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第2讲-地理空间参照系统和地图投影
第2讲 地理空间参照系统与地图投影 本讲导引 地理空间 地球模型 空间坐标系统 地图投影 高程系统 坐标系统的转换 地图的分幅和编号 第二讲 地理空间参照系统与地图投影 2.1 地理空间(Geo-space) 实质上地理空间就是地球上大气圈、水圈、生物圈、岩石圈、土壤圈交互作用的区域(地球表层) 在GIS中,地理空间采用绝对空间和相对空间来定义: 绝对空间: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; 相对空间: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。 2.2 地球模型 地球模型 地球模型:三级近似 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(大地原点)和定向。 2.3 空间坐标系统 地球上的任何一点都有其相应的空间位置,对该位置进行度量,则需要建立坐标系统。坐标系统是以地球参考椭球为依据建立的,一般采用三种方式: 大地坐标(地理坐标)系统 空间直角坐标系统 投影坐标系统 地理坐标系是以地理极(北极、南极)为极点。 通过A点作椭球面的垂线,称之为过A点的法线。 法线与赤道面的交角,叫做A点的纬度B。 过A点的子午面与通过原英国格林尼治天文台的子午面所夹的二面角,叫做A点的经度L。 空间直角坐标系统 空间直角坐标系统 空间直角坐标系统 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,使地球表面上任一点由大地/地理坐标(L,B)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坐标或极坐标表示。 2.4 地图投影 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(map projection)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(B,L)与地图上相对应的平面直角坐标(X,Y)之间一一对应的函数关系。 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,就会发生裂隙或褶皱。在投影面上,可运用经纬线的“拉伸”或“压缩”(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。 地图投影的变形,通常有: 长度变形 面积变形 角度变形 在实际应用中,根据使用地图的目的,限定某种变形。 地图投影分类 按地图投影的构成方法分类 几何投影 按辅助投影面的类型划分 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 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 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 切投影:投影面与椭球面相切 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 常用投影之一——高斯-克吕格投影 实质上是横轴切圆柱正形投影 地图投影的选择 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; 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。 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 。 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。 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。 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,如智利与阿根廷 2.5 高程系统 高程是表示地球上一点至参考基准面的距离,它和水平量值一起,统一表达点在三维空间的位置。 高程基准:包括高程起算基准面和相对于这个基准面的水准原点(基点)高程。 我国常用高程基准 1956年黄海高程基准 依据1950-1956验潮平均海面,原点在青岛市象山,H=72.289m 1985国家高程基准 以1952-1979验潮资料,以青岛验潮站的平均海面重新计算,高程为H=72.260m 上海吴淞高程基准(长江流域使用) 以一个比实测水位略低的高程为“0”高程-吴淞零点,民国10年在基准标石约300m处设立永久点,高程为5.1054m 我国其它高程基
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