GIS 第二章空间信息基础

第一节常规的地理空间信息描述

1、现实世界和坐标空间的联系

任何空间特征和现象都发生为地球表面的一个特定位置，而位置依赖于既定的坐标系来表达。

2、地球空间模型

地球是一个近似球体，自然表面是一个极其复杂的不规则曲面

从海平面延伸到所有大陆下部，而与地球重力方向处处正交的一个连续、闭合的曲面，这就是水准面。

但是这个水准面并不规则：
海水有潮汐
水准面的特性是处处与铅垂线相垂直

通过平均海水面的一个水准面称为大地水准面

地球内部的质量分布不均匀，引起地面上各点的铅垂线方向产生不规则的变化，因而大地水准面实际上是个有微小起伏的不规则曲面

被大地水准面所包围的形体称为大地体

从整体来看，起伏是微小的，且形状接近一个扁率极小的椭圆绕短轴旋转所形成的规则椭球体，这个椭球体称为地球椭球体

说明：

• 地球椭球体视为球体：在制作小比例尺地图时（小于1:500万），因缩小程度很大，可以把地球视为球体，忽略地球扁率。计算更简单，半径约为6371千米
• 地球椭球体视为椭球体：制作大比例尺地图时（大于1:100万）为保证精度，必须视为椭球体
  
  
  地球的形状与大小确定之后，还必须确定椭球体与大地水准面的相对关系，这项工作称为椭球定位于定向

局部：参考椭球体

大地基准面：特定椭球体对特定地区地球表面的逼近

地心基准面：地球的质心为原点 WPS 1984

区域基准面：特定区域与地球表面吻合Beijing 54，Xian80

2、地理空间坐标系
（1）天文地理坐标系：以地理极（北极，南极）为极点
（2）通过P点作参考椭球面的垂线，称之为过P点的法线
（3）法线与赤道面的交角，叫做P点的纬度

地心大地坐标系：经过定位与定向后，地球椭球的中心与地球质心重合

参心大地坐标系：经过定位与定向后，地球椭球的中心不与地球质心重合而是接近地球质心

3、地图投影

投影的实质：经纬度坐标->笛卡尔平面直角坐标系

按投影面的形状：
-方位投影
-圆锥投影
-圆柱投影

按投影面位置：
-正轴投影 重合
-斜轴投影 相交
-横轴投影 垂直（高斯-克吕格）

按投影变形分类：
-等距投影----长度变形
-等积投影----面积变形
-等角投影----角度变形
（保持长度/面积/角度不变的变形）

地图投影选择因素

• 各国家的地理信息系统投影—与该国基本地图系列所用的投影系统一致
• 各比例尺GIS投影—与相应比例尺的主要信息源地图所用的投影一致
• 各地区GIS投影—与所在区域适用的投影一致
• 所用投影以等角投影为宜（形状不失真）
• 各种地理信息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

我国常用的地图投影

-1:50万、1：25万、1：10万、1：5万、1：2.5万、1：1万、1：5000采用高斯-克吕格投影 横轴等角切椭圆柱投影

-1:100万：兰勃特Lambert投影（正轴等角割圆锥投影）

高斯-克吕格
横轴等角切椭圆柱投影或等角横切椭圆柱投影

它以椭圆柱作为投影面，使地球椭圆体的某一条经线与椭圆柱相切，然后按照等角条件，将*经线东西两侧各一定范围内的地区投影到椭圆柱面上，再将其展成平面而得

*经线没有误差，越往外误差越大，3°是6°带与3°带重合的线

6°分带
起始于初子午线（格林威治），按照经差6度为一个投影带自西向东划分，全球共分60个投影带。我国范围可分为11个6度带
最东端 东经135度2分30秒 黑龙江和乌苏里江交汇处
最西端 东经73度40分 帕米尔高原乌兹别里山口（乌恰县）
最南端 北纬3度52分 南沙群岛曾母暗沙
最北端 北纬53度33分 漠河以北黑龙江主航道（漠河）

3°带
始于东经1°30′，按经差3度为一个投影带自西向东划分，全球共分120个投影带。我国范围可分为22个6度带（按经度范围73-135计算）