地理空间信息及定位基础(分析“空间”文档)共31张PPT
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
展空间的同时，也带来一些新的问题。一方面，为了全球空间数据共享和大型GIS建设，
需要一套新的实用的“地图投影”模型，来满足全球多分辨率连续可视化和精确量算与地
理分析的需要；另一方面，为了强调区域特征或灵活方便地表达城市地图，需要编制变 比例尺地图。
◈北京“数字地球”国际会议上，全球空间数据基础设施(GSDI)委员会及技术工作组主席
图投影种类现有256种，依据不同的目的和要求，可以采 用不同的分类指标对如此繁多的地图投影进行分类。
分类1：基于投影面与球面相关位置的分类； 分类2：基于投影方法的分类； 分类3：基于投影方程的分类； 分类4：基于投影变形的分类。
基于投影面与球面的分类
区分等角、等面积、任意投影
形状不变
常见变形性质的确定
地理空间信息及定位基础
地理空间现象
地理空间的整体框架
地理空间的参照基础
空间数ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ结构
①现实世界中图形数 据的表示与存储
空间数据库
地理空间信息的表达 空间信息计算机表示
②现实世界中属性数据 的表示与存储
数据库
空间现象及其描述
现实世界
空间数据
地图 遥感影像
特征 关系
行为
选择
观察
抽象
综合
测量：位置
编码：属性
最自然的面 1952-1979年平均海水面为0米
空①间为现 什象么、要地把理球空面间的、转空换间为信平息面的？
：包括海洋底部、高山、高原等在内的固体地球表
地壳理是 数指据地则球是地各表种至地莫理霍特面征之和间现一象个间主关要系由的硅符酸号盐化矿表物示为，主包体括的空岩间石位构置成、的属薄性壳特。征及时域特征三部分。
建立关系：
表达：
怎么选择？怎么抽象？怎么综合？ 需要我们的测绘知识(地学基础)？
空间现象 地理空间
地理空间的定义
地理空间上至大气电离层，下至地幔莫霍面，有着广阔的 范围。但一般地理空间指的是地球表层，其基准是陆地表面和大
洋表面，它是人类活动频繁发生的区域，是人地关系最为复杂、紧密 的区域。
在空间信息系统中，地理空间被定义为绝对空间和相对空 间两种形式。绝对空间是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；相对空间是具有空间属性
如类地形面、数准据大地标水准准面化、预静态处水理平衡椭球体等。 ●地经幔纬可网再（不分是按为处两某处部一正分交参：的上照投地影系幔肯和数定下不字地是幔化等。角）投影；
表达： ①为什么要把球面的转换为平面的？ ——海平面的起伏将导致测量的不确定。
数据输出 （具有相应投影的地图）
数据应用 （检索查询、覆盖分析等）
0化3学45成％分，主最要大是面铁积和变镁形，为平0.均密度是每立方厘米3.
水准原点1985国家高程基准，
模型：以大地水准面为基准建立的 。 地球椭球体模型 报告指出：该技术组将采用地理坐标作为空间参考体的唯一标准，来作为国际标准和在过渡时期内与各国标准相关联，以此来支持数字地球的需
要。
其他数学模型：为了解决特定的大地测量问题而提出的。如类地 形面、准大地水准面、静态水平衡椭球体等。
空间现象、地理空间、空间信息
空间信息是有关地理空间中的物质的性
质、特征和运动状态的表征和一切有用的知识，它是对
表达地理特征与地理现象(空间现象)之间关系的 地理数据的解释。
地理数据则是各种地理特征和现象间关系的符
号化表示，包括空间位置、属性特征及时域特征三部
分。
空间信息、地理空间、空间现象
空间要素表达？
这种在球面和平面之间建立点与点之间函数关系的数 学方法，称为地图投影。
地图投影与坐标系
所谓坐标系，包含两方面的内容：
控制测量
测量学
第一方面：是把大地水准面上的测量成果化算到椭
球体面上的计算工作中，所采用椭球体的大小。
第二方面：椭球体与大地水准面的相关位置不同，对
同一点的地理坐标所计算的结果将有不同的值。
地理(地球)空间的定义
地理空间的数学建模
地理空间的构成要素？
地理坐标系的建立？
空间要素进行定位？(参照)
选择一个合适的坐标系？ 平面上？
1、优点 2、缺点
地图投影
1、地图比例尺 2、地图分幅和编号
地图
GIS中地图投影的一般原则
1、地图投影的定义？ 2、地图投影的变形？ 3、地图投影的分类？ 4、高斯克吕格投影？ 5、地图投影的选择？ 6、常用的地图投影？
特征的实体的集合，是由不同实体之间的空间关系构成。
关键问题：地理空间的数学建模？
地理空间的数学建模
为了深入研究地理空间，需要建立地球表面的几何模型，这是进行大
☺将地地球测椭球量面上的的点前映射提到平。面上根的方据法，称大为地地图投测影。量学的成果，地球表面模型可以分为四类：
但一般地理空间指的是地球表层，其基准是陆地表面和大洋表面，它是人类活动频繁发生的区域，是人地关系最为复杂、紧密的区域。
数据存储 （统一的坐标基础）
（据边馥苓，1996）
数据处理 （投影转换）
面向数字地球的投影问题
◈受传统地图空间数学基础理论和方法的影响，目前几乎所有的GIS均沿用地图投影 作为自己的参考系的数学基础，这在特定用途、局部范围内是可行的。——胡鹏 2001
◈在全球空间信息化进程的快速推进和数字地球战略的实施，在给GIS带来巨大应用与发
是每立方厘米3.3-5.5克。地幔可再分为两部分：上地幔和下地幔。
地壳是指地球地表至莫霍面之间一个主要由硅酸盐矿物为主体的岩石构成的 薄壳。它的质量只占全地球0.2%，按结构分为大陆地壳和海底地壳两种。 地核位于地球的最内部。厚度约有3470 km，高密度，平均每立方厘米重12 克。温度非常高，约有4000~6000℃。它可再分为内地核和外地核。 外地核 是由熔融的铁和镍组成。内地核是固体的，一般相信它主要由铁组成。
水模准型原 ：点以1大9以地85水国它准家面高为为程基基基准准建，准立的，地球椭可球体以模型用。 水准仪测量地球自然表面上任意点的高
●经纬网不是处处正交的投影肯定不是等角投影；
程。——海平面的起伏将导致测量的不确定。 如—类—地 海形平面、的准起大伏地将水导准致面测、量静的态不水确平定衡。椭球体等。
投 影
体
模
型
Back
2、平面定位系统
现实世界是三维
大地原点
①为什么要把球面的转换为平面的？ ②怎么把球面的转换为平面的？
水准原点
为什么要进行地图投影？
☺将地球椭球面上的点映射到平面上的方法，称 为地图投影。 1、地理坐标为球面坐标，不方便进行距离、方 位、面积等参数的量算。 2、地球椭球体为不可展曲面。
3、地图为平面，符合视觉心理，并易于进行距离、 方位、面积等量算和各种空间分析。
什么是地图投影？
简单地讲：地图投影的实质是将地球椭球面上的经纬 网按照一定的数学法则转移到平面上。
具体来说：由于球面上一点的位置是用地理坐标(经 度？纬度？)表示，而平面上是用直角坐标(纵坐标？横 座标？)或者极坐标(极径？极角？)表示，所以要想将地 球表面上的点转移到平面上，必须采用一定的数学方法 来确定地理坐标与平面直角坐标或极坐标之间的关系。
●同纬度带内梯形面积不等的投影肯定不是等 积投影； ●经纬网不是处处正交的投影肯定不是等角投影； ●投影为直线的经线(中央经线)上纬距不等的投 影肯定不是等距投影。
高斯投影的分带规定
①比例尺为1∶1万和大于1∶1万的地形图采用3度分带的 高斯克吕格投影，投影的最大长度变形为0.0345％，最大 面积变形为0.069％ ②1∶2.5万～1∶50万地形图规定采用6度分带的高斯克吕 格投影。投影的最大长度变形为0.138％，最大面积变形为 0.276％ ③我国新编1∶100万地形图采用边缘纬线与中纬变形绝对 值相等的等角圆锥投影（Lambert投影）。
地理空间整体框架
地理空间的控制参照
1、地球模型 2、坐标参考系统及地图投影
1、地球模型(WDM94)
WDM94模型描述的地球形状
从测绘角度看地球模型
水准面
铅垂线
地球表面
大地水准面
地球椭球体
2、地理要素的定位系统
为了确定地理要素的位置，需要确定其定位系统：
1、球面定位系统——地理坐标(L、B)
地 空壳间是信指 息地 是球 有地 关表 地至 理莫 空霍间面 中之 的间 物一 质个 的主 性要 质由 、硅 特酸 征盐 和矿 运物 动为 状主 态体 的的 表岩 征石 和构 一成 切的 有薄 用壳 的。 知识，它是对表达地理特征与地理现象(空间现象)之间关系的地理
以数它据为 的基解准释，。可以用水准仪测量地球自然表面上任意点的高程。
为（了具确 有定相地应面理投要影。素的的地—位图置）—，太需要复确定杂其定，位系难统：以建模，各种量算也非常困难。
厚1、度球约面有定34位7系0 k统m—，—高地密理度坐，标平(均L、每B立) 方厘米重12克。
相对抽象的面：也称为大地水准面，是静止海平面的延伸。 简◈在单全地球讲空：间地信图息投化影进的程实的质快是速将推地进球和椭数球字面地上球的战经略纬的网实按施照，一在定给的G数IS学带法来则巨转大移应到用平与面发上展。空间的同时，也带来一些新的问题。
Peter H.报告指出：该技术组将采用地理坐标作为空间参考体的唯一标准，来作 为国际标准和在过渡时期内与各国标准相关联，以此来支持数字地球的需要。
大地原点
水准原点
黄海海面
1952-1979年平 均海水面为0米
水准原点 1985国家高
程基准，
72.2604米
地图投影与坐标系的关系
2
1
地
图
椭 球
“地球”小知识
地壳同地幔间的分界面，称为莫霍面，以发现者南斯拉夫地震学家莫霍洛维奇 的名字命名的。在莫霍面上，地震波的传播速度急剧地改变，说明地壳和地幔 之间密度不同。大陆地壳的平均厚度是38公里，海洋地壳厚度只有4．5～6公里。
地幔位于地核和地壳之间。厚度约有2900公里。化学成分主要是铁和镁，平均密度
地图学
图示
结论：所以，选定了一个一定大小的椭球体，并 确定了它与大地水准面的相关位置，就确定了一 个坐标系。
地图投影的目的
地图投影的目的：
是通过将不可展的球面投影到一个可展 曲面上，然后将该曲面展开成为一个平面，
来保证空间信息在地域上的连续性、完整 性和可测度性。
地图投影的分类
根据美国著名地图投影学家J.P.Snyder统计，全世界地
GIS与地图投影的关系
地图投影对GIS的影响渗透在GIS建设的各个阶段和各个方面。
GIS与地图投影的关数系据获取 怎绝么对选 空择间（？是怎具数么有据抽属象性源？描地怎述么的图综空的合间？位投置影的）集合，由一系列不同位置的空间坐标值组成；
相对抽象的面：也称为大地水准面，是静止海平面的延伸。 地壳是指地球地表至莫霍面之间一个主要由硅酸盐矿物为主体的岩石构成的薄壳。 ——海平面的起伏将导致测量的不确定。 厚度约有3470 km，高密度，平均每立方厘米重12克。 （具有相应投影的地图） 绝对空间是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； 地壳是指地球地表至莫霍面之间一个主要由硅酸盐矿物为主体的岩石构成的薄壳。
需要一套新的实用的“地图投影”模型，来满足全球多分辨率连续可视化和精确量算与地
理分析的需要；另一方面，为了强调区域特征或灵活方便地表达城市地图，需要编制变 比例尺地图。
◈北京“数字地球”国际会议上，全球空间数据基础设施(GSDI)委员会及技术工作组主席
图投影种类现有256种，依据不同的目的和要求，可以采 用不同的分类指标对如此繁多的地图投影进行分类。
分类1：基于投影面与球面相关位置的分类； 分类2：基于投影方法的分类； 分类3：基于投影方程的分类； 分类4：基于投影变形的分类。
基于投影面与球面的分类
区分等角、等面积、任意投影
形状不变
常见变形性质的确定
地理空间信息及定位基础
地理空间现象
地理空间的整体框架
地理空间的参照基础
空间数ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ结构
①现实世界中图形数 据的表示与存储
空间数据库
地理空间信息的表达 空间信息计算机表示
②现实世界中属性数据 的表示与存储
数据库
空间现象及其描述
现实世界
空间数据
地图 遥感影像
特征 关系
行为
选择
观察
抽象
综合
测量：位置
编码：属性
最自然的面 1952-1979年平均海水面为0米
空①间为现 什象么、要地把理球空面间的、转空换间为信平息面的？
：包括海洋底部、高山、高原等在内的固体地球表
地壳理是 数指据地则球是地各表种至地莫理霍特面征之和间现一象个间主关要系由的硅符酸号盐化矿表物示为，主包体括的空岩间石位构置成、的属薄性壳特。征及时域特征三部分。
建立关系：
表达：
怎么选择？怎么抽象？怎么综合？ 需要我们的测绘知识(地学基础)？
空间现象 地理空间
地理空间的定义
地理空间上至大气电离层，下至地幔莫霍面，有着广阔的 范围。但一般地理空间指的是地球表层，其基准是陆地表面和大
洋表面，它是人类活动频繁发生的区域，是人地关系最为复杂、紧密 的区域。
在空间信息系统中，地理空间被定义为绝对空间和相对空 间两种形式。绝对空间是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；相对空间是具有空间属性
如类地形面、数准据大地标水准准面化、预静态处水理平衡椭球体等。 ●地经幔纬可网再（不分是按为处两某处部一正分交参：的上照投地影系幔肯和数定下不字地是幔化等。角）投影；
表达： ①为什么要把球面的转换为平面的？ ——海平面的起伏将导致测量的不确定。
数据输出 （具有相应投影的地图）
数据应用 （检索查询、覆盖分析等）
0化3学45成％分，主最要大是面铁积和变镁形，为平0.均密度是每立方厘米3.
水准原点1985国家高程基准，
模型：以大地水准面为基准建立的 。 地球椭球体模型 报告指出：该技术组将采用地理坐标作为空间参考体的唯一标准，来作为国际标准和在过渡时期内与各国标准相关联，以此来支持数字地球的需
要。
其他数学模型：为了解决特定的大地测量问题而提出的。如类地 形面、准大地水准面、静态水平衡椭球体等。
空间现象、地理空间、空间信息
空间信息是有关地理空间中的物质的性
质、特征和运动状态的表征和一切有用的知识，它是对
表达地理特征与地理现象(空间现象)之间关系的 地理数据的解释。
地理数据则是各种地理特征和现象间关系的符
号化表示，包括空间位置、属性特征及时域特征三部
分。
空间信息、地理空间、空间现象
空间要素表达？
这种在球面和平面之间建立点与点之间函数关系的数 学方法，称为地图投影。
地图投影与坐标系
所谓坐标系，包含两方面的内容：
控制测量
测量学
第一方面：是把大地水准面上的测量成果化算到椭
球体面上的计算工作中，所采用椭球体的大小。
第二方面：椭球体与大地水准面的相关位置不同，对
同一点的地理坐标所计算的结果将有不同的值。
地理(地球)空间的定义
地理空间的数学建模
地理空间的构成要素？
地理坐标系的建立？
空间要素进行定位？(参照)
选择一个合适的坐标系？ 平面上？
1、优点 2、缺点
地图投影
1、地图比例尺 2、地图分幅和编号
地图
GIS中地图投影的一般原则
1、地图投影的定义？ 2、地图投影的变形？ 3、地图投影的分类？ 4、高斯克吕格投影？ 5、地图投影的选择？ 6、常用的地图投影？
特征的实体的集合，是由不同实体之间的空间关系构成。
关键问题：地理空间的数学建模？
地理空间的数学建模
为了深入研究地理空间，需要建立地球表面的几何模型，这是进行大
☺将地地球测椭球量面上的的点前映射提到平。面上根的方据法，称大为地地图投测影。量学的成果，地球表面模型可以分为四类：
但一般地理空间指的是地球表层，其基准是陆地表面和大洋表面，它是人类活动频繁发生的区域，是人地关系最为复杂、紧密的区域。
数据存储 （统一的坐标基础）
（据边馥苓，1996）
数据处理 （投影转换）
面向数字地球的投影问题
◈受传统地图空间数学基础理论和方法的影响，目前几乎所有的GIS均沿用地图投影 作为自己的参考系的数学基础，这在特定用途、局部范围内是可行的。——胡鹏 2001
◈在全球空间信息化进程的快速推进和数字地球战略的实施，在给GIS带来巨大应用与发
是每立方厘米3.3-5.5克。地幔可再分为两部分：上地幔和下地幔。
地壳是指地球地表至莫霍面之间一个主要由硅酸盐矿物为主体的岩石构成的 薄壳。它的质量只占全地球0.2%，按结构分为大陆地壳和海底地壳两种。 地核位于地球的最内部。厚度约有3470 km，高密度，平均每立方厘米重12 克。温度非常高，约有4000~6000℃。它可再分为内地核和外地核。 外地核 是由熔融的铁和镍组成。内地核是固体的，一般相信它主要由铁组成。
水模准型原 ：点以1大9以地85水国它准家面高为为程基基基准准建，准立的，地球椭可球体以模型用。 水准仪测量地球自然表面上任意点的高
●经纬网不是处处正交的投影肯定不是等角投影；
程。——海平面的起伏将导致测量的不确定。 如—类—地 海形平面、的准起大伏地将水导准致面测、量静的态不水确平定衡。椭球体等。
投 影
体
模
型
Back
2、平面定位系统
现实世界是三维
大地原点
①为什么要把球面的转换为平面的？ ②怎么把球面的转换为平面的？
水准原点
为什么要进行地图投影？
☺将地球椭球面上的点映射到平面上的方法，称 为地图投影。 1、地理坐标为球面坐标，不方便进行距离、方 位、面积等参数的量算。 2、地球椭球体为不可展曲面。
3、地图为平面，符合视觉心理，并易于进行距离、 方位、面积等量算和各种空间分析。
什么是地图投影？
简单地讲：地图投影的实质是将地球椭球面上的经纬 网按照一定的数学法则转移到平面上。
具体来说：由于球面上一点的位置是用地理坐标(经 度？纬度？)表示，而平面上是用直角坐标(纵坐标？横 座标？)或者极坐标(极径？极角？)表示，所以要想将地 球表面上的点转移到平面上，必须采用一定的数学方法 来确定地理坐标与平面直角坐标或极坐标之间的关系。
●同纬度带内梯形面积不等的投影肯定不是等 积投影； ●经纬网不是处处正交的投影肯定不是等角投影； ●投影为直线的经线(中央经线)上纬距不等的投 影肯定不是等距投影。
高斯投影的分带规定
①比例尺为1∶1万和大于1∶1万的地形图采用3度分带的 高斯克吕格投影，投影的最大长度变形为0.0345％，最大 面积变形为0.069％ ②1∶2.5万～1∶50万地形图规定采用6度分带的高斯克吕 格投影。投影的最大长度变形为0.138％，最大面积变形为 0.276％ ③我国新编1∶100万地形图采用边缘纬线与中纬变形绝对 值相等的等角圆锥投影（Lambert投影）。
地理空间整体框架
地理空间的控制参照
1、地球模型 2、坐标参考系统及地图投影
1、地球模型(WDM94)
WDM94模型描述的地球形状
从测绘角度看地球模型
水准面
铅垂线
地球表面
大地水准面
地球椭球体
2、地理要素的定位系统
为了确定地理要素的位置，需要确定其定位系统：
1、球面定位系统——地理坐标(L、B)
地 空壳间是信指 息地 是球 有地 关表 地至 理莫 空霍间面 中之 的间 物一 质个 的主 性要 质由 、硅 特酸 征盐 和矿 运物 动为 状主 态体 的的 表岩 征石 和构 一成 切的 有薄 用壳 的。 知识，它是对表达地理特征与地理现象(空间现象)之间关系的地理
以数它据为 的基解准释，。可以用水准仪测量地球自然表面上任意点的高程。
为（了具确 有定相地应面理投要影。素的的地—位图置）—，太需要复确定杂其定，位系难统：以建模，各种量算也非常困难。
厚1、度球约面有定34位7系0 k统m—，—高地密理度坐，标平(均L、每B立) 方厘米重12克。
相对抽象的面：也称为大地水准面，是静止海平面的延伸。 简◈在单全地球讲空：间地信图息投化影进的程实的质快是速将推地进球和椭数球字面地上球的战经略纬的网实按施照，一在定给的G数IS学带法来则巨转大移应到用平与面发上展。空间的同时，也带来一些新的问题。
Peter H.报告指出：该技术组将采用地理坐标作为空间参考体的唯一标准，来作 为国际标准和在过渡时期内与各国标准相关联，以此来支持数字地球的需要。
大地原点
水准原点
黄海海面
1952-1979年平 均海水面为0米
水准原点 1985国家高
程基准，
72.2604米
地图投影与坐标系的关系
2
1
地
图
椭 球
“地球”小知识
地壳同地幔间的分界面，称为莫霍面，以发现者南斯拉夫地震学家莫霍洛维奇 的名字命名的。在莫霍面上，地震波的传播速度急剧地改变，说明地壳和地幔 之间密度不同。大陆地壳的平均厚度是38公里，海洋地壳厚度只有4．5～6公里。
地幔位于地核和地壳之间。厚度约有2900公里。化学成分主要是铁和镁，平均密度
地图学
图示
结论：所以，选定了一个一定大小的椭球体，并 确定了它与大地水准面的相关位置，就确定了一 个坐标系。
地图投影的目的
地图投影的目的：
是通过将不可展的球面投影到一个可展 曲面上，然后将该曲面展开成为一个平面，
来保证空间信息在地域上的连续性、完整 性和可测度性。
地图投影的分类
根据美国著名地图投影学家J.P.Snyder统计，全世界地
GIS与地图投影的关系
地图投影对GIS的影响渗透在GIS建设的各个阶段和各个方面。
GIS与地图投影的关数系据获取 怎绝么对选 空择间（？是怎具数么有据抽属象性源？描地怎述么的图综空的合间？位投置影的）集合，由一系列不同位置的空间坐标值组成；
相对抽象的面：也称为大地水准面，是静止海平面的延伸。 地壳是指地球地表至莫霍面之间一个主要由硅酸盐矿物为主体的岩石构成的薄壳。 ——海平面的起伏将导致测量的不确定。 厚度约有3470 km，高密度，平均每立方厘米重12克。 （具有相应投影的地图） 绝对空间是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； 地壳是指地球地表至莫霍面之间一个主要由硅酸盐矿物为主体的岩石构成的薄壳。