地理信息系統(tǒng)高級(jí)教程3

地理信息系統(tǒng)高級(jí)教程

徐偉銘

觀察和認(rèn)知信息選擇、綜合、簡化和抽象空間事物或現(xiàn)象概念模型ConceptialModel邏輯數(shù)據(jù)模型LogicalDataModel編碼、表達(dá)、建立空間關(guān)系物理數(shù)據(jù)模型PhysicalDataModel以數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行組織概念世界最高層數(shù)據(jù)世界（計(jì)算機(jī)）中間層空間數(shù)據(jù)庫最底層現(xiàn)實(shí)世界空間數(shù)據(jù)模型概念模型邏輯模型物理模型場/域模型對(duì)象模型矢量模型柵格模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2D模型3D模型4D模型（時(shí)空數(shù)據(jù)模型）層次維度第三講地理空間數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)的類型地理空間數(shù)據(jù)的類型地理空間數(shù)據(jù)的生產(chǎn)地理空間數(shù)據(jù)的質(zhì)量數(shù)據(jù)分類按記錄介質(zhì)按記錄符號(hào)按數(shù)據(jù)來源按數(shù)據(jù)內(nèi)容紙質(zhì)數(shù)據(jù)電子數(shù)據(jù)文本表格數(shù)據(jù)圖像圖形數(shù)據(jù)音頻視頻數(shù)據(jù)歷史文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測量遙感數(shù)據(jù)人口數(shù)據(jù)法人數(shù)據(jù)自然資源數(shù)據(jù)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)磁帶數(shù)據(jù)磁盤數(shù)據(jù)光盤數(shù)據(jù)點(diǎn)：通常為矢量格式線：通常為矢量格式區(qū)體名稱標(biāo)度等級(jí)標(biāo)度區(qū)間標(biāo)度比率標(biāo)度地理變量數(shù)據(jù)地理實(shí)體數(shù)據(jù)地理空間數(shù)據(jù)類型按變量的標(biāo)度按數(shù)據(jù)集形式矢量柵格點(diǎn)格式線格式區(qū)格式矢量柵格三維矢量三維柵格數(shù)據(jù)的標(biāo)度名稱標(biāo)度（Nominal）順序標(biāo)度（Ordinal）區(qū)間標(biāo)度（Interval）比率標(biāo)度（Ratio）名稱標(biāo)度：標(biāo)識(shí)、命名定性標(biāo)度，不能進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算，也稱為類型測量尺度。它只對(duì)特定現(xiàn)象進(jìn)行標(biāo)識(shí)，賦予一定的數(shù)值（但是這些數(shù)值之間無數(shù)量關(guān)系）或符號(hào)而不定量描述。該數(shù)據(jù)的邏輯運(yùn)算只有“等于”或“不等于”兩種形式，而其近似均值只能使用眾數(shù)。實(shí)例：土地利用類型、植被類型或巖石類型。等級(jí)標(biāo)度：等級(jí)或順序排列半定量標(biāo)度，線性坐標(biāo)上不按值的大小，而是按順序排列的數(shù)，是基于對(duì)現(xiàn)象進(jìn)行排序來標(biāo)識(shí)的測量尺度。該數(shù)據(jù)的邏輯運(yùn)算除了“等于”與“不等于”之外，還可以比較它們的大小，即“大于”或“小于”。由于不同次序之間的間隔大小可以不同，故不能進(jìn)行加、減、乘、除等算術(shù)運(yùn)算。實(shí)例：自然災(zāi)害的等級(jí)或發(fā)生的危險(xiǎn)程度，山峰按高度的分級(jí)（極高山、高山、中山、低山和丘陵），坡度分級(jí)（陡坡、中坡、緩坡）。區(qū)間標(biāo)度：相對(duì)定量標(biāo)度(無絕對(duì)零點(diǎn))

不參照某個(gè)固定點(diǎn)，而是按間隔表示相對(duì)位置的數(shù)（零值往往系人為規(guī)定）。按間隔量測的值相互之間可以比較大小，并且它們之間的差值大小是有意義的。實(shí)例：溫度，時(shí)刻。比率標(biāo)度：絕對(duì)定量標(biāo)度(有絕對(duì)零點(diǎn))

比例測量尺度的測量值，具有真零值且測量單位是等間隔的，該數(shù)據(jù)支持加、減、乘、除等多種算術(shù)運(yùn)算。實(shí)例：降雨量、人口密度。

地理變量類型矢量模型柵格模型點(diǎn)格式線格式區(qū)格式名稱標(biāo)度順序標(biāo)度區(qū)間標(biāo)度比率標(biāo)度地圖數(shù)據(jù)的生產(chǎn)遙感影像數(shù)據(jù)的生產(chǎn)建立大地坐標(biāo)系建立平面坐標(biāo)系獲取地理對(duì)象的空間位置與屬性轉(zhuǎn)繪成圖地圖整飾出版發(fā)布建立地球參考橢球體建立地球表面局部與地球參考橢球體表面之間的關(guān)系地球表面的形態(tài)地球表面水準(zhǔn)面大地水準(zhǔn)面鉛垂線地球橢球面地球模型地球模型：三級(jí)近似地球自然表面極不規(guī)則，無法用數(shù)學(xué)表面進(jìn)行描述水準(zhǔn)面所包圍的球體大地水準(zhǔn)面所包圍的球體旋轉(zhuǎn)橢球體不規(guī)則性、動(dòng)態(tài)性、不唯一性不規(guī)則性、相對(duì)唯一性標(biāo)準(zhǔn)數(shù)學(xué)曲面1906：海福特橢球1940：克拉索夫斯基橢球1978：1975年國際橢球旋轉(zhuǎn)軸橢圓的第二偏心率：

橢圓的長半軸：a橢圓的短半軸：b橢圓的扁率：

橢圓的第一偏心率：

橢球體名稱年代長半軸（米）扁率分母備注克拉克(Clarke)18806378249293.5海福特(Hayford)19106378388297克拉索夫斯基19406378245298.31975國際橢球（16屆IUGG會(huì)議）19756378140298.2571975年國際第三個(gè)推薦值WGS-84橢球19846378137298.25722GPS定位系統(tǒng)2000國家大地坐標(biāo)系（CGCS2000）橢球20006378137298.257222101中國

中國在1952年以前采用海福特（Hayford）橢球體，從1953-1980年采用克拉索夫斯基橢球體，自1980年開始采用GRS（1975）新參考橢球體系。

一個(gè)國家或地區(qū)在建立大地坐標(biāo)系時(shí)，為使地球橢球面更切合本國或本地區(qū)的自然地球表面，往往需要選擇合適的橢球參數(shù)、確定一個(gè)大地原點(diǎn)的起始數(shù)據(jù)，并進(jìn)行橢球的定位(大地原點(diǎn)）和定向（由此得到基準(zhǔn)面）。地圖投影采用地圖投影的原因地圖投影的類型高斯-克呂格投影中國的地形圖分幅地理坐標(biāo)系地理坐標(biāo)系以地理極(北極、南極)為極點(diǎn)。通過P點(diǎn)作橢球面的垂線，稱之為過P點(diǎn)的法線。法線與赤道面的交角，叫做P點(diǎn)的緯度φ．過P點(diǎn)的子午面與通過英國格林尼治天文臺(tái)的子午面所夾的二面角，叫做P點(diǎn)的經(jīng)度λ．球面向平面（地理坐標(biāo)向平面坐標(biāo)）的轉(zhuǎn)換直接建立在球體上的地理坐標(biāo)，用經(jīng)度和緯度表達(dá)地理對(duì)象位置建立在平面上的直角坐標(biāo)系統(tǒng)，用（x，y）表達(dá)地理對(duì)象位置投影如何把不可展曲面上的地理對(duì)象展繪在平面圖紙上，使其能表示連續(xù)的地理對(duì)象？地圖投影地圖投影（mapprojection）的實(shí)質(zhì)就是按照一定的數(shù)學(xué)法則，將地球橢球面上的經(jīng)緯網(wǎng)轉(zhuǎn)換到平面上，建立地面點(diǎn)位的地理坐標(biāo)（B,L）與地圖上相對(duì)應(yīng)的平面直角坐標(biāo)（X,Y）之間一一對(duì)應(yīng)的函數(shù)關(guān)系，所以它是在地球表面與投影面之間的映射關(guān)系，這種關(guān)系可以表示為投影公式?？臻g直角坐標(biāo)系統(tǒng)1954北京空間直角坐標(biāo)系參考橢球：Krassovsky橢球大地原點(diǎn)：前蘇聯(lián)普爾科沃天文臺(tái)Z軸：平行于地球質(zhì)心指向地極原點(diǎn)JYD1968的方向X軸：在大地起始子午面內(nèi)與Z軸垂直指向經(jīng)度0方向Y軸：與Z、X軸構(gòu)成右手直角坐標(biāo)系ZXY地球質(zhì)心赤道空間直角坐標(biāo)系統(tǒng)1980西安空間直角坐標(biāo)系參考橢球：1975國際橢球大地原點(diǎn)：陜西涇陽縣永樂鎮(zhèn)Z軸：平行于地球質(zhì)心指向地極原點(diǎn)JYD1968的方向X軸：在大地起始子午面內(nèi)與Z軸垂直指向經(jīng)度0方向Y軸：與Z、X軸構(gòu)成右手直角坐標(biāo)系ZXY地球質(zhì)心赤道JYD1968投影變形地圖投影的變形，通常有：長度變形面積變形角度變形不同的地圖投影適應(yīng)不同的應(yīng)用目的。在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)使用地圖的目的，選擇適當(dāng)?shù)牡貓D投影是建立地理信息系統(tǒng)必須考慮的基本問題之一。

按投影面按投影面與球面的關(guān)系按變形性質(zhì)方位投影圓柱投影圓錐投影正軸（切、割）投影橫軸（切、割）投影斜軸（切、割）投影等角投影等積投影等距投影地圖投影分類地圖類型所用投影主要技術(shù)參數(shù)中國全圖斜軸等面積方位投影斜軸等角方位投影投影中心：j=27°30′λ=+105°或j=30°30′λ=+105°或j=35°00′λ=+105°中國全圖（南海諸島做插曲圖）正軸等面積割圓錐投影（Lambert投影）標(biāo)準(zhǔn)緯線：j1=25°00′，j2=47°00′中國分?。▍^(qū)）地圖（海南省除外）正軸等角割圓錐投影正軸等面積割圓錐投影各?。▍^(qū)）圖分別采用各自標(biāo)準(zhǔn)緯線中國分?。▍^(qū)）地圖（海南?。┱S等角圓柱投影國家基本比例尺地形圖系列1:100萬正軸等角割圓錐投影按國際統(tǒng)一4°×6°分幅，標(biāo)準(zhǔn)緯線：j1＝j(luò)s+35′j2＝j(luò)n+35′國家基本比例尺地形圖系列1:5萬～1:50萬高斯一克呂格投影（6°分帶）投影帶號(hào)（N）：13～23中央經(jīng)線：λ0=(6N-3)°國家基本比例尺地形圖系列1:5000～1:2.5萬高斯一克呂格投影（3°分帶）投影帶號(hào)（N）：24～46中央經(jīng)線：λ0=(3N)°城市圖系列（1:500～1:5000）城市平面局域投影或城市局部坐標(biāo)的高斯投影

空間參考空間參考是橢球、使用該橢球的基準(zhǔn)面、地心/地理/投影坐標(biāo)系統(tǒng)的組合。在EuropeanPetroleumSurveyGroup(EPSG)中預(yù)定義了一系列空間參考（定義參數(shù)），使用唯一的ID來引用，例如：EPSG:4326（，該站還包括4362個(gè)EPSG空間參考；447個(gè)ESRI空間參考；2380IAU2000空間參考；1005個(gè)spatial的空間參考）

EPSG:21420（北京54,6°帶高斯-克呂格投影）EPSG:21420：西安1980/Gauss-Krugerzone20

高斯-克呂格投影（橫軸圓柱等角投影）又稱橫軸墨卡托投影，其性質(zhì)是：經(jīng)線與緯線投影后保持正交；中央經(jīng)線不變形，緯線中赤道變形最小，二者在投影后為直線；從中央經(jīng)線和赤道向兩側(cè)變形逐漸增加。常用投影之一——高斯－克呂格投影實(shí)質(zhì)上是橫軸切圓柱正形投影。（等面積）高斯投影6°和3°帶分帶國家基本比例尺地形圖的分幅和編號(hào)國家基本比例尺地形圖系列大比例尺：1:1萬，1:2.5萬，1:5萬，1:10萬中比例尺：1:25萬，1:50萬小比例尺：1:100萬國家基本比例尺1:100萬地形圖分幅方式全球統(tǒng)一分幅和編號(hào)，每幅經(jīng)差6°，緯差4°；從赤道起向北或向南至緯度88°止，按緯差每4°劃作22個(gè)橫列，依次用A、B、……、V表示；從經(jīng)度180°起向東按經(jīng)差每6°劃作一縱行，全球共劃分為60縱行，依次用1、2、……、60表示；每幅圖的編號(hào)由該圖幅所在的“列號(hào)——行號(hào)”組成。例如，北京某地的經(jīng)度為116°26′08″、緯度為39°55′20″，所在1∶100萬地形圖的編號(hào)為J-50。1:100萬地形圖分幅與編號(hào)1∶50萬、1∶25萬、1∶10萬比例尺地形圖的分幅和編號(hào)這三種例尺地形圖都是在1∶100萬地形圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行分幅編號(hào)；一幅1∶100萬地形圖再劃分為4幅1∶50萬地形圖，分別以代碼A、B、C、D表示。將1∶100萬圖幅的編號(hào)加上代碼，即為該代碼圖幅的編號(hào)，如左上角1∶50萬圖幅的編號(hào)為J-50-A。一幅1∶100萬的圖可再劃分為16幅1∶25萬地形圖，分別用[1]、[2]、……、[16]代碼表示。將1∶100萬圖幅的編號(hào)加上代碼，即為該代碼圖幅的編號(hào)，如左上角1∶25萬圖幅的編號(hào)為J-50-[1]。一幅1∶100萬的圖，可再劃分為144幅1∶10萬的圖，分別用1、2、……、144代碼表示。將1∶100萬圖幅的編號(hào)加上代碼，即為該代碼圖幅的編號(hào)，如左上角1∶10萬圖幅的編號(hào)為J-50-1。

40°12345678910111213[1][2][3][4]24253639°A

B

374849[5][6][7][8]60617238°738485[9][10][11][12]969710837°

C

D

109120121[13][14][15][16]13213313413513613713813914014114214314436°114°115°116°117°118°119°120°1∶50萬、1∶25萬、1∶10萬比例尺地形圖的分幅和編號(hào)1∶5萬、1∶2.5萬、1∶1萬比例尺地形圖的分幅和編號(hào)這三種比例尺圖的分幅、編號(hào)都是以1∶10萬比例尺地形圖為基礎(chǔ)；將一幅1∶10萬的圖劃分成4幅1∶5萬地形圖，分別以A、B、C、D數(shù)碼表示，將其加在1∶10萬圖幅編號(hào)后面，便組成1∶5萬的圖幅編號(hào)，例如，J-50-144-A；再將每幅1∶5萬的圖幅劃分成4幅1∶2.5萬地形圖，并以1、2、3、4數(shù)碼表示，將其加在1∶5萬圖幅編號(hào)后面便組成1∶2.5萬圖幅的編號(hào)，例如，J-50-144-A-2。將1∶10萬圖幅進(jìn)一步劃分成64幅1∶1萬地形圖，并用（1）、（2）、……、（64）帶括號(hào)的數(shù)碼表示，將其加在1∶10萬圖幅編號(hào)后面，便組成1∶1萬圖幅的編號(hào)。例如，J-50-144-（62）。1∶5000、1∶2000比例尺地形圖的分幅和編號(hào)這兩種比例尺圖是在1∶1萬比例尺地形圖圖幅的基礎(chǔ)上進(jìn)行分幅和編號(hào)的：將一幅1∶1萬的圖幅劃分成4幅1∶5000圖幅，分別在1∶1萬的編號(hào)后面寫上代碼a、b、c、d，例如，J-50-144-（62）-b。每幅1∶5000的圖再劃分成9幅1∶2000的圖，其編號(hào)是在1∶5000圖的編號(hào)后面再寫上數(shù)字1、2、……、9，例如，J-50-144-（62）-b-8。梯形分幅的圖幅規(guī)格與編號(hào)國家基本地形圖的分幅與編號(hào)國家標(biāo)準(zhǔn)

1992年12月，我國頒布了《國家基本比例尺地形圖分幅和編號(hào)GB/T13989—92》國家標(biāo)準(zhǔn)，1993年3月開始實(shí)施。新的分幅與編號(hào)方法為：分幅

1∶100萬地形圖的分幅標(biāo)準(zhǔn)仍按國際分幅法進(jìn)行。其余比例尺的分幅均以1∶100萬地形圖為基礎(chǔ)，按照橫行數(shù)縱列數(shù)的多少劃分圖幅。編號(hào)1∶100萬圖幅的編號(hào)，由圖幅所在的“行號(hào)列號(hào)”組成。與國際編號(hào)基本相同，但行與列間直接連接。如北京所在1∶100萬圖幅編號(hào)為J50。1∶50萬至1∶5000圖幅的編號(hào)，由圖幅所在的“1∶100萬圖行號(hào)（字符碼）1位，列號(hào)（數(shù)字碼）2位，比例尺代碼1位，該圖幅行號(hào)3位，列號(hào)（數(shù)字碼）3位”共10位代碼組成。例如：北京所在幅(1:25萬）：J50C002003建立大地坐標(biāo)系建立平面坐標(biāo)系獲取地理對(duì)象的空間位置與屬性