地理信息系统高级教程3

1、地理信息系统高级教程地理信息系统高级教程徐伟铭徐伟铭观察和认知观察和认知信息信息选择、综合、简化和抽象选择、综合、简化和抽象空间事物或现象空间事物或现象概念模型概念模型Conceptial Model逻辑数据模型逻辑数据模型Logical Data Model编码、表达、建立空间关系编码、表达、建立空间关系物理数据模型物理数据模型Physical Data Model以数据结构对数据进行组织以数据结构对数据进行组织概念世界概念世界最高层最高层数据世界数据世界（计算机）（计算机）中间层中间层空间数据库空间数据库最底层最底层现实世界现实世界空间数据模型概念模型逻辑模型物理模型场/域模型对象模型矢量

2、模型栅格模型数据结构2D 模型3D模型4D模型（时空数据模型）层次维度第三讲第三讲 地理空间数据地理空间数据l数据的类型l地理空间数据的类型l地理空间数据的生产l地理空间数据的质量数据分类按记录介质按记录符号按数据来源按数据内容纸质数据电子数据文本表格数据图像图形数据音频视频数据历史文献统计数据实验数据测量遥感数据人口数据法人数据自然资源数据经济数据磁带数据磁盘数据光盘数据点：通常为矢量格式线：通常为矢量格式区体名称标度等级标度区间标度比率标度地理变量数据地理实体数据地理空间数据类型按变量的标度按数据集形式矢量栅格点格式线格式区格式矢量栅格三维矢量三维栅格数据的标度数据的标度l名称标度（Nom

3、inal）l顺序标度（Ordinal）l区间标度（Interval）l比率标度（Ratio）l名称标度：标识、命名 定性标度，不能进行算术运算，也称为类型测量尺度。它只对特定现象进行标识，赋予一定的数值（但是这些数值之间无数量关系）或符号而不定量描述。该数据的逻辑运算只有“等于”或“不等于”两种形式，而其近似均值只能使用众数。 实例：土地利用类型、植被类型或岩石类型。l等级标度：等级或顺序排列 半定量标度，线性坐标上不按值的大小，而是按顺序排列的数，是基于对现象进行排序来标识的测量尺度。该数据的逻辑运算除了“等于”与“不等于”之外，还可以比较它们的大小，即“大于”或“小于”。由于不同次序之间的

4、间隔大小可以不同，故不能进行加、减、乘、除等算术运算。 实例：自然灾害的等级或发生的危险程度，山峰按高度的分级（极高山、高山、中山、低山和丘陵），坡度分级（陡坡、中坡、缓坡）。l区间标度：相对定量标度(无绝对零点) 不参照某个固定点，而是按间隔表示相对位置的数（零值往往系人为规定）。按间隔量测的值相互之间可以比较大小，并且它们之间的差值大小是有意义的。 实例：温度，时刻。l比率标度：绝对定量标度(有绝对零点) 比例测量尺度的测量值，具有真零值且测量单位是等间隔的，该数据支持加、减、乘、除等多种算术运算。 实例：降雨量、人口密度。 地理变量类型矢量模型栅格模型点格式线格式区格式名称标度顺序标度区

5、间标度比率标度l地图数据的生产l遥感影像数据的生产l建立大地坐标系l建立平面坐标系l获取地理对象的空间位置与属性l转绘成图l地图整饰l出版发布 建立地球参考椭球体 建立地球表面局部与地球参考椭球体表面之间的关系地球表面的形态地球表面的形态地球表面地球表面水准面水准面大地水准面大地水准面铅垂线铅垂线地球椭球面地球椭球面地球模型地球模型地球模型：三级近似地球模型：三级近似地球自然表面地球自然表面极不规则，无法用数学表面进行描述极不规则，无法用数学表面进行描述水准面所包围的球体水准面所包围的球体大地水准面所包围的球体大地水准面所包围的球体旋转椭球体旋转椭球体不规则性、动态性、不唯一性不规则性、动态性

6、、不唯一性不规则性、相对唯一性不规则性、相对唯一性标准数学曲面标准数学曲面1906：海福特椭球：海福特椭球1940：克拉索夫斯基椭球：克拉索夫斯基椭球1978：1975年国际椭球年国际椭球aba旋转轴旋转轴abae22椭圆的第二偏心率：椭圆的第二偏心率： 椭圆的长半轴：椭圆的长半轴： a a椭圆的短半轴：椭圆的短半轴： b b椭圆的扁率：椭圆的扁率： bbae22 椭圆的第一偏心率：椭圆的第一偏心率： 椭球体名称椭球体名称年代年代长半轴（米）长半轴（米）扁率分母扁率分母备注备注克拉克(Clarke)18806378249293.5海福特(Hayford)19106378388297克拉索夫斯基

7、19406378245298.31975国际椭球（16届IUGG会议）19756378140298.2571975年国际第三个推荐值WGS-84椭球19846378137298.25722GPS定位系统2000国家大地坐标系（CGCS2000）椭球20006378137298.257222101中国 中国在中国在19521952年以前采用海福特（年以前采用海福特（HayfordHayford）椭球体，从）椭球体，从1953-19801953-1980年采用克拉索夫斯基椭球体，自年采用克拉索夫斯基椭球体，自19801980年开始采用年开始采用GRSGRS（19751975）新参考椭）新参考椭球体

8、系球体系。 一个国家或地区在建立大地坐标系时，为使地球一个国家或地区在建立大地坐标系时，为使地球椭球面更切合本国或本地区的自然地球表面，往往需要椭球面更切合本国或本地区的自然地球表面，往往需要选择合适的椭球参数、确定一个大地原点的起始数据，选择合适的椭球参数、确定一个大地原点的起始数据，并进行椭球的定位并进行椭球的定位(大地原点）和定向（由此得到基准面大地原点）和定向（由此得到基准面）。）。地图投影地图投影l采用地图投影的原因l地图投影的类型l高斯-克吕格投影l中国的地形图分幅地理坐标系l地理坐标系以地理极地理坐标系以地理极(北北极、南极极、南极)为极点。为极点。l通过通过P点作椭球面的垂点作

9、椭球面的垂线，称之为过线，称之为过P点的法点的法线。线。 l法线与赤道面的交角，法线与赤道面的交角，叫做叫做P点的纬度点的纬度 l过过P点的子午面与通过点的子午面与通过英国格林尼治天文台的英国格林尼治天文台的子午面所夹的二面角，子午面所夹的二面角，叫做叫做P点的经度点的经度 球面向球面向平面（地理坐标向平面坐标）的转换平面（地理坐标向平面坐标）的转换直接建立在球体上的地理坐标，用经度和纬度表达地理对象位置建立在平面上的直角坐标系统，用（x，y）表达地理对象位置投影如何把不可展曲面上的如何把不可展曲面上的地理对象展绘在平面图地理对象展绘在平面图纸上，使其能表示连续纸上，使其能表示连续的地理对象？

10、的地理对象？地图投影地图投影l地图投影（地图投影（map projection）的实质就是按照一定的数的实质就是按照一定的数学法则，将地球椭球面上的经纬网转换到平面上，建立学法则，将地球椭球面上的经纬网转换到平面上，建立地面点位的地理坐标（地面点位的地理坐标（B,L）与地图上相对应的平面直）与地图上相对应的平面直角坐标（角坐标（X,Y）之间一一对应的函数关系，所以它是在）之间一一对应的函数关系，所以它是在地球表面与投影面之间的映射关系，这种关系可以表示地球表面与投影面之间的映射关系，这种关系可以表示为投影公式。为投影公式。空间直角坐标系统空间直角坐标系统1954北京空间直角坐标系北京空间直角坐

11、标系l参考椭球：参考椭球：Krassovsky椭椭球球l大地原点：前苏联普尔科沃大地原点：前苏联普尔科沃天文台天文台lZ轴：平行于地球质心指向轴：平行于地球质心指向地极原点地极原点JYD1968的方向的方向lX轴：在大地起始子午面内轴：在大地起始子午面内与与Z轴垂直指向经度轴垂直指向经度0方向方向lY轴：与轴：与Z、X轴构成右手直轴构成右手直角坐标系角坐标系ZXY地球质心地球质心赤道赤道空间直角坐标系统空间直角坐标系统1980西安空间直角坐标系西安空间直角坐标系l参考椭球：参考椭球：1975国际椭球国际椭球l大地原点：陕西泾阳县永乐镇大地原点：陕西泾阳县永乐镇lZ轴：平行于地球质心指向地轴：平

12、行于地球质心指向地极原点极原点JYD1968的方向的方向lX轴：在大地起始子午面内与轴：在大地起始子午面内与Z轴垂直指向经度轴垂直指向经度0方向方向lY轴：与轴：与Z、X轴构成右手直角轴构成右手直角坐标系坐标系ZXY地球质心地球质心赤道赤道JYD1968投影变形投影变形地图投影的变形，通常有：地图投影的变形，通常有：长度变形长度变形面积变形面积变形角度变形角度变形 不同的地图投影适应不同的应用目的。在实际应用中不同的地图投影适应不同的应用目的。在实际应用中，根据使用地图的目的，选择适当的地图投影是建立，根据使用地图的目的，选择适当的地图投影是建立地理信息系统必须考虑的基本问题之一。地理信息系统

13、必须考虑的基本问题之一。 按投影面按投影面与球面的关系按变形性质方位投影圆柱投影圆锥投影正轴（切、割）投影横轴（切、割）投影斜轴（切、割）投影等角投影等积投影等距投影地图投影分类地图类型地图类型所用投影所用投影主要技术参数主要技术参数中国全图中国全图斜轴等面积方位投影斜轴等面积方位投影斜轴等角方位投影斜轴等角方位投影投影中心：投影中心：j=2730=+105或或j=3030=+105或或j=3500=+105中国全图中国全图（南海诸岛做插曲图）（南海诸岛做插曲图）正轴等面积割圆锥投影正轴等面积割圆锥投影（Lambert 投影）投影）标准纬线：标准纬线：j1=2500，j2=4700中国分省（区

14、）地图中国分省（区）地图（海南省除外）（海南省除外）正轴等角割圆锥投影正轴等角割圆锥投影正轴等面积割圆锥投影正轴等面积割圆锥投影各省（区）图分别采用各省（区）图分别采用各自标准纬线各自标准纬线中国分省（区）地图中国分省（区）地图（海南省）（海南省）正轴等角圆柱投影正轴等角圆柱投影国家基本比例尺国家基本比例尺地形图系列地形图系列1:100万万正轴等角割圆锥投影正轴等角割圆锥投影按国际统一按国际统一46分幅，分幅，标准纬线：标准纬线：j1js+35 j2jn+35国家基本比例尺国家基本比例尺地形图系列地形图系列1:5万万1:50万万高斯一克吕格投影高斯一克吕格投影（6分带）分带）投影带号（投影带号

15、（N）：）：1323中央经线：中央经线：0=(6N-3)国家基本比例尺国家基本比例尺地形图系列地形图系列1:50001:2.5万万高斯一克吕格投影高斯一克吕格投影（3分带）分带）投影带号（投影带号（N）：）：2446中央经线：中央经线：0=(3N)城市图系列城市图系列（1:5001:5000）城市平面局域投影或城市局部坐城市平面局域投影或城市局部坐标的高斯投影标的高斯投影 空间参考空间参考 空间参考是椭球、使用该椭球的基准面、地心空间参考是椭球、使用该椭球的基准面、地心/地理地理/投影坐标投影坐标系统的组合。系统的组合。 在在European Petroleum Survey Group (E

16、PSG) 中预定义了中预定义了一系列空间参考（定义参数），使用唯一的一系列空间参考（定义参数），使用唯一的ID来引用，例如：来引用，例如：EPSG:4326（，该站还包括该站还包括4362 个个EPSG 空间参考；空间参考；447 个个ESRI空间参考；空间参考；2380 IAU2000空空间参考；间参考；1005 个个spatial 的空间参考）的空间参考） EPSG:21420 （北京（北京54, 6带高斯带高斯-克吕格投影）克吕格投影）EPSG:21420：西安：西安 1980 / Gauss-Kruger

17、zone 20 高斯-克吕格投影（横轴圆柱等角投影）又称横轴墨卡托投影，其性质是：经线与纬线投影后保持正交；中央经线不变形，纬线中赤道变形最小，二者在投影后为直线；从中央经线和赤道向两侧变形逐渐增加。常用投影之一常用投影之一高斯克吕格投影高斯克吕格投影 实质上是横轴切圆柱正形投影。（实质上是横轴切圆柱正形投影。（等面积等面积）高斯投影高斯投影6和和3带分带带分带国家基本比例尺地形图的分幅和编号国家基本比例尺地形图的分幅和编号国家基本比例尺地形图系列国家基本比例尺地形图系列大比例尺：大比例尺：1:1万，万，1:2.5万，万，1:5万，万，1:10万万中比例尺：中比例尺：1:25万，万，1:50万

18、万小比例尺：小比例尺：1:100万万国家基本比例尺国家基本比例尺1:100万地形图分幅方式万地形图分幅方式全球统一分幅和编号，每幅经差全球统一分幅和编号，每幅经差6，纬差，纬差4；从赤道起向北或向南至纬度从赤道起向北或向南至纬度88止，按纬差每止，按纬差每4划作划作22个横列，个横列，依次用依次用A、B、V表示；从经度表示；从经度180起向东按经差每起向东按经差每6划划作一纵行，全球共划分为作一纵行，全球共划分为60纵行，依次用纵行，依次用1、2、60表示；表示；每幅图的编号由该图幅所在的每幅图的编号由该图幅所在的“列号列号行号行号”组成。例如，北京组成。例如，北京某地的经度为某地的经度为11

19、62608、纬度为纬度为395520，所在，所在1 100万地万地形图的编号为形图的编号为J-50J-50。1:100万地形图分幅与编号万地形图分幅与编号S061218243036424854606672313233343536373839 40414243444546474849505152535455565758596018017216816215615014413813212612011410810296908478RQPONMLKJIHGFEDCBA北京北048121620242832364044485256606468721 50万、万、1 25万、万、1 10万比例尺地形图的分幅和

20、编号万比例尺地形图的分幅和编号这三种例尺地形图都是在这三种例尺地形图都是在1 1100100万地形图的基础上进行分幅编号；万地形图的基础上进行分幅编号；一幅一幅11001100万地形图再划分为万地形图再划分为4 4幅幅150150万地形图，分别以代码万地形图，分别以代码A A、B B、C C、D D表示。将表示。将11001100万图幅的编号加上代码，即为该代码图幅的编号万图幅的编号加上代码，即为该代码图幅的编号，如左上角，如左上角150150万图幅的编号为万图幅的编号为J-50-AJ-50-A。一幅一幅11001100万的图可再划分为万的图可再划分为1616幅幅125125万地形图，分别用万

21、地形图，分别用11、22、1616代码表示。将代码表示。将11001100万图幅的编号加上代码，即为该代万图幅的编号加上代码，即为该代码图幅的编号，如左上角码图幅的编号，如左上角125125万图幅的编号为万图幅的编号为J-50-1J-50-1。一幅一幅11001100万的图，可再划分为万的图，可再划分为144144幅幅110110万的图，分别用万的图，分别用1 1、2 2、144144代码表示。将代码表示。将11001100万图幅的编号加上代码，即为该代码万图幅的编号加上代码，即为该代码图幅的编号，如左上角图幅的编号，如左上角110110万图幅的编号为万图幅的编号为J-50-1J-50-1。

22、40 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1 2 3 4 24 25 36 39 A A B B 37 48 49 5 6 7 8 60 61 72 38 73 84 85 9 10 11 12 96 97 108 37 C D D 109 120 121 13 14 15 16 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 36 114 115 116 117 118 119 120150150万、万、125125万、万、110110万比例尺地形图的分幅和编号万比例尺地形图的分幅和编号1 5万、万、1 2.5万

23、、万、1 1万比例尺地形图的分幅和编号万比例尺地形图的分幅和编号这三种比例尺图的分幅、编号都是以这三种比例尺图的分幅、编号都是以110110万比例尺地形图为基础；万比例尺地形图为基础；将一幅将一幅110110万的图划分成万的图划分成4 4幅幅1515万地形图，分别以万地形图，分别以A A、B B、C C、D D数数码表示，将其加在码表示，将其加在110110万图幅编号后面，便组成万图幅编号后面，便组成1515万的图幅编号万的图幅编号，例如，例如，J-50-144-AJ-50-144-A；再将每幅再将每幅1515万的图幅划分成万的图幅划分成4 4幅幅12.512.5万地形图，并以万地形图，并以1

24、 1、2 2、3 3、4 4数码表示，将其加在数码表示，将其加在1515万图幅编号后面便组成万图幅编号后面便组成12.512.5万图幅的编万图幅的编号，例如，号，例如，J-50-144-A-2J-50-144-A-2。将将110110万图幅进一步划分成万图幅进一步划分成6464幅幅1111万地形图，并用（万地形图，并用（1 1）、（）、（2 2）、（、（6464）带括号的数码表示，将其加在）带括号的数码表示，将其加在110110万图幅编号后面万图幅编号后面，便组成，便组成1111万图幅的编号。例如，万图幅的编号。例如，J-50-144-J-50-144-（6262）。1 5000、1 2000

25、比例尺地形图的分幅和编号比例尺地形图的分幅和编号这两种比例尺图是在这两种比例尺图是在1111万比例尺地形图图幅的基础上进行分幅和万比例尺地形图图幅的基础上进行分幅和编号的：编号的：将一幅将一幅1111万的图幅划分成万的图幅划分成4 4幅幅1500015000图幅，分别在图幅，分别在1111万的编号万的编号后面写上代码后面写上代码a a、b b、c c、d d，例如，例如，J-50-144-J-50-144-（6262）-b-b。每幅每幅1500015000的图再划分成的图再划分成9 9幅幅1200012000的图，其编号是在的图，其编号是在1500015000图图的编号后面再写上数字的编号后面

26、再写上数字1 1、2 2、9 9，例如，例如，J-50-144-J-50-144-（6262）-b-b-8 8。梯形分幅的图幅规格与编号梯形分幅的图幅规格与编号 图图幅幅大大小小 地地形形图图比比例例尺尺 经经度度差差 纬纬度度差差 图图幅幅包包含含关关系系 图图幅幅编编号号事事例例 1100万 150万 125万 110万 15万 12.5万 11万 15000 12000 6 3 130 30 15 730 345 152.5 37.5 4 2 1 20 10 5 230 115 25 1100万图幅包含4幅 1100万图幅包含16幅 1100万图幅包含144幅 110万图幅包含4幅 15

27、万图幅包含4幅 110万图幅包含64幅 11万图幅包含4幅 15000图幅包含9幅 J-50 J-50-A J-50-1 J-50-1 J-50-144-A J-50-144-A-2 J-50-144-（62） J-50-144-（62）-b J-50-144-（62）-b-8 国家基本地形图的分幅与编号国家标准国家基本地形图的分幅与编号国家标准 19921992年年1212月，我国颁布了月，我国颁布了国家基本比例尺地形图分幅和编号国家基本比例尺地形图分幅和编号GB/T139 89GB/T139 899292国家标准，国家标准，19931993年年3 3月开始实施。新的分幅与编号方法月开始实施

28、。新的分幅与编号方法为：为：分幅分幅 11001100万地形图的分幅标准仍按国际分幅法进行。其余比例尺的分万地形图的分幅标准仍按国际分幅法进行。其余比例尺的分幅均以幅均以11001100万地形图为基础，按照横行数纵列数的多少划分图幅万地形图为基础，按照横行数纵列数的多少划分图幅。编号编号11001100万图幅的编号，由图幅所在的万图幅的编号，由图幅所在的“行号列号行号列号”组成。与国际编组成。与国际编号基本相同，但行与列间直接连接。如北京所在号基本相同，但行与列间直接连接。如北京所在11001100万图幅编号万图幅编号为为J50J50。150150万至万至1500015000图幅的编号，由图幅所在的图幅的编号，由图幅所在的“11001100万图行号（万图行号（字符码）字符码）1 1位，列号（数字码）位，列号（数字码）2 2位，比例尺代码位，比例尺代