2第二章地球空间与数字测绘1-4节gis
第二章 地理空间数学基础
2、投影的实质
建立地球椭球面上的点的地理坐标（L，B）与平面上对
应点的平面坐标（x，y）之间的函数关系：
x f1 ( L, B) y f 2 ( L, B)
地球椭球面 B,L x， y 地图平面
地图投影
二、地图投影的变形
1、投影变形的性质 观察地球体经纬线的
长度、面积和角度特征。
地图投影的变形具体表现： 长度(距离)变形 角度(形状)变形 面积变形
其优点：
①椭球体参数精度高； ②定位采用的椭球体面与我国大地水准面符合得好； ③大地网精度高；
④坐标统一，精度优良，可以直接满足1:5000甚至更大
比例尺测图的需要。
三角测量
导 线 测 量
支导线
国家平面控制网
O
国家平面控制网含三角点、导线点 共154348个，构成1954北京坐标 系、1980西安坐标系两套系统。
3、我国常用的地图投影
①我国1：100万地形图采用兰勃特Lambert投影(正轴等
角割圆锥) ；
②我国大部分省区图以及大多数这一比例尺的地图也多采用 Lambert投影和属于同一投影系统的Albers投影(正轴等积 割圆锥投影)； ③我国基本比例尺地形图除1：100万外均采用高斯—克吕 格投影为地理基础；
用来代替大地体的椭球体称地球椭球体。
b a a
x2 y2 z2 2 2 1 2 a a b
椭球体三要素:长轴a(赤道半径)、短轴b(极半径)和椭球扁率f。
3、地球体的数学表面——地球椭球体
地球椭球体参数：
• 长半径： a（赤道半径）
b a
• 短半径： b（极半径）
• 扁率： f=(a-b)/a • 第一偏心率： e2=(a2- b2)/ a2 • 第二偏心率： e’2=(a2- b2)/ b2
第2章GIS的地理基础
2.1.3地理数据、地理实体与图层 在GIS中，地理数据是以图层（Map Layer 或Coverage） 为单位进行组织和存储的。 一幅图层表示一种类型的地理实体，它包含了以一定的栅 格或矢量数据结构组织的有关同一地区、同一类型地理实 体的定位和属性数据，这些数据相互关联，存储在一起形 成一个独立的数据集（Dataset）。 由于一幅图层反映某一特定的主题，因此，它又称为专题 数据层（Thematic Data Layer）。 图层表示法就是以图层为结构表示和存储综合反映某一地 区的自然、人文现象的地理分布特征和过程的地理数据， 这种方法实际上源自传统的专题地图表示法。专题地图主 要用于反映某一主题地理现象的分布特征，一个地区的自 然和人文地理综合特征是通过使用一系列的专题地图来表 示的。存储在GIS中的每一幅图层可看作是一幅反映单一 主题现象的专题地图，但是，一个图层只能用于描述单一 地理实体（点、线或面）。
（1）拓扑关系定义 指满足拓扑几何学原理的空间数据 点间的相互关系。即用结点、圆弧 和多边形所表示的实体之间的邻接、 关联和包含等关系。或指虽图形保 持连续状态下变形，但图形关系不 变的性质（如将橡皮任意拉伸，压 缩，但不能扭转或折叠）。 （2）拓扑关系种类 依系统元素之间的关系可分为关联 性、邻接性、连通性、包含性等。 ① 关联性：指不同类要素之间，如 图2.6中的结点（9）与弧段（5、 6、3）关联，多边形（2）与弧段 （3、5、2）关联。
2.地理数据与地理实体的关系 所有地理数据都是地理实体的概括，反映地理实体在地表 分布的定位数据都是依据一定的地表定位参照系统。 地理数据是各种地理特征和现象间关系的符号化表示，是 一种较复杂的数据类型，涉及到空间特征、属性特征及它 们之间关系的描述，人们常把地理数据称为空间数据。但 地理实体以什么形式存储和处理反映了实体空间、属性和 时间三个特征,也是地理空间分析的三大基本要素。 空间特征包括地理位置和空间关系，定位数据描述地物所 在位置，这种位置既可以根据大地参照系定义，如大地经 纬度坐标，也可以定义为地物间的相对位置关系，如空间 上的距离、邻接、重叠、包含等； 属性特征又称为非空间特征，是属于一定地物、描述其特 征的定性或定量指标（包括名称、等级、类别等），即描 述了信息的非空间组成部分，包括语义与统计数据等； 时间特征是指地理数据采集或地理现象发生的时刻或时段， 反映时序变化等，时间数据对环境模拟分析非常重要。
第二章 地球空间与空间数据基础
遥感图像及地图表示
五、地理信息的数字化表述
地理信息的数字化表述，就是使计算机能够识别 地理事物的形状。
Open GIS对地理空间的认识模型
九个抽象层次
尺度世界 （尺度语言）
项目世界 （project）
地理点列世界 （坐标几何）
地理空间世界 （GIS语言）
地理几何 特征世界
概念世界
现实世界
（自然语言） （基本语言）
地理要素 集合世界
地理要素 世界
GIS的三个抽象层次
现实世界 地理实体或者现象
概念世界
2
4
12 24
48
96 192
1
4
16 144 576 2304 9216 36864
1
4
36 144 576 2304 9216
第二节 地理空间坐标系与地图投影
地理空间坐标系的主要目的，是确定空间 实体在地理空间中的位置，最直接的方法是用 地理坐标（经度、纬度）和高程来表示。
地理坐标系——球面坐标系
地图投影
平面直角坐标系 （笛卡尔平面直角坐标系、欧几里德空间系）
一、在椭球面上表示点位置的坐标系统
（一）大地坐标系
大地坐标系是大地测 量中以参考椭球面为 基准面的坐标系。
根据不同的应用，域可以表示二维和三维地理 空间。
三、地图对地理空间的描述
地图上各种内容要素之间的关系，是按照 地图投影建立的数学规则，使地面上各点和地 图平面上的相应点保持一定的函数关系，从而 在地图上准确地表达地表空间各要素的关系和
GIS02系列-文档资料
(2) 图形数据分幅的优点
●当地学海量图形数据存储时，通过分 幅，将数据分放于适当数量的文件中， 可平衡数据文件大小，便于数据的读写 与信息共享。 ●适当的分幅可提高用户对幅内信息的 识别能力，从而提高应用效率。
因此，地图投影就是利用特定的数学
函数将经纬坐标（λ,φ）转换为平面坐标 （x,y），即把地理坐标转换为平面坐标。
地图投影可减少因三维坐标转为二维坐 标所产生的扭曲变形。这种地球球面与 平面之间点与点的函数关系的数学表示 方法，称为地图投影。
2.投影有关概念
①坐标系统 投影坐标系统随投影方式不同可有不同种
类，一般GIS平台性软件都向用户事先提交多种 预定义的投影系统供选择，客户也可根据需要 使用自定义的投影系统。
投影坐标系统由下列内容组成： ●投影方式 ●投影参数 ●坐标单位 ●地理坐标系
②地理坐标系 ●地理坐标系描述地球表面地物位置 ●地物具体的位置由经纬度（度、分、秒）刻划 ●球形系统中，水平方向表示东西方向——纬线；
投影后保持面积不变。
特点： (1) 面积保持不变
(2) 形状发生变化
●任意投影
投影后长度、角度、面积均可能变化。
圆锥投影 依据投影面积不同 圆柱投影
方位投影 正轴投影 依据投影位置不同 横轴投影 斜轴投影
4.常用投影范围
等角投影：航海图、风向图、洋流图
等面积投影：区域经济图、数字地图、
小比例尺普通地图
垂直方向表示南北方向——经线 ●由经纬线包围地球的网格称地球经纬网 ●地球南北两极之间的中间位置的水平轴线称为赤
道——零度纬线；竖直轴零度经线也称本初子午线， 一般规定为经过英国格林威治的经线。本初子午线与 赤道相交点作为原点（0，0），分地球为4个象限， 东半球、西半球、南半球、北半球。
05-GIS_P2地理空间数学基础345小节
2.3.1 空间坐标转换基本概念
不同来源的空间数据一般会存在地图投影与地理坐 标的差异，
为了获得一致的数据，必须进行空间坐标的转换。
空间坐标转换是把空间数据从一种空间参考系映射 到另一种空间参考系中。
空间坐标转换有时也称投影变换。投影变换是地图 制图的基础理论之一，主要用来解决换带计算、地图 转绘、图层叠加、数据集成等问题。
如何从不同视角、从宏观或中观或微观的尺度 来观察、认识自然现象、自然过程或社会经济事件，
获取有关数据、信息， 进而分析评价它们，
为规划决策、解决问题服务， 已成为人们认识自然、认识社会、改造自然，促进社会经
济进步和发展的重要论题。
所谓尺度，在概念上是指研究者选择观察（测）世界的窗口。
选择尺度时必须考虑观察现象或研究问题的具体情况。
①（B，L）84转换为（X，Y，Z）84(大地坐标到直角坐标的转换)； ②（X，Y，Z）84转换为（ X，Y，Z ）80（坐标基准的转换，即参
考椭球转换。该过程可以通过前节所叙述的7参数或简化3参数法实现）；
③ (X,Y,Z ) 80转换为(B,L) 80 (直角坐标到大地坐标的转换）； ④ (B,L) 80转换为(x,y)80 （投影，高斯一克吕格投影公式计算）。
2.3.3 投影解析转换
1. 相同地理坐标基准下的坐标变换 2. 不同地理坐标基准下的坐标变换
1.相同地理坐标基准下的坐标变换
如果参与转换的空间参考系的投影公式存在严密或近似的解 析关系式，就可以
建立两坐标系的解析关系式。 应用建立的解析关系式，直接计算出当前空间参考系
下的空间坐标(x,y,z)在另一种空间参考系中的坐标值（
实现两种投影坐标间的变换（x，y）→（X，Y）。
GIS教案第二章
河南大学教案第一节常规的地理空间信息描述法一、地球空间模型描述根据大地测量学的研究成果，地球表面几何模型可以分为四类：第一类是地球的自然表面，它是一个起伏不平，十分不规则的表面，包括海洋底部、高山高原在内的固体地球表面。
第二类是相对抽象的面，即大地水准面。
第三类是模型，就是以大地水准面为基准建立起来的地球椭球体模型。
椭球体的大小通常用两个半径——长半径a（长轴，即赤道半径）和短半径b（短轴，即极半径），或由一个半径和扁率f来决定。
a、b、f称为地球椭球体的三元素，或称描述地球形状与大小的参数。
第四类是数学模型，是在解决其它一些大地测量学问题时提出来的，如类地形面、准大地水准面、静态水平衡椭球体等。
二、地理空间坐标系的建立建立地理空间坐标系，主要的目的是确定地面点的位置。
也就是求出地面点对大地水准面的关系，它包括地面点在大地水准面上的平面位置和地面点到大地水准面的高度。
确定地面点的位置，最直截了当的方法就是用地理坐标（纬度、经度）来表示。
长期以来，人们主要考虑了二维地理空间的理论问题，至于三维地理信息系统中所涉及的地理空间，则是在上述笛卡尔平面直角坐标系上加上第三维z，并假设该笛卡尔平面是处处切过地球旋转椭球体的，这样z就代表了地面相对于该旋转椭球体表面的高程。
当我们所研究的区域较小、地球曲率可以忽略不计时，这些假设可以提供良好的近似。
三、地图对地理空间的描述地图是现实世界的模型，它按照一定的比例、一定的投影原则有选择地将复杂的三维现实世界的某些内容投影到二维平面媒介上，并用符号将这些内容要素表现出来。
在地图学上，把地理空间的实体分为点、线、面三种要素，分别用点状、线状、面状符号来表示。
1、点状要素点状要素，是指那些占面积较小，不能按比例尺表示，又要定位的事物。
2、线状要素对于地面上呈线状或带状的事物如交通线、河流、境界线、构造线等，在地图上，均用线状符号来表示。
3、面状要素对于不连续分布或连续分布的面状事物的分布范围和质量特征，一般可以用面状符号表示。
GIS 第二章 地理空间和地图投影
1 为什么要进行地图投影？
不规则的地球表面可以用地球椭球体来替代
摊开在平面上的地球
1 为什么要进行地图投影？
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 量算与分析。
2、地球椭球体为不可展曲面
地 图 投 影
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
北
0°
35 34 4° 2 33 32 31 18° 6° 12°
ห้องสมุดไป่ตู้30°
36
38 ° 37 42 ° 36
40°
1 13 25 39° 37 49 61 38° 73 85 97 37° 109 121 133 36° 114° [13] 134 135 136 [14] 137 138 139 117° [15] 140 141 118° 142 [16] 143 119° [9] [10] [11] [12] 84 96 108 [5] [6] [7] [8] 2 [1] 3 4 5 [2] 6 7 8 [3] 9 10 11 [4] 12 24 36
A
B
48 60 72
C
D
120 132 144 120°
115°
116°
1∶50万、1∶25万、1∶10万比例尺地形图的分幅和编号
以1：100万为基础分；例J-50
•1:100万: J-50 •1:50万:2*2 等分100万 图; J-50-A •1:20万:6*6 等分100万 图; J-50-(32) •1:10万:12*12 等分100 万图; J-50-144
半球 图 ●世界图
●
国外出版：摩尔威特投影
5 地图投影与GIS
数字测图原理与方法复习提纲(1-4章)
第一章绪论1.测绘学P1测绘学是研究和推算地面的几何位置、地球形状及地球重力场，据此测量地球表面自然形态和人工设施的几何分布，并结合某些社会信息和自然信息的地球分布，编制全球和局部地区各种比例尺的地图和专题地图的理论和技术的学科。
2.测量学P2测量学研究地球表面局部地区内测绘工作的基本理论、技术、方法及应用。
3.测绘学研究的对象及任务P1测绘学分支学科：大地测量学、摄影测量学、地图学、工程测量学、海洋测绘学。
4.广义的数字测图包含的内容P31）地面数字测图：利用全站仪或其他测量仪器进行野外数字化测图。
2）地图数字化：利用数字化仪对纸质地形图的数字化。
3）数字摄影测量：利用航摄、遥感相片进行数字化测图。
5.数字测图的发展概况P31）1950s开始自动化问题研究、制图自动化配套设备研制与开发。
1970初制图自动化规模生产，美、加、欧各国相继出现硬件自动制图系统。
2）大比例尺地面数字测图是20世纪70年代电子速测仪问世后发展起来的，80年代初全站型电子速测仪的迅猛发展加速了数字测图的研究和应用。
3）20世纪90年代：基于载波相位差分的RTK实时动态定位技术。
我国：1）第一阶段：利用全站仪采集数据，电子手簿记录，同时人工绘制标注测点点号的草图，到室内将测量数据直接由记录其传输到计算机，再由人工按草图编辑图形文件，并键入计算机自动成图，经人机交互编辑修改，最终生成数字地形图，由绘图仪绘制地形图。
2）仍采用野外测记模式。
开发了智能化的外业数据采集软件；计算机成图软件能直接对接收的地形信息数据进行处理。
目前国内利用全站仪配合便携式计算机或掌上电脑，以及直接利用全站仪内存的大比例尺地面数字测图方法已得到广泛应用。
第二章测量坐标系和高程1.水准面及特性1)处于静止状态的水面称为水准面。
2)特点：1）是一个重力等位面；2）水准面上处处与重力方向垂直；3）水准面有无数个。
2.大地水准面及其在测量中的作用1)把一个假想的、与静止的平均海平面重合并向陆地延伸且包围整个地球的特定重力等位面称为大地水准面。
《测绘学概论》教学大纲
测绘学概论一、课程说明课程编号：010401X10课程名称（中/英文）：测绘学概论/ Introduction of Surveying and Mapping 课程类别：必修学时与学分：16/1先修课程：数学、英语适应专业：测绘工程、遥感科学与技术教材、教学参考书：宁津生等. 测绘学概论, 武汉大学出版社，2004二、课程设置的目的与意义系统而简明地介绍现代测绘学的基本内容、基础理论和最新技术发展，测绘学在国民经济和国防建设中地位和作用。
引领新生进入测绘科学的殿堂，让他们领会测绘学科的奥妙和乐趣，增强新生学习测绘学的兴趣；提高学生对测绘学科的整体认识，为通识教育夯实基础，为后续专业课程学习奠定知识基础。
三、课程基本要求系统全面地了解测绘学及其分支学科的主要内容及其之间的关系，测绘学科的发展历程，现代测绘的最新发展。
对大地测量与卫星定位导航技术、摄影测量与遥感技术、地图制图与地理信息系统、工程测量等学科内容的理论、方法技术、应用与发展有概略性的认识，为后续各门专业课程的学习奠定基础。
知识：了解掌握测绘学的基本概念、发展历程与发展方向能力：具备后续专业课程学习的基础素质：专业学习的途径、思维方式四、教学内容、重点难点及教学设计课程基本内容与要求第一章测绘学总论1.1 测绘学研究内容及其学科体系1.2 测绘学的科学地位与作用1.3 测绘学的现代发展教学要求：让学生对测绘学有一个基本了解。
第二章大地测量与卫星定位导航技术2.1 大地测量2.2 全球卫星导航定位系统2.3 工程测量概述教学要求：让学生基本了解大地测量和卫星定位导航技术。
第三章摄影测量与遥感3.1 摄影测量3.2 遥感科学与技术教学要求：让学生基本了解摄影测量与遥感技术。
第四章地图制图与地理信息工程4.1 地图学4.2 地理信息科学教学要求：使学生基本了解地图制图和地理信息系统基本知识。
（二）课程重点、难点课程重点：测绘学的经典理论与现代测绘学的理论、方法与技术课程难点：地球空间信息获取、存储、管理、分析与应用的技术与方法五、课程实践环节要求无六、考核方式与成绩评定。
GIS课程各章节知识点
第一章导论第一节：•主要内容：数据与信息、地理信息与地理信息系统•基本概念和知识点：数据、信息、地理信息、地理信息系统的概念、数据与信息联系、信息的特点第二节：•主要内容： GIS 的基本构成•基本概念和知识点： GIS 的基本构成：系统硬件（ GIS 主机、 GIS 外部设备、 GIS 的网络设备）、系统软件（ GIS 专业软件、数据库软件、系统管理软件）、空间数据、应用人员、应用模型第三节：1 ．主要内容： GIS 的基本功能、应用功能2 ．基本概念和知识点： GIS 常见的基本功能（数据采集与编辑、数据存储与管理、数据处理和变换、空间分析和统计、产品制作和显示、二次开发和编程）、应用功能（资源管理、区域规划、国土监测、辅助决策）第四节1 ．主要内容： GIS 的发展透视2 ．基本概念和知识点： GIS 发展概况3 ．问题与应用（能力要求）：理解 GIS 发展趋势（ GIS 已成为一门综合性技术、产业化的发展势头强劲、 GIS 网络化已构成当今社会的热点、地理信息科学的产生和发展）第二章 GIS 的数据结构第一节：1 ．主要内容：地理空间及其表达2 ．基本概念和知识点：地理空间的概念、空间实体的表达、我国三种大地坐标系3 ．问题与应用（能力要求）：在计算机中空间实体的表达第二节：1 ．主要内容：地理空间数据及其特征2 ．问题与应用（能力要求）：掌握 GIS 的空间数据的类型（地图数据、影像数据、地形数据、属性数据、元数据）及其基本特征（空间特征、属性特征、时间特征），理解空间数据的拓扑关系及其意义（拓扑邻接、拓扑关联、拓扑包含），掌握空间数据的计算机表达第三节：1 ．主要内容：空间数据结构的类型2 ．基本概念和知识点：矢量数据结构、栅格数据结构、TIN数据结构、游程编码结构3 ．问题与应用（能力要求）：掌握矢量数据结构的定义及其类型（简单数据结构、拓扑数据结构、曲面数据结构）、栅格数据结构的定义及其类型（直接编码、链式编码、块码、游程编码结构、四叉树结构），掌握矢量与栅格数据结构的比较第四节1 ．主要内容：空间数据结构的建立2 ．基本概念和知识点：空间数据结构建立的定义、空间数据编码3 ．问题与应用（能力要求）：空间数据结构建立基本过程、矢量数据、栅格数据的获取方法第三章空间数据的处理第一节：1 ．主要内容：空间数据的坐标变换2 ．基本概念和知识点：几何纠正、投影转换（正解变换、反解变换、数值变换）3 ．问题与应用（能力要求）：理解空间数据的几何纠正、投影转换的定义及其意义。
地理信息系统导论知识点总结
《地理信息系统导论》复习资料（要点）陈诗吉（编）《地理信息系统导论》复习资料（要点）第一章GIS概述第一节GIS概念一、数据、信息和地理信息1、数据（1）定义：数据是指某一目标定性、定量描述的原始资料，包括数字、文字、符号、图形、图像以及它们能转换成的数据等形式。
（2）数据项可以按目的组织成数据结构。
但数据的格式往往与计算机系统有关，并随载荷它的物理设备的形式而改变。
2、信息信息源自数据，信息是经过加工后的数据，它对接受者有用，对决策或行为有现实或潜在的价值。
目前，学术界对信息尚未形成一致的定义。
广义的认为，信息是物质运动状态和状态改变的方式，它通过数字、语音、图像、文本、图形等媒体形式来表现，它蕴含着事物相互间联系、发展趋势、过程规律等。
3、信息的基本属性包括客观性、传输性、共享性、适应性、等级性、可压缩性、扩散性、增殖性、转换性等。
信息最主要的特点：（1）客观性：任何信息都是与客观事实紧密相关的，这是信息正确性和精确度的保证。
（2）传输性：信息可以在信息发送者和接受者之间传输，既包括系统把有用信息送至终端设备（包括远程终端）和以一定的形式或格式提供给有关用户，也包括信息在系统内各个子系统之间的流转和交换。
（3）共享性：信息与实物不同，信息可以传输给多个用户，为多个用户共享，而其本身并无损失。
（4）适用性：可为决策提供支持。
4、信息与数据既有区别又有联系（1）信息是与物理介质有关的数据表达；数据中所包含的意义就是信息。
（2）数据是记录下来的某种可以识别的符号，具有多种多样的形式，也可以由一种数据形式转换为其他数据形式，但其中包含的信息的内容不会改变。
（3）数据是信息的载体，但并不就是信息。
只有理解了数据的含义，对数据做出解释，才能提取数据中所包含的信息。
（4）数据是原始事实，信息是数据处理的结果。
信息必须是有意义或有用的；使用的信息必须是完整、精确、相关和及时的。
（5）人的知识、经验作用到数据上，可以得到信息，而获得信息量的多少，与人原有的知识水平有关。
GIS第二章总结
GIS第二章总结第一节地理空间及其表达1.地理空间定义不同学科对“空间”（Space）概念的解释：物理学，空间是指宇宙在三个相互垂直方向上所具有的广延性；天文学，空间是指时/空连续体的一部分；地理学，地理空间（Geographic space）是指物质、能量、信息的存在形式在空间形态、结构过程、功能关系上的分布、格局及其在时间上的延续。
地理信息系统中的“地理空间”，一般包括地理空间定位框架及其所关联的空间对象。
2.地理空间定位框架即大地测量控制，由平面控制网和高程控制网组成GIS的任何空间数据都必须纳入一个统一的空间参照系中，以实现不同来源数据的融合、连接与统一；2.1定位坐标系：平面控制网直接建立在球体上的地理坐标，用经度和纬度表达地理对象位置投影：建立在平面上的直角坐标系统，用（x，y）表达地理对象位置不同地理空间模型之间的关系固体地球表面、大地水准面和椭球体模型之间的关系2.2定位坐标系：高程控制网3.地图投影定义：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）投影—为什么要进行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、面积等参数的量算地球椭球体为不可展曲面地图为平面，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（2）投影实质建立地球椭球面上经纬线网和平面上相应经纬线网的数学基础，也就是建立地球椭球面上的点的地理坐标（λ，φ）与平面上对应点的平面坐标（x，y）之间的函数关系：当给定不同的具体条件时，将得到不同类型的投影方式(3)投影变形将不可展的地球椭球面展开成平面，并且不能有断裂，则图形必将在某些地方被拉伸，某些地方被压缩，故投影变形是不可避免的。
长度变形、面积变形、角度变形（4）投影方法（5）投影分类（6）投影影响因素制图区域的地理位置、形状和范围制图比例尺地图内容出版方式(7)GIS中的地图投影GIS以地图方式显示地理信息。
GIS概论2_地理空间数学基础
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。
●上世纪70年代末建立新的80坐标系时，采 用IUGG（国际大地测量与地球物理联合会） 椭球体；
●1984年定义的世界大地坐标系（WGS84） 使用的椭球体长、短半径则分别为6378.137 和6356.7523，扁率为1：298.26。
定位坐标系：平面系统
直接建立在球体上的地理坐标，用 经度和纬度表达地理对象位置
高斯—克吕格投影（Gauss-Kruger Projection）
高斯－克吕格投影是由高斯于19世纪20年代拟定，后经克 吕格补充而形成的一种地图投影方式。在英美国家称为横轴墨 卡托投影
属于横轴等角切圆柱投影。这种投影是将椭圆柱 面套在地球椭球的外面，并与某一子午线相切（此子 午线叫中央子午线或中央经线），椭圆柱的中心轴通 过地球椭球的中心，然后用等角条件将中央子午线东 西两侧各一定经差范围内的地区投影到柱面上，并将 此柱面展成平面，即获得高斯投影
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。
坐标系
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。
分割3°带原则上与6°带相同，只是从东经1°30´（即 1.5°E）起，每隔3°带为1个投影带。
地图学课件第二章地球空间与数字测绘
地球空间信息及数据有空间、属性、时间3个基本特征(图2-1) 。
空间特征 描述事物或现象所在的空间位置以及空间相互关系， 又称几何特征和拓扑特征，前者可以根据地球空间坐标系定 义，如大地经纬度坐标与高程数据值；后者可以空间上的相 邻、相交、相离与包含等拓扑关系定义。
属性特征 描述事物或现象的性质和数量特征指标的非空间数据， 如事物或现象的类别、等级、数量、名称等。
由于受社会体制的制约，有些文本信息需要组织内部与其之间 的合作，有些信息具有一定的保密性，需有一定的使用权限。 ⑥统计信息
指包括社会、经济、自然等属性数据信息；统计信息的获取一 般需要随机取样的过程，其步骤为确定问题和搜集的数据类型、确 定样本数据的区域和实践、确定样本结构、指明样本单位、决定样 本大小、指明收集数据的样本方案和算法等；
第二章 地球空间与数字测绘
本章要点
重点讲述地球空间及空间信息的概念，空间数据基础知识， 地球体模型，地球空间参照系，空间尺度与地图比例尺，传统实 测成图法，传统编绘成图法，数字测量成图法，数字编绘成图法 等地图测绘成图的基本概念、内容、原理和方法。
基本概念
地球/地理空间，信息，数据，地球/地理空间信息，地球/地 理空间数据，地学信息可视化，地球空间信息科学，地球体模型， 自然球体，大地水准面，大地体，旋转椭球体，参考椭球体，正 球体；空间参照系，地理坐标系，大地坐标系，参心坐标系，地 心坐标系，“WGS-84”坐标系，高程系统，地理格网参照系， 地理时空坐标系；空间尺度，时间尺度，地图比例尺；地图设计， 地图编绘，地图制印；数字测绘，GPS测图，全站仪测图，数字 影像测图，数字编图，数字/电子出版。
袁勘省：大学地学类《地图学》课程通用教学大纲
2008年“大学地球科学课程论坛”交流论文：大学地学类各专业《地图学》课程通用教学大纲一、课程的基本属性课程编码：课程名称：地图学（cartography）课程类别：必修课课程学分： 4课程学时：72/54学时（按一学期18周，平均每周4或3节课分别计算）适用专业：地理、地质、测绘等学科“地图学与GIS”、“资源环境与城乡规划管理”等专业先修课程：高等数学、计算机操作（一般可安排在二年级第1学期上完数学和计算机课后再上好）使用教材：袁勘省主编.《现代地图学教程》.科学出版社.2007-12拟订人员：袁勘省，各学校任课教师可根据自己的实际情况和教学需要，进行必要的增删与修改。
二、课程的性质、地位、特点和培养目标地图学是地理学、测绘学、地质学“地图学与GIS”专业的专业基础课和地球科学、资源环境科学类其他相关专业的专业公共基础课，也是地学类各专业的一门通用的专业主干课，同时又是一门技能性较强的工具课，一般师范学校地理教育类专升本无条件开设GIS课的也开设了地图学课。
地图作为地学信息的载体及地理学的第二语言，它与地学类的其他专业课有着紧密的联系。
一些地理事物和地学现象的空间分布、质量和数量特征及其时空变化规律等，只有借助于地图才能表现得形象、清晰、准确和简捷。
所以，《地图学》课一般都安排在大学的低年纪开设，其主要特点是基础性和通用性，因而内容应该是基础理论知识、基本制图技能和地图分析应用应当并重，理工科专业学生可略侧重于理论和技术基础知识（因后续还有专业课），非专业学生可略侧重于制图和用图知识；而对地学教育类师范生则应主要侧重于地图分析和应用，理论与技术也要为分析应用服务的。
所以，地图学课程的内容根据教学对象应当是不同的。
但基本上通用的主要内容应为以下现代地图学的基本知识：包括现代地图与地图学基本概念、地球空间认知与地图数字测绘、地图投影及其判别与变换、地图符号与内容表达、地图概括与自动综合、数字制图与电子地图、遥感制图与数字地球、综合制图与地学信息图谱、地图分析与应用等最基本和基础的知识和内容。
- 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)。
1956年在青岛观象山设立了水准 原点（72.289m)，其他各控制点的绝对高程均是据此推算，称 为1956年黄海高程系。 1987年国家测绘局公布：启用《1985国家高程基准》取代 《黄海平均海水面》，其比《黄海平均海水面》上升29mm。 （72.260m)
四 、 我国大地坐标系统
1.我国大地控制网—水平控制网
水平控制网 : 按统一规范，由精确测定地 理坐标的地面点组成。 方法：三角测量或导线测量 精度等级：一等三角锁、二等三角网、三等 三角网、四等三角网四个等级。 布设原则：由高级到低级，由整体到局部， 步步有检核。
1.我国大地控制网—水平控制网
等级
一等三角锁 二等三角网 三等三角网 四等三角网
第二章
地球空间与数字 测绘
第二章 地球空间与数字测绘
地球体模型 地球空间参照系 空间尺度与地图比例尺 地图测绘成图方法
一、 自然球体与大地体
—— 为了了解地球的形状，让我们由远及 近地观察一下地球的自然表面。
一、 自然球体与大地体
从太空看地球: 地球是一个表面光滑、蓝色美丽的正球体。
来源：美国宇航局网站
S
主要椭球体描述参数与使用国家
我国常用几个椭球体
1952年前采用海福特椭球体 1953年起采用克拉索夫斯基椭球体 1978年起采用IUGG/IAG-75椭球体 1985年起采用WGS-84椭球
地球椭球体元素定义
地 轴：地球椭球旋转时所绕的短轴(NS)，它通过椭球中心O。 它和地球旋转轴重合，又称地轴。 子午面：包含旋转轴NS的任一平面。子午面有无数多个。 纬线 起始子午面：通过英国格林尼 治天文台的子午面 。 子午线：子午面与参考椭球面 的交线，亦称经线。 纬 线：垂直于旋转轴的任一平面 与参考椭球面的交线。 赤道平面：过参考椭球面中心且垂 起始子午面 直与旋转轴NS的平面
3.参考椭球体
地球形状确定后，还需确定大地水准面与椭球体面间的 相对关系，实现将以大地水准面为基础的测量结果换算 到数学的椭球体面上，满足计算和制图需要。 定义：在地球表面适当位置选择一点p，令p的铅垂
线和椭球面上相应P0点的法线重合，并使P0点椭球 面与其大地水准面相切，这里的P点就称为大地原 点，旋转后的椭球面成为参考椭球面，其包围的形 体称为参考椭球体。
大地地理坐标系
大地经度：过P点的子午面NPS与起始子午面NMS所构 N 成的二面角，用L表示。 大地纬度：过P点 的法线 Pn与赤道 面的夹角，用B表 示。
起始子午面 （首子午面） 赤道 平面 P M O n L
B
大地高：是空间点
沿该点法线到椭球 面的距离，向上为 正，向下为负。
大地经度L S 大地纬度B
天球坐标系
§2
地球空间参照系
与地球固连一起， 用于描述地面点的 空间位置
天文地理坐标 （λ，φ）
球面球面坐标 与基准线
坐标原点 与坐标轴 基准面
参心坐标
地球坐标系
大地地理坐标 （L，B）
地心坐标
球心 球心坐标
一、地理坐标系
地理坐标系是用地理经 纬度表示地面点位的球 面坐标系。 在大地测量学中，地理 坐标系又可分为： 天文地理坐标系 大地地理坐标系 地心地理坐标系
参考椭球体只和局部地区的大地体吻合的最好，不能反 映整个大地体的情况。 大地水准面和铅垂线是大地测量的基准面和基准线； 旋转椭球面和法线是内业计算和制图的基准面和基准 线。
大地原点
在大地原点P上实施精密的天文测量和高 程测量，由此得到该点的天文经 λ p ϕp 度 、天文纬度 、至某一相邻 点的天文方位角 H 正P 和正高 （该 P 点到大地水准面的距离），并令它们分 别等于该点的大地经度 、大地纬 BP LP AP 度 、大地方位角 和该点的大 HP 地高程 。
建国初期，为迅速开展我国测绘事业，鉴于当时实际，将我 国一等锁与原苏联远东一等锁相连接，然后以连接处呼玛、 吉拉宁、东宁基线网扩大边端点的原苏联1942年普尔科沃坐 标系的坐标为起算数据，平差我国东北及东部区一等锁，这 样传算过来的坐标系就定名为1954年北京坐标系，特点： a.属参心大地坐标系； b.采用克拉索夫斯基椭球的两个几何参数； c. 大地原点在原苏联的普尔科沃； d．采用多点定位法进行椭球定位； e．高程基准为 1956年青岛验潮站求出的黄海平均海水面； f．高程异常以原苏联 1955年大地水准面重新平差结果为起 算数据。按我国天文水准路线推算而得 。
陆地 高山 丘陵 海洋
2 大地水准面与大地体-地球物理表面
水准面设想有一 个自由平静的海水 面，向陆地延伸而形 成一个封闭的曲面， 我们把自由平静的海 水面称为水准面。 水准面是一个处 处与重力方向垂直的 连续曲面。如右图所 示。
1.2 大地水准面与大地体
完整的水准面是被海水 包围的封闭曲面 这样的水准面有无数个 其中最接近地球形状和 大小的是通过平均海水面 的那个水准面，这个唯一 而确定的水准面叫大地水 准面 它是测量的基准面。其 起伏微小，近似于椭球体
道平面的夹角称为P点的天文纬 度。在赤道以北为北纬，在赤道 以南为南纬，取值范围为。
海拔高（正高Hg）：为P点
到P点在大地水准面上的投影点 P‘的垂线距离。
大地地理坐标系
大地地理坐标又称大地坐标，是表示地面点在参 考椭球面上的位置 基准是法线和参考椭球面 用大地经度L、大地纬度B、大地高H表示地面点 在地球表面的位置。
我国大地坐标系
1953—1980年“1954年北京坐标系” 椭球体：克拉索夫斯基椭球体 坐标原点：苏联的普尔科沃 该坐标系与我国实际情况差异较大 1980年开始“1980国家大地坐标系”，也称 “1980西安坐标系” 椭球体：IUGG1975椭球体 坐标原点：我国中部的陕西省泾阳县永乐镇
1954年北京坐标系
参心坐标系
定义：以参考椭体面为基本参考面， 以大地原点为基本参考点，以参考椭 球中心为基本参考中心的大地坐标 系。 意义：处理局部区域数据变形小，满 足各个国家的大地测量和制图工作
地心坐标系
定义：以一个中心与地球质心重合、 旋转椭球体面与全球大地水准面最佳 密切吻合的地球椭球所建立的大地坐 标系或以地球质心为原点建立的空间 直角坐标系。 意义：人造地球卫星、远程导弹武器 的运动及表示地面发射站和跟踪站的 位置测量都需用地心坐标系
天文地理坐标系
天文地理坐标又称天文坐标，表示地面点在大地 水准面上的位置 基准是铅垂线和大地水准面， 用天文经度λ、天文纬度φ、海拔高表示地面点 在地球表面的位置。
天文地理坐标系
天文经度：观测点天顶子午面
与格林尼治天顶子午面间的两面 角。 在地球上定义为本初子午面与观 测点子午面之间的两面角。
天文纬度：过P点的铅垂线与赤
假定在重力作用下海水面静止 时的平均水面，并设想此面穿 过大陆与岛屿，连续扩展形成 处处与铅垂线成正交的闭合曲 面
大地水准面所包围的代表地球形状和大小的形体叫大地体
二、旋转椭球、正球体和参考椭球体
大地水准面是不规则曲面，不能用数学公式表述， 为满足测量成果计算和制图工作需要，寻找一个理 想的几何体代表地球的形状和大小。 该几何体必须满足两个条件： ① 形状接近地球自然形体； ② 可以用简单的数学公式表示。 从总体上看，大地体接近于一个具有微小偏率的旋 转椭球。
边长
20~25km 13km 8km 4km
分布密度
锁与锁间距200km 150km2有一控制点（1：10万，1：5 万》3点） 50km2有一控制点（1：5万2~3点） 20km2有一控制点（1：1万~2点）
分布方向
沿经纬线分布 在一等加密 在二等加密 在三等加密
2.我国大地控制网—高程控制网
高程控制网 : 按统一规范，由精确测定高程的地面点组成，以 水准测量或三角高程测量完成。依精度不同，分为四等。
地心地理坐标系
地心：地球椭球体的质量中心 地心经纬度：即以地球椭球体质量中心为基点，
地心经度同大地经度λ， 地心纬度是指参考椭球面 上某点和椭球中心连线与 赤道面之间的夹角φ 。
各种地理坐标系统比较
在大地经纬网上，各点的天文经纬度和大地经纬度不相同，不过 这种差异很小，在普通测量工作中可以忽略 大地测量学中，常采用天文地理坐标系；地图学中，以大地地理 坐标系更好 天文地理坐标系中，经纬度的地面等值线扭曲成非平面曲线；大 地地理坐标中，每条经纬线投影到平面上皆呈直线或平滑曲线 由于世界各国采用的大地原点和大地经纬网坐标值皆以本国规定 的参考椭球为基准，因而出现世界各国间的不一致性。为此，目 前世界各国的地理经度均采用天文经度。 小比例尺制图时，要求精度不高，将椭球体当成正球体看待，地 理坐标均采用地球表面的球面坐标，经纬度均采用地心经纬度。
三、 我国大地控制网
国家大地控制网
定义：在一个国家范围内的广大地面上，按一定 要求选定一系列的点，并使其依一定的几何图形 构成网状，在网中测量角度、边长和高差，然后 在一个统一坐标系统中算出这些点的精确位置， 这个网状的统一整体，称为国家大地控制网，简 称，大地网。 大地控制网中点为空间点，其点位确定方法： 两个水平坐标（地理坐标）、一个高程 国家大地控制网：水平控制网+高程控制网 前者确定平面位置，后者确定点的高程。
α
大地原点和大地起算数据
大地测量基准，也叫 大地测量起算数据
§2
地球空间参照系
空间参照系：测量与标定空间点位的一种 坐标系。 空间点位：地球表面的点位。 两种确定地球表面点位的空间坐标系： 固定在空间的天球坐标系； 固定在地球上的地球坐标系；
原点/坐标轴空间 指向不变，用于描 述星球的运动状态 和轨迹
天文地理坐标系与大地地理坐标系比较
项目 基本面、线 坐标面 坐标 天文坐标系 大地水准面、垂线 起始子午面，地球赤道面 λ：天文子午面间夹角 φ：垂线与赤道面的夹角 H正：沿垂线至大地水准面的距离 方位角 确定方法 α：子午面与包含照准点垂直面的夹角 不能经过推算求得 观测恒星独立获得 特点 依附水准面垂线 各点天文坐标独立 观测求得，定位精度低 大地坐标系 参考椭球面、法线 起始大地子午面、椭球赤道面 L：大地子午面间夹角 B：法线与赤道面夹角 H大：沿法线至椭球面距离 A：子午面与包含照准点法截面间的夹角 在椭球面上推算求得 观测地面点或卫星获得 依附椭球面法线 各点大地坐标相关 计算求得，定位精度高