數(shù)字城市的信息獲取

數(shù)字城市的信息獲取第1頁/共194頁

DOM是利用數(shù)字高程模型對掃描處理的數(shù)字化的航空相片／遙感相片（單色／彩色），經逐象元進行糾正，再按影像鑲嵌，根據(jù)圖幅范圍剪裁生成的影像數(shù)據(jù)。一般帶有公里格網、圖廓內／外整飾和注記的平面圖。一、數(shù)字正射影像圖（DOM）正射投影同時具有地圖幾何精度和影像特征的圖像地圖分幅、投影、精度、坐標系統(tǒng)、與同比例尺地形圖一致第2頁/共194頁數(shù)字正射影像圖示例

第3頁/共194頁二、數(shù)字高程模型（DEM）

DEM–以數(shù)字形式表示實際地形特征空間分布的一種實體地面模型，是地形形狀、大小和起伏的數(shù)字描述。DEM的規(guī)則網表示DEM的不規(guī)則三角形網（TIN）表示第4頁/共194頁三維數(shù)字黃河流域概貌局部第5頁/共194頁三、數(shù)字柵格地圖（DRG）

DRG--紙質地形圖的數(shù)字化產品。每幅圖經掃描、糾正、圖幅處理及數(shù)據(jù)壓縮處理后，形成在內容、幾何精度和色彩上與地形圖保持一致的柵格文件。第6頁/共194頁數(shù)字柵格地圖示例第7頁/共194頁

數(shù)字線劃地圖(DLG)是現(xiàn)有地形圖上基礎地理要素的矢量數(shù)據(jù)集，且保存要素間空間關系和相關的屬性信息。

四、數(shù)字線劃地圖

（DLG）第8頁/共194頁數(shù)字線劃地圖示例第9頁/共194頁坐標參考系統(tǒng)數(shù)字線劃地圖的內容四、數(shù)字線劃地圖

（DLG）地形圖行政界線及權屬圖土地利用現(xiàn)狀圖第10頁/共194頁1、坐標參考系統(tǒng)1）大地水準面2）參考橢球體3）高程系統(tǒng)4）我國的大地坐標系第11頁/共194頁地球形體—梨形的旋轉體第12頁/共194頁1）大地水準面與大地體

假定海洋的水體，只受重力作用，無潮汐、風浪影響（即處于完全靜止和平衡狀態(tài)），將海洋的表面延伸到大陸的下面并處處保持著與垂線方向正交這一特點，稱這一特定的水準面為大地水準面。所包圍的形體稱大地體。第13頁/共194頁大地水準面是由靜止海水面并向大陸延伸所形成的不規(guī)則的封閉曲面；大地水準面是重力等位面，即物體沿該面運動時，重力不做功（如水在這個面上是不會流動的）；大地水準面是描述地球形狀的一個重要物理參考面，也是海拔高程系統(tǒng)的起算面；大地水準面的確定是通過確定它與參考橢球面的間距——大地水準面差距（對于似大地水準面而言，則稱為高程異常）來實現(xiàn)的；大地水準面的特點第14頁/共194頁地球表面大地水準面橢球面大地水準面第15頁/共194頁具有確定參數(shù)(長半徑a和扁率α),經過局部定位和定向,同某一地區(qū)大地水準面最佳擬合的地球橢球,叫做參考橢球。對橢球的中心位置無特殊要求。2）參考橢球與總地球橢球參考橢球第16頁/共194頁在確定橢球參數(shù)時能使它在全球范圍內與大地水準面最佳符合的地球橢球,叫做總地球橢球。橢球中心與地球質心一致?？偟厍驒E球2）參考橢球與總地球橢球第17頁/共194頁

以參考橢球為基準的坐標系,叫做參心坐標系。（x0,y0,z0)2）參考橢球與總地球橢球第18頁/共194頁以總地球橢球為基準的坐標系叫做地心坐標系。（x0,y0,z0)2）參考橢球與總地球橢球第19頁/共194頁2）參考橢球與總地球橢球第20頁/共194頁1．總質量等于地球的總質量，中心與地球的質心重合，赤道平面與地球赤道面一致。2．旋轉角速度與地球的旋轉角速度相等。3．體積與大地體的體積相等。它的表面與大地水難面之間的差距的平方和為最小?？偟厍驒E球應滿足的三個條件：總地球精球面是—個理想的測量計算的基準面。第21頁/共194頁各國或地區(qū)為各自的大地測量工作需要，采用了參考橢球體，用參考橢球面作為測量計算的基準面。參考橢球只與某一個國家或某一地區(qū)的大地水準面符合較好的地球橢球體。2）參考橢球與總地球橢球第22頁/共194頁不同的參考橢球體模型我國1952年前采用的海福特橢球體，1953年起改用克拉索夫斯基橢球體，1978年后開始采用1975年國際橢球體第23頁/共194頁不同的參考橢球體1952年前采用1953年后采用（西安）1978年后開始采用（北京）最新采用（大地坐標）第24頁/共194頁地球橢球基本參數(shù)參數(shù)名稱符號及單位WGS-84大地坐標系1980西安坐標系1954年北京坐標系長半徑a(m)637813763781406378245短半徑b(m)6356752.314206356755.288206356863.01880平均半徑R=(2a+b)/3(m)6371008.771406371011.762736371117.67293地球自轉角速度ω(10-11rad/s)72921157292115

地球引力常數(shù)(含大氣層)GM(108m3/s2)39860053986005

正?；A帶諧系數(shù)C2.0(10-6)-484.16685

二階帶諧系數(shù)J2(10-6)

1082.63

扁率α=(a-b)/a1/298.2572235631/298.2571/298.3第一偏心率平方e20.006694379990130.006694384999590.006693421622966第二偏心率平方e'20.0067394967422270.006739501819470.006738525414683橢球正常重力位u0(m2s-2)62636860.8562636830

赤道正常重力位γe(ms-2)9.9703267719.780318

（摘自中華人民共和國行業(yè)標準JTJ/T066-98）第25頁/共194頁大地高系統(tǒng)——以參考橢球面為基準面的高程系統(tǒng)。3）高程系統(tǒng)H地球表面大地水準面似大地水準面參考橢球面一、大地高系統(tǒng)第26頁/共194頁大地高系統(tǒng)的特點：

3）高程系統(tǒng)H地球表面大地水準面似大地水準面參考橢球面大地高是一個純幾何量，不具有物理意義;同一個點，在不同的參考基準下，具有不同的大地高。GPS所測量的高程為WGS-84參考橢球下的大地高。第27頁/共194頁正高系統(tǒng)是以大地水準面為基準面的高程系統(tǒng)。3）高程系統(tǒng)二、正高系統(tǒng)Hg地球表面大地水準面似大地水準面參考橢球面第28頁/共194頁某點的正高是該點到通過該點的鉛垂線與大地水準面的交點之間的距離；正高實質上是絕對高程,即海拔高；在陸地由于大地水準面在地下而無法確定。3）高程系統(tǒng)二、正高系統(tǒng)特點Hg地球表面大地水準面似大地水準面參考橢球面第29頁/共194頁正常高系統(tǒng)是以似大地水準面為基準的高程系統(tǒng)。3）高程系統(tǒng)三、正常高Hr地球表面大地水準面似大地水準面參考橢球面第30頁/共194頁似大地水準面:由各地面點沿正常重力線向下截取各點的正常高，所得到的點構成的曲面。3）高程系統(tǒng)三、正常高Hr地球表面大地水準面似大地水準面參考橢球面第31頁/共194頁3）高程系統(tǒng)三、正常高似大地水準面很接近于大地水準面，在海洋上兩者重合，在平原地區(qū)相差不過幾厘米，在高山地區(qū)兩者最多相差4米（所以常用“海拔”表示）。似大地水準面不是等位面，它是由各地面點按公式計算的正常高來定義，沒有明確的物理意義。似大地水準面可以精確計算,不必引入人為的假定。我國高程系統(tǒng)采用正常高系統(tǒng)。第32頁/共194頁高程系統(tǒng)間的相互關系Hg----正高，hg----大地水準面差距，Hr----正常高，--高程異常，H--大地高H=Hg+hgH=Hr+

hgHgHrH地球表面大地水準面似大地水準面參考橢球面通過GPS求實際高程第33頁/共194頁第34頁/共194頁1954北京坐標系，建立于20世紀50年代；1980西安坐標系，建立于20世紀80年代。4）我國的大地坐標系第35頁/共194頁1954年北京坐標系是通過我國東北呼瑪、吉拉林、東寧三個基線網與前蘇聯(lián)遠東大地網相連，將前蘇聯(lián)1942年普爾科沃坐標系延伸至我國的一個坐標系。1954北京坐標系第36頁/共194頁采用的克拉索夫斯基橢球同現(xiàn)代橢球相比，長半軸大了108米，扁率倒數(shù)大了0.04。參考橢球與我國大地水準面存在著自西向東明顯的系統(tǒng)性傾斜，最大差距達300米；坐標原點不在北京，在前蘇聯(lián)的普爾科沃，叫北京坐標系有些名不符實。幾何大地測量與物理大地測量采用的橢球不統(tǒng)一，給實際使用帶來諸多不便。1954北京坐標系存在的問題參數(shù)名稱符號及單位WGS-84大地坐標系1980西安坐標系1954年北京坐標系長半徑a(m)637813763781406378245短半徑b(m)6356752.314206356755.288206356863.01880平均半徑R=(2a+b)/3(m)6371008.771406371011.762736371117.67293地球自轉角速度ω(10-11rad/s)72921157292115

地球引力常數(shù)(含大氣層)GM(108m3/s2)39860053986005

正?；A帶諧系數(shù)C2.0(10-6)-484.16685

二階帶諧系數(shù)J2(10-6)

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扁率α=(a-b)/a1/298.2572235631/298.2571/298.3第一偏心率平方e20.006694379990130.006694384999590.006693421622966第二偏心率平方e'20.0067394967422270.006739501819470.006738525414683橢球正常重力位u0(m2s-2)62636860.8562636830

赤道正常重力位γe(ms-2)9.9703267719.780318

第37頁/共194頁1980西安坐標系采用IAG75橢球與現(xiàn)在國際上公認的精確橢球相比，長半軸大了3m，這可能引起約5x10-7量級的長度誤差；橢球短軸指向JYD1968極原點，與國際上通用的橢球短軸指向不相一致：橢球定位沒有顧及占中國全部國土面積近三分之一的海域范圍。參數(shù)名稱符號及單位WGS-84大地坐標系1980西安坐標系1954年北京坐標系長半徑a(m)637813763781406378245短半徑b(m)6356752.314206356755.288206356863.01880平均半徑R=(2a+b)/3(m)6371008.771406371011.762736371117.67293地球自轉角速度ω(10-11rad/s)72921157292115

地球引力常數(shù)(含大氣層)GM(108m3/s2)39860053986005

正?；A帶諧系數(shù)C2.0(10-6)-484.16685

二階帶諧系數(shù)J2(10-6)

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扁率α=(a-b)/a1/298.2572235631/298.2571/298.3第一偏心率平方e20.006694379990130.006694384999590.006693421622966第二偏心率平方e'20.0067394967422270.006739501819470.006738525414683橢球正常重力位u0(m2s-2)62636860.8562636830

赤道正常重力位γe(ms-2)9.9703267719.780318

第38頁/共194頁（x0,y0,z0)（x1,y1,z1)局部坐標系與地心坐標系第39頁/共194頁1950年歐洲大地基準（ED50）1927年北美大地基準（NAD27）1961年南美大地基準相（SAD69）1942年普爾科沃大地基準（PGD42）1966年澳大利亞大地基準（AGD66）1918年東京大地基準（TGD18）世界上最著名的幾個局部坐標系第40頁/共194頁WGS72、NWL9D、NSWC9Z-2、WGS84、ITRS、PZ-90應用最廣和精度最高的地心坐標系是ITRS和WGS84目前已有的大地坐標系第41頁/共194頁美國、加拿大（NAD83、WGS84）

墨西哥（ITRF92）

澳大利亞（GDA94）新西蘭（NZGD2000）日本（JGD2000）韓國（KGD2000）、印尼（DGN95）菲律賓（PRS92）南非（Hartebeesthoek94）歐洲（ETRS89）南美（SIRGAS）目前采用地心坐標系的國家或地區(qū)第42頁/共194頁為什么要使用地心坐標系（1）？1954年北京坐標系和1980西安坐標系與現(xiàn)代地心坐標系相比，不僅失去了先進性，而且由于測量手段的變化而失去實用性?？臻g技術無一例外地使用地心坐標系。衛(wèi)星定位、衛(wèi)星攝影、衛(wèi)星導航等空間技術廣泛應用到測量工具中，使用地心系是最直接、不失效率和精度的唯一方式，是減少混亂和不協(xié)調的唯一辦法。第43頁/共194頁遠程武器的發(fā)射、制導、外彈道測量需要在地心坐標系內進行。發(fā)射點和目標點的坐標必須是地心坐標，使用局部坐標，對射程1～1．5萬km的洲際彈道導彈，將產生2～3km的命中誤差；各種航天器的發(fā)射、軌道計算、軌道控制都要求在地心坐標系內進行。為準確描述衛(wèi)星運動，必須采用地心坐標系；地心坐標系是構建國家空間數(shù)據(jù)基礎設施、監(jiān)測地殼運動和海面變化的最佳參考框架；為什么要使用地心坐標系（2）？第44頁/共194頁地心坐標系是衛(wèi)星導航的基本坐標系；采用地心坐標系，有利于統(tǒng)一世界各局部大地坐標系；對地球進行整體研究需要一個全球的、地心的、無縫的大地坐標系；使用地心坐標系，有利于我國大地坐標系與國際接軌。為什么要使用地心坐標系（3）第45頁/共194頁地球橢球基本參數(shù)參數(shù)名稱符號及單位WGS-84大地坐標系1980西安坐標系1954年北京坐標系長半徑a(m)637813763781406378245短半徑b(m)6356752.314206356755.288206356863.01880平均半徑R=(2a+b)/3(m)6371008.771406371011.762736371117.67293地球自轉角速度ω(10-11rad/s)72921157292115

地球引力常數(shù)(含大氣層)GM(108m3/s2)39860053986005

正?；A帶諧系數(shù)C2.0(10-6)-484.16685

二階帶諧系數(shù)J2(10-6)

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扁率α=(a-b)/a1/298.2572235631/298.2571/298.3第一偏心率平方e20.006694379990130.006694384999590.006693421622966第二偏心率平方e'20.0067394967422270.006739501819470.006738525414683橢球正常重力位u0(m2s-2)62636860.8562636830

赤道正常重力位γe(ms-2)9.9703267719.780318

（摘自中華人民共和國行業(yè)標準JTJ/T066-98）第46頁/共194頁2000國家大地坐標系（CGCS2000（ChinaGeodeticCoordinateSystem2000））采用的地球橢球參數(shù)的數(shù)值為：長半軸a＝6378137m扁率f=1/298.257222101地心引力常數(shù)GM＝3.986004418×1014m3s-2自轉角速度ω＝7.292l15×10-5rads-1CGCS2000坐標第47頁/共194頁短半徑b(m)6356752.31414極曲率半徑c(m)6399593.62586第一偏心率e0.0818191910428第一偏心率平方e20.00669438002290第二偏心率0.0820944381519第二偏心率平方20.006739496775481/4子午圈的長度Q(m)10001965.7293橢球平均半徑R1(m)6371008.77138相同表面積的球半徑R2(m)6371007.18092相同體積的球半徑R3(m)6371000.78997橢球的正常位U0(m2s-2)62636851.7149動力形狀因子J20.001082629832258球諧系數(shù)J4-0.00000237091126球諧系數(shù)J60.00000000608347球諧系數(shù)J8-0.00000000001427

0.00344978650678赤道正常重力值γe（伽）9.7803253361兩極正常重力值γp（伽）9.8321849379正常重力平均值γ（伽）9.7976432224緯度45度的正常重力值γ45°（伽）9.8061977695第48頁/共194頁2000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8至10年。現(xiàn)有各類測繪成果，在過渡期內可沿用現(xiàn)行國家大地坐標系；2008年7月1日后新生產的各類測繪成果應采用2000國家大地坐標系?，F(xiàn)有地理信息系統(tǒng)，在過渡期內應逐步轉換到2000國家大地坐標系；2008年7月1日后新建設的地理信息系統(tǒng)應采用2000國家大地坐標系。國家測繪局通知：第49頁/共194頁《現(xiàn)有測繪成果轉換到2000國家大地坐標系技術指南》參考文獻：第50頁/共194頁數(shù)字線劃地圖的內容地形圖行政界線及權屬圖土地利用現(xiàn)狀圖地形圖的基本知識地貌和等高線第51頁/共194頁（1）不同比例尺的地形圖大比例尺地圖：大于1：100000的地圖中比例尺地圖：1：100000至1：1000000的地圖小比例尺地圖：小于1：1000000的地圖地形圖的基本知識第52頁/共194頁各級地理信息數(shù)據(jù)庫比例尺第53頁/共194頁（2）不同比例尺地形圖的選用1：1萬：農田基本建設，國家重點項目基本圖件，部隊基本戰(zhàn)術及軍事工程施工；1：2.5萬：農林水利規(guī)劃，軍事基本戰(zhàn)術圖，團級單位布署兵力基本用圖；1：5萬：鐵路、公路選線，地質、地理、植被調查和填圖的底圖，縣級規(guī)劃生產用圖。地形圖的基本知識第54頁/共194頁1：10萬：地區(qū)總體規(guī)劃用圖，師、軍級指揮機關作戰(zhàn)用圖；1：25萬：各種專業(yè)調查總結成果的工作底圖，軍以上領導機關用圖；1：50萬：省級領導機關總體規(guī)劃用圖，高級司令部作占用圖；1：100萬：國家或各部門總體規(guī)劃，國家基本自然條件、土地資源的工作底圖，最高領導機關軍事用圖。地形圖的基本知識（2）不同比例尺地形圖的選用第55頁/共194頁梯形分幅—

按經緯線劃分，用于基本比例尺地圖；矩形分幅—

按平面直角坐標劃分，主要用于大比例尺地形圖、平面圖。地形圖的基本知識(3）地形圖的分幅和編號第56頁/共194頁①建立制圖網方便；②圖幅間結合緊密，圖廓線即為坐標格網線，便于拼接，使用；③各幅圖印刷面積相對均衡，又利于使用紙張和版面；④可使分幅線有意識避開重要地物，保持圖形完整；⑤圖的幅面大小相同，便于保管和使用。矩形分幅的優(yōu)點：缺點：整個制圖區(qū)域只能一次投影制成矩形分幅一般只用于大比例尺(>1:5000)第57頁/共194頁①系統(tǒng)性強，各種比例尺圖幅之間所含經緯差成倍數(shù)關系；②地理位置概念性強；③各幅圖可同時測，不會出現(xiàn)重漏。目前世界上許多國家地形圖和大區(qū)域小比例尺分幅地圖所采用的主要分幅形式。梯形分幅優(yōu)點：①經緯線是曲線，不便于圖幅拼接；②圖幅面積大小不一。缺點：第58頁/共194頁1:100萬地圖以國際編號方法為基礎統(tǒng)一編號；以1：100萬地形圖為基礎，延伸出1：50萬、1：25萬，1：20萬，

1：10萬四種比例尺；以1：10萬為基礎，延伸出1：5萬、1：1萬二種比例尺。以1：5萬為基礎，延伸出1:2.5萬比例尺。（4）我國地形圖分幅與編號地形圖的基本知識1991年以前第59頁/共194頁從地圖分幅中判斷地圖的比例尺？第60頁/共194頁

從經度180°起按經差6°自西向東用1-60表示；從赤道起向南、向北分別按緯差4°分成22列，由低緯向高緯用A,B,C……V表示；每幅圖的編號由所在橫列字母與縱行數(shù)字組成。采用梯形分幅方法1：100萬比例尺地形圖以國際1:100萬地圖為基礎統(tǒng)一編號（4）我國地形圖分幅與編號地形圖的基本知識1：100萬比例尺的分幅與編號第61頁/共194頁北京某地：經度：116°24′06″，緯度39°54′15″求其在1：100萬上的圖號：

L＝[116°24′06″/6]＋31＝19＋31＝50

H＝[39°54′15″/4]＋1＝9＋1＝10

圖號為J－50例：第62頁/共194頁國際1:100萬地圖編號方法18001-60A-V第63頁/共194頁（4）我國地形圖分幅與編號地形圖的基本知識我國1:100萬地形圖編號方法第64頁/共194頁

（4）我國地形圖分幅與編號地形圖的基本知識1：50萬比例尺的分幅與編號1：100萬地形圖一分為四，即經差3°，緯差2°；用A、B、C、D表示。J-50-A3°第65頁/共194頁

（4）我國地形圖分幅與編號地形圖的基本知識1：25萬比例尺的分幅與編號1200[1][2][3][4][5][9][13][14][10][6][7][11][12][8][16][15]11401170360380400J-50在1：100萬圖上按經差1°30′緯差1°分成16幅；編為[1]、...[16]。J-50-[1]第66頁/共194頁

（4）我國地形圖分幅與編號地形圖的基本知識1：20萬比例尺的分幅與編號J-50-（1）在1：100萬圖上按經差1°緯差40′分成36幅；編為（1）、...（36）。（1）第67頁/共194頁（4）我國地形圖分幅與編號地形圖的基本知識1：10萬比例尺的分幅與編號在1：100萬地形圖上按經差30′，緯差20′分為144幅；用1，2，……，144表示。J-50-5第68頁/共194頁（4）我國地形圖分幅與編號地形圖的基本知識1：5萬比例尺的分幅與編號在1：10萬地形圖上按經差15′，緯差10′分為4幅；用A，B，C，D表示。BJ-50-5-B第69頁/共194頁（4）我國地形圖分幅與編號地形圖的基本知識1：2.5萬比例尺的分幅與編號在1：5萬地形圖上按分為經差7′30″，緯差5′分為4幅；用1，2，3，4表示，在1：5萬編號后加上自己的序號。B4J-50-5-B-4第70頁/共194頁（4）我國地形圖分幅與編號地形圖的基本知識1：5萬比例尺的分幅與編號在1：10萬地形圖分為經差15′，緯差10′分為4幅；用A，B，C，D表示。BJ-50-5-B第71頁/共194頁（4）我國地形圖分幅與編號地形圖的基本知識1：1萬比例尺的分幅與編號在1：10萬地形圖按經差3′45″，緯差2′30″分為8行、8列共64幅圖；用（1），……，（64）表示，在1：10萬編號后加上各自的代號J-50-5-（24）。24J-50-5-（24）第72頁/共194頁（4）我國地形圖分幅與編號地形圖的基本知識1：5000比例尺的分幅與編號在1：1萬地形圖上經差1′52.5″，緯差1′15″分為4幅；用a,b,c,d表示，在1：1萬編號后加上各自的代號。第73頁/共194頁（4）我國地形圖分幅與編號地形圖的基本知識1991年以前1:100萬1：50萬1：25萬1：20萬1：10萬1：5萬1:2.5萬1：1萬緯度：A~V經度：1~60J-50(A,B,C,D)([1],[2],…[16]((1),(2)…(36))(1,2,…,144)(A,B,C,D)((1),(2)…(64))(1,2,3,4)J-50-AJ-50-[1]J-50-(1)J-50-1J-50-1-AJ-50-1-(1)J-50-1-A-11：5000J-50-1-(1)-a(a,b,c,d,)第74頁/共194頁scale經差緯差基礎比例尺基礎圖等分數(shù)在基礎圖后增加的代號舉例100萬6°4°100萬1A,B1,2J-5050萬3°2°100萬4A,B,C,DJ-50-B25萬1o30′

1°100萬16[1]，…,[16]J-50-[1]20萬1°40′100萬36（1）,…,(36)J-50-(1)10萬30′20′100萬1441,2,…,144J-50-15萬15′10′10萬4A,B,C,DJ-50-1-A2.5萬7′30″5′5萬41,2,3,4J-50-1-A-11萬3′45″2′30″10萬64(1),…,(64)J-50-1-(1)50001′52.5″1′15″1萬4a,b,c,dJ-50-1-(1)-a我國地形圖分幅與編號方法小結：第75頁/共194頁北京某地區(qū)1：5萬地圖第76頁/共194頁投影方式？第77頁/共194頁（4）我國地形圖分幅與編號地形圖的基本知識1991年以后：國家標準《國家基本比例尺地形圖分幅和編號》GB/T13989-92。由10位代碼構成。

123456789101:100萬地形圖編號比例尺代碼圖幅行號數(shù)字碼圖幅列號數(shù)字碼BCDEFGH1:50萬1:25萬1:10萬1:5萬1:2.5萬1:1萬1:5千第78頁/共194頁（4）我國地形圖分幅與編號地形圖的基本知識1:100萬1:50萬1:25萬1:10萬1：5萬1:

2.5萬1:1萬緯度：A~V經度：1~601:5千(4行4列共16幅）(2行2列共4幅）(12行12列共144幅）(24行24列共576幅）(48行48列共2304幅）(96行96列共9216幅）(192行192列共32864幅）BCDEFGHJ-50J50B001001J50C002001J50D006002J50E011004J50F021008J50G042015J50H084030Examples1991年以后(緯差2°、經差3°)(緯差1°、經差1°30′)(緯差20′、經差30′)(緯差10′、經差15′)(緯差5′、經差7′30″)(緯差2′30″、經差3′45″)(緯差1′15″、經差1′52?.5″)第79頁/共194頁我國的地形圖1：100萬地形圖77幅1：25萬地形圖819幅1：10萬地形圖共有7176幅1：5萬地形圖形控制24000多幅，已測制了18000多幅，覆蓋面積720多萬平方公里（4）我國地形圖分幅與編號地形圖的基本知識第80頁/共194頁地貌與地形圖第81頁/共194頁典型地貌地貌與地形圖第82頁/共194頁典型地貌的等高線地貌與地形圖第83頁/共194頁第84頁/共194頁第二講數(shù)字空間信息獲取技術§2.1

數(shù)字城市的數(shù)據(jù)內容§2.1

數(shù)字城市數(shù)據(jù)獲取技術§2.3

不同數(shù)據(jù)的獲取方法第85頁/共194頁第二講數(shù)字空間信息獲取技術§2.1

數(shù)字城市的數(shù)據(jù)內容§2.1

數(shù)字城市數(shù)據(jù)獲取技術§2.3不同數(shù)據(jù)的獲取方法第86頁/共194頁§2.2

數(shù)字城市數(shù)據(jù)獲取技術全站儀測量GPS地圖數(shù)字化數(shù)字攝影測量激光掃描測量干涉雷達近景攝影測量第87頁/共194頁§2.2

數(shù)字城市數(shù)據(jù)獲取技術全站儀測量高程測量水平角測量距離測量測量的三個基本工作：第88頁/共194頁§2.2數(shù)字城市數(shù)據(jù)獲取技術全站儀測量全站型電子速測儀的簡稱；同時進行角度（水平角、豎直角）測量、距離（斜距、平距、高差）測量和數(shù)據(jù)處理；由機械、光學、電子元件組合而成的測量儀器；只需一次安置，儀器便可以完成測站上所有的測量工作。第89頁/共194頁§2.2

數(shù)字城市數(shù)據(jù)獲取技術全站儀測量全站儀的測距原理：缺點：采用地面測站方式，不能適應實施城市較大區(qū)域的大比例尺測圖任務。第90頁/共194頁GPS衛(wèi)星定位技術概況GPS原理GPS組成GPS信號GPS測量方式GPS誤差來源GPS常用的坐標系統(tǒng)GPS特點GPS應用第91頁/共194頁2004年全球GPS的總產值達到了200億美元，預計到2005年底，全球GPS總產值將會增長到440億美元;我國衛(wèi)星導航應用產業(yè)的總產值在2002年約為20億元，而2004年已突破65億元，今年將有望突破100億元。兩組數(shù)據(jù):GPS1、衛(wèi)星定位技術概況第92頁/共194頁TheGlobalEnd-UserGPSMarket,through2006

($Billions)

GPS1、衛(wèi)星定位技術概況第93頁/共194頁2002-2007年中國車載GPS設備銷量及增長率GPS1、衛(wèi)星定位技術概況第94頁/共194頁衛(wèi)星定位系統(tǒng)美國的GPS全球定位系統(tǒng)（GlobalPositioningSystem）俄羅斯的GLONASS“全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)”（GlobalNavigationSatelliteSystem)歐洲的伽利略導航衛(wèi)星系統(tǒng)中國北斗導航系統(tǒng)GPS1、衛(wèi)星定位技術概況第95頁/共194頁始于1973年，在1994年全面建成，耗資200億美元；GPS由繞地球運行的24顆衛(wèi)星組成，衛(wèi)星距地面約1.7萬公里；在軍事上，這套系統(tǒng)可以為戰(zhàn)機、軍艦和導彈等導航，并鎖定攻擊目標；在民用方面，它可以為飛機、船舶和汽車等導航；目前處于壟斷地位。GPS1、衛(wèi)星定位技術概況美國的GPS全球定位系統(tǒng)第96頁/共194頁GLONASS定位系統(tǒng)與美國GPS系統(tǒng)相類似，其空間部分也由24顆衛(wèi)星組成。GLONASS系統(tǒng)采用了軍民合用、不加密的開放政策。GLONASS系統(tǒng)單點定位精度水平方向為16m，垂直方向為25m。其應用普及情況遠不及GPS。目前在軌道上只有6顆星可用，不能獨立組網，只能與GPS聯(lián)合使用。俄羅斯的GLONASS衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS1、衛(wèi)星定位技術概況第97頁/共194頁計劃始于1999年。確定30顆衛(wèi)星，總投資為35億歐元。預計系統(tǒng)于2008年投入運行;“伽利略”系統(tǒng)可與美國的ＧＰＳ和俄羅斯的“全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)”兼容，但比后兩者更安全、更準確、更商業(yè)化;我國也是該系統(tǒng)的合作伙伴。歐洲的“伽利略”Galileo定位系統(tǒng)概況:GPS1、衛(wèi)星定位技術概況第98頁/共194頁“伽利略”定位系統(tǒng)可為地面用戶提供3種信號，且定位精度都優(yōu)于ＧＰＳ。1）免費使用的信號；2）加密且需交費使用的信號；3）加密且需滿足更高要求的信號。“伽利略”定位系統(tǒng)為用戶提供的服務:GPS1、衛(wèi)星定位技術概況第99頁/共194頁自成獨立體系；能與其它的相關系統(tǒng)兼容；具備先進性和競爭能力；公開進行國際合作,它完全從民用出發(fā)，由非軍方控制和管理。

“伽利略”定位系統(tǒng)的特點:GPS1、衛(wèi)星定位技術概況第100頁/共194頁雙星定位原理由美國的L.A.Lvarez和C.Trophy及F.Rose三位科學家于1982年提出，并完成了總體設計,定名為GEOSTAR。北斗導航系統(tǒng)方案于1983年由陳芳允院士等人提出，1994年正式立項。2000年10月31日、2000年12月21日、2003年5月25日分別成功地將三顆“北斗一號”導航定位衛(wèi)星送入太空。三顆“北斗一號”工作星組成了完整的衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)，確保全天候、全天時提供衛(wèi)星導航信息中國的“北斗一號”雙星定位系統(tǒng)GPS1、衛(wèi)星定位技術概況第101頁/共194頁

采用3球交會測星原理進行定位，2顆衛(wèi)星為球心，2球心至用戶的距離為半徑可作2球面；另一個球面是以地心為球心，以用戶所在點至地心的距離為半徑的球面；3個球面的會交點即為用戶的位置。雙星導航原理GPS1、衛(wèi)星定位技術概況第102頁/共194頁雙星定位導航系統(tǒng)的定位過程GPS1、衛(wèi)星定位技術概況第103頁/共194頁“北斗一號”衛(wèi)星導航系統(tǒng)與GPS系統(tǒng)比較比較內容北斗一號GPS覆蓋范圍我國本土的區(qū)域覆蓋全球衛(wèi)星數(shù)量224定位原理主動式雙向測距二維導航被動式偽碼單向測距三維導航定位精度三維定位精度約幾十米三維定位精度P碼目前己達到6m用戶容量有限（用戶數(shù)為每小時540000戶）無限實時性差好GPS1、衛(wèi)星定位技術概況第104頁/共194頁“北斗一號”的優(yōu)缺點優(yōu)點：衛(wèi)星數(shù)量少、投資小、用戶設備簡單價廉能實現(xiàn)一定區(qū)域的導航定位、通訊等多用途，可滿足當前我國陸、海、空運輸導航定位的需求。缺點：缺點是不能覆蓋兩極地區(qū)，赤道附近定位精度差，只能二維主動式定位，且需提供用戶高程數(shù)據(jù)，不能滿足高動態(tài)和保密的軍事用戶要求，用戶數(shù)量受一定限制。GPS1、衛(wèi)星定位技術概況第105頁/共194頁1。北斗系統(tǒng)定位是要依靠地球橢球面，所以，對于實際應用來說，因為存在高度誤差，必須依靠數(shù)字地圖矯正。

2。北斗系統(tǒng)的衛(wèi)星是同步衛(wèi)星，落地信號功率很小，需要有碟型天線，地面的接收系統(tǒng)可能無法微型化，無法用于導彈或單兵。3。由于是同步衛(wèi)星，下行波束的角度很窄，運動的地面終端必須不斷調整天線的指向，對于高速運動的設備，幾乎不可能。GPS1、衛(wèi)星定位技術概況目前北斗系統(tǒng)在軍事的應用無法和GPS相提并論北斗定位系統(tǒng)存在的幾個問題：第106頁/共194頁GPS2、GPS定位原理第107頁/共194頁(x-a2)2+(y-b2)2+(z-c2)2=R22(x-a1)2+(y-b1)2+(z-c1)2=R12(x-a3)2+(y-b3)2+(z-c3)2=R32R1(a1,b1,c1)R2(a2,b2,c2)R3(a3,b3,c3)(x,y,z)GPS2、GPS定位原理第108頁/共194頁R2R3(x-a4)2+(y-b4)2+(z-c4)2

=R42(x-a2)2+(y-b2)2+(z-c2)2

=R22(x-a1)2+(y-b1)2+(z-c1)2

=R12(x-a3)2+(y-b3)2+(z-c3)2

=R32+(⊿

t0)+(⊿

t0)+(⊿

t0)+(⊿

t0)R4R1GPS2、GPS定位原理第109頁/共194頁BasicideaofGPSpositioning第110頁/共194頁Pseudorangemeasurements第111頁/共194頁至少需要4顆衛(wèi)星才能得到某一位置的3維坐標值GPS2、GPS定位原理第112頁/共194頁總結:GPS定位的基本原理根據(jù)高速運動的衛(wèi)星瞬間位置作為已知的起算數(shù)據(jù);根據(jù)時間計算衛(wèi)星與接收點的距離;通過四顆衛(wèi)星,采用空間距離后方交會的方法，確定待測點的位置。GPS2、GPS定位原理第113頁/共194頁控制部分3、GPS的組成衛(wèi)星空間部分用戶GPS接收機GPS第114頁/共194頁GPS的空間部分GPS衛(wèi)星GPS3、GPS的組成第115頁/共194頁用戶GPS接收機手持GPS機車載型GPS機GPS3、GPS的組成第116頁/共194頁用戶GPS接收機測量型GPS接收機GPS3、GPS的組成第117頁/共194頁地面控制部分主控站監(jiān)測站地面天線GPS3、GPS的組成第118頁/共194頁空間部分：

提供星歷和時間信息

發(fā)射偽距和載表信號

提供其它輔助信息地面控制部分：

中心控制系統(tǒng)

實現(xiàn)時間同步

跟蹤衛(wèi)星進行定軌用戶部分：接收并測衛(wèi)星信號記錄處理數(shù)據(jù)提供導航定位信息GPS3、GPS的組成第119頁/共194頁GPS4、GPS的信號測距碼：包括C/A碼（粗碼）和P碼（精碼），用于測量星站間的距離；數(shù)據(jù)碼：也稱導航電文。包含衛(wèi)星星歷、工作狀態(tài)、系統(tǒng)時間、電離層參數(shù)等與GPS實現(xiàn)定位所必需的信息；載波信號：對測距碼和數(shù)據(jù)碼調制后進行發(fā)送。第120頁/共194頁GPS5、GPS的測量方式動態(tài)測量與靜態(tài)測量絕對定位測量(單點定位)與相對定位測量(差分定位)第121頁/共194頁PrincipleofGPSpointpositioning第122頁/共194頁PrincipleofGPSrelativepositioningGPS5、GPS的測量方式第123頁/共194頁StaticGPSsurveyingBase(known)Remote(unknown)GPS5、GPS的測量方式第124頁/共194頁Stop-and-goGPSsurveyingGPS5、GPS的測量方式第125頁/共194頁Fast(rapid)staticGPSsurveyingGPS5、GPS的測量方式第126頁/共194頁Real-timedifferentialGPSoperationGPS5、GPS的測量方式第127頁/共194頁GPSerrorsandbiasesGPS6、GPS的測量誤差來源第128頁/共194頁GPS6、GPS的測量誤差來源（1）與GPS衛(wèi)星有關的因素SA(Selectiveavailability)政策：在GPS基準信號中加入高頻抖動（技術）等方法，人為降低普通用戶利用GPS進行導航定位時的精度；衛(wèi)星星歷誤差：計算在某時刻GPS衛(wèi)星位置所需的衛(wèi)星軌道參數(shù)是通過各種類型的星歷提供的，由星歷所計算出的衛(wèi)星位置與真實位置有差異；衛(wèi)星鐘差：GPS衛(wèi)星上所安裝的原子鐘的鐘面時與GPS標準時間之間的誤差；衛(wèi)星信號發(fā)射天線相位中心偏差。第129頁/共194頁電離層GPS6、GPS的測量誤差來源（2）與傳播途徑有關的因素電離層延遲對流層延遲多路徑效應第130頁/共194頁GPS6、GPS的測量誤差來源（3）與接收機有關的因素接收機鐘差：接收機鐘差是GPS接收機所使用的鐘的鐘面時與GPS標準時之間的差異。接收機天線相位中心偏差：接收機天線相位中心偏差是GPS接收機天線的標稱相位中心與其真實的相位中心之間的差異。接收機軟件和硬件造成的誤差：在進行GPS定位時，定位結果還會受到諸如處理與控制軟件和硬件等的影響。第131頁/共194頁GPS6、GPS的測量誤差來源（4）其它因素GPS控制部分人為或計算機造成的影響：由于GPS控制部分的問題或用戶在進行數(shù)據(jù)處理時引入的誤差等。數(shù)據(jù)處理軟件的影響：數(shù)據(jù)處理軟件的算法不完善對定位結果的影響。第132頁/共194頁GPS7、GPS測量中常用的坐標系統(tǒng)WGS-84坐標系是目前GPS所采用的坐標系統(tǒng)，GPS所發(fā)布的星歷參數(shù)基于此坐標系統(tǒng)。WGS-84坐標系的坐標原點位于地球的質心。如果要與已有的地形圖配合，要進行坐標變換。第133頁/共194頁WGS-84坐標系與我國現(xiàn)有坐標系的轉換GPS7、GPS測量中常用的坐標系統(tǒng)

不同參考系下轉換第134頁/共194頁GPS8、GPS特點定位精度高：

GPS相對定位精度在50KM以內可達10-6，100-500KM可達10-7，1000KM可達10-9。在300-1500m工程精密定位中，1小時以上觀測的解其平面其平面位置誤差小于1mm。觀測時間短測站間無須通視可提供三維坐標

操作簡便全天候作業(yè)功能多、應用廣：可用于測量、導航、測速、測時。測速的精度可達0.1M/S，測時的精度可達幾十毫微秒。第135頁/共194頁GPS8、GPS應用只有我們想不到的，沒有GPS做不到的。第136頁/共194頁汽車導航35.4%手持26.6%跟蹤10.0%

測量7.4%

制造7.4%航海1.9%航空4.4%軍事1.5%GIS7.7%GPS的應用領域第137頁/共194頁戴GPS的小狗第138頁/共194頁車輛導航交通調度第139頁/共194頁GPS制導第140頁/共194頁GPS制圖第141頁/共194頁GPS在中國應用目前存在的問題:地圖滯后需求不足終端貧乏GPS第142頁/共194頁§2.2

數(shù)字城市數(shù)據(jù)獲取技術一、全站儀測量二、GPS三、地圖數(shù)字化四、數(shù)字攝影測量五、激光掃描測量六、干涉雷達七、近景攝影測量第143頁/共194頁三、地圖數(shù)字化數(shù)字化儀掃描地圖數(shù)字化TITANScanInR2VGEOWAYVpstudioCASSCANGeoScanMapScan常用的掃描地圖數(shù)字化軟件第144頁/共194頁§2.2

數(shù)字城市數(shù)據(jù)獲取技術一、全站儀測量二、GPS三、地圖數(shù)字化四、數(shù)字攝影測量五、激光掃描測量六、干涉雷達七、近景攝影測量第145頁/共194頁四、數(shù)字攝影測量遙感影像地形圖攝影測量：利用光學攝影機獲取的像片，經過處理以獲取被攝物體的形狀、大小、位置、特性及其相互。主要用于測繪1:1000～1:100000各類比例尺的地形圖。第146頁/共194頁各種類型傳感器被攝物體影像通過量測和解譯過程自然物體及其環(huán)境的可靠信息DEMDLGDRGDOM四、數(shù)字攝影測量第147頁/共194頁航空光學影像四、數(shù)字攝影測量第148頁/共194頁ADS40數(shù)字航空影像四、數(shù)字攝影測量第149頁/共194頁四、數(shù)字攝影測量第150頁/共194頁三峽景觀圖：三條航帶、175張航空影像四、數(shù)字攝影測量第151頁/共194頁北京城市景觀（亞運村）第152頁/共194頁遙感平臺高度目的、用途其它航天飛機240～350km不定期地球觀測、空間實驗

無線電探空儀100m～100km各種調查（氣象等）

超高度噴氣機10000～12000m偵察、大范圍調查

中低高度飛機500～8000m各種調查、航空攝影測量

飛艇500～3000m空中偵察、各種調查

直升機100～2000m各種調查、航空攝影測量

無線遙探飛機500m以下各種調查、航空攝影測量飛機、直升機牽引飛機50～500m各種調查、航空攝影測量牽引滑翔機系留氣球800m以下各種調查

索道10～40m遺址調查

吊車5～50m地面實況調查

地面測量車0～30m地面實況調查車載升降臺四、數(shù)字攝影測量平臺第153頁/共194頁無需接觸物體本身獲得被攝物體信息由二維影象重建三維目標面采集數(shù)據(jù)方式同時提取物體的幾何與物理特性四、數(shù)字攝影測量攝影測量的特點第154頁/共194頁地形測量領域各種比例尺的地形圖、專題圖、特種地圖正射影像地圖、景觀圖建立各種數(shù)據(jù)庫提供地理信息系統(tǒng)和土地信息系統(tǒng)所需要的基礎數(shù)據(jù)四、數(shù)字攝影測量攝影測量的任務第155頁/共194頁制圖比例尺1：25萬1：5萬1：2.5萬1：1萬1：5000測繪制圖需求（m）3~520.8~10.4~0.5更新圖件需求（m）20-305-103~52約1不同比例尺地形圖對遙感圖像地面分辨率性能的需求第156頁/共194頁四、數(shù)字攝影測量生成的產品糾正的影像DEM，DOM，DRG，DLG第157頁/共194頁§2.2

數(shù)字城市數(shù)據(jù)獲取技術一、全站儀測量二、GPS三、地圖數(shù)字化四、數(shù)字攝影測量五、激光掃描測量六、干涉雷達七、近景攝影測量第158頁/共194頁五、激光掃描測量第159頁/共194頁五、激光掃描測量大范圍數(shù)字地表模型的高精度實時獲??；無需地面控制點；可部分穿越樹林遮擋直接獲取地表的高精度三維信息；對天氣要求不高，可夜間作業(yè)。特點第160頁/共194頁§2.2

數(shù)字城市數(shù)據(jù)獲取技術一、全站儀測量二、GPS三、地圖數(shù)字化四、數(shù)字攝影測量五、激光掃描測量六、干涉雷達七、近景攝影測量第161頁/共194頁六、干涉雷達發(fā)展快（1974年，首次提出用合成孔徑雷達干涉測量進行地形測繪；1986年，美國噴氣推進實驗室發(fā)表了用機載雙天線SAR進行地形測繪的結果，20世紀90年代中后期以后，技術逐漸成熟，成為SAR應用研究的熱點之一）；全天候、全天時的特點；可以獲取地表高精度的三維信息；應用領域不斷擴展（地形測量、地殼形變、海洋現(xiàn)象和艦船的監(jiān)測、軍事應用、森林調查、火山監(jiān)測、地面沉降和土地利用等）。第162頁/共194頁從單幅雷達影像提取的地面高程信息第163頁/共194頁§2.2

數(shù)字城市數(shù)據(jù)獲取技術一、全站儀測量二、GPS三、地圖數(shù)字化四、數(shù)字攝影測量五、激光掃描測量六、干涉雷達七、近景攝影測量第164頁/共194頁七、近景攝影測量近距離（一般指100米以內）拍攝目標圖像，經過加工處理，確定其大小、形狀和幾何位置的技術；解決3D模型數(shù)據(jù)量大的問題；可以獲取三維物體精確的坐標分布；既適用于建筑物外部數(shù)據(jù)的幾何和紋理數(shù)據(jù)的獲取，又適用于建筑物內部數(shù)據(jù)的獲取。第165頁/共194頁七、近景攝影測量第166頁/共194頁第二講數(shù)字空間信息獲取技術§2.1

數(shù)字城市的數(shù)據(jù)內