1、GIS 原理与方法原理与方法中国地质大学中国地质大学(武汉武汉)信息工程学院信息工程学院GIS 原理与方法原理与方法1 1 绪论绪论 2 2 空间数据结构空间数据结构 3 3 地理信息系统的地理数学基础地理信息系统的地理数学基础 4 4 地理信息系统数据输入地理信息系统数据输入 5 5 地理信息系统的数据处理地理信息系统的数据处理 6 6 空间数据管理空间数据管理 9 9 空间分析空间分析 10 10 数字高程模型数字高程模型 14 14 地理信息系统的发展趋势地理信息系统的发展趋势 1 绪论绪论1.1 1.1 地理信息系统的基本概念地理信息系统的基本概念 1.2 1.2 地理信息系统发展过程
2、地理信息系统发展过程 1.3 1.3 地理信息系统与其它相关学科系统间的关系地理信息系统与其它相关学科系统间的关系 1.4 1.4 地理信息系统组成地理信息系统组成 1.5 1.5 地理信息系统功能和应用地理信息系统功能和应用 1.6 1.6 地理信息系统与数字地球地理信息系统与数字地球 1.1 1.1 地理信息系统的基本概念地理信息系统的基本概念地理信息系统（地理信息系统（GIS）是在计算机）是在计算机软硬件支持下，以采集、存贮、管软硬件支持下，以采集、存贮、管理、检索、分析和描述空间物体的理、检索、分析和描述空间物体的地理分布数据及与之相关的属性，地理分布数据及与之相关的属性，并回答用户问
3、题等为主要任务的技并回答用户问题等为主要任务的技术系统。术系统。1.2 1.2 地理信息系统发展过程地理信息系统发展过程（）起始发展阶段（）起始发展阶段(60年代年代)（）发展巩固阶段（）发展巩固阶段(70年代年代)（）推广应用阶段（）推广应用阶段(80年代年代)（）蓬勃发展阶段（）蓬勃发展阶段(90年代以后年代以后)1.3 1.3 地理信息系统与其它相关地理信息系统与其它相关学科系统间的关系学科系统间的关系GISGIS与地图学与地图学GISGIS是以地图数据库（主要来自地图）为基础是以地图数据库（主要来自地图）为基础 最终产品之一也是地图最终产品之一也是地图 GISGIS是地图学理论、方法与
4、功能的延伸是地图学理论、方法与功能的延伸 地图学强调图形信息传输地图学强调图形信息传输 GISGIS则强调空间数据处理与分析则强调空间数据处理与分析 GISGIS与一般事务数据库与一般事务数据库 数据库技术具有很好的管理数据库技术具有很好的管理,分析和处理数据的分析和处理数据的功能功能数据库技术是数据库技术是GISGIS的主要支撑技术之一的主要支撑技术之一GISGIS属性数据库部分相当于一般数据库属性数据库部分相当于一般数据库GISGIS数据库比一般数据库结构要复杂得多数据库比一般数据库结构要复杂得多GISGIS与计算机地图制图与计算机地图制图 计算机地图制图系统强调的是图形表示计算机地图制图
5、系统强调的是图形表示 GISGIS既注重实体的空间分布又强调它们的显示方既注重实体的空间分布又强调它们的显示方法法,可综合图形和属性的数据进行深层次的空间可综合图形和属性的数据进行深层次的空间分析分析数字地图是数字地图是GISGIS的数据源，也是的数据源，也是GISGIS表达形式表达形式 GISGIS与计算机辅助设计与计算机辅助设计(CAD)(CAD)共同点共同点:都有空间坐标都有空间坐标 都能把目标和参考系统联系起来都能把目标和参考系统联系起来 都能描述图形数据的拓扑关系都能描述图形数据的拓扑关系 都能处理非图形属性数据都能处理非图形属性数据 区别区别:CADCAD处理的多为规则几何图形及其
6、组合处理的多为规则几何图形及其组合;它的图形功能尤其是三它的图形功能尤其是三维图形功能极强维图形功能极强;属性库功能相对要弱属性库功能相对要弱;采用的一般是几何坐标采用的一般是几何坐标系系 GISGIS处理的多为自然目标，因而图形处理的难度大处理的多为自然目标，因而图形处理的难度大;GIS;GIS的属性库的属性库内容结构复杂，功能强大内容结构复杂，功能强大;图形属性的相互作用十分频繁，且多图形属性的相互作用十分频繁，且多具有专业化特征具有专业化特征;GIS;GIS采用的多是大地坐标，必须有较强的多层采用的多是大地坐标，必须有较强的多层次空间叠置分析功能次空间叠置分析功能;GIS;GIS的数据量
7、大，数据输入方式多样化的数据量大，数据输入方式多样化;所所用的数据分析方法具有专业化特征用的数据分析方法具有专业化特征 目前目前,GIS,GIS与与CADCAD仍有不同的侧重和特长仍有不同的侧重和特长,但它们主流技术但它们主流技术之间的融合仍在不断扩展之中之间的融合仍在不断扩展之中1.5 1.5 地理信息系统功能和应用地理信息系统功能和应用（）数据采集与输入（）数据采集与输入（）数据编缉与更新（）数据编缉与更新（）数据存贮与管理（）数据存贮与管理（）空间查询与分析（）空间查询与分析（）数据显示与输出（）数据显示与输出1.6 1.6 地理信息系统与数字地球地理信息系统与数字地球数字地球的概念和提
8、出的背景数字地球的概念和提出的背景数字地球是对真实地球及其相关现象统一性的数字化重现数字地球是对真实地球及其相关现象统一性的数字化重现和认识，其核心思想是用数字化手段统一地处理地球问题和认识，其核心思想是用数字化手段统一地处理地球问题和最大限度地利用信息资源和最大限度地利用信息资源 数字地球的特点数字地球的特点 多源、多比例尺、多分辨率数据无缝集成的网络信息系统多源、多比例尺、多分辨率数据无缝集成的网络信息系统 面向全社会公众开放的网络信息系统面向全社会公众开放的网络信息系统 虚拟现实技术支持下多维网络信息系统虚拟现实技术支持下多维网络信息系统 数字地球需要的支撑技术与数字地球框架数字地球需要
9、的支撑技术与数字地球框架 计算科学计算科学 海量存储海量存储 卫星图像卫星图像 宽带网络宽带网络 互操作互操作 元数据元数据 数字地球的应用和意义数字地球的应用和意义2 空间数据结构空间数据结构 2.1 2.1 栅格数据结构栅格数据结构 2.2 2.2 矢量数据结构矢量数据结构 2.3 2.3 地理数据的显式和隐式表示地理数据的显式和隐式表示 2.4 2.4 矢量与栅格数据结构的比较矢量与栅格数据结构的比较 2.1 2.1 栅格数据结构栅格数据结构2.1.1 栅格数据基本概念栅格数据基本概念2.1.2 栅格数据层的概念栅格数据层的概念2.1.3 栅格数据取值方法栅格数据取值方法2.1.4 栅格
10、数据存储编码栅格数据存储编码 2.1.1 2.1.1 栅格数据基本概念栅格数据基本概念将工作区域的平面表象按一定分解力作行和列的规则划将工作区域的平面表象按一定分解力作行和列的规则划分，形成许多格网，每个网格单元称为象素。根据所表分，形成许多格网，每个网格单元称为象素。根据所表示实体的表象信息差异，各象元可用不同的示实体的表象信息差异，各象元可用不同的“灰度值灰度值”来表示来表示 。若每个象元规定若每个象元规定N N比特，则其灰度值范围可在比特，则其灰度值范围可在0 0到到2 2N N11之之间；把白灰色黑的连续变化量化成间；把白灰色黑的连续变化量化成8 8比特（比特（bitbit），），其灰
11、度值范围就允许在其灰度值范围就允许在0 0255255之间，共之间，共256256级；若每个级；若每个象元只规定象元只规定1 1比特，则灰度值仅为比特，则灰度值仅为0 0和和1 1，这就是所谓二，这就是所谓二值图像，值图像，0 0代表背景。代表背景。栅格数据结构实际上就是象元阵列，即象元按矩阵形式栅格数据结构实际上就是象元阵列，即象元按矩阵形式的集合，栅格中的每个象元是栅格数据中最基本的信息的集合，栅格中的每个象元是栅格数据中最基本的信息存储单元，其坐标位置可以用行号和列号确定。存储单元，其坐标位置可以用行号和列号确定。2.1.2 2.1.2 栅格数据层的概念栅格数据层的概念 在栅格数据结构中
12、，物体的空间位置就用其在在栅格数据结构中，物体的空间位置就用其在笛卡尔平面网格中的行号和列号坐标表示，物笛卡尔平面网格中的行号和列号坐标表示，物体的属性用象元的取值表示，每个象元在一个体的属性用象元的取值表示，每个象元在一个网格中只能取值一次，同一象元要表示多重属网格中只能取值一次，同一象元要表示多重属性的事物就要用多个笛卡尔平面网格，每个笛性的事物就要用多个笛卡尔平面网格，每个笛卡尔平面网格表示一种属性或同一属性的不同卡尔平面网格表示一种属性或同一属性的不同特征，这种平面称为层。特征，这种平面称为层。2.1.3 2.1.3 栅格数据取值方法栅格数据取值方法中心归属法：每个栅格单元的值以网格中
13、心点对中心归属法：每个栅格单元的值以网格中心点对应的面域属性值来确定。应的面域属性值来确定。长度占优法：每个栅格单元的值以网格中线（水长度占优法：每个栅格单元的值以网格中线（水平或垂直）的大部分长度所对应的面域的属性值平或垂直）的大部分长度所对应的面域的属性值来确定。来确定。面积占优法：每个栅格单元的值以在该网格单元面积占优法：每个栅格单元的值以在该网格单元中占据最大面积的属性值中占据最大面积的属性值重要性法：根据栅格内不同地物的重要性程度，重要性法：根据栅格内不同地物的重要性程度，选取特别重要的空间实体决定对应的栅格单元值，选取特别重要的空间实体决定对应的栅格单元值，如稀有金属矿产区，其所在
14、区域尽管面积很小或如稀有金属矿产区，其所在区域尽管面积很小或不位于中心，也应采取保留的原则不位于中心，也应采取保留的原则2.1.4 2.1.4 栅格数据存储编码栅格数据存储编码(1)(1)直接编码直接编码(2)(2)链式编码链式编码(3)(3)行程编码行程编码(4)(4)块式编码块式编码(5)(5)四叉树编码四叉树编码 直接栅格编码直接栅格编码是最简单最直观而又非常重要的一种栅格结构编码是最简单最直观而又非常重要的一种栅格结构编码方法，通常称这种编码为图像文件或栅格文件。直接编码就是将方法，通常称这种编码为图像文件或栅格文件。直接编码就是将栅格数据看作一个数据矩阵，逐行（或逐列）逐个记录代码，
15、可栅格数据看作一个数据矩阵，逐行（或逐列）逐个记录代码，可以每行都从左到右逐象元记录，也可奇数行从左到右，而偶数行以每行都从左到右逐象元记录，也可奇数行从左到右，而偶数行由右向左记录，为了特定目的还可采用其它特殊的顺序由右向左记录，为了特定目的还可采用其它特殊的顺序 3 3 3 4 4 4 4 43 3 3 3 4 4 4 41 3 3 3 4 4 4 21 1 3 3 3 2 2 21 1 1 1 3 2 2 21 1 1 1 2 2 2 21 1 1 1 1 2 2 21 1 1 1 1 2 2 21333444442333344443133344424113332225111132226
16、11112222711111222811111222(2)(2)行程编码行程编码 按行（或列）记录相同代码的始末象元按行（或列）记录相同代码的始末象元的列号（或行号）和相应的代码，左的列号（或行号）和相应的代码，左图可沿行方向进行程编码：图可沿行方向进行程编码：1行：（行：（1，3，3），（），（4，8，4）；）；2行：（行：（3，4，3），（），（5，8，4）；）；3行：（行：（1，1，1），（），（2，4，3），），（5，7，4），（），（8，8，2）；）；4行：（行：（1，2，1），（），（3，5，3），），（6，8，2）；）；5行：（行：（1，4，1），（），（5，5，3），），（6，
17、8，2）；）；6行：（行：（1，4，1），（），（5，8，2）；）；7行：（行：（1，5，1），（），（6，8，2）；）；8行：（行：（1，5，1），（），（6，8，2）。133344444233334444313334442411333222511113222611112222711111222811111222(3)块式编码块式编码 把多边形范围划分成由象元组成的正方把多边形范围划分成由象元组成的正方形，然后对各个正方形进行编码。块式形，然后对各个正方形进行编码。块式编码数据结构中包括编码数据结构中包括3个数字：块的初个数字：块的初始位置（行、列号）和块的大小（块包始位置（行、列号）和块的
18、大小（块包括的象元数），再加上记录单元的代码括的象元数），再加上记录单元的代码组成。组成。（1，1，2，3），（），（1，3，1，3），），（1，4，1，4），（），（1，5，3，4）,（1，8，1，4），（），（2，3，1，3），），（2，4，1，3），（），（2，8，1，4），），（3，1，1，1），（），（3，2，1，3），），（3，3，2，3），（），（3，8，1，2），），（4，1，1，1），（），（4，2，1，1），），（4，5，1，3），（），（4，6，1，2），），（4，7，2，2），（），（5，1，4，1），），（5，5，1，3），（），（5，6，1，2），），（6，5，1，
19、2），（），（6，6，3，2），），（7，5，1，1），（），（8，5，1，1）。）。1333444442333344443133344424113332225111132226111122227111112228111112222.2 2.2 矢量数据结构矢量数据结构2.2.1 矢量数据概念矢量数据概念2.2.2 拓扑关系拓扑关系2.2.3 多边形矢量编码多边形矢量编码2.2.4 结构结构2.2.1 2.2.1 矢量数据概念矢量数据概念矢量数据就是代表地图图形的各离散点平面矢量数据就是代表地图图形的各离散点平面坐标（坐标（x x，y y）的有序集合。）的有序集合。2.2.2 2.2.2 拓扑
20、关系拓扑关系拓扑关系是指网结构元素结点、弧段、面域拓扑关系是指网结构元素结点、弧段、面域之间的空间关系，主要表现为下列三种关系：之间的空间关系，主要表现为下列三种关系：拓扑邻接关系、拓扑关联关系、拓扑包含关拓扑邻接关系、拓扑关联关系、拓扑包含关系。系。（1）拓扑邻接）拓扑邻接拓扑邻接指存在于空间图形的同类元素之间拓扑邻接指存在于空间图形的同类元素之间的拓扑关系。结点邻接关系有的拓扑关系。结点邻接关系有N1/N4N1/N4，N1/N2N1/N2等；多边形邻接关系有等；多边形邻接关系有P1/P3P1/P3，P2/P3 P2/P3 等。等。（2）拓扑关联）拓扑关联拓扑关联指存在于空间图形的不同类元素
21、之间拓扑关联指存在于空间图形的不同类元素之间的拓扑关系。结点与弧段关联关系有的拓扑关系。结点与弧段关联关系有N1/C1N1/C1、C3C3、C6C6，N2/C1N2/C1、C2C2、C5 C5 等。多边形与等。多边形与线段的关联关系有线段的关联关系有P1/C1P1/C1、C5C5、C6C6，P2/C2P2/C2、C4C4、C5C5、C7C7等。等。（3）拓扑包含）拓扑包含拓扑包含指存在于空间图形的同类但不同拓扑包含指存在于空间图形的同类但不同级的元素之间的拓扑关系，级的元素之间的拓扑关系，P1P1包含包含P2P2和和P3P3。2.2.3 2.2.3 多边形矢量编码多边形矢量编码 一个区域或一幅
22、地图可以划分成许多多边形，每一个区域或一幅地图可以划分成许多多边形，每个多边形由一条或若干条弧段组成，每条弧段由个多边形由一条或若干条弧段组成，每条弧段由一串有序的一串有序的x，y坐标对组成，每条弧段的两端点坐标对组成，每条弧段的两端点为结点，每个结点连接两条以上的弧段，多边形为结点，每个结点连接两条以上的弧段，多边形矢量编码主要用于表示空间图形为多边形的面状矢量编码主要用于表示空间图形为多边形的面状要素，每个多边形在数据库中是相互独立、分开要素，每个多边形在数据库中是相互独立、分开存储的。如特征值为存储的。如特征值为4的多边形由条的多边形由条4弧段组成，弧段组成，其文件编码坐标为其文件编码坐
23、标为:x18,y18;x19,y19;x9,y9;x8,y8;x7,y7;x20,y20;x21,y21;x22,y22;x23,y23;x24,y24;x18,y18 特征值坐标位置1x1,y1;x2,y2;x3,y3;x4,y4;x5,y5;x6,y6;x7,y7;x8,y8;x9,y9;x10,y10;x1,y12x28,y28;x29,y29;x30,y30;x31,y31;x32,y32;x33,y33;x28,y283x1,y1;x11,y11;x12,y12;x13,y13;x14,y14;x15,y15;x16,y16;x17,y17;x18,y18;x19,y19;x9,y9
24、x10,y10;x1,y14x18,y18;x19,y19;x9,y9;x8,y8;x7,y7;x20,y20;x21,y21;x22,y22;x23,y23;x24,y24;x18,y185x16,y16;x17,y17;x18,y18;x24,y24;x23,y23;x27,y27;x26,y26;x25,y25;x16,y162.3 2.3 地理数据的显式和隐式表示地理数据的显式和隐式表示2.4 2.4 矢量与栅格数据结构的比较矢量与栅格数据结构的比较 矢量数据矢量数据 数据存储量小数据存储量小 空间位置精度高空间位置精度高 用网络连接法能完整描述拓扑关系用网络连接法能完整描述拓扑关系
25、输出简单容易，绘图细腻、精确、美观输出简单容易，绘图细腻、精确、美观 可对图形及其属性进行检索、更新和综合可对图形及其属性进行检索、更新和综合 数据结构复杂数据结构复杂 获取数据慢获取数据慢 数学模拟困难数学模拟困难 多种地图叠合分析困难多种地图叠合分析困难 不能直接处理数字图像信息不能直接处理数字图像信息 空间分析不容易实现空间分析不容易实现 边界复杂、模糊的事物难以描述边界复杂、模糊的事物难以描述 数据输出的费用较高数据输出的费用较高 栅格数据栅格数据数据存储量大数据存储量大空间位置精度低空间位置精度低难于建立网络连接关系难于建立网络连接关系输出速度快，但绘图粗糙、不美观输出速度快，但绘图
26、粗糙、不美观便于面状数据处理便于面状数据处理数据结构简单数据结构简单快速获取大量数据快速获取大量数据数学模拟方便数学模拟方便多种地图叠合分析方便多种地图叠合分析方便能直接处理数字图像信息能直接处理数字图像信息空间分析易于进行空间分析易于进行容易描述边界复杂、模糊的事物容易描述边界复杂、模糊的事物技术开发费用低技术开发费用低3.3.地理信息系统中的地理基础地理信息系统中的地理基础3.1 3.1 地图投影概念地图投影概念3.2 3.2 地图投影基本要素地图投影基本要素3.3 3.3 地图投影变形地图投影变形3.4 3.4 地图投影分类地图投影分类3.5 3.5 几种主要投影类型几种主要投影类型3.
27、6 3.6 地理信息系统中地地理信息系统中地 图投影设计与配置图投影设计与配置3.7 3.7 我国我国GISGIS中地图投影的应用中地图投影的应用3.1 3.1 地图投影概念地图投影概念 建立平面上的点和地球建立平面上的点和地球表面上的点之间的函数表面上的点之间的函数关系，用数字式表达这关系，用数字式表达这种关系就是：种关系就是：为平面坐标，为球面地理为平面坐标，为球面地理坐标坐标),(),(21fyfx3.2.3.2.地图投影基本要素地图投影基本要素 3.2.1 3.2.1 地球形状、大小地球形状、大小 3.2.2 3.2.2 大地坐标系大地坐标系3.2.3 3.2.3 投影坐标系投影坐标系
28、3.2.4 3.2.4 子午圈曲率半径、卯酉圈曲率半径，纬圈子午圈曲率半径、卯酉圈曲率半径，纬圈半径半径3.2.1 3.2.1 地球形状、大小地球形状、大小（1）大地水准面）大地水准面 海水处于静止状态，把海水面延伸到大陆之下形成包围整个海水处于静止状态，把海水面延伸到大陆之下形成包围整个地球的连续表面：地球的连续表面：（2）椭球体元素）椭球体元素 扁率：扁率：第一偏心率：第一偏心率：第二偏心率：第二偏心率：不同资料，不同资料，a、b不同不同 52年以前用海福特，年以前用海福特，53年起用克拉索夫斯基。年起用克拉索夫斯基。2222bbae3.2.2 3.2.2 大地坐标系大地坐标系（1 1）5
29、454年北京坐标系年北京坐标系 在东北黑龙江边境上同苏联大地网联测，通过大地坐标计算，推算出北京在东北黑龙江边境上同苏联大地网联测，通过大地坐标计算，推算出北京点的坐标，北京坐标系是苏联点的坐标，北京坐标系是苏联42年坐标系的延伸，其原点在苏联普尔科年坐标系的延伸，其原点在苏联普尔科沃。沃。（2）80年西安坐标系年西安坐标系 78年年4月召开月召开“全国天文大地网平差会议全国天文大地网平差会议”建立建立80年西安坐标系，其原年西安坐标系，其原点在西安西北的永乐镇，简称西安原点。椭球体参数为点在西安西北的永乐镇，简称西安原点。椭球体参数为75年国际大地测年国际大地测量与地球物理联合会第量与地球物
30、理联合会第16界大会的推荐值。界大会的推荐值。（3）新）新54年北京坐标系年北京坐标系 将全国大地网整体平差的结果整体换算到克拉索夫斯基椭球体上，形成将全国大地网整体平差的结果整体换算到克拉索夫斯基椭球体上，形成一个新的坐标系，称为新一个新的坐标系，称为新54年北京坐标系，它与年北京坐标系，它与80年国家大地坐标系的年国家大地坐标系的轴定向基准相同，网的点位精度相同。轴定向基准相同，网的点位精度相同。（4）WGS84坐标系 在在GPS定位中，定位结果属于定位中，定位结果属于WGS84坐标系，坐标系原点位于质心，坐标系，坐标系原点位于质心，Z轴指向轴指向BIH1984.0协议地极（协议地极（CT
31、P）。）。3.2.3 3.2.3 投影坐标系投影坐标系(1)用户坐标系用户坐标系 由用户指定的相对于二维坐标系由用户指定的相对于二维坐标系,一般与实际地物定位无关。一般与实际地物定位无关。(2)地理坐标系地理坐标系 经度起点为英国格林威治经度起点为英国格林威治,向东为正向东为正,纬度自赤道起向北为纬度自赤道起向北为正的。正的。(3)投影平面直角坐标系投影平面直角坐标系 是将地球球面投影到平面后所设定的坐标系是将地球球面投影到平面后所设定的坐标系,如如 高斯投影坐标系。高斯投影坐标系。(4)地心坐标系地心坐标系 三维球心空间坐标系，原点位于球心，常用直角坐标（三维球心空间坐标系，原点位于球心，常
32、用直角坐标（x，y，z）或角度和高程表示（）或角度和高程表示（B，L，H）其中）其中B，L分别为纬分别为纬度和经度。度和经度。3.2.4 3.2.4 子午圈曲率半径、卯酉子午圈曲率半径、卯酉 圈曲率半径，纬圈半径圈曲率半径，纬圈半径3.3 地图投影变形地图投影变形3.3.1 3.3.1 长度变形长度变形3.3.2 3.3.2 面积变形面积变形3.3.3 3.3.3 角度变形角度变形3.3.1 3.3.1 长度变形长度变形按微分几何的概念、微分按微分几何的概念、微分梯形在平面上表象为平等梯形在平面上表象为平等四边形四边形沿经线长度比沿经线长度比 沿纬线长度比沿纬线长度比在一定点上的长度比存在一定
33、点上的长度比存在有是大、最小值，称在有是大、最小值，称为极值长度经。为极值长度经。极值长度比所代表方向极值长度比所代表方向为点方向，相当于变形为点方向，相当于变形椭元的椭元的a a、b b轴轴经纬线正交投影中，经经纬线正交投影中，经纬线方向的长度比即为纬线方向的长度比即为极值长度比极值长度比0d3.3.2 3.3.2 面积变形面积变形 abmnMrHdMrddHddFFdsin面积比=3.3.3 3.3.3 角度变形角度变形 方位角的变形随不方位角的变形随不同的方向的变化，同的方向的变化，一定点上的角度变一定点上的角度变形的大小是用其最形的大小是用其最大值来衡量，称最大值来衡量，称最大角度变形
34、，用大角度变形，用W W表示表示3.4 3.4 地图投影分类地图投影分类3.4.1 3.4.1 按变形分类按变形分类3.4.2 3.4.2 按投影面与地球表面相关位置分类按投影面与地球表面相关位置分类3.4.3 3.4.3 按投影经纬网线的形状分类按投影经纬网线的形状分类3.4.1 3.4.1 按变形分类按变形分类（1）等角投影）等角投影 微分图形投影后保持相似微分图形投影后保持相似 （2）等面积投影）等面积投影 某一微分面积投影前后保持某一微分面积投影前后保持相等相等 （3）等距离投影）等距离投影 沿某一方向上投影长度比等沿某一方向上投影长度比等于于1 沿线线上等距离投影：沿线线上等距离投影
35、：沿纬线上等距离投影：沿纬线上等距离投影：1sinabmnMrHrGn3.4.2 按投影面与地球表面相关位置分类 3.4.3 3.4.3 按投影经纬网线的形状分类按投影经纬网线的形状分类相应于图中类别投影名称经纬线形状限定特征经线纬线C（右）圆锥直线来同心圆弧经线间隔相等，交于纬线元心C（右）方位直线束同心圆弧同上，且经线夹角等于经差C（左）圆柱平行直线平等直线经纬线正交B2（右）伪元锥对称曲线同心圆弧B2（右）伪方位对称曲线同心圆B2（左）伪圆柱对称曲线平行直线A（右）多元锥对称曲线同轴圆弧3.5 3.5 几种主要投影类型几种主要投影类型3.5.1 3.5.1 圆锥投影圆锥投影3.5.2 3
36、.5.2 圆柱投影圆柱投影3.5.3 3.5.3 高斯高斯克吕格投影（克吕格投影（Gauss-krugerGauss-kruger）3.5.1 3.5.1 圆锥投影圆锥投影等角圆锥投影等角圆锥投影 （兰勃脱（兰勃脱LambertLambert）等面积圆锥投影等面积圆锥投影等距离圆锥投影等距离圆锥投影等角圆锥投影（兰勃脱等角圆锥投影（兰勃脱Lambert）(1)单标准纬线（一纬线无长度变形）（2）双标准纬线（等角割圆维投影）（两条纬线无长度变形）等面积圆锥投影等面积圆锥投影 （经差1弧度，纬差为0到纬度的梯形 面积)（1）单标准纬线（正轴等面积切圆锥投影）（2）双标准纬线（正轴等面积割圆锥投影，
37、亚尔勃斯（A/bers）投影）等距离圆锥投影等距离圆锥投影（1）单标准纬线（正轴等距离切圆锥投影）（2）双标准纬线（等距离割圆锥投影）3.5.2 3.5.2 圆柱投影圆柱投影 等角圆柱投影（墨卡托等角圆柱投影（墨卡托MercatorMercator）等距离圆柱投影（方格投影）等距离圆柱投影（方格投影）等面积圆柱投影等面积圆柱投影等角圆柱投影（墨卡托等角圆柱投影（墨卡托Mercator投投影）影）Mod=0.4342945 为割纬线的半径在切圆柱中 ytgUModxa等距离圆柱投影（方格投影）等距离圆柱投影（方格投影）为赤道到的子午线长度当横坐标轴与赤道重合时，x=0故C=0 等面积圆柱投影等面
38、积圆柱投影 S为经差一弧度，纬差由赤道到 梯形面积 3.5.3 高斯克吕格投影 (等角横切椭圆柱投影)(1)(1)高斯投影的三个条件高斯投影的三个条件(2)(2)高斯投影直角坐标公式高斯投影直角坐标公式(3)(3)高斯投影变形分析高斯投影变形分析(4)(4)高斯投影带划分高斯投影带划分 (5)(5)坐标图坐标图高斯投影的三个条件高斯投影的三个条件（1 1）中央经线和赤道投影后互相垂直，）中央经线和赤道投影后互相垂直，且为对称轴且为对称轴（2 2）等角投影）等角投影（3 3）中央经线无长度变形）中央经线无长度变形高斯投影直角坐标公式高斯投影直角坐标公式高斯投影变形分析高斯投影变形分析（1 1）中
39、央经线上无长度变形）中央经线上无长度变形（2 2）除中央经线长度比为）除中央经线长度比为1 1，任何在长，任何在长 度比均大于度比均大于1 1（3 3）同一纬线距中央经线越远变形愈大）同一纬线距中央经线越远变形愈大 变形最大位于投影带边变形最大位于投影带边（4 4）同一经线上，纬度越低，变形越大）同一经线上，纬度越低，变形越大。高斯投影带划分高斯投影带划分（1）6带带 1 2.5万万1 50万址形图采用经差万址形图采用经差6分带分带 东半球：中央经经位置东半球：中央经经位置 西半球：中央经线位置西半球：中央经线位置（2）3带带 大于等于大于等于1 1万地形图采用经差万地形图采用经差3分带分带
40、从东径从东径130算起。算起。坐标图坐标图 1 1）经纬网）经纬网 由经线和纬线我织构成的坐标网由经线和纬线我织构成的坐标网 又称地理坐标网。又称地理坐标网。2 2）方里网）方里网 方里网等于投影坐标轴的两组平行线构成的方格方里网等于投影坐标轴的两组平行线构成的方格网，每隔整公里绘出坐标纵线和坐标横线，方厘网同网，每隔整公里绘出坐标纵线和坐标横线，方厘网同时平行于直角坐标轴的坐标网线，故又称直角坐标网。时平行于直角坐标轴的坐标网线，故又称直角坐标网。直角坐标网以中央经线投影后的直线为直角坐标网以中央经线投影后的直线为x x轴，以赤道轴，以赤道投影后的直线为投影后的直线为y y轴，它们交点为坐标
41、原点，我国位轴，它们交点为坐标原点，我国位于北半球，为了避免于北半球，为了避免y y坐标出现负值，规定纵坐标轴坐标出现负值，规定纵坐标轴向西平移向西平移500km500km。每个带的坐标完全相同，为了指出。每个带的坐标完全相同，为了指出投影带是哪一带，规定要在横坐标之前加上带号。投影带是哪一带，规定要在横坐标之前加上带号。原横坐标原横坐标 y=245863.7my=245863.7m西移西移500km500km后，横坐标后，横坐标 y=745863.7my=745863.7m加 上 带 号加 上 带 号 2 02 0 横 坐 标横 坐 标 y=20745863.7my=20745863.7m3
42、.6 3.6 地理信息系统中地理信息系统中 地图投影设计与配置地图投影设计与配置3.6.1 GIS3.6.1 GIS与地图投影关系与地图投影关系地图投影（地理基础）数据获取数据源地图投影数据存储统一的坐标基础数据处理投影转换数据应用空间分析依据数据库投影数据输出有相应投影的地图3.6.2 GIS3.6.2 GIS中地图投影设计与配置中地图投影设计与配置（1 1）各国家）各国家GISGIS所采用的投影系统与该国的基本地图系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列所用的投影系统一致（2 2）各比例尺的）各比例尺的GISGIS中的投影系统与其相应比例尺的主中的投影系统与其相应比例尺的
43、主要信息源地图所用的投影一致。要信息源地图所用的投影一致。（3 3）各地区的）各地区的GISGIS中投影系统与其所在区域适用的投影中投影系统与其所在区域适用的投影系统一致。系统一致。（4 4）各种）各种GISGIS一般以一种或两种（至多三种）投影系统一般以一种或两种（至多三种）投影系统为其投影坐标系统，以保证地理定位框架的统一。为其投影坐标系统，以保证地理定位框架的统一。GISGIS中地图投影配置一般原则：中地图投影配置一般原则：（1 1）所配置的投影系统应与相应比例尺）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。的国家基本图投影系统一致。（2 2）系统一般最多只采用两种投影系统
44、，）系统一般最多只采用两种投影系统，一种服务于大比例尺，一种服务于小比一种服务于大比例尺，一种服务于小比例尺。例尺。（3 3）所用投影以等角投影为宜。）所用投影以等角投影为宜。（4 4）所用投影应能与网格坐标系统相适）所用投影应能与网格坐标系统相适应。应。3.7 3.7 我国我国GISGIS中地图投影的应用中地图投影的应用(1)(1)我国基本比例尺地形图中我国基本比例尺地形图中1:501:50万的图均采用万的图均采用高斯高斯克长格投影。克长格投影。(2)(2)我国我国1 1：100100万地形图采用正轴等角割圆锥投影万地形图采用正轴等角割圆锥投影(3)(3)我国大部分省区图多采用正轴等角割圆锥
45、投影我国大部分省区图多采用正轴等角割圆锥投影和属于同一投影系统的正轴等面积割圆锥投影。和属于同一投影系统的正轴等面积割圆锥投影。(4)(4)正轴等角圆锥投影中，地球表面上两点间的最正轴等角圆锥投影中，地球表面上两点间的最短距离（即大圆航线）表现为近于直线，这有短距离（即大圆航线）表现为近于直线，这有 利于利于GISGIS中空间分析和信息量度的正确实施。中空间分析和信息量度的正确实施。4 4 地理信息系统数据输入地理信息系统数据输入4.1 4.1 空间数据的输入空间数据的输入4.2 4.2 属性数据的输入属性数据的输入4.3 4.3 空间与属性数据的连接空间与属性数据的连接4.4.空间数据输入空
46、间数据输入4.1.1 4.1.1 手工键盘输入手工键盘输入4.1.2 4.1.2 跟踪数字化输入跟踪数字化输入4.1.3 4.1.3 扫描数字化输入扫描数字化输入4.1.4 4.1.4 现有数据转换现有数据转换 4.1.1 4.1.1 手工键盘输入手工键盘输入键盘输入就是通过手工在计算机终端上键盘输入就是通过手工在计算机终端上输入数据。实际上就是将图形元素点、输入数据。实际上就是将图形元素点、线、面实体的地理位置数据（各种坐标线、面实体的地理位置数据（各种坐标系中的坐标）通过键盘输入数据文件或系中的坐标）通过键盘输入数据文件或程序中去。实体坐标可以用地图上的坐程序中去。实体坐标可以用地图上的坐
47、标网或将其他格网复盖在材料上量取，标网或将其他格网复盖在材料上量取，这是最简单又不用任何特殊设备的图形这是最简单又不用任何特殊设备的图形数据输入法。数据输入法。4.1.2 4.1.2 跟踪数字化输入跟踪数字化输入(1)(1)数字化仪简介数字化仪简介(2)(2)数字化过程数字化过程(3)(3)数字化方式数字化方式(4)(4)数字化精度数字化精度 (1)数字化仪简介数字化仪简介数字化仪由电磁感应板（操作平台）、数字化仪由电磁感应板（操作平台）、坐标输入控制器（标示器）和接口装置坐标输入控制器（标示器）和接口装置组成。目前，市场上数字化仪的规格按组成。目前，市场上数字化仪的规格按其可处理的图幅面积来
48、划分，有其可处理的图幅面积来划分，有A0A0、A1A1、A3A3等幅面。典型的用于制图的数字化仪等幅面。典型的用于制图的数字化仪是是A0A0规格，其幅面为规格，其幅面为1.0m1.0m1.5m1.5m。较小。较小的数字化设备称为数字化板。的数字化设备称为数字化板。(2)数字化过程数字化过程根据根据GISGIS软件所提供的数字化仪设备驱动程序软件所提供的数字化仪设备驱动程序和数字化仪的类型，作好数字化仪安装工作，和数字化仪的类型，作好数字化仪安装工作，给数字化仪加电，将准备好的数字化原图固定给数字化仪加电，将准备好的数字化原图固定于数字化桌上，输入原图的比例尺，定义用户于数字化桌上，输入原图的比
49、例尺，定义用户坐标系（原点和坐标轴），确定地图投影方式，坐标系（原点和坐标轴），确定地图投影方式，选择数字化方式，确定数字化范围，即用标示选择数字化方式，确定数字化范围，即用标示器将器将X X、Y Y最小值的点和最小值的点和X X、Y Y最大值的点数字化。最大值的点数字化。数字化时必须按照不同的专题内容分文件、分数字化时必须按照不同的专题内容分文件、分图层有顺序地数字化，幅面较大的图件，可分图层有顺序地数字化，幅面较大的图件，可分块数字化。块数字化。(3)数字化方式数字化方式点方式数字化时，只要将标示器十字丝交点对准数字点方式数字化时，只要将标示器十字丝交点对准数字化原图上要数字化的点，按下标
50、示器上相应的按键，化原图上要数字化的点，按下标示器上相应的按键，记录该点记录该点x x、y y坐标。每记录一次坐标，操作员需要按坐标。每记录一次坐标，操作员需要按键一次。点方式主要用于采集单个点和控制曲线形态键一次。点方式主要用于采集单个点和控制曲线形态的特征点（端点、极值点、拐点），如控制点、三角的特征点（端点、极值点、拐点），如控制点、三角点、水准点、独立地物中心点等，折线的始点、终点、点、水准点、独立地物中心点等，折线的始点、终点、转折点，居民地街区拐角点等。转折点，居民地街区拐角点等。流方式数字化时，将标示器十字丝交点沿曲线从起点流方式数字化时，将标示器十字丝交点沿曲线从起点移动到终点
