城市建设3S(RS、GIS、GPS)技术-空间信息技术基础

第二章

空间信息技术基础

第二章空间信息息技术基基础1、本章学学习目的的通过本章章学习，，了解、、掌握地地球形态态、空间间与时间间参考系系统、空空间直角角人材系系统转换换和地图图投影等等基本理理论2、本章学学习内容容地球形态态空间与时时间参考考系统空间直角角坐标系系转换地图投影影与地形形图的分分幅与编编号大气构造造第一节地球形态态地球形态态铅垂线：：地理空间间中任意意一点的的重力作作用线。。水准面：：自由静止止的水面面。大地水准准面：：与平均海海水面重重合，并并向大陆陆、岛屿屿延伸所所形成的的封闭曲曲面由于大地地体表面面仍然是是具有微微小起伏伏的不规规则曲面面，无法法用数学学公式来来描述，，地理空空间中的的各种要要素，也也无法通通过数学学方法在在大地体体表面进进行表达达与处理理。由此，在在地球科科学领域域，用一一个与大大地的形形状、大大小最为为接近、、拟合最最好、且且能用数数学函数数表示的的椭球体体来代表表大地体体。由图2．1可以看出出，地理理空间任任意一点点的铅垂垂线与通通过该点点的地球球椭球面面法线，，一般不不重合，，它们之之间的差差值称为为垂线偏差差。参考椭球球体地球椭球球体是可可以用数数学公式式表示的的椭圆绕绕其短轴轴旋转而而成。地球椭球球体面（（地球椭椭球体表表面）虽虽然整体体上与大大地水准准面（大大地体表表面）拟拟合最佳佳，但不不同地区区的大地地水准面面到地球球椭球面面的距离离不同，，该距离离的大小小，直接接影响地地理空间间要素素，归算算到地球球椭球面面上的精精确度，，因此，，不同的国国家和地地区，根根据不同同时期的的观测资资料，建建立了与与本区域域大地水水准面拟拟合最佳佳的地球球椭球体体。第一节地球形态态参考椭球球体是建立空空间参考考系统的的基础。。我国常用用坐标系系及其参参考椭球球体如下下表：第一节地球形态态在GPS中，美美国使用用1984年IUGG第十七七届大会会推荐椭椭球参数数建立了了GPS专用的的WGS-84坐标系系统。时间椭球体坐标系1952年以前采用海福特(Hayford)椭球体1953年起前苏联建立的克拉索夫斯基椭球1954年北京坐标系20世纪70年代末1975年IUGG第十六届大会推荐椭球参数1980年国家大地坐标系参考椭球球的点线线面参考椭球球短轴为为椭球旋旋转轴，，一般与与地球旋旋转轴重重合(或者平行行)。旋转轴轴与椭球球面有两两个交点点，位于于北端的的交点称称为北极极点，用用N表示；位位于南端端的交点点称为南南极点，，用S表示。通通过椭球球中心O且垂直于于椭球旋旋转轴NS的平面为为赤道面面．赤道道面与椭椭球表面面的交线线为赤道道。包含含椭球旋旋转轴的的平面称称为子午午面，子子午面与与椭球表表面的交交线称为为子午线线。第一节地球形态态GPS、RS、GIS研究与处处理的对对象，位位于地理理空间，，包括地地表面、、地表层层，也包包括大气气层与太太空。空空间信息息技术涉涉及空间间对象在在地理空空间的位位置、各各种要素素在地理理空间的的分布。。确定位位置与分分布，需需要建立立相应的的空间参参考系统统。1、GPS、RS涉及到人人造卫星星，而卫卫星的运运动轨迹迹与地球球的自转转无关，，通常建建立与地地球自转转无关的的天球坐标标系来描述；；位于地地表层、、地面、、大气层层的物体体与对象象，随地地球的连连续自转转而同步步运动，，一般建建立随地地球自转转而同步步运动的的地球坐标标系来描述；；第二节空空间与与时间参参考系统统第二节空空间与与时间参参考系统统2、地面要要素的表表达，二维平平面空间间比二维维球面空空间更为为方便，，一般用用平面坐坐标系描描述；3、利用GPS确定目标标的空间间位置，其基本本观测量量是时间间的函数数，需要要建立时时间参考考系统。。一、天球球坐标系系黄道面：：地球绕地地轴(地球旋转转轴)自转，同同时绕太太阳公转转，地球球绕太阳阳公转的的平面如如果果假定地地球在空空间的位位置是静静止不变变的，相相对于地地球质心心而言，，也可认认为太阳阳在黄道道面内绕绕地球质质心运动动，太阳阳绕地球球的运动动，称为为视运动动，亦与与地球的的自转无无关。1、天球直直角坐标标系2、天球球球面坐标标系第二节空空间与与时间参参考系统统为描述卫卫星空间间位置简简单起见见，设地地球质心心位于地地轴上，，且假定定地球质质心与地地轴在宇宇宙空间间的位置置静止不不动，则则称以O为球心，，半径无无穷大的的球为天天球。地地轴无限限延伸与与天球交交于天北北极点PN、天南极极点Ps。PN与Ps的连线称称为天轴轴，它与与地轴重重合。过过天球球球心O且垂直于于天轴的的平面称称为天球球赤道面面，它与与天球相相交的大大圆称为为天球赤赤道。黄黄道面与与天球相相交的大大圆称为为黄道，，黄道与与赤道交交于春分分点(γ)与秋分点点。第二节空空间与与时间参参考系统统注：无论论是地球球的自转转，还是是太阳绕绕地球的的视运动动(地球绕太太阳公转转)，其天轴轴、天球球赤道、、春分点点之间的的相对关关系固定定不变。。1、天球直直角坐标标系以地球质质心O为原点，，O点至天北北极PN的方向为为Z轴，O点至春分分点y的方向为为X轴，由X轴、y轴、Z轴按右手手坐标系系法则，，在天球球赤道面面内定义义出y轴。O-XYZ空间直角角坐标系系称为地心天球球直角坐坐标系，，简称天天球直角角坐标系。天体S的空间位位置，由由天球直直角坐标标(X、y、Z)来描述。第二节空空间与与时间参参考系统统2、天球球球面坐标标系天体S的空间位位置，又又可由天天球球面面坐标(λ，ψ，γ)来描述。。其中，，λ为S所在天球球子午面面与天球球基准子子午面之之间的夹夹角，称称为赤径径；ψ为O点至S的向径与与赤道面面的夹角角，称为为赤纬；；r为地球质质心至S的径向长长度。第二节空空间与与时间参参考系统统天球直角角坐标系系与天球球球面坐坐标系，，合称为为天球坐坐标系。。由于地球球不是均均质标准准椭球体体，以及及日、月月等对地地球的引引力作用用，使得得地球的的旋转轴轴(地轴)产生抖动动与进动动，即地地轴(天球直角角坐标系系Z轴)的方向不不是固定定不变的的。再者者，日、、月和恒恒星引力力对地球球绕日运运动的摄摄动，使使得黄道道平面产产生变化化；再加加上地轴轴方向变变化使得得与地轴轴垂直的的赤道面面产生倾倾斜，导导致黄道道与赤道道相交的的春分点点也发生生变化。。地轴方向向与春分分点的变变化是十十分复杂杂的，一一般分为为长期变变化(称为岁差差)和短周期期变化(称为章动动)。岁差与章章动使得得天轴坐标标系不是是固定的的，实际计算算中，需需要考虑虑岁差与与章动的的影响。。第二节空空间与与时间参参考系统统二、地球球坐标系系由天球坐坐标系定定义可知知，地球球上的任任一固定定点在天天球坐标标系中的的坐标，，将随地地球的自自转而连连续改变变。为了了使用上上方便，，必须建建立与地地球固定定，随地地球同频频转动的的坐标系系，即地地球坐标标系。地球坐标标系也分分为地球球直角坐坐标系和和地球球球面坐标标系。在卫星星大地测测量中，，通常把把地球球球面坐标标系称为为大地坐坐标系。。第二节空空间与与时间参参考系统统1、地球直直角坐标标系：原点O与地球质质心重合合，Z轴指向地地球北极极(地球旋转转轴与地地球表面面或地球球椭球面面的交点点)，X轴为O点指向过过英国格格林尼治治的起始始子午面面与地球球椭球赤赤道的交交点E，y轴垂直于于XOZ平面且X、y、Z轴构成右右手坐标标系。第二节空空间与与时间参参考系统统2、大地坐坐标系：：大地坐标标系的球球面是长长半径为为a、短半径径为b的椭圆绕绕短轴旋旋转后所所形成的的椭球面面。椭球球球心与与地球直直角坐标标系原点点O(地球质心心)重合，短短轴与地地球直角角坐标系系Z轴(地球旋转转轴)重合。包包含椭球球中心且且垂直于于短轴的的平面称称为地球球赤道面面，包含含椭球短短轴的平平面称为为椭球子子午面，，通过格格林尼治治天文台台的椭球球子午面面定义为为起始子子午面。。第二节空空间与与时间参参考系统统2、大地坐坐标系：：第二节空空间与与时间参参考系统统地理空间间P点的位置置，用大大地坐标标(L，B，H)表示。L为过P点的椭球球子午面面与起始始子午面面之间的的夹角，，称为大地经度度；B为过P点的地球球椭球面面法线与与地球赤赤道面的的夹角，，称为大地纬度度；H为P点沿P点椭球面面法线方方向至椭椭球面的的距离，，称为大地高程程。三、WGS--84坐标系和和我国国国家大地地坐标系系大地体(大地水准准面所包包围的形形体)是不规则则的、近近似于梨梨形的形形体，相相对于能能用数学学公式表表达的地地球椭球球体而言言，不同同地理位位置的大大地体，，其凸凹凹程度存存在较大大差异。。为了满满足不同同用途和和保证各各区域定定位精度度和使用用上的方方便，地地球坐标标系有公公用的坐坐标系，，也有各各个国家家或地区区建立地地球坐标标系。第二节空空间与与时间参参考系统统第二节空空间与与时间参参考系统统三、WGS--84坐标系和和我国国国家大地地坐标系系1)WGS-84坐标系WGS--84((WorldGeodeticSystem)坐标系是是美国国国防部测测量局从从20世纪60年代开始始建设，，分别建建有WGS--60、WGS--66、WGS--72。经过不不断地改改进，于1984年启用WGS--84，GPS使用WGS--84。由于GPS在世界各各个国家家、各个个领域广广泛应用用，WGS--84顺理成章章地成为为了全球球公用的的地球坐坐标系。2)我国国家家大地坐坐标系我国目前前使用的的国家大大地坐标标系有两两个：1954年北京坐坐标系(简称BJ54)和1980年国家大大地坐标标系(简称GDZ80)..(a)1954年北京坐坐标系我国1949年建国后后，由于于历史条条件限制制，没有有建立椭椭球的足足够资料料，暂时时采用了了克拉索索夫斯基基椭球参参数，并并与前苏苏联1942年大地坐坐标系进进行联测测、计算算，建立立了我国国的大地地坐标系系，命名名为1954年北京坐坐标系。。第二节空空间与与时间参参考系统统第二节空空间与与时间参参考系统统由于BJ54的椭球参参数和大大地原点点实际上上是前苏苏联的1942年坐标系系，随着着测绘理理论与技技术的不不断发展展、完善善和我国国区域内内测绘成成果的实实际验证证，发现现BJ54系统存在在诸多缺缺陷（如在我国国东部地地区最大大相差达达68米；椭球球短轴指指向不明明确；几几何大地地测量与与物理大大地测量量的参考考面不统统一等问问题）。(a)1954年北京京坐标系系2)我国国国家大大地坐标标系(b)1980年国家大大地坐标标系定义：直角坐坐标系原原点为参参考椭球球中心(不在地球球质心)，Z轴(椭球短轴轴方向)平行于地地球自转转轴(地球质心心指向地地极原点点JYDl968.0的方向)，起始子子午面平平行于格格林尼治治平均天天文台子子午面。。X轴位于起起始子午午面内，，且与Z轴垂直，，指向大大地零经经度方向向，X轴、y轴与Z轴构成右右手坐标标系，椭椭球参数数采用1975年IUGG第十六届届年会的的推荐值值。第二节空空间与与时间参参考系统统四、站心心坐标系系在GPS定位中，，通常采采用以地面观测测站为坐标原原点的站站心坐标标，来描描述卫星星与测站站之间的的方位角角、高度度角和距距离，以以便确定定观测方方案时了了解卫星星在天空空中的分分布状况况。站心坐标标系分为站心地平平直角坐坐标系和站心地平平极坐标标系。第二节空空间与与时间参参考系统统1、站心地地平直角角坐标系系O点是地球球椭球(以下简称称椭球)中心，O-XYZ为地球坐坐标系。。在GPS中，O-XYZ一般指WGS--84坐标系。。P为地面观观测站，，S为空间卫卫星。定定义为为：过P点的椭球球面法线线为z轴，指向向P点天顶方方向为正正；垂直直于Z轴且由P点指向椭椭球旋转转轴的方方向为x轴，指向向北方为为正；X轴、Y轴与z轴构成左左手坐标标系。第二节空空间与与时间参参考系统统xPy平面为过过测站P点且垂直直于P点天顶方方向的地地平面，，故以测测站中心心为原点点的直角角坐标系系P-xyz，称为站站心地平平直角坐坐标系。。其x轴指向地地平北方方向，Y轴指向地地平东方方向，z轴指向测测站天顶顶方向。。2、站心地地平极坐坐标系站心地平平极坐标标系定义义：设xPy平面为基基准面，，P点为极点点，Px轴为极轴轴，zPx平面顺时时针量至至zPS平面的夹夹角称为为方位角角，用A表示，取取值O~；PS直线与xPy平面之间间的夹角角，称为为高度角角，用h表示，由由xPy平面起算算，取值值O~；P点至S点的距离离，用r表示。由由于基准准面xPy为地平面面，则称称P-Ahr为站心地地平极坐坐标系.第二节空空间与与时间参参考系统统五、平面坐标标系与高高程1、平面坐标标系地面点的的空间位位置，可可以用空空间直角角坐标或或用大地地坐标与与大地高高表示。。在实际应用中中，地面面点、地地表要素素，更多多的是用用平面直直角坐标标与正高高(高程)表示。国家平面面直角坐坐标系地方平面面直角坐坐标系假定平面面直角坐坐标系。。第二节空空间与与时间参参考系统统2、高程绝对高程程：地面面点沿铅铅垂线至至大地水水准面的的距离，，亦称为为海拔。。假定定高程：：以某假假定水准准面作为为起算面面，则地地面点沿沿铅垂线线至假定定水准面面的距离离，亦称称为相对对高程。。第二节空空间与与时间参参考系统统HA、HB分别是A、B两点的绝绝对高程程，HA’,HB’是A、B两点的相相对高程程。通过过联测一一点A(或其他点点)，求出A点绝对高高程HA和假定高高程HA’，即可获获得假定定水准面面与大地地水准面面之间的的高差△△H，其他各各点通过过△H，便可进进行绝对对高程与与假定高高程的换换算。表示地面面点的高高程，在在大地坐坐标系中中，使用用大地高高，大地高是地面点点沿参考考椭球面面法线至至参考椭椭球面的的距离。。如图2-10，设A点绝对高高程为HA，A点在大地地坐标系系里的大大地高为为H大地高，，由于大大地水准准面与参参考椭球球面不重重合，它它们之间间的距离离称为高程异常常，用ξ表示，则则有：ξ=H大地高-HA第二节空空间与与时间参参考系统统六、时间间系统利用GPS定位与导导航，需需要获得得若干颗颗卫星的的空间位位置以及及该位置置上卫星星至目标标的距离离。实际际上，卫卫星的位位置并不不是静止止不动的的，它以以约3.9km／s的速度在在轨道道上高高速运动动。不同的时时刻，卫卫星的位位置不同同，卫星星位置是是时间的的函数。。再者，卫卫星至目目标的距距离，是是依据卫卫星在某某一位置置上发射射信号的的时刻与与目标点点的接收收机收到到同一信信号的时时刻之间间的时间间差，再再乘以信信号的传传播速度度而间接接得到的的。第二节空空间与与时间参参考系统统第二节空空间与与时间参参考系统统六、时间间系统根据卫星星的运动动速度和和信号的的传播速速度，可可以证明明，如果果要使卫卫星的位位置误差差小于1cm，其测定定时间的的精度应应达到2.6×10-6s；如果要要求测定定距离的的精度也也小于1cm，信号传传播的时时间误差差应小于于3.0×10-11s。由此可可见，时时间系统统对于GPS的定位与与导航，，具有特特别重要要的作用用。(1)基本时间间系统1)恒星时2)平太阳时时3)世界时4)国际原子子时5)协调世界界时(2)GPS时间系统统第二节空空间与与时间参参考系统统1)恒星时以春分点点为参考考点，根根据春分分点的周周日视运运动所确确定的时时间，称称为恒星星时。地地球自转转时，春春分点连连续两次次经过本本地子午午圈的时时间间隔隔定为一一个恒星星日，等等分为24个恒星时时。恒星星时具有有地方性性，亦称称为地方方恒星时时。第二节空空间与与时间参参考系统统第二节空空间与与时间参参考系统统2)平太阳时时由于地球球绕太阳阳公转的的轨道是是一个椭椭圆，根根据天体体运动的的开普勒勒定律可可知，真真太阳的的视运动动速度是是变化的的。为了了弥补真真太阳的的这一变变化缺陷陷，设想想存在一一个假太太阳存在在，它以以真太阳阳周年运运动的平平均速度度，在天天球赤道道上作周周年视运运动，且且周期与与真太阳阳相同，，称这个个假太阳阳为平太太阳，以以平太阳阳为参考考点，根根据平太太阳的周周日视运运动所确确定的时时间，称称为平太太阳时。。与恒星时时类似，，平太阳阳连续两两次经过过本地子子午圈的的时间间间隔为一一个平太太阳日，，等分为为24个平太阳阳时，某某地某一一时刻的的平太阳阳时，在在数值上上等于本本地子午午圈相对对于平太太阳的时时角。同同一时刻刻不同点点的平太太阳时不不同，平平太阳时时也具有有地方性性，亦称称为地方方平太阳阳时或地地方平时时。3)世界时以平子夜夜为零时时起算的的格林尼尼治平太太阳时，，称为世世界时，，世界时时以地球球自转轴轴为基础础。世界界时与平平太阳时时尺度相相同，但但起算点点与格林林尼治平平太阳时时起算点点相差12h。若以GMST表示格林林尼治的的平太阳阳时，则则世界时时UT为：UT=GMST+12h4)国际原子子时原子时是是利用原原子钟所所建立的的时间系系统。原原子时采采用国际际制秒(SI))。国际时时间局从从1977年开始，，根据全全球精选选出的不不同地点点约一百百台原子子钟，经经高精度度时间对对比和数数据处理理后推算算出的一一个时间间系统，，称为国国际原子子时第二节空空间与与时间参参考系统统5)协调世界界时为了利用用原子时时的优点点，同时时又满足足对世界界时的实实际应用用需要，，国际无无线电科科技协会会和国际际天文学学会建立立了一个个两者兼兼而有之之的时间间系统。。即，以原子时时的国际际制秒(SI))为基础，，用正负负闰秒的的方法保保持与世世界时相相差在一一秒以内内的一种种时间，，这种时时间称为为协调世世界时。。协调世界界时的秒秒长严格格等于原原子时的的秒长，，即使用用国际制制秒。目目前几乎乎所有国国家发布布的时号号，均以以UTC为标准。。第二节空空间与与时间参参考系统统(2)GPS时间系统统利用GPS定位与导导航，其其卫星在在太空的的瞬时位位置，卫卫星信号号的发射射、传播播和接收收，都依依赖于时时间，为为此，GPS建立了自自己的专专用时间间系统。。这个时间间系统简简称为GPST(GPS时：GPSTime)，它由GPS主控站的的高精度度原子钟钟守时与与授时。。第二节空空间与与时间参参考系统统(2)GPS时间系统统GPST使用原子子时系统统，它的的秒长等等于原子子时秒长长，原点点与1980年1月6日零时时时刻的协协调世界界时(UTC)相同，而而与该同同一时刻刻的原子子时相差差19s，此时，，协调世世界时已已累计闰闰19s。GPST启动后不不跳秒，，保持时时间的连连续性。。GPST与UTC的整秒差差以及秒秒以下的的差异，，通过时时间服务务部门定定期公布布。在利利用GPST进行时间间校对时时，需注注意其与与UTC的整秒差差n.第二节空空间与与时间参参考系统统1天球直角角坐标系系与地球球直角坐坐标系之之间的转转换

第三节空空间直直角坐标标系转换换由天球直直角坐标标系O-XYZ与地球直直角坐标标系o-xyz的定义可可知，两两坐标系系的原点点均位于于地球质质心O，O-XYZ的Z轴和o-xyz的z轴均为地地球旋转转轴，O-XYZ的X、Y轴所在平平面XOY((天球赤道道面)与O-xyz的x、y轴所在平平面xoy(地球赤道道面)重合，均均为过地地球质心心且垂直直于地球球旋转轴轴的平面面。设O-XYZ中的X轴与o-xyz的x轴之间的的夹角为为GAST，由恒星星时的定定义可知知，GASI等于格林林尼治的的恒星时时角，是是时间的的函数.坐标转换换时，只只需将O-XYZ坐标系绕绕o-xyz坐标系的的z轴旋转GAST角即可2不同地球球直角坐坐标系之之间的转转换目前世界界上各国国所使用用的地球球直角坐坐标系，，与全球球的统一一地球直直角坐标标系，在在原点位位置、三三个轴的的方向上上，立的的直角坐坐标系为为1954年北京坐坐标系(BJ54)和1980年国家大大地坐标标系(GDZ80))，它们属属于三个个不同的的地球坐坐标系，，且BJ54与GDZ80属于两个个不同参参心(参考椭球球中心)的地球坐坐标系.地球直角角坐标系系之间的的转换，，包括地地心直角角坐标与与参心直直角坐标标，不同同的两参参心直角角坐标之之间的转转换。对于我国国，主要要WGS--84与BJ54或GDZ80之间的转转换和BJ54与GDZ80之间相互互转换等等.进行不同同的地球球直角坐坐标系之之间转换换，关键键是建立立两个坐坐标系之之间转换换的数学学模型。。第三节空空间直直角坐标标系转换换由于球面面的不可可展示性性，为了了用平面面坐标来来表示球球面上目目标的空空间位置置，必须须进行球球面坐标标到平面面坐标的的转换，，这就是是地图的的投影变变换。地球曲面面转换成成地图平平面，不不仅仅存存在着比比例尺变变换，而而且还存存在着投投影转换换的问题题。将椭球面面上各点点的大地地坐标，，按着一一定的数数学法则则，变换换为平面面上相应应点的平平面直角角坐标，，称之为为地图投影影。地图投投影的方方法很多多，我国主要要采用高高斯—克吕格投投影。第四节地地图投投影与地地形图的的分幅与与编号地图投影影的实质质是建立立球面和和平面之之间的函函数关系系，使球球面上的的点对应应到平面面上或可可展示的的平面上上，其转换换的数学学函数是是：X=f1((，）；Y=f2((，）其中（X，Y）是平面面直角坐坐标；(，）是地球球表面的的地理坐坐标。转换解算算方法主主要可归归为正解解变换和和反解变变换正解变换换：一般般地把由由地理坐坐标求出出地图平平面直角角坐标的的形式称称为正算算式，称称正解变变换，也也称直接接变换法法。反解变换换：把由由地图直直角坐标标求出地地理坐标标的形式式称为反反算式，，称反解解变换，，也称间间接变换换法。。第四节地地图投投影与地地形图的的分幅与与编号一、地图图投影的的种类地球表面面经投影影变换后后其角度度、面积积、形状状、距离离会产生生某种变变形，变变形虽不不可避免免，但可可以控制制，也就就是可以以使某一一种变形形为零，，也可以以使各种种变形减减少到最最小程度度，产生生了各种种不同的的投影变变换。1、按变形形的性质质分等角角投影，，等积投投影，等等距投影影；2、按展开开方式分分方位投投影、圆圆柱投影影、圆锥锥投影；；3、按投影影面与地地球相割割或相切切分割投投影和切切投影。。总之，地地图的投投影变换换是空间间数据处处理的重重要内容容之一第四节地地图投投影与地地形图的的分幅与与编号投影面和和球面的的关系第四节地地图投投影与地地形图的的分幅与与编号几种投影影方式展展开图方位投影展开图圆锥投影展开图圆柱投影展开图第四节地地图投投影与地地形图的的分幅与与编号第四节地地图投投影与地地形图的的分幅与与编号二、GIS中地图投投影的选选择随区域经经纬度不不同、地地图比例例尺不同同、及地地图用途途不同，，地图投投影方法法也不同同，现有有地图投投影方法法共有200多种。但但常用的的也就20多种。1、选择的的投影系系统应与与国家基基本图（（基本比比例尺地地形图、、基本省省区图或或国家大大地图集集）投影影系统一一致；2、系统一一般采用用两种投投影系统统；一种服务务于大比比例尺的的数据处处理与输输入输出出；一种服务务于中小小比例尺尺的数据据处理与与输入输输出；第四节地地图投投影与地地形图的的分幅与与编号3、所用投影影应能与与网格坐坐标系统统相适应应，即所所采用的的网格系系统在投投影带中中应保持持完整。GIS投影为例例：加拿大：：>=1:50万——采用UTM（墨卡托托投影））<1::50万——采用Lambert（兰勃勃特）;美国国：>=1:50万——采用UTM;;<1::50万——采用州平平面坐标标系统(以高斯投投影和Lambert投影为主主，局部部地区采采用HOM投影)；中国国：>=1:50万——采用高斯斯投影；；<1::50万——采用Lambert（兰勃勃特）。。第四节地地图投投影与地地形图的的分幅与与编号三、我国国的地图图投影（一）我我国常用用的地图图投影1、我国基基本比例例尺地形形图(>100万)，采用高高斯—克吕格投投影（横横轴等角角切圆柱柱投影））；2、我国1：100万地形图图采用了了Lambert(兰勃特)投影（正正轴等角角割圆锥锥投影））；3、我国大大部分省省区地图图以及大大多数这这一比例例尺的地地图也多多采用Lambert投影和属属于同一一投影系系统的Alberts(阿尔伯斯斯)投影（正正轴等面面积割圆圆锥投影影）；总之，在我国大大比例尺尺时，采采用高斯斯—克吕格投投影，中中小比例例尺采用用兰勃特特投影。。第四节地地图投投影与地地形图的的分幅与与编号（二）高高斯—克吕格投投影(简称高斯斯投影)高斯—克吕格投投影是横横轴等角角切椭圆圆柱投影影。从几何上上看，它它用一个个椭圆柱柱套在地地球椭球球体外面面，并与与某一子子午线相相切（此此子午线线称做中中央经线线），使使椭圆柱柱的中心心轴位于于椭球体体的赤道道面上.经纬线的的投影是是首先将将中央经经线向东东和向西西按一定定经差范范围，将将经纬线线交点投投影到椭椭圆柱面面上，再再将此椭椭圆柱面面展为平平面。高斯－克克吕格投投影不仅仅在我国国而且在在东欧一一些国家家也采用用其作为为地形图图数学基基础，美美国、加加拿大、、法国等等国家也也有局部部地区采采用该投投影作为为大比例例尺地图图的数学学基础。。第四节地地图投投影与地地形图的的分幅与与编号1、高斯投投影特征征：（1）中央经经线和赤赤道投影影后为互互相垂直直的直线线，且为为投影的的对称轴轴；（2）投影具具有等角角的性质质(投影后经经纬线相相垂直)；（3）中央经经线投影影后保持持长度不不变。由于高斯斯－克吕吕格投影影的变形形大小与与经差有有关，经经差愈大大则变形形愈大，，因此这这种投影影在用于于大比例例尺地图图中时都都采用分分带的方方法，即即将地球球按一定定的经差差（6度，3度）分成成若干互互不重叠叠的带，，各带分分别投影影，从而而将变形形控制在在一定的的精度范范围内。。第四节地地图投投影与地地形图的的分幅与与编号2、我国高高斯投影影的分带带方法1:2..5万至1:50万的地形形图，采采用6°带，全球球共分为为60个投影带带；我国国位于东东经72°°到136°°间，共含含11个投影带带；1:1万及更大大比例尺尺图采用用3°带，全球球共120个带。第四节地地图投投影与地地形图的的分幅与与编号3、高斯--克吕格投投影的优优点：（1）等角性性适合系系列比例例尺地图图的使用用与编制制；（2）经纬网网和直角角坐标的的偏差小小，便于于阅读使使用；（3）计算工工作量小小，直角角坐标和和子午收收敛角值值只需计计算一个个带。由于高斯斯-克吕格投投影采用用分带投投影，各各带的投投影完全全相同，，所以各各投影带带的直角角坐标值值也完全全一样，，所不同同的仅是是中央经经线或投投影带号号不同。。为了确确切表示示某点的的位置，，需要在在Y坐标值前前面冠以以带号。。如表示示某点的的横坐标标为米，，前面两两位数字字“20”即表示该该点所处处的投影影带号。。第四节地地图投投影与地地形图的的分幅与与编号经过高斯斯分带投投影后，，每个投投影带均均可建立立一个个以所在在带中央央子午线线为纵轴轴x，赤道为为横轴y的高斯平平面直角角坐标系系。我国国位于北北半球，，x坐标均为为正，而而每带中中的Y坐标有正正有负。。为了避免免Y坐标出现现负值，，需将每每带投影影后的x轴向西平平移500km。为了表表明某点点位于哪哪一投影影带，还还需在Y坐标前再再加入所所在带带带号。例如，设位于于高斯3°投影带第第38带的A、B两点在没没有平移移x轴且没有有加入代代号的横横坐标分分别为：：y’A=+116865.569my’B=-157239.678m当考虑x轴向西平平移500km，并加入入带号后后，其A、B两点的实实际横坐坐标为：：YA=38616865.569mYB=38342760.322m第四节地地图投投影与地地形图的的分幅与与编号（二）兰勃特投投影我国1：1000000比例尺地地形图使使用兰勃勃特投影影，该投投影实质质上是正轴等角角割圆锥锥投影。兰勃勃特投影影采用分分带投影影方法。。即，从从纬度(赤道)0o开始，至至纬度60o处，按纬纬差4o为一投影影带，从从南向北北，共分分为15个投影带带。我我国1：1000000比例尺地地形图，，在分带带投影基基础上，，从经度度0o开始，自自西向东东，每隔隔经差6o进行分幅幅。这样样，每幅幅图的范范围为经经差6o的两条经经线和纬纬差4o的两条纬纬线为边边界的椭椭球面区区域。有有关兰兰勃特投投影的投投影变形形分析以以及投影影的坐标标计算公公式与方方法可参参考有关关地图制制图的文文献。第四节地地图投投影与地地形图的的分幅与与编号四、地形形图的分分幅与编编号我国，基基本地形形图的分分幅和编编号按国国际规定定的在1:100万地形图图基础上上，按经经纬度进进行。1:100万地形图图的分幅幅和编号号：按纬纬差4度，经差差6度分,J-50；1:50万，1:20万，1:10万地形图图的分幅幅和编号号,这三种图图在1:100万地形图图基础上上，按经经纬度划划分。1:50万按纬差差2度，经差差3度分,分4幅图,J-50-A；1:20万按纬差差40’，经差1度分,分36幅图,J-50-A-[1]；1:10万按纬差差20’，经差30’,,分1