GIS的地理基礎(chǔ)公開課獲獎?wù)n件

第2章GIS地理基礎(chǔ)2.1地球空間認(rèn)知及表達(dá)2.2地球形狀與地球空間模型2.3空間參照基礎(chǔ)坐標(biāo)系2.4地球時間系統(tǒng)地理基礎(chǔ)是地理信息數(shù)據(jù)表達(dá)格式與規(guī)范重要構(gòu)成部分。第1頁2.1地球空間認(rèn)知及表達(dá)人類認(rèn)識地球可以說經(jīng)歷了三次大飛躍，第一次“地理大發(fā)現(xiàn)”對地球是球體認(rèn)識，第二次“哥白尼日心說”對地球繞日運動認(rèn)識，第三次“數(shù)字地球”認(rèn)識，則有助于人類監(jiān)控地球，人們對地球科學(xué)認(rèn)知走過了艱難歷程。地球在宇宙中運動，受近地天體影響，尤其是受太陽影響。從日地關(guān)系來看，地球空間包括被太陽風(fēng)包圍著、受地球磁場控制空間區(qū)域，也是多種應(yīng)用衛(wèi)星、空間站和載人飛船運行重要空間區(qū)域，是地球最重要宇宙環(huán)境（見圖2.1）。地理學(xué)重要研究地球表層環(huán)境特點及演變規(guī)律。人們用“空間實體”來概括表達(dá)對表層（現(xiàn)實世界）故意義環(huán)境，空間實體是對現(xiàn)實世界故意義東西統(tǒng)稱。對于空間實體來說，它是有形狀，可用維度表達(dá)。人們對地球空間認(rèn)識可概括成圖2.2。第2頁圖2.1日地關(guān)系及最重要宇宙環(huán)境第3頁圖2.2地球空間認(rèn)知第4頁2.1.1地理實體和地理數(shù)據(jù)

1.地理實體和地理數(shù)據(jù)概念GIS研究對象是地理實體。即指地球表層自然現(xiàn)象和社會經(jīng)濟(jì)要素中不能再分割單元。地理實體類別及實體內(nèi)容確實定是從詳細(xì)需要出發(fā)，具有很強尺度特性。GIS中地理實體是一種概括、復(fù)雜、相對旳概念。如：面狀實體在小比例尺表達(dá)時也許成為點狀實體。點狀實體在大比例尺可視化里也許就成為面狀實體。第5頁地理數(shù)據(jù)用于描述空間要素空間位置，或離散或持續(xù)。離散要素是指觀測值是不持續(xù)，形成分離要素，并可單個識別，包括點要素（如井）、線要素（如道路）和面要素（如土地運用類型）等；持續(xù)要素指觀測值是持續(xù)要素（如降水量和等高線分布等）。根據(jù)空間特性，地理實體也可分為離散型和持續(xù)型兩種；也可深入簡化、抽象分為點、線、面、體等實體類型。第6頁2.地理數(shù)據(jù)與地理實體關(guān)系所有地理數(shù)據(jù)都是地理實體概括，反應(yīng)地理實體在地表分布定位數(shù)據(jù)都是根據(jù)一定地表定位參照系統(tǒng)。地理數(shù)據(jù)是多種地理特性和現(xiàn)象間關(guān)系符號化表達(dá)，是一種較復(fù)雜數(shù)據(jù)類型，包括到空間特性、屬性特性及它們之間關(guān)系描述，人們常把地理數(shù)據(jù)稱為空間數(shù)據(jù)。但地理實體以什么形式寄存和處理反應(yīng)了實體空間、屬性和時間三個特性,也是地理空間分析三大基本要素?？臻g特性包括地理位置和空間關(guān)系，定位數(shù)據(jù)描述地物所在位置，這種位置既可以根據(jù)大地參照系定義，如大地經(jīng)緯度坐標(biāo)，也可以定義為地物間相對位置關(guān)系，如空間上距離、鄰接、重疊、包括等；屬性特性又稱為非空間特性，是屬于一定地物、描述其特性定性或定量指標(biāo)（包括名稱、等級、類別等），即描述了信息非空間構(gòu)成部分，包括語義與記錄數(shù)據(jù)等；時間特性是指地理數(shù)據(jù)采集或地理現(xiàn)象發(fā)生時刻或時段，反應(yīng)時序變化等，時間數(shù)據(jù)對環(huán)境模擬分析非常重要。第7頁3.地理數(shù)據(jù)與比例尺用地理數(shù)據(jù)表達(dá)現(xiàn)實世界經(jīng)歷了一定對地理實體概括和綜合過程，地圖概括、地圖比例尺概念都反應(yīng)了這個特性。地理數(shù)據(jù)是有選擇地表達(dá)那些反應(yīng)客觀世界重要地理實體及其重要特性，其表達(dá)地理實體數(shù)量和特性詳略程度重要受地圖比例尺和影像空間辨別率影響，如圖2.4所示。第8頁在GIS中，地理數(shù)據(jù)對地理實體概括描述程度重要以地圖比例尺表達(dá)。地圖比例尺定義為地圖上一條直線段長度與其在地面上對應(yīng)水平投影長度之比。地圖比例尺重要有三種形式：數(shù)字式、闡明式和圖解式。GIS在地圖形式顯示或輸出地理數(shù)據(jù)時，常常使用圖解式比例尺。這是由于伴隨顯示在計算機屏幕上地圖放大或縮小，圖解比例尺對應(yīng)地按比例拉長或縮短。比例尺大小決定地圖表達(dá)地理實體內(nèi)容詳略，對地理數(shù)據(jù)所示地理實體詳略程度有影響。但GIS表達(dá)地理實體重要與數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)量多少有關(guān)；GIS中地理數(shù)據(jù)精度及其所示地理實體詳略程度，重要取決于原始地圖或影像資料比例尺。第9頁4.地理數(shù)據(jù)分類與編碼地理數(shù)據(jù)或信息種類繁多、內(nèi)容豐富，只有將“現(xiàn)實世界”按一定規(guī)律進(jìn)行分類和編碼，才能使其在“信息世界”中有序地寄存、檢索，以滿足多種應(yīng)用分析需求。（1）屬性數(shù)據(jù)編碼在屬性數(shù)據(jù)中，有一部分是與幾何數(shù)據(jù)表達(dá)親密有關(guān)。例如，道路等級、類型等，決定著道路符號形狀、色彩、尺寸等。在GIS中，一般把這部分屬性數(shù)據(jù)用編碼形式表達(dá)，并與幾何數(shù)據(jù)一起管理。編碼是指確定屬性數(shù)據(jù)代碼措施和過程。代碼是一種或一組有序易于被計算機或人識別與處理符號，是計算機鑒別和查找信息重要根據(jù)和手段。編碼直接產(chǎn)物就是代碼，而分類分級則是編碼基礎(chǔ)。第10頁（2）分類編碼原則分類是將具有共同屬性或特性事物或現(xiàn)象歸并在一起，而把不一樣樣屬性或特性事物或現(xiàn)象分開過程。分類是人類思維所固有一種活動，也是認(rèn)識事物一種措施。分類基本原則是：科學(xué)性、系統(tǒng)性、可擴(kuò)性、實用性、兼容性、穩(wěn)定性、不受比例尺限制及靈活性等。第11頁（3）分類碼和標(biāo)識碼分類碼是直接運用信息分類成果制定分類代碼，用于標(biāo)識不一樣樣類別信息數(shù)據(jù)。分類碼一般由數(shù)字、或字符、或數(shù)字字符混合構(gòu)成。標(biāo)識碼是間接運用信息分類成果，在分類基礎(chǔ)上，對某一類數(shù)據(jù)中各個實體進(jìn)行標(biāo)識，以便能按實體進(jìn)行寄存和逐一進(jìn)行查詢檢索。標(biāo)識碼一般由定位分區(qū)和各要素實體代碼兩個碼段構(gòu)成。分類碼標(biāo)識碼第12頁2.1.2地理實體類型及空間關(guān)系1.地理實體空間基本類型及表達(dá)措施按空間分布特性，地理實體類型可劃分為點、線、面、體。對應(yīng)地實體維數(shù)就有0、1、2、3維之分。地理數(shù)據(jù)根據(jù)點、線、面和體劃分來描述地理實體空間分布及其專題特性。地理實體基本類型及表達(dá)措施點狀：包括實體點、注記點、內(nèi)點、角點、節(jié)點等。點有特定位置，不能按比例尺表達(dá)線狀：包括線段，邊界、鏈、弧段、網(wǎng)絡(luò)等呈線狀或帶狀延伸分布，在地圖上它們以線狀符號表達(dá)，在GIS中，當(dāng)作具有相似屬性點軌跡、線或折線，由一系列有序集坐標(biāo)表達(dá)，并有實體長度、彎曲度、方向性等特性。面狀或體狀：即多邊形或多面體。呈面狀分布，且其分布面積和實際形狀輪廓能按比例表達(dá)。以面狀符號表達(dá)。有離散型面狀持續(xù)型面狀實體在空間上每一點呈持續(xù)區(qū)域分布，實體和持續(xù)型面狀實體。離散型面狀實體呈不持續(xù)區(qū)域分布，持續(xù)型面狀實體在空間上每一點呈持續(xù)區(qū)域分布。見教材表2.1第13頁注意：現(xiàn)實世界多種現(xiàn)象是比較復(fù)雜，往往由不一樣樣空間單元組合而成。因此，復(fù)雜實體可由簡樸實體組合來表達(dá)。用點、線、面兩兩之間組合可表達(dá)復(fù)雜空間問題。在地圖上，通過地圖概括或比例尺變化，實體維數(shù)表達(dá)可以變化，如：“面（大比例尺居民點）變到點（小比例尺居民點）”或“面（雙線河）變到線（單線河）”。同樣，在GIS中，實體維數(shù)表達(dá)也是根據(jù)比例尺變化，見圖2.5所示。第14頁第15頁2.地理實體空間關(guān)系拓?fù)潢P(guān)系、距離關(guān)系、方向關(guān)系拓?fù)洌═opology）一詞來源于希臘文，拓?fù)鋵W(xué)是幾何學(xué)一種分支，研究在拓?fù)渥儞Q下可以保持圖形關(guān)系不變幾何屬性，即“拓?fù)鋵傩浴保甘且环N點在一種弧段端點，或一種點在一種區(qū)域邊界上；而“非拓?fù)鋵傩浴敝竷牲c之間距離，弧段長度，區(qū)域周長、面積等。拓?fù)錁?gòu)造應(yīng)包括：唯一標(biāo)識，多邊形標(biāo)識，外包多邊形指針，鄰接多邊形指針，邊界鏈接，范圍界定（最大和最小x、y坐標(biāo)值）。第16頁（1）拓?fù)潢P(guān)系定義指滿足拓?fù)鋷缀螌W(xué)原理空間數(shù)據(jù)點間互相關(guān)系。即用結(jié)點、圓弧和多邊形所示實體之間鄰接、關(guān)聯(lián)和包括等關(guān)系?；蛑鸽m圖形保持持續(xù)狀態(tài)下變形，但圖形關(guān)系不變性質(zhì)（如將橡皮任意拉伸，壓縮，但不能扭轉(zhuǎn)或折疊）。（2）拓?fù)潢P(guān)系種類依系統(tǒng)元素之間關(guān)系可分為關(guān)聯(lián)性、鄰接性、連通性、包括性等。①關(guān)聯(lián)性：指不一樣樣類要素之間，如圖2.6中結(jié)點（9）與弧段（5、6、3）關(guān)聯(lián)，多邊形（2）與弧段（3、5、2）關(guān)聯(lián)。第17頁②鄰接性：指同類元素之間，如多邊形之間或結(jié)點鄰接矩陣表達(dá)如圖2.7所示。其中“1”表達(dá)鄰接，“0”表達(dá)不鄰接。③連通性：是衡量網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性程度，常用γ指數(shù)和α指數(shù)計算它。其中，γ指數(shù)等于給定空間網(wǎng)絡(luò)體節(jié)點連線數(shù)與也許存在所有連線數(shù)之比；α指數(shù)用于衡量環(huán)路，節(jié)點被交替途徑連接程度稱為α指數(shù),等于目前存在環(huán)路數(shù)與也許存在最大環(huán)路數(shù)之比。連通性常用于網(wǎng)絡(luò)分析中確定途徑或分析街道與否相通等。連通矩陣如圖2.8所示，其中“1”表達(dá)連通，“0”表達(dá)不連通。④包括性：指面狀實體包括了哪些線（?。?、點或面狀實體。圖2.7鄰接性表達(dá)圖2.8連通性表達(dá)第18頁（3）拓?fù)潢P(guān)系表達(dá)GIS領(lǐng)域目前對于拓?fù)潢P(guān)系表達(dá)普遍采用Egenhofer9交叉模型。模型首先對線、面幾何目旳根據(jù)其拓?fù)涔δ軇澐秩齻€部位：邊界Y、內(nèi)部Yo、外部Y－，然后通過這些部位二元邏輯交運算，根據(jù)成果0/1(無交/有交)組合值確定拓?fù)潢P(guān)系種類，然后尋求對應(yīng)自然語言描述。由于兩實體比較三個部位組合產(chǎn)生3×3=9種組合，因此稱“9交叉模型”，一般采用3×3矩陣來表達(dá)。如圖2.9所示。第19頁圖2.9面、線目旳拓?fù)洳课槐磉_(dá)（其中：邊界Y、內(nèi)部Yo、外部Y－）第20頁通過度析棄除矩陣中無意義0/1組合，最終得到線與面目旳拓?fù)潢P(guān)系有19種，面與面目旳拓?fù)潢P(guān)系有8種，分別如圖2.10和圖2.11所示。圖2.10線與面目旳19種拓?fù)潢P(guān)系表達(dá)第21頁圖2.11面與面目旳8種拓?fù)潢P(guān)系表達(dá)第22頁（4）拓?fù)鋽?shù)據(jù)構(gòu)造寄存空間數(shù)據(jù)拓?fù)潢P(guān)系如圖2.12所示。構(gòu)造寄存表達(dá)如表2.2（a）～（d）所示。其中表2.2（a）是結(jié)點與弧段拓?fù)潢P(guān)系。圖2.12空間數(shù)據(jù)拓?fù)潢P(guān)系第23頁（5）拓?fù)潢P(guān)系對GIS空間分析意義拓?fù)潢P(guān)系對于數(shù)據(jù)處理和GIS空間分析具有重要意義。體現(xiàn)為：第一，拓?fù)潢P(guān)系能清晰地反應(yīng)實體之間邏輯構(gòu)造關(guān)系，它比幾何關(guān)系具有更大穩(wěn)定性，不隨地圖投影而變化；第二，拓?fù)溆兄诳臻g要素查詢，運用拓?fù)潢P(guān)系可以處理許多實際問題（如區(qū)域鄰接和相鄰問題分析）；第三，根據(jù)拓?fù)潢P(guān)系可重建地理實體，這對于虛擬GIS發(fā)展很有利。第24頁2.1.3地理數(shù)據(jù)、地理實體與圖層在GIS中，地理數(shù)據(jù)是以圖層（MapLayer或Coverage）為單位進(jìn)行組織和寄存。一幅圖層表達(dá)一種類型地理實體，它包括了以一定柵格或矢量數(shù)據(jù)構(gòu)造組織有關(guān)同一地區(qū)、同一類型地理實體定位和屬性數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)互相關(guān)聯(lián)，寄存在一起形成一種獨立數(shù)據(jù)集（Dataset）。由于一幅圖層反應(yīng)某一特定主題，因此，它又稱為專題數(shù)據(jù)層（ThematicDataLayer）。圖層表達(dá)法就是以圖層為構(gòu)造表達(dá)和寄存綜合反應(yīng)某一地區(qū)自然、人文現(xiàn)象地理分布特性和過程地理數(shù)據(jù)，這種措施實際上源自老式專題地圖表達(dá)法。專題地圖重要用于反應(yīng)某一主題地理現(xiàn)象分布特性，一種地區(qū)自然和人文地理綜合特性是通過使用一系列專題地圖來表達(dá)。寄存在GIS中每一幅圖層可看作是一幅反應(yīng)單一主題現(xiàn)象專題地圖，不過，一種圖層只能用于描述單一地理實體（點、線或面）。第25頁1．地理數(shù)據(jù)或?qū)嶓w分層基本原則和措施

（1）在劃分圖層時遵照基本原則有：①不一樣樣圖形對象類型寄存在不一樣樣圖層；②基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)作為單獨圖層；③依系統(tǒng)對多種數(shù)據(jù)處理方式不一樣樣而分層寄存。（2）實行措施：。①專題分層：每圖層對應(yīng)一種專題，包括某一種或某一類數(shù)據(jù)或?qū)嶓w。如地貌層、水系層、道路層、居民地層等。②時間序列分層：把不一樣樣時間或不一樣樣時期數(shù)據(jù)作為一種數(shù)據(jù)層。如和年福州林地數(shù)據(jù)就可寄存兩個圖層中。③幾何特性分層：把點、線、面不一樣樣幾何特性數(shù)據(jù)提成不一樣樣層，如高程點只有位置，沒有長度與面積；如道路、水系等，抽象成線，由點串構(gòu)成，有長度屬性；面狀水庫湖泊等，不僅有位置，并且尚有面積、周長等屬性。第26頁2、地理數(shù)據(jù)或?qū)嶓w分層目旳地理數(shù)據(jù)分層后便于空間數(shù)據(jù)管理、查詢、顯示和分析等。重要目旳為：（1）空間數(shù)據(jù)分為若干數(shù)據(jù)層后，對所有空間數(shù)據(jù)管理就簡化為對各數(shù)據(jù)層管理，而一種數(shù)據(jù)層數(shù)據(jù)構(gòu)造往往比較單一，數(shù)據(jù)量也相對較小，管理起來就相對簡樸。（2）對分層空間數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢時，不需要對所有空間數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢，只需要對某一層空間數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢即可，因而可加緊查詢速度。（3）分層后空間數(shù)據(jù)，由于便于任意選擇需要顯示圖層，因而增長了圖形顯示靈活性。（4）對不一樣樣數(shù)據(jù)層進(jìn)行疊加，可進(jìn)行多種目旳空間分析，尤其有助于地圖疊加分析。第27頁3．處理數(shù)據(jù)時應(yīng)注意問題在使用GIS采集和處理地理數(shù)據(jù)、地理實體和圖層之間關(guān)系時，應(yīng)注意如下幾種問題。某些空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)規(guī)定把點、線、面實體分別組織、寄存在不一樣樣圖層中，如初期版本Arc/Info對Coverage寄存，點與面目旳不能寄存在一起。由于不一樣樣屬性描述，所定義屬性表是不一樣樣，因此，同一種幾何類型但功能不一樣樣地理實體應(yīng)分別組織、寄存在不一樣樣圖層中。反應(yīng)同一地理實體但具有不一樣樣比例尺或不一樣樣資料來源地理數(shù)據(jù)應(yīng)分別組織、寄存在不一樣樣圖層中。對來源于不一樣樣部門或需要常常更新地理數(shù)據(jù)應(yīng)分別組織、寄存在不一樣樣圖層中。當(dāng)研究區(qū)域范圍較廣時，由于地理數(shù)據(jù)量大，應(yīng)注意合理分幅，然后再將各分幅數(shù)據(jù)分別寄存，構(gòu)建所需圖層。第28頁2.2地球形狀與地球空間模型2.2.1地球形狀地球在宇宙中是不停地運動著。長期以來，人們對地球形狀認(rèn)識常描述為球體、或橢球體、或不規(guī)則橢球體、或具有高下起伏扁球體。究竟怎樣表達(dá)描述地球形狀，則與人們對理解地球所規(guī)定精度有關(guān)。第29頁第30頁地球自然地面實際呈高下起伏。最高處為珠穆朗瑪峰頂，海拔8844．43m，最低馬里亞納海溝底，海拔-11034m，但兩者相差約20km，若與地球赤道半徑6378.140km和極半徑6356.755km相比，或與地球平均半徑6378.14km對比，懸殊較大。若用相似比例尺縮小來反應(yīng)地球，則難以表達(dá)地表20km差異。人們常把地球視為“圓球體”，如地球模型之一“地球儀”，因此在研究地球形狀時，重要視精度需求而定。人們或用規(guī)則橢球體來模擬地球，或用規(guī)則球體來模擬地球，或用大地水準(zhǔn)面來模擬真實地面（如圖2.14所示）。換一句話說，對現(xiàn)實世界數(shù)據(jù)表達(dá)可以采用地球空間模型。地圖和GIS其實都是地球模型，地圖以圖形符號來記載和表達(dá)地理數(shù)據(jù)；GIS以數(shù)字形式來記載和表達(dá)地理數(shù)據(jù)。第31頁2.2.2地球空間模型怎樣描述地球形狀？這是地圖和GIS要處理重要問題之一。一般可用地球空間模型表達(dá)，常見地球空間模型有如下幾種。（1）地球自然表面：是一種高下起伏、不規(guī)則表面，包括海陸表面。（2）地球大地水準(zhǔn)面：假設(shè)當(dāng)海水處在完全靜止平衡狀態(tài)時，從海平面延伸到所有大陸下部，而與地球重力方向到處正交一種持續(xù)、閉合水準(zhǔn)面，也就是地球引力場等勢面，稱為大地水準(zhǔn)面。如圖2.14所示。第32頁（3）地球橢球體模型：以大地水準(zhǔn)面為基準(zhǔn)建立起來地球橢球體模型（見圖2.15），表面是個規(guī)則數(shù)學(xué)表面，橢球體大小通常用兩個半徑――長半徑a（也叫赤道半徑）和短半徑b（也叫極半徑），或由一種半徑和扁率u或偏心率e來決定。其中：扁率：第一偏心率：第二偏心率：圖2.15地球橢球體模型第33頁對于旋轉(zhuǎn)橢球體描述，由于計算年代不一樣樣，所用措施不一樣樣；測定地區(qū)不一樣樣，其描述措施也不一樣樣。一百數(shù)年來，各國研究者對地球橢球體進(jìn)行了眾多研究，提出了多組地球橢球體參數(shù)。常用參數(shù)數(shù)據(jù)如表2.3。不一樣樣GIS軟件，所提供旋轉(zhuǎn)橢球體模型種類有不一樣樣，如Arc/Info軟件中提供了30多種旋轉(zhuǎn)橢球體模型。第34頁我國于1954年開始采用前蘇聯(lián)克拉索夫斯基（Krasovski）橢球體作為地球表面幾何模型，即1954年北京坐標(biāo)系。20世紀(jì)70年代末建立了新1980西安坐標(biāo)系，采用了國際大地測量與地球物理聯(lián)合會（IUGG）提供橢球體。1984年后采用了世界大地坐標(biāo)（WGS84）橢球體，建立是國家大地坐標(biāo)系。7月1后來啟用國家大地坐標(biāo)系，它是全球地心坐標(biāo)系在我國使用詳細(xì)體現(xiàn)，同步，國家測繪局公告國家大地坐標(biāo)系與現(xiàn)行國家大地坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換、銜接過渡期為8至。國家大地坐標(biāo)系采用地球橢球參數(shù)如下：長半軸a＝6378137m扁率f＝1/298.257222101地心引力常數(shù)：自轉(zhuǎn)角速度第35頁2.3空間參照基礎(chǔ)坐標(biāo)系2.3.1坐標(biāo)系統(tǒng)由于GIS一種基本原則是集成在一起使用地圖圖層必須在空間上是仿射，因此，理解空間參照基礎(chǔ)坐標(biāo)系統(tǒng)很重要。與GIS有關(guān)坐標(biāo)系統(tǒng)重要有：1.地理坐標(biāo)，屬于球面坐標(biāo)系統(tǒng)；2.投影坐標(biāo)，屬于平面坐標(biāo)系統(tǒng)。應(yīng)用GIS技術(shù)來模擬、反演區(qū)域地理過程或現(xiàn)象是地學(xué)應(yīng)用重要發(fā)展趨勢，但地表不一樣樣區(qū)域參數(shù)選擇（是曲面還是平面，是球體還是橢球體，還是不規(guī)則橢球體）是GIS地學(xué)應(yīng)用模型構(gòu)建關(guān)鍵。第36頁1.球面坐標(biāo)一般模式由基圈、始圈和終圈構(gòu)成球面三角，如圖2.16所示。第37頁2.常見坐標(biāo)系（1）目前常見定位坐標(biāo)系統(tǒng)有地方獨立坐標(biāo)系1954北京坐標(biāo)系1980西安坐標(biāo)系1984國家大地坐標(biāo)國家大地坐標(biāo)（1）地理坐標(biāo)系屬于球面坐標(biāo)系，它基圈是赤道，始圈是本初子午線，終圈是所在地經(jīng)線，緯線和經(jīng)線相交定點，用緯度（φ）和經(jīng)度（λ）表達(dá)，即（φ，λ）。例如：北京（39.9N°，116.4°E），福州（26.0N°,119.3°E），武漢（30.5N°，114.2°E）等。地球表面空間要素位置是基于用經(jīng)、緯度值表達(dá)地理坐標(biāo)系。第38頁（2）平面坐標(biāo)系若把地球曲面視為平面，或地球曲面投影后平面，可用狄卡爾直角坐標(biāo)系（x，y）表達(dá)地面位置，單位“米”或“千米”。GIS顧客一般是在平面上對地圖要素進(jìn)行處理，地球表面空間要素位置是基于用x軸和y軸表達(dá)平面坐標(biāo)系。（3）高程系假如考慮高度，對應(yīng)于每一種空間點位置，可以用大地坐標(biāo)系形式表達(dá)，即（φ，λ，h），也可用空間大地直角坐標(biāo)系表達(dá)，即（x，y，z）表達(dá)。目前國內(nèi)常見高程系有黃海高程系（高程基準(zhǔn)面以黃海平均海面為準(zhǔn)）和地方高程系（如福建有羅星塔平均海平面作為基準(zhǔn)）。高程可用海拔（m）表達(dá)。如：1985國家高程基準(zhǔn)，即指以青島水準(zhǔn)原點和青島驗潮站1952年到1979年驗潮數(shù)據(jù)確定黃海平均海水面所定義。第39頁第40頁第41頁第42頁第43頁2.3.2地圖投影1．地圖投影基本問題地球是個球體，怎樣將地表曲面轉(zhuǎn)換成平面，從一種坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到另一種坐標(biāo)系，這就是地圖投影問題。定義將地球橢球面上點映射到平面上來措施，稱為“地圖投影”。將不可展地球橢球面展開成平面，且不停裂，圖形就要發(fā)生變形，在制圖學(xué)上稱為“投影變形”。一般有長度變形、角度變形和面積變形。地圖投影類型諸多，依變形性質(zhì)可分為等角投影、等面積投影和任意投影；依可展曲面形狀可分為圓錐投影、圓柱投影和方位投影；依投影面與地軸軸向相對位置可分為正軸、斜軸和橫軸投影類型等（有關(guān)地圖投影知識參見有關(guān)地圖學(xué)教材）。每一種投影都與一種坐標(biāo)系統(tǒng)相聯(lián)絡(luò)。坐標(biāo)系統(tǒng)是一套闡明某一物體地理坐標(biāo)參數(shù)，其中參數(shù)之一就為“投影”。投影關(guān)系闡明怎樣將圖形物體顯示于平面上，而坐標(biāo)系統(tǒng)則顯示出地形地物所在相對位置。第44頁地球橢球體與地圖投影第45頁空間數(shù)據(jù)在不一樣樣地圖投影中轉(zhuǎn)換第46頁2．地圖投影與GIS地圖是GIS重要數(shù)據(jù)來源，在采集地圖數(shù)據(jù)并輸入GIS過程中，就要考慮地圖投影系統(tǒng)配置。為保證GIS在同一系統(tǒng)內(nèi)或在不一樣樣系統(tǒng)之間信息（或數(shù)據(jù)）可以實現(xiàn)互換和共享，配準(zhǔn)是第一步。否則后續(xù)所有基于GIS空間分析、處理及應(yīng)用都是不也許。注意：這里所說“處理”指是“投影和重新投影”，前者是指將數(shù)據(jù)集從地理坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成投影坐標(biāo)，后者是指從一種投影坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成另一種投影坐標(biāo)?？梢哉f地圖投影對GIS影響是滲透在GIS建設(shè)各個方面，圖2.17可以反應(yīng)出地圖投影與GIS關(guān)系。第47頁第48頁3．地圖投影在GIS中作用地圖投影在GIS中作用重要有如下幾種方面。（1）GIS以地圖方式顯示地理信息。地圖是平面，而地理信息則是在地球橢球面上，因此地圖投影在GIS中不可缺乏。投影是一種GIS項目旳首要任務(wù)。（2）GIS數(shù)據(jù)庫中地理數(shù)據(jù)以地理坐標(biāo)寄存時，則以地圖為數(shù)據(jù)源空間數(shù)據(jù)必須通過投影變換轉(zhuǎn)換成地理坐標(biāo)；而輸出或顯示時，則要將地理坐標(biāo)表達(dá)空間數(shù)據(jù)通過投影變換轉(zhuǎn)換成指定投影平面坐標(biāo)。（3）在GIS中，地理數(shù)據(jù)顯示可根據(jù)顧客需要而指定投影方式，但當(dāng)所顯示地圖與國家基當(dāng)?shù)貓D系列比例尺一致時，一般采用國家基本系列地圖所用投影。第49頁4．統(tǒng)一地圖投影系統(tǒng)地球曲面轉(zhuǎn)換成平面是應(yīng)用了地圖投影原理，在空間信息系統(tǒng)中投影系統(tǒng)配置要統(tǒng)一。一般規(guī)定如下幾點。各國家地理信息系統(tǒng)投影與該國基當(dāng)?shù)貓D系列所用投影系統(tǒng)一致。各比例尺GIS投影與對應(yīng)比例尺重要信息源地圖所用投影一致。各地區(qū)GIS投影與所在區(qū)域合用投影一致。多種地理信息系統(tǒng)一般以一種或兩種（至多三種）投影系統(tǒng)為其投影坐標(biāo)系統(tǒng)，以保證地理定位框架統(tǒng)一。第50頁空間信息系統(tǒng)中地圖投影配置一般原則如下：（1）所配置投影系統(tǒng)應(yīng)與對應(yīng)比例尺國家基本圖（基本比例尺地形圖、基本省區(qū)圖或國家大地圖集）投影系統(tǒng)一致；我國基本比例尺地形圖除1:100萬外均采樣高斯――克呂格投影為地理基礎(chǔ)。系統(tǒng)一般只考慮至多采用兩種投影系統(tǒng)，一種服務(wù)于大比例尺數(shù)據(jù)處理與輸入輸出，另一種服務(wù)于中小比例尺。為保證不變形或變形少，選用投影以等角投影為宜。所用投影應(yīng)能與網(wǎng)格坐標(biāo)系統(tǒng)相適應(yīng)，即所采用網(wǎng)格系統(tǒng)(尤其是一級網(wǎng)格)在投影帶中應(yīng)保持完整。第51頁5．統(tǒng)一地圖投影系統(tǒng)意義為GIS選擇和設(shè)計一種或幾種合用地圖投影系統(tǒng)和網(wǎng)格坐標(biāo)系統(tǒng)，可認(rèn)為多種地理信息輸入、輸出及匹配處理提供一種統(tǒng)一定位框架，使多種來源地理信息和數(shù)據(jù)可以具有共同地理基礎(chǔ)，并在這個基礎(chǔ)上反應(yīng)出它們地理位置和地理空間關(guān)系特性。第52頁6．面向數(shù)字地球投影問題數(shù)字地球（DigitalEarth）是美國前副總統(tǒng)戈爾于1998年提出，其基本概念是指可以嵌入海量地理數(shù)據(jù)多辨別率和三維地球表達(dá)，是虛擬地球，是現(xiàn)實地球模型。受老式地圖空間數(shù)學(xué)基礎(chǔ)理論和措施影響，目前幾乎所有GIS均沿用地圖投影作為自己參照系數(shù)學(xué)基礎(chǔ)