中山大學(xué)遙感與地理信息工程系課件

1、中山大學(xué)遙感與地理信息工程系中山大學(xué)遙感與地理信息工程系 GIS的研究對(duì)象是具有空間內(nèi)涵的地理數(shù)據(jù)。地理數(shù)的研究對(duì)象是具有空間內(nèi)涵的地理數(shù)據(jù)。地理數(shù)據(jù)與其位置的識(shí)別聯(lián)系在一起，它是通過(guò)公共的地理基礎(chǔ)據(jù)與其位置的識(shí)別聯(lián)系在一起，它是通過(guò)公共的地理基礎(chǔ)統(tǒng)一的空間參考系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。統(tǒng)一的空間參考系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。33%33%67%67%主要是顧及投影變形、作為歷史沿續(xù)、主要是顧及投影變形、作為歷史沿續(xù)、為了使用方便和便于資料保密等；為了使用方便和便于資料保密等；地方系統(tǒng)地方系統(tǒng)國(guó)家坐標(biāo)系統(tǒng)國(guó)家坐標(biāo)系統(tǒng)中山大學(xué)遙感與地理信息工程系222abae222bbae中山大學(xué)遙感與地理信息工程系中山大學(xué)遙感與地理信息工

2、程系我國(guó)我國(guó)1954年完成了北京天文原點(diǎn)的測(cè)定工作，建立了年完成了北京天文原點(diǎn)的測(cè)定工作，建立了1954年北京年北京坐標(biāo)系。坐標(biāo)系。1954年北京坐標(biāo)系是原蘇聯(lián)年北京坐標(biāo)系是原蘇聯(lián)1942年普爾科沃坐標(biāo)系在我年普爾科沃坐標(biāo)系在我國(guó)的延伸，但略有不同，其要點(diǎn)是：國(guó)的延伸，但略有不同，其要點(diǎn)是：v屬參心大地坐標(biāo)系；屬參心大地坐標(biāo)系；v采用克拉索夫斯基橢球參數(shù)（采用克拉索夫斯基橢球參數(shù)（a=a=6878245m，扁率扁率 = 1：298.3）；v多點(diǎn)定位；多點(diǎn)定位；vx = y = z；v大地原點(diǎn)是原蘇聯(lián)的普爾科沃；大地原點(diǎn)是原蘇聯(lián)的普爾科沃；v大地點(diǎn)高程是以大地點(diǎn)高程是以1956年青島驗(yàn)潮站求出的

3、黃海平均海水面為基年青島驗(yàn)潮站求出的黃海平均海水面為基準(zhǔn)；高程異常是以原蘇聯(lián)準(zhǔn)；高程異常是以原蘇聯(lián)1955年大地水準(zhǔn)面重新平差結(jié)果為水準(zhǔn)年大地水準(zhǔn)面重新平差結(jié)果為水準(zhǔn)起算值，按我國(guó)天文水準(zhǔn)路線推算出來(lái)的；起算值，按我國(guó)天文水準(zhǔn)路線推算出來(lái)的；v1954年北京坐標(biāo)系建立后，年北京坐標(biāo)系建立后，30多年來(lái)用它提供的大地點(diǎn)成果是多年來(lái)用它提供的大地點(diǎn)成果是局部平差結(jié)果（制作了國(guó)家系列比例尺地形圖）。局部平差結(jié)果（制作了國(guó)家系列比例尺地形圖）。中山大學(xué)遙感與地理信息工程系中山大學(xué)遙感與地理信息工程系中山大學(xué)遙感與地理信息工程系中山大學(xué)遙感與地理信息工程系 大地坐標(biāo)確定后，空間一點(diǎn)的大地大地坐標(biāo)確定后，

4、空間一點(diǎn)的大地坐標(biāo)用坐標(biāo)用大地經(jīng)度大地經(jīng)度L L、大地緯度大地緯度B B和大地和大地高度高度H H表示表示。如右圖所示，地面上的如右圖所示，地面上的點(diǎn)點(diǎn)P P地地的大地子午面的大地子午面NPSNPS與起始大地子與起始大地子午面所構(gòu)成的二面角午面所構(gòu)成的二面角L L，叫點(diǎn)叫點(diǎn)P P地地的大的大地經(jīng)度，由起始子午面起算，向東為地經(jīng)度，由起始子午面起算，向東為正，向西為負(fù)。點(diǎn)正，向西為負(fù)。點(diǎn)P P地地對(duì)于橢球的法線對(duì)于橢球的法線P P地地K Kp p與赤道面的夾角與赤道面的夾角B B，叫做點(diǎn)叫做點(diǎn)P P地地的的大地緯度，由赤道面起算，向北為正大地緯度，由赤道面起算，向北為正，向南為負(fù)。點(diǎn)，向南為負(fù)。

5、點(diǎn)P P地地沿法線到橢球面的沿法線到橢球面的距離距離H H叫做大地高，從橢球面起算，叫做大地高，從橢球面起算，向外為正，向內(nèi)為負(fù)。向外為正，向內(nèi)為負(fù)。中山大學(xué)遙感與地理信息工程系中山大學(xué)遙感與地理信息工程系中山大學(xué)遙感與地理信息工程系中山大學(xué)遙感與地理信息工程系 自自1952年起，我國(guó)將其作為國(guó)家大地測(cè)年起，我國(guó)將其作為國(guó)家大地測(cè)量和地形圖的基本投影，亦稱為主投影。量和地形圖的基本投影，亦稱為主投影。 中山大學(xué)遙感與地理信息工程系漫游窗口漫游方向主帶中央經(jīng)線鄰帶中央經(jīng)線帶 邊 經(jīng)線中山大學(xué)遙感與地理信息工程系（a）測(cè)量平面直角坐標(biāo)系測(cè)量平面直角坐標(biāo)系（b）數(shù)學(xué)平面直角坐標(biāo)系數(shù)學(xué)平面直角坐標(biāo)系

6、中山大學(xué)遙感與地理信息工程系國(guó)家坐標(biāo)系和獨(dú)立坐標(biāo)系的變換國(guó)家坐標(biāo)系和獨(dú)立坐標(biāo)系的變換中山大學(xué)遙感與地理信息工程系 按高斯投影統(tǒng)一分帶（按高斯投影統(tǒng)一分帶（6 0帶，帶，3 0帶）建立的帶）建立的直角坐標(biāo)系，稱為直角坐標(biāo)系，稱為國(guó)家平面直角坐標(biāo)系國(guó)家平面直角坐標(biāo)系。 在建立數(shù)字城市時(shí)，往往需要將獨(dú)立坐標(biāo)系在建立數(shù)字城市時(shí)，往往需要將獨(dú)立坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成國(guó)家平面直角坐標(biāo)系。在進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)，先轉(zhuǎn)換成國(guó)家平面直角坐標(biāo)系。在進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)，先將獨(dú)立坐標(biāo)系的原點(diǎn)或獨(dú)立坐標(biāo)系的某一固定點(diǎn)將獨(dú)立坐標(biāo)系的原點(diǎn)或獨(dú)立坐標(biāo)系的某一固定點(diǎn)與國(guó)家大地點(diǎn)連測(cè)，并按計(jì)算出的方位角進(jìn)行改與國(guó)家大地點(diǎn)連測(cè)，并按計(jì)算出的方位角進(jìn)行改正，求

7、出該點(diǎn)的國(guó)家統(tǒng)一坐標(biāo)，然后對(duì)所有數(shù)據(jù)正，求出該點(diǎn)的國(guó)家統(tǒng)一坐標(biāo)，然后對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行平移和旋轉(zhuǎn)，以便把按獨(dú)立坐標(biāo)系所采集的進(jìn)行平移和旋轉(zhuǎn)，以便把按獨(dú)立坐標(biāo)系所采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到國(guó)家平面直角坐標(biāo)系中。在城市和工數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到國(guó)家平面直角坐標(biāo)系中。在城市和工程測(cè)量中，也可采用程測(cè)量中，也可采用1.5 0帶或任意帶的高斯平面帶或任意帶的高斯平面坐標(biāo)系，以提高投影的精度。坐標(biāo)系，以提高投影的精度。 中山大學(xué)遙感與地理信息工程系 地理格網(wǎng)地理格網(wǎng)(P43)(P43) 按一定的數(shù)學(xué)規(guī)則對(duì)地球表面進(jìn)行劃分形成地按一定的數(shù)學(xué)規(guī)則對(duì)地球表面進(jìn)行劃分形成地理格網(wǎng)，可以用于表示呈面狀分布、以格網(wǎng)作為統(tǒng)理格網(wǎng)，可以用于表示呈

8、面狀分布、以格網(wǎng)作為統(tǒng)計(jì)單元的地理信息。通過(guò)對(duì)地理格網(wǎng)劃分及編碼規(guī)計(jì)單元的地理信息。通過(guò)對(duì)地理格網(wǎng)劃分及編碼規(guī)則的深入分析研究，規(guī)定我國(guó)地理信息系統(tǒng)采用三則的深入分析研究，規(guī)定我國(guó)地理信息系統(tǒng)采用三種地理格網(wǎng)系統(tǒng)：種地理格網(wǎng)系統(tǒng)： 4 0 6 0格網(wǎng)系統(tǒng)格網(wǎng)系統(tǒng)直角坐標(biāo)格網(wǎng)系統(tǒng)直角坐標(biāo)格網(wǎng)系統(tǒng)自行設(shè)計(jì)自行設(shè)計(jì) 中山大學(xué)遙感與地理信息工程系 4 0 6 0格網(wǎng)系統(tǒng) 以緯度以緯度4 0和經(jīng)度和經(jīng)度6 0進(jìn)行劃分而構(gòu)成的多級(jí)地理進(jìn)行劃分而構(gòu)成的多級(jí)地理格網(wǎng)系統(tǒng)，主要適用于表示陸地與近海地區(qū)全國(guó)或格網(wǎng)系統(tǒng)，主要適用于表示陸地與近海地區(qū)全國(guó)或?。▍^(qū)）范圍內(nèi)各種地理信息等。它的分級(jí)如下：?。▍^(qū)）范圍內(nèi)各種

9、地理信息等。它的分級(jí)如下：格網(wǎng)等格網(wǎng)等級(jí)級(jí)1234567899格網(wǎng)單格網(wǎng)單元邊長(zhǎng)元邊長(zhǎng)30157.531. 50.750.30.155比例尺比例尺1:100萬(wàn)1:50萬(wàn)1:25萬(wàn)1:10萬(wàn)1:5萬(wàn)1:2.5萬(wàn)1:1萬(wàn)1:5千1:20萬(wàn)中山大學(xué)遙感與地理信息工程系 將地球表面按數(shù)學(xué)法則投影到平面上，再將地球表面按數(shù)學(xué)法則投影到平面上，再按一定的縱橫坐標(biāo)間距和統(tǒng)一的坐標(biāo)原點(diǎn)對(duì)其按一定的縱橫坐標(biāo)間距和統(tǒng)一的坐標(biāo)原點(diǎn)對(duì)其進(jìn)行劃分而構(gòu)成的多級(jí)地理格網(wǎng)系統(tǒng)。主要適進(jìn)行劃分而構(gòu)成的多級(jí)地理格網(wǎng)系統(tǒng)。主要適用于表示陸地和近海地區(qū)為工作規(guī)劃、設(shè)計(jì)、用于表示陸地和近海地區(qū)為工作規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工等應(yīng)用需要的地理信息

10、。它的分級(jí)如下：施工等應(yīng)用需要的地理信息。它的分級(jí)如下： 直角坐標(biāo)格網(wǎng)系統(tǒng)直角坐標(biāo)格網(wǎng)系統(tǒng)*直角坐標(biāo)格網(wǎng)的比例尺與格網(wǎng)等級(jí)不是唯一對(duì)應(yīng)的，一種比例尺對(duì)應(yīng)兩種格網(wǎng)等級(jí)，用戶可根據(jù)需要選擇一種。 格網(wǎng)等格網(wǎng)等級(jí)級(jí)12345678999格網(wǎng)邊長(zhǎng)(m)100050025010050251052.5200100比例尺比例尺1:100萬(wàn)1:50萬(wàn)1:25萬(wàn)1:10萬(wàn)1:5萬(wàn)1:2.5萬(wàn)1:1萬(wàn)1:5千1:20萬(wàn)中山大學(xué)遙感與地理信息工程系 在地理信息系統(tǒng)中，還需要用到在地理信息系統(tǒng)中，還需要用到1:2000:2000、1:10001:1000和和1:5001:500的地形圖，在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中未規(guī)定它的地形圖，

11、在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中未規(guī)定它們的格網(wǎng)等級(jí)和格網(wǎng)單元邊長(zhǎng)，可根據(jù)實(shí)際需要自們的格網(wǎng)等級(jí)和格網(wǎng)單元邊長(zhǎng)，可根據(jù)實(shí)際需要自行設(shè)計(jì)（一般為行設(shè)計(jì)（一般為2.52.5m m、2m2m、1m1m或或0.50.5m m的格網(wǎng)）的格網(wǎng)）。自行設(shè)計(jì)的格網(wǎng)系統(tǒng)自行設(shè)計(jì)的格網(wǎng)系統(tǒng)中山大學(xué)遙感與地理信息工程系 上述三種地理格網(wǎng)均按地球象限、經(jīng)緯度或直角坐標(biāo)上述三種地理格網(wǎng)均按地球象限、經(jīng)緯度或直角坐標(biāo)進(jìn)行劃分，具有嚴(yán)格的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，因此它們之間可以相互進(jìn)行劃分，具有嚴(yán)格的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，因此它們之間可以相互轉(zhuǎn)換。三種格網(wǎng)的分級(jí)各呈一定的層次關(guān)系，構(gòu)成完整的轉(zhuǎn)換。三種格網(wǎng)的分級(jí)各呈一定的層次關(guān)系，構(gòu)成完整的系列，便于組成地區(qū)的、國(guó)家的

12、或全球的格網(wǎng)體系系列，便于組成地區(qū)的、國(guó)家的或全球的格網(wǎng)體系。 在建立數(shù)字城市時(shí)，通常采用直角坐標(biāo)格網(wǎng)系統(tǒng)。它在建立數(shù)字城市時(shí)，通常采用直角坐標(biāo)格網(wǎng)系統(tǒng)。它具有實(shí)地格網(wǎng)大小相等，便于將大比例尺解析測(cè)圖儀生產(chǎn)具有實(shí)地格網(wǎng)大小相等，便于將大比例尺解析測(cè)圖儀生產(chǎn)作業(yè)的數(shù)據(jù)作為信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源和便于同衛(wèi)星圖像、作業(yè)的數(shù)據(jù)作為信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源和便于同衛(wèi)星圖像、DTMDTM數(shù)據(jù)重疊匹配等優(yōu)點(diǎn)。但采用高斯投影時(shí)，在分帶邊數(shù)據(jù)重疊匹配等優(yōu)點(diǎn)。但采用高斯投影時(shí)，在分帶邊緣會(huì)產(chǎn)生許多不完整的網(wǎng)格，難以將分帶計(jì)算產(chǎn)生的網(wǎng)格緣會(huì)產(chǎn)生許多不完整的網(wǎng)格，難以將分帶計(jì)算產(chǎn)生的網(wǎng)格拚接在一個(gè)坐標(biāo)系中。因此，若一個(gè)城市區(qū)域跨帶

13、時(shí)需先拚接在一個(gè)坐標(biāo)系中。因此，若一個(gè)城市區(qū)域跨帶時(shí)需先進(jìn)行換帶計(jì)算，使整個(gè)城市納入一個(gè)投影帶，然后再建立進(jìn)行換帶計(jì)算，使整個(gè)城市納入一個(gè)投影帶，然后再建立地理格網(wǎng)。地理格網(wǎng)。中山大學(xué)遙感與地理信息工程系中山大學(xué)遙感與地理信息工程系 空間點(diǎn)的高程是以大地水準(zhǔn)面為基準(zhǔn)來(lái)建立空間點(diǎn)的高程是以大地水準(zhǔn)面為基準(zhǔn)來(lái)建立的的。我國(guó)曾規(guī)定采用青島驗(yàn)潮站求得的。我國(guó)曾規(guī)定采用青島驗(yàn)潮站求得的1956年黃海平年黃海平均海水面，作為我國(guó)統(tǒng)一的高程基準(zhǔn)。凡由該基準(zhǔn)面均海水面，作為我國(guó)統(tǒng)一的高程基準(zhǔn)。凡由該基準(zhǔn)面起算的高程在工程和地形測(cè)量中均屬于起算的高程在工程和地形測(cè)量中均屬于1956年黃海高年黃海高程系。從程系。

14、從1985年起，我國(guó)開始改用年起，我國(guó)開始改用“1985年國(guó)家高程年國(guó)家高程基準(zhǔn)基準(zhǔn)”，凡由該基準(zhǔn)起算的高程在工程和地形測(cè)量中，凡由該基準(zhǔn)起算的高程在工程和地形測(cè)量中均屬于均屬于1985年黃海高程系統(tǒng)。年黃海高程系統(tǒng)。1985年國(guó)家高程基準(zhǔn)與年國(guó)家高程基準(zhǔn)與1956年國(guó)家高程基準(zhǔn)之水準(zhǔn)點(diǎn)間的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：年國(guó)家高程基準(zhǔn)之水準(zhǔn)點(diǎn)間的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：H85 = H56 0.029m式中式中H85，H56分別表示新舊高程基準(zhǔn)水準(zhǔn)原點(diǎn)的正分別表示新舊高程基準(zhǔn)水準(zhǔn)原點(diǎn)的正常高。常高。中山大學(xué)遙感與地理信息工程系 在建立數(shù)字城市時(shí)，若需采用不同高程基準(zhǔn)的地在建立數(shù)字城市時(shí)，若需采用不同高程基準(zhǔn)的地形圖或工程圖作

15、為基準(zhǔn)數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)將高程系統(tǒng)全部統(tǒng)形圖或工程圖作為基準(zhǔn)數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)將高程系統(tǒng)全部統(tǒng)一到一到1985年國(guó)家高程基準(zhǔn)上。年國(guó)家高程基準(zhǔn)上。 在缺少基本高程控制網(wǎng)的地區(qū)，不僅可建立獨(dú)立在缺少基本高程控制網(wǎng)的地區(qū)，不僅可建立獨(dú)立平面直角坐標(biāo)系，也可建立局部高程系統(tǒng)。凡不按平面直角坐標(biāo)系，也可建立局部高程系統(tǒng)。凡不按1956年黃海平均海水面或年黃海平均海水面或1985年國(guó)家高程基準(zhǔn)作為高年國(guó)家高程基準(zhǔn)作為高程起算數(shù)據(jù)的高程系統(tǒng)均稱為程起算數(shù)據(jù)的高程系統(tǒng)均稱為局部高程系統(tǒng)局部高程系統(tǒng)。 設(shè)局部高程系統(tǒng)的高程原點(diǎn)起算數(shù)據(jù)為設(shè)局部高程系統(tǒng)的高程原點(diǎn)起算數(shù)據(jù)為H局局，與，與國(guó)家高程控制網(wǎng)聯(lián)測(cè)的高程原點(diǎn)高程為國(guó)家高程

16、控制網(wǎng)聯(lián)測(cè)的高程原點(diǎn)高程為H聯(lián)聯(lián)，高程原，高程原點(diǎn)的高程改正值為點(diǎn)的高程改正值為H，則：則： H = H局局 H聯(lián)聯(lián) 中山大學(xué)遙感與地理信息工程系 原點(diǎn)在地球質(zhì)心；原點(diǎn)在地球質(zhì)心； Z軸指向軸指向BIH1984.0定義的協(xié)議地球極定義的協(xié)議地球極 （CTP）方向；方向； X軸指向軸指向BIH1984.0的零子午面和的零子午面和CTP 赤道交點(diǎn)；赤道交點(diǎn)； Y軸與軸與Z軸，軸，X軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系。軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系。 WGS- 84WGS- 84地心坐標(biāo)系統(tǒng)及其與國(guó)家坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換地心坐標(biāo)系統(tǒng)及其與國(guó)家坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換 WGS-84是美國(guó)國(guó)防部研制確定的，其幾何定義為：是美國(guó)國(guó)防部研制確定的，其幾何定義

17、為：中山大學(xué)遙感與地理信息工程系 GPS定位所得的結(jié)果都屬于定位所得的結(jié)果都屬于WGS-84地心坐標(biāo)系統(tǒng)地心坐標(biāo)系統(tǒng)。 工程上實(shí)用的大多是國(guó)家坐標(biāo)系或是獨(dú)立坐標(biāo)系。工程上實(shí)用的大多是國(guó)家坐標(biāo)系或是獨(dú)立坐標(biāo)系。 目前我國(guó)已在建立全國(guó)高精度的目前我國(guó)已在建立全國(guó)高精度的GPS控制網(wǎng)?？刂凭W(wǎng)。進(jìn)行地區(qū)性進(jìn)行地區(qū)性GPS測(cè)量時(shí)：測(cè)量時(shí)： 已知已知( (至少至少) )一點(diǎn)高精度一點(diǎn)高精度GPS成果，以此作為全網(wǎng)的起算成果，以此作為全網(wǎng)的起算數(shù)據(jù)，以相對(duì)定位法可得到網(wǎng)點(diǎn)的高精度數(shù)據(jù)，以相對(duì)定位法可得到網(wǎng)點(diǎn)的高精度WGS-84坐標(biāo)系與國(guó)坐標(biāo)系與國(guó)家坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)，進(jìn)而得到國(guó)家坐標(biāo)系成果。家坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)，進(jìn)而得到國(guó)家坐標(biāo)系成果。 另一種方法是進(jìn)行另一種方法是進(jìn)行GPS基線向量網(wǎng)的約束平差，將地面網(wǎng)基線向量網(wǎng)的約