第二章-土地信息技术基础-土地信息系统土地资源管理专业

第二章土地信息技术基础第一节土地信息分类与编码第二节土地信息的空间参考系第三节地图投影第四节地图的分幅与编号1第一节土地信息分类与编码对信息进行分类，是科学管理的基础土地信息分类：将土地信息系统化，以便于管理、应用和信息共享信息分类基础：土地利用信息分类：土地信息编码：2一、信息分类基础分类过粗：可能会影响将来分析的深度

分类过细：增大工作量,计算机负荷加重;有时在技术上也难以做到,如用遥感数据图像对土地利用分类时,由于受影像分辨率的限制,无法做到很细。32.分类的基本方法：(1)线分类法,又称层级分类法。它是将初始的分类对象按选定的若干个属性或特征依次分成若干个层级目录,并编排成一个有层次的分类体系。其中同层级类目之间存在并列关系,不同层级类目之间存在隶属关系,同层类目互不重复、互不交叉。(2)面分类法,是将给定的分类对象按选定的若干个属性或特征分成互不依赖、互不相干的若干方面,每个面中又分成许多彼此独立的若干个类目。使用时,可根据需要将这些面中的类目组合在一起,形成复合类目。63.分级原则分级是对事物或现象的数量或特征进行等级的划分,主要包括确定分级数和分级界限(对一类特征进行数量划分,级有大小区别)。 (1)确定分级数的基本原则,包括:①分级数应符合数值估计精度的要求。分级数多,精度就高;②分级数应顾及可视化的效果;③分级数应符合数据的分布特征。(2)确定分级界线的基本原则,包括:①使级内差异尽可能的小,各级之间的差异尽可能的大;②在任何一个等级内部都必须有数据,任何数据都必须落在某一个等级内;③尽可能采用有规则变化的分级界线。 (3)分级的基本方法。在分级时大多采用数学方法,如数列分级、最优分割等级等。对于有统一的标准的分级方法时,应采用标准的分级方法。7二、土地利用信息分类1、从土地利用角度对土地信息分类：按不同对象设计的分类系统城市:

主要是考虑高密度的土地利用和配置,并侧重于经济要素和人文要素,农村:

则主要是研究大量的自然资源信息及利用问题。因此,原国家土地管理局制订两套土地利用信息分类体系,即:“土地利用现状调查技术规程”和“城镇地籍调查规程“（见书12页表2-1；2-2）8新土地利用分类体系91011121314152、从信息系统开发应用角度对土地信息分类（1）.基础地理信息：基础地理信息是指空间参考坐标系、地形地貌、水系、植被和线状道路等基础信息。（2）.专题图形信息：指在建立土地信息系统时涉及有关土地方面的专题信息图层：地籍、规划、估价等（3）.专题属性信息：包括反映特定地块最基本属性的信息：面积、权属、地类等（4）.土地相关属性信息：与土地相关的其他属性信息包括：人口、古迹、植被、水文等16三、土地信息编码编码：将经过分类的信息用适当的代码(字符串或数值)来表示的过程,也称代码化。分类分级是编码的基础;编码的产物就是代码代码是一个或一组有序的易于被计算机或人识别与处理的符号,是计算机的符号,是计算机鉴别和查找信息的主要依据和手段。171.土地信息编码的原则：(1)惟一性。代码和分类一一对应,尽量避免一个代码对应多种分类或多个代码对应一种分类(2)可扩充性。如果将来要增添新的内容,尽量不改变原有体系而实现扩充,既减少用户熟悉新体系的麻烦,也减少数据库的转换和处理软件的改动,这样必须留有足够的备用代码。(3)易识别性。用户看到代码时,凭经验就可知道事物的分类,并和其他事物产生对比、联想。(4)简单性。代码越简单,人的记忆、操作也简单,计算机处理也方便。(5)完整性。综合性的信息系统牵涉的面很广,应全面考虑有关的信息类型与分类,防止顾此失彼。182.属性数据的编码：属性数据的编码：指确定属性数据的代码的方法和过程。属性代码的功能为:(1)鉴别。代码代表对象的名称,是鉴别对象的惟一标识。(2)分类。当按对象的属性分类并分别赋予不同的类别代码时,代码又可区分分类对象的类别的标识。 (3)排序。当按对象产生的时间、所占的空间或其他方面的顺序关系排列并分别赋予不同的代码时,代码又可作为区别对象排序的标识。193.编码的类型

编码的类型是指代码符号的表示形式,有数字型、字母型、数字和字母混合型三类。204.LIS中代码的种类LIS中代码可以分为两种:一种是分类码;另一种是标识码。分类码：根据土地信息分类体系设计出的一个专业信息的分类代码,用于标识不同类别的数据,根据它可以从数据中查寻出所需类别的全部数据。如耕地为1标识码：在分类码的基础上,对每类数据设计出全部或主要实体的标识码,

用其对应某一类数据中的某个实体,如一个居民地、一条河流、一条道路等进行个别查询检索,从而弥补分类码不能进行个体分离的缺陷。标识码是联系实体的几何信息和属性信息的关键字。215.信息的一般编码方法空间信息的编码方式主要有三类,土地信息属于空间信息的范畴，空间信息的编码方式也适合土地信息的编码。(1)用空间坐标来表示地理要素的位置

,包括坐标系的选择,坐标数据输入、编辑、校正等一系列工作。(2)在空间要素之间建立起联系,反映空间位置上的相互关系。如链一结点方式的拓扑数据结构,把矢量型的空间信息按点、线、面建立起相互联系,四叉树的数据结构把栅格型的空间信息组成面状的整体。用游程长度编码压缩数据的存储量。 (3)对空间要素人为地给定一些编码或字符串。这是借助属性信息的编码方式来给空间信息编码，如北京市的城市规划部门按环状、放射状的主要道路将城市分成几大块,并给每一块一个指定的英文字符。（邮政编码）22特点：空间坐标码有定位精确、图形显示直观的优点

拓扑结构、四叉树结构能建立空间要素之间的空间位置上的相互联系

空间位置附加属性码便于人的识别、记忆,还可用于和属性数据库的连接

因此,一个实用的土地信息系统在空间信息的编码时，一般是同时使用上述三类编码,以相互取长补短。236、地籍信息编码地籍信息编码根据以上原则和方法,地籍信息编码是在地籍信息分类编码的基础上,由大类码、小类码、一级码和二级码组成,分类代码可由四位数字组成,其结构如下:××××大小一二类类级级码码代代

码码各级代码分别用一位十进制数字顺序排列,如表2一3所示。24代码名称代码名称4600桥梁

8200地块位置信息4610铁路桥

8210地块所在图幅4620公路桥

8220地块坐落4630双层桥

8230地块四至4640人行桥

8231东面相接4641依比例尺8232南面相接4642不依比例尺8233西面相接

8234北面相接25第二节土地信息的空间参考系

空间参考系：主要指大地参考系,是指用数学方法来定义地面实体在通用坐标系中的绝对位置和大小地球椭球地理坐标系空间大地直角坐标系平面直角坐标系高程参考系统26地球椭球地球自然表面：最高珠峰：8848米；最低马里亚纳海沟深：11022米；地球半径：6371000米大地水准面：静止海面延伸包围整个地球而形成的曲面。水准面是在地球重力作用下形成的闭合曲面，该面上任何一点的重力位都相等，是一个重力等位面。由于地球内部物质分布不均匀（重力不均）和地面起伏不平,而使大地水准面十分复杂而不能用一种数学公式来表达,因此仍不能在其上进行运算。地球椭球：理论和实践证明,大地水准面与具有微小扁率的旋转椭球面非常接近,可用它来代表地球形状,称为地球椭球面,它可以用数学公式精确表示,是建立土地信息空间参考系的基础。27我国先后在1954年和1980年完成了地球参考椭球定位工作,对应有了54坐标系和80坐标系之分。28地理坐标系地理坐标系是以经度和纬度表示地面点位置的球面坐标系统。地理坐标系也称为大地坐标系(P18,GIS)大地经度L和大地纬度B是以参考椭球面和法线作为基准面和基准线的29经度O为地球的中心，简称地心，PP1为地球的自转轴，简称地轴。它与地球表面的交点PP1称为地球的北极和南极。地面上任意一点M与地轴所组成的平面，称为过M点的子午面。该子午面与地球表面的交线，称为过M点的子午线，也称为经圈。过英国格林威治天文台的子午面国际公认为首子午面。它与地球表面的交线称为首子午线。地面上某点的子午面与首子午面的夹角，称为该点的经度，用λ表示。经度从首子午面向东0º∽180º称为东经，从首子午面向西0º∽180º称为西经，同一条子午线上各点的经度相同。30纬度垂直于地轴的平面与地球表面的交线称为纬线，过地心且垂直于地轴的平面称为赤道平面，赤道平面与地球表面相交而成的纬线称为赤道。过地面上任一点M的铅垂线与赤道平面的夹角，称为该点的纬度，以φ表示之。纬度从赤道向北0º--90º称为北纬，向南0º--90º称为南纬。我国地处东半球，又处于北半球，所以我国地域内各点的地理坐标都是东经和北纬。如北京某地点的地理坐标为东经116º28′，北纬39º54′。31我国的大地坐标系1952年以前:采用海福特(Hayford)椭球体1953-1980:采用克拉索夫斯基椭球体;1954年北京坐标系：从前苏联1942年坐标系经联测和平差计算引申到我国，属参心坐标系，原点在前苏联的普尔科夫，是前苏联1942年坐标系的延伸，有较大的误差1980年国家大地坐标系；又称1980西安坐标系，简写GDZ80,是我国通过全国天文大地网整体平差建立的我国大地坐标系。属参心坐标系，大地原点设在陕西泾阳县永乐镇，简称西安原点，大地高程以1956年青岛验潮站求出的黄海平均海水面为基准。已逐步取代1954北京坐标系新1954年北京坐标系：1954--1980坐标系的过渡坐标系32空间大地直角坐标系以椭球中心O为笛卡尔坐标系原点,OZ轴与椭球的旋转轴一致,ox轴位于起始子午面和赤道面的交线上,在赤道面上与X轴正交的方向为Y轴,

0-XYZ构成右手坐标系。在此坐标系中,地面上任一点P的位置用X、Y、Z表示。ZY33平面直角坐标系平面直角坐标系是由空间大地坐标系经过地图投影变换而建立的,地理坐标是一种球面坐标。由于地球表面是不可展开的曲面,也就是说曲面上的各点不能直接表示在平面上,因此必须运用地图投影的方法,建立地球表面和平面上点的函数关系,使地球表面上任一地理坐标确定的点,在平面上必有一个与它相对应的点,平面上任一点的位置可以用极坐标或直角坐标表示。我国目前采用高斯一克吕格投影平面作为计算面积的参考面。这一选择和采用高斯平面直角坐标系是一致的,它的最大优点是可以直接用地面点的平面直角坐标来计算由这些地面点围起的土地面积

oXY34高程参考系统空间点的高程是以大地水准面为基准建立的。由于地球重力场确定的复杂性,我们还不能惟一地确定大地水准面。各个国家或地区均选择一个平均海水面来代替它,以便建立本国家或本地区的高程基准。因此采用不同的平均海水面就产生不同的高程基准,也就产生不同的高程系统。1950年至1956年我国大地水准面取青岛验潮站，验潮结果推算的黄海平均海水面,并以此作为全国的高程起算面,亦称1956年黄海高程系,原点高程值为72.289m。1988年1月1日起,我国又启用了1985年国家高程基准,原点高程为72.260m。为此,1985年国家高程基准与1956年国家高程基准之水准原点间的转换关系为:H85=H56-0.029式中:H85、H56一一新旧高程基准原点的正常高程。35LIS中常用的坐标系是与地图测绘密切相关的地理坐标系和平面坐标系36第三节地图投影一、地图投影二、投影分类三、地图投影的选择37一、地图投影地球椭球体表面是曲面,而地图通常是要绘制在平面图纸上,因此制图时首先要把曲面展为平面,然而球面是一个不可展的曲面在数学中,投影是指建立两个点集之间一一对立的映射关系。在地图学中,地图投影就是指建立地球表面上的点与投影平面上点之间的一一对应的数学关系，即把地球上的点换算到平面上。平面坐标(X,Y)与大地坐标(φ,λ)函数关系:X=f1(φ,λ)Y=f2(φ,λ)注意:(1)任何地球表面到二维的变换都有变形存在,(2)不同的投影有不同的变形;(3)每种投影的特点决定了它适宜某种应用而不适宜另一种。

38二、投影分类

地图投影的变形地图投影的使用保证了空间信息在地域上的联系和完整，但产生变形也是无法避免的。投影变形可用变形椭圆来表示变形椭圆:地面上无穷小圆在投影后成为不同大小的圆或各种形状的椭圆,它们统称为变形椭圆变形种类与表示:(1)长度变形=长度比与1之差(2)角度变形=地面角度与投影后角度之差(3)面积变形=面积比与1之差39

1、按投影变形性质分类

根据投影中可能引入的变形性质,可将投影分为等角投影、等积投影、任意投影三类。(1)等角投影:定义为任何点上二微分线段组成的角度投影前后保持不变,亦即投影前后对应的微分面积保持图形相似,故又称为正形投影。等角投影在同一点上任意方向的长度比都相等,但在不同地点长度比是不同的,即不同地点上的变形椭圆大小不同。(2)等积投影:是一种保持投影前后面积大小不变的投影。这种投影可使梯形的经纬线网变成正方形、矩形、平行四边形等形状,但都可保持投影平面任意一块面积与椭球面上相应的实地面积相等。(3)任意投影:是指投影图上长度、面积和角度都有变形,但角度变形小于等积投影的角度变形,面积变形小于等角投影的面积变形的投影。它的种类十分繁多,其中常见的是等距投影,该投影沿某一特定方向上的距离投影前后保持不变,即沿该特定方向长度比为1。402、根据投影面及其与球面相关位置的分类在地图投影中，我们首先将不可展的地球椭球面投影到一个可展曲面上，然后再将该曲面展开成为一个平面，从而得到所需要的平面。根据可展曲面的类型，可分为圆锥投影、圆柱投影和方位投影（平面）根据投影面的中心轴和地球轴向的相对位置可分为正轴投影：投影面的中心轴与地轴重合斜轴投影：投影面的中心轴与地轴斜向相交横轴投影：投影面的中心轴与地轴相互垂直41各种投影都有一定的局限性,一般来说,距投影面越近,变形就越小根据投影面和椭球面相交的位置,可将投影分为切投影和割投影(图1、5、9为割投影)上述几种投影把椭球面上的经纬网投影到几何面上，然后将几何面展开为平面得到的，所以又称为几何投影。根据某些条件用数学解析法确定球面与平面之间点与点的函数关系，这类投影称为非几何投影42三、地图投影的选择1、高斯一克吕格投影采用高斯横圆柱投影的方法来建立平面直角坐标系统，称为高斯平面直角坐标。在我国,除1:1000000地形图采用LAmbert(正轴等角割圆锥)投影外,其余基本比例尺地图(1:500000、1:250000、1:100000、1:50000、1:25000、1:10000、1:5000)均采用高斯一克吕格(横轴等角切椭圆柱)投影,

43高斯平面投影的基本思想是：设想用一个大小合适的椭圆柱面，横套在参考椭球体的外面，如图1-4a所示。地球表面上只有一条子午线与柱面相切，在保持投影前后相应图形等角的条件下，将球面上的图形投影到柱面上，然后将柱面沿着过南北极的母线切开，并展成平面，就得一张平面图形了。球面上的点与平面上的点建立起一一对应的关系。如图1-4b所示，相切的那条子午线，投影后为直线，长度不变。它两边的子午线投影后为凹向相切的子午线，长度变长，距离相切子午线愈远则变形愈大。高斯投影结果：(1)中央经线和赤道被投影为互相垂直的直线,且为投影的对称轴;（2)投影后无角度变形,即保角投影;(3)中央经线技影后没有长度变形。44为了限长度变形在一定的范围之内，通常采用分带投影的方法。我国采用的是将中央子午线左右各60或30划分为一带,称为“60带”和‘30带“,各带均有各自的坐标轴和坐标原点。45坐标：以中央经线的投影作为纵坐标轴(X),赤道投影作为横坐标轴(Y),两投影的交点作为坐标原点(O),测量上的坐标与数学上的坐标X和Y互为相反。我国处于北纬,由于纬度自赤道起算,向上(北)为正,向下(南）为负,因此X总为正值。为了避免横坐标Y出现负值,规定将Y加上500km(500000m);又为了区别各带坐标的不同,规定在Y值(己加50Okm)的前面冠以带号。在实际计算时,要去掉带号并减去50OKm恢复原来的数值。462.高斯一克吕格投影的换带在高斯一克吕格投影中,平面直角坐标系是分带建立的,即每个带分别建立自己的坐标系,且各带坐标系上相互独立。因此当覆盖范围跨越不同带时应以一个带为主,将相邻带的坐标换算成本带的坐标,这就是换带问题。(1)直接换带:(X1,YI)→(L,B)→(X2,Y2)。(2)间接换带:根据专门的换带表按一定的公式查表计算。由于目前计算机应用普及,换带计算一般根据上式编程由计算机自动实现47第四节

地图的分幅与编号地图有两种分幅形式,即矩形分幅和经纬线分幅1.矩形分幅每幅地图的图廓都是一个矩形,因此,相邻图幅是以直线划分的。矩形的大小多根据纸张和印刷机的规格(全张、对开、四开、八开等)而定。2.经纬线分幅(梯形分幅)地图的图廓由经纬线构成,这是当前世界各国地形图和大区域的小比例尺分幅地图所采用的主要分幅形式。经.纬线分幅的主要优点是每个图幅都有明确的地理位置概念,因此适用于很大范围(全国、大洲、全世界)的地图分幅。我国的基本比例尺地图就是以经纬线分幅制作的,它们是以1:100万地图为基础,按规定的经差和纬差划分图幅,行列数和图幅数成简单的倍数关系。1:100万地图的分幅编号按国际标准图幅纬差40、经差60划分,4849我国基本比例尺地形图的分幅与编号在1991年前后有一定差异,考虑到现有的图有的按新编号,有的按旧编号,下面分别简单说明这两种分幅编号方法。1、20世纪70-80年代我国基本比例尺地形的分幅编号：在国际规定1:100万地图基础上,按经纬度进行分幅和编号。各比例尺分幅编号见表2-4。50图幅大小比例尺分幅编号示例经差纬差1：100万6040横行A,B,…,V,纵行1,2,…,60J-501:50万30201幅1:100万图分成4幅1:100万图编号后加A,B,C,DJ-50-A1:20万10.40'1幅1:100万图分成36幅1：100万图编号后加(1),(2)...(36)J-50-(3)1:10万30'20'1幅1:100万图分成144幅1：100万图编号后加1,2,…,144J-50-51:5万15'10'1幅1·10万图分成4幅1：10万图编号后加A,B,C,DJ-50-5-B1:25万7'30"5'1幅1:5万图分成4幅1·5万图编号后加1,2,3,4J-50-5-B-41:1万3'40"、2'30"1幅1:10万图分成64幅1：10万图编号后加(1),(2),…,(64)J-50-5-(15)12*12=1448*8=6451以1：100万为基础分；例J-50BACD1:100万:J-501:50万:2*2等分100万图;J-50-A1:20万:6*6等分100万图;J-50-(32)1:10万:12*12等分100万图;J-50-14452以1：10万为基础再分；例J-50-5

°(1)(2)ABCD12341:5万:2*2等分10万图;J-50-5-A1:2.5万:2*2等分5万图;J-50-5-A-41:1万:8*8等分10万图;J-50-5-(64)1:5000:2*2等分1万图;J-50-5-(64)-a532.20世纪90年代后我国基本比例尺地的分幅与编号:1991年制订了《国家基本比例尺地形图分幅和编号》的国家标准,自1991年起新测和更新的地形图照此标准进行分幅和编号。这一分幅编号标准对照以前的分幅编号有以下一些特点:54(1)1:5000地图被列人我国国家基本比例尺地形图系列;(2)分幅虽仍以1:100万地图为基础,经纬差亦没有改变(如表2-4),但划分的方法却不同,即全部由1:100万地图逐次加密划分而成;另外,由过去的纵行、横列改成了横行、纵列。(3)编号仍以1:100万地图编号为基础,由下接相应比例尺的行、列代码所构成,并增加了比例尺代码,因此,所有1:5000-1:500000地图的图号均由五个元素10位代码组成。编码系列统一为一个根部,编码长度相同,方便于计算机处理。如：J50B00