1、GIS地學基礎地學基礎空間信息、地理空間、空間現象空間信息、地理空間、空間現象地理地理( (地球地球) )空間的定義空間的定義地理空間的數學建模地理空間的數學建模地理空間的構成要素？地理空間的構成要素？空間要素進行定位？空間要素進行定位？(參照參照)選擇一個合適的坐標系？選擇一個合適的坐標系？平面上？平面上？地圖投影地圖投影地圖地圖GIS中地圖投影的一般原則中地圖投影的一般原則1、地圖投影的定義？、地圖投影的定義？2、地圖投影的變形？、地圖投影的變形？3、地圖投影的分類？、地圖投影的分類？4、高斯克呂格投影？、高斯克呂格投影？5、地圖投影的選擇？、地圖投影的選擇？6、常用的地圖投影？、常用的地

2、圖投影？地理坐標系的建立？地理坐標系的建立？1、地圖比例尺、地圖比例尺2、地圖分幅和編號、地圖分幅和編號空間要素表達？空間要素表達？1、優點、優點2、缺點、缺點地理空間整體框架GIS地球表面地球表面水準面水準面大地水準面大地水準面鉛垂線鉛垂線地球橢球體地球橢球體海福特橢球體海福特橢球體（19421942年國際第一個推薦年國際第一個推薦值）。值）。19521952年前采用。年前采用。克拉索夫斯基橢球體克拉索夫斯基橢球體（前蘇聯）。（前蘇聯）。1953-1953-19801980年采用。年采用。IAG75IAG75橢球體橢球體（19751975年國際第三個推薦年國際第三個推薦值）。值）。a=637

3、8140m,b=6356755m,f=1/298.257a=6378140m,b=6356755m,f=1/298.257 大地坐標系大地坐標系/ /地理坐標系地理坐標系 高程系高程系 19541954年北京坐標系年北京坐標系 19801980年國家大地坐標系年國家大地坐標系 19561956年黃海高程系年黃海高程系 19851985年國家高程基準年國家高程基準 地理坐標系地理坐標系 平面直角坐標系平面直角坐標系( (用于繪制地圖用于繪制地圖) ) 平面極坐標系平面極坐標系( (用于地圖投影計算用于地圖投影計算) ) 由投影幾何特征建立平面直角坐標系由投影幾何特征建立平面直角坐標系; ; 自行

4、規定坐標系自行規定坐標系( (原點原點/ /橫、縱軸橫、縱軸).).1 1：5050萬為萬為高斯克呂格投影；高斯克呂格投影；中央經線和赤道投影后互為垂直的中央經線和赤道投影后互為垂直的直線，作為直角坐標軸；直線，作為直角坐標軸；兩種坐標網格：經緯網和公里網兩種坐標網格：經緯網和公里網直接建立在球體上的地理坐標，用經度和緯度表達地理對象位置建立在平面上的直角坐標系統，用（x，y）表達地理對象位置投影任意水準面大地水準面HAHA鉛垂線AHBHBhAB水準原點水準原點1985國家高國家高程基準，程基準，72.2604米米黃海海面黃海海面1952-1979年平年平均海水面為均海水面為0米米l將地球橢球

5、面上的點映射到平面上的方法，稱為地圖投影l地理坐標為球面坐標，不方便進行距離、方位、面積等參數的量算l地球橢球體為不可展曲面l地圖為平面，符合視覺心理，并易于進行距離、方位、面積等量算和各種空間分析，x，y),(),(21fyfxu變形分類：變形分類： 等角投影：投影前后角度不變等角投影：投影前后角度不變 等面積投影：投影前后面積不變；等面積投影：投影前后面積不變； 任意投影：角度、面積、長度均變形任意投影：角度、面積、長度均變形u投影面：投影面： 橫圓柱投影：投影面為橫圓柱橫圓柱投影：投影面為橫圓柱 圓錐投影：投影面為圓錐圓錐投影：投影面為圓錐 方位投影：投影面為平面方位投影：投影面為平面u

6、投影面位置：投影面位置： 正軸投影：投影面中心軸與地軸相互重合正軸投影：投影面中心軸與地軸相互重合 斜軸投影：投影面中心軸與地軸斜向相交斜軸投影：投影面中心軸與地軸斜向相交 橫軸投影：投影面中心軸與地軸相互垂直橫軸投影：投影面中心軸與地軸相互垂直 相切投影：投影面與橢球體相切相切投影：投影面與橢球體相切 相割投影：投影面與橢球體相割相割投影：投影面與橢球體相割根據投影面與球面相關位置的分類圖根據投影方程特征的分類圖長度變形角度變形面積變形和長度變形投影變形示意圖u地圖比例尺反映了制圖區域和地圖的比例關系地圖比例尺反映了制圖區域和地圖的比例關系u紙質地圖：內容、概括程度、數據精度等紙質地圖：內容

7、、概括程度、數據精度等 GIS：數據精度：數據精度u比例尺的含義：比例尺的含義： 制圖區域較小，采用各方面變形都較小的地圖投影，圖上各處的比例制圖區域較小，采用各方面變形都較小的地圖投影，圖上各處的比例是一致的，故此時比例尺的含義是是一致的，故此時比例尺的含義是圖上長度與相應地面長度的比例圖上長度與相應地面長度的比例； 制圖區域較大時，地圖投影比較復雜，地圖上長度因地點和方向的不制圖區域較大時，地圖投影比較復雜，地圖上長度因地點和方向的不同而有所變化，同而有所變化，這種地圖比例尺一般是指在地圖投影時，對地球半徑縮這種地圖比例尺一般是指在地圖投影時，對地球半徑縮小的比率，小的比率， 稱為主比例尺

8、。地圖經過投影后，體現在圖上只有個別點線稱為主比例尺。地圖經過投影后，體現在圖上只有個別點線沒有長度變形，也就是說，只有在這些長度沒有變形的點或線上，才可沒有長度變形，也就是說，只有在這些長度沒有變形的點或線上，才可用地圖上注明的比例尺用地圖上注明的比例尺u我國地圖比例尺分級系統：我國地圖比例尺分級系統： 大比例尺：大比例尺：1 1：5005001 1：1010萬萬 中比例尺：中比例尺：1 1：1010萬萬1 1：100100萬萬 小比例尺：小比例尺：1 1：100100萬萬u無級比例尺概念無級比例尺概念統一的坐標系統是地理信息系統建立的基礎 p自自1952年起，我國將其作為國家大地測量和地年

9、起，我國將其作為國家大地測量和地形圖的基本投影，亦稱形圖的基本投影，亦稱為主投影為主投影。 地理格網地理格網 按一定的數學規則對地球表面進行劃分形成地按一定的數學規則對地球表面進行劃分形成地理格網，可以用于表示呈面狀分布、以格網作為統理格網，可以用于表示呈面狀分布、以格網作為統計單元的地理信息。通過對地理格網劃分及編碼規計單元的地理信息。通過對地理格網劃分及編碼規則的深入分析研究，規定我國地理信息系統采用三則的深入分析研究，規定我國地理信息系統采用三種地理格網系統：種地理格網系統： 4 0 6 0格網系統格網系統直角坐標格網系統直角坐標格網系統自行設計自行設計 4 0 6 0格網系統 以緯度以

10、緯度4 0和經度和經度6 0進行劃分而構成的多級地理進行劃分而構成的多級地理格網系統，主要適用于表示陸地與近海地區全國或格網系統，主要適用于表示陸地與近海地區全國或省（區）范圍內各種地理信息等。它的分級如下：省（區）范圍內各種地理信息等。它的分級如下：格網等格網等級級1234567899格網單格網單元邊長元邊長30157.531. 50.750.30.155比例尺比例尺1:100萬1:50萬1:25萬1:10萬1:5萬1:2.5萬1:1萬1:5千1:20萬 將地球表面按數學法則投影到平面上，再將地球表面按數學法則投影到平面上，再按一定的縱橫坐標間距和統一的坐標原點對其按一定的縱橫坐標間距和統一

11、的坐標原點對其進行劃分而構成的多級地理格網系統。主要適進行劃分而構成的多級地理格網系統。主要適用于表示陸地和近海地區為工作規劃、設計、用于表示陸地和近海地區為工作規劃、設計、施工等應用需要的地理信息。它的分級如下：施工等應用需要的地理信息。它的分級如下： 直角坐標格網系統直角坐標格網系統*直角坐標格網的比例尺與格網等級不是唯一對應的，一種比例尺對應兩種格網等級，用戶可根據需要選擇一種。 格網等級格網等級12345678999格網邊長(m)100050025010050251052.5200100比例尺比例尺1:100萬1:50萬1:25萬1:10萬1:5萬1:2.5萬1:1萬1:5千1:20萬

12、 在地理信息系統中，還需要用到在地理信息系統中，還需要用到1:2000:2000、1:10001:1000和和1:5001:500的地形圖，在國家標準中未規定它的地形圖，在國家標準中未規定它們的格網等級和格網單元邊長，可根據實際需要自們的格網等級和格網單元邊長，可根據實際需要自行設計（一般為行設計（一般為2.52.5m m、2m2m、1m1m或或0.50.5m m的格網）的格網）。自行設計的格網系統自行設計的格網系統 上述三種地理格網均按地球象限、經緯度或直角坐標上述三種地理格網均按地球象限、經緯度或直角坐標進行劃分，具有嚴格的數學基礎，因此它們之間可以相互進行劃分，具有嚴格的數學基礎，因此它

13、們之間可以相互轉換。三種格網的分級各呈一定的層次關系，構成完整的轉換。三種格網的分級各呈一定的層次關系，構成完整的系列，便于組成地區的、國家的或全球的格網體系。系列，便于組成地區的、國家的或全球的格網體系。 在建立數字城市時，通常采用直角坐標格網系統。它在建立數字城市時，通常采用直角坐標格網系統。它具有實地格網大小相等，便于將大比例尺解析測圖儀生產具有實地格網大小相等，便于將大比例尺解析測圖儀生產作業的數據作為信息系統的數據源和便于同衛星圖像、作業的數據作為信息系統的數據源和便于同衛星圖像、DTMDTM數據重疊匹配等優點。但采用高斯投影時，在分帶邊數據重疊匹配等優點。但采用高斯投影時，在分帶邊

14、緣會產生許多不完整的網格，難以將分帶計算產生的網格緣會產生許多不完整的網格，難以將分帶計算產生的網格拚接在一個坐標系中。因此，若一個城市區域跨帶時需先拚接在一個坐標系中。因此，若一個城市區域跨帶時需先進行進行換帶計算換帶計算，使整個城市納入一個投影帶，然后再建立，使整個城市納入一個投影帶，然后再建立地理格網。地理格網。 原點在地球質心；原點在地球質心； Z軸指向軸指向BIH1984.0定義的協議地球極定義的協議地球極 （CTP）方向；方向； X軸指向軸指向BIH1984.0的零子午面和的零子午面和CTP 赤道交點；赤道交點； Y軸與軸與Z軸，軸，X軸構成右手坐標系。軸構成右手坐標系。 WGS-

15、 84WGS- 84地心坐標系統及其與國家坐標系的轉換地心坐標系統及其與國家坐標系的轉換 WGS-84是美國國防部研制確定的，其幾何定義為：是美國國防部研制確定的，其幾何定義為： GPS定位所得的結果都屬于定位所得的結果都屬于WGS-84地心坐標系統地心坐標系統。 工程上實用的大多是國家坐標系或是獨立坐標系。工程上實用的大多是國家坐標系或是獨立坐標系。 目前我國已在建立全國高精度的目前我國已在建立全國高精度的GPS控制網。控制網。進行地區性進行地區性GPS測量時：測量時： 已知已知( (至少至少) )一點高精度一點高精度GPS成果，以此作為全網的起算成果，以此作為全網的起算數據，以相對定位法可

16、得到網點的高精度數據，以相對定位法可得到網點的高精度WGS-84坐標系與國坐標系與國家坐標系之間的轉換參數，進而得到國家坐標系成果。家坐標系之間的轉換參數，進而得到國家坐標系成果。 另一種方法是進行另一種方法是進行GPS基線向量網的約束平差，將地面網基線向量網的約束平差，將地面網中的坐標、邊長和方位角作為中的坐標、邊長和方位角作為GPSGPS基線向量網的基準而直接得基線向量網的基準而直接得到平差后國家坐標系的成果。到平差后國家坐標系的成果。WGS-84國家坐標系國家坐標系1:51:5萬萬1:101:10萬萬1:11:1萬萬1:201:20萬萬地圖地圖地圖地圖地圖地圖地圖地圖源數據源數據更新數據

17、更新數據主數據庫主數據庫地圖地圖地圖地圖地圖地圖地圖地圖源數據源數據更新數據更新數據制圖綜合制圖綜合制圖綜合方法制圖綜合方法u一致性一致性u系統性系統性u通用性和標準化通用性和標準化u可擴展性可擴展性u一致性指對象的專業名詞、術一致性指對象的專業名詞、術語的定義必須嚴格保證概念的一致，語的定義必須嚴格保證概念的一致，對代碼所定義的同一專業名詞、術語對代碼所定義的同一專業名詞、術語必須是唯一的。必須是唯一的。u各種地理現象是地理系統的組成各種地理現象是地理系統的組成部分，彼此之間相互聯系、相互影響。部分，彼此之間相互聯系、相互影響。u編碼的系統性就是指在設置代碼編碼的系統性就是指在設置代碼時要明

18、確地反映出現象之間的固有關時要明確地反映出現象之間的固有關系，具有嚴密的邏輯性、層次性和關系，具有嚴密的邏輯性、層次性和關聯性。聯性。即要與國家已頒布的有關規范和即要與國家已頒布的有關規范和標準一致，直接引用或參照標準。這標準一致，直接引用或參照標準。這樣便于數據共享和交換，為數據的通樣便于數據共享和交換，為數據的通用性創造條件。用性創造條件。代碼的碼位設置一般要求緊湊經代碼的碼位設置一般要求緊湊經濟，減少冗余代碼，但必須留有擴展濟，減少冗余代碼，但必須留有擴展的余地，避免因新對象的出現而使原的余地，避免因新對象的出現而使原有編碼系統失敗。有編碼系統失敗。列出全部制圖對象（地理列出全部制圖對象

19、（地理/ /圖形屬性圖形屬性) ) 清單；清單；對制圖對象進行分類分級；對制圖對象進行分類分級；擬定代碼擬定代碼( (地理代碼地理代碼/ /圖形參數圖形參數) )系統；系統；按確定的代碼和代碼格式，建立代碼按確定的代碼和代碼格式，建立代碼和編碼對象對照表。和編碼對象對照表。空間現象及其表達現實世界空間數據地圖遙感影像特征關系行為觀察選擇抽象綜合測量：位置編碼：屬性建立關系：表達 有位置，無寬度和長度； 抽象的點美國佛羅里達洲地震監測站2002年9月該洲可能的500個地震位置 有長度，但無寬度和高度 用來描述線狀實體，通常在網絡分析中使用較多 度量實體距離香港城市道路網分布 具有長和寬的目標 通

20、常用來表示自然或人工的封閉多邊形 一般分為連續面和不連續面中國土地利用分布圖（不連續面）連續變化曲面：如地形起伏，整個曲面在空間上曲率變化連續。不連續變化曲面，如土壤、森林、草原、土地利用等，屬性變化發生在邊界上，面的內部是同質的。 有長、寬、高的目標 通常用來表示人工或自然的三維目標，如建筑、礦體等三維目標香港理工大學校園建筑0 編碼：區別不同的實體，包括分類碼和識別碼。分類 碼 表識空間對象的類別，而識別碼對每個空間對象進行表識，是唯一的。0 位置：坐標形式給出空間對象的空間位置0 類型：空間對象所屬的實體類型，或有那些實體組成0 行為：空間對象所具備的行為和功能0 屬性：空間對象所對應的

21、非幾何信息0 說明：實體數據來源、精度等0 關系：與其他實體之間的關系u分類對象的從屬和層次關系u有明確的分類對象類別和嚴格的隸屬關系高壓711電線架715管線:7地下電力線與電纜72電力線71地下檢修井74管線73低壓712電桿713電塔714不依比例7142依比例7141u按空間對象不同特性進行分類并進編碼u代碼之間沒有隸屬關系，反映對象特性u具有較大的信息量，有利于空間分析河流特性分類與編碼通航情況通航： 1不通航：2常年河：1時令河：2消失河：3 1 km： 1 2 km： 2 5 km： 3 10 km：5流水季節河流寬度河流長度河流深度 5 10 m ： 110 20 m： 220

22、 30 m： 330 60 m： 460 120 m： 5120 300 m：6300 500 m：7500m： 8 50m： 60 描述空間對象之間的空間相互作用關系0 方法q 絕對關系: 坐標、角度、方位、距離等；q 相對關系：相鄰、包含、關聯等0 相對關系類型q 拓撲空間關系：描述空間對象的相鄰、包含等q 順序空間關系：描述空間對象在空間上的排列次序，如前后、左右、東、西、南、北等。q 度量空間關系：描述空間對象之間的距離等。0 地圖、遙感影象上的空間關系是通過圖形識別的，在GIS中的空間關系則必須顯式的進行定義和表達。0 空間關系的描述多種多樣，目前尚未有具體的標準和固定的格式，但基本原理一致。不同的GIS可能采用不同的方法進行描述起點終點中間點弧段1弧段3弧段2弧段4點:面:弧:鄰接相交重合相離包含點點點線點面線面面面線線歐拉公式：歐拉公式：歐拉公式在GIS中有著重要的意義，主要用來檢查空間拓撲關系的正確性，能發現點、線、面不匹配的情況和多余、遺漏的圖形元素。c + a = n + bn: 結點數a: 弧段數b: 多邊形數c: 常數，為多邊形地圖特