第2讲地理空间参照系统与地图投影PPT讲稿.ppt
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1、第2讲地理空间参照系统与地图投影第1页,共80页,编辑于2022年,星期一电离层2.1 地理空间(地理空间(Geo-space)第2页,共80页,编辑于2022年,星期一图2.1 固体地球表面地球景观地球景观第3页,共80页,编辑于2022年,星期一地球表面的形态地球表面的形态第4页,共80页,编辑于2022年,星期一第5页,共80页,编辑于2022年,星期一 地理空间地理空间实质上就是地球上大气圈、水圈、生物圈、岩石圈、土实质上就是地球上大气圈、水圈、生物圈、岩石圈、土壤圈交互作用的区域(地球表层);壤圈交互作用的区域(地球表层);在在GIS中,地理空间采用中,地理空间采用绝对空间绝对空间和
2、和相对空间相对空间来定义:来定义:绝对空间:绝对空间:具有属性描述的空间位置的集合,由具有属性描述的空间位置的集合,由一系列不同位置的空间坐标值组成;一系列不同位置的空间坐标值组成;相对空间:相对空间:具有空间属性特征的实体的集合,由具有空间属性特征的实体的集合,由不同实体之间的空间关系构成。不同实体之间的空间关系构成。第6页,共80页,编辑于2022年,星期一2.2 地球模型地球模型第7页,共80页,编辑于2022年,星期一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第8页,共80页,编辑于2022年,星期一地球模型:三级近似地球模型:三级
3、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、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第9页,共80页,编辑于2022年,星期一旋转轴旋转轴椭圆椭圆的第二偏心率: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
4、率:椭圆的第一偏心率:椭圆的第一偏心率:第10页,共80页,编辑于2022年,星期一椭球名称椭球名称年代年代长半径长半径 m m扁率分母扁率分母采用国家、地区采用国家、地区海福特椭球海福特椭球1906190663782836378283297.8297.8美、阿根廷、比利时、美、阿根廷、比利时、大洋洲大洋洲克拉索夫斯基椭球克拉索夫斯基椭球1940194063782456378245298.3298.3俄罗斯、东欧、中、俄罗斯、东欧、中、朝鲜等朝鲜等19751975国际椭球国际椭球(1616届届IUGGIUGG会议)会议)1975197563781406378140298.257298.2571
5、9751975年国际第三个推年国际第三个推荐值荐值WGS-84WGS-84椭球椭球1984198463781376378137298.25722298.25722GPSGPS定位系统定位系统20002000国家大地坐标国家大地坐标系(系(CGCS2000CGCS2000)椭)椭球球200063781376378137298.257222298.257222101101中国中国参考椭球举例参考椭球举例第11页,共80页,编辑于2022年,星期一 一个国家或地区在建立大地坐标系时,为使地球椭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,往往需要选择合面更切合本
6、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,并进行椭适的椭球参数、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)。第12页,共80页,编辑于2022年,星期一局部地理局部地理坐标基准坐标基准地心地理地心地理坐标基准坐标基准第13页,共80页,编辑于2022年,星期一2.3 空间坐标系统空间坐标系统 地球上的任何一点都有其相应的空间位置地球上的任何一点都有其相应的空间位置,对该位置对该位置进行度量进行度量,则需要建立坐标系统。坐标系统是以地球参考则需要建立坐标系统。坐标系统是以地球
7、参考椭球面为依据建立的椭球面为依据建立的,一般采用以下方式一般采用以下方式:大地坐标大地坐标(地理坐标地理坐标)系统系统空间直角坐标系统空间直角坐标系统投影坐标系统投影坐标系统线性参照系统线性参照系统第14页,共80页,编辑于2022年,星期一地理坐标系是以地理极地理坐标系是以地理极(北极、北极、南极南极)为极点。为极点。通过通过A点作椭球面的垂线,称点作椭球面的垂线,称之为过之为过A点的法线。点的法线。法线与赤道面的交角,叫做法线与赤道面的交角,叫做A点的点的纬度纬度B。过过A点的子午面与通过原英国点的子午面与通过原英国格林尼治天文台的子午面所格林尼治天文台的子午面所夹的二面角,叫做夹的二面
8、角,叫做A点的点的经度经度L。大地大地/地理坐标系统地理坐标系统N NS SE E 赤赤道道纬纬线线本本初初子子午午线线W WA ABL第15页,共80页,编辑于2022年,星期一第16页,共80页,编辑于2022年,星期一第17页,共80页,编辑于2022年,星期一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标系l参考椭球:参考椭球:Krassovsky椭球椭球l大地原点:大地原点:前苏联普尔科沃天前苏联普尔科沃天文台文台lZ轴:轴:平行于地球质心指向地极原平行于地球质心指向地极原点点JYD1968的方向的方向lX轴:轴:在大地起始子午面内与在大地起始子午面内与Z
9、轴垂直指向经度轴垂直指向经度0方向方向lY轴:轴:与与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第18页,共80页,编辑于2022年,星期一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:大地原点:陕西泾阳县永乐镇陕西泾阳县永乐镇lZ轴:轴:平行于地球质心指向地极平行于地球质心指向地极原点原点JYD1968的方向的方向lX轴:轴:在大地起始子午面内与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:轴:与与Z、X轴构成右手直角坐轴构成右手直角坐标系标系ZXY
10、地球质心地球质心赤道赤道JYD1968第19页,共80页,编辑于2022年,星期一空间直角坐标系统空间直角坐标系统WGS84空间直角坐标系空间直角坐标系l参考椭球:参考椭球:WGS-84椭球椭球l原点:原点:地球质心地球质心lZ轴:轴:BIH1984定义的协议地球极定义的协议地球极(CTP)lX轴:轴:BIH1984的零子午面与的零子午面与CTP赤道的交点赤道的交点lY轴:轴:与与Z、X轴构成右手直角坐标轴构成右手直角坐标系系ZXY地球质心地球质心赤道赤道CTP第20页,共80页,编辑于2022年,星期一投影坐标系统投影坐标系统 使用地图投影方法,建立地球表面和平面上点的函数关系,使用地图投影
11、方法,建立地球表面和平面上点的函数关系,使地球表面上任一点由大地使地球表面上任一点由大地/地理坐标(地理坐标(L,B)确定的点,在平)确定的点,在平面上必有一个与它对应的点,平面任一点的位置可以采用平面面上必有一个与它对应的点,平面任一点的位置可以采用平面坐标或极坐标表示。坐标或极坐标表示。XYPOyxXYPOyx第21页,共80页,编辑于2022年,星期一线性参照系统(线性参照系统(Linear Referencing).对对对对“事件事件事件事件”沿线性实体定位沿线性实体定位沿线性实体定位沿线性实体定位在道路网络上的交通管理调度在道路网络上的交通管理调度事故记录和分析事故记录和分析道路与周
12、围环境的关系道路与周围环境的关系点源的资源在道路系统的分配点源的资源在道路系统的分配道路工程管理道路工程管理第22页,共80页,编辑于2022年,星期一二维直角坐标描述二维直角坐标描述从线性对象某一点开始按长度(从线性对象某一点开始按长度(measure)进行相对定位进行相对定位 线性参考的实质是以已知的线性对象为依据,将其他线性参考的实质是以已知的线性对象为依据,将其他“事件事件”或或“热点热点”以一维以一维的量测值将其定位到该线性对象上。的量测值将其定位到该线性对象上。如沪宁高速如沪宁高速232KM+200m第23页,共80页,编辑于2022年,星期一2.4 地图投影地图投影地球椭球体是数
13、学曲面,是不可展曲面,而地图通常采用地球椭球体是数学曲面,是不可展曲面,而地图通常采用平面表示地理空间,如何把不可展曲面上的地理对象展绘平面表示地理空间,如何把不可展曲面上的地理对象展绘在平面图纸上,使其能表示连续的地理对象?在平面图纸上,使其能表示连续的地理对象?地图投影就是这种把曲面上地理对象影射到平面的有效方法。地图投影就是这种把曲面上地理对象影射到平面的有效方法。地图投影(地图投影(map projection)的实质就是按照一定的数学法则,将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,建立地面点位的地理坐标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
14、(B,L)与地图上相对应的平面直角坐标()与地图上相对应的平面直角坐标(X,Y)之间一一对)之间一一对应的函数关系。应的函数关系。第24页,共80页,编辑于2022年,星期一第25页,共80页,编辑于2022年,星期一投影变形投影变形 地球椭球表面是一种不可能展开的曲面,要把这样一个曲面表现到平面上,就地球椭球表面是一种不可能展开的曲面,要把这样一个曲面表现到平面上,就会发生裂隙或褶皱。在投影面上,可运用经纬线的会发生裂隙或褶皱。在投影面上,可运用经纬线的“拉伸拉伸”或或“压缩压缩”(通过数学(通过数学手段)来加以避免,以便形成一幅完整的地图。不可避免会产生变形。手段)来加以避免,以便形成一幅
15、完整的地图。不可避免会产生变形。第26页,共80页,编辑于2022年,星期一投影变形投影变形第27页,共80页,编辑于2022年,星期一地图投影的变形,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 在实际应用中,根据使用地图的目的,限定在实际应用中,根据使用地图的目的,限定某种变形。某种变形。第28页,共80页,编辑于2022年,星期一地图投影分类地图投影分类按地图投影的构成方法分类按地图投影的构成方法分类几何投影几何投影按辅助投影面的类型划分按辅助投影面的类型划分方位投影:以平面作为投影面方位投影:以平面作为投影面 圆柱投影:以圆柱面作为投影面圆柱投影:以
16、圆柱面作为投影面 圆锥投影:以圆锥面作为投影面圆锥投影:以圆锥面作为投影面 按投影面与地球自转轴间的方位关系划分按投影面与地球自转轴间的方位关系划分 正轴投影:投影面的中心轴与地轴重合正轴投影:投影面的中心轴与地轴重合 横轴投影:投影面中心轴与地轴相互垂直横轴投影:投影面中心轴与地轴相互垂直 斜轴投影:投影面的中心轴与地轴斜交斜轴投影:投影面的中心轴与地轴斜交 按投影面与地球的位置关系划分按投影面与地球的位置关系划分切投影:投影面与椭球面相切切投影:投影面与椭球面相切割投影:投影面与椭球面相割割投影:投影面与椭球面相割分离投影:投影面与椭球面相离分离投影:投影面与椭球面相离第29页,共80页,
17、编辑于2022年,星期一正正轴轴横横轴轴斜斜轴轴圆圆锥锥圆圆柱柱方方位位第30页,共80页,编辑于2022年,星期一切投影切投影割投影割投影第31页,共80页,编辑于2022年,星期一地图投影分类地图投影分类按地图投影的构成方法分类按地图投影的构成方法分类几何投影几何投影非几何投影非几何投影伪方位投影:伪方位投影:纬线为同心圆,中央经线为直线,其余的经线均为对称纬线为同心圆,中央经线为直线,其余的经线均为对称于中央经线的曲线,且相交于纬线的共同圆心;于中央经线的曲线,且相交于纬线的共同圆心;伪圆柱投影:伪圆柱投影:纬线为平行直线,中央经线为直线,其余的经线均为纬线为平行直线,中央经线为直线,其
18、余的经线均为对称于中央经线的曲线;对称于中央经线的曲线;伪圆锥投影:伪圆锥投影:纬线为同心圆弧,中央经线为直线,其余经线均为对称纬线为同心圆弧,中央经线为直线,其余经线均为对称于中央经线的曲线;于中央经线的曲线;多圆锥投影:多圆锥投影:纬线为同周圆弧,其圆心均位于中央经线上,中央经线为纬线为同周圆弧,其圆心均位于中央经线上,中央经线为直线,其余的经线均为对称于中央经线的曲线。直线,其余的经线均为对称于中央经线的曲线。第32页,共80页,编辑于2022年,星期一地图投影分类地图投影分类按地图投影的构成方法分类按地图投影的构成方法分类按投影变形性质分类按投影变形性质分类 等角投影(正形投影)等角投
19、影(正形投影)等面积投影等面积投影等距投影等距投影 任意投影任意投影 第33页,共80页,编辑于2022年,星期一地地图类图类型型所用投影所用投影主要技主要技术术参数参数中国全中国全图图斜斜轴轴等面等面积积方位投影方位投影斜斜轴轴等角方位投影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中国全中国全图图(南海(南海诸岛诸岛做插曲做插曲图图)正正轴轴等面等面积积割割圆锥圆锥投影投影(Lambert 投影)投影)标标准准纬线纬线:j1=2500,j2=4700中国分省(区)地中国分省(区)地图图(海南省除外)(海南省除外)正正轴轴等角割等
20、角割圆锥圆锥投影投影正正轴轴等面等面积积割割圆锥圆锥投影投影各省(区)各省(区)图图分分别别采用采用各自各自标标准准纬线纬线中国分省(区)地中国分省(区)地图图(海南省)(海南省)正正轴轴等角等角圆圆柱投影柱投影国家基本比例尺国家基本比例尺地形地形图图系列系列1:100万万正正轴轴等角割等角割圆锥圆锥投影投影按国按国际统际统一一46分幅,分幅,标标准准纬线纬线:j1js+35 j2jn+35国家基本比例尺国家基本比例尺地形地形图图系列系列1:5万万1:50万万高斯一克高斯一克吕吕格投影格投影(6分分带带)投影投影带带号(号(N):):1323中央中央经线经线:0=(6N-3)国家基本比例尺国家
21、基本比例尺地形地形图图系列系列1:50001:2.5万万高斯一克高斯一克吕吕格投影格投影(3分分带带)投影投影带带号(号(N):):2446中央中央经线经线:0=(3N)城市城市图图系列系列(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标的高斯投影的高斯投影第34页,共80页,编辑于2022年,星期一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XY第35页,共80页,编辑于2022年,星期一高斯投影高斯投影6和和3带分带带分带第36页,共80页,编辑于2022年,星期一中央子午线YX500KmX
22、赤道PX=3124528.257mY=178123.265m纵坐标西移纵坐标西移500Km纵坐标增加投影带号纵坐标增加投影带号X=3124528.257KmY=20678123.265m高斯投影特点高斯投影特点l中央子午线长度变形比为中央子午线长度变形比为1;l在同一条经线上,长度变形随纬度的降低而增大,在赤道处为最大;在同一条经线上,长度变形随纬度的降低而增大,在赤道处为最大;l在同一条纬线上,长度变形随经差的增加而增大,且增大速度较快。在同一条纬线上,长度变形随经差的增加而增大,且增大速度较快。l在在6带范围内,长度最大变形不超过带范围内,长度最大变形不超过0.14%。第37页,共80页,
23、编辑于2022年,星期一常用投影之二常用投影之二UTM投影投影 实质上是横轴割圆柱正形投影实质上是横轴割圆柱正形投影8484UTM投影特点投影特点l中央子午线长度变形比为中央子午线长度变形比为0.9996;l在在6带内最大长度变形不超过带内最大长度变形不超过0.04%;l投影带编号,第投影带编号,第1带在带在177W(自东径(自东径180自西向东排列);自西向东排列);l其它同高斯投影。其它同高斯投影。第38页,共80页,编辑于2022年,星期一常用投影之三常用投影之三兰勃特兰勃特Lambert投影投影 实质上是正轴等角割圆锥投影实质上是正轴等角割圆锥投影兰勃特等角投影后纬线为同心圆弧,经线为
24、直线,且垂直于纬线。兰勃特等角投影后纬线为同心圆弧,经线为直线,且垂直于纬线。第39页,共80页,编辑于2022年,星期一地图投影的选择地图投影的选择选择制图投影时,主要考虑因素选择制图投影时,主要考虑因素制图区域的范围、形状和地理位置;制图区域的范围、形状和地理位置;地图的用途、出版方式及其他特殊要求等,其中制图区域的范围、地图的用途、出版方式及其他特殊要求等,其中制图区域的范围、形状和地理位置是主要因素。形状和地理位置是主要因素。投影选择实例投影选择实例世界地图,主要采用正圆柱、伪圆柱和多圆锥投影。在编绘世界航线图、世世界地图,主要采用正圆柱、伪圆柱和多圆锥投影。在编绘世界航线图、世界交通
25、图与世界时区图时也采用墨卡托投影。界交通图与世界时区图时也采用墨卡托投影。中国出版的世界地图多采用等差分纬线多圆锥投影中国出版的世界地图多采用等差分纬线多圆锥投影。对于半球地图,东、西半球图常选用横轴方位投影;南、北半球图常选对于半球地图,东、西半球图常选用横轴方位投影;南、北半球图常选用正轴方位投影;水、陆半球图一般选用斜轴方位投影。用正轴方位投影;水、陆半球图一般选用斜轴方位投影。在东西延伸的中纬度地区,一般采用正轴圆锥投影,如中国与美在东西延伸的中纬度地区,一般采用正轴圆锥投影,如中国与美国。国。在南北方向延伸的地区,一般采用横轴圆柱投影或多圆锥投影,如在南北方向延伸的地区,一般采用横轴
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