地圖學課件-地球空間數(shù)及數(shù)字測繪

1、地圖學課件_地球空間數(shù)及數(shù)字測繪第一頁，共86頁。本章重點1、地球空間和空間信息的概念2、空間數(shù)據(jù)和空間模型3、地球參照系統(tǒng)和空間尺度與地圖比例尺4、成圖的基本概念、內(nèi)容、原理及方法第二頁，共86頁。第一節(jié) 概述1、地球和地理空間基本概念1）地球空間定義： 地球體及周圍一定范圍所包括的空間。 地球表面上下約2000km2）地理空間定義： 指人類認識和探索能達到的地球、月球太陽及周圍一定范圍所包括的空間。一、 地球空間信息基本知識第三頁，共86頁。3）地球和地理空間構(gòu)成地球空間：最外層大氣層、海洋和陸地、最里層地殼以下的地質(zhì)層；地理空間：大氣層、水圈、巖石圈、土壤圈、生物圈、人類圈2、 信息與數(shù)

2、據(jù)概念 信息定義：客觀一切事物的性質(zhì)、特征和形態(tài)的表征數(shù)據(jù)定義：事物或現(xiàn)象的空間位置、形狀、質(zhì)量、數(shù)量等的分布特征、相互關(guān)系和變化規(guī)律的數(shù)字、文字、圖像、圖形和聲音等的總稱。數(shù)據(jù)是信息具體表達形式的載體，信息是數(shù)據(jù)的內(nèi)容和解釋。第四頁，共86頁。定義：有關(guān)地球/地理空間實體或現(xiàn)象的性質(zhì)、特征和狀態(tài)的表征與一切有用信息的總稱，是對表達地學空間特征與關(guān)系數(shù)據(jù)的解釋，能反映地學空間實體或現(xiàn)象固有的數(shù)量、質(zhì)量、分布特征與變化規(guī)律。3、地球/地理空間信息定義及特征特征：空間 屬性 時間幾何特征和拓撲特征性質(zhì)和數(shù)量特征事務和現(xiàn)象的變化第五頁，共86頁。4、地球信息的獲取地球信息的來源地圖信息實測信息遙感信

3、息實體紋理信息文本信息統(tǒng)計信息多媒體信息已有系統(tǒng)的信息地形圖、樣圖實地測量影像信息提取地表攝影各部門統(tǒng)計資料規(guī)范、技術(shù)文檔接收和轉(zhuǎn)換共享和交換第六頁，共86頁。5、地球空間數(shù)據(jù)處理 空間數(shù)據(jù)處理技術(shù) 內(nèi)容：預處理、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、圖形操作、 圖像處理、數(shù)據(jù)壓縮、數(shù)據(jù)內(nèi)插 空間數(shù)據(jù)處理理論 空間不確定性和數(shù)理統(tǒng)計理論 模糊學和粗集理論第七頁，共86頁。二、地球空間數(shù)據(jù)傳輸與表達2、地球數(shù)據(jù)的采集 幾何數(shù)據(jù)的采集P35 屬性數(shù)據(jù)的采集P35 幾何數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的連接 通過懸掛、指針、同構(gòu)連接、整體連接1、地球數(shù)據(jù)的類型 P33第八頁，共86頁。3、地球空間數(shù)據(jù)可視化（1）可視化概念 將不可見的轉(zhuǎn)化成人的

4、視覺可以的東西的技術(shù)。（2）地學信息可視化P37-38 地圖可視化 地理可視化 GIS可視化 專業(yè)應用領(lǐng)域的可視化第九頁，共86頁。（一）、自然球體與大地體1、地球的自然表面 為了了解地球的形狀，讓我們由遠及近地觀察一下地球的自然表面。三、 地球體模型第十頁，共86頁。浩瀚宇宙之中 : 地球是一個表面光滑、藍色美麗的正球體。機艙窗口俯視大地 : 地表是一個有些微起伏、極其復雜的表面。第十一頁，共86頁。事實是： 地球不是一個正球體，而是一個極半徑略短、赤道半徑略長，北極略突出、南極略扁平，近于梨形的橢球體。第十二頁，共86頁。2、大地水準面與大地體當海洋靜止時，自由水面與該面上各點的重力方向（

5、鉛垂線）成正交，這個面叫水準面。 在眾多的水準面中，有一個與靜止的平均海水面相重合，并假想其穿過大陸、島嶼形成一個閉合曲面，這就是大地水準面。它實際是一個起伏不平的重力等位面地球物理表面。它所包圍的形體稱為大地體。第十三頁，共86頁。 大地水準面的意義1. 地球形體的一級逼近：對地球形狀的很好近似，其面上高出與面下缺少的相當。2. 起伏波動在制圖學中可忽略： 對大地測量和地球物理學有研究價值，但在制圖業(yè)務中，均把地球當作正球體。3. 重力等位面： 可使用儀器測得海拔高程（某點到大地水準面的高度）。第十四頁，共86頁。（二）、旋轉(zhuǎn)橢球體、正球體、參考橢球體 在測量和制圖中就用旋轉(zhuǎn)橢球體來代替大地

6、球體，這個旋轉(zhuǎn)橢球體通常稱為 地球橢球體，簡稱 橢球體。 它是一個規(guī)則的數(shù)學表面，所以人們視其為 地球體的數(shù)學表面，也是對地球形體的二級逼近，用于測量計算的基準面。第十五頁，共86頁。橢球體 三要素: 長軸 a（赤道半徑）、短軸 b（極半徑）和橢球的扁率 fEquatorial AxisPolar AxisNorth PoleSouth PoleEquatorabWGS world geodetic system 84 ellipsoid:a = 6 378 137mb = 6 356 752.3mequatorial diameter = 12 756.3kmpolar diameter =

7、 12 713.5kmequatorial circumference = 40 075.1kmsurface area = 510 064 500km2 a - b 6378137 - 6356752.3f = = a 6378137 1 = 298.257 f對 a，b，f 的具體測定就是近代大地測量的一項重要工作。第十六頁，共86頁。 對地球形狀 a，b，f 測定后，還必須確定大地水準面與橢球體面的相對關(guān)系。即確定與局部地區(qū)大地水準面符合最好的一個地球橢球體 參考橢球體，這項工作就是參考橢球體定位。 通過數(shù)學方法將地球 橢球體擺到與大地水準面 最貼近的位置上，并求出 兩者各點間的偏差，從

8、數(shù) 學上給出對地球形狀的三 級逼近。第十七頁，共86頁。 由于國際上在推求年代、方法及測定的地區(qū)不同，故地球橢球體的元素值有很多種。第十八頁，共86頁。 中國1952年前采用海福特（Hayford）橢球體 ； 19531980年采用克拉索夫斯基橢球體（坐標原點是前蘇聯(lián)普爾科夫天文臺） ； 自1980年開始采用 GRS 1975（國際大地測量與地球物理學聯(lián)合會 IUGG 1975 推薦）新參考橢球體系，并確定陜西涇陽縣永樂鎮(zhèn)北洪流村為“1980西安坐標系”大地坐標的起算點。陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)北洪流村為 “1980西安坐標系” 大地坐標的起算點大地原點。第十九頁，共86頁。 地球表面上的定位問題，

9、是與人類的生產(chǎn)活動、科學研究及軍事國防等密切相關(guān)的重大問題。具體而言，就是球面坐標系統(tǒng)的建立。第二節(jié) 地球空間參照系一、地理坐標系與大地坐標系1、地理坐標系 用地理經(jīng)緯度表示地面點位的球面坐標。天文經(jīng)緯度大地經(jīng)緯度地心經(jīng)緯度第二十頁，共86頁。 天文經(jīng)緯度：表示地面點在大地水準面上的位置，用天文經(jīng)度和天文緯度表示。天文經(jīng)度：觀測點天頂子午面與格林尼治天頂子午面間的兩面角。 在地球上定義為本初子午面與觀測點之間的兩面角。天文緯度： 在地球上定義為鉛垂線與赤道平面間的夾角。第二十一頁，共86頁。2.大地坐標系P42 大地經(jīng)緯度：表示地面點在參考橢球面上的位置，用大地經(jīng)度l 、大地緯度 和大地高 h

10、 表示。2.1 地理坐標大地經(jīng)度l ：指參考橢球面上某點的大地子午面與本初子午面間的兩面角。東經(jīng)為正，西經(jīng)為負。大地緯度 ：指參考橢球面上某點的垂直線（法線）與赤道平面的夾角。北緯為正，南緯為負。第二十二頁，共86頁。地心經(jīng)緯度：即以地球橢球體質(zhì)量中心為基點，地心經(jīng)度同大地經(jīng)度l ，地心緯度是指參考橢球面上某點和橢球中心連線與赤道面之間的夾角y 。2.1 地理坐標 在大地測量學中，常以天文經(jīng)緯度定義地理坐標。 在地圖學中，以大地經(jīng)緯度定義地理坐標。 在地理學研究及地圖學的小比例尺制圖中，通常將橢球體當成正球體看，采用地心經(jīng)緯度。第二十三頁，共86頁。(二)中國的大地坐標系統(tǒng)1）中國的大地坐標系

11、 1954北京坐標系：P42 1980年國家大地基準 P43選用1975年國際大地測量協(xié)會推薦的參考橢球：ICA-75橢球參數(shù)a = 6 378 140mb = 6 356 755mf = 1/298.257第二十四頁，共86頁。二、參心與地心坐標系P431.參心坐標系2.地心坐標系世界地心坐標系WGS-84坐標系P43中國的地心坐標系2000年國家大地坐標系P442008年3月，由國土資源部正式上報國務院關(guān)于中國采用2000國家大地坐標系的請示，并于2008年4月獲得國務院批準。自2008年7月1日起，中國將全面啟用2000國家大地坐標系，國家測繪局受權(quán)組織實施。采用地心坐標系，有利于采用現(xiàn)

12、代空間技術(shù)對坐標系進行維護和快速更新，測定高精度大地控制點三維坐標，并提高測圖工作效率。第二十五頁，共86頁。中國的大地控制網(wǎng)平面控制網(wǎng) : 按統(tǒng)一規(guī)范，由精確測定地理坐標的地面點組成，由三角測量或?qū)Ь€測量完成，依精度不同，分為四等。2.2 中國的大地坐標系統(tǒng) 由平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)組成，控制點遍布全國各地。第二十六頁，共86頁。高程控制網(wǎng) : 按統(tǒng)一規(guī)范，由精確測定高程的地面點組成，以水準測量或三角高程測量完成。依精度不同，分為四等。中國高程起算面是 黃海平均海水面。1956年在青島觀象山設立了水準原點，其他各控制點的絕對高程均是據(jù)此推算，稱為1956年黃海高程系。1987年國家測繪局公布

13、：啟用1985國家高程基準取代黃海平均海水面其比黃海平均海水面上升 29毫米。 青島觀象山水準原點2.2 中國的大地坐標系統(tǒng)第二十七頁，共86頁。絕對高程相對高程國家水準原點 國家測繪局第二十八頁，共86頁。平面控制網(wǎng)國家測繪局第二十九頁，共86頁。高程控制網(wǎng)國家測繪局第三十頁，共86頁。水準面示意圖國家測繪局第三十一頁，共86頁。GPS控制網(wǎng)國家測繪局第三十二頁，共86頁。第三十三頁，共86頁。第三十四頁，共86頁。第三十五頁，共86頁。三、平面直角坐標系1.概念2.獨立平面指標坐標系第三十六頁，共86頁。四、高程參照系與高程標準1.概念2.中國高程參照系與高程基準P46第三十七頁，共86頁

14、。 1）地理格網(wǎng)系統(tǒng) 定義：按一定數(shù)學規(guī)則對地球表面進行劃分而形成的格網(wǎng) 2）格網(wǎng)的劃分系統(tǒng) 按經(jīng)緯度坐標系統(tǒng)劃分 經(jīng)差6、緯差4或經(jīng)差10 、緯差10 按直角坐標系統(tǒng)劃分 公里網(wǎng)格 3）格網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)定 地理格網(wǎng)系統(tǒng)與直角格網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)定五、地理格網(wǎng)參照系 1.概念與劃分系統(tǒng)第三十八頁，共86頁。2、地圖的分幅 1）為什么要分幅？ 區(qū)域表達，編圖、印刷、保管和使用的方便。 2）地圖分幅的方法 矩形分幅 拼接不拼接 經(jīng)緯線分幅 第三十九頁，共86頁。 拼接分幅：適用：掛圖和大于1：2000的地形圖 矩形分幅 第四十頁，共86頁。不拼接分幅：適用：地圖集、專題地圖等第四十一頁，共86頁。圖1-5拼接分幅

15、圖第四十二頁，共86頁。優(yōu)點： 圖幅間拼接方便； 各圖幅面積相對平衡，充分利用 圖紙和印刷版面； 圖廓線可避開分割重要地物。缺點：制圖區(qū)域只能一次投影，變形較大； 地理位置不易精確描繪。 矩形分幅優(yōu)缺點： 第四十三頁，共86頁。 ：地圖的圖廓由經(jīng)緯線構(gòu)成。 適用： 世界各國地形圖、小比例尺地圖 經(jīng)緯線分幅優(yōu)點： 圖幅有明確的地理范圍； 可分開多次投影，變形較小。缺點： 圖廓為曲線時拼接不便； 高緯度地區(qū)圖幅面積縮小，不利 于紙張的使用和印刷。 破壞重要地物的完整性。第四十四頁，共86頁。3、地圖的編號（一）地圖編號的 方法 1）自然序數(shù)編號法 第四十五頁，共86頁。 將區(qū)域分為行和列，分別用字

16、母或數(shù)字表示行號和列號，一個行號和一個列號標定一個唯一的圖幅。2）行列式編號法第四十六頁，共86頁。3）行列-自然序數(shù)編號法要求：系統(tǒng)性、邏輯性、不重復性第四十七頁，共86頁。4、我國基本地形圖的分幅和編號 一）20世紀70-80年代我國基本比例尺地形圖的分幅和編號 1：100萬地圖是我國基本比例尺地形圖的分幅和編號的基礎。 第四十八頁，共86頁。第四十九頁，共86頁。二）1：100萬地圖的分幅和編號 1：100萬采用國際統(tǒng)一的行列式編號 1891年第五屆國際地理學會上提出，逐漸統(tǒng)一規(guī)定后制定。分幅：單幅： 經(jīng)差6 ，緯差4；緯度60以下雙幅： 經(jīng)差12，緯差4；緯度60至76四幅： 經(jīng)差24

17、，緯差4；緯度76至88緯度88以上合為一幅 我國處于緯度60度以下，沒有合幅。第五十頁，共86頁。橫行：緯度每4為一行，至南北緯88各有22 列，用字母A,B,C,V表示?？v列：從0經(jīng)線起算，自西向東每6為一 行，全球分為60列，用阿拉伯數(shù)字1，2， 3，,60表示。 如 北京 在1：100萬圖幅位于 東經(jīng)114120 北緯3640， 編號：J-50第五十一頁，共86頁。第五十二頁，共86頁。三）1：50萬、1：25萬、1：10萬地形圖的分幅和編號 1：100萬地圖基礎上的延伸 圖中錯誤！4幅16幅144幅第五十三頁，共86頁。1：50萬： 經(jīng)差 3 、緯差 2；1：25萬： 經(jīng)差 130、

18、緯差 1；1：10萬： 經(jīng)差 30、緯差 20；四）1：5萬、1：2.5萬、1：1萬地形圖的分幅和編號 1：10萬地圖基礎上的延伸 1：5 萬： 經(jīng)差 15 、緯差 101：2.5萬: 經(jīng)差 7.5 、緯差 51：1萬 ：經(jīng)差 345、緯差 2.51：5千： 經(jīng)差 152.5、緯差 115第五十四頁，共86頁。4（24）第五十五頁，共86頁。舉例：已知某點位于北緯3254，東經(jīng)11248求該點所在1：25萬和1：5萬圖幅上的編號。（解析法、圖解法） 解析法（1）先求該點所在1:100萬圖幅編號 （2）該點所在1：25萬的圖幅編號第五十六頁，共86頁。圖解法11230333340第五十七頁，共8

19、6頁。325511252.5第五十八頁，共86頁。練習：已知某點為北緯緯度2756，東經(jīng) 經(jīng)度為11246，求該點所在的1：50 萬、1：10萬及1：5萬圖的編號。第五十九頁，共86頁。1：100萬： G491：50萬： G49-B1：10萬: G49-101：5萬: G4910-B第六十頁，共86頁。（二）新的分幅與編號方法1） 1：100萬比例尺地圖編號 由列-行式 行列式 例 北京為：J502）1:5千1：50萬比例尺地圖編號 （1）以1：100萬為基礎 （2）編號由10個代碼組成 如圖所示第六十一頁，共86頁。圖 1-8表1-3第六十二頁，共86頁。地形圖比例尺代碼表：第六十三頁，共8

20、6頁。分幅：1：50萬：221：25萬：441：10萬：12121：5萬：24241：2.5： 48481：1萬：96961：5千：192192P12 表1-2第六十四頁，共86頁。編號： 1：50萬地形圖編號1：25萬地形圖編號第六十五頁，共86頁。練習：找出下列圖號在分幅圖中的位置 D006011 C0020033. E018016 第六十六頁，共86頁。地圖比例尺解決地圖的問題解決大與小的矛盾.第三節(jié) 空間尺度與地圖比例尺第六十七頁，共86頁。第六十八頁，共86頁。1. 地圖比例尺的定義 當制圖區(qū)域比較小、景物縮小的比率也比較小時：圖上長度與相應地面之間的長度比例。 當制圖區(qū)域相當大、景

21、物縮小的比率也相當大時：對地球半徑縮小的比率，為主比例尺。在地圖上體現(xiàn)為個別的點或線。因此，用圖者不可隨意量算。圖上也不可繪制直線比例尺。 第六十九頁，共86頁。2. 地圖比例尺的表示形式 （1）數(shù)字式比例尺：寫成比的形式。 1：10000，1/10000 （2）文字式比例尺：“一萬分之一”，“圖上1厘米等于實地1公里” （3）圖解比例尺： 直線比例尺 斜分比例尺 復式比例尺第七十頁，共86頁。直線比例尺： 以直線線段形式標明圖上線段長度對所對應的地面距離。第七十一頁，共86頁。斜分比例尺：微分比例尺。根據(jù)相似三角形原理制成?？梢粤咳”壤呋鹃L度單位的百分之一。 第七十二頁，共86頁。復式比例尺：投影比例尺，小比例尺地圖上使用。根據(jù)地圖主比例尺和地圖投影長度變形分布規(guī)律設