GIS原理与方法.ppt

GIS 原理与方法原理与方法中国地质大学中国地质大学(武汉武汉)信息工程学院信息工程学院GIS 原理与方法原理与方法1 1 绪论绪论 2 2 空间数据结构空间数据结构 3 3 地理信息系统的地理数学基础地理信息系统的地理数学基础 4 4 地理信息系统数据输入地理信息系统数据输入 5 5 地理信息系统的数据处理地理信息系统的数据处理 6 6 空间数据管理空间数据管理 9 9 空间分析空间分析 10 10 数字高程模型数字高程模型 14 14 地理信息系统的发展趋势地理信息系统的发展趋势 1 绪论绪论1.1 1.1 地理信息系统的基本概念地理信息系统的基本概念 1.2 1.2 地理信息系统发展过程地理信息系统发展过程 1.3 1.3 地理信息系统与其它相关学科系统间的关系地理信息系统与其它相关学科系统间的关系 1.4 1.4 地理信息系统组成地理信息系统组成 1.5 1.5 地理信息系统功能和应用地理信息系统功能和应用 1.6 1.6 地理信息系统与数字地球地理信息系统与数字地球 1.1 1.1 地理信息系统的基本概念地理信息系统的基本概念地理信息系统（地理信息系统（GIS）是在计算机）是在计算机软硬件支持下，以采集、存贮、管软硬件支持下，以采集、存贮、管理、检索、分析和描述空间物体的理、检索、分析和描述空间物体的地理分布数据及与之相关的属性，地理分布数据及与之相关的属性，并回答用户问题等为主要任务的技并回答用户问题等为主要任务的技术系统。术系统。1.2 1.2 地理信息系统发展过程地理信息系统发展过程（）起始发展阶段（）起始发展阶段(60年代年代)（）发展巩固阶段（）发展巩固阶段(70年代年代)（）推广应用阶段（）推广应用阶段(80年代年代)（）蓬勃发展阶段（）蓬勃发展阶段(90年代以后年代以后)1.3 1.3 地理信息系统与其它相关地理信息系统与其它相关学科系统间的关系学科系统间的关系GISGIS与地图学与地图学GISGIS是以地图数据库（主要来自地图）为基础是以地图数据库（主要来自地图）为基础 最终产品之一也是地图最终产品之一也是地图 GISGIS是地图学理论、方法与功能的延伸是地图学理论、方法与功能的延伸 地图学强调图形信息传输地图学强调图形信息传输 GISGIS则强调空间数据处理与分析则强调空间数据处理与分析 GISGIS与一般事务数据库与一般事务数据库 数据库技术具有很好的管理数据库技术具有很好的管理,分析和处理数据的分析和处理数据的功能功能数据库技术是数据库技术是GISGIS的主要支撑技术之一的主要支撑技术之一GISGIS属性数据库部分相当于一般数据库属性数据库部分相当于一般数据库GISGIS数据库比一般数据库结构要复杂得多数据库比一般数据库结构要复杂得多GISGIS与计算机地图制图与计算机地图制图 计算机地图制图系统强调的是图形表示计算机地图制图系统强调的是图形表示 GISGIS既注重实体的空间分布又强调它们的显示方既注重实体的空间分布又强调它们的显示方法法,可综合图形和属性的数据进行深层次的空间可综合图形和属性的数据进行深层次的空间分析分析数字地图是数字地图是GISGIS的数据源，也是的数据源，也是GISGIS表达形式表达形式 GISGIS与计算机辅助设计与计算机辅助设计(CAD)(CAD)共同点共同点:都有空间坐标都有空间坐标都能把目标和参考系统联系起来都能把目标和参考系统联系起来都能描述图形数据的拓扑关系都能描述图形数据的拓扑关系都能处理非图形属性数据都能处理非图形属性数据 区别区别:CADCAD处理的多为规则几何图形及其组合处理的多为规则几何图形及其组合;它的图形功能尤其是三维它的图形功能尤其是三维图形功能极强图形功能极强;属性库功能相对要弱属性库功能相对要弱;采用的一般是几何坐标系采用的一般是几何坐标系 GISGIS处理的多为自然目标，因而图形处理的难度大处理的多为自然目标，因而图形处理的难度大;GIS;GIS的属性库的属性库内容结构复杂，功能强大内容结构复杂，功能强大;图形属性的相互作用十分频繁，且多图形属性的相互作用十分频繁，且多具有专业化特征具有专业化特征;GIS;GIS采用的多是大地坐标，必须有较强的多层次采用的多是大地坐标，必须有较强的多层次空间叠置分析功能空间叠置分析功能;GIS;GIS的数据量大，数据输入方式多样化的数据量大，数据输入方式多样化;所用所用的数据分析方法具有专业化特征的数据分析方法具有专业化特征 目前目前,GIS,GIS与与CADCAD仍有不同的侧重和特长仍有不同的侧重和特长,但它们主流技术但它们主流技术之间的融合仍在不断扩展之中之间的融合仍在不断扩展之中1.4 1.4 地理信息系统组成地理信息系统组成（）数据输入和检验（）数据输入和检验（）数据存储和管理（）数据存储和管理（）数据变换（）数据变换（）数据输出和表示（）数据输出和表示（）用户接口（）用户接口数据变换1.5 1.5 地理信息系统功能和应用地理信息系统功能和应用（）数据采集与输入（）数据采集与输入（）数据编缉与更新（）数据编缉与更新（）数据存贮与管理（）数据存贮与管理（）空间查询与分析（）空间查询与分析（）数据显示与输出（）数据显示与输出1.6 1.6 地理信息系统与数字地球地理信息系统与数字地球数字地球的概念和提出的背景数字地球的概念和提出的背景数字地球是对真实地球及其相关现象统一性的数字化重现数字地球是对真实地球及其相关现象统一性的数字化重现和认识，其核心思想是用数字化手段统一地处理地球问题和认识，其核心思想是用数字化手段统一地处理地球问题和最大限度地利用信息资源和最大限度地利用信息资源 数字地球的特点数字地球的特点 多源、多比例尺、多分辨率数据无缝集成的网络信息系统多源、多比例尺、多分辨率数据无缝集成的网络信息系统 面向全社会公众开放的网络信息系统面向全社会公众开放的网络信息系统 虚拟现实技术支持下多维网络信息系统虚拟现实技术支持下多维网络信息系统 数字地球需要的支撑技术与数字地球框架数字地球需要的支撑技术与数字地球框架 计算科学计算科学 海量存储海量存储 卫星图像卫星图像 宽带网络宽带网络 互操作互操作 元数据元数据 数字地球的应用和意义数字地球的应用和意义2 空间数据结构空间数据结构 2.1 2.1 栅格数据结构栅格数据结构 2.2 2.2 矢量数据结构矢量数据结构 2.3 2.3 地理数据的显式和隐式表示地理数据的显式和隐式表示 2 2.4.4 矢量与栅格数据结构的比较矢量与栅格数据结构的比较 2.1 2.1 栅格数据结构栅格数据结构2.1.1 栅格数据基本概念栅格数据基本概念2.1.2 栅格数据层的概念栅格数据层的概念2.1.3 栅格数据取值方法栅格数据取值方法2.1.4 栅格数据存储编码栅格数据存储编码2.1.1 2.1.1 栅格数据基本概念栅格数据基本概念将将工工作作区区域域的的平平面面表表象象按按一一定定分分解解力力作作行行和和列列的的规规则则划划分分，形形成成许许多多格格网网，每每个个网网格格单单元元称称为为象象素素。根根据据所所表表示示实实体体的的表表象象信信息息差差异异，各各象象元元可可用用不不同同的的“灰灰度度值值”来表示来表示 。若若每每个个象象元元规规定定N N比比特特，则则其其灰灰度度值值范范围围可可在在0 0到到2 2N N11之之间间；把把白白灰灰色色黑黑的的连连续续变变化化量量化化成成8 8比比特特（bitbit），其其灰灰度度值值范范围围就就允允许许在在0 0255255之之间间，共共256256级级；若若每每个个象象元元只只规规定定1 1比比特特，则则灰灰度度值值仅仅为为0 0和和1 1，这这就就是是所所谓谓二二值值图图像，像，0 0代表背景。代表背景。栅栅格格数数据据结结构构实实际际上上就就是是象象元元阵阵列列，即即象象元元按按矩矩阵阵形形式式的的集集合合，栅栅格格中中的的每每个个象象元元是是栅栅格格数数据据中中最最基基本本的的信信息息存储单元，其坐标位置可以用行号和列号确定。存储单元，其坐标位置可以用行号和列号确定。2.1.2 2.1.2 栅格数据层的概念栅格数据层的概念在栅格数据结构中，物体的空间位置就用其在在栅格数据结构中，物体的空间位置就用其在笛卡尔平面网格中的行号和列号坐标表示，物笛卡尔平面网格中的行号和列号坐标表示，物体的属性用象元的取值表示，每个象元在一个体的属性用象元的取值表示，每个象元在一个网格中只能取值一次，同一象元要表示多重属网格中只能取值一次，同一象元要表示多重属性的事物就要用多个笛卡尔平面网格，每个笛性的事物就要用多个笛卡尔平面网格，每个笛卡尔平面网格表示一种属性或同一属性的不同卡尔平面网格表示一种属性或同一属性的不同特征，这种平面称为层。特征，这种平面称为层。2.1.3 2.1.3 栅格数据取值方法栅格数据取值方法中心归属法：每个栅格单元的值以网格中心点对中心归属法：每个栅格单元的值以网格中心点对应的面域属性值来确定。应的面域属性值来确定。长度占优法：每个栅格单元的值以网格中线（水长度占优法：每个栅格单元的值以网格中线（水平或垂直）的大部分长度所对应的面域的属性值平或垂直）的大部分长度所对应的面域的属性值来确定。来确定。面积占优法：每个栅格单元的值以在该网格单元面积占优法：每个栅格单元的值以在该网格单元中占据最大面积的属性值中占据最大面积的属性值重要性法：根据栅格内不同地物的重要性程度，重要性法：根据栅格内不同地物的重要性程度，选取特别重要的空间实体决定对应的栅格单元值，选取特别重要的空间实体决定对应的栅格单元值，如稀有金属矿产区，其所在区域尽管面积很小或如稀有金属矿产区，其所在区域尽管面积很小或不位于中心，也应采取保留的原则不位于中心，也应采取保留的原则2.1.4 2.1.4 栅格数据存储编码栅格数据存储编码(1)(1)直接编码直接编码(2)(2)链式编码链式编码(3)(3)行程编码行程编码(4)(4)块式编码块式编码(5)(5)四叉树编码四叉树编码 直接栅格编码直接栅格编码是最简单最直观而又非常重要的一种栅格结构编码是最简单最直观而又非常重要的一种栅格结构编码方法，通常称这种编码为图像文件或栅格文件。直接编码就是将方法，通常称这种编码为图像文件或栅格文件。直接编码就是将栅格数据看作一个数据矩阵，逐行（或逐列）逐个记录代码，可栅格数据看作一个数据矩阵，逐行（或逐列）逐个记录代码，可以每行都从左到右逐象元记录，也可奇数行从左到右，而偶数行以每行都从左到右逐象元记录，也可奇数行从左到右，而偶数行由右向左记录，为了特定目的还可采用其它特殊的顺序由右向左记录，为了特定目的还可采用其它特殊的顺序 3 3 3 4 4 4 4 43 3 3 3 4 4 4 41 3 3 3 4 4 4 21 1 3 3 3 2 2 21 1 1 1 3 2 2 21 1 1 1 2 2 2 21 1 1 1 1 2 2 21 1 1 1 1 2 2 2133344444233334444313334442411333222511113222611112222711111222811111222(2)(2)行程编码行程编码 按按行行（或或列列）记记录录相相同同代代码码的的始始末末象象元元的的列列号号（或或行行号号）和和相相应应的的代代码码，左左图可沿行方向进行程编码：图可沿行方向进行程编码：1行：（行：（1，3，3），（），（4，8，4）；）；2行：（行：（3，4，3），（），（5，8，4）；）；3行：（行：（1，1，1），（），（2，4，3），），（5，7，4），（），（8，8，2）；）；4行：（行：（1，2，1），（），（3，5，3），），（6，8，2）；）；5行：（行：（1，4，1），（），（5，5，3），），（6，8，2）；）；6行：（行：（1，4，1），（），（5，8，2）；）；7行：（行：（1，5，1），（），（6，8，2）；）；8行：（行：（1，5，1），（），（6，8，2）。133344444233334444313334442411333222511113222611112222711111222811111222(3)块式编码块式编码把把多多边边形形范范围围划划分分成成由由象象元元组组成成的的正正方方形形，然然后后对对各各个个正正方方形形进进行行编编码码。块块式式编编码码数数据据结结构构中中包包括括3个个数数字字：块块的的初初始始位位置置（行行、列列号号）和和块块的的大大小小（块块包包括括的的象象元元数数），再再加加上上记记录录单单元元的的代代码码组成。组成。（1，1，2，3），（），（1，3，1，3），），（1，4，1，4），（），（1，5，3，4）,（1，8，1，4），（），（2，3，1，3），），（2，4，1，3），（），（2，8，1，4），），（3，1，1，1），（），（3，2，1，3），），（3，3，2，3），（），（3，8，1，2），），（4，1，1，1），（），（4，2，1，1），），（4，5，1，3），（），（4，6，1，2），），（4，7，2，2），（），（5，1，4，1），），（5，5，1，3），（），（5，6，1，2），），（6，5，1，2），（），（6，6，3，2），），（7，5，1，1），（），（8，5，1，1）。）。1333444442333344443133344424113332225111132226111122227111112228111112222.2 2.2 矢量数据结构矢量数据结构2.2.1 矢量数据概念矢量数据概念2.2.2 拓扑关系拓扑关系2.2.3 多边形矢量编码多边形矢量编码2.2.4 结构结构2.2.1 2.2.1 矢量数据概念矢量数据概念矢矢量量数数据据就就是是代代表表地地图图图图形形的的各各离离散散点点平平面面坐标（坐标（x x，y y）的有序集合。）的有序集合。2.2.2 2.2.2 拓扑关系拓扑关系拓拓扑扑关关系系是是指指网网结结构构元元素素结结点点、弧弧段段、面面域域之之间间的的空空间间关关系系，主主要要表表现现为为下下列列三三种种关关系系：拓拓扑扑邻邻接接关关系系、拓拓扑扑关关联联关关系系、拓拓扑扑包包含含关关系。系。（1）拓扑邻接）拓扑邻接拓扑邻接指存在于空间图形的同类元素之间拓扑邻接指存在于空间图形的同类元素之间的拓扑关系。结点邻接关系有的拓扑关系。结点邻接关系有N1/N4N1/N4，N1/N2N1/N2等；多边形邻接关系有等；多边形邻接关系有P1/P3P1/P3，P2/P3 P2/P3 等。等。（2）拓扑关联）拓扑关联拓扑关联指存在于空间图形的不同类元素之间拓扑关联指存在于空间图形的不同类元素之间的拓扑关系。结点与弧段关联关系有的拓扑关系。结点与弧段关联关系有N1/C1N1/C1、C3C3、C6C6，N2/C1N2/C1、C2C2、C5 C5 等。多边形与等。多边形与线段的关联关系有线段的关联关系有P1/C1P1/C1、C5C5、C6C6，P2/C2P2/C2、C4C4、C5C5、C7C7等。等。（3）拓扑包含）拓扑包含拓扑包含指存在于空间图形的同类但不同拓扑包含指存在于空间图形的同类但不同级的元素之间的拓扑关系，级的元素之间的拓扑关系，P1 P1包含包含P2P2和和P3P3。2.2.3 2.2.3 多边形矢量编码多边形矢量编码 一个区域或一幅地图可以划分成许多多边形，每一个区域或一幅地图可以划分成许多多边形，每个多边形由一条或若干条弧段组成，每条弧段由个多边形由一条或若干条弧段组成，每条弧段由一串有序的一串有序的x，y坐标对组成，每条弧段的两端点坐标对组成，每条弧段的两端点为结点，每个结点连接两条以上的弧段，多边形为结点，每个结点连接两条以上的弧段，多边形矢量编码主要用于表示空间图形为多边形的面状矢量编码主要用于表示空间图形为多边形的面状要素，每个多边形在数据库中是相互独立、分开要素，每个多边形在数据库中是相互独立、分开存储的。如特征值为存储的。如特征值为4的多边形由条的多边形由条4弧段组成，弧段组成，其文件编码坐标为其文件编码坐标为:x18,y18;x19,y19;x9,y9;x8,y8;x7,y7;x20,y20;x21,y21;x22,y22;x23,y23;x24,y24;x18,y18特征值坐标位置1x1,y1;x2,y2;x3,y3;x4,y4;x5,y5;x6,y6;x7,y7;x8,y8;x9,y9;x10,y10;x1,y12x28,y28;x29,y29;x30,y30;x31,y31;x32,y32;x33,y33;x28,y283x1,y1;x11,y11;x12,y12;x13,y13;x14,y14;x15,y15;x16,y16;x17,y17;x18,y18;x19,y19;x9,y9x10,y10;x1,y14x18,y18;x19,y19;x9,y9;x8,y8;x7,y7;x20,y20;x21,y21;x22,y22;x23,y23;x24,y24;x18,y185x16,y16;x17,y17;x18,y18;x24,y24;x23,y23;x27,y27;x26,y26;x25,y25;x16,y162.2.4 DIME2.2.4 DIME结构结构双重独立地图编码，简称双重独立地图编码，简称DIMEDIME结构（结构（Dual Dual Independent Map Encoding Independent Map Encoding）。它是由美国人口调查）。它是由美国人口调查局建立起来的为人口调查目的而设计的一种拓扑编码方法，局建立起来的为人口调查目的而设计的一种拓扑编码方法，是一种把几何量度信息（直角坐标）与拓扑逻辑信息结是一种把几何量度信息（直角坐标）与拓扑逻辑信息结合起来的系统。合起来的系统。DIMEDIME文件的基本元素是连接两个端点（结点）的一条线段文件的基本元素是连接两个端点（结点）的一条线段（街段）、线段始结点和终结点标识符、伴有这两个结点（街段）、线段始结点和终结点标识符、伴有这两个结点的坐标及线段两侧的区域代码（左区号和右区号）。根据的坐标及线段两侧的区域代码（左区号和右区号）。根据结点标识符和结点坐标建立结点坐标文件。根据结点、线段、结点标识符和结点坐标建立结点坐标文件。根据结点、线段、多边形间的拓扑关系建立拓扑结构文件。在这种结构中，多边形间的拓扑关系建立拓扑结构文件。在这种结构中，线段通常被认为是直线型的，复杂的曲线由一系列逼近曲线线段通常被认为是直线型的，复杂的曲线由一系列逼近曲线的直线段来表示。结点与结点或者面域与面域之间为邻接关的直线段来表示。结点与结点或者面域与面域之间为邻接关系，而结点与线段或面域与线段之间为关联关系系，而结点与线段或面域与线段之间为关联关系,。2.3 2.3 地理数据的显式和隐式表示地理数据的显式和隐式表示2.4 2.4 矢量与栅格数据结构的比较矢量与栅格数据结构的比较 矢量数据矢量数据 数据存储量小数据存储量小 空间位置精度高空间位置精度高 用网络连接法能完整描述拓扑关系用网络连接法能完整描述拓扑关系 输出简单容易，绘图细腻、精确、美观输出简单容易，绘图细腻、精确、美观 可对图形及其属性进行检索、更新和综合可对图形及其属性进行检索、更新和综合 数据结构复杂数据结构复杂 获取数据慢获取数据慢 数学模拟困难数学模拟困难 多种地图叠合分析困难多种地图叠合分析困难 不能直接处理数字图像信息不能直接处理数字图像信息 空间分析不容易实现空间分析不容易实现 边界复杂、模糊的事物难以描述边界复杂、模糊的事物难以描述 数据输出的费用较高数据输出的费用较高栅格数据栅格数据数据存储量大数据存储量大空间位置精度低空间位置精度低难于建立网络连接关系难于建立网络连接关系输出速度快，但绘图粗糙、不美观输出速度快，但绘图粗糙、不美观便于面状数据处理便于面状数据处理数据结构简单数据结构简单快速获取大量数据快速获取大量数据数学模拟方便数学模拟方便多种地图叠合分析方便多种地图叠合分析方便能直接处理数字图像信息能直接处理数字图像信息空间分析易于进行空间分析易于进行容易描述边界复杂、模糊的事物容易描述边界复杂、模糊的事物技术开发费用低技术开发费用低3.3.地理信息系统中的地理基础地理信息系统中的地理基础3.1 3.1 地图投影概念地图投影概念3.2 3.2 地图投影基本要素地图投影基本要素3.3 3.3 地图投影变形地图投影变形3.4 3.4 地图投影分类地图投影分类3.5 3.5 几种主要投影类型几种主要投影类型3.6 3.6 地理信息系统中地地理信息系统中地 图投影设计与配置图投影设计与配置3.7 3.7 我国我国GISGIS中地图投影的应用中地图投影的应用3.1 3.1 地图投影概念地图投影概念 建建立立平平面面上上的的点点和和地地球球表表面面上上的的点点之之间间的的函函数数关关系系，用用数数字字式式表表达达这这种关系就是：种关系就是：为为平平面面坐坐标标，为为球球面面地地理理坐标坐标3.2.3.2.地图投影基本要素地图投影基本要素 3.2.1 3.2.1 地球形状、大小地球形状、大小 3.2.2 3.2.2 大地坐标系大地坐标系3.2.3 3.2.3 投影坐标系投影坐标系3.2.4 3.2.4 子午圈曲率半径、卯酉圈曲率半径，纬圈半子午圈曲率半径、卯酉圈曲率半径，纬圈半径径3.2.1 3.2.1 地球形状、大小地球形状、大小（1）大地水准面）大地水准面 海海水水处处于于静静止止状状态态，把把海海水水面面延延伸伸到到大大陆陆之之下下形形成成包包围围整整个个地球的连续表面：地球的连续表面：（2）椭球体元素）椭球体元素 扁率：扁率：第一偏心率：第一偏心率：第二偏心率：第二偏心率：不同资料，不同资料，a、b不同不同 52年以前用海福特，年以前用海福特，53年起用克拉索夫斯基。年起用克拉索夫斯基。3.2.2 3.2.2 大地坐标系大地坐标系（1 1）5454年北京坐标系年北京坐标系在东北黑龙江边境上同苏联大地网联测，通过大地坐标计算，推算出北京在东北黑龙江边境上同苏联大地网联测，通过大地坐标计算，推算出北京点的坐标，北京坐标系是苏联点的坐标，北京坐标系是苏联42年坐标系的延伸，其原点在苏联普尔科年坐标系的延伸，其原点在苏联普尔科沃。沃。（2）80年西安坐标系年西安坐标系78年年4月召开月召开“全国天文大地网平差会议全国天文大地网平差会议”建立建立80年西安坐标系，其原年西安坐标系，其原点在西安西北的永乐镇，简称西安原点。椭球体参数为点在西安西北的永乐镇，简称西安原点。椭球体参数为75年国际大地测年国际大地测量与地球物理联合会第量与地球物理联合会第16界大会的推荐值。界大会的推荐值。（3）新）新54年北京坐标系年北京坐标系将全国大地网整体平差的结果整体换算到克拉索夫斯基椭球体上，形成将全国大地网整体平差的结果整体换算到克拉索夫斯基椭球体上，形成一个新的坐标系，称为新一个新的坐标系，称为新54年北京坐标系，它与年北京坐标系，它与80年国家大地坐标系的年国家大地坐标系的轴定向基准相同，网的点位精度相同。轴定向基准相同，网的点位精度相同。（4）WGS84坐标系在在GPS定位中，定位结果属于定位中，定位结果属于WGS84坐标系，坐标系原点位于质心，坐标系，坐标系原点位于质心，Z轴指向轴指向BIH1984.0协议地极（协议地极（CTP）。）。3.2.3 3.2.3 投影坐标系投影坐标系(1)用户坐标系用户坐标系 由用户指定的相对于二维坐标系由用户指定的相对于二维坐标系,一般与实际地物定位无关。一般与实际地物定位无关。(2)地理坐标系地理坐标系 经度起点为英国格林威治经度起点为英国格林威治,向东为正向东为正,纬度自赤道起向北为纬度自赤道起向北为正的。正的。(3)投影平面直角坐标系投影平面直角坐标系 是将地球球面投影到平面后所设定的坐标系是将地球球面投影到平面后所设定的坐标系,如如 高斯投影坐标系。高斯投影坐标系。(4)地心坐标系地心坐标系 三维球心空间坐标系，原点位于球心，常用直角坐标（三维球心空间坐标系，原点位于球心，常用直角坐标（x，y，z）或角度和高程表示（）或角度和高程表示（B，L，H）其中）其中B，L分别为纬分别为纬度和经度。度和经度。3.2.4 3.2.4 子午圈曲率半径、卯酉子午圈曲率半径、卯酉 圈曲率半径，纬圈半径圈曲率半径，纬圈半径3.3 地图投影变形地图投影变形3.3.1 3.3.1 长度变形长度变形3.3.2 3.3.2 面积变形面积变形3.3.3 3.3.3 角度变形角度变形3.3.1 3.3.1 长度变形长度变形按按微微分分几几何何的的概概念念、微微分分梯梯形形在在平平面面上上表表象象为为平平等等四边形四边形沿经线长度比沿经线长度比 沿纬线长度比沿纬线长度比在在一一定定点点上上的的长长度度比比存存在在有有是是大大、最最小小值值，称称为极值长度经。为极值长度经。极极值值长长度度比比所所代代表表方方向向为为点点方方向向，相相当当于于变变形形椭元的椭元的a a、b b轴轴经经纬纬线线正正交交投投影影中中，经经纬纬线线方方向向的的长长度度比比即即为为极值长度比极值长度比3.3.2 3.3.2 面积变形面积变形 面积比=3.3.3 3.3.3 角度变形角度变形 方方位位角角的的变变形形随随不不同同的的方方向向的的变变化化，一一定定点点上上的的角角度度变变形形的的大大小小是是用用其其最最大大值值来来衡衡量量，称称最最大大角角度度变变形形，用用W W表示表示3.4 3.4 地图投影分类地图投影分类3.4.1 3.4.1 按变形分类按变形分类3.4.2 3.4.2 按投影面与地球表面相关位置分类按投影面与地球表面相关位置分类3.4.3 3.4.3 按投影经纬网线的形状分类按投影经纬网线的形状分类3.4.1 3.4.1 按变形分类按变形分类（1）等角投影）等角投影 微分图形投影后保持相似微分图形投影后保持相似（2）等面积投影）等面积投影 某某一一微微分分面面积积投投影影前前后后保保持持相等相等（3）等距离投影）等距离投影 沿沿某某一一方方向向上上投投影影长长度度比比等等于于1 沿线线上等距离投影：沿线线上等距离投影：沿纬线上等距离投影：沿纬线上等距离投影：3.4.2 按投影面与地球表面相关位置分类 3.4.3 3.4.3 按投影经纬网线的形状分类按投影经纬网线的形状分类相应于图中类别投影名称经纬线形状限定特征经线纬线C（右）圆锥直线来同心圆弧经线间隔相等，交于纬线元心C（右）方位直线束同心圆弧同上，且经线夹角等于经差C（左）圆柱平行直线平等直线经纬线正交B2（右）伪元锥对称曲线同心圆弧B2（右）伪方位对称曲线同心圆B2（左）伪圆柱对称曲线平行直线A（右）多元锥对称曲线同轴圆弧3.5 3.5 几种主要投影类型几种主要投影类型3.5.1 3.5.1 圆锥投影圆锥投影3.5.2 3.5.2 圆柱投影圆柱投影3.5.3 3.5.3 高斯高斯克吕格投影（克吕格投影（Gauss-krugerGauss-kruger）3.5.1 3.5.1 圆锥投影圆锥投影等角圆锥投影等角圆锥投影 （兰勃脱（兰勃脱LambertLambert）等面积圆锥投影等面积圆锥投影等距离圆锥投影等距离圆锥投影等角圆锥投影（兰勃脱等角圆锥投影（兰勃脱Lambert）(1)单标准纬线（一纬线无长度变形）（2）双标准纬线（等角割圆维投影）（两条纬线无长度变形）等面积圆锥投影等面积圆锥投影（经差1弧度，纬差为0到纬度的梯形面积)（1）单标准纬线（正轴等面积切圆锥投影）（2）双标准纬线（正轴等面积割圆锥投影，亚尔勃斯（A/bers）投影）等距离圆锥投影等距离圆锥投影（1）单标准纬线（正轴等距离切圆锥投影）（2）双标准纬线（等距离割圆锥投影）3.5.2 3.5.2 圆柱投影圆柱投影 等角圆柱投影（墨卡托等角圆柱投影（墨卡托MercatorMercator）等距离圆柱投影（方格投影）等距离圆柱投影（方格投影）等面积圆柱投影等面积圆柱投影等角圆柱投影（墨卡托等角圆柱投影（墨卡托Mercator投投影）影）Mod=0.4342945为割纬线的半径在切圆柱中等距离圆柱投影（方格投影）等距离圆柱投影（方格投影）为赤道到的子午线长度当横坐标轴与赤道重合时，x=0故C=0等面积圆柱投影等面积圆柱投影 S为经差一弧度，纬差由赤道到梯形面积 3.5.3 高斯克吕格投影 (等角横切椭圆柱投影)(1)(1)高斯投影的三个条件高斯投影的三个条件(2)(2)高斯投影直角坐标公式高斯投影直角坐标公式(3)(3)高斯投影变形分析高斯投影变形分析(4)(4)高斯投影带划分高斯投影带划分 (5)(5)坐标图坐标图高斯投影的三个条件高斯投影的三个条件（1 1）中央经线和赤道投影后互相垂直，）中央经线和赤道投影后互相垂直，且为对称轴且为对称轴（2 2）等角投影）等角投影（3 3）中央经线无长度变形）中央经线无长度变形高斯投影直角坐标公式高斯投影直角坐标公式高斯投影变形分析高斯投影变形分析（1 1）中央经线上无长度变形）中央经线上无长度变形（2 2）除中央经线长度比为）除中央经线长度比为1 1，任何在长，任何在长 度比均大于度比均大于1 1（3 3）同一纬线距中央经线越远变形愈大）同一纬线距中央经线越远变形愈大 变形最大位于投影带边变形最大位于投影带边（4 4）同一经线上，纬度越低，变形越大）同一经线上，纬度越低，变形越大。高斯投影带划分高斯投影带划分（1）6带带 1 2.5万万1 50万址形图采用经差万址形图采用经差6分带分带 东半球：中央经经位置东半球：中央经经位置 西半球：中央经线位置西半球：中央经线位置（2）3带带 大于等于大于等于1 1万地形图采用经差万地形图采用经差3分带分带 从东径从东径130算起。算起。坐标图坐标图 1 1）经纬网）经纬网由经线和纬线我织构成的坐标网由经线和纬线我织构成的坐标网 又称地理坐标网。又称地理坐标网。2 2）方里网）方里网方方里里网网等等于于投投影影坐坐标标轴轴的的两两组组平平行行线线构构成成的的方方格格网网，每每隔隔整整公公里里绘绘出出坐坐标标纵纵线线和和坐坐标标横横线线，方方厘厘网网同同时时平平行行于于直直角角坐坐标标轴轴的的坐坐标标网网线线，故故又又称称直直角角坐坐标标网网。直直角角坐坐标标网网以以中中央央经经线线投投影影后后的的直直线线为为x x轴轴，以以赤赤道道投投影影后后的的直直线线为为y y轴轴，它它们们交交点点为为坐坐标标原原点点，我我国国位位于于北北半半球球，为为了了避避免免y y坐坐标标出出现现负负值值，规规定定纵纵坐坐标标轴轴向向西西平平移移500km500km。每每个个带带的的坐坐标标完完全全相相同同，为为了了指指出出投影带是哪一带，规定要在横坐标之前加上带号。投影带是哪一带，规定要在横坐标之前加上带号。原横坐标原横坐标 y=245863.7m y=245863.7m西移西移500km500km后，横坐标后，横坐标 y=745863.7m y=745863.7m加加 上上 带带 号号 2020 横横 坐坐 标标 y=20745863.7my=20745863.7m3.6 3.6 地理信息系统中地理信息系统中 地图投影设计与配置地图投影设计与配置3.6.1 GIS3.6.1 GIS与地图投影关系与地图投影关系地图投影（地理基础）数据获取数据源地图投影数据存储统一的坐标基础数据处理投影转换数据应用空间分析依据数据库投影数据输出有相应投影的地图3.6.2 GIS3.6.2 GIS中地图投影设计与配置中地图投影设计与配置（1 1）各国家）各国家GISGIS所采用的投影系统与该国的基本地图系所采用的投影系统与该国的基本地图系列所用的投影系统一致列所用的投影系统一致（2 2）各比例尺的）各比例尺的GISGIS中的投影系统与其相应比例尺的主中的投影系统与其相应比例尺的主要信息源地图所用的投影一致。要信息源地图所用的投影一致。（3 3）各地区的）各地区的GISGIS中投影系统与其所在区域适用的投影中投影系统与其所在区域适用的投影系统一致。系统一致。（4 4）各种）各种GISGIS一般以一种或两种（至多三种）投影系统一般以一种或两种（至多三种）投影系统为其投影坐标系统，以保证地理定位框架的统一。为其投影坐标系统，以保证地理定位框架的统一。GISGIS中地图投影配置一般原则：中地图投影配置一般原则：（1 1）所所配配置置的的投投影影系系统统应应与与相相应应比比例例尺尺 的国家基本图投影系统一致。的国家基本图投影系统一致。（2 2）系系统统一一般般最最多多只只采采用用两两种种投投影影系系统统，一一种种服服务务于于大大比比例例尺尺，一一种种服服务务于于小小比比例尺。例尺。（3 3）所用投影以等角投影为宜。）所用投影以等角投影为宜。（4 4）所所用用投投影影应应能能与与网网格格坐坐标标系系统统相相适适应。应。3.7 3.7 我国我国GISGIS中地图投影的应用中地图投影的应用(1)(1)我我国国基基本本比比例例尺尺地地形形图图中中1:501:50万万的的图图均均采采用用高斯高斯克长格投影。克长格投影。(2)(2)我国我国1 1：100100万地形图采用正轴等角割圆锥投影万地形图采用正轴等角割圆锥投影(3)(3)我我国国大大部部分分省省区区图图多多采采用用正正轴轴等等角角割割圆圆锥锥投投影影和属于同一投影系统的正轴等面积割圆锥投影。和属于同一投影系统的正轴等面积割圆锥投影。(4)(4)正正轴轴等等角角圆圆锥锥投投影影中中，地地球球表表面面上上两两点点间间的的最最短短距距离离（即即大大圆圆航航线线）表表现现为为近近于于直直线线，这这有有 利于利于GISGIS中空间分析和信息量度的正确实施。中空间分析和信息量度的正确实施。4 4 地理信息系统数据输入地理信息系统数据输入4.1 4.1 空间数据的输入空间数据的输入4.2 4.2 属性数据的输入属性数据的输入4.3 4.3 空间与属性数据的连接空间与属性数据的连接4.4.空间数据输入空间数据输入4.1.1 4.1.1 手工键盘输入手工键盘输入4.1.2 4.1.2 跟踪数字化输入跟踪数字化输入4.1.3 4.1.3 扫描数字化输入扫描数字化输入4.1.4 4.1.4 现有数据转换现有数据转换 4.1.1 4.1.1 手工键盘输入手工键盘输入键盘输入就是通过手工在计算机终端上键盘输入就是通过手工在计算机终端上输入数据。实际上就是将图形元素点、输入数据。实际上就是将图形元素点、线、面实体的地理位置数据（各种坐标线、面实体的地理位置数据（各种坐标系中的坐标）通过键盘输入数据文件或系中的坐标）通过键盘输入数据文件或程序中去。实体坐标可以用地图上的坐程序中去。实体坐标可以用地图上的坐标网或将其他格网复盖在材料上量取，标网或将其他格网复盖在材料上量取，这是最简单又不用任何特殊设备的图形这是最简单又不用任何特殊设备的图形数据输入法。数据输入法。4.1.2 4.1.2 跟踪数字化输入跟踪数字化输入(1)(1)数字化仪简介数字化仪简介(2)(2)数字化过程数字化过程(3)(3)数字化方式数字化方式(4)(4)数字化精度数字化精度 (1)数字化仪简介数字化仪简介数数字字化化仪仪由由电电磁磁感感应应板板（操操作作平平台台）、坐坐标标输输入入控控制制器器（标标示示器器）和和接接口口装装置置组组成成。目目前前，市市场场上上数数字字化化仪仪的的规规格格按按其其可可处处理理的的图图幅幅面面积积来来划划分分，有有A0A0、A1A1、A3A3等等幅幅面面。典典型型的的用用于于制制图图的的数数字字化化仪仪是是A0A0规规格格，其其幅幅面面为为1.0m1.5m1.0m1.5m。较较小小的数字化设备称为数字化板。的数字化设备称为数字化板。(2)数字化过程数字化过程根据根据GISGIS软件所提供的数字化仪设备驱动程序软件所提供的数字化仪设备驱动程序和数字化仪的类型，作好数字化仪安装工作，和数字化仪的类型，作好数字化仪安装工作，给数字化仪加电，将准备好的数字化原图固定给数字化仪加电，将准备好的数字化原图固定于数字化桌上，输入原图的比例尺，定义用户于数字化桌上，输入原图的比例尺