………………………………………1
第二讲图形输入……………………………………………………………………10
第三讲图形编辑……………………………………………………………………15
第四讲拓扑处理及实用工具………………………………………………………28
第五讲系统库编辑…………………………………………………………………32
第六讲误差校正……………………………………………………………………36
第七讲图型裁剪……………………………………………………………………38
第八讲数字高程模型（DTM分析）………………………………………………41
第九讲图形输出……………………………………………………………………44
第十讲数据接口转换………………………………………………………………47
第一讲MAPGIS地理信息系统的基本功能
一、地理信息系统概述
（一）地理信息系统的基本概念
地理信息系统（GeographicInformationSystem，简称GIS）是在计算机软、硬件支持下，采集、存储、管理、检索、分析和描述地理空间数据，适时提供各种空间的和动态的地理信息，用于管理和决策过程的计算机系统。
它是集计算机科学、地理学、测绘遥感学、空间科学、环境科学、信息科学和管理科学等为一体的边缘学科，其核心是计算机科学，基本技术是地理空间数据库、地图可视化和空间分析。
（二）GIS的基本功能
GIS的基本功能有：
①数据采集与输入；
②地图编辑；
③空间数据管理；
④空间分析；
⑤地形分析；
⑥数据显示与输出。
GIS所管理的数据主要是二维或三维的空间型地理数据，包括地理实体的空间位置、拓扑关系和属性三个内容。
GIS对这些数据的管理是按图层的方式进行的，既可将地理内容按其特征数据组成单独的图层，也可将不同类型的几种特征数据合并起来组成一个图层，这种管理方式对数据的修改和提取十分方便。
（三）GIS与通用数据库的区别
虽然数据库系统和图形CAD的一些基本技术都是地理信息系统的核心技术，但地理信息系统和这两者都不同，它是在这两者结合的基础上加上空间管理和空间分析功能构成的。
GIS与通用的数据库技术之间的主要区别有：
①侧重点不同数据库技术侧重于对非图形数据（非空间数据）的管理，即使存储图形数据，也不能描述空间实体间的拓扑关系；而GIS的工作过程主要处理的是空间实体的位置及相互间的空间关系，管理的主要是空间数据。
②对数据管理的方式不同通用数据库技术按字段来管理数据，通过选择关键字来建立索引进行检索，对数据的存储是根据数据的不同类别将其存储为不同的文件；GIS以图层的方式来管理数据，一个图层对应一个图形文件和一个属性数据文件，对空间实体的查询是通过空间实体间的拓扑关系（或位置关系）来进行。
③数据结构不同数据库技术采用自由表的方式，不支持长字段名；GIS采用矢量和栅格两种空间数据结构，对字段名的长度并无限制。
（四）GIS的软件
由于GIS应用受到广泛的重视，各种GIS软件平台纷纷涌现，据不完全统计目前有近500种。
各种GIS软件厂商在GIS功能方面都在不断创新、相互包容。
大多数著名的商业遥感图像软件都汲取了GIS的功能，而一些GIS软件如Arc/Info也都汲取图像虚拟可视化技术。
为了更好地使广大用户对不同平台软件功能进行了解，一些国家机构还专门对各种软件进行测试，我国也多次对优秀国产软件进行测评。
总体来说，各种软件各有千秋，互为补充，目前市面上用户使用较多的软件平台有Arc/Info、Mapinfo、MAPGIS等软件。
1.Arc/Info软件
Arc/Info是由美国环境系统研究所开发的，是目前世界上使用最多的商业化软件之一。
Arc/Info是以矢量数据结构为主体的GIS系统，它是通过关系数据库管理属性数据。
2.Mapinfo软件
Mapinfo是美国MAPINFO公司推出的适用于不同平台的GIS系统，在PC桌面平台上其占有相当大的市场。
Mapinfo是以矢量数据结构为主体的GIS平台，对空间数据管理采用无拓扑矢量结构，具有强大的符合工业界数据库标准的管理系统，在城市规划、行政管理等方面得到广泛应用。
它的主要优势是在空间数据库管理和分析方面，简单易学、实用，而且桌面制图功能强，但在GIS空间分析方面似乎落后于Arc/Info软件。
3.IntergraphMGE软件
MGE是实力强大的计算机硬件与软件商美国INTERGRAPH公司的产品，其优势是应用平台是NT平台，采用栅格矢量一体化数据结构，其功能模块模拟与ARCINFO公司相似，但在图形动态模拟方面有较大的优势。
4.GRASS软件
GRASS是Unix系统平台上的GIS系统，主要采用栅格数据结构，在地下水模拟方面使用很广。
5.MAPGIS软件
MAPGIS是中国地质大学信息工程学院武汉中地信息工程有限公司自行研制开发的地理信息系统，是国产优秀的桌面GIS软件，它属于矢量数据结构GIS平台，主要优势功能有：
①将空间数据数字化输入、编辑、拓扑一体化。
②具有强大的制图功能，包括各种专题图例符号的制作较其它软件方便灵活得多。
③基本上完成了GIS方方面面的分析功能。
二、MAPGIS地理信息系统的基本功能
（一）MAPGIS系统的运行环境及应用范围
MAPGIS硬件环境：
PC－486（推荐奔腾Ⅱ）以上微机，内存8M（推荐64M）以上，硬盘420M（推荐4.3G）以上，1024×768×256色的彩显设备。
MAPGIS软件环境：
中文WINDOWS95、WINDOWS98（推荐）、WINDOWS2000以及NT4.0以上。
MAPGIS地理信息系统适用于地质、矿产、地理、测绘、水利、石油、煤炭、铁道、交通、城建、规划及土地管理专业，目前我国已建立的各类地理信息系统绝大部分使用国外软件，它大多运行在工作站上，而MAPGIS的软件完全是自行开发并运行在PC－486以上微机平台，这套系统的推广使用，可以使更多的用户使用地理信息系统。
（二）MAPGIS系统的安装与启动
MAPGIS目前最高版本是6.0，包括加速卡或软件狗一块，系统光盘一张，使用手册一本。
首先将加速卡安装到计算机的空闲的ISA扩展槽中或将软件狗插到打印口上，将其固定好。
开机进入WINDOWS95/98后，找到MAPGIS6.0软件所在的目录，执行安装程序SETUP.EXE，按照屏幕上的提示进行安装。
注意MAPGIS6.0的安全关键字是060087483128，一般选择典型安装即可，这样可把全部内容安装到你的计算机上。
桌面上会自动建立一个“MAPGIS6.0主菜单”的图标，在该图标上双击鼠标左键即可进入MAPGIS主菜单，然后运行各子系统。
亦可从开始菜单进入程序，找到MAPGIS6.0直接运行各子系统。
在运行各子系统前，最好先进性系统设置，即设置好工作目录、矢量字库目录、系统库目录和系统临时目录。
（三）MAPGIS系统的总体结构
MAPGIS是具有国际先进水平的完整的地理信息系统，它分为“输入”、“图形编辑”、“库管理”、“空间分析”、“输出”以及“实用服务”六大部分，如图1。
根据地学信息来源多种多样、数据类型多、信息量庞大的特点，该系统采用矢量和栅格数据混合的结构，力求矢量数据和栅格数据形成一整体的同时，又考虑栅格数据既可以和矢量数据相对独立存在，又可以作为矢量数据的属性，以满足不同问题对矢量、栅格数据的不同需要。
图1MAPGIS系统的总体结构图
（四）MAPGIS的主要功能
l．数据输入
在建立数据库时，我们需要将各种类型的空间数据转换为数字数据，数据输入是GIS的关键之一。
MAPGIS提供的数据输入有数字化仪输入、扫描矢量化输入、GPS输入和其它数据源的直接转换。
（1）数字化输入
数字化输入也就是实现数字化过程，即实现空间信息从模拟式到数字式的转换，一般数字化输入常用的仪器为数字化仪。
（2）扫描矢量化输入
扫描矢量化子系统，通过扫描仪输入扫描图象，然后通过矢量追踪，确定实体的空间位置。
对于高质量的原资料，扫描是一种省时、高效的数据输入方式。
（3）GPS输入
GPS是确定地球表面精确位置的新工具，它根据一系列卫星的接收信号，快速地计算地球表面特征的位置。
由于GPS测定的三维空间位置以数字坐标表示，因此不需作任何转换，可直接输入数据库。
（4）其他数据源输入
MAPGIS升级子系统可接收低版本数据，实现6.X与5.X版本数据的相互转换，即数据可升可降，供MAPGIS使用。
MAPGIS还可以接收AUTOCAD、ARC/INFO、MAPINFO等软件的公开格式文件。
同时提供了外业测量数据直接成图功能，从而实现了数据采集、录入、成图一体化，大大提高了数据精度和作业流程。
2.数据处理
输入计算机后的数据及分析、统计等生成的数据在入库、输出的过程中常常要进行数据校正、编辑、图形整饰、误差消除、坐标变换等工作。
MAPGIS通过图形编辑子系统及投影变换、误差校正等系统来完成，下面分别介绍之。
（1）图形编辑
该系统用来编辑修改矢量结构的点、线、区域的空间位置及其图形属性、增加或删除点、线、区域边界，并适时自动校正拓扑关系。
图形编辑子系统是对图形数据库中的图形进行编辑、修改、检索、造区等，从而使输入的图形更准确、更丰富、更漂亮。
（2）投影变换
地图投影的基本问题是如何将地球表面（椭球面或圆球面）表示在地图平面上。
这种表示方法有多种，而不同的投影方法实现不同图件的需要，因此在进行图形数据处理中很可能要从一个地图投影坐标系统转换到另一个投影坐标系统，该系统就是为实现这一功能服务的，本系统共提供了20种不同投影间的相互转换及经纬网生成功能。
通过图框生成功能可自动生成不同比例尺的标准图框。
（3）误差校正
在图件数字化输入过程中，通常的输入法有：
扫描矢量化、数字化仪跟踪数字化、标准数据输入法等。
通常由于图纸变形等因素，使输入后的图形与实际图形在位置上出现偏差，个别图元经编辑、修改后可满足精度要求，但有些图元由于发生偏移，经编辑很难达到实际要求的精度，说明图形经扫描输入或数字化输入后，存在着变形或畸变。
出现变形的图形，必须经过数据校正，消除输入图形的变形，才能使之满足实际要求，该系统就是为这一目的服务的。
通过该系统即可实现图形的校正，达到实际需求。
（4）镶嵌配准
图象镶嵌配准系统是一个32位专业图象处理软件，本系统以MSI图象为处理对象。
本系统提供了强大的控制点编辑环境，以完成MSI图象的几何控制点的编辑处理；当图象具有足够的控制点时，MSI图象的显示引擎就能实时完成MSI图象的几何变换、重采样和灰度变换，从而实时完成图象之间的配准，图象与图形的配准，图象的镶嵌，图象几何校正，几何变换，灰度变换等功能。
（5）符号库编辑
系统库编辑子系统是为图形编辑服务的。
它将图形中的文字、图形符号、注记、填充花纹及各种线型等抽取出来，单独处理；经过编辑、修改；生成子图库、线型库、填充图案库和矢量字库，自动存放到系统数据库中，供用户编辑图形时使用。
应用而建立专用的系统库。
如地质符号库、旅游图符号库等。
3.数据库管理
MAPGIS数据库管理分为网络数据库管理、地图库管理、属性库管理和影象库管理四个子系统。
（1）地图库管理
图形数据库管理子系统是地理信息系统的重要组成部分。
在数据获取过程中，它用于存储和管理地图信息；在数据处理过程中，它既是资料的提供者，也可以是处理结果的归宿处；在检索和输出过程中，它是形成绘图文件或各类地理数据的数据源。
图形数据库中的数据经拓扑处理，可形成拓扑数据库，用于各种空间分析。
MAPGIS的图形数据库管理系统可同时管理数千幅地理底图，数据容量可达数十千兆，主要用于创建、维护地图库，在图幅进库前建立拓扑结构，对输入的地图数据进行正确性检查，根据用户的要求及图幅的质量，实现图幅配准、图幅校正和图幅接边。
（2）属性库管理
GIS系统应用领域非常广，各领域的专业属性差异甚大，以至不能用一已知属性集描述概括所有的应用专业属性。
因此建立动态属性库是非常必要的。
动态就是根据用户的要求能随时扩充和精简属性库的字段（属性项），修改字段的名称及类型。
具备动态库及动态检索的GIS软件，就可以利用同一软件管理不同的专业属性，也就可以生成不同应用领域的GIS软件。
如管网系统，可定义成“自来水管网系统”、“通讯管网系统”、“煤气管网系统”等。
该系统能根据用户的需要，方便地建立一动态属性库，从而成为一个有力的数据库管理工具。
（3）影象库管理
该系统支持海量影象数据库的管理、显示、浏览及打印；支持栅格数据与矢量数据的叠加显示；支持影象库的有损压缩和无损压缩。
4.空间分析
地理信息系统与机助制图的重要区别就是它具备对中间数据和非空间数据进行分析和查询的功能，它包括矢量空间分析、数字高程模型（DTM）、网络分析、图像分析、电子沙盘五个子系统。
（1）矢量空间分析
空间分析系统是MAPGIS的一个十分重要的部分，它通过空间叠加分析方法、属性分析方法、数据查询检索来实现GIS对地理数据的分析和查询。
（2）数字高程模型
该系统主要由离散数据网格化、数据插密、绘制等值线图、绘制彩色立体图、剖面分析、面积体积量算、专业分析等功能。
（3）网络分析
MAPGIS网络分析子系统提供方便地管理各类网络（如自来水管网、煤气管网、交通网、电讯网等）的手段，用户可以利用此系统迅速直观地构造整个网络，建立与网络元素相关的属性数据库，可以随时对网络元素及其属性进行编辑和更新；系统提供了丰富有力的网络查询检索及分析功能，用户可用鼠标指点查询，也可输入任意条件进行检索，还可以查看和输出横断面图、纵断面图和三维立体图；系统还提供网络应用中具有普遍意义的关阀搜索、最短路径、最佳路径，资源分配、最佳围堵方案等功能，从而可以有效支持紧急情况处理和辅助决策。
（4）图像分析
多源图象处理分析系统是一个新一代的32位专业图象（栅格数据）处理分析软件。
多源图像处理分析系统能处理栅格化的二维空间分布数据，包括各种遥感数据、航测数据，航空雷达数据、各种摄影的图像数据以及通过数据化和网格化的地质图、地形图、各种地球物理、地球化学数据和其它专业图像数据。
（5）电子沙盘
电子沙盘系统是一个32位专业软件。
本系统提供了强大的三维交互地形可视化环境，利用DEM数据与专业图象数据，可生成近实时的二维和三维透视景观，通过交互地调整飞行方向，观察方向、飞行观察位置、飞行高度等参数，就可生成近实时的飞行鸟瞰景观。
系统提供了强大的交互工具，可实时的调节各三维透视参数和三维飞行参数；此外，系统也允许预先精确地编辑飞行路径，然后沿飞行路径进行三维场景飞行浏览。
电子沙盘系统主要用途包括：
地形踏勘、野外作业设计、野外作业彩排、环境监测、可视化环境评估、地质构造识别、工程设计、野外选址（电力线路设计及选址、公路铁路设计及选址）、DEM数据质量评估等。
5.数据的输出
如何将GIS的各种成果变成产品供各种用途的需要，或与其它系统进行交换，是GIS中不可缺少的一部分。
GIS的输出产品是指经系统处理分析，可以直接提供给用户使用的各种地图、图表、图象、数据报表或文字报告。
MAPGIS的数据输出可通过输出子系统、电子表定义输出系统来实现文本、图形、图象、报表等的输出。
（1）输出
MAPGIS输出子系统可将编排好的图形显示到屏幕上或在指定的设备上输出。
具有版面编排、矢量或栅格数据处理、不同设备的输出、光栅数据生成、光栅输出驱动、印前出版处理功能。
（2）报表定义输出
电子表定义输出系统是一个强有力的多用途报表应用程序。
应用该系统可以方便地构造各种类型的表格与报表，并在表格内随意地编排各种文字信息，并根据需要打印出来。
它可以实现动态数据连结，接收由其它应用程序输出的属性数据，并将这些数据以规定的报表格式打印出来。
（3）数据转换
数据文件交换子系统功能为MAPGIS系统与其它CAD、CAM软件系统间架设了一道桥梁，实现了不同系统间所用数据文件的交换，从而达到数据共享的目的。
输入输出交换接口提供AutoCAD的DXF文件、ARC/INFO文件的公开格式、标准格式、E00格式、DLG文件与本系统内部矢量文件结构相互转换的能力。
三、MAPGIS几个基本术语
图层：
用户按照一定的需要或标准把某些相关的物体组合在一起，我们称之为图层。
如地图中水系构成一个图层，铁路构成一个图层等。
我们可以把一个图层理解为一张透明薄膜，每一层上的物体在同一张薄膜上。
一张图就是由若干层薄膜叠置而成的，图形分层有利于提高检索和显示速度。
点元：
点元是点图元的简称，有时也简称点，所谓点元是指由一个控制点决定其位置的有确定形状的图形单元。
它包括字、字符串、子图、圆、弧、直线段等几种类型。
弧段：
弧段是一系列有规则的、顺序的点的集合，用它们可以构成区域的轮廓线。
它与曲线是两个不同的概念，前者属于面元，后者属于线元。
区/区域；区/区域是由同一方向或首尾相连的弧段组成的封闭图形。
拓扑：
拓扑即位相关系，是指将点、线及区域等图元的空间关系加以结构化的一种数学方法。
主要包括：
区域的定义、区域的相邻性及弧段的接序性。
区域是由构成其轮廓的弧段所组成，所有的弧段都加以编码，再将区域看作由弧段代码组成。
区域的相邻性是区域与区域间是否相邻，可由它们是否具有共同的边界弧段决定。
弧段的接序性是指对于具有方向性的弧段，可定义它们的起始结点和终止结点，便于在网络图层中查询路径或回路。
拓扑性质是变形后保持不变的属性。
透明输出：
与透明输出相对的为覆盖输出。
如果区与区、线与区或点图元与区等叠加，用透明输出时，最上面的图元颜色发生了改变，在最终的输出时最上面图元颜色为它们的混合色。
最终的输出如印刷品等。
数字化：
数字化是指把图形、文字等模拟信息转换成为计算机能够识别、处理、贮存的数字信息的过程。
矢量：
是具有一定方向和长度的量。
一个矢量在二维空间里可表示为（Dx，Dy），其中Dx表示沿x方向移动的距离，Dy表示沿y方向移动的距离。
矢量化：
矢量化是指把栅格数据转换成矢量数据的过程。
光栅化：
光栅化是指把矢量数据转换成栅格数据的过程。
结点：
结点是某弧段的端点，或者是数条弧段间的交叉点。
结点平差（顶点匹配）：
本来是同一个结点，由于数字化误差，几条弧段在交叉处即结点处没有闭合或吻合，留有空隙，为此将它们在交叉处的端点按照一定的匹配半径捏合起来，成为一个真正结点的过程，称为结点平差。
裁剪：
裁剪是指将图形中的某一部分或全部按照给定多边形所圈定的边界范围提取出来进行单独处理的过程。
这个给定的多边形通常称作裁剪框。
在裁剪实用处理程序中，裁剪方式有内裁剪和外裁剪，其中内裁剪是指裁剪后保留裁剪框内的部分，外裁剪是指裁剪后保留裁剪框外面的部分。
属性：
就是一个实体的特征，属性数据是描述真实实体特征的数据集。
显示地物属性的表通常称为属性表，属性表常用来组织属性数据。
TIN：
是由一组不规则的具有X、Y坐标和Z值的空间点建立起来的不相交的相邻三角形，包括节点、线和三角形面，用来描述表面的小面区。
TIN的数据结构包括了点和它们最相邻点的拓扑关系，所以TIN不仅能高效率地产生各种各样的表面模型，而且也是十分有效的地形表示方法。
TIN的模型化能力包括计算坡度、坡向、体积、表面长，决定河网和山脊线，生成泰森多边形等。
数字高程模型（DEM）：
即DigitalElevationModel，是数字形式的地形定量模型。
数字地形模型（DTM）：
即DigitalTerrainModel，是数字形式表示的地表面，即区域地形的数字表示，它是由一系列地面点的X、Y位置及其相联系的高程Z所组成。
这种数字形式的地形模型是为适应计算机处理而产生的，又为各种地形特征及专题属性的定量分析和不同类型专题图的自动绘制提供了基本数据。
在专题地图上，第三维Z不一定代表高程，而可代表专题地图的量测值，如重力值、Au含量等。
四、MAPGIS常用文件类型
WT：
点文件
WL：
线文件
WP：
区文件
MPJ：
工程文件
MPB：
拼版文件
CLN:
工程图例文件
DET：
高程数据明码文件（ASCII码）
TIN：
三角剖分文件（二进制）
GRD：
规则网数据文件（二进制）
WAT：
明码格式点文件
WAL：
明码格式线文件
WAP：
明码格式区文件
CLP：
裁剪工程文件
PNT：
误差校正控制点文件
RBM：
内部栅格数据文件
TIF：
扫描光栅文件
NV?
：
分色光栅文件
DIC：
层名字典文件
DXF：
AutoCAD文件
VCT：
矢量字库文件
LIB：
系统库文件
第二讲图形输入
一、基本概念
MAPGIS把矢量地图要素根据基本几何特征分为三类：
点数据、线数据和区数据（即面数据）。
与之相应的文件的也分为三个基本类型：
点文件（*.WT）线文件（*.WL）和区文件（*.WP）。
一幅地图或几个地区的地理信息数据可以由上述的一类或几类数据叠加组成。
为了将几类数据有机地结合起来，统一管理这些数据，我们引入了“工程”的概念，采用工程文件（*.MPJ）来描述管理各种数据。
为了有效地管理和利用空间数据，在GIS中还引入了一个“图层”的概念。
下面简单介绍一下它们之间的关系。
1．点：
点是地图数据中点状物的统称，是由一个控制点决定其位置的符号或注释。
它不是一个简单的点，而是包括各种注释（英文，汉字、数字等）和专用符号（包括圆、弧、直线、五角星等各类符号）。
所有的点图元数据都保存在点文件（*.WT）中。
2．线：
线是地图中线状物的统称。
MAPGIS将各种线型（如点划线、省界、国界、等高线、道路、河堤）以线为单位作为线图元来编辑。
所有的线图元数据都保存在线文件（*.WL）中。
3．区：
区通常也称面，它是由首尾相连的弧段组成封闭图形，并以颜色和花纹图案填充封闭图形所形成的一个区域。
如湖泊、居民地等。
所有的区图元数据都保存在区文件（*.WP）中。
4．工程：
对MAPGIS要素层的管理和描述的文件，它提供了对GIS基本类型文件和图像文件的有机结合的描述。
它可由一个以上的点文件，线文件，区文件和图像文件（*.MSI）组成。
在工程管理中还提供了对工程所使用的不同的线型、符号等图例以及图例参数、符号的管理和描述。
5．图层：
通常我们将具有相同属性的地理要素分为一层，如等高线、公路、铁路、河流等地理要素可以分别存放到不同的层中。
每一种要素还可以细分为若干层，如公路可以细分成高速公路、一级公路、普通公路、乡村公路等。
对图形进行分层，有助于图形的编辑与检索。
当我们对图形编辑时可以调入相应的图层，无关图层不调入，这样进入工作区的图形数据就可大大减少，从而提高检索与显示速度；同时也避免了无关图形干扰编辑者的视线。
对图形分层更有意义的是有利于制作专题图。
例如，某一地区的地形图按照要素的特性分成公路层、水系层、地貌层等等。
由于某种需要，要制作此地区的水系分布图，那么就可以容易地把水系层及有关的要素提取出来，保存为一个新文件，这样就大大地提高了工作效率。
在MAPGIS中我们提供了两级图层管理的机制，我们将具有相同属性的地理要素的层称作“要素层”，在要素层中细分的层称为“普通图层”。
每一个要素层存放在不同的文件中，对应于工程中的每一项文件，使用工程管理工具进行管理。
在每一个要素层中细分出来的普通图层，使用编辑器中的图层管理工具进行管理。
二、智
升级会员 