EGIS地学基础

地图投影：投影选择因素
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
对于世界地图，常用的主要是正圆柱、伪圆柱和多圆锥三类投影。当前国外有人主张， 世界地图最好采用圆柱和伪圆柱投影，因其纬线为平行直线，这对于研究地理现象的纬度 世界地图最好采用圆柱和伪圆柱投影 地带性是很好的。但缺点是在高纬度处变形太大，虽然可以用割圆柱（一般割于±30°纬线 世界地图中常用墨卡托投影绘制世界航线图、 上）投影加以改善，但仍不能令人满意。在世界地图中常用墨卡托投影绘制世界航线图、 世界地图中常用墨卡托投影绘制世界航线图 世界交通图与世界时区图，也有用任意圆柱投影绘制时区图的。等面积伪圆柱投影在面积 世界交通图与世界时区图，也有用任意圆柱投影绘制时区图的 上虽无变形，但高纬度地区角度变形较大。摩尔魏特投影和古德投影常用于绘制世界地图。 我国出版的世界地图多采用等差分纬线多圆锥投影，选用这个投影，对于表现中国形状以 及与四邻的对比关系较好，但投影的边缘地区变形较大。 对于半球地图，常分为东半球、西半球、南半球、北半球、水半球、陆半球地图。东、 半球地图， 半球地图 西半球图常选用横轴方位投影，南、北半球图常选用正轴方位投影，水、陆半球图一般选 用斜轴方位投影 斜轴方位投影，其投影中心分别为j 0=+45°、l 0=0°和j 0=-45°、l 0=180°。 斜轴方位投影 除了世界图和半球图外，区域范围最大的陆地有七大洲，其次是几个大的国家如苏联、 加拿大、中国、美国、巴西、澳大利亚等。其余的国家和地区只能算中等和小的范围。对 于这些区域范围的投影选择，须考虑它的轮廓形状和地理位置，最好是使等变形线与制图 区域的轮廓形状基本一致，以便减少图上变形。因此，圆形地区一般宜采用方位投影，在 圆形地区一般宜采用方位投影， 圆形地区一般宜采用方位投影 两极附近则采用正轴方位投影，以赤道为中心的地区采用横轴方位投影， 两极附近则采用正轴方位投影，以赤道为中心的地区采用横轴方位投影，在中纬度地区采 用斜轴方位投影。当制图区域是东西延伸而又在中纬度地区，一般多采用正轴圆锥投影， 用斜轴方位投影。当制图区域是东西延伸而又在中纬度地区，一般多采用正轴圆锥投影， 如中国、美国等。当制图区域在赤道附近，或沿赤道两侧东西延伸时，则宜采用正轴圆柱 投影，如印度尼西亚。当制图区域是沿南北方向延伸时，如南美洲的智利和阿根廷，一般 可采用横轴圆柱投影和多圆锥投影。对于任意方向延伸的地区，可选用斜轴圆柱投影。于 任意方向延伸的地区，可选用斜轴圆柱投影。
地球模型
水准面 铅垂线
地球可以用多种模型来表示， 对于地球表面上的任一给定点， 各个模型都可能给出一套不同 的坐标（如纬度，经度，海 拔）。最简单的模型是假定地 球是一个理想的球体。
地球表面 大地水准面
地球椭球体
坐标参考系统— 坐标参考系统—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 投 影
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； 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： 大比例尺：1：500—1：10万 中比例尺：1：10万—1：100万 小比例尺：〈1：100万 无级比例尺概念
河流特性分类与编码 通航情况 流水季节 河流长度 < 1 km： 1 < 2 km： 2 < 5 km： 3 < 10 km：4 > 10 km：5 河流宽度 <1 m ： 1 1 ~ 2 m： 2 2 ~ 5 m： 3 5 ~ 20 m： 4 20 ~ 50 m：5 >50m： 6 河流深度 5 ~ 10 m ： 1 10 ~ 20 m： 2 20 ~ 30 m： 3 30 ~ 60 m： 4 60 ~ 120 m： 5 120 ~300 m：6 300 ~500 m：7 >500m： 8 通航： 1 常年河：1 不通航：2 时令河：2 消失河：3
建立在平面上的直角坐标系统，用
（x，y）表达地理对象位置
坐标系统— 坐标系统—高程系统
A hAB H´A 任意水准面 HA 大地水准面 铅垂线 HB H´B
1956年9月4日，国务院批准试行《中华人民共和国大地测量法式(草案)》，首次 建立国家高程基准，称“1956年黄海高程系”，简称“黄海基面”，系以青岛验 潮站1950—1956年验潮资料算得的平均海面为零的高程系统。原点设在青岛市观 象山。该原点以“1956年黄海高程系”计算的高程为72．289米。 后经复查，发 现该高程系验潮资料过短，准确性较差，改用青岛验潮站1950-1979年的观测资 料重新推算，并命名为“1985年国家高程基准”。国家水准点设于青岛市观象山， 其高程为72.260米，作为我国高程测量的依据。它的高程是以“1985年国家高程 基准”所定的平均海水面为零点测算而得，“1956年黄海高程系”已废止。 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
中国土地利用分布图（不连续面）
空间对象：面（续）
不连续变化曲面，如土壤、 森林、草原、土地利用等， 属性变化发生在边界上，面 的内部是同质的。
连续变化曲面：如地形起 伏，整个曲面在空间上曲 率变化连续。
空间对象：体
• 有长、宽、高的目标 • 通常用来表示人工或自然的三维目标，如建筑、矿 体等三维目标
空间现象及Hale Waihona Puke Baidu表达
地图 空间数据 现实世界 特征 关系 行为 选择 抽象 综合 测量：位置 编码：属性 建立关系： 表达 遥感影像
观察
空间对象：类型
空间对象一般按地形维数进行归类划分 点：零维 线：一维 面：二维 体：三维 时间：通常以第四维表达，但目前GIS 时间：通常以第四维表达，但目前GIS 还很难处理时间属性。 空间对象的维数与比例尺是相关的
地图投影
为什么要进行投影？ 地图投影实质 投影变形 投影方法 投影选择所考虑的因素 我国常用的投影方法
地图投影：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
GIS地学基础
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
静止的水面称为水准面 水准面
大地水准面是由静止海水面并向大陆延伸所形成的不规则的封闭曲面。它是重力等 大地水准面是由静止海水面并向大陆延伸所形成的不规则的封闭曲面。它是重力等 位面，即物体沿该面运动时，重力不做功（如水在这个面上是不会流动的）。大地 水准面是描述地球形状的一个重要物理参考面，也是海拔高程系统的起算面。大地 水准面的确定是通过确定它与参考椭球面的间距--大地水准面差距（对于似大地水准 水准面的确定是通过确定它与参考椭球面的间距--大地水准面差距（对于似大地水准 面而言，则称为高程异常）来实现的。大地水准面和海拔高程等参数和概念在客观 世界中无处不在，在国民经济建设中起着重要的作用。 大地水准面包围的球体称为大地球体。大地球体的长半轴为6378.245公里，短半 大地水准面包围的球体称为大地球体。大地球体的长半轴为6378.245公里，短半 轴为6356.863公里。从大地水准面起算的陆地高度，称为绝对高度或海拔。 轴为6356.863公里。从大地水准面起算的陆地高度，称为绝对高度或海拔。
空间对象：编码
为什么要进行编码？较好地管理和利用地理信息,避免 较好地管理和利用地理信息,
工作上不必要的重复和保证各子系统之间相互兼容, 工作上不必要的重复和保证各子系统之间相互兼容,信息共享的重 要技术手段 。
编码对象：属性数据 编码方法： 层次分类编码 多源分类编码 编码标准化
空间对象：层次分类编码
地球椭球体又称“地球椭圆体”和“地球扁球体”。代表地球大小和形状的
数学曲面。以长半径和扁率表示。因它十分迫近于椭球体，故通常以参考椭 球体表示地球椭球体的形状和大小。椭圆绕其短轴旋转所成的形体，并近似 于地球大地水准面。大地水准面的形状即用相对于参考椭球体的偏离来表示。 通常所说地球的形状和大小，实际上就是以参考椭球体的半长径、半短径和 扁率来表示。1975年国际大地测量与地球物理联合会推荐的数据为：半长径 6378140米，半短径6356755米，扁率1∶298.257。
地图投影：投影实质
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 的点的地理坐标（ ，φ）与平面上对应点的平 ）与平面上对应点的平 面坐标（x ）之间的函数关系： 面坐标（ ，y）之间的函数关系：
x = y = f1 (λ ,ϕ ) f
香港理工大学 校园建筑
空间对象：描述要素
编码：区别不同的实体，包括分类码和识别码。分类 码 表识空间对象的类别，而识别码对每个空间对象进 行表识，是唯一的。 位置：坐标形式给出空间对象的空间位置 类型：空间对象所属的实体类型，或有那些实体组成 行为：空间对象所具备的行为和功能 属性：空间对象所对应的非几何信息 说明：实体数据来源、精度等 关系：与其他实体之间的关系
地图投影：GIS中地图投影 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 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 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 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。 GIS中，地理数据的显示可根据用户的需要而指定 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。
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 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： 50万、1 25万、1 10万、1 万、1 2.5万、1:1万、1：5000采用高斯—克吕格 2.5万、1:1万、1 5000采用高斯— 投影。
分类对象的从属和层次关系 有明确的分类对象类别和严格的隶属关系
管线:7
电力线71
地下电力线 与电缆72
管线73
地下检修井74
高压711
低压712
电杆713
电塔714
电线架715
依比例7141
不依比例7142
空间对象：多源分类编码
按空间对象不同特性进行分类并进编码 代码之间没有隶属关系，反映对象特性 具有较大的信息量，有利于空间分析
2
(λ ,ϕ )
当给定不同的具体条件时，将得到不同类型 的投影方式。
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
地图投影：投影方法
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 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
空间对象：点
• 有位置，无宽度和长度； • 抽象的点
美国佛罗里达洲地震监测站2002年9月该洲 可能的500个地震位置
空间对象：线
• 有长度，但无宽度和高度 • 用来描述线状实体，通常在网络分析中使用较多 • 度量实体距离
香港城市道路网分布
空间对象：面
• 具有长和宽的目标 • 通常用来表示自然或人工的封闭多边形 • 一般分为连续面和不连续面