空間參照系統(tǒng)與地圖投影.ppt

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1、2020/7/9,1,韶關(guān)學(xué)院旅游與地理學(xué)院 陳世發(fā),地理信息系統(tǒng)基礎(chǔ)與實(shí)踐Geographical Information System Theory and Practice,第二章 空間參照系統(tǒng)與地圖投影,旅游與地理學(xué)院 陳世發(fā),2020/7/9,2,韶關(guān)學(xué)院旅游與地理學(xué)院 陳世發(fā),1、地理空間,,,,,,,2、地球空間模型描述,3、地理空間坐標(biāo)系的建立,4、地圖投影,6、地圖投影的選擇,5、我國(guó)常用投影,討論與思考,2020/7/9,3,韶關(guān)學(xué)院旅游與地理學(xué)院 陳世發(fā),空間現(xiàn)象及其描述,特征 關(guān)系 行為,觀察,,,,選擇 抽象 綜合,,測(cè)量：位置 編碼：屬性 建立關(guān)系： 表達(dá)：

2、,,,,1、地理空間,2020/7/9,4,韶關(guān)學(xué)院旅游與地理學(xué)院 陳世發(fā),地理空間上至大氣電離層，下至莫霍面，有著廣闊的范圍。但一般地理空間指的是地球表層，其基準(zhǔn)是陸地表面和大洋表面，它是人類活動(dòng)頻繁發(fā)生的區(qū)域，是人地關(guān)系最為復(fù)雜、緊密的區(qū)域。 在空間信息系統(tǒng)中，地理空間被定義為絕對(duì)空間和相對(duì)空間兩種形式。絕對(duì)空間是由一系列不同位置的空間坐標(biāo)值組成；相對(duì)空間是是由不同實(shí)體之間的空間關(guān)系構(gòu)成。,1、地理空間,,2020/7/9,5,韶關(guān)學(xué)院旅游與地理學(xué)院 陳世發(fā),地球表面模型可以分為四類： 最自然的面 相對(duì)抽象的面：也稱為大地水準(zhǔn)面，是靜止海平面的延伸。以它為基準(zhǔn)，可以用水準(zhǔn)儀測(cè)量地球自然表

3、面上任意點(diǎn)的高程。海平面的起伏將導(dǎo)致測(cè)量的不確定。大地水準(zhǔn)面所包圍的球體，叫大地球體。 模型：以大地水準(zhǔn)面為基準(zhǔn)建立的地球橢球體模型。 其他數(shù)學(xué)模型：為了解決特定的大地測(cè)量問(wèn)題而提出的。如類地形面、準(zhǔn)大地水準(zhǔn)面、靜態(tài)水平衡橢球體等。,2、地球空間模型描述 地理空間數(shù)學(xué)建模,,2020/7/9,6,韶關(guān)學(xué)院旅游與地理學(xué)院 陳世發(fā),,2020/7/9,7,韶關(guān)學(xué)院旅游與地理學(xué)院 陳世發(fā),,空間信息、地理空間、空間現(xiàn)象,,地理(地球)空間的定義,,,地理空間的數(shù)學(xué)建模,地理空間的構(gòu)成要素？,空間要素進(jìn)行定位？(參照),,選擇一個(gè)合適的坐標(biāo)系？,,平面上？,,,地圖投影,,地圖,GIS中地圖投影的一

4、般原則,地理坐標(biāo)系的建立？,,空間要素表達(dá)？,,地理空間整體框架,2020/7/9,8,韶關(guān)學(xué)院旅游與地理學(xué)院 陳世發(fā),地球模型：三級(jí)近似,地球自然表面,極不規(guī)則，無(wú)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 1952：海福特橢球 1953：克拉索夫斯基橢球 1978：1975年國(guó)際橢球,,2020/7/9,9,韶關(guān)學(xué)院旅游與地理學(xué)院 陳世發(fā),橢球體參數(shù),長(zhǎng)半徑 a（赤道半徑） 短半徑 b（極半徑） 扁 率 =(a-b)/a 第一偏心率 e2=(a2- b2)/ a2 第二偏心率 e2=(a

5、2- b2)/ b2,我國(guó)使用的橢球 克拉索夫斯基橢球體 IAG75橢球體 WGS84橢球體,,我國(guó)的大地坐標(biāo)系和高程系 1954年北京坐標(biāo)系 1980年國(guó)家大地坐標(biāo)系西安原點(diǎn) GPS測(cè)量數(shù)據(jù) 1956年黃海高程系 1985年國(guó)家高程基準(zhǔn),,,,,2020/7/9,10,韶關(guān)學(xué)院旅游與地理學(xué)院 陳世發(fā),一、天文坐標(biāo)系 1、定義：以大地水準(zhǔn)面和鉛錘線為基準(zhǔn)建立起來(lái)的坐標(biāo)系。 2、表示：天文經(jīng)度，天文緯度、正高H。 二、大地坐標(biāo)系 1、定義：以參考橢球面及其法線為基準(zhǔn)建立 起來(lái)的坐標(biāo)系統(tǒng)。 2、表示：大地經(jīng)度L，大地緯度B、大地高H 三、平面坐標(biāo)系統(tǒng)（笛卡兒坐標(biāo)系統(tǒng)） 以平面為基礎(chǔ)的平面坐

6、標(biāo)系?，F(xiàn)實(shí)世界是以相對(duì)于指定原點(diǎn)的XY坐標(biāo)值來(lái)定位的，單位常用英尺或米（常為正值） 可以將經(jīng)緯度坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成平面直角坐標(biāo)，這樣就可以方便地進(jìn)行距離、方位、面積的計(jì)算： F:(,)(x,y)， 為經(jīng)度， 為緯度,3、地理空間坐標(biāo)系的建立,2020/7/9,11,韶關(guān)學(xué)院旅游與地理學(xué)院 陳世發(fā),,,,地球表面,地球的經(jīng)線和緯線,地面點(diǎn)的高程,地理坐標(biāo)系,,2020/7/9,12,韶關(guān)學(xué)院旅游與地理學(xué)院 陳世發(fā),地圖是按一定的法則，以二維形式在平面上表示地理空間中的要素信息的圖形或圖像，包括位置及其上的特征。地圖具有嚴(yán)格的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、符號(hào)系統(tǒng)、文字注記等 由于地圖本身的尺寸與其描述的地理空間范

7、圍之間是不同的，因此，通常說(shuō)地圖具有某種比例尺。 比例尺分類 大比例尺：大于和等于1：10萬(wàn)的地圖 中比例尺：大于1：100萬(wàn)和小于1：10萬(wàn)的地圖 小比例尺： 1：100萬(wàn)和更小比例的地圖,4、地圖投影,2020/7/9,13,韶關(guān)學(xué)院旅游與地理學(xué)院 陳世發(fā),4、地圖投影 意義,地圖制圖的基本要求 用一定的數(shù)學(xué)方法把大地坐標(biāo)系轉(zhuǎn)化為某投影面上的平面直角坐標(biāo)系。GIS用各種平面坐標(biāo)系統(tǒng)去描繪地球，而每種平面坐標(biāo)均基于特殊的地圖投影。地圖投影之后的結(jié)果記錄是以地圖作為保存形式的。地圖投影的使用保證了空間信息從地理坐標(biāo)變換為平面坐標(biāo)后能夠保持在地域上的聯(lián)系和完整性。 進(jìn)行空間操作和空間

8、分析的基本前提 地圖精度的基本要求 關(guān)于數(shù)據(jù)精度只注意數(shù)字化和編輯過(guò)程中的偶然誤差和外圍設(shè)備的系統(tǒng)誤差，而忽視了地圖投影的所產(chǎn)生的變形誤差。 其后果是：顯示或輸出的圖形文件發(fā)生變形或扭曲，有些變形在視覺上不易直接觀察。這一方面嚴(yán)重影響到地圖的精度，屬性數(shù)據(jù)空間順序和空間聯(lián)系分析結(jié)果的準(zhǔn)確性；另一方面嚴(yán)重的影響到GPS的應(yīng)用效果。,2020/7/9,14,韶關(guān)學(xué)院旅游與地理學(xué)院 陳世發(fā),,,,,,,,,,,,,,,,,,說(shuō)明： 投影面P不一定是平面 點(diǎn)A與投影面P不必須是在S的兩側(cè) 在特殊情況下投影中心S點(diǎn)允許在無(wú)窮遠(yuǎn)處,,,,,a b c,P,E,S,,P,C B A,4、地圖投影投

9、影概念,投影概念：投影指的是在兩個(gè)點(diǎn)集之間建立一一映射關(guān)系。 數(shù)學(xué)表達(dá)：空間任意點(diǎn)A與一固定點(diǎn)S的連線AS（包括其延長(zhǎng)線）被某面P所截，直線AS與該截面P的交點(diǎn)a叫做空間點(diǎn)A在截面P上的投影。截面P稱作投影面，交點(diǎn)a稱作投影點(diǎn)，直線AS稱作投影線，S點(diǎn)稱作投影中心。,2020/7/9,15,韶關(guān)學(xué)院旅游與地理學(xué)院 陳世發(fā),4、地圖投影地圖投影的變形,這種變形使得地理要素的幾何特性受到破壞： 長(zhǎng)度變形：地球儀上，緯線長(zhǎng)度不等；同一緯線上，經(jīng)差相同，緯線長(zhǎng)度相同；同一經(jīng)線上，緯差相同而經(jīng)線長(zhǎng)度不同；所有經(jīng)線長(zhǎng)度相等。 面積變形：地球儀上，同一緯度帶內(nèi)，經(jīng)差相同的網(wǎng)格面積相等；同一經(jīng)度帶內(nèi)，緯度越高

10、，面積越小。 角度變形：地球儀上，經(jīng)線與緯線處處呈直角相交。,2020/7/9,16,韶關(guān)學(xué)院旅游與地理學(xué)院 陳世發(fā),按變形性質(zhì)分類： 等角投影：角度變形為零。 等積投影：面積變形為零。 任意投影：長(zhǎng)度、角度和面積都存在變形。 經(jīng)投影后地圖上所產(chǎn)生的長(zhǎng)度變形、角度變形和面積變形是相互聯(lián)系相互影響的：等積與等角互斥；任意投影不能等角和等積；等積投影角度變形大，等角投影面積變形大。,4、地圖投影地圖投影的分類,2020/7/9,17,韶關(guān)學(xué)院旅游與地理學(xué)院 陳世發(fā),4、地圖投影地圖投影的分類,從投影面類型劃分為：圓錐、圓柱、平面（方位投影） 從投影面與地球位置關(guān)系劃分為：正軸、橫軸、斜軸，切、割

11、,關(guān)于地圖投影的幾點(diǎn)結(jié)論： 1、實(shí)現(xiàn)等角、等面積、等距離同時(shí)做到的投影不存在 2、投影方式有多種多樣，一個(gè)國(guó)家或地區(qū)依據(jù)自己所處在的經(jīng)緯度、幅員大小以及圖件用途選擇投影方式 3、在大于1：10萬(wàn)的大比例尺圖件中，各種投影帶來(lái)的誤差可以忽略。,圓錐投影 圓柱投影 方位投影,2020/7/9,18,韶關(guān)學(xué)院旅游與地理學(xué)院 陳世發(fā),GIS中地圖投影的判別,,GIS中投影判別的兩種主要方法： 地圖設(shè)計(jì)書。 地圖設(shè)計(jì)書是編制地圖的立法性文件，是制圖過(guò)程不可缺的環(huán)節(jié)，它對(duì)地圖投影的選擇、地圖概括、整飾、表示方法等都有明確規(guī)定。,地圖常識(shí)和慣例 一幅地圖投影的選擇是綜合各種影響因素（區(qū)域所在位置、區(qū)域形狀

12、、地圖的用途、精度要求等等），那么就可以根據(jù)地圖投影的一般常識(shí)和規(guī)律來(lái)判斷投影類型。,,2020/7/9,19,韶關(guān)學(xué)院旅游與地理學(xué)院 陳世發(fā),5、我國(guó)常用地圖投影,對(duì)我國(guó)來(lái)講，除1：100萬(wàn)（及小于此比例尺）采用Lambert（正軸等角割圓錐）投影外，其余基本采用高斯-克呂格投影（橫軸等角切圓柱） 高斯克呂格投影在英美國(guó)家稱為橫軸墨卡托投影 高斯投影特征： 1、中央經(jīng)線和赤道投影為互相垂直的直線，且為投影的對(duì)稱軸 2、投影后無(wú)角度變形，即等角投影 3、中央經(jīng)線無(wú)長(zhǎng)度變形 4、同一條經(jīng)線上，緯度越低，變形越大，赤道處最大同一條緯線上，離中央經(jīng)線越遠(yuǎn)，變形越大； 5、為了保證地圖的精度，采用分帶

13、投影方法，即將投影范圍的東西界加以限制，使其變形不超過(guò)一定的限度，這樣把許多帶結(jié)合起來(lái)，可成為整個(gè)區(qū)域的投影，在6帶范圍內(nèi)，長(zhǎng)度變形線最大不超過(guò)0.14%,2020/7/9,20,韶關(guān)學(xué)院旅游與地理學(xué)院 陳世發(fā),高斯投影的分帶規(guī)定,比例尺為11萬(wàn)和大于11萬(wàn)的地形圖采用3度分帶的高斯克呂格投影，投影的最大長(zhǎng)度變形為0.0345，最大面積變形為0.069 12.5萬(wàn)150萬(wàn)地形圖規(guī)定采用6度分帶的高斯克呂格投影。投影的最大長(zhǎng)度變形為0.138，最大面積變形為0.276 我國(guó)新編1100萬(wàn)地形圖采用邊緣緯線與中緯變形絕對(duì)值相等的等角圓錐投影（Lambert投影）。,我國(guó)規(guī)定按經(jīng)差6和3進(jìn)行投影分帶

14、。,投影帶：以中央子午線為軸，兩邊對(duì)稱劃出一定區(qū)域作為投影范圍； 1）分帶原則（1）限制長(zhǎng)度變形使其不大于測(cè)圖誤差； （2）帶數(shù)不應(yīng)過(guò)多以減少換帶計(jì)算工作。,2020/7/9,21,韶關(guān)學(xué)院旅游與地理學(xué)院 陳世發(fā),,6帶: 自0子午線起每隔經(jīng)差6自西向東分帶，依次編號(hào)1，2，3，60。帶號(hào)用n表示，中央子午線的經(jīng)度用表示。 帶號(hào)（n）及中央子午線經(jīng)度的關(guān)系：,3帶: 自東經(jīng)1.5子午線起，每隔3設(shè)立一個(gè)投影帶， 依次編號(hào)為1，2，3， ， 120帶；中央子午線經(jīng)度依次為3, 6, 9, , 360。,帶號(hào)及中央子午線經(jīng)度的關(guān)系： 03 n=L/3(四舍五入),2）分帶方法,2020

15、/7/9,22,韶關(guān)學(xué)院旅游與地理學(xué)院 陳世發(fā),,例：某控制點(diǎn) P 點(diǎn),按3帶：,按6帶：,L=113E，B=24N,2020/7/9,23,韶關(guān)學(xué)院旅游與地理學(xué)院 陳世發(fā),在投影面上，中央子午線和赤道的投影都是直線，并且以中央子午線和赤道的交點(diǎn)O作為坐標(biāo)原點(diǎn)，以中央子午線的投影為縱坐標(biāo)軸，以赤道的投影為橫坐標(biāo)軸。,,2020/7/9,24,韶關(guān)學(xué)院旅游與地理學(xué)院 陳世發(fā),6帶與3帶的區(qū)別與聯(lián)系區(qū)別 6帶：從 0子午線起劃分，帶寬6 ，用于中小比例尺（1：25000以下）測(cè)圖； 3帶：從 1.5子午線起劃分，帶寬3，用于大比例尺（如1：10000）測(cè)圖。 3帶是在6帶的基礎(chǔ)上劃分的，6帶

16、的中央子午線及分帶子午線均作為3帶的中央子午線，其奇數(shù)帶的中央子午線與6帶中央子午線重合，偶數(shù)帶與分帶子午線重合。,,2020/7/9,25,韶關(guān)學(xué)院旅游與地理學(xué)院 陳世發(fā),地圖投影的選擇主要考慮以下因素：制圖區(qū)域的范圍、形狀和地理位置；地圖的用途、出版方式及其他要求等。 世界地圖的投影：保證全球整體變形不大，多圓錐投影，任意偽圓柱投影等。 半球地圖的投影：東西半球有橫軸等面積（等角）方位投影；南北半球有正軸等面積（等角、等距離）方位投影。 各大洲地圖的投影：各洲都選用了斜軸等面積方位投影，此外，亞洲和北美洲（ 彭納投影）、歐洲和大洋州（正軸等圓錐投影）、南美洲（桑遜投影）。 我國(guó)各種地圖投影

17、：全國(guó)地圖（各種投影，lambert投影居多）、分省區(qū)地圖（各種投影，高斯克呂格投影最多）、大比例尺地形圖（高斯克呂格投影）。,6、地圖投影的選擇,2020/7/9,26,韶關(guān)學(xué)院旅游與地理學(xué)院 陳世發(fā),地理信息系統(tǒng)中地圖投影配置的一般原則 所配置的投影系統(tǒng)應(yīng)與相應(yīng)比例尺的國(guó)家基本圖（基本比例尺地形圖、基本省區(qū)圖或國(guó)家大地圖集）投影系統(tǒng)一致； 系統(tǒng)一般只考慮至多采用兩種投影系統(tǒng)，一種服務(wù)于大比例尺的數(shù)據(jù)處理與輸入輸出，另一種服務(wù)于中小比例尺； 所用投影應(yīng)能與網(wǎng)格坐標(biāo)系統(tǒng)相適應(yīng)，即所采用的網(wǎng)格系統(tǒng)(特別是一級(jí)網(wǎng)格)在投影帶中應(yīng)保持完整。,6、地圖投影的選擇,,,2020/7/9,27,韶關(guān)學(xué)院旅游與地理學(xué)院 陳世發(fā),思考題,閱讀地圖投影方面的材料 投影的基本原理？高斯投影減少誤差的基本思想是什么？ 我國(guó)不同比例尺常用的投影方式有哪些？為什么采用這些投影? 大比例尺的地圖為什么可以忽略投影方式？ 為什么在GIS應(yīng)用之前需要了解所采用的地圖投影？,,