第2讲-3S技术地理空间基础

1、LOGO地理信息系统第二章第二章 3S 3S 空间基础空间基础 地球椭球地球椭球 坐标系坐标系地理坐标系地理坐标系平面直角坐标系平面直角坐标系 地图投影地图投影 地图分幅与编号地图分幅与编号1 地球椭球地球椭球极半径略短，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。：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。：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 ）：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

2、，并求出两者各点间的偏差 。它是地球形体的三级逼近。1 地球椭球地球椭球1 1 地球椭球地球椭球地球自然表面极不规则，无法用数学表面进行描述大地体 地球椭球体 参考椭球体 不规则性、动态性、不唯一性规则的数学表面 标准数学曲面，不唯一性1952：海福特椭球 1953：克拉索夫斯基椭球 1978：1975年国际椭球 三三 级级 近近 似似椭球名称年代长半径a(m)扁率f附注德兰勃(Delambre)18006 375 6531:334.0法国埃弗瑞斯(Everest)18306 377 2761:300.801英国贝赛尔(Bessel)18416 377 3971:299.152德国克拉克(Cl

3、arke)18666 378 2061:294.978英国克拉克(Clarke)18806 378 2491:293.459英国海福特(Hayford)19106 378 3881:297.01942年国际第一个推荐值克拉索夫斯基(Krasovski)19406 378 2451:298.3苏联1967年大地坐标系19676 378 1601:298.2471967年国际第二个推荐值1975年大地坐标系19756 378 1401:298.2571975年国际第三个推荐值1980年大地坐标系19796 378 1371:298.2571979年国际第四个推荐值国际主要椭球参数国际主要椭球参数2

4、 坐标系统：平面坐标系统坐标系统：平面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。：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。投影投影天文经纬度： 用天文经度和天文纬度表示地面点在上的位置。v 天文经度：观测点与格林尼治天顶子午面间的两面角。在地球上定义为本初子午面与观测点之间的两面角。v 天文纬度：在地球上定义为铅垂线与赤道平面间的夹角。大地经纬度： 用大地经度、大地纬度和大地高表示地面点在上的位置。v 大地经度：指参考椭球面上某点的与间的两面角。东经为正，西经为负。v 大地纬度：指参考椭球面上某点的垂直线（法线）与赤道平面的夹角。北纬为正，南纬

5、为负。地心经纬度： 即以地球椭球体为基点，地心经度同大地经度，地心纬度是指上某点和椭球中心连线与赤道面之间的夹角。在大地测量学中，常以天文经纬度定义地理坐标。在大地测量学中，常以天文经纬度定义地理坐标。在地图学中，以大地经纬度定义地理坐标。在地图学中，以大地经纬度定义地理坐标。在地理学研究及地图学的小比例尺制图中，通常将椭球体当成正球体看，采用地心经纬度。在地理学研究及地图学的小比例尺制图中，通常将椭球体当成正球体看，采用地心经纬度。大地经度大地经度v与纬圈垂直排列，通过地球轴与纬圈垂直排列，通过地球轴心的垂直大环称经度；心的垂直大环称经度；v起始经线：将通过格林尼治天起始经线：将通过格林尼治

6、天文台的经线作为文台的经线作为0 经线。经线。v经度经度1的弧长：随着纬度的的弧长：随着纬度的增高而逐渐变短，直到最后达增高而逐渐变短，直到最后达到两极时为零。到两极时为零。 经度经度1的弧长的弧长 = 纬度纬度1的弧长的弧长 纬纬度的余弦度的余弦 经度经度0 时，时， 1的弧长的弧长 111.321 km大地纬度大地纬度v某一点纬度为该位置椭球法某一点纬度为该位置椭球法线与赤道平面的夹角；线与赤道平面的夹角；v赤道为赤道为0，极地为，极地为90；v纬度纬度1的弧长：的弧长： 1纬差的纬差的经线弧长，在两极地区较长经线弧长，在两极地区较长（111.7km），），赤道地区较赤道地区较短（短（11

7、0.6km）。）。X = f1(, )Y = f2(, )0XY2 坐标系统：坐标系统：高程系统水准原点1985国家高程基准， 72.2604米黄海海面 1952-1979年平均海水面为0米任意水准面大地水准面HAHA铅垂线AHBHBhAB正常高大地高高程异常 我国的大地坐标系统我国的大地坐标系统“1980西安坐标西安坐标系系” ：采用1975年国际大地测量协会推荐参考椭球。大地坐标原点在西安市附近泾阳县境内。“19541954北京坐标北京坐标系系” “ 19561956年黄海高年黄海高程系程系 ”“ 19851985国家高程国家高程基准基准 ”地图投影地图投影:为什么要进行投影为什么要进行投

8、影?地图投影概念地图投影概念 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。地图投影实质地图投影实质),(),(21fyfx地图投影地图投影:投影变形投影变形Mercator ProjectionMollweide Projection地图投影地图投影:投影变形投影变形地图投影地图投影:投影方法投影方法投影面地球1 1、几何投影法、几何投影法正轴横轴斜轴方位圆柱圆锥2 2、非几何投影法、非几何投影法方位投影方位投影圆柱投影圆锥投影UTM系统系统vUTMUTM系统：系统：又称

9、横墨卡托投影系统，各国通用；v投影带投影带：北纬84和南纬80 之间的地球表面，按经度6 划分为南北纵带，称投影带；v坐标表示：坐标表示：位于投影带中心的经线，为500 000米；赤道的标记，对北半球的坐标值，赤道为0，对南半球为10 000 000米，往南递减。v比例系数分布比例系数分布：沿每条南北网格线，比例系数为常数，东西方向为变数。属于横轴等角切椭圆柱投影。中央经线无长度变形。6或3分带投影。中央经线与赤道为互相垂直的直线。v高斯克吕格投影在英美国家称为横轴墨卡托横轴墨卡托投影投影。美国编制世界各地军用地图和地球资源卫星象片所采用的全球横轴墨卡托投影（UTM）是横轴墨卡托投影的一种变型

10、变型。高斯克吕格投影的中央经线长度比等于1，UTM投影规定中央经线长度比为0.9996。在6度带内最大长度变形不超过0.04%。 高斯投影特征高斯投影特征v中央经线和地球赤道投影成为直线，且为投影的中央经线和地球赤道投影成为直线，且为投影的对称轴；对称轴；v等角投影；等角投影；v中央经线上没有长度变形；中央经线上没有长度变形；v经线，离中央经线越远，变形越大；经线，离中央经线越远，变形越大；v纬线，纬度越低，变形越大；纬线，纬度越低，变形越大；v等变形线为平行于中央经线的直线。等变形线为平行于中央经线的直线。我国国家基本比例尺地形图中的大中比例尺地形图均采用该投影。包括第1323带共11个投影

11、带。内置了直角平面坐标系统：中央经线为X轴，赤道为Y轴，中央经线与赤道交点为坐标原点。坐标纵轴西移500km。地图投影地图投影: :投影选择因素投影选择因素正轴等角割圆锥投影正轴等角割圆锥投影(Lambert正形投影正形投影)含义：地图上长度与相应地面之间的长度比例。如：1:10000地图，量得图上地物为3cm。有：3cm / xcm = 1 / 10000, 实际地物长度 x = 30000cm = 300m如：某地物长度为5km，其在图上的长度为 2cm，有：比例尺为：2cm / 5 km 1:250000表现形式：1:250000二十五万分之一数字式文字式(说明式)图解式v我国地图比例尺

12、分级系统：我国地图比例尺分级系统： 大比例尺：大比例尺：1 1：5005001 1：1010万万 中比例尺：中比例尺：1 1：1010万万1 1：100100万万 小比例尺：小比例尺：11：100100万万 我国称我国称1:11:1万、万、1:2.51:2.5万、万、1:51:5万、万、1:101:10万、万、1:251:25万、万、1:501:50万、万、1:1001:100万七种万七种比例尺普通地图为国家比例尺普通地图为国家基本比例尺地形图基本比例尺地形图 v无级比例尺概念无级比例尺概念 v比例尺、空间分辨率比例尺、空间分辨率4 4 地图分幅与编号地图分幅与编号4.1高斯高斯-克吕格直角坐

13、标系统分幅与编号克吕格直角坐标系统分幅与编号4.2国家基本比例尺地形图分幅与编号国家基本比例尺地形图分幅与编号4.14.1高斯高斯- -克吕格直角坐标系统分幅与编号克吕格直角坐标系统分幅与编号v高斯克吕格投影是设想用一个椭圆柱横套在地球椭球的外面，并与设定的中央经线相切。该投影是国家基本比例尺地形图的数学基础4.14.1高斯高斯- -克吕格直角坐标系统分幅与编号克吕格直角坐标系统分幅与编号1) 6分带法分带法v从格林威治零度经线起，每6分为一个投影带，全球共分为60个投影带，东半球从东经0-6为第一带，中央经线为3，依此类推，投影带号为1-30。其投影代号n和中央经线经度L0的计算公式为：L0

14、=(6n-3)；v西半球投影带从180回算到0，编号为31-60，投影代号n和中央经线经度L0的计算公式为L0=360-(6n-3)。2）3分带法分带法v从东经130起，每3为一带，将全球划分为120个投影带，东经130-430，.17830-西经17830，.130-东经130。v东半球有60个投影带，编号1-60，各带中央经线计算公式：L0=3n,中央经线为3、6.180。西半球有60个投影带，编号1-60，各带中央经线计算公式：L0=360-3n,中央经线为西经177、.3、0。v1:2.5万至1:50万的地形图，采用6 分带方案，全球共分为60个投影带；我国位于东经72 到136 间，

15、共含11个投影带；1:1万及更大比例尺图采用3 分带方案，全球共120个带。v我国规定将各带纵坐标轴西移500公里，即将所有y值加上500公里，坐标值前再加各带带号以18带为例，原坐标值为y=243353.5m，西移后为y=743353.5，加带号通用坐标为y=18743353.54.14.1高斯高斯- -克吕格直角坐标系统分幅与编号克吕格直角坐标系统分幅与编号4.2 4.2 中国地形图分幅与编号旧标准中国地形图分幅与编号旧标准v我国基本比例尺地形图分幅与编号，以1：100万地形图为基础，延伸出1：50万、1：25万、1：10万;v再以1：10万为基础，延伸出1：5万、1:2.5万延伸出1：1

16、万三种比例尺。4.2 4.2 中国地形图分幅与编号旧标准中国地形图分幅与编号旧标准v1：100万从赤道起向两极每纬差4为一行，至88，南北半球各分为22横列，依次编号A、B、.V；v由经度180西向东每6一列，全球60列，以1-60表示，如北京所在1：100万图在第10行，第50列，其编号为J-50在在1：100万图上万图上v按经差3纬差2分成四幅1：50万地形图，编为A、B、C、D，如J-50-Av按经差130纬差1分成16幅1：25万地形图，编为1、.16，如J-50-1。v按经差30纬差20分成144幅1：10万地形图，编为1、.144，如J-50-1。v这三种比例尺各自独立地与1：10

17、0万地图的图号联系。 1：10万图上的基础上万图上的基础上v每经差15纬差10分成四幅1：5万地形图，编为A、B、C、D，如J-50-1-Av1：5万图上每经差730纬差5分成四幅1：2.5万，编为1、2、3、4，如J-50-1-A-1v1：10万图上每经差345纬差230分成64幅1：1万地形图，编为(1)、.(64)，如J-50-1-(1)v1：1万图上每经差152纬差115分成四幅1：5000地形图，编为a、b、c、d，如J-50-1-(1)-a4.2 4.2 中国地形图分幅与编号新标准中国地形图分幅与编号新标准v在100万的基础上划分，比例尺有明确的代号。v100万图幅行号字符码100万图幅列号数字码比例尺编号行号数字码列号数字码J-50-G-013020v比例尺：ABCDEFGH,分别代表100万、50万、25万、10万、5万、2.5万、1万、5000。 新旧代码的转换新旧代码的转换v例如: v1:50万的图幅旧：J-50-C 新：J-50-B-002001v1:25万的图幅旧：J-50-11 新：J-50-C-003003v1：10万的图幅旧：J-50-13 新：J-50-