地图学课件 地图投影

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我国1:1万至1:50万的地形图全部采用高斯-克吕格投影。1:2.5万至1:50 万的地形图,采用6°分带方案,全球共分为60个投影带;我国位于东经72° 到136°间,共含11个投影带;1:1万比例尺图采用3°分带方案,全球共120 个带。
高斯—克吕格投影(Gauss-Kruger Projection)---投影分带
经投影后地图上所产生的长度变形、角度 变形和面积变形是相互联系相互影响的:等积与 等角互斥;任意投影不能等角和等积;等积投影 角度变形大,等角投影面积变形大。
1.5、地图投影——地图投影的分类
1.5、地图投影——地图投影的分类
从投影面类型划分为:圆锥、圆柱、平面(方位 投影)
平面
圆柱
圆锥
从投影面与地球位臵关系划分为:正轴、横轴、 斜轴,切、割
进行空间操作和空间分析的基本前提 虽然由于地球表面形态发生了变化,但在一定的空间范 围内却提供了很好的近似,可以帮助人们对地理空间建立一 个良好的视觉感,进行各种量算以及进一步的空间数据处理 和分析。
1.1、地图投影 —— 意义
地图精度的基本要求
随着GIS不断普及,应用层次多样化、应用人员复杂化, 很多人因为不懂投影,而一筹莫展;而一部分人在似懂非 懂中,不管什么来源的数据,只管数字化建库或者强行配 准迭加。 关于数据精度只注意数字化和编辑过程中的偶然误差 和外围设备的系统误差,而忽视了地图投影的所产生的变 形误差。 其后果是:显示或输出的图形文件发生变形或扭曲, 有些变形在视觉上不易直接观察。这一方面严重影响到地 图的精度,属性数据空间顺序和空间联系分析结果的准确 性;另一方面严重的影响到GPS的应用效果。
Map projection: Distortions
Map projection always causes distortion on distance, direction, scale and area Distance distortion Area distortion Direction distortion
经线为椭圆弧的等积伪圆柱投影, 1.经线为对称于中央直经线的椭圆,赤道长度是 中央经线的2倍;纬线为间隔相等的平行直线,每条纬 线上经线间隔相等。 2.Δλ=±90°的经线投影成一个圆,面积等于地 球面积一半。由德国摩尔威特于1805年设计。 40°44 ′11.8 ″ 投影特点:
P = 1 无面积变形 S90 = Searth / 2 赤道长度= 中央经线 × 2
方法:假设将地球按比例缩小成一个透明的地球仪般的球 体,在球心、球面、或球外安置一个光源,将地球仪上的经纬 线、控制点、地物及地貌图形投影到球外的一个平面或可展曲 面上,即成为地图。
透视投影示意图
方位和圆柱投影
球心正轴方位投影的几何做图法
1)几何投影分类
根据几何面形状,分为: (1)方位投影:以平面 作为投影面 相 割
切、割圆柱投影变形 正轴圆柱投影示意图
3)圆锥投影: 以圆锥面作为投影面,
最后将圆锥面展为平面而成 。
相 割
相 切 正轴 斜轴 横轴
正轴圆锥投影: 纬线为同心圆弧,经线为同心圆弧的 半径,经线间的夹角与相应的经差成正 比。
正轴切圆锥投影示意图
圆锥投影变形规律图
据上述,投影不同经纬线网形状不同。
高斯—克吕格投影(Gauss-Kruger Projection)---投影分带
分割条带号规定:从0°子午线开始分6°经度为一带,东半球东经3° 、9°、15°…177°分别是1、2、3…30条6°带的中央子午线,然后继续 自西向东旋转,每转6°增加带号1。 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。
伪圆柱投影(桑逊投影)
经线为对称于中经(直线)的正弦曲线;
纬线为等距平行线,
伪圆柱投影
等积
(1)、桑逊投影
投影特性: 1.等积(P=1); 2.所有纬线无长度变形(n=1); 3.中央经线保持等长(m=1)。 4.该投影离中经愈远、纬度愈高变形愈大。 适于:沿赤道或中央经线伸展的地区。
⑵ 摩尔威特(Mollweide)投影
1.2、地图投影——投影概念
投影概念 投影指的是在两个点集之间建立一一映射关系。 数学表达:空间任意点A与一固定点S的连线AS( 包括其延长线)被某面P所截,直线AS与该截面P的 交点a叫做空间点A在截面P上的投影。截面P称作投 影面,交点a称作投影点,直线AS称作投影线,S点 称作投影中心。
多圆锥投影示意图
等差分纬线多圆锥投影
1.经线对称于中央直经线,离中央 经线愈远,经线间隔成等差比例递减 ; 2.纬线投影为对称于赤道的同轴圆 弧,其圆心位于中经上; 3.极点表示为圆。其长度为赤道投 影长度的二分之一。 它是任意投影。我国的世界地图 多采用该投影。 我国位于地图中接近中央的位置, 形状比较正确。
cos
伪方位投影
其 它 投 影 简 介
经纬线形状: 1.纬线为同心圆 圆弧; 2.中央经线为直 线,其它经线为对称 于中央直经线的曲线 。 因纬线相当于方 位投影,而经线又不 同于方位投影,故称 之。
伪方位投影经纬线图
伪圆柱投影
伪圆柱投影
纬线为平行直线,中央经线为直线, 其余的经线均为对称于中央经线的曲线
第二节 世界常用地图投影
第二节 我国常用地图投影
在开始GIS应用之前搞清所采用的地图投影非常重要。原因:
存在投影变形,或是形状、面积、方向 不同的投影有不同的变形 某种投影决定了它适宜某种应用。
比例尺表明了地图数据的详细(精确)程度,因此不 同比例尺地图往往需要采用不同的地图投影方式。
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。 方法: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 强调:为了保证地图的精度,采用分带投影方法将投影范围的东西界 加以限制,使其变形不超过一定的限度,这样把许多带结合起来,可成为 整个区域的投影
Map projection: Concept
1.4、地图投影——地图投影的变形
用地图投影的方法将球面展开为平面,虽然可以 保持地域上的联系和完整性,但它们与球面上的经 纬度网线形状并不一致。即投影后,地图上的经纬 度网线发生了变形,同样根据地理坐标展绘在地图 上的各种要素,也必然随着变形。
1.4、地图投影——地图投影的变形
地图投影变形的图解示例
(摩尔维特投影-等积伪圆柱投影)
长度变形
角度变形
地图投影变形的图解示例
(UTM-横轴等角割圆柱投影)
面积变形和长度变形
投影变形示意图
1.4、地图投影——地图投影的变形
地图投影的变形示意
1.5、地图投影——地图投影的分类
按变形性质分类: 等角投影:角度变形为零。 等积投影:面积变形为零。 任意投影:长度、角度和面 积都存在变形。
不借助于几何面,根据某些条件,用 数学解析法,确定球面与平面之间点与点的 函数关系。
以正轴等角圆锥投影为例
投影后经纬线特点: 1.纬线为同心圆弧, 2.经线为同心圆弧的半径, 3.两条经线间的夹角δ与球面相应经差 △λ成正比。 δ=αλ,式中α为圆锥系数。
=f( )
x s - cos y sin
第三章 地图投影及其选择与变换
第一节 第二节 第三节 第四节 地图投影 常用地图投影 地图投影的选择 地图的分幅和编号
第一节、地图投影
地图
地图是按一定的法则,以二维形式在平面上表示地理空间 中的要素信息的图形或图像,包括位臵及其上的特征。地图具 有严格的数学基础、符号系统、文字注记等
由于地图本身的尺寸与其描述的地理空间范围之 间是不同的,因此,通常说地图具有某种比例尺。所 谓地图比例尺,指的是地图上的距离与地面上相应距 离之比。 比例尺分类
大比例尺:大于和等于1:10万的地图 中比例尺:大于1:100万和小于1:10万的地图 小比例尺: 1:100万和更小比例的地图
1.1、地图投影 —— 意义
地图制图的基本要求
地球椭面是曲面,但地图是平面,需要用一定的数学方法把 大地坐标系转化为某投影面上的平面直角坐标系。GIS用各种平面 坐标系统去描绘地球,而每种平面坐标均基于特殊的地图投影。地 图投影之后的结果记录是以地图作为保存形式的 。地图投影的使用 保证了空间信息从地理坐标变换为平面坐标后能够保持在地域上的 联系和完整性。
4、地图投影——投影概念
a b S c P’ 说明: P

C B A E ●
投影面P不一定是平面
点A与投影面P不必须是在S的两侧
● 在特殊情况下投影中心S点允许在 无穷远处
1.3、地图投影——实现的形象描述
投影原理:设想的地球是透明体,在球心有一 点光源S(投影中心),向四周辐射投影射线,通 过球表面(各点 A、B、C、D……)射到可展面( 投影面)上,得到投影点a、b、c……,然后再将 投影面展开铺平,又将其比例尺缩小到可见程度 ,从而制成地图。
高斯—克吕格投影(Gauss-Kruger Projection)
高斯投影特征: 中央经线和赤道投影为互相垂直的直线,且为投影的对称轴 投影后无角度变形 中央经线无长度变形 同一条经线上,纬度越低,变形越大,赤道处最大同一条纬线上,离中 央经线越远,变形越大; 在6°带范围内,长度变形线最大不超过0.14%
1.5、地图投影——地图投影的分类
关于地图投影的几点结论:
实现等角、等面积、等距离同时做到的投影不 存在 投影方式有多种多样,一个国家或地区依据自 己所处在的经纬度、幅员大小以及图件用途选择 投影方式 在大于 1 : 10 万的大比例尺图件中,各种投影 带来的误差可以忽略。
1)几何投影:建立在透视的几何原 理上,它是把椭球面直接透视到平面上, 或透视到可展开的曲面上,成为有几何意 义的投影。
相 切
正轴 横轴 斜轴
正轴的经纬线形状称为标准网。 纬线为同心圆,经线为同心圆的半径,经线 间的夹角等于相应的经度差。
正轴
无穷远
横轴
斜轴
球外处
方位投影的几种情况
正轴方位投影的变形规律
2)圆柱投影:
以圆柱面作为投影面,最 后将圆柱面展为平面而成。
相 割
相 切
正轴
斜轴
横轴
纬线为一组不等距 平行线,经线为与纬 线垂直、且间隔相等 的平行直线。
S90 = Searth / 2
常用于编制世界地图
及东、西半球地图
伪圆柱投影
等积
ห้องสมุดไป่ตู้
伪圆锥投影
1.纬线为同心 圆弧; 2.中央经线为 直线; 3.其余经线为 对称于中央 经线的曲线 。
伪圆锥投影
(等积)彭纳投影
亚 洲 部 分
用于编制中、小比例尺较大地区的地图 (如亚洲与欧洲地图)。
多圆锥投影
1.纬线为同轴圆弧 其圆心均位于中 央经线上; 2.中央经线为直线 , 3.其余经线均为对 称于中央经线的 曲线。
在高斯克吕格投影上,规定以
中央经线为X轴,赤道为Y轴,两轴
的交点为坐标原点。 X坐标值在赤道以北为正,以南 为负;Y坐标值在中央经线以东为正, 以西为负。我国在北半球,X坐标皆 为正值。Y坐标在中央经线以西为负 值,运用起来很不方便。为了避免Y 坐标出现负值,通常将各带的坐标 纵轴西移500公里,即将所有Y值都 加500公里。
反映的是变形分布的差异,为了使地图上尽
量减少变形,通常按照制图区域的范围、所 在的地理位臵及轮廓形状选用不同的投影方 法。
几何透视法是一种最初级的投影方法 ,它不能将全球都投影下来;多数情况下不
能用此法构建经纬网图形。当前绝大多数地
图投影都采用数学分析法。
2)非几何投影(数学分析法)
为了使地图满足某些特定要求,地图 投影就得跳出借助于几何面构成投影的局限 性,而建立按数学条件构成的投影。
这种变形使得地理要素的几何特性受到破坏: 长度变形:地球仪上,纬线长度不等; 同一纬线上,经差相同,纬线长度相同; 同一经线上,纬差相同而经线长度不同; 所有经线长度相等。 面积变形:地球仪上,同一纬度带内, 经差相同的网格面积相等;同一经度带内, 纬度越高,面积越小。 角度变形:地球仪上,经线与纬线处处 呈直角相交。
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