地图投影的基本原理.ppt

新编地图学教程 电子教案 第 2 章 地图的数学基础 §1 地球体?? §2 地球坐标系与大地定位?? §3 地图投影? §4 地图投影的应用? §1 地球体 1.1 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。 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。 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。 1.2 地球的物理表面 当海洋静止时，自由水面与该面上各点的重力方向（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。 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）。 1.2 地球的数学表面 在测量和制图中就用旋转椭球体来代替大地球体，这个旋转椭球体通常称为 地球椭球体，简称 椭球体。 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 f 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，从数 学上给出对地球形状的三 级逼近(参考椭球体）。 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。 中国1952年前采用海福特（Hayford）椭球体 ； 1953—1980年采用克拉索夫斯基椭球体（坐标原点是前苏联玻尔可夫天文台） ； 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。 §2 地球坐标系与大地定位 2.1 地理坐标 —— 用经纬度表示地面点位的球面坐标。 ① 天文经纬度：（其严格定义—只能在天球上定义） 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。 ② 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 表示。 ③ 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 。 2.2 中国的大地坐标系统 2.中国的大地控制网 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。 平面控制网 高程控制网 水准面示意图 GPS控制网 2.3 全球定位系统 - GPS 授时与测距导航系统/全球定位系统 (Navigation Satellite Timing and Ranging/Global Positioning System--GPS)：是以人造卫星为基础的无线电导航系统，可提供高精度、全天候、实时动态定位、定时及导航服务。 1. GPS系统由三个独立的部分组成 地面支撑系统：1个主控站，3个注入站，5个监测站。它向GPS导航卫星提供一系列描述卫星运动及其轨道的参数；监控卫星沿着预定轨道运行；保持各颗卫星处于GPS时间系统及监控卫星上各种设备是否正常工作等。 用户设备部分：GPS接收机——接收卫星信号，经数据处理得到接收机所在点位的导航和定位信息。通常会显示出用户的位置、速度和时间。还可显示一些附加数据，如到航路点的距离和航向或提供图示。 2. GPS系统定位原理 3.常用GPS测量模式 §3 地 图 投 影 3.1 地图投影的意义 地球椭球体表面是不可展曲面，要将曲面上的客观事物表示在有限的平面图纸上，必须经过由曲面到平面的转换。 地图投影： 在地球椭球面和平面之间建立点与点之间函数关系的数学方法