第4讲GIS的地理基础

1、l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。参参考考书书目目胡胡友友元元等等，计计算算机机地地图图制制图图，测测绘绘出出版版社社，1 19 98 87 7年年；A A. .H H. .罗罗宾宾逊逊等等，地地图图学学原原理理（第第5 5版版），测测绘绘出出版版社社，1 19 98 89 9年年；张张文文中中等等，微微机机地地理理制制图图，高高教教出出版版社社，1 19 99 90 0年年；徐徐庆庆荣荣等等，计计算算机机地

2、地图图制制图图原原理理，武武汉汉测测绘绘科科技技大大学学出出版版社社，1 19 99 93 3年年；. .l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l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。l地球的形状与大小地球的形状与大小l地球上的点位描述地球上的点位描述l地图上的点位描述地图上的点

3、位描述l地球体地球体l大地体大地体l椭球体椭球体l长半径长半径 a a（赤道半径）（赤道半径）l短半径短半径 b b（极半径）（极半径）l扁扁 率率 =(a-b)/a=(a-b)/al第一偏心率第一偏心率 e e2 2=(a=(a2 2- - b b2 2)/ a)/ a2 2l第二偏心率第二偏心率 ee2 2=(a=(a2 2- - b b2 2)/ b)/ b2 2 海福特椭球体海福特椭球体 克拉索夫斯基椭球体克拉索夫斯基椭球体 IAG75IAG75椭球体椭球体 大地坐标系大地坐标系/ /地理坐标系地理坐标系 高程系高程系 19541954年北京坐标系年北京坐标系 19801980年国家大

4、地坐标系年国家大地坐标系 19561956年黄海高程系年黄海高程系 19851985年国家高程基准年国家高程基准 地理坐标系地理坐标系 平面直角坐标系平面直角坐标系( (用于绘制地图用于绘制地图) ) 平面极坐标系平面极坐标系( (用于地图投影计算用于地图投影计算) ) 由投影几何特征建立平面直角坐由投影几何特征建立平面直角坐标系标系; ; 自行规定坐标系自行规定坐标系( (原点原点/ /横、纵横、纵轴轴).).1 1：5050万为万为高斯克吕格投影；高斯克吕格投影；中央经线和赤道投影后互为垂直的中央经线和赤道投影后互为垂直的直线，作为直角坐标轴；直线，作为直角坐标轴；两种坐标网格：经纬网和公

5、里网两种坐标网格：经纬网和公里网l一、地图投影的基本分类l1、根据投影面及其与球面相关位置的分类l2、根据投影变形性质的分类l3、根据投影探求的方法的分类l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。l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。l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。l4、根据投影方程特征的分类l所谓地图投影就是建立地图平面上的点所谓地图投影就是建立地图平面上

6、的点（x,y)x,y)和地球表面上的点和地球表面上的点( ( , , ) )之间的函数之间的函数关系。一般通式为：关系。一般通式为：),(),(21fyfx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l长度变形长度变形l面积变形面积变形l角度变形角度变形地图投影中不可避免地存在着变形，在建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（立一个投影时不仅要建立（x,y)x,y)与与( ( , , ) )之之间的关系，而且要研究投影变形的分布与大间的关系，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：小。地图投影的变形主要体现在：长度变形角度变形面积变形和长度变

7、形投影变形示意图l一、地理信息系统与地图投影l二、地理信息系统中地图投影设计与配l 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 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，

8、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。l1）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；l2）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；l3）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；l4）Lambert投影中，地球表面上两点间的最短

9、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：l1）中央经线上无变形l2）同一条纬线上，离中央经线越远，变形越大；l3）同一条经线上，纬度越低，变形越大；l4）等变形线为平行于中央经线的直线。lLambert投影（正轴等角割圆锥投影）。制图综合是指在地图主题与用途、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，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

10、关系协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、方法和过程的新的地图模型的理论、方法和过程. .在于用科学的选取与概括手段，在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。域的空间分布和变化规律。l主要解决在地图有限的范围内表现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；繁杂广阔的客观世界的矛盾；l突出空间事物分布的规律性；突出空间事物分布的规律性；l使地图清晰易读。使地图清晰易读。l分类分级系统的确立分类分级系统的确立l抽象

11、（选取）抽象（选取）l符号化符号化l内容选取内容选取（质量（质量/ /数量特征）数量特征）l图形概括图形概括/ /数据化简数据化简l图形关系协调图形关系协调l分类分级分类分级( (质量质量/ /数量特征概括数量特征概括) )l合并合并l符号化符号化1:51:5万万1:101:10万万1:11:1万万1:201:20万万地图地图地图地图地图地图地图地图源数据源数据更新数据更新数据主数据库主数据库地图地图地图地图地图地图地图地图源数据源数据更新数据更新数据制图综合制图综合l要素的选取要素的选取( (全额全额/ /部分部分选取选取) )l化简化简l同质合并同质合并l异质合并异质合并( (重新分类与符

12、号化重新分类与符号化) )l图形转换图形转换l夸大夸大l图形协调图形协调( (移位移位) )l确定选取的分界尺度确定选取的分界尺度( (质量质量/ /数量数量/ /图形尺寸图形尺寸) )l确定选取定额确定选取定额( (地图的面积载负量地图的面积载负量) )l确定选取顺序确定选取顺序l要素的自动选取要素的自动选取制图综合方法制图综合方法三、三、l定量信息可以被计算机直接识别，而定量信息可以被计算机直接识别，而定性信息必须首先定性信息必须首先“数字化数字化”才能被计才能被计算机接受，它是通过采用一种编码方法算机接受，它是通过采用一种编码方法将定性信息用将定性信息用“属性特征码属性特征码”（简称特（

13、简称特征码）表示，这样就可以将定性属性信征码）表示，这样就可以将定性属性信息输入计算机中。息输入计算机中。l地理信息编码就是用数字或字符标记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，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。空间数据的一个组成部分。l简称属性码，或特征码。用来简称属性码，或特征码。用来表示空间要素的类别、级别等分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类特征或其它质量特征的数码或字符。字符

14、。l地理属性编码法地理属性编码法l图形属性编码方法图形属性编码方法将真实世界地理事物和现象的定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。代码的方法称为地理属性编码。l树型分类结构编码法树型分类结构编码法l多维指标结构编码法多维指标结构编码法l树型分类结构首先对现象进行分类分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。不同级别之间来表示一种空间实体属性。不同级别之间

15、为从属关系或具有层次结构。这是一种常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。见的分类体系与编码方式。l对于某种确定的空间现象的每个独立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，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），可推导出其它派生间的关系（模型），可推导出其它派生变量。变量。对空间事物和现象的类别与等级，按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，这种方某种地图表现形式赋予一定代

16、码，这种方法可称为图形属性编码。例如道路可用线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。型、宽度、颜色等参数值描述。 一致性一致性 系统性系统性 通用性和标准化通用性和标准化 可扩展性可扩展性一致性指对象的专业名词、术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，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、术语对代码所定义的同一专业名词、术语必须是唯一的。必须是唯一的。各种地理现象是地理系统的组成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。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，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。具有严密的逻辑性、层次性和关联性。即要与国家已颁布的有关规范和即要与国家已颁布的有关规范和标准一致，直接引用或参照标准。这标准一致，直接引用或参照标准。这样便于数据共享和交换，为数据的通样便于数据共享和交换，为数据的通用性创造条件。用性创造条件。代码