实验一  初识MAPGIS软件
◆相关知识简介
(一) 地理信息系统的基本概念
地理信息系统（Geographic Information System，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。
(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。
(三) GIS的软件
    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. Intergraph MGE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。
(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。
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(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。

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