地图学课件-地球空间数及数字测绘

1、地图学课件_地球空间数及数字测绘第一页，共86页。本章重点1、地球空间和空间信息的概念2、空间数据和空间模型3、地球参照系统和空间尺度与地图比例尺4、成图的基本概念、内容、原理及方法第二页，共86页。第一节 概述1、地球和地理空间基本概念1）地球空间定义： 地球体及周围一定范围所包括的空间。 地球表面上下约2000km2）地理空间定义： 指人类认识和探索能达到的地球、月球太阳及周围一定范围所包括的空间。一、 地球空间信息基本知识第三页，共86页。3）地球和地理空间构成地球空间：最外层大气层、海洋和陆地、最里层地壳以下的地质层；地理空间：大气层、水圈、岩石圈、土壤圈、生物圈、人类圈2、 信息与数

2、据概念 信息定义：客观一切事物的性质、特征和形态的表征数据定义：事物或现象的空间位置、形状、质量、数量等的分布特征、相互关系和变化规律的数字、文字、图像、图形和声音等的总称。数据是信息具体表达形式的载体，信息是数据的内容和解释。第四页，共86页。定义：有关地球/地理空间实体或现象的性质、特征和状态的表征与一切有用信息的总称，是对表达地学空间特征与关系数据的解释，能反映地学空间实体或现象固有的数量、质量、分布特征与变化规律。3、地球/地理空间信息定义及特征特征：空间 属性 时间几何特征和拓扑特征性质和数量特征事务和现象的变化第五页，共86页。4、地球信息的获取地球信息的来源地图信息实测信息遥感信

3、息实体纹理信息文本信息统计信息多媒体信息已有系统的信息地形图、样图实地测量影像信息提取地表摄影各部门统计资料规范、技术文档接收和转换共享和交换第六页，共86页。5、地球空间数据处理 空间数据处理技术 内容：预处理、数据转换、图形操作、 图像处理、数据压缩、数据内插 空间数据处理理论 空间不确定性和数理统计理论 模糊学和粗集理论第七页，共86页。二、地球空间数据传输与表达2、地球数据的采集 几何数据的采集P35 属性数据的采集P35 几何数据和属性数据的连接 通过悬挂、指针、同构连接、整体连接1、地球数据的类型 P33第八页，共86页。3、地球空间数据可视化（1）可视化概念 将不可见的转化成人的

4、视觉可以的东西的技术。（2）地学信息可视化P37-38 地图可视化 地理可视化 GIS可视化 专业应用领域的可视化第九页，共86页。（一）、自然球体与大地体1、地球的自然表面 为了了解地球的形状，让我们由远及近地观察一下地球的自然表面。三、 地球体模型第十页，共86页。浩瀚宇宙之中 : 地球是一个表面光滑、蓝色美丽的正球体。机舱窗口俯视大地 : 地表是一个有些微起伏、极其复杂的表面。第十一页，共86页。事实是： 地球不是一个正球体，而是一个极半径略短、赤道半径略长，北极略突出、南极略扁平，近于梨形的椭球体。第十二页，共86页。2、大地水准面与大地体当海洋静止时，自由水面与该面上各点的重力方向（

5、铅垂线）成正交，这个面叫水准面。 在众多的水准面中，有一个与静止的平均海水面相重合，并假想其穿过大陆、岛屿形成一个闭合曲面，这就是大地水准面。它实际是一个起伏不平的重力等位面地球物理表面。它所包围的形体称为大地体。第十三页，共86页。 大地水准面的意义1. 地球形体的一级逼近：对地球形状的很好近似，其面上高出与面下缺少的相当。2. 起伏波动在制图学中可忽略： 对大地测量和地球物理学有研究价值，但在制图业务中，均把地球当作正球体。3. 重力等位面： 可使用仪器测得海拔高程（某点到大地水准面的高度）。第十四页，共86页。（二）、旋转椭球体、正球体、参考椭球体 在测量和制图中就用旋转椭球体来代替大地

6、球体，这个旋转椭球体通常称为 地球椭球体，简称 椭球体。 它是一个规则的数学表面，所以人们视其为 地球体的数学表面，也是对地球形体的二级逼近，用于测量计算的基准面。第十五页，共86页。椭球体 三要素: 长轴 a（赤道半径）、短轴 b（极半径）和椭球的扁率 fEquatorial AxisPolar AxisNorth PoleSouth PoleEquatorabWGS world geodetic system 84 ellipsoid:a = 6 378 137mb = 6 356 752.3mequatorial diameter = 12 756.3kmpolar diameter =

7、 12 713.5kmequatorial circumference = 40 075.1kmsurface area = 510 064 500km2 a - b 6378137 - 6356752.3f = = a 6378137 1 = 298.257 f对 a，b，f 的具体测定就是近代大地测量的一项重要工作。第十六页，共86页。 对地球形状 a，b，f 测定后，还必须确定大地水准面与椭球体面的相对关系。即确定与局部地区大地水准面符合最好的一个地球椭球体 参考椭球体，这项工作就是参考椭球体定位。 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，从

8、数 学上给出对地球形状的三 级逼近。第十七页，共86页。 由于国际上在推求年代、方法及测定的地区不同，故地球椭球体的元素值有很多种。第十八页，共86页。 中国1952年前采用海福特（Hayford）椭球体 ； 19531980年采用克拉索夫斯基椭球体（坐标原点是前苏联普尔科夫天文台） ； 自1980年开始采用 GRS 1975（国际大地测量与地球物理学联合会 IUGG 1975 推荐）新参考椭球体系，并确定陕西泾阳县永乐镇北洪流村为“1980西安坐标系”大地坐标的起算点。陕西省泾阳县永乐镇北洪流村为 “1980西安坐标系” 大地坐标的起算点大地原点。第十九页，共86页。 地球表面上的定位问题，

9、是与人类的生产活动、科学研究及军事国防等密切相关的重大问题。具体而言，就是球面坐标系统的建立。第二节 地球空间参照系一、地理坐标系与大地坐标系1、地理坐标系 用地理经纬度表示地面点位的球面坐标。天文经纬度大地经纬度地心经纬度第二十页，共86页。 天文经纬度：表示地面点在大地水准面上的位置，用天文经度和天文纬度表示。天文经度：观测点天顶子午面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。天文纬度： 在地球上定义为铅垂线与赤道平面间的夹角。第二十一页，共86页。2.大地坐标系P42 大地经纬度：表示地面点在参考椭球面上的位置，用大地经度l 、大地纬度 和大地高 h

10、 表示。2.1 地理坐标大地经度l ：指参考椭球面上某点的大地子午面与本初子午面间的两面角。东经为正，西经为负。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，南纬为负。第二十二页，共86页。地心经纬度：即以地球椭球体质量中心为基点，地心经度同大地经度l ，地心纬度是指参考椭球面上某点和椭球中心连线与赤道面之间的夹角y 。2.1 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。第二十三页，共86页。(二)中国的大地坐标系统1）中国的大地坐标系

11、 1954北京坐标系：P42 1980年国家大地基准 P43选用1975年国际大地测量协会推荐的参考椭球：ICA-75椭球参数a = 6 378 140mb = 6 356 755mf = 1/298.257第二十四页，共86页。二、参心与地心坐标系P431.参心坐标系2.地心坐标系世界地心坐标系WGS-84坐标系P43中国的地心坐标系2000年国家大地坐标系P442008年3月，由国土资源部正式上报国务院关于中国采用2000国家大地坐标系的请示，并于2008年4月获得国务院批准。自2008年7月1日起，中国将全面启用2000国家大地坐标系，国家测绘局受权组织实施。采用地心坐标系，有利于采用现

12、代空间技术对坐标系进行维护和快速更新，测定高精度大地控制点三维坐标，并提高测图工作效率。第二十五页，共86页。中国的大地控制网平面控制网 : 按统一规范，由精确测定地理坐标的地面点组成，由三角测量或导线测量完成，依精度不同，分为四等。2.2 中国的大地坐标系统 由平面控制网和高程控制网组成，控制点遍布全国各地。第二十六页，共86页。高程控制网 : 按统一规范，由精确测定高程的地面点组成，以水准测量或三角高程测量完成。依精度不同，分为四等。中国高程起算面是 黄海平均海水面。1956年在青岛观象山设立了水准原点，其他各控制点的绝对高程均是据此推算，称为1956年黄海高程系。1987年国家测绘局公布

13、：启用1985国家高程基准取代黄海平均海水面其比黄海平均海水面上升 29毫米。 青岛观象山水准原点2.2 中国的大地坐标系统第二十七页，共86页。绝对高程相对高程国家水准原点 国家测绘局第二十八页，共86页。平面控制网国家测绘局第二十九页，共86页。高程控制网国家测绘局第三十页，共86页。水准面示意图国家测绘局第三十一页，共86页。GPS控制网国家测绘局第三十二页，共86页。第三十三页，共86页。第三十四页，共86页。第三十五页，共86页。三、平面直角坐标系1.概念2.独立平面指标坐标系第三十六页，共86页。四、高程参照系与高程标准1.概念2.中国高程参照系与高程基准P46第三十七页，共86页

14、。 1）地理格网系统 定义：按一定数学规则对地球表面进行划分而形成的格网 2）格网的划分系统 按经纬度坐标系统划分 经差6、纬差4或经差10 、纬差10 按直角坐标系统划分 公里网格 3）格网系统规定 地理格网系统与直角格网系统规定五、地理格网参照系 1.概念与划分系统第三十八页，共86页。2、地图的分幅 1）为什么要分幅？ 区域表达，编图、印刷、保管和使用的方便。 2）地图分幅的方法 矩形分幅 拼接不拼接 经纬线分幅 第三十九页，共86页。 拼接分幅：适用：挂图和大于1：2000的地形图 矩形分幅 第四十页，共86页。不拼接分幅：适用：地图集、专题地图等第四十一页，共86页。图1-5拼接分幅

15、图第四十二页，共86页。优点： 图幅间拼接方便； 各图幅面积相对平衡，充分利用 图纸和印刷版面； 图廓线可避开分割重要地物。缺点：制图区域只能一次投影，变形较大； 地理位置不易精确描绘。 矩形分幅优缺点： 第四十三页，共86页。 ：地图的图廓由经纬线构成。 适用： 世界各国地形图、小比例尺地图 经纬线分幅优点： 图幅有明确的地理范围； 可分开多次投影，变形较小。缺点： 图廓为曲线时拼接不便； 高纬度地区图幅面积缩小，不利 于纸张的使用和印刷。 破坏重要地物的完整性。第四十四页，共86页。3、地图的编号（一）地图编号的 方法 1）自然序数编号法 第四十五页，共86页。 将区域分为行和列，分别用字

16、母或数字表示行号和列号，一个行号和一个列号标定一个唯一的图幅。2）行列式编号法第四十六页，共86页。3）行列-自然序数编号法要求：系统性、逻辑性、不重复性第四十七页，共86页。4、我国基本地形图的分幅和编号 一）20世纪70-80年代我国基本比例尺地形图的分幅和编号 1：100万地图是我国基本比例尺地形图的分幅和编号的基础。 第四十八页，共86页。第四十九页，共86页。二）1：100万地图的分幅和编号 1：100万采用国际统一的行列式编号 1891年第五届国际地理学会上提出，逐渐统一规定后制定。分幅：单幅： 经差6 ，纬差4；纬度60以下双幅： 经差12，纬差4；纬度60至76四幅： 经差24

17、，纬差4；纬度76至88纬度88以上合为一幅 我国处于纬度60度以下，没有合幅。第五十页，共86页。横行：纬度每4为一行，至南北纬88各有22 列，用字母A,B,C,V表示。纵列：从0经线起算，自西向东每6为一 行，全球分为60列，用阿拉伯数字1，2， 3，,60表示。 如 北京 在1：100万图幅位于 东经114120 北纬3640， 编号：J-50第五十一页，共86页。第五十二页，共86页。三）1：50万、1：25万、1：10万地形图的分幅和编号 1：100万地图基础上的延伸 图中错误！4幅16幅144幅第五十三页，共86页。1：50万： 经差 3 、纬差 2；1：25万： 经差 130、

18、纬差 1；1：10万： 经差 30、纬差 20；四）1：5万、1：2.5万、1：1万地形图的分幅和编号 1：10万地图基础上的延伸 1：5 万： 经差 15 、纬差 101：2.5万: 经差 7.5 、纬差 51：1万 ：经差 345、纬差 2.51：5千： 经差 152.5、纬差 115第五十四页，共86页。4（24）第五十五页，共86页。举例：已知某点位于北纬3254，东经11248求该点所在1：25万和1：5万图幅上的编号。（解析法、图解法） 解析法（1）先求该点所在1:100万图幅编号 （2）该点所在1：25万的图幅编号第五十六页，共86页。图解法11230333340第五十七页，共8

19、6页。325511252.5第五十八页，共86页。练习：已知某点为北纬纬度2756，东经 经度为11246，求该点所在的1：50 万、1：10万及1：5万图的编号。第五十九页，共86页。1：100万： G491：50万： G49-B1：10万: G49-101：5万: G4910-B第六十页，共86页。（二）新的分幅与编号方法1） 1：100万比例尺地图编号 由列-行式 行列式 例 北京为：J502）1:5千1：50万比例尺地图编号 （1）以1：100万为基础 （2）编号由10个代码组成 如图所示第六十一页，共86页。图 1-8表1-3第六十二页，共86页。地形图比例尺代码表：第六十三页，共8

20、6页。分幅：1：50万：221：25万：441：10万：12121：5万：24241：2.5： 48481：1万：96961：5千：192192P12 表1-2第六十四页，共86页。编号： 1：50万地形图编号1：25万地形图编号第六十五页，共86页。练习：找出下列图号在分幅图中的位置 D006011 C0020033. E018016 第六十六页，共86页。地图比例尺解决地图的问题解决大与小的矛盾.第三节 空间尺度与地图比例尺第六十七页，共86页。第六十八页，共86页。1. 地图比例尺的定义 当制图区域比较小、景物缩小的比率也比较小时：图上长度与相应地面之间的长度比例。 当制图区域相当大、景

21、物缩小的比率也相当大时：对地球半径缩小的比率，为主比例尺。在地图上体现为个别的点或线。因此，用图者不可随意量算。图上也不可绘制直线比例尺。 第六十九页，共86页。2. 地图比例尺的表示形式 （1）数字式比例尺：写成比的形式。 1：10000，1/10000 （2）文字式比例尺：“一万分之一”，“图上1厘米等于实地1公里” （3）图解比例尺： 直线比例尺 斜分比例尺 复式比例尺第七十页，共86页。直线比例尺： 以直线线段形式标明图上线段长度对所对应的地面距离。第七十一页，共86页。斜分比例尺：微分比例尺。根据相似三角形原理制成。可以量取比例尺基本长度单位的百分之一。 第七十二页，共86页。复式比例尺：投影比例尺，小比例尺地图上使用。根据地图主比例尺和地图投影长度变形分布规律设