地理信息系统高级教程3

地理信息系统高级教程

徐伟铭

观察和认知信息选择、综合、简化和抽象空间事物或现象概念模型ConceptialModel逻辑数据模型LogicalDataModel编码、表达、建立空间关系物理数据模型PhysicalDataModel以数据结构对数据进行组织概念世界最高层数据世界（计算机）中间层空间数据库最底层现实世界空间数据模型概念模型逻辑模型物理模型场/域模型对象模型矢量模型栅格模型数据结构2D模型3D模型4D模型（时空数据模型）层次维度第三讲地理空间数据数据的类型地理空间数据的类型地理空间数据的生产地理空间数据的质量数据分类按记录介质按记录符号按数据来源按数据内容纸质数据电子数据文本表格数据图像图形数据音频视频数据历史文献统计数据实验数据测量遥感数据人口数据法人数据自然资源数据经济数据磁带数据磁盘数据光盘数据点：通常为矢量格式线：通常为矢量格式区体名称标度等级标度区间标度比率标度地理变量数据地理实体数据地理空间数据类型按变量的标度按数据集形式矢量栅格点格式线格式区格式矢量栅格三维矢量三维栅格数据的标度名称标度（Nominal）顺序标度（Ordinal）区间标度（Interval）比率标度（Ratio）名称标度：标识、命名定性标度，不能进行算术运算，也称为类型测量尺度。它只对特定现象进行标识，赋予一定的数值（但是这些数值之间无数量关系）或符号而不定量描述。该数据的逻辑运算只有“等于”或“不等于”两种形式，而其近似均值只能使用众数。实例：土地利用类型、植被类型或岩石类型。等级标度：等级或顺序排列半定量标度，线性坐标上不按值的大小，而是按顺序排列的数，是基于对现象进行排序来标识的测量尺度。该数据的逻辑运算除了“等于”与“不等于”之外，还可以比较它们的大小，即“大于”或“小于”。由于不同次序之间的间隔大小可以不同，故不能进行加、减、乘、除等算术运算。实例：自然灾害的等级或发生的危险程度，山峰按高度的分级（极高山、高山、中山、低山和丘陵），坡度分级（陡坡、中坡、缓坡）。区间标度：相对定量标度(无绝对零点)

不参照某个固定点，而是按间隔表示相对位置的数（零值往往系人为规定）。按间隔量测的值相互之间可以比较大小，并且它们之间的差值大小是有意义的。实例：温度，时刻。比率标度：绝对定量标度(有绝对零点)

比例测量尺度的测量值，具有真零值且测量单位是等间隔的，该数据支持加、减、乘、除等多种算术运算。实例：降雨量、人口密度。

地理变量类型矢量模型栅格模型点格式线格式区格式名称标度顺序标度区间标度比率标度地图数据的生产遥感影像数据的生产建立大地坐标系建立平面坐标系获取地理对象的空间位置与属性转绘成图地图整饰出版发布建立地球参考椭球体建立地球表面局部与地球参考椭球体表面之间的关系地球表面的形态地球表面水准面大地水准面铅垂线地球椭球面地球模型地球模型：三级近似地球自然表面极不规则，无法用数学表面进行描述水准面所包围的球体大地水准面所包围的球体旋转椭球体不规则性、动态性、不唯一性不规则性、相对唯一性标准数学曲面1906：海福特椭球1940：克拉索夫斯基椭球1978：1975年国际椭球旋转轴椭圆的第二偏心率：

椭圆的长半轴：a椭圆的短半轴：b椭圆的扁率：

椭圆的第一偏心率：

椭球体名称年代长半轴（米）扁率分母备注克拉克(Clarke)18806378249293.5海福特(Hayford)19106378388297克拉索夫斯基19406378245298.31975国际椭球（16届IUGG会议）19756378140298.2571975年国际第三个推荐值WGS-84椭球19846378137298.25722GPS定位系统2000国家大地坐标系（CGCS2000）椭球20006378137298.257222101中国

中国在1952年以前采用海福特（Hayford）椭球体，从1953-1980年采用克拉索夫斯基椭球体，自1980年开始采用GRS（1975）新参考椭球体系。

一个国家或地区在建立大地坐标系时，为使地球椭球面更切合本国或本地区的自然地球表面，往往需要选择合适的椭球参数、确定一个大地原点的起始数据，并进行椭球的定位(大地原点）和定向（由此得到基准面）。地图投影采用地图投影的原因地图投影的类型高斯-克吕格投影中国的地形图分幅地理坐标系地理坐标系以地理极(北极、南极)为极点。通过P点作椭球面的垂线，称之为过P点的法线。法线与赤道面的交角，叫做P点的纬度φ．过P点的子午面与通过英国格林尼治天文台的子午面所夹的二面角，叫做P点的经度λ．球面向平面（地理坐标向平面坐标）的转换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建立在平面上的直角坐标系统，用（x，y）表达地理对象位置投影如何把不可展曲面上的地理对象展绘在平面图纸上，使其能表示连续的地理对象？地图投影地图投影（mapprojection）的实质就是按照一定的数学法则，将地球椭球面上的经纬网转换到平面上，建立地面点位的地理坐标（B,L）与地图上相对应的平面直角坐标（X,Y）之间一一对应的函数关系，所以它是在地球表面与投影面之间的映射关系，这种关系可以表示为投影公式。空间直角坐标系统1954北京空间直角坐标系参考椭球：Krassovsky椭球大地原点：前苏联普尔科沃天文台Z轴：平行于地球质心指向地极原点JYD1968的方向X轴：在大地起始子午面内与Z轴垂直指向经度0方向Y轴：与Z、X轴构成右手直角坐标系ZXY地球质心赤道空间直角坐标系统1980西安空间直角坐标系参考椭球：1975国际椭球大地原点：陕西泾阳县永乐镇Z轴：平行于地球质心指向地极原点JYD1968的方向X轴：在大地起始子午面内与Z轴垂直指向经度0方向Y轴：与Z、X轴构成右手直角坐标系ZXY地球质心赤道JYD1968投影变形地图投影的变形，通常有：长度变形面积变形角度变形不同的地图投影适应不同的应用目的。在实际应用中，根据使用地图的目的，选择适当的地图投影是建立地理信息系统必须考虑的基本问题之一。

按投影面按投影面与球面的关系按变形性质方位投影圆柱投影圆锥投影正轴（切、割）投影横轴（切、割）投影斜轴（切、割）投影等角投影等积投影等距投影地图投影分类地图类型所用投影主要技术参数中国全图斜轴等面积方位投影斜轴等角方位投影投影中心：j=27°30′λ=+105°或j=30°30′λ=+105°或j=35°00′λ=+105°中国全图（南海诸岛做插曲图）正轴等面积割圆锥投影（Lambert投影）标准纬线：j1=25°00′，j2=47°00′中国分省（区）地图（海南省除外）正轴等角割圆锥投影正轴等面积割圆锥投影各省（区）图分别采用各自标准纬线中国分省（区）地图（海南省）正轴等角圆柱投影国家基本比例尺地形图系列1:100万正轴等角割圆锥投影按国际统一4°×6°分幅，标准纬线：j1＝js+35′j2＝jn+35′国家基本比例尺地形图系列1:5万～1:50万高斯一克吕格投影（6°分带）投影带号（N）：13～23中央经线：λ0=(6N-3)°国家基本比例尺地形图系列1:5000～1:2.5万高斯一克吕格投影（3°分带）投影带号（N）：24～46中央经线：λ0=(3N)°城市图系列（1:500～1:5000）城市平面局域投影或城市局部坐标的高斯投影

空间参考空间参考是椭球、使用该椭球的基准面、地心/地理/投影坐标系统的组合。在EuropeanPetroleumSurveyGroup(EPSG)中预定义了一系列空间参考（定义参数），使用唯一的ID来引用，例如：EPSG:4326（，该站还包括4362个EPSG空间参考；447个ESRI空间参考；2380IAU2000空间参考；1005个spatial的空间参考）

EPSG:21420（北京54,6°带高斯-克吕格投影）EPSG:21420：西安1980/Gauss-Krugerzone20

高斯-克吕格投影（横轴圆柱等角投影）又称横轴墨卡托投影，其性质是：经线与纬线投影后保持正交；中央经线不变形，纬线中赤道变形最小，二者在投影后为直线；从中央经线和赤道向两侧变形逐渐增加。常用投影之一——高斯－克吕格投影实质上是横轴切圆柱正形投影。（等面积）高斯投影6°和3°带分带国家基本比例尺地形图的分幅和编号国家基本比例尺地形图系列大比例尺：1:1万，1:2.5万，1:5万，1:10万中比例尺：1:25万，1:50万小比例尺：1:100万国家基本比例尺1:100万地形图分幅方式全球统一分幅和编号，每幅经差6°，纬差4°；从赤道起向北或向南至纬度88°止，按纬差每4°划作22个横列，依次用A、B、……、V表示；从经度180°起向东按经差每6°划作一纵行，全球共划分为60纵行，依次用1、2、……、60表示；每幅图的编号由该图幅所在的“列号——行号”组成。例如，北京某地的经度为116°26′08″、纬度为39°55′20″，所在1∶100万地形图的编号为J-50。1:100万地形图分幅与编号1∶50万、1∶25万、1∶10万比例尺地形图的分幅和编号这三种例尺地形图都是在1∶100万地形图的基础上进行分幅编号；一幅1∶100万地形图再划分为4幅1∶50万地形图，分别以代码A、B、C、D表示。将1∶100万图幅的编号加上代码，即为该代码图幅的编号，如左上角1∶50万图幅的编号为J-50-A。一幅1∶100万的图可再划分为16幅1∶25万地形图，分别用[1]、[2]、……、[16]代码表示。将1∶100万图幅的编号加上代码，即为该代码图幅的编号，如左上角1∶25万图幅的编号为J-50-[1]。一幅1∶100万的图，可再划分为144幅1∶10万的图，分别用1、2、……、144代码表示。将1∶100万图幅的编号加上代码，即为该代码图幅的编号，如左上角1∶10万图幅的编号为J-50-1。

40°12345678910111213[1][2][3][4]24253639°A

B

374849[5][6][7][8]60617238°738485[9][10][11][12]969710837°

C

D

109120121[13][14][15][16]13213313413513613713813914014114214314436°114°115°116°117°118°119°120°1∶50万、1∶25万、1∶10万比例尺地形图的分幅和编号1∶5万、1∶2.5万、1∶1万比例尺地形图的分幅和编号这三种比例尺图的分幅、编号都是以1∶10万比例尺地形图为基础；将一幅1∶10万的图划分成4幅1∶5万地形图，分别以A、B、C、D数码表示，将其加在1∶10万图幅编号后面，便组成1∶5万的图幅编号，例如，J-50-144-A；再将每幅1∶5万的图幅划分成4幅1∶2.5万地形图，并以1、2、3、4数码表示，将其加在1∶5万图幅编号后面便组成1∶2.5万图幅的编号，例如，J-50-144-A-2。将1∶10万图幅进一步划分成64幅1∶1万地形图，并用（1）、（2）、……、（64）带括号的数码表示，将其加在1∶10万图幅编号后面，便组成1∶1万图幅的编号。例如，J-50-144-（62）。1∶5000、1∶2000比例尺地形图的分幅和编号这两种比例尺图是在1∶1万比例尺地形图图幅的基础上进行分幅和编号的：将一幅1∶1万的图幅划分成4幅1∶5000图幅，分别在1∶1万的编号后面写上代码a、b、c、d，例如，J-50-144-（62）-b。每幅1∶5000的图再划分成9幅1∶2000的图，其编号是在1∶5000图的编号后面再写上数字1、2、……、9，例如，J-50-144-（62）-b-8。梯形分幅的图幅规格与编号国家基本地形图的分幅与编号国家标准

1992年12月，我国颁布了《国家基本比例尺地形图分幅和编号GB/T13989—92》国家标准，1993年3月开始实施。新的分幅与编号方法为：分幅

1∶100万地形图的分幅标准仍按国际分幅法进行。其余比例尺的分幅均以1∶100万地形图为基础，按照横行数纵列数的多少划分图幅。编号1∶100万图幅的编号，由图幅所在的“行号列号”组成。与国际编号基本相同，但行与列间直接连接。如北京所在1∶100万图幅编号为J50。1∶50万至1∶5000图幅的编号，由图幅所在的“1∶100万图行号（字符码）1位，列号（数字码）2位，比例尺代码1位，该图幅行号3位，列号（数字码）3位”共10位代码组成。例如：北京所在幅(1:25万）：J50C002003建立大地坐标系建立平面坐标系获取地理对象的空间位置与属性