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1、第二章第二章 地球空间数字测绘地球空间数字测绘本章重点1、地球空间和空间信息的概念2、空间数据和空间模型3、地球参照系统和空间尺度与地图比例尺4、成图的基本概念、内容、原理及方法2.1 地球空间和空间信息概述地球空间和空间信息概述1、地球和地理空间基本概念1）地球空间定义：地球体及周围一定范围所包括的空间。地球表面上下约2000km2）地理空间定义：指人类认识和探索能达到的地球、月球太阳及周围一定范围所包括的空间。2.1.1地球空间信息基本知识3）地球和地理空间构成地球空间：最外层大气层、海洋和陆地、最里层地壳以下的地质层；地理空间：大气层、水圈、岩石圈、土壤圈、生物圈、人类圈2、信息与数据概
2、念信息定义：客观一切事物的性质、特征和形态的表征数据定义：事物或现象的空间位置、形状、质量、数量等的分布特征、相互关系和变化规律的数字、文字、图像、图形和声音等的总称。数据是信息具体表达形式的载体，信息是数据的内容和解释。定义：有关地球/地理空间实体或现象的性质、特征和状态的表征与一切有用信息的总称，是对表达地学空间特征与关系数据的解释，能反映地学空间实体或现象固有的数量、质量、分布特征与变化规律。3、地球/地理空间信息定义及特征特征：空间属性时间几何特征和拓扑特征几何特征和拓扑特征性质和数量特征性质和数量特征事务和现象的变化事务和现象的变化4、地球信息的获取、传输与表达地地球球信信息息的的来
3、来源源地图信息地图信息实测信息实测信息遥感信息遥感信息实体纹理信息实体纹理信息文本信息文本信息统计信息统计信息多媒体信息多媒体信息已有系统的信息已有系统的信息地形图、样图地形图、样图实地测量实地测量影像信息提取影像信息提取地表摄影地表摄影各部门统计资料各部门统计资料规范、技术文档规范、技术文档接收和转换接收和转换共享和交换共享和交换地地球球空空间间信信息息传传输输地图的传输地图的传输地球空间信息的传输地球空间信息的传输 客观事物客观事物地图地图客观事物认识客观事物认识模型见书上图模型见书上图2 22 2地地球球空空间间信信息息表表达达地图符号颜色地图符号颜色 色相、亮度、饱和度色相、亮度、饱和
4、度地图注记地图注记地图符号形状和结构地图符号形状和结构 特性：抽象性、系统性、特性：抽象性、系统性、 约定性、时空性约定性、时空性2.1.2、地球空间数据基本知识1、地球数据的采集几何数据的采集属性数据的采集几何数据和属性数据的连接通过悬挂、指针、同构连接、整体连接2、空间数据处理空间数据处理技术内容：预处理、数据转换、图形操作、图像处理、数据压缩、数据内插空间数据处理理论空间不确定性和数理统计理论模糊学和粗集理论3、地球空间数据可视化（1）可视化概念将不可见的转化成人的视觉可以的东西的技术。（2）地学信息可视化地图可视化地理可视化GIS可视化专业应用领域的可视化2.2 地球体模型地球体模型1
5、 1 自然球体与大地体自然球体与大地体 2 2 椭球体椭球体椭球体椭球体2 2 地球坐标系与大地定位地球坐标系与大地定位 2.2.1 自然自然地球体与大地体1、地球的自然表面为了了解地球的形状，让我们由远及近地观察一下地球的自然表面。浩瀚宇宙之中 : 地球是一个表面光滑、蓝色美丽的正球体。机舱窗口俯视大地机舱窗口俯视大地 : : 地表是一个有些微起伏、极其复杂的表面。 珠穆朗玛峰与太平洋的马里亚纳海沟之间高差近20km。事实是： 地球不是一个正球体，而是一个极半径略短、赤道半径略长，北极略突出、南极略扁平，近于梨形的椭球体。2、大地水准面与大地体当海洋静止时，自由水面与该面上各点的重力方向（铅
6、垂线）成正交，这个面叫水准面。在众多的水准面中，有一个与静止的平均海水面相重合，并假想其穿过大陆、岛屿形成一个闭合曲面，这就是大地水准面。它实际是一个起伏不平的重力等位面地球物理表面。它所包围的形体称为大地体。大地水准面的意义1. 地球形体的一级逼近：对地球形状的很好近似，其面上高出与面下缺少的相当。2. 起伏波动在制图学中可忽略： 对大地测量和地球物理学有研究价值，但在制图业务中，均把地球当作正球体。3. 重力等位面：可使用仪器测得海拔高程（某点到大地水准面的高度）。2.2.2 椭球体、正球体、参考椭球体在测量和制图中就用旋转椭球体来代替大地球体，这个旋转椭球体通常称为地球椭球体，简称椭球体
7、。 它是一个规则的数学表面，所以人们视其为 地球体的数学表面，也是对地球形体的二级逼近，用于测量计算的基准面。椭球体 三要素: 长轴a（赤道半径）、短轴b（极半径）和椭球的扁率fEquatorial AxisPolar AxisNorth PoleSouth PoleEquatorabWGS world geodetic system 84 ellipsoid:a = 6 378 137mb = 6 356 752.3mequatorial diameter = 12 756.3kmpolar diameter = 12 713.5kmequatorial circumference = 40
8、 075.1kmsurface area = 510 064 500km2 a - b 6378137 - 6356752.3f = = a 6378137 1 = 298.257 f对 a，b，f 的具体测定就是近代大地测量的一项重要工作。对地球形状a，b，f测定后，还必须确定大地水准面与椭球体面的相对关系。即确定与局部地区大地水准面符合最好的一个地球椭球体参考椭球体，这项工作就是参考椭球体定位。通过数学方法将地球椭球体摆到与大地水准面最贴近的位置上，并求出两者各点间的偏差，从数学上给出对地球形状的三级逼近。由于国际上在推求年代、方法及测定的地区不同，故地球椭球体的元素值有很多种。中国195
9、2年前采用海福特（Hayford）椭球体；19531980年采用克拉索夫斯基椭球体（坐标原点是前苏联普尔科夫天文台）；自1980年开始采用GRS1975（国际大地测量与地球物理学联合会IUGG1975推荐）新参考椭球体系，并确定陕西泾阳县永乐镇北洪流村为“1980西安坐标系”大地坐标的起算点。陕西省泾阳县永乐镇北洪流村为 “1980西安坐标系西安坐标系” 大地坐标的起算点大地原点。 地球表面上的定位问题，是与人类的生产活动、科学研究及军事国防等密切相关的重大问题。具体而言，就是球面坐标系统的建立。2.3 地球坐标系地球坐标系2.3.1 地理坐标与大地坐标系1 1、地理坐标系、地理坐标系用经纬度
10、表示地面点位的球面坐标。 天文经纬度 大地经纬度 地心经纬度天文经纬度：表示地面点在大地水准面大地水准面上的位置，用天文经度和天文纬度表示。天文经度：观测点天顶子午面与格林尼治天顶子午面间的两面角。 在地球上定义为本初子午面与观测点之间的两面角。天文纬度： 在地球上定义为铅垂线与赤道平面间的夹角。大地经纬度：表示地面点在参考椭球面参考椭球面上的位置，用大地经度l 、大地纬度和大地高h表示。2.1 2.1 地理坐标地理坐标大地经度l l ：指参考椭球面上某点的大地子午面与本初子午面间的两面角。东经为正，西经为负。大地纬度 ：指参考椭球面上某点的垂直线（法线）与赤道平面的夹角。北纬为正，南纬为负。
11、地心经纬度：即以地球椭球体质量中心为基点，地心经度同大地经度l ，地心纬度是指参考椭球面参考椭球面上某点和椭球中心连线与赤道面之间的夹角y 。2.1 2.1 地理坐标地理坐标 在大地测量学中，常以天文经纬度定义地理坐标。 在地图学中，以大地经纬度定义地理坐标。 在地理学研究及地图学的小比例尺制图中，通常将椭球体当成正球体看，采用地心经纬度。2、中国的大地坐标系统1）中国的大地坐标系 1980年以前：参见电子教案本章第十三页； 1980年选用1975年国际大地测量协会推荐的参考 椭球：ICA-75椭球参数a = 6 378 140mb = 6 356 755mf = 1/298.2572）中国的
12、大地控制网平面控制网 : 按统一规范，由精确测定地理坐标的地面点组成，由三角测量或导线测量完成，依精度不同，分为四等。2.22.2 中国的大地坐标系统中国的大地坐标系统 由平面控制网和高程控制网组成，控制点遍布全国各地。高程控制网 : 按统一规范，由精确测定高程的地面点组成，以水准测量或三角高程测量完成。依精度不同，分为四等。中国高程起算面是 黄海平均海水面。1956年在青岛观象山设立了水准原点，其他各控制点的绝对高程均是据此推算，称为1956年黄海高程系。1987年国家测绘局公布：启用1985国家高程基准取代黄海平均海水面其比黄海平均海水面上升 29毫米。 青岛观象山水准原点2.22.2 中
13、国的大地坐标系统中国的大地坐标系统绝对高程相对高程国家水准原点国家测绘局平面控制网国家测绘局高程控制网国家测绘局水准面示意图国家测绘局GPS控制网国家测绘局1）地理格网系统定义：按一定数学规则对地球表面进行划分而形成的格网2）格网的划分系统按经纬度坐标系统划分 经差经差6、纬差、纬差4或经差或经差10 、纬差、纬差10 按直角坐标系统划分公里网格3）格网系统规定地理格网系统与直角格网系统规定1、地理格网参照系2、地图的分幅 1）为什么要分幅？为什么要分幅？ 区域表达，编图、印刷、保管和使用的方编图、印刷、保管和使用的方便。便。 2）地图分幅的方法地图分幅的方法 矩形分幅矩形分幅 拼接拼接不拼接
14、不拼接 经纬线分幅经纬线分幅 拼接分幅：拼接分幅：适用：挂图和大于适用：挂图和大于1：2000的地形图的地形图 矩形分幅矩形分幅 不拼接分幅：不拼接分幅：适用：适用：地图集、专题地图集、专题地图等地图等图1-5拼接分幅图优点：优点： 图图幅幅间间拼接方便；拼接方便； 各各图图幅面幅面积积相相对对平衡，充分利用平衡，充分利用 图纸图纸和和印刷版面；印刷版面； 图廓线可避开分割重要地物。图廓线可避开分割重要地物。缺点：制图区域只能一次投影，变形较大；缺点：制图区域只能一次投影，变形较大； 地理位置不易精确描绘。地理位置不易精确描绘。 矩形分幅优缺点：矩形分幅优缺点： ：地图的图廓由经纬线构成。地图
15、的图廓由经纬线构成。适用：适用： 世界各国地形图、小比例尺地图世界各国地形图、小比例尺地图 经纬线分幅经纬线分幅优点：优点： 图幅有明确的地理范围；图幅有明确的地理范围； 可分开多次投影，变形较小。可分开多次投影，变形较小。缺点：缺点： 图廓为曲线时拼接不便；图廓为曲线时拼接不便； 高纬度地区图幅面积缩小，不利高纬度地区图幅面积缩小，不利 于纸张的使用和印刷。于纸张的使用和印刷。 破坏重要地物的完整性。破坏重要地物的完整性。3、地图的编号（一）地图编号的一）地图编号的 方法方法 1）自然序数编）自然序数编号法号法 将区域分将区域分为为行和列，分行和列，分别别用字母用字母或或数字表示行号和列号，
16、一个行号和一个数字表示行号和列号，一个行号和一个列号标定一个唯一的图幅。列号标定一个唯一的图幅。2 2）行列式编号法）行列式编号法3 3）行列）行列- -自然序数编号法自然序数编号法要求要求：系统性、逻辑性、不重复性：系统性、逻辑性、不重复性4、我国基本地形图的分幅和编号 一）一）2020世纪世纪70-8070-80年代我国基本比例尺地年代我国基本比例尺地形图的分幅和编号形图的分幅和编号 1：100万地图是我国基本比例尺地形图的分幅和编号万地图是我国基本比例尺地形图的分幅和编号的基础。的基础。 二）二）1 1：100100万地图的分幅和编号万地图的分幅和编号 1 1：100100万采用国际统一
17、的行列式编号万采用国际统一的行列式编号 18911891年第五届国际地理学会上提出，逐渐统一年第五届国际地理学会上提出，逐渐统一规定后制定。规定后制定。分幅：分幅：单幅：单幅： 经差经差6 6 ，纬差，纬差4 4；纬度；纬度6060以下以下双幅：双幅： 经差经差1212，纬差，纬差4 4；纬度；纬度6060至至7676四幅：四幅： 经差经差2424，纬差，纬差4 4；纬度；纬度7676至至8888纬度纬度8888以上合为一幅以上合为一幅 我国处于纬度我国处于纬度6060度以下，没有合幅。度以下，没有合幅。横行横行：纬度每纬度每4 4为一为一行行，至南北纬，至南北纬8888各有各有2222 列，
18、用字母列，用字母A,B,C,A,B,C,V V表示。表示。纵列纵列：从从0 0经线起算，自西向东每经线起算，自西向东每6 6为一为一 行，全球分为行，全球分为6060列列，用阿拉伯数字，用阿拉伯数字1 1，2 2， 3 3，,60,60表示。表示。 如如 北京北京 在在1 1：100100万图幅位于万图幅位于 东经东经114114120120 北纬北纬36364040， 编号：编号：J-50J-50三）三）1 1：5050万、万、1 1：2525万、万、1 1：1010万地形图的分幅和编号万地形图的分幅和编号 1 1：100100万地图基础上的延伸万地图基础上的延伸 图中错误！4幅16幅144
19、幅1：50万：万： 经差经差 3 、纬差、纬差 2；1：25万：万： 经差经差 130、纬差、纬差 1；1：10万：万： 经差经差 30、纬差、纬差 20；四）四）1：5万、万、1：2.5万、万、1：1万地形图的万地形图的分幅和编号分幅和编号 1：10万地图基础上的延伸万地图基础上的延伸 1：5 万：万： 经差经差 15 、纬差、纬差 101：2.5万万: 经差经差 7.5 、纬差、纬差 51：1万万 ：经差经差 345、纬差、纬差 2.51：5千：千： 经差经差 152.5、纬差、纬差 1154（2424）举例：已知某点位于北纬举例：已知某点位于北纬32325454，东经，东经1121124
20、848求该点所在求该点所在1 1：2525万和万和1 1：5 5万万图幅上的编号。（解析法、图解法）图幅上的编号。（解析法、图解法） 解析法解析法（1 1）先求该点所在）先求该点所在1:1001:100万图幅编号万图幅编号 （2 2）该点所在）该点所在1 1：2525万的图幅编号万的图幅编号图解法图解法112303333403232555511211252.552.5练习：已知某点为北纬纬度练习：已知某点为北纬纬度2756，东经，东经 经度为经度为11246，求该点所在的，求该点所在的1：50 万、万、1：10万及万及1：5万图的编号。万图的编号。1：100万：万： G491：50万：万： G
21、49-B1：10万万: G49-101：5万万: G4910-B（二）新的分幅与编号方法（二）新的分幅与编号方法1） 1：100万比例尺地图编号 由列-行式 行列式 例 北京为：J502）1:5千1：50万比例尺地图编号 （1）以1：100万为基础 （2）编号由10个代码组成 如图所示图 1-8表1-3地形图比例尺代码表：比例尺1：501：251：101：51：2.51:11:5千代码BCDEFGH分幅：分幅：1：50万：万：221：25万：万：441：10万：万：12121：5万：万：24241：2.5： 48481：1万万：96961：5千：千：192192P12 P12 表表1-21-2
22、编号：编号： 1：50万地形图编号1：25万地形图编号练习：找出下列图号在分幅图中的位置练习：找出下列图号在分幅图中的位置1.1. D006011 D0060112.2. C002003 C0020033. 3. E018016 E018016 2.4、地图比例尺地图比例尺解决地图的问题解决大与小解决大与小的矛盾的矛盾.1.地图比例尺的定义当制图区域比较小、景物缩小的比率也比较小时：图上长度与相应地面之间的长度比例。当制图区域相当大、景物缩小的比率也相当大时：对地球半径缩小的比率，为主比例尺。在地图上体现为个别的点或线。因此，用图者不可随意量算。图上也不可绘制直线比例尺。2.地图比例尺的表示形
23、式（1）数字式比例尺：写成比的形式。1：10000，1/10000（2）文字式比例尺：“一万分之一”，“图上1厘米等于实地1公里”（3）图解比例尺：直线比例尺斜分比例尺复式比例尺直线比例尺：以直线线段形式标明图上线段长度对所对应的地面距离。斜分比例尺：微分比例尺。根据相似三角形原理制成。可以量取比例尺基本长度单位的百分之一。复式比例尺：投影比例尺，小比例尺地图上使用。根据地图主比例尺和地图投影长度变形分布规律设计的一种图解比例尺。通常是对每一条纬线单独设计一个直线比例尺，再组合起来。（4）特殊比例尺变比例尺：将主区以外部分的距离按适当比例相应压缩，而主区仍按原规定的比例表示。无级别比例尺：因数
24、字制图而出现。可以把存贮数据精度和内容详细程度都比较高的地图数据库，称为无级别比例尺地图数据库。3.地图比例尺的作用1 1）决定符号图形对应物体的实际大小）决定符号图形对应物体的实际大小2 2）决定地图概括的详细程度）决定地图概括的详细程度3 3）影响量测的精度）影响量测的精度比例尺决定地图概括的详细程度比例尺决定地图概括的详细程度2.5 地图的测绘成图法1）实测成图和编绘成图实测成图：通过实地测量而制成地图的方法。通过实地测量而制成地图的方法。 地面实测成图 传统地面实测成图方法大地控制测量地形地物测量地图的印刷内业制图及编辑平面控制测量高程控制测量碎部测量测量摄影测量微分法成图全能法成图综
25、合法成图现代地面实测成图方法地面数字测图地面数字测图航空、航天数字航空、航天数字影像测图影像测图数数字字成成图图方方法法地面数字测图地面数字测图地面数字测图的基本过程准备工作控制测量外业施测数据传输数据处理图形编辑检查验收高空实测成图高空实测成图 航空摄影测量高空实测成图 航天遥感航天遥感IKONOS影像The image were acquired by the Shuttle Radar Topography Mission aboard the Space Shuttle Endeavor, Feb., 20002）编绘成图：根据已有的地图或其他编图资料，在室内编制新图的方法。传统常规编图遥感成图计算机制图
