1 简要介绍
WMS是OGC标准中比较简单也是比较重要的标准之一。它全称是“Web Map Service”（网络地图服务）。此标准主要定义了用于创建和显示地图图像的三大操作：GetCapabilities（获取服务能力）, GetMap（获取地图）和GetFeatureInfo（获取对象信息）。其中GetMap为核心操作，此操作得到一幅地图图像。

2 GetMap请求
GetMap请求类似于在Web上请求一幅图像，但它的请求参数更加复杂。下面是一个样例请求：

http://webmapping.mgis.psu.edu/geoserver/wms?version=1.1.1&request=getmap&layers=topp:states&styles=population&SRS=EPSG:4326&bbox=-125,24,-67,50&width=400&height=200&format=image/png

返回的图像如下图所示：

其中：

http:// —— 使用的网络协议

webmapping.mgis.psu.edu/ —— 主机域名

geoserver/wms —— 页面或web程序位置

参数 ——

version=1.1.1 —— WMS版本号

request=getmap —— 操作动词，可以为GetCapabilities, GetMap和GetFeatureInfo等

layers=topp:states —— 请求地图所包含的图层名，可以为多层

styles=population —— 指定图层绘制的样式名

SRS=EPSG:4326 —— 指定地图的坐标投影系统代码

bbox=-125,24,-67,50 —— 请求地图的范围（The Bounding Box）

width=400 —— 地图的像素宽度

height=200 —— 地图的像素高度，宽度和高度的不同设置可能会引起返回图像的变形

format=image/png —— 返回地图图像的格式，可以为Image/gif, image/jpg, image/svg+xml等等

如果参数设置错误，将返回一个XML文件来描述错误信息。如下所示：

一. 安装postgis

    (1) 首先到postgresql的官方网站(www.postgresql.org)上下载最新版的开源数据库postgresql,我当前下载的最新安装包是postgresql-8.3.6-1-windows.exe

    (2) 运行该exe,按照向导安装之,在安装过程中最好关闭防火墙,以及监控;另外最好将安装目录设置为NTFS分区的盘上.

    (3) 安装完成后提示你是否在退出时配置application stack builder,这里购选上它,然后点finish

    (4) 进入application stack builder向导后,选择postgresql 8.3 on port 5432,点next.

    (5) 在application list中沟选中你要安装的application,这里必须沟选postgis-pg83-setup-1.3.5-1.exe

    (6) 下一步,选择下载服务器,下载完成后开始安装相应的application.

    (7) 在安装时要注意,有两处都要设置密码,不要设置密码为空.

    (8) 这样根据向导就可以成功安装postgis了

        安装postgis过程中可能会出现:

        "Error opening file for writing: c:\program files\PostgreSQL\8.3\bin\libiconv-2.dll"的提示,这里我们可以忽略之.

二. 向postgis导入shapefile数据

    (1)安装后运行pgadmin III,右击postgresql 8.3(localhost)服务器,连接之,这里的密码是你安装时设置的密码,务必牢记.

    (2)连接后,我们发现postgis安装后自动给我们生成了一个数据库template_postgis,我们将要导入的数据就需要放到这个数据库中.

    (3)运行命名提示符cmd.exe,将其转向C:\Program Files\PostgreSQL\8.3\bin(或者将cmd.exe复制到该目录下)如下:

        C:\Program Files\PostgreSQL\8.3\bin>

    (4)首先将shp生成对应的sql脚本,键入以下字符

        C:\Program Files\PostgreSQL\8.3\bin>shp2pgsql -W "GBK" D:\CampusGISProject\new_pku_vector\viwpt.shp viwpt > D:\CampusGISProject\new_pku_vector\viwpt.sql

        这里的-W "GBK"代表字符编码的转换,D:\CampusGISProject\new_pku_vector\viwpt.shp则是要生成sql脚本的 shp文件.viwpt是创建数据表的表名,>不能少,D:\CampusGISProject\new_pku_vector \viwpt.sql则是要生成SQL文件的绝对目录

     生成成功后命令提示符会显示如下:

     Shapefile type: Point
     Postgis type: POINT[2]

    (5)然后我们执行sql语句,执行该SQL语句文件,导入数据到数据库template_postgis中

        C:\Program Files\PostgreSQL\8.3\bin>psql -d template_postgis -f D:\CampusGISProject\new_pku_vector\viwpt.sql postgres

        其中 template_postgis是数据库名,postgres是该数据库的用户.

    执行成功后,刷新该数据库,就可以看到新生成的数据表viwpt, 这样viwpt.shp数据就成功导入到了postgis中了.

OpenLayers是一个开源的js框架，用于在您的浏览器中实现地图浏览的效果和基本的zoom，pan等功能。OpenLayers支持的地 图来源包括了WMS，GoogleMap，KaMap，MSVirtualEarth等等，您也可以用简单的图片作为源，在这一方面OPenLayers 提供了非常多的选择。

要使用OpenLayers，您可以到它的官方网站http://www.openlayers.org下载他的压缩包，解压后可以看到其中的一些 目录和文件。拷贝dist目录下的OpenLayer.js、根目录下的lib目录、根目录下的img目录到你网站的scrīpts目录下（当然，这个只 是例子，您网站的目录结构您自己说得算，只要保证OpenLayers.js，/lib，/img在同一目录中即可）。

接下来创建一个index.html作为查看地图的页面。导入OpenLayers.js和你将要创建的js。内容需要一个div，我们给它的id起名叫做area。你有必要在写一些CSS限定#area的宽度和高度，如果乐意，加上一个border也是很不错的选择。

废话不多说，我们首先要创建一个OpenLayer.Map对象的实例:
var map = new OpenLayers.Map("area");
其中的参数可以传id，也可以传ElementObject，当然id更加方便一些。

接下来就是向地图中添加图层，通常情况下使用OpenLayers.Layer的子类来完成图层的初始化。
OpenLayers提供了一下Layers的扩展：

• OpenLayers.Layer.Image
• OpenLayers.Layer.HTTPRequest
• OpenLayers.Layer.Grid
• OpenLayers.Layer.WMS
• OpenLayers.Layer.KaMap
• OpenLayers.Layer.EventPane
• OpenLayers.Layer.Google
• OpenLayers.Layer.VirtualEarth
• OpenLayers.Layer.Markers
• OpenLayers.Layer.Text
• OpenLayers.Layer.GeoRSS
• OpenLayers.Layer.Boxes
• OpenLayers.Layer.TMS

创建完图层后，可以用Map的addLayer(layer)方法插入，并执行Map的zoomToMaxExtent()方法让地图合适地显示。

OpenLayers还提供了丰富的Control类为地图浏览添加一些工具，继承自OpenLayers.Control类

• OpenLayers.Control.LayerSwitcher
• OpenLayers.Control.MouseDefaults
• OpenLayers.Control.MousePosition
• OpenLayers.Control.MouseToolbar
• OpenLayers.Control.OverviewMap
• OpenLayers.Control.PanZoom
• OpenLayers.Control.PanZoomBar
• OpenLayers.Control.Permalink
• OpenLayers.Control.Scale

OpenLayers对常用的数据结构进行了封装

• OpenLayers.LonLat
• OpenLayers.Size
• OpenLayers.Pixel
• OpenLayers.Bounds

此外OpenLayers.Util类可以对图片载入错误时图片框的颜色和图片框中默认的图片进行自定义，这一点是非常方便的。OpenLayers的Ajax类对创建XHR对象的过程进行了封装，可以使用它进行简单的Ajax操作。

GIS 已经深入到各行业的应用中，从最早面向制图的系统发展到桌面GIS，随着互联网的发展，出现了WEBGIS，并得到了迅速发展，近年来，智能手机的普及， 嵌入式GIS正成为一种新的客户终端，将被广泛应用到各行业中，硬件性能的提升，三维GIS也逐步被重视起来；同时，随着数据库系统的广泛应用，GIS数 据管理，也从文件系统发展到空间数据库系统；从基础理论研究的角度来讲，时态GIS、空间数据挖掘、自动制图综合等一直是GIS中最难解决的核心课题，吸 引很多科研人员不断在这一领域辛勤耕耘。下面重点谈几个研究方向。

一、 空间数据库

       一提到“空间数据库”，大家就会想到oracle spatial、arcsde、SuperMap SDX+ 等，实现了GIS图形数据的数据库存储和管理，但仅仅有这些，还不能称其为“空间数据库”，下面列举几点，说明“空间数据库”还需要研究的方向：

1， 空间数据的完整性。这个问题没有得到很好的解决。所谓“完整性”，就是数据的正确性和一致性，在关系型数据库中，有“实体完整性”、“参照完整性”、“用 户自定义完整性”；在空间数据库中，语义层面的空间数据的正确性和一致性，就很难界定，它要比关系型属性数据复杂得多。打个比方，一条道路横跨一条河流， 必然经过一座桥，而如果不经过，就必然违背了空间数据的正确性，也就是说“不完整”。这只是一个很简单的例子，类似于这样的空间语义关系，是需要空间数据 库提供“用户自定义完整性约束”，以保证空间数据的完整性；但目前所谓的“空间数据库”还很难保证这一点，arcsde能从“图形”层面保证几何规则的完 整性，但还很难从语义层面保证空间语义的完整性。

2， 空间查询的执行效率。一个带有空间和属性的混合查询，是先进行空间查询，再进行属性查询，还是反过来，先进行属性查询，再进行空间查询，还是多个步骤交错进行，这是一个值得思考的问题，怎样作查询效率才更高？

3， 空间数据的物理存储。物理存储，关系到空间数据添加删除修改的性能，而目前，空间数据是以二进制对象或字符等形式，交给关系型数据库来管理的，屏蔽了物理 层的存储细节，粒度较大；同时，空间聚簇与数据更新存在矛盾，如果这些问题交给关系型数据库来处理，还很难得到较好的解决，需要单独针对空间数据实现物理 存储的管理。

       以上三点表明，不是空间数据存储在数据库里，实现数据的共享，就是所谓的“空间数据库”，总体上来说，“空间数据库”还不成熟，这一领域还有许多值得探讨的地方。

二、  时态GIS

        现在的GIS，属于“静态GIS”，只描述了地理空间在某一时间片上的状态，而地理空间状态是随着时间在不断改变的，为了描述这种动态变化的过程，“时态 GIS”应运而生，就是加入“时间维”来刻画这种动态性，地理空间状态State是时间Time的函数State=F(Time)，输入时间点 Time1，经过F函数的映射得到空间状态State1。有了这样一种本质的抽象，下面我们来探讨一下“时空模型”的建立。

       既然地理空间状态State是时间Time的函数State＝F(Time)，假设输入不同的时间点Time1、Time2，我们得到的状态 State1、State2，假设State1≠State2，表明空间状态发生了改变，那么相对应的“空间索引”也发生了改变，即State1状态下的 空间索引SpatialIndex1≠State2状态下的空间索引SpatailIndex2。由此，我们将问题转化为 “空间索引SpatialIndex是时间Time的函数SpatialIndex=G(Time)”,所以，对事件发生的时间片建立一维索引，并在每个 时间片上存储不同的空间索引，也就是所谓的“时空索引”，如果事件发生的时间间隔比较短，每个时间片上都建立完整的空间索引，会造成时间片之间的空间索引 的冗余，为此，可以设定一个的时间片跨度，在跨度之内的时间片上的空间索引采用增量方式，在跨度之上的时间片上，保存一次完整的空间索引。这样，两个时间 片跨度之间，空间索引的合并，工作量并不是很大，可以很好地控制空间索引的冗余。“时态GIS”是要保存所有时间片上状态的空间数据，采用以上模型，可以 很好地控制空间数据在不同时间片上存储相同空间数据所带来的冗余。下一步考虑空间数据的存储，存储策略决定着空间数据的存取性能，再下一步，就是“时空分 析”，有了时间维，就可以看出地理空间状态演化的过程，为探索空间演化的机理、预测未来发展的趋势打下了基础，时空序列分析，极大地丰富了空间数据挖掘的 内涵。

      “时态GIS”，比现在“静态GIS”前进了一大步，更符合现实世界，实用价值更大，但真正实现还有很多的困难，以上只是作者关于“时空模型和时空索引” 的一种观点，还有很多需要细化的地方，对于“时态GIS数据存储”、“时空分析”、“时间序列挖掘”还有很多方向有待进一步探讨。总之，“时态GIS”是 未来GIS发展重要的研究领域之一。

三、空间数据挖掘

        空间数据挖掘，就是从空间数据集中抽取出隐含的、有价值的信息的过程，它源于空间统计、空间分析、机器学习和数据库技术。空间数据不同于其他数 据，比如空间自相关性，即性质相似的对象在地理空间分布上聚集，找出这种某种性质与空间分布的关系，便于找出某种现象背后的本质规律。目前常用的空间数据 挖掘方法有空间聚类、空间分类、关联规则、奇异点挖掘等，实现也有很的理论和技术手段。空间数据挖掘是目前GIS领域最时髦的词，是从时空数据中获得信息 的更高级的手段，开辟了GIS更高的研究领域。

       此外，“自动制图综合”是地图学家梦寐以求的目标，目前在这一领域，已经实现了半自动化的程度，离全自动还有很长的路要走，随着人工智能等技术的不断进步，“自动制图综合”也会得到更进一步的发展，将带动整个GIS研究上一个更高的水平。

一：需要用到的几个基本概念-------- 球面坐标系

       1.  几个常涉及到的名词的中英文对照：地形面（Topography）；大地水准面（Geoid）；参考椭球面（Reference Ellipsoid）；基准（Datum）；

       2.  基准：就是一组用于描述其他量的量，比如，描述空间位置的基准为位置基准；描述时间的基准为时间基准。具体的例子如：位置基准-----椭球有原点、尺度、定向；时间基准-----起点、尺度等。

       3.  坐标系转换：首先坐标参照系是由基准和坐标系两部分构成的，坐标系转换实质上是在基准相同的情况下，坐标系之间的相互转换。比如：在同一基准下（即地球椭 球的参数、定位、定向等不变），同一个点既可以用空间直角坐标表示，也可以用大地坐标表示；或者在站心坐标系中，同一个点级可以用站心地平坐标表示，也可 以用站心极坐标法表示。（从这我们也就很容易地明白了：基准转换实质上是基准发生了变化即椭球及其定位定向发生了改变）（无论基准和坐标系哪一个发生了变 化就会导致坐标参照系的改变）

      4.  基准转换：实质上是将同一点从某一个基准或坐标参照系下的坐标转换到另一种坐标基准或者坐标参照系下去，即两种基准（椭球参数、定位、定向）之间的转换。 比如：旧BJ54坐标系下的坐标和CGCS2000大地坐标系之间的转换（因为前者是参心坐标系，后者是地心坐标系）

     5.  大地基准：是指用于定义地球参考椭球的一系列参数，主要包括：

         椭球的大小和形状-----只要有长半轴a(Semo--major Axis)和扁率 f (Flattening)即可（注意扁率和偏心率不是一个概念），其他参数均可由他们两个推导得出；

        椭球短半轴(Semi--minor Axis)指向（Orientation）：通常与地球的自转轴平行；（另外它还和极移和章动有联系）

       椭球中心的位置：根据需要确定，若为地心则称为地心椭球，否则称为参心椭球；（注意参考和参心的不同含义）

       本初子午线（Prime Meridian）：通过固定平极和经度原点的天文子午线，通常称为格林尼治子午线。

       6.  大地坐标系：以大地基准为基础建立的坐标系称为大地坐标系，也称为椭球坐标系，用（B,L,H）来表示空间任一点的位置。其中，H是该点沿该点处法线至参 考椭球面的距离即是我们通常所说的大地高。一般在工程测量当中我们很少使用大地高，而是使用正高或者正常高：

      正高：是空间任一点沿该点处垂线至大地水准面的距离（与大地高的基准面不一样）。

      正常高：由于高程方向上的重力值很难精确表达出来，所以引入距离方向上的重力平均值来进行确定高程值，相应的基准面就是似大地水准面，因为它与大地水准面十分接近。

      大地水准面差距（N）：指的就是空间任一点大地高与正高的差值-------H（大地高）=H（正高）+N；

      高程异常（sita）：    指的就是空间任一点大地高与正常高的差值-------H（大地高）=H（正常高）+sita

      问题：工程测量当中，平面位置与高程位置的控制分开的主要原因是-------我们虽然可以通过GPS精密单点定位或者差分方法得到精度相当高的 （X,Y,Z）或者（B,L,H），但是他们都是以椭球参考面为基准的，然而我们却无法精确确定大地水准面差距或者高程异常，因而高程方向的精度一般通过 GPS等方法获得的比较低，从而导致我们工程测量当中常常还是采用精密水准测量的方法进行高程控制。

      7.  空间直角坐标系/笛卡尔坐标系：实质上点的空间直角坐标就是该点到坐标系原点形成的向径在三个坐标轴上的投影；一般坐标系原点选在参考椭球的中心（参考椭 球分为地心椭球和参心椭球），X轴指向本初子午线与赤道的交点，Z轴与地球自转轴平行并指向参考椭球的北极，最终与Y轴形成右手直角坐标系。一般用 （X,Y,Z）来表示任一点的空间位置。

      8.  站心坐标系：分为站心地平坐标系（又称直角坐标系并且是左手系）和站心极坐标系：

      站心地平坐标系：它是以测站标石中心为坐标系原点；

                                  以该点出椭球法方向为U轴（uppering）；

                                  以与U轴垂直并且指向Z轴的方向为N轴（northing）；

                                  以东方向为E轴（easting）；

                                 从而形成左手系。

     站心地平极坐标系：以测站标石中心为原点；NU轴所在平面为起始平面；顺时针为正方向，空间任一点到原点为向径；从而形成的的坐标系。

二：需要用到的几个基本概念-------- 平面坐标系/格网坐标

       前言：虽然空间任一点我们都可以在球面坐标系下描述其具体位置，但是在实际应用当中，我们还是习惯于在一个平面二维坐标系中来确定一个点的位置。由球面坐 标系转换到平面二维坐标系是通过所谓的“投影（Projection）”方法实现的，其投影函数的数学表达方式为：

                                         x=f1(B,L)

                                         y=f2(B,L)

其中x，y为平面系下的坐标；B, L为任一点的大地坐标系的经纬度；f1，f2为单值、连续、有界的投影函数。在一些文献和软件中也称平面坐标为格网坐标。

      1.  横轴墨卡托投影：也称为高斯正形投影、高斯--克吕格投影或者高斯投影，我国统一采用高斯投影，一般在工程测量当中采用3度带或6度带投影法，为尽可能减 少由球面坐标系转换到平面坐标系时带来的变形影响，在精密程度要求较高的工程项目当中一般采用3度带法。

      6度带中央子午线经度L=6n-3；其中n是带数标号，起始编号为1，即第一带的中央子午线的经度为3度。我国的经度为69度至135度共跨12带。

      3度带的中央子午线一般与6度带的重合，一般和6度带的边沿重合，其中央子午线经度的计算公式为：L=3n；

其中n=1，2，3，。。。

      按照目前我的测绘法规规定：在国内进行测量工作时，在需要进行球面坐标系到平面坐标系的转换时，统一采用高斯投影法。

      2.  通用横轴墨卡托投影（UTM）：有些西方国家为了控制投影带边沿的变形，采用之。它的显著特点是：投影后中央子午线的长度发生变化，与原来的比值为0.9996.它与高斯投影坐标之间的关系用公式表示如下：

                                         x(U)=0.9996 x(G)

                                         y(U)=0.9996 y(G)

三：常用的地球参照系和参考框架

       1.  地球参照系：是一种地固系，一种固定在地球上随地球一同旋转的坐标系。同样根据地球参照系原点选取的不同分为地心系和参心系。

       2.  协议地球参照系（CTRS）：是一种相对地球固定的地心系

           目的：主要是为了解决全球坐标参照系不统一带来的各种问题和不便。  

           协议地球参照系：Conventional Terrestrial Reference System（英文名称）

           原点：地球质心

           Z轴：指向协议地极CTP（Conventional Terrestrial Pole）,即是1900----1905年间地极的平均位置

           X轴：指向协议赤道与格林威治子午圈的交点，最终与Y轴一起形成右手坐标系

       3.  协议地球框架(CTRF)：是一组-------具有指定协议的地球参照系下的-------具有精确坐标的点。这些点即协议地球框架是刚述及的协议地球 参考系的实现。CTRF（Conventional Terrestrial Reference ）

       4.  GPS测量定位中的地球参照系和参考框架

            在卫星导航定位系统中，轨道数据通常是地心地固系（ECEF----Earth-Centered Earth-Fixed）下的数据,只有这样才能保证最终的定位结果和轨道数据同属于相同的坐标参照系，以方便进行相关计算。

           目前，较为常用的GPS卫星轨道数据主要有两种：基于WGS-84的广播星历和基于国际地球参考框架（ITRF）的IGS精密星历。

           WGS-84地球参照系：若测量定位时采用的是广播星历，则结果属于WGS-84系。

           WGS-84地球参照系是一个协议地球参照系，是一个地心地固右手正交坐标系。其定义的准则如下：

                   a.  为地心系，原点位于包括海洋和大气在内的整个地球的质心

                   b.  尺度在局部地球框架下，遵守相对论原理

                   c.  初始定向由国际时间局（BIH）1984.0的定向给定

                   d.  定向中的时变不会使地壳产生残余的全球性旋转

          根据上述准则，WGS-84协议地球参照系的定义如下：

                  a.  原点位于地球质心（Earth's Center of Mass）

                  b.  Z轴与IERS(国际地球自转及参照系服务-----International Earth Rotation and Reference System Service)参考极（IRP---IERS Reference Pole）指向相同，该指向与1984.0历元的BIH协议地极（CTP-----Conventional Terrestrial Pole）一致

                  c.  X轴指向IERS参考子午线（IRM）与过原点且垂直于Z轴平面的交点

                  d.  Y轴最终完成右手地心地固正交系

          国际地球参照系（ITRS-----International Terrestrial Reference System）是由IERS所定义的一个协议地球参照系，其定义满足如下条件：

         a.  原点位于地球质心，地球质心为包括海洋和大气在内的整个地球的质心

         b.  长度尺度为国际单位制米

         c.  初始定向为国际时间局（BIH）所给出的1984.0定向

         d.  定向的时变通过一个关于全球水平运动构造运动的非净旋转条件

        国际地球参考框架：是ITRS的实现，是由一组具有ITRS下坐标和速度估值的IERS观测站组成，并由IERS中心局的地球参考框架部负责建立和维护。下面仅以ITRF2000的基准定义为例说明：

        a.  尺度：通过将ITRF2000与VLBI 和所有可靠SLR解的加权平均值之间的尺度和尺度扁率设为0来实现

        b.  原点：（略）

        c.  定向：（略）

    5.  我国常用坐标参照系

         A.  旧1954北京坐标系（参心坐标系）

              1954北京坐标系是我国目前广泛采用的大地测量坐标系。该坐标系源自于前苏联1942年普尔科夫坐标系。

              椭球：克拉索夫斯基椭球

              长半轴a：6378245m

              扁率f：1/298.3

              高程：以1956年青岛验潮站的黄海平均海水面为基准

              缺点：（包括3个方面，后续）

         B.  1980西安大地坐标系（参心坐标系）

 原因：a.  1954坐标系椭球参数长半轴有108m的差距与现在的精确值

           b.  参考椭球面与我国大地水准面之间存在自西向东的系统性倾斜，东部差距达68m

           c.  几何大地测量和物理大地测量应用的参考面不统一。重力数据处理时采用的是赫尔默特正常重力公式，与其相应的椭球为赫尔默特椭球，这与克拉索夫斯基椭球不一致。                       

           d.  定向不明确：克拉索夫斯基椭球短半轴既不指向CIO也不指向我国地极原点JYD1968.0；同时其起始子午面也不是国际时间局所定义的格林尼治平均天文台子午面。这给坐标换算带来了很多麻烦。

           e.  1954坐标系还是按局部平差逐步提供大地点成果的，因此不可避免地会出现一些矛盾和不够合理的地方。

原则：a.  全国天文大地网整体平差要在新的坐标系的参考椭球面上进行。为此首先需要建立一个新的大地坐标系，并名之为1980国家大地坐标系；

           b.  1980国家大地坐标系的大地原点定在我国中部。具体选在陕西泾阳县永乐镇

           c.  采用国际大地测量和地球物理联合会1975年推荐的四个地球椭球参数（a,J2,GM,omega），并根据这四个参数求解椭球扁率和其它参 数。（a=6378140m；GM=3.986005*pow（10，14）；J2=1.08263*pow（10，-8）；omega=7.292115*pow（10，-5））

           d.  1980年国家大地坐标系的椭圆短半轴平行于地球质心指向我国地极原点JYD1968.0方向；大地起始子午面平行于格林尼治天文台的平均子午面

           e.  高程方向的约束条件：椭球定位参数以我国范围内----高程异常值平方和------最小。

优点：a.  参心坐标系是在1954北京坐标系的基础上建立起来的（参见《大地测量学》162页（20-8）式）   

           b.  椭球面同似大地水准面在我国境内最为密合，并且是多点定位

           c.  定向明确

           d.  大地原点位置居中，比较适当

           e.  大地高程基准采用1956黄海高程系    

C.  新1954北京坐标系

原因：由于1954旧坐标系存在时间较长，而它又与GDZ80两者之间的差距较大，所以给成果的使用带来了很大的不便。促使人们建立一个介于两者之间的新1954坐标系。

特点：a.  新BJ54是-------在GDZ80的基础上，改变GDZ80的IUGG1975椭球几何参数为克拉索夫斯基椭球参数；并将GDZ80坐标原点进行平移-------从而建立起来的。

           b.  综合GDZ80和旧BJ54建立起来的

           c.  采用多点定位，但椭球面与大地水准面在我国境内不是最佳拟合

          d.  定向明确。与GDZ80平行

           e.  大地原点与GDZ80相同，但是大地起算数据不同（注意区分参考椭球中心或者坐标系原点与大地原点的区别） 

           f.  与旧BJ54相比，所采用的椭球参数相同，定位相近，但是定向不同。

           g.  旧BJ54是局部平差，新BJ54是GDZ80整体平差结果的转换值，因此，新旧BJ54之间并无全国范围内统一的转换参数，只能进行局部转换。

D.  2000国家大地坐标系

      原因：a.  目前，我国实际使用的1954BJ坐标系和GDZ80坐标系，实质上都只是“参心”坐标系。

                 b.  随着科学技术的进步，越来越多的实际应用要求建立和采用“地心”坐标系

                 c.  空间定位技术的发展，使得建立高精度的“地心”坐标系称为可能

顺应时代的潮流和要求，我国提出并建立了2000国家大地坐标系CGCS2000（China Geodetic Coordinate System 2000）。

地心系CGCS2000的定义如下：

                a.  原点：包括海洋和大气在内的整个地球的质心

                b.  长度单位：国际单位制m，与局部地心框架下的地心坐标时一致，通过适当的相对论模型获得

                c.  定向：初始定向由1984.0时的BIH 定向给出

                d.  定向的时变：定向的时变不产生相对于地壳的残余全球旋转

                e.  CGCS2000大地坐标系是右手地固直角坐标系（直角坐标系包括笛卡尔空间直角坐标系（X、Y、Z）和空间大地直角坐标系（B、L、H））。原点位于地 球质心；Z轴与IERS参考极（IRP）方向一致，X轴为IERS参考子午面（IRM）与垂直于Z轴的赤道面的交线，Y轴与Z轴、X轴垂直并最终形成右手 正交系。

参考椭球采用2000参考椭球，其相应参数为：

               a=6378137m

                GM=3.986004418*pow（10，14）

                J2=0.001082629832258

               omega=7.292115*pow（10，-5）

四、.坐标转换

易混淆的两点：“坐标参照系和基准”、“坐标参照系和坐标系”

              a.   首先，前面已经述及：坐标参照系包括基准和坐标系两部分。

              b.  任一特定的基准和任一特定的坐标系的组合都形成特定地一个坐标参照系。

               c.  坐标系包括空间直角(X,Y,Z)、大地坐标系(B,L,H)、站心直角(N,E,U)和站心极坐标系（R,A,EL）等,但是我们这里说的坐标系没有指定其原点位置和坐标轴指向即它只是“无根的浮萍”。

              d.  基准的作用就是给特定的坐标系进行特定的定位和定向。因此，一个坐标参照系必须同时包括基准和坐标系两个部分才完整。            

       原因：主要是由于不同坐标系、不同基准和不同坐标系的存在，导致常常需要在他们之间进行相互转换。转换分为两个基本类型：1.  坐标系转换   2.  基准转换

       一：坐标系转换

       定义：指的是同一点的坐标------在相同基准--------由一种坐标系下的坐标转换为另一种坐标系下的坐标。比如，同一坐标参照系下空间直角坐标 与大地坐标之间的转换；站心地平到站心极坐标之间的转换-----共同的特点是：1.  坐标系转换不涉及基准转换（即不涉及椭球参数及其定位和定向的转换，也即它们不变）  2.  坐标系转换中的两种坐标实际上是同一点不同坐标表达方式间的变换，具有一一对应的关系。

        二、基准转换

定义：就是两种坐标系由于采用的椭球参数、定位、定向或者由于尺度设置不同等原因导致两种基准之间的变换。基准变换和坐标系变换是本质上的区别。基准变换常见的是地心系与参心系之间的变换。

基准变换常见的使用方法有：布尔沙-沃尔夫模型和莫洛金斯基模型

1.  布尔沙-沃尔夫模型

在我国常被简称为布尔沙模型或者七参数模型或者七参数赫尔默特变换------三个平移参数Tx,Ty,Tz,------3个旋转参数OMEGAx,OMEGAy,OMEGAz（也称3个欧拉角）--------1个尺度参数m

      作为最早提出“地理信息系统”这个名词的人，汤姆林森最近向ESRI的吉姆•波曼讲述了他在GIS领域的开创性工作，以及他对GIS未来的看法。

      波曼：您通常被称作是“GIS之父”。您能谈谈GIS发展的历史进程吗？

      汤姆林森：作为一种标准的地理分析技术，地图叠加的概念已经存在很长时间了。比如，在第二次世界大战后不久，英国的皇家规划研究所提供了一本关于地图叠加 技术的手册。其中一项技术叫做筛选叠图（sieve mapping），在战后常被土地利用规划师用来评价一个地区是否适宜建造某项工程或者进行某项活动。这种评价首先从研究区的基础地图开始，将透明的印有 格网的薄片叠放到地图上。每一个透明的薄片代表了特定的准则。如果某块区域不适合某项活动，格网上代表该区域的方格子会被涂黑。就这样，不同的准则用不同 的透明薄片来代表，并依据相同的方法涂黑。当所有薄片一层层叠加到基础地图上后，最终可见的区域就是最适合某项工程的区域了。

      波曼：什么原因促使你对地图叠加的概念进行了改进？

      汤姆林森：1959年我到斯巴达航空服务公司工作，这是一家加拿大航空测量公司，我在那里做影像解译。这个总部设在渥太华的公司派我参与肯尼亚的一个项 目。作为国际援助项目的一部分，加拿大政府准备为肯尼亚建造一个造纸厂。我所在公司的任务是对肯尼亚进行航空摄影和森林普查，选择最适合建造纸厂的地点。 当地的树木不适合造纸浆，所以我们开始收集信息以决定哪个地方最适合种植用于纸浆生产的树木。我们用土壤图来确定用于纸浆生产的树木在哪里生长的会最好。 我们生成了坡度图来辅助分析，因为在非常陡的坡上伐树是不现实的。我们需要知道土著部落住在哪里，一些部落比其它部落更喜欢迁移，定居的部落则可以提供更 稳定的劳动力。我们还记录了大象的迁移路径，因为大象会毁坏新的林场。我们还记录猴子的栖息地，因为猴子会以幼树为食物。另外，收集不同地区的降雨量也是 非常必要的。降雨量少就会导致干旱，而太多的降雨又会导致昆虫数目增多，寄生植物增多，这对林场是致命的。标绘有道路、河流、桥梁的地图也很重要。肯尼亚 曾是英国殖民地，英国的科学家制作了非常棒的肯尼亚地图。所以，我们需要的一些数据已经有了。

      我到办公室开始分析我们收集的所有地图，方法就是前面已经描述过的将不同的地图图层进行叠加来评价不同的地块。这种依靠手动、目视的分析是非常费时费力 的。事实证明，分析的花费远比最初对整个国家进行航拍和收集数据的花费要多。我的预算是有限制的，我的老板要我找到减少支出的方法。

      波曼：你怎样用计算机来实现地图叠加的概念？

      汤姆林森：我所在的公司有小型IBM计算机和地图绘图板。因为可以接触到当时最先进的技术，我就开始思考如何对不同的地图图层赋值，然后输入到计算机中， 让计算机去做比较并绘制出结果。我们将包含一系列图层数据的地图在绘图板上进行了定向和数字化。这一工作大概用了我们一星期晚上的时间。最后，我们得到了 一张数字化地图。我认为这是加拿大的第一张由硬拷贝地图数字化得到的地图。我非常激动，这使得我开始有了这样一个想法：公司可以和其所在地的一些电脑公司 合作，发展这套方法来进行自动制图。不幸的是，从这些公司得到的回复几乎都是相同的：谢谢你，但是我们不认为这种产品有市场。

      这是相当令人失望的， 但是1962年一个很偶然的机会，我在飞机上正好坐在李•普拉特旁边。他刚刚被联邦政府任命为加拿大土地调查局的负责人。加拿大农民当时都比较贫穷，全国 有六十万农民，他们需要帮助。加拿大可耕种、可用于生产的土地大约有一百万平方英里。所以第一问题是，我们对这些土地了解多少？我们还需要知道，这些土地 可以被用于其它用途吗，比如娱乐或植树？人口统计调查得到的这些农民的收入是多少？他们的教育程度如何？我们能否通过教育解决农民存在的问题？我们在哪建 立学校？这对于政府来说是很重要的一个步骤，因为政府从没有做过这么深入的土地规划。李说他准备把这些信息在透明的薄片上表示，并叠加进行分析。我告诉 他，我可以用电脑来完成这项工作。我们做了一些估算，如果用手工方法要有563个地图制图专业人员花费三年的时间来完成这项工作，花费大约八百万加元。除 了花费，一个很大的问题是政府只有50到60个合格的地图制图专业人员。我分析了所有技术和经济的可行性报告，得出的结论是我们可以开发一个系统来完成这 项工作。这样不需要几年，而只需要几周时间就能完成该项工作，同时花费少于二百万加元。 我们开发了加拿大地理信息系统（Canada Geographic Information System），这是世界上第一个使用计算机的GIS。“地理信息系统”这一我在项目中所提出的名词，一直沿用下来了。

      波曼：在过去的10年间哪些方面的进步对当前的GIS产生了重要影响？

      汤姆林森：一个显著的进步是计算的代价降低了。在我最近的书中（《探索GIS：用地理信息系统进行规划（第三版）》）,我对充满神话色彩的罗马城进行了建 模。罗马已经建立了GIS，我们的一个练习是计算GIS投入。计算投入是基于当前的人员和硬件的价格。我们最初都是用相同的硬件配置，这样就能比较在每个 连续三年的工程周期里投入的不同。我们发现现在的硬件价格是五年前的十分之一。可见，一个对GIS非常重要的影响是硬件、软件的实际价格（产品在扣除货币 贬值影响后的价格）在持续下降。另外，软硬件功能也比原来强大多了。一般的内核或CPU性能比去年同等的电脑有40%的提升。

      另一个明显的进步是数字形式的数据更容易得到了，获取的速度也更快。比如，四年前印度尼西亚发生地震和并发海啸，受灾地区的Landsat数据在灾后几天就获得了。

      此外，政府的高级官员对GIS和它的能力有了更清楚地认识。在过去的10年中，高层的决策者们越来越认识到GIS是一个提高政府和经贸活动效率和效益的工具。

      波曼：你对未来10年GIS的发展有什么预期？

      汤姆林森：许多现在的趋势还会继续下去。硬件会更加便宜，功能更加强大。软件会变得更容易使用，鲁棒性更好。我希望大学继续扩展他们的GIS相关课程，满 足社会对GIS专业人才不断增长的需求。高级管理人员能够更强烈地意识到在他们的组织中利用GIS的益处。我们将会看到更多的国家通过国家政策时，GIS 将成为内阁讨论的一个重要部分。我希望经过训练的地理专业学者能够参与国家决策制定。另外，我认为高级军事人才也应当对GIS的能力和潜力有较好的了解。

空间查询与空间分析功能  字串8

GIS的面向用户的应用 功能不仅仅表现在它能提供一些静态的查询、检索数据，更有意义的在于用户可以根据需要建立一个应用分析的模式，通过动态的分析，从而为评价、管理和决策服 务。这种分析功能可以在系统操作运算功能的支持下或建立专门的分析软件来实现，如空间信息量测与分析、统计分析、地形分析、网络分析、叠置分析、缓冲分析、决策支持等。系统本身是否具有建立各种应用模型的功能是判别它好坏的重要标志之一，因为这种功能在很大程度上决定了该系统在实际应用中的灵活性和经济效益。
空间查询和空间分析是从GIS目标之间的空间关系中获取派生的信息和新的知识，用以回答有关空间关系的查询和应用分析。 字串5

 拓扑空间查询

在此操作中，用户将地图 当作查询工具，而不仅仅是数据载体。空间目标之间的拓扑关系可以有两类：一种是几何元素的结点、弧段和面块之间的关联关系，用以描述和表达几何元素间的拓 扑关系；另一种是GIS中地物之间的空间拓扑关系，可以通过关联关系和位置关系隐含表达，用户需通过特殊的方法查询。 字串9

这些空间关系主要有以下 几项：面与面的关系，如检索与某个面状地物相邻的所有多边形及属性；线与线的关系，如检索与某一主干河相关联的所有支流；点与点的关系，如检索到某点一定 距离内的所有点状地物；线与面的关系，如检索某公路所经过的所有县市或某县市内的所有公路；点与线的关系，如某河流上的所有桥梁；点与面的关系，如检索某 市所有银行分布点。

 缓冲区分析 字串1

缓冲区用以确定围绕某地要素绘出的定宽地区，以满足一定的分析条件。点的缓冲区是个圆饼，线的缓冲区是个条带状，多边形的缓冲区则是个更大的相似多边形。缓冲区分析是GIS中基本的空间分析功能之一，尤其对于建立影响地带是必不可少的。如道路规划中建立缓冲区以确定道路两边若干距离内的土地利用性质。

叠加分析

叠加分析提供根据两幅或 两幅以上图层在空间上比较地图要素和属性的能力，通常有合成叠加和统计叠加之分，前者是根据两组多边形边界的交点建立具有多重属性的多边形，后者则进行多 边形范围的属性特征统计分析（如图1-3所示）。合成叠加得到一张新的叠加图，产生了许多新多边形，每个多边形都具有两种以上的属性。统计叠加的目的是统 计一种要素在另一种要素中的分布特征。

距离分析及相邻相接分析

距离分析提供了在地图上 距离的功能，相邻分析确定哪些地图要素与其它要素相接触或相邻，而相接分析则结合距离和相邻分析两者的针对性，提供确定地图要素间邻近或邻接的功能。相邻 和相接分析广泛应用于环境规划和影响评价的公共部门。大多数GIS软件目前不能直接进行相邻相接分析，而是通过先建立一定要求的缓冲区，再与其它图形要素 进行叠置分析的间接方法解决。

地形分析功能  

通过数字地形模型DTM，以离散分布的平面点来模拟连续分布的地形，再从中内插提取各种地形分析数据，地形分析包括以下内容： 字串4

等高线分析

等高线图是人们传统上观测地形的主要手段，可以从等高线上精确地获得地形的起伏程度，区域内各部分的高程等。

透视图分析

等高线虽然精确，但不够直观，用户往往需要从直观上观察地形的概貌，所以GIS通常具有绘制透视图的功能，有些系统还能在三维空间格网上着色，使图形更为逼真。 字串1

坡度坡向分析

在DTM中计算坡度和坡向，派生出坡度坡向图供地形分析（如日照分析、土地适宜性分析等）。

5．5．4 断面图分析

用户可以在断面图上考察该剖面地形的起伏并计算剖面面积，以便用于工程设计和工程量算。

 地形表面面积和填挖方体积计算 

利用DTM数据，可以比较容易地求出所需要地区的地形表面面积以及施工区域内填挖方的体积（土石方量）。

制图功能、地理数据库、空间查询与空间分析能力是GIS最具有独特吸引力所在。而系统是否具有良好的用户接口和各种应用分析程序的支持也是至关重要的，但是应由GIS开发人员和用户来共同完成的。

地理信息系统技术广泛应用于农业、林业、国土资源、地矿、军事、交通、测绘、水利、广播电视、通讯、电力、公安、社区管理、教育、能源等几乎所有的行业，并正在走进人们日常的工作、学习和生活中。 字串2

地理信息系统的主要任务是对与地理空间位置或区域有关的社会经济、人文景观、自然资源及环境等多种信息进行综合管理和分析，主要任务有以下三个方面

地理信息系统的硬件环境主要由计算机及一些外围设备联接形成的，主要包括以下几个部分：
（1） 计算机系统。它是系统操作、管理、加工和分析数据的主要设备，包括优良的CPU、键盘、屏幕终端、鼠标等。可以单机，也可以组成计算机网络（包括局域网和广域网）系统来应用。
（2） 数据输入设备。它用于将各种需要的数据输入计算机，并将摸拟数据转换成数字数据。其他一些专用设备，如数字化仪、扫描仪、解析测图仪、数字摄影测量仪器、数码相机、遥感图象处理系统、机助制图系统、GPS等，均可以通过数字接口与计算机相联接。
（3） 数据存贮设备。主要指存贮数据的磁盘、磁带及光盘驱动器等。
（4） 数据输出设备。它包括图形终端显示设备、绘图机、打印机、磁介质硬拷贝机、可擦写光盘，以及多媒体输出装置等。它们将以图形、图象、文件、报表等不同形式显示数据的分析处理的结果。
（5） 数据通讯传输设备。如果GIS是处于高速信息公路的网络系统中，或处于某些局域网络系统中，还需要架设网络连线、网卡及其它网络专用设施。

由于计算机技术的迅猛发展，硬件的有效生命期较短，设备的淘汰率较高，而且价格昂格，因此对GIS硬件环境的选择，必须根据系统的需求、系统所担负的任务与投资情况，进行系统总体设计，要考虑软、硬件环境整体配套、协调一致。

系统的软件环境

为了实现复杂的空间数据管理功能，GIS需要有与硬件环境相配套的多种软件功能模块。在软件层次上需要有系统软件、基础软件、基本功能软件、应用软件等多层次体系。根据GIS的功能可划分为以下几个子系统： 字串6

计算机系统软件和基础软件

由计算机厂家提供操作系统及各种维护使用手册、说明书等，以及某些基础软件（如C，C++等）。系统软件和基础软件是系统开发的一切软件基础，是GIS日常工作所必备的。 字

数据输入子系统

它通过各种数字化设备（如数字化仪、扫描仪等）将各种已存在的地图数字化，或者通过通讯设备或磁盘、磁带的方式录入遥感数据和其他系统已存在的数据，也包括用其它方式录入的各种统计数据，野外数据和仪器记录的数据。
输入的数据应进行校验，即通过观察、统计分析和逻辑分析，检查数据中存在的错误，并通过适当的编辑方式加以修正。
输入的数据应进行存贮和管理，它包括空间景物的位置，相互间联系以及它们的地理意义（属性）的结构和组合，以及数据格式的选择和转换、数据压缩编码、数据的联接、查询、提取等。对应不同的数据输入、存贮和管理方式，系统都应配备有相应的支持软件。

数据编辑子系统 字串5

GIS应具有较强的图形编辑功能，以便对原始数据输入错误进行编辑和修改。同时还需要进行图形修饰，为图形设计线型、颜色、符号、注记等，并建立拓扑关系，组合复杂地物，输入属性数据等。一般说来，GIS软件应具有以下编辑功能：
（1）图形变换：开窗、放大、缩小、屏幕滚动、拖动等。
（2）图形编辑：删除、增加、剪切、移动、拷贝等。
（3）图形修饰：线型、颜色、符号、注记等。
（4）拓扑关系：结点附合、多边形建立、拓扑检验等。
（5）属性输入：属性联接、数据库实时输入、数据编辑修改等。

空间数据库管理系统 

在GIS中既有空间定位数据，又有说明地理的属性数据。对这两类数据的组织与管理并建立二者联系是至关重要的。为保证GIS有效的工作，保持空间数据的一致性和完整性，需要设计良好的数据库结构和数据组织方法，一般采用数据库技术来完成该项工作。

空间查询与空间分析系统

这是GIS面向应用的一个核心部分，也是GIS区别其它系统（如MIS）的一个重要方面，它应具有以下三方面的功能：
（1）检索查询：包括空间位置查询、属性查询等。
（2）空间分析：能进行地形分析、网络分析、叠置分析、缓冲区分析等。
（3）数学逻辑运算：包括函数运算、自定义函数运算、以及驱动应用模型运算。

GIS通过对空间数据及属性的检索查询、空间分析、数学逻辑运算，可以产生满足应用条件的新数据，从而为统计分析、预测、评价、规划和决策等应用服务。 字串5

数据输出子系统

功能是将检索和分析处理的结果按用户要求输出，其形式可以是地图、表格、图表、文字、图象等表达，也可在屏幕、绘图仪、打印机或磁介质上输出。 字串2

以上六个子 系统是GIS软件系统必备的功能模块。一个优秀的GIS软件系统还应备有较强功能的用户接口模块和适宜的应用分析程序的支持。用户接口模块是保证GIS成 为接收用户指令和程序，实现人－－机交互的窗口，使GIS成为开放式系统。有良好的应用程序的支持，将使GIS的功能得到扩充与延伸，使更具有实用性，这 是用户最为关心的真正用于空间分析的部分