水下遗址的调查与定位.ppt

二、空间信息技术的 地理基础,测量工作的主要研究对象是地球的自然表面，但地球表面形状极其复杂。有高山、丘陵、平原、河流、湖泊和海洋。 世界第一高峰珠穆郎玛峰高达 8844.43m， 太平洋西部的马里亚纳海沟深达 11022m。 海洋面积约占 71%, 陆地面积约占29%。 测量中把地球形状看作是由静止的海水面向陆地延伸并围绕整个地球所形成的某种形状。,地球概述,地球形状和大小,铅垂线,地球表面任一质点，都同时受到两个作用力： 其一是地球自转产生的惯性离心力； 其二是整个地球质量产生的引力。 这两种力的合力称为重力。,重力的作用线又称为铅垂线。铅垂线是测量外业所依据的基准线。,水准面,1.定义 处于自由静止状态的水面称为水准面。 2.特点 1）水准面是一个重力等位面，水准面上各点处处与该点的重力方向（铅垂线方向）垂直。 2）在地球表面上、下重力作用的范围内，通过任何高度的点都有一个水准面，因而水准面有无数个。,地球形状和大小,大地水准面,在测量工作中，把一个假想的、与静止的海水面重合并向陆地延伸且包围整个地球的特定重力等位面称为大地水准面。,1）是一个封闭的曲面。 2）是一个略有起伏的不规则曲面，无法用数学公式精确表达。 3）大地水准面是测量外业所依据的基淮面。,大地水准面的特征,地球形状和大小,参考椭球体,代表地球形状和大小的旋转椭球，称为“地球椭球”。 与大地水准面最接近的地球椭球称为总地球椭球； 与某个区域如一个国家大地水准面最为密合的椭球称为参考椭球，其椭球面称为参考椭球面。 由此可见，参考椭球有许多个，而总地球椭球只有一个。,旋转椭球面可以用数学公式准确地表达。因此，在测量工作中用这样一个规则的曲面代替大地水准面作为测量计算的基准面。,地球形状和大小,扁率,在几何大地测量中，椭球的形状和大小通常用长半轴a 、短半轴b和扁率 f 来表示。,我国1980年国家大地坐标系采用了1975年国际椭球， 该椭球的基本元素是： a= 6 378 140m , b = 6 356 755.3m , f =1/298.257。,由于参考椭球体的扁率很小，当测区面积不大时，在普通测量中可把地球近似地看作圆球体，其半径为：,地球形状和大小,地球体：极半径略短，赤道半径略长，北极略突出、南极略扁平，近似于梨形的椭球体。 大地体：由穿越陆地、岛屿的全球静止海平面连片形成的封闭曲面称为大地水准面，由该水准面所包含的形体称为大地体，它是地球形体的一级逼近。 地球椭球体：大地体绕短轴旋转形成的表面光滑的球体，亦称旋转椭球体。它是地球形体的二级逼近。（长轴 a，短轴 b，扁率 f = (a-b) / a ） 参考椭球体：通过数学方法将地球椭球体摆到与大地水准面最贴近的位置上，并求出两者各点间的偏差 。它是地球形体的三级逼近。,地球形状和大小,国际主要椭球参数,地球形状和大小,大地水准面示意图,常用坐标系,大地坐标系是以参考椭球面作为基准面，以起始子午面和赤道面作为在椭球面上确定某一点投影位置的两个参考面。,大地经度 -过地面某点的子午面与起始子午面之间的夹角，称为该点的大地经度，用 L表示。 规定:从起始子午面起算，向东为正，由 0至180，称为东经；向西为负，由0至180，称为西经。 大地纬度-过地面某点的椭球面法线与赤道面的夹角，称为该点的大地纬度，用B表示。,规定：从赤道面起算，由赤道面向北为正，从 0到90，称为北纬；由赤道面向南为负，从 0到90，称为南纬。 大地高 P点沿椭球面法线到椭球面的距离H，称为大地高，从椭球面起算，向外为正，向内为负。,1. 大地坐标系,图2-4,2 空间直角坐标系,以椭球体中心O为原点；起始子午面与赤道面交线为X轴；赤道面上与X轴正交的方向为Y轴；椭球体的旋转轴为Z轴；构成右手直角坐标系O-XYZ。在该坐标系中，P点的位置用x，y，z表示。,WGS-84坐标系是全球定位系统（GPS）采用的坐标系，属地心空间直角坐标系。WGS-84坐标系采用1979年国际大地测量与地球物理联合会第17届大会推荐的椭球参数。WGS-84坐标系的原点位于地球质心；Z轴指向BIHl984.0定义的协议地球极(CIP)方向；X轴指向BIHl984.0的零子午面和CIP赤道的交点；Y轴垂直于X、Z轴，X、Y、Z轴构成右手直角坐标系。,3 WGS-84坐标系,常用坐标系,常用坐标系,4 平面直角坐标系,测绘工作中所用的平面直角坐标系与解析几何中所用的平面直角坐标系有所不同，测量平面直角坐标系以纵轴为X轴，表示南北方向，向北为正；横轴为Y轴，表示东西方向，向东为正；象限顺序依顺时针方向排列。,当测区范围较小时（如小于100km2），常把球面看作平面，建立独立平面直角坐标系，这样地面点在投影面上的位置就可以用平面直角坐标来确定。建立独立坐标系时，坐标原点有时是假设的，假设的原点位置应使测区内各点的x、y值为正。,图2-6,常用坐标系,为什么要进行投影 地图投影概念 地图投影实质 地图投影变形 地图投影方法 地图投影分类 高斯-克吕格(Gauss Kruger)投影 我国常用的地图投影方式,地图投影,为什么要进行投影?,地理坐标为球面坐标，不方便进行距离、方位、面积等参数的量算 地球椭球体为不可展曲面 地图为平面，符合视觉心理，并易于进行距离、方位、面积等量算和各种空间分析,地理坐标系统：直接建立在球体上的，用经纬度（, ）表示地面点位的球面坐标系统。,平面直角坐标系统：建立在平面上的笛卡儿坐标系统，用（x，y）表达地理对象位置。,投影,地图投影概念,理解地图投影的概念可以想象在地球内部有一个灯泡，灯泡的光线照射到地球的各个点，投影到套在地球上的各种形状（圆锥、圆柱和平面）的纸上，将这张纸裁开以后展开便成了平面地图。,投影方法,地图投影分类,1、几何投影法,地图:是按照一定的法则,有选择地以二维或多维形式与手段在平面或球面上表示地球(或其它星球)若干现象的图形或图像，它具有严格的数学基础、符号系统、文字注记，并能用地图概括原则，科学地反映出自然和社会经济现象的分布特征及其相互关系。,目前已发现的最早的地图事物是4500年前刻在陶片上的古巴比伦地图。 我国最早的地图可以追朔到4000年前的夏代或更早的时期，如左传中记载的鼎地图九鼎图，更为可信的是古代地理学著山海经中的附图。,地图的基本概念,图1-3 陶片地图,图1-5 西汉地图,（1）由特殊的数学法则产生的可量测性,地图是可以进行精确量测的，如：位置（坐标）、距离、区域面积、地面高度、坡度、斜坡面积、土方量电子地图的空间分析,因为地图具有不同于其它表象的数学基础：地图投影、地图比例尺和地图定向等。,地图的特性,（2）由使用地图语言产生的直观性, 地图符号 地图色彩 地图注记,地图符号和实地被表现对象具有对应和解释关系。地图符号具有很多优点，更有利于运用地图来表示各种地理现象。使用地图语言表示事物更具直观性。,（3）由实施制图综合产生的一览性,随着地图比例尺的缩小，地图的面积减小，不可能表示出地面上所有的物体，因此必须去掉其中的一部分，只保留较为重要的那一部分，简化原来复杂的图形轮廓，减少分类分级，简化复杂的质量标志。,通过制图综合，读者在阅读任何一种比例尺的地图时，都可以在一览之下获得制图区域的总体特征和最重要的地理事物信息。,地图的内容,1、数学要素 用以控制和确定地图上地理要素与地面事物的相关位置，以保证地图具有一定的数学精度。, 坐标系统： 地理坐标网（经纬网） 直角坐标网（方里网）,控制点： 起到控制测量定位作用的点，如：三角点、水准点等。,比例尺： 地图上某线段的长度与实地相应线段的水平长度之比。,定向： 确定地图上图形的地理方向。,2、地理要素, 自然地理要素： 指水系、地势、地貌、土质、植被等现象。,社会经济要素： 指政治行政、人口、文化、城市、经济等现象。,环境要素： 指人类生活的环境状况，包括环境污染、环境保护、灾害等。,3、辅助要素： 用以帮助读图、用图以及补充地图的有关内容。如：图名、图例、图号、接图表、图廓、分度带、坡度尺、各种附图、资料以及成图说明等。,地图的分类,1、按内容分：, 普通地图： 以相对平衡的详细程度表示地面各种自然和人文现象的地图。 表示制图区域最一般的自然和社会经济现象的地图，即以六大要素水系、地貌、土质植被、居民地、道路、境界，以及独立地物为主要制图对象。, 专题地图： 为了某些专题需要而着重表示某一种或某几种主题要素（自然现象或社会经济现象）的地图。,主题要素表示详细而突出，其它要素围绕主题要素而选取，并简略表示。 主题要素可以是普通地图上内容，如：水系、地貌、行政区划、交通等；也可以是普通地图中没有的专门要素，如：历史事件、经济指标、人口劳动力等。,旅游地图,2、按比例尺分：,普通地图 大比例尺地图： 1：10万的地图, 中比例尺地图： 介于10万1：100万之间的地图, 小比例尺地图： 1：100万的地图,2、按比例尺分：,工程测量部门 地形图 大比例尺地图： 1：2000, 中比例尺地图： 介于5000-1：10000之间的地图, 小比例尺地图： 1：15000的地图,*国家基本比例尺地形图：,1：5000 1：1万 1：2.5万 1：5万、 1：10万 1：25万、 1：50万 1：100万 共8种比例尺地图,3、按表达方式分：, 模拟地图： 用地图符号和图形表达的地图。, 数字地图： 存贮载计算机可识别的媒体上，符合地图特征的一组描述地理事物的坐标和属性标志的离散数据的集合。, 电子地图： 数子地图经符号匹配在屏幕上显示的地图。,4、按制图区域分：,地图制图区域分类可按自然区和行政区来细分。,按自然区可分为：世界地图、大洲地图（如亚洲地图、欧洲地图等）、南极地图、北极地图、大洋地图（如太平洋地图、大西洋地图等）、自然区域地图（如青藏高原地图、长江流域地图等）。,按行政区可分为：国家地图、省(区)地图、市（县）地图和乡镇地图等。,5、按使用方式分：, 桌面用图：放在桌面上使用，能在明视距离阅 读的地图，如地形图、地图集等；, 挂图：挂在墙上使用的地图，其中，挂图又有 近距离阅读的一般挂图和远距离阅读的教学挂图；, 袖珍地图：通常包括小的图册或便于折叠丝绸 质地图及折叠得很小巧的旅游地图等。, 电子地图：是以计算机屏幕显示的地图，如: 多媒体电子地图，网络地图等。,6、按地图维数分：, 2维地图：一般的平面地图；, 2.5维地图：一般的立体地图，如立体模型地图、塑料压膜立体地图、光栅立体地图、互补色立体地图等；, 3维地图：是真正的三维立体显示，能以任意方向和角度显示三维图像。在三维地图基础上利用虚拟现实技术，形成“可进入”地图，使用者有亲临其境的感觉。, 4维地图：是除三维立体以外，再增加一维属性值（一般是时间维）。利用四维地图可分析并预报水灾、暴风雨、地震等。,地图的用途, 在国民经济建设中的应用： A各种资源的勘测、规划、开发和利用； B各项工程建设的选址、选线、勘察、设计和施工 C国土整治规划、环境监测、预警与治理； D各级政府和管理部门将地图作为规划和管理的工具； E城市建设、规划与管理； F交通运输的规划、设计与管理； G水利、工业、农业、林业等其他领域的应用。, 在国防建设中的应用： A地图是“指挥员的眼睛”，各级指挥员在组织计划和指挥作战时，都要用地图研究敌我态势、地形条件、河流与交通状况、居民情况等，确定进攻、包围、追击的路线，选择阵地、构筑工事、部署兵力、配备火力等； B国防工程的规划、设计和施工； C巡航导弹制导需要数字地图； D空军和海军利用地图确定航线、寻找打击目标，炮兵利用地图量算方位、距离和高差进行发射。, 在科学研究中的应用 A地学、生物学等学科可以通过地图分析自然要素和自然现象的分布规律、动态变化以及相互联系，从而得出科学结论和建立假说，或作出综合评价与进行预测预报；