第四讲 GIS的地理基础.ppt

第四章地理信息系统的地理基础 程承旗北京大学遥感所与GIS研究所 地理信息系统的地理基础 地理基础是地理信息数据表示格式与规范的重要组成部分 它主要包括统一的地图投影系统 统一的地理网格坐标系统以及统一的地理编码系统 统一的地图投影系统就是要为地理信息系统选择和设计一种或几种适用的地图投影系统和网格坐标系统 一 地图投影 地理坐标 地表空间实体的位置按严格的数学定义表达成地理坐标 球面坐标 或平面坐标 地理坐标以经度坐标 纬度坐标表示 见下图 地表的垂直和水平基准面 地表以最近似平均海平面的地球重力等势面作为高度为零的大地水准面 Geoid 以大地水准面为参考测量得到的高度H被用于地形制图 它是一种正射 视 高度 如果将大地水准面换成一个椭球面 人们也可以计算一个几何高度h或以椭球面为参考的高度 H h即是大地水准面和椭球面在基点的高度差 几何要素的量度 地球的形状与大小地球上的点位描述地图上的点位描述 地球的形状 地球体大地体椭球体 椭球的大小 长半径a 赤道半径 短半径b 极半径 扁率 a b a第一偏心率e2 a2 b2 a2第二偏心率e 2 a2 b2 b2 我国的椭球 海福特椭球体克拉索夫斯基椭球体IAG75椭球体 地面点的坐标系统 大地坐标系 地理坐标系高程系 我国的大地坐标系和高程系 1954年北京坐标系1980年国家大地坐标系1956年黄海高程系1985年国家高程基准 地图坐标系统 地理坐标系平面直角坐标系 用于绘制地图 平面极坐标系 用于地图投影计算 地图坐标系统的建立 由投影几何特征建立平面直角坐标系 自行规定坐标系 原点 横 纵轴 大中比例尺地形图坐标系 1 50万为高斯 克吕格投影 中央经线和赤道投影后互为垂直的直线 作为直角坐标轴 两种坐标网格 经纬网和公里网 地图投影的基本原理 一 地图投影的基本分类1 根据投影面及其与球面相关位置的分类2 根据投影变形性质的分类3 根据投影探求的方法的分类透视 几何投影 这类投影完全依据透视的原理 根据视点 物点与像点之间的几何关系来建立投影的方程 几何 解析投影 这类投影的特点是首先根据经纬线形状确定投影方程的基本形式 再根据给定的某种条件解析地推求出特定投影的具体方程 解析投影 解析投影事先并不人为确定经纬线的形状 其投影后的经纬线形状与投影方程的形式完全依据人们给出的条件逐步推求得到 4 根据投影方程特征的分类 地图投影的一般概念 地图投影 所谓地图投影就是建立地图平面上的点 x y 和地球表面上的点 之间的函数关系 一般通式为 根据投影面与球面相关位置的分类图 根据投影方程特征的分类图 地图投影的变形 长度变形面积变形角度变形 地图投影中不可避免地存在着变形 在建立一个投影时不仅要建立 x y 与 之间的关系 而且要研究投影变形的分布与大小 地图投影的变形主要体现在 地图投影变形的图解示例 摩尔维特投影 等积伪圆柱投影 地图投影变形的图解示例 UTM 横轴等角割圆柱投影 投影变形示意图 GIS中地图投影的设计与配置 一 地理信息系统与地图投影二 地理信息系统中地图投影设计与配置的一般原则 1 各国家的地理信息系统所采用的投影系统与该国的基本地图系列所用的投影系统一致 2 各比例尺的地理信息系统中的投影系统与其相应比例尺的主要信息源地图所用的投影一致 3 各地区的地理信息系统中的投影系统与其所在区域适用的投影系统一致 4 各种地理信息系统一般以一种或两种投影系统为其投影坐标系统 以保证地理定位框架的统一 统一的坐标系统是地理信息系统建立的基础 地理信息系统中地图投影配置的一般原则为 1 所配置的投影系统应与相应比例尺的国家基本图投影系统一致 2 系统一般地只考虑至多采用两种投影系统 一种服务于大比例尺的数据处理与输入输出 另一种服务于中小比例尺 3 所用投影以等角投影为宜 4 所用投影应能与网格坐标系统相适应 即所采用的网格系统在投影带中应保持完整 我国地理信息系统中常用的地图投影配置与计算 1 我国基本比例尺地形图 1 100万 1 50万 1 25万 1 10万 1 5万 1 2 5万 1 1万 1 5000万 除1 100万外均采用高斯 克吕格投影为地理基础 2 我国1 100万地形图采用了Lambert投影 其分幅原则与国际地理学会规定的全球统一使用的国际百万分之一地图投影保持一致 3 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 4 Lambert投影中 地球表面上两点间的最短距离表现为近于直线 这有利于地理信息系统中的空间分析和信息量度的正确实施 高斯 克吕格投影 高斯投影是一种横轴等角切椭圆柱投影 其条件为 1 中央经线和地球赤道投影成为直线且为投影的对称轴 2 等角投影 3 中央经线上没有长度变形 由公式可分析出高斯投影变形具有以下特点 1 中央经线上无变形2 同一条纬线上 离中央经线越远 变形越大 3 同一条经线上 纬度越低 变形越大 4 等变形线为平行于中央经线的直线 高斯 克吕格投影示意图 正轴圆锥投影 Lambert投影 正轴等角割圆锥投影 二 制图综合 制图综合的定义 制图综合是指在地图主题与用途 比例尺和制图区域地理特点等条件下 通过对地图内容的选取 概括和关系协调 建立起能反映区域地理规律和特点的新的地图模型的理论 方法和过程 制图综合的实质 在于用科学的选取与概括手段 在地图上正确 明显 深刻地反映制图区域的空间分布和变化规律 为何要进行制图综合 Generalization 主要解决在地图有限的范围内表现繁杂广阔的客观世界的矛盾 突出空间事物分布的规律性 使地图清晰易读 第一次制图综合的核心内容 分类分级系统的确立抽象 选取 符号化 基础空间要素的第二次制图综合主要内容 内容选取 质量 数量特征 图形概括 数据化简图形关系协调 专题空间要素的第二次制图综合主要内容 分类分级 质量 数量特征概括 合并符号化 单比例尺成图模式 多比例尺成图模式 制图综合的主要内容 1 要素的选取 全额 部分选取 化简同质合并异质合并 重新分类与符号化 制图综合的主要内容 2 图形转换夸大图形协调 移位 制图要素的选取过程 确定选取的分界尺度 质量 数量 图形尺寸 确定选取定额 地图的面积载负量 确定选取顺序要素的自动选取 制图综合方法 地理信息编码 三 地理信息编码的意义 定量信息可以被计算机直接识别 而定性信息必须首先 数字化 才能被计算机接受 它是通过采用一种编码方法将定性信息用 属性特征码 简称特征码 表示 这样就可以将定性属性信息输入计算机中 地理信息编码的意义 续 地理信息编码就是用数字或字符标记空间对象的属性 它既是标识空间对象的标志 组织和编排地理数据的媒介 又是存储和检索的标志 是不可缺少的空间数据的一个组成部分 地理特征码 简称属性码 或特征码 用来表示空间要素的类别 级别等分类特征或其它质量特征的数码或字符 地理信息编码方法 地理属性编码法图形属性编码方法 地理属性编码 将真实世界地理事物和现象的定性与定量信息结合起来 直接进行分类和分等定级 根据类别和等级赋予一定代码的方法称为地理属性编码 地理属性编码方法 树型分类结构编码法多维指标结构编码法 树型分类结构编码法 树型分类结构首先对现象进行分类分级 随着级别的层次不同 要用数位代码来表示一种空间实体属性 不同级别之间为从属关系或具有层次结构 这是一种常见的分类体系与编码方式 多维指标结构编码法 对于某种确定的空间现象的每个独立因子变量用一位代码表示 即每一位代码表示一种属性 码位之间是并列关系 构成二维表结构 建立多个独立变量之间的关系 模型 可推导出其它派生变量 图形属性编码 对空间事物和现象的类别与等级 按某种地图表现形式赋予一定代码 这种方法可称为图形属性编码 例如道路可用线型 宽度 颜色等参数值描述 属性信息编码原则 一致性系统性通用性和标准化可扩展性 编码的一致性 一致性指对象的专业名词 术语的定义必须严格保证概念的一致 对代码所定义的同一专业名词 术语必须是唯一的 编码的系统性 各种地理现象是地理系统的组成部分 彼此之间相互联系 相互影响 编码的系统性就是指在设置代码时要明确地反映出现象之间的固有关系 具有严密的逻辑性 层次性和关联性 编码的通用性和标准化 即要与国家已颁布的有关规范和标准一致