第2章3S技術地理空間基礎

1、第二章第二章 3S3S技術地理空間基礎技術地理空間基礎地圖投影地圖投影地圖簡介地圖簡介空間坐標系空間坐標系2-2 地圖投影地圖投影2-3 地圖簡介地圖簡介2-1 空間坐標系空間坐標系2-1 空間坐標系空間坐標系一一. 空間與地理空間空間與地理空間1. 空間空間： 空間空間(Space) 的概念在不同的學科有不同的解釋。的概念在不同的學科有不同的解釋。l 從物理學的角度看從物理學的角度看：空間是指宇宙在三個相互垂直的方向上：空間是指宇宙在三個相互垂直的方向上所具有的廣延性。所具有的廣延性。l 從天文學角度看從天文學角度看：空間是指時空連續(xù)體系的一部分。：空間是指時空連續(xù)體系的一部分。l 在地理學

2、角度看在地理學角度看：空間指：空間指地理空間地理空間(Geographic Space)，它，它是指物質、能量、信息的是指物質、能量、信息的存在形式存在形式在形態(tài)、結構過程、功能在形態(tài)、結構過程、功能關系上的關系上的分布方式、格局分布方式、格局及其及其在時間上的延續(xù)在時間上的延續(xù)。2-1 空間坐標系空間坐標系一一. 空間與地理空間空間與地理空間l 地理空間是人類賴以生存的地理空間是人類賴以生存的地球表層地球表層具有一定厚度的連續(xù)空具有一定厚度的連續(xù)空間域，它是一個橢球體。間域，它是一個橢球體。l 地理空間涉及到地球上地理空間涉及到地球上大氣圈大氣圈、水圈水圈、生物圈生物圈、巖石圈巖石圈和和土土

3、壤圈壤圈及其交互作用的區(qū)域。及其交互作用的區(qū)域。l 地球上最復雜的物理過程、化學過程和生物過程都發(fā)生在地地球上最復雜的物理過程、化學過程和生物過程都發(fā)生在地理空間中。理空間中。l 地理空間是人類活動頻繁發(fā)生的區(qū)域，是人地關系中最為復地理空間是人類活動頻繁發(fā)生的區(qū)域，是人地關系中最為復雜、緊密的區(qū)域。雜、緊密的區(qū)域。2. 地理空間地理空間：從地理學角度看空間從地理學角度看空間1、地球的形狀與大小、地球的形狀與大小2、地球上的點位描述、地球上的點位描述2-1 空間坐標系空間坐標系核心問題：核心問題：2-1 空間坐標系空間坐標系二二. 地理空間的數(shù)學構建：地理空間的數(shù)學構建：如何建立地球表面的幾何模

4、型如何建立地球表面的幾何模型地球自然表面是一個起伏不平、十分不規(guī)則的表面。地球自然表面是一個起伏不平、十分不規(guī)則的表面。包括海洋底部、高山、平原在內的固體地球表面，難以用一個簡包括海洋底部、高山、平原在內的固體地球表面，難以用一個簡單的數(shù)學式描述。單的數(shù)學式描述。1 1、地球的自然表面：、地球的自然表面：2 2、相對抽象的面，即、相對抽象的面，即大地水準面大地水準面： 假設假設一個當海水處于一個當海水處于完全靜止完全靜止的平衡狀態(tài)時從的平衡狀態(tài)時從平均海平面平均海平面延伸到延伸到所有大陸下部所有大陸下部，而與地球重力方向，而與地球重力方向處處正交處處正交的一個的一個連續(xù)、閉合連續(xù)、閉合的水準的

5、水準面。面。 與重力方向垂直的大地水準面與重力方向垂直的大地水準面不可能不可能是一個十分規(guī)則的表面，且是一個十分規(guī)則的表面，且不不能用能用簡單的數(shù)學公式來表達，大地水準面簡單的數(shù)學公式來表達，大地水準面不能作為不能作為測量成果的測量成果的計算面計算面。地球表面地球表面水準面水準面大地水準面大地水準面鉛垂線鉛垂線地球橢球體地球橢球體2-1 空間坐標系空間坐標系二二. 地理空間的數(shù)學構建：地理空間的數(shù)學構建：如何建立地球表面的幾何模型如何建立地球表面的幾何模型為研究地理空間，需要為研究地理空間，需要對地球表面建立幾何模型對地球表面建立幾何模型，確定地理空間坐標，確定地理空間坐標系，實現(xiàn)對地理空間數(shù)

6、據(jù)的量度和表達。系，實現(xiàn)對地理空間數(shù)據(jù)的量度和表達。2-1 空間坐標系空間坐標系二二. 地理空間的數(shù)學構建：地理空間的數(shù)學構建：如何建立地球表面的幾何模型如何建立地球表面的幾何模型3 3、橢球體模型：、橢球體模型：為了測量成果計算的需要，選用一個同大地體相近的、可以為了測量成果計算的需要，選用一個同大地體相近的、可以用數(shù)學方法用數(shù)學方法來表達的來表達的旋轉橢球旋轉橢球來代替地球來代替地球-地球橢球體地球橢球體。 a bn長半徑：長半徑： a（赤道半徑）（赤道半徑） n短半徑：短半徑： b（極半徑）（極半徑）n扁扁 率：率： f=(a-b)/an第一偏心率：第一偏心率： e2=(a2- b2)/

7、 a2n第二偏心率：第二偏心率： e2=(a2- b2)/ b2 a b2-1 空間坐標系空間坐標系3 3、橢球體模型：、橢球體模型： ( (橢球參數(shù)橢球參數(shù)) ) 1738年法國布格推算出第一個橢球參數(shù)年法國布格推算出第一個橢球參數(shù) 目前比較著名的有目前比較著名的有30多種橢球參數(shù)多種橢球參數(shù)WGS-84WGS-84、北京、北京5454、西安、西安8080坐標系橢球參數(shù)比較表坐標系橢球參數(shù)比較表參數(shù)類型參數(shù)類型WGS-84WGS-84（WGS-84WGS-84橢球橢球）北京北京5454（克拉索夫斯基橢球克拉索夫斯基橢球）西安西安8080（19751975國際橢球國際橢球）長半軸長半軸( (a

8、) )6378137m6378137m6378245m6378245m6378140m6378140m短半軸短半軸( (b) )6356752.3142m6356752.3142m6356863.01877m6356863.01877m6356755.28816m6356755.28816m極曲率半徑極曲率半徑( (c) )6399593.6258m6399593.6258m6399698.90178m6399698.90178m6399596.65199m6399596.65199m第一偏心率第一偏心率( (e) )0.08181919084260.08181919084260.081813

9、334016930.081813334016930.081819221455520.08181922145552第二偏心率第二偏心率( (e) )0.08209443794960.08209443794960.082088521820560.082088521820560.082094468872590.08209446887259扁率扁率( (f) )1/298.2572235631/298.2572235631/298.31/298.31/298.2571/298.2572-1 空間坐標系空間坐標系地球自然表面地球自然表面極不規(guī)則，無法用數(shù)學表面進行描述極不規(guī)則，無法用數(shù)學表面進行描述水準

10、面所包圍的球體水準面所包圍的球體大地水準面所包圍的球體大地水準面所包圍的球體旋轉橢球體旋轉橢球體不規(guī)則性、動態(tài)性、不唯一性不規(guī)則性、動態(tài)性、不唯一性不規(guī)則性、相對唯一性不規(guī)則性、相對唯一性標準數(shù)學曲面標準數(shù)學曲面1952：海福特橢球：海福特橢球1953：克拉索夫斯基橢球：克拉索夫斯基橢球1978：1975年國際橢球年國際橢球2-1 空間坐標系空間坐標系地球模型：三級近似地球模型：三級近似2-1 空間坐標系空間坐標系三三. 坐標系統(tǒng)坐標系統(tǒng)q確定空間位置的參照基準，每個地理空間坐標系統(tǒng)確定空間位置的參照基準，每個地理空間坐標系統(tǒng)都有都有一組與之對應的基本參數(shù)一組與之對應的基本參數(shù)。q分類：分類：

11、n球面坐標系統(tǒng)球面坐標系統(tǒng)經(jīng)緯度，大地坐標系（地理坐標系）經(jīng)緯度，大地坐標系（地理坐標系）n空間直角坐標系統(tǒng)空間直角坐標系統(tǒng)X，Y，Zn平面坐標系統(tǒng)平面坐標系統(tǒng)1、大地坐標系、大地坐標系大地經(jīng)度大地經(jīng)度：地面上：地面上P地地點的大地子點的大地子午面午面NPS與起始大地子午面所構與起始大地子午面所構成的二面角成的二面角L。大地緯度大地緯度：P地地點對于橢球的法線點對于橢球的法線P地地KP P與赤道面的夾角與赤道面的夾角B。大地高大地高：P地地點沿法線到橢球面的點沿法線到橢球面的距離距離h，從橢球面算起，向外為正，從橢球面算起，向外為正，向內為負。向內為負。 2-1 空間坐標系空間坐標系p參心坐標

12、系參心坐標系p地心坐標系地心坐標系hH正正N大地高（大地高（h）：從：從P地地沿法線到橢球沿法線到橢球面的距離。面的距離。正高（正高（H正正）：當：當P地地沿稍彎曲的鉛沿稍彎曲的鉛垂線投影到大地水準面上時，則垂線投影到大地水準面上時，則得到得到P地地點在大地水準面上的投影點在大地水準面上的投影點點P，它們之間沿鉛垂線量的距離。，它們之間沿鉛垂線量的距離。大地水準面差距（大地水準面差距（N）：然后再將：然后再將P點沿法線投影到橢球面上得點沿法線投影到橢球面上得P0點點PP0間的距離。間的距離。1、大地坐標系、大地坐標系2-1 空間坐標系空間坐標系我國的大地坐標系我國的大地坐標系n19541954

13、年北京坐標系年北京坐標系qa a屬參心大地坐標系；屬參心大地坐標系；b b采用克拉索夫斯基橢球的兩個幾何參數(shù)；采用克拉索夫斯基橢球的兩個幾何參數(shù)；c. c. 大地原點在原蘇聯(lián)的普爾科沃；大地原點在原蘇聯(lián)的普爾科沃；d d高程基準為高程基準為 19561956年青島驗潮站求出的黃海平均年青島驗潮站求出的黃海平均海水面；海水面； 2-1 空間坐標系空間坐標系nBJ54BJ54坐標系的缺點：坐標系的缺點：q橢球參數(shù)有較大誤差。與現(xiàn)代精確的橢球參數(shù)相比，長橢球參數(shù)有較大誤差。與現(xiàn)代精確的橢球參數(shù)相比，長半軸約大半軸約大109m109m；q參考橢球面與我國大地水準面存在著自西向東明顯的系參考橢球面與我國

14、大地水準面存在著自西向東明顯的系統(tǒng)性的傾斜，東部地區(qū)大地水準面差距最大統(tǒng)性的傾斜，東部地區(qū)大地水準面差距最大+68m+68m。q定向不明確。橢球短軸的指向不是國際上較普遍采用的定向不明確。橢球短軸的指向不是國際上較普遍采用的國際協(xié)議原點，起始大地子午面也不是國際時間局國際協(xié)議原點，起始大地子午面也不是國際時間局BIHBIH所定義的格林尼治平均天文臺子午面，從而給坐標換算所定義的格林尼治平均天文臺子午面，從而給坐標換算帶來一些不便和誤差。帶來一些不便和誤差。2-1 空間坐標系空間坐標系我國的大地坐標系我國的大地坐標系n19801980年國家大地坐標系年國家大地坐標系q大地原點在我國中部，陜西省涇

15、陽縣永樂鎮(zhèn)；大地原點在我國中部，陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)；q8080坐標系是參心坐標系，橢球短軸坐標系是參心坐標系，橢球短軸Z Z軸平行于地球質心指軸平行于地球質心指向地極方向，大地起始子午面平行于格林尼治平均天文向地極方向，大地起始子午面平行于格林尼治平均天文臺子午面；臺子午面；X X軸在大地起始子午面內與軸在大地起始子午面內與 Z Z軸垂直指向經(jīng)度軸垂直指向經(jīng)度 0 0方向；方向；Y Y軸與軸與 Z Z、X X軸成右手坐標系；軸成右手坐標系；q橢球參數(shù)采用橢球參數(shù)采用IUG 1975IUG 1975年大會推薦的參數(shù)年大會推薦的參數(shù)q大地高程以大地高程以19561956年青島驗潮站求出的黃海平均水

16、面為基年青島驗潮站求出的黃海平均水面為基準準2-1 空間坐標系空間坐標系我國的大地坐標系我國的大地坐標系n20002000國家大地坐標系國家大地坐標系q20002000國家大地坐標系是全球地心坐標系在我國的具體體國家大地坐標系是全球地心坐標系在我國的具體體現(xiàn)，其原點為包括海洋和大氣的整個地球的質量中心?，F(xiàn)，其原點為包括海洋和大氣的整個地球的質量中心。q20002000國家大地坐標系與現(xiàn)行國家大地坐標系轉換、銜接國家大地坐標系與現(xiàn)行國家大地坐標系轉換、銜接的過渡期為的過渡期為8 8至至1010年。年。n現(xiàn)有各類測繪成果，在過渡期內可沿用現(xiàn)行國家大地坐標現(xiàn)有各類測繪成果，在過渡期內可沿用現(xiàn)行國家大

17、地坐標系；系；20082008年年7 7月月1 1日后新生產的各類測繪成果應采用日后新生產的各類測繪成果應采用20002000國國家大地坐標系。家大地坐標系。n現(xiàn)有各類地理信息系統(tǒng)，在過渡期內應逐步轉換到現(xiàn)有各類地理信息系統(tǒng)，在過渡期內應逐步轉換到20002000國國家大地坐標系；家大地坐標系；20082008年年7 7月月1 1日后新建設的地理信息系統(tǒng)應日后新建設的地理信息系統(tǒng)應采用采用20002000國家大地坐標系。國家大地坐標系。 2-1 空間坐標系空間坐標系我國的大地坐標系我國的大地坐標系WGS-84世界大地坐標系世界大地坐標系nWGS-84WGS-84坐標系是一個協(xié)議地球參考系坐標系

18、是一個協(xié)議地球參考系CTSCTS（Conventional Conventional Terrestrial SystemTerrestrial System）, ,其原點是地球的質心，其原點是地球的質心，Z Z軸指向軸指向BIH1984.0BIH1984.0定義的協(xié)議地球極定義的協(xié)議地球極CTPCTP（Conventional Conventional Terrestrial PoleTerrestrial Pole）方向，）方向，X X軸指向軸指向BIH1984.0BIH1984.0零度子午面和零度子午面和CTPCTP赤道的交點，赤道的交點，Y Y軸和軸和Z Z、X X軸構成右手坐標系。軸

19、構成右手坐標系。nWGS-84WGS-84橢球采用國際大地測量與地球物理聯(lián)合會第橢球采用國際大地測量與地球物理聯(lián)合會第1717屆大會屆大會大地測量常數(shù)推薦值。大地測量常數(shù)推薦值。n自自19871987年年1 1月月1010日之后，日之后，GPSGPS衛(wèi)星星歷均采用衛(wèi)星星歷均采用WGS-84WGS-84坐標系統(tǒng)。坐標系統(tǒng)。因此因此GPSGPS網(wǎng)的測站坐標及測站之間的坐標差均屬于網(wǎng)的測站坐標及測站之間的坐標差均屬于WGS-84WGS-84系系統(tǒng)。為了求得統(tǒng)。為了求得GPSGPS測站點在地面坐標系（屬于參心坐標系）測站點在地面坐標系（屬于參心坐標系）中的坐標，就必須進行坐標系的轉換。中的坐標，就必須

20、進行坐標系的轉換。2-1 空間坐標系空間坐標系20n原點原點O與地球質心（或參考橢與地球質心（或參考橢球球心）重合，球球心）重合，Z軸指向地球軸指向地球北極北極(地球旋轉軸與地球表面或地球旋轉軸與地球表面或地球橢球面的交點地球橢球面的交點)，X軸為軸為O點指向過英國格林尼治的起始點指向過英國格林尼治的起始子午面與地球橢球赤道的交點子午面與地球橢球赤道的交點E，Y軸垂直于軸垂直于XOZ平面且平面且X、Y、Z軸構成右手坐標系。軸構成右手坐標系。2-1 空間坐標系空間坐標系2、空間直角坐標系、空間直角坐標系2-1 空間坐標系空間坐標系nGIS中的空間數(shù)據(jù)是地球表層的數(shù)據(jù)中的空間數(shù)據(jù)是地球表層的數(shù)據(jù)，

21、地球表面是一，地球表面是一個橢圓球面，由于球面坐標難以計算距離、方向、個橢圓球面，由于球面坐標難以計算距離、方向、面積等參數(shù)，需將球面坐標轉換成平面坐標，形成面積等參數(shù)，需將球面坐標轉換成平面坐標，形成平面直角坐標。平面直角坐標。3、平面直角坐標系、平面直角坐標系0XY22n位于地球表層、地面、大氣層的物位于地球表層、地面、大氣層的物體與對象，隨地球的連續(xù)自轉而同體與對象，隨地球的連續(xù)自轉而同步運動，一般建立隨地球自轉而同步運動，一般建立隨地球自轉而同步運動的步運動的地球坐標系地球坐標系來描述；來描述；nGPS、RS涉及到人造衛(wèi)星，而衛(wèi)涉及到人造衛(wèi)星，而衛(wèi)星的運動軌跡與地球的自轉無關，星的運動

22、軌跡與地球的自轉無關，通常建立與地球自轉無關的通常建立與地球自轉無關的天球坐天球坐標系標系來描述；來描述；2-1 空間坐標系空間坐標系天球坐標系統(tǒng)天球坐標系統(tǒng)3S研究與處理的對象，位于地理空間，包括地表面、研究與處理的對象，位于地理空間，包括地表面、地表層，也包括大氣層與太空?？臻g信息技術涉及空間對地表層，也包括大氣層與太空?？臻g信息技術涉及空間對象在地球外層與太空時。也需要建立相應的空間參考系統(tǒng)。象在地球外層與太空時。也需要建立相應的空間參考系統(tǒng)。u天球天球：指以地球質心為中心，半徑：指以地球質心為中心，半徑r為任意長度的一個假想為任意長度的一個假想球體。為建立球面坐標系統(tǒng)，必須確定球面上的

23、一些參考球體。為建立球面坐標系統(tǒng)，必須確定球面上的一些參考點、線、面和圈。點、線、面和圈。u 天軸與天極天軸與天極：地球自轉軸的延伸直線為天軸，天軸與天球：地球自轉軸的延伸直線為天軸，天軸與天球的交點的交點Pn(北天極北天極)Ps(南天極南天極)稱為天極。稱為天極。u 天球赤道面與天球赤道天球赤道面與天球赤道：通過地球質心與天軸垂直的平面：通過地球質心與天軸垂直的平面為天球赤道面，該面與天球相交的大圓為天球赤道。為天球赤道面，該面與天球相交的大圓為天球赤道。u 天球子午面與天球子午圈天球子午面與天球子午圈：包含天軸并經(jīng)過地球上任一點：包含天軸并經(jīng)過地球上任一點的平面為天球子午面，該面與天球相交

24、的大圓為天球子午的平面為天球子午面，該面與天球相交的大圓為天球子午圈。圈。2-1 空間坐標系空間坐標系天球坐標系統(tǒng)天球坐標系統(tǒng)幾個概念：幾個概念：u時圈時圈：通過天軸的平面與天球相交的半個大圓。：通過天軸的平面與天球相交的半個大圓。u黃道黃道：地球公轉的軌道面與天球相交的大圓，即當?shù)厍颍旱厍蚬D的軌道面與天球相交的大圓，即當?shù)厍蚶@太陽公轉時，地球上的觀測者所見到的太陽在天球上繞太陽公轉時，地球上的觀測者所見到的太陽在天球上的運動軌跡。黃道面與赤道面的夾角稱為黃赤交角，約的運動軌跡。黃道面與赤道面的夾角稱為黃赤交角，約23.5。u黃極黃極:通過天球中心，垂直于黃道面的直線與天球的交點。通過天球中

25、心，垂直于黃道面的直線與天球的交點。靠近北天極的交點靠近北天極的交點 n稱北黃極，靠近南天極的交點稱北黃極，靠近南天極的交點 s稱稱南黃極。南黃極。u春分點春分點：當太陽在黃道上從天球南半球向北半球運行時，：當太陽在黃道上從天球南半球向北半球運行時，黃道與天球赤道的交點黃道與天球赤道的交點 。2-1 空間坐標系空間坐標系天球坐標系統(tǒng)天球坐標系統(tǒng)n北天極北天極s南天極南天極n北黃極北黃極n南黃極南黃極 M黃黃道道天天球球天球赤道天球赤道天天軸軸 在天球坐標系中，天體在天球坐標系中，天體S的空間位置，可用天球空間直的空間位置，可用天球空間直角坐標系或天球球面坐標系兩種方式來描述角坐標系或天球球面坐

26、標系兩種方式來描述 。天球空間直角坐標系天球空間直角坐標系的定義：原點位于地球的質心，的定義：原點位于地球的質心，z軸指向天球的北極軸指向天球的北極Pn，x軸指向春分點軸指向春分點 ，y軸與軸與x、z軸軸構成右手坐標系。構成右手坐標系。天球球面坐標系天球球面坐標系的定義：原點位于地球的質心，赤經(jīng)的定義：原點位于地球的質心，赤經(jīng) 為含天軸和春分點的天球子午面與經(jīng)過天體為含天軸和春分點的天球子午面與經(jīng)過天體s的天球子的天球子午面之間的交角，赤緯午面之間的交角，赤緯 為原點至天體的連線與天球赤為原點至天體的連線與天球赤道面的夾角，向徑道面的夾角，向徑r為原點至天體的距離為原點至天體的距離。2-1 空

27、間坐標系空間坐標系天球坐標系統(tǒng)天球坐標系統(tǒng)天球空間直角坐標系：天球空間直角坐標系： S（x， y，z）z（n）x（）ySM天球球面坐標系：天球球面坐標系： S（ ，r ）ynzxSr M2-1 空間坐標系空間坐標系天球坐標系統(tǒng)天球坐標系統(tǒng)28n由于地球不是均質標準橢球體，以及日、月等對地球的引力由于地球不是均質標準橢球體，以及日、月等對地球的引力作用，使得地球的旋轉軸作用，使得地球的旋轉軸(地軸地軸)產生抖動與進動，即地軸產生抖動與進動，即地軸(天天球直角坐標系球直角坐標系Z軸軸)的方向不是固定不變的。再者，日、月和的方向不是固定不變的。再者，日、月和恒星引力對地球繞日運動的攝動，使得黃道平面

28、產生變化；恒星引力對地球繞日運動的攝動，使得黃道平面產生變化；再加上地軸方向變化使得與地軸垂直的赤道面產生傾斜，導再加上地軸方向變化使得與地軸垂直的赤道面產生傾斜，導致黃道與赤道相交的春分點也發(fā)生變化。地軸方向與春分點致黃道與赤道相交的春分點也發(fā)生變化。地軸方向與春分點的變化是十分復雜的，一般分為長期變化的變化是十分復雜的，一般分為長期變化(稱為稱為歲差歲差)和短周和短周期變化期變化(稱為稱為章動章動)。歲差與章動使得。歲差與章動使得天軸坐標系不是固定的，天軸坐標系不是固定的，實際計算中，需要考慮歲差與章動的影響。實際計算中，需要考慮歲差與章動的影響。 2-1 空間坐標系空間坐標系天球坐標系統(tǒng)

29、天球坐標系統(tǒng)2-2 地圖投影地圖投影2-3 地圖簡介地圖簡介2-1 空間坐標系空間坐標系2.2 地圖投影地圖投影直接建立在球體上的直接建立在球體上的地理坐標，用經(jīng)度和緯度表達地理對象位置建立在平面上建立在平面上的的直角坐標系統(tǒng)，用（x，y）表達地理對象位置地圖投影地圖投影1. 什么是地圖投影？什么是地圖投影？2. 怎樣進行地圖投影？怎樣進行地圖投影？3. 有哪些地圖投影？有哪些地圖投影？4. 如何選擇合適的地圖投影？如何選擇合適的地圖投影？5. 我國常用的地圖投影有哪些？我國常用的地圖投影有哪些？6. 地圖投影與地圖投影與GIS的關系。的關系。2-2 地圖投影地圖投影地圖投影地圖投影：將地球橢

30、球面上的點映射到平面上的方法。：將地球橢球面上的點映射到平面上的方法。2.2 地圖投影地圖投影1. 什么是地圖投影？什么是地圖投影？ 地球橢球面上的點的地球橢球面上的點的地理坐標地理坐標（，） 平面上對應點的平面上對應點的平面直角坐標平面直角坐標（x，y） 建立函數(shù)關系：建立函數(shù)關系： ),(),(21fyfx2.2 地圖投影地圖投影2、怎樣進行地圖投影？、怎樣進行地圖投影？投影面投影面地球地球2.2 地圖投影地圖投影2、怎樣進行地圖投影？、怎樣進行地圖投影？ 問題？1. 按按投影面投影面的的形狀形狀分類分類2. 按按投影面投影面的的位置位置分類分類3. 按按投影投影變形變形分類分類2.2 地

31、圖投影地圖投影3、有哪些地圖投影有哪些地圖投影？（1 1）按投影面按投影面形狀形狀分類分類2.2 地圖投影地圖投影3、有哪些地圖投影有哪些地圖投影？投影面投影面地球地球投影面投影面地球地球（1 1）按投影面按投影面形狀形狀分類分類2.2 地圖投影地圖投影3、有哪些地圖投影有哪些地圖投影？圓柱投影圓柱投影圓錐投影圓錐投影方位投影方位投影3、有哪些地圖投影有哪些地圖投影？（1 1）按投影面按投影面形狀形狀分類分類2.2 地圖投影地圖投影（2 2）按投影面按投影面位置位置分類分類正軸投影正軸投影：投影面中心軸與地軸相互：投影面中心軸與地軸相互重合重合橫軸投影橫軸投影：投影面中心軸與地軸相互：投影面中

32、心軸與地軸相互垂直垂直斜軸投影斜軸投影：投影面中心軸與地軸斜向：投影面中心軸與地軸斜向相交相交2.2 地圖投影地圖投影3、有哪些地圖投影有哪些地圖投影？投投影影面面形形狀狀投影面位置投影面位置2.2 地圖投影地圖投影（3 3）按投影按投影變形變形分類分類3、有哪些地圖投影有哪些地圖投影？2.2 地圖投影地圖投影等角投影等角投影：投影前后角度不變：投影前后角度不變等積投影等積投影：投影前后面積不變：投影前后面積不變等距投影等距投影：沿某一特定方向上的距離不變：沿某一特定方向上的距離不變幾何幾何：平面、圓柱、圓錐：平面、圓柱、圓錐非幾何（數(shù)學解析法）非幾何（數(shù)學解析法）：偽圓柱、偽圓錐、多圓錐：偽

33、圓柱、偽圓錐、多圓錐2.2 地圖投影地圖投影3、有哪些地圖投影有哪些地圖投影？地圖投影地圖投影變形規(guī)律變形規(guī)律構成方式構成方式幾何投影幾何投影非幾何投影非幾何投影方位投影方位投影圓柱投影圓柱投影偽圓錐投影偽圓錐投影圓錐投影圓錐投影多圓錐投影多圓錐投影為圓柱投影為圓柱投影偽方位投影偽方位投影等積投影等積投影等角投影等角投影任意投影任意投影2.2 地圖投影地圖投影 問題？問題？如何選擇地圖投影如何選擇地圖投影?2-2 地圖投影地圖投影n制圖區(qū)域的地理位置、形狀和范圍制圖區(qū)域的地理位置、形狀和范圍n制圖比例尺制圖比例尺n地圖內容地圖內容n出版方式出版方式 隨區(qū)域徑緯度不同、地圖比例尺不同、及地圖用途

34、不隨區(qū)域徑緯度不同、地圖比例尺不同、及地圖用途不同，地圖投影方法也不同，現(xiàn)有地圖投影方法共有同，地圖投影方法也不同，現(xiàn)有地圖投影方法共有200多多種。但常用的也就種。但常用的也就20多種。多種。4、如何選擇合適的地圖投影如何選擇合適的地圖投影？2-2 地圖投影地圖投影n各國家的地理信息系統(tǒng)投影各國家的地理信息系統(tǒng)投影-與該國基本地圖系列所用的投影系與該國基本地圖系列所用的投影系統(tǒng)一致；統(tǒng)一致；n各比例尺各比例尺GIS投影投影-與相應比例尺的主要信息源地圖所用的投影與相應比例尺的主要信息源地圖所用的投影一致；一致；n各地區(qū)各地區(qū)GIS投影投影-與所在區(qū)域適用的投影一致；與所在區(qū)域適用的投影一致；

35、n所用投影以所用投影以等角投影等角投影為宜。（形狀不失真）為宜。（形狀不失真）n各種地理信息系統(tǒng)一般以一種或兩種（至多三種）投影系統(tǒng)為其各種地理信息系統(tǒng)一般以一種或兩種（至多三種）投影系統(tǒng)為其投影坐標系統(tǒng)，以投影坐標系統(tǒng)，以保證地理定位框架的統(tǒng)一保證地理定位框架的統(tǒng)一。4、如何選擇合適的地圖投影如何選擇合適的地圖投影？地圖投影的選擇因素地圖投影的選擇因素n1：50萬、萬、1：25萬、萬、1：10萬、萬、1：5萬、萬、1：2.5萬、萬、1:1萬萬 采用采用高斯高斯克呂格投影（橫軸等角切橢圓柱投影）克呂格投影（橫軸等角切橢圓柱投影）n1：100萬：萬：蘭勃特蘭勃特Lambert投影投影（正軸等角割

36、圓錐投影）（正軸等角割圓錐投影）n大部分省區(qū)圖、大多數(shù)同級比例尺也采用大部分省區(qū)圖、大多數(shù)同級比例尺也采用蘭勃特蘭勃特投影投影2-2 地圖投影地圖投影5、我國常用的地圖投影有哪些我國常用的地圖投影有哪些？l高斯高斯克呂格投影是克呂格投影是橫軸等角切橢圓柱投影橫軸等角切橢圓柱投影。是由高斯于。是由高斯于19世世紀紀20年代擬定，后經(jīng)克呂格補充而形成的一種地圖投影方式。年代擬定，后經(jīng)克呂格補充而形成的一種地圖投影方式。l它以它以橢圓柱橢圓柱作為投影面，使地球橢球體的作為投影面，使地球橢球體的某一條某一條經(jīng)線經(jīng)線與橢圓柱與橢圓柱相切，然后按照等角條件，將中央經(jīng)線相切，然后按照等角條件，將中央經(jīng)線東西

37、兩側各一定范圍內東西兩側各一定范圍內的地區(qū)投影到橢圓柱面上，再將其展成平面而得。的地區(qū)投影到橢圓柱面上，再將其展成平面而得。2-2 地圖投影地圖投影高斯克呂格投影高斯克呂格投影2-2 地圖投影地圖投影2-2 地圖投影地圖投影2-2 地圖投影地圖投影 這種投影是將一圓錐面套在地球橢球外面，將地球表這種投影是將一圓錐面套在地球橢球外面，將地球表面上的要素投影到圓錐面上，然后將圓錐面沿某一母線面上的要素投影到圓錐面上，然后將圓錐面沿某一母線（經(jīng)線）展開，即獲得（經(jīng)線）展開，即獲得Lambert投影。投影。這種投影中，經(jīng)線為交于一點的直線束，這種投影中，經(jīng)線為交于一點的直線束，緯線為同心圓圓弧，圓心即

38、直線束的交緯線為同心圓圓弧，圓心即直線束的交點點經(jīng)線呈輻射狀，為縱向直線，緯線近經(jīng)線呈輻射狀，為縱向直線，緯線近似于弧形，與經(jīng)線正交似于弧形，與經(jīng)線正交適用于適用于1 1：100100萬（包括萬（包括1 1：100100萬）以上萬）以上地形圖地形圖蘭勃特（蘭勃特（Lambert）投影）投影474725252-2 地圖投影地圖投影2-3 地圖簡介地圖簡介2-1 空間坐標系空間坐標系2-3 地圖簡介地圖簡介n地圖是地圖是“地球表面全部或某部分地球表面全部或某部分選定特征選定特征在平面上的在平面上的圖形表達圖形表達”。n地圖是地球表面的地圖是地球表面的符號化符號化模型，是模型，是空間信息可視化空間信

39、息可視化的的最主要方式。最主要方式。1. 基本概念基本概念-地圖地圖2-3 地圖簡介地圖簡介n由于地圖在由于地圖在GIS中特殊的地位和作用，在中特殊的地位和作用，在GIS發(fā)展的歷發(fā)展的歷程中，早期的程中，早期的GIS產品常帶有地圖制圖色彩。產品常帶有地圖制圖色彩。n實際上，地圖既是實際上，地圖既是GIS輸入數(shù)據(jù)源，又是輸入數(shù)據(jù)源，又是GIS的主要輸?shù)闹饕敵鲂问?。出形式。n計算機地圖制圖計算機地圖制圖的發(fā)展孕育了的發(fā)展孕育了GIS的誕生，而的誕生，而GIS的發(fā)的發(fā)展又推動著計算機地圖制圖水平的迅速提高和進一步發(fā)展又推動著計算機地圖制圖水平的迅速提高和進一步發(fā)展，兩者之間相互聯(lián)系，相互促進。展，

40、兩者之間相互聯(lián)系，相互促進。1. 基本概念基本概念-GIS與地圖與地圖2-3 地圖簡介地圖簡介n地圖比例尺反映了制圖區(qū)域和地圖的比例關系；地圖比例尺反映了制圖區(qū)域和地圖的比例關系；n比例尺比例尺：是圖上長度與相應地面長度的比例；：是圖上長度與相應地面長度的比例；n比例尺表明了地圖數(shù)據(jù)的詳細（精確）程度；比例尺表明了地圖數(shù)據(jù)的詳細（精確）程度；1. 基本概念基本概念-地圖比例尺地圖比例尺比例尺的幾種表示方法：比例尺的幾種表示方法：n數(shù)字比例尺：數(shù)字比例尺：1：1000000；n文字比例尺：地圖上文字比例尺：地圖上1mm等于實地等于實地1km；n圖解比例尺或直線比例尺；圖解比例尺或直線比例尺；2-

41、3 地圖簡介地圖簡介n大比例尺：大比例尺：1:5001:10萬萬n中比例尺：中比例尺：1:10萬萬1:100萬萬n小比例尺：小比例尺： 1:100萬萬n標準比例尺：標準比例尺： 1:100萬萬, 1:50萬萬,1:25萬萬,1:10萬萬,1:5萬萬,1:2.5萬萬,1:1萬萬1. 基本概念基本概念-地圖比例尺地圖比例尺我國地圖比例尺分級系統(tǒng)：我國地圖比例尺分級系統(tǒng)：這幅地圖的比例尺這幅地圖的比例尺=10cm:1000m=1:10000地理信息系統(tǒng)概論地理信息系統(tǒng)概論1：25萬萬市區(qū)市區(qū)1：1萬萬1：2000各種比例尺地圖各種比例尺地圖2-3 地圖簡介地圖簡介2-3 地圖簡介地圖簡介 地圖按內容

42、分類可分為：地圖按內容分類可分為：n普通地圖普通地圖： 是以相對均衡的詳細程度表示制圖區(qū)域內各種自然和社會經(jīng)濟現(xiàn)是以相對均衡的詳細程度表示制圖區(qū)域內各種自然和社會經(jīng)濟現(xiàn)象的地圖。其基本內容有水系、地貌、土質植被、居民地、交通象的地圖。其基本內容有水系、地貌、土質植被、居民地、交通線、境界等六大地理要素。如平面圖、地形圖等。線、境界等六大地理要素。如平面圖、地形圖等。n專題地圖專題地圖： 專題地圖是在普通地圖的基礎上，突出表示一種或多種自然專題地圖是在普通地圖的基礎上，突出表示一種或多種自然或社會經(jīng)濟現(xiàn)象的地圖。如或社會經(jīng)濟現(xiàn)象的地圖。如人口分布圖人口分布圖、雨量分布圖、地貌圖、雨量分布圖、地貌

43、圖、鳥類遷徙圖。鳥類遷徙圖。2. 地圖的分類地圖的分類-按內容分類按內容分類2-3 地圖簡介地圖簡介2. 地圖的分類地圖的分類-按內容分類按內容分類普通地圖普通地圖專題地圖專題地圖2-3 地圖簡介地圖簡介 地圖的比例尺是描述地理實體的空間尺度，可分大、地圖的比例尺是描述地理實體的空間尺度，可分大、中、小三大類：中、小三大類：n大比例尺大比例尺：指比例尺大于：指比例尺大于1:10萬的地圖；萬的地圖；n中比例尺中比例尺：指比例尺在：指比例尺在1:10萬到萬到1:100萬的地圖；萬的地圖；n小比例尺小比例尺：指比例尺小于：指比例尺小于1:100萬的地圖。萬的地圖。2. 地圖的分類地圖的分類-按比例尺分類按比例尺分類2-3 地圖簡介地圖簡介2. 地圖的分類地圖的分類-按比例尺分類按比例尺分類 在地圖中，不同比例尺的地圖，對不同空間尺度的地在地圖中，不同比例尺的地圖，對不同空間尺度的地理實體，可用不同圖素表示。（地圖概括）理實體，可用不同圖素表示。（地圖概括）小比例尺：小比例尺：大比例尺：大比例尺：1:5000city1:500river1:20000riverc