第2章空间信息基础
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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
第2章空间信息基础
地图投影：GIS中地图投影
GIS以地图方式显示地理信息，而地图是平面，地 理信息则在地球椭球上，因此地图投影在GIS中不 可缺少。
GIS数据库中地理数据以地理坐标存储时，则以地 图为数据源的空间数据必须通过投影变换转换成 地理坐标；而输出或显示时，则要将地理坐标表 示的空间数据通过投影变换变换成指定投影的平 面坐标。
地图投影(Map Projections)
将地理坐标（经纬度）从球面空间转换成平面空 间的直角坐标的数学方法。 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
第2（章空x间，信息基y础）表达地理对象位置
投影坐标系
又称平面直角坐标系 建立在某种特定的地图投影基础上 2维笛卡尔坐标 (x, y)
GIS中，地理数据的显示可根据用户的需要而指定 投影方式，但当所显示的地图与国家基本地图系 列的比例尺一致时，一般采用国家基本系列地图 所用的投影。
第2章空间信息基础
地图投影：我国常用地图投影
1：100万：兰勃投影（正轴等积割圆锥投影） 大部分分省图、大多数同级比例尺也采用
兰勃投影 1：50万、1：25万、1：10万、1：5万、1：
投影面： 横圆柱投影：投影面为横圆柱 圆锥投影：投影面为圆锥 方位投影：投影面为平面
投影面位置： 正轴投影：投影面中心轴与地轴相互重合 斜轴投影：投影面中心轴与地轴斜向相交 横轴投影：投影面中心轴与地轴相互垂直
相切投影：投影面与椭球体相切 相割投影：投影面与椭球体相割
第2章空间信息基础
地图投影：投影选择因素
地图投影：为什么要进行投影
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
地图是2维的：以x, y坐标表示 地球表面是3维的：以纬度和经度表示 怎样实现3维向2维的的转变?
第2章空间信息基础
椭球体模型：为了测量成果计算的需要，选用一个同大地体相近的、
可以用数学方法来表达的旋转椭球来代替地球——三轴椭球体。
c
b
a
第2章空间信息基础
地球的近似
地球并不是规则的圆球 椭球 (ellipsoid) 长半轴 ( a ) 短半轴 ( b ) 扁率 ( f )
( a-b )/a
地理坐标
第2章空间信息基础
地图投影：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：
x f1(,) y f2 (,) 当给定不同的具体条件时，将得到不同类型 的投影方式。
第2章空间信息基础
地理信息系统中的空间常用地理空间表述，一般包括地理空 间定位框架及其所连接的特征实体。
地理空间定位框架即大地测量控制，有平面控制网和高程控 制网构成，为所有地理数据的坐标位置提供了一个通用参考 系。
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。
第2章空间信息基础
制图区域较大时，地图投影比较复杂，地图上长度因地点和方向的 不同而有所变化，这种地图比例尺一般是指在地图投影时，对地球半 径缩小的比率， 称为主比例尺。地图经过投影后，体现在图上只有个 别点线没有长度变形，也就是说，只有在这些长度没有变形的点或线 上，才可用地图上注明的比例尺 我国地图比例尺分级系统：
地图投影：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
第2章空间信息基础
地图投影：投影分类
变形分类： 等角投影：投影前后角度不变 等面积投影：投影前后面积不变； 任意投影：角度、面积、长度均变形
其他坐标系：1954北京坐标系
第2章空间信息基础
地理空间坐标系
地理坐标系是以地理 极(北极、南极)为极 点。
通过A点作椭球面的 垂线，称之为过A点 的法线。
法线与赤道面的交角， 叫做A点的纬度ψ。
过A点的子午面与通 过英国格林尼治天文 台的子午面所夹的二 面角，叫做A点的经 度λ。
第2章空间信息基础
2.5万、1:1万、1：5000采用高斯—克吕格投 影。
第2章空间信息基础
地图比例尺
地图比例尺反映了制图区域和地图的比例关系 纸质地图：内容、概括程度、数据精度等
GIS：数据精度 比例尺的含义：
制图区域较小，采用各方面变形都较小的地图投影，图上各处的比 例是一致的，故此时比例尺的含义是图上长度与相应地面长度的比 例；
第二章 空间信息基础
第2章空间信息基础
第一节 GIS的地学基础
地球模型 坐标参考系统 地图投影 地图比例尺 地理数据特征 地图对地理现象表达 遥感影像对地理现象表达
第2章空间信息基础
地理信息系统中的空间
地理空间(geo-spatial)：物质、能量、信息的存在形式在形态、
结构过程、功能关系上的分布方式和格局及其在时间上的延 续，具体包括地球上大气圈、水圈、生物圈、岩石圈和土壤 圈交互作用的区域。
地球表面几何模型的建立
最自然的面：包括海洋底部、高山、高原在内的固体地球表面，起
伏不定，难以用一个简洁的数学式描述。
大地水准面：假设一个当海水处于完全静止的平衡状态时从海平面
延伸到所有大陆下部，而与地球重力方向处处正交的一个连续、闭 合的水准面。但地球的重力方向处处不同，处处与重力方向垂直的 大地水准面不可能是十分规则的表面，且不能用简单的数学公式来 表达，因此，大地水准面不能作为测量成果的计算面。
第2章空间信息基础
水准面
地球模型
铅垂线
地球表面 大地水准面
来自百度文库
地球椭球体
第2章空间信息基础
国家大地坐标系(1980)
基准面(datum) ：IUGG75椭球(spheroid)
a = 6378140m b = 6356755m f = 1/298.257
坐标原点：西安原点，设在陕西省泾阳县 永乐镇
第2章空间信息基础
地图投影：GIS中地图投影
GIS以地图方式显示地理信息，而地图是平面，地 理信息则在地球椭球上，因此地图投影在GIS中不 可缺少。
GIS数据库中地理数据以地理坐标存储时，则以地 图为数据源的空间数据必须通过投影变换转换成 地理坐标；而输出或显示时，则要将地理坐标表 示的空间数据通过投影变换变换成指定投影的平 面坐标。
地图投影(Map Projections)
将地理坐标（经纬度）从球面空间转换成平面空 间的直角坐标的数学方法。 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
第2（章空x间，信息基y础）表达地理对象位置
投影坐标系
又称平面直角坐标系 建立在某种特定的地图投影基础上 2维笛卡尔坐标 (x, y)
GIS中，地理数据的显示可根据用户的需要而指定 投影方式，但当所显示的地图与国家基本地图系 列的比例尺一致时，一般采用国家基本系列地图 所用的投影。
第2章空间信息基础
地图投影：我国常用地图投影
1：100万：兰勃投影（正轴等积割圆锥投影） 大部分分省图、大多数同级比例尺也采用
兰勃投影 1：50万、1：25万、1：10万、1：5万、1：
投影面： 横圆柱投影：投影面为横圆柱 圆锥投影：投影面为圆锥 方位投影：投影面为平面
投影面位置： 正轴投影：投影面中心轴与地轴相互重合 斜轴投影：投影面中心轴与地轴斜向相交 横轴投影：投影面中心轴与地轴相互垂直
相切投影：投影面与椭球体相切 相割投影：投影面与椭球体相割
第2章空间信息基础
地图投影：投影选择因素
地图投影：为什么要进行投影
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
地图是2维的：以x, y坐标表示 地球表面是3维的：以纬度和经度表示 怎样实现3维向2维的的转变?
第2章空间信息基础
椭球体模型：为了测量成果计算的需要，选用一个同大地体相近的、
可以用数学方法来表达的旋转椭球来代替地球——三轴椭球体。
c
b
a
第2章空间信息基础
地球的近似
地球并不是规则的圆球 椭球 (ellipsoid) 长半轴 ( a ) 短半轴 ( b ) 扁率 ( f )
( a-b )/a
地理坐标
第2章空间信息基础
地图投影：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：
x f1(,) y f2 (,) 当给定不同的具体条件时，将得到不同类型 的投影方式。
第2章空间信息基础
地理信息系统中的空间常用地理空间表述，一般包括地理空 间定位框架及其所连接的特征实体。
地理空间定位框架即大地测量控制，有平面控制网和高程控 制网构成，为所有地理数据的坐标位置提供了一个通用参考 系。
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。
第2章空间信息基础
制图区域较大时，地图投影比较复杂，地图上长度因地点和方向的 不同而有所变化，这种地图比例尺一般是指在地图投影时，对地球半 径缩小的比率， 称为主比例尺。地图经过投影后，体现在图上只有个 别点线没有长度变形，也就是说，只有在这些长度没有变形的点或线 上，才可用地图上注明的比例尺 我国地图比例尺分级系统：
地图投影：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
第2章空间信息基础
地图投影：投影分类
变形分类： 等角投影：投影前后角度不变 等面积投影：投影前后面积不变； 任意投影：角度、面积、长度均变形
其他坐标系：1954北京坐标系
第2章空间信息基础
地理空间坐标系
地理坐标系是以地理 极(北极、南极)为极 点。
通过A点作椭球面的 垂线，称之为过A点 的法线。
法线与赤道面的交角， 叫做A点的纬度ψ。
过A点的子午面与通 过英国格林尼治天文 台的子午面所夹的二 面角，叫做A点的经 度λ。
第2章空间信息基础
2.5万、1:1万、1：5000采用高斯—克吕格投 影。
第2章空间信息基础
地图比例尺
地图比例尺反映了制图区域和地图的比例关系 纸质地图：内容、概括程度、数据精度等
GIS：数据精度 比例尺的含义：
制图区域较小，采用各方面变形都较小的地图投影，图上各处的比 例是一致的，故此时比例尺的含义是图上长度与相应地面长度的比 例；
第二章 空间信息基础
第2章空间信息基础
第一节 GIS的地学基础
地球模型 坐标参考系统 地图投影 地图比例尺 地理数据特征 地图对地理现象表达 遥感影像对地理现象表达
第2章空间信息基础
地理信息系统中的空间
地理空间(geo-spatial)：物质、能量、信息的存在形式在形态、
结构过程、功能关系上的分布方式和格局及其在时间上的延 续，具体包括地球上大气圈、水圈、生物圈、岩石圈和土壤 圈交互作用的区域。
地球表面几何模型的建立
最自然的面：包括海洋底部、高山、高原在内的固体地球表面，起
伏不定，难以用一个简洁的数学式描述。
大地水准面：假设一个当海水处于完全静止的平衡状态时从海平面
延伸到所有大陆下部，而与地球重力方向处处正交的一个连续、闭 合的水准面。但地球的重力方向处处不同，处处与重力方向垂直的 大地水准面不可能是十分规则的表面，且不能用简单的数学公式来 表达，因此，大地水准面不能作为测量成果的计算面。
第2章空间信息基础
水准面
地球模型
铅垂线
地球表面 大地水准面
来自百度文库
地球椭球体
第2章空间信息基础
国家大地坐标系(1980)
基准面(datum) ：IUGG75椭球(spheroid)
a = 6378140m b = 6356755m f = 1/298.257
坐标原点：西安原点，设在陕西省泾阳县 永乐镇