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,单击此处编辑母版标题样式,*,长沙理工大学 刘学军,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,GIS地学基础,11/15/2024,1,长沙理工大学 刘学军,GIS地学基础10/6/20231长沙理工大学 刘学军,GIS的地学基础,地球模型,坐标参考系统,地图投影,地图比例尺,地理数据特征,地图对地理现象表达,遥感影像对地理现象表达,专题地图若干问题,11/15/2024,2,长沙理工大学 刘学军,GIS的地学基础地球模型10/6/20232长沙理工大学,地球模型,地球表面,水准面,大地水准面,铅垂线,地球椭球体,11/15/2024,3,长沙理工大学 刘学军,地球模型地球表面水准面大地水准面铅垂线地球椭球体10/6/2,坐标参考系统,平面系统,直接建立在球体上的,地理坐标，用经度和纬度表达地理对象位置,建立在平面上,的直角坐标系统，用（,x，y,）表达地理对象位置,投影,11/15/2024,4,长沙理工大学 刘学军,坐标参考系统平面系统直接建立在球体上的地理坐标，用经度和纬,坐标系统,高程系统,任意水准面,大地水准面,H,A,H,A,铅垂线,A,H,B,H,B,h,AB,11/15/2024,5,长沙理工大学 刘学军,坐标系统高程系统任意水准面大地水准面HAHA铅垂线AH,水准原点1985国家高程基准，,72.2604米,黄海海面,1952-1979年平均海水面为0米,11/15/2024,6,长沙理工大学 刘学军,水准原点1985国家高程基准，黄海海面10/6/20236长,地图投影,为什么要进行投影？,地图投影实质,投影变形,投影方法,投影选择所考虑的因素,我国常用的投影方法,11/15/2024,7,长沙理工大学 刘学军,地图投影为什么要进行投影？10/6/20237长沙理工大学,地图投影：为什么要进行投影,将地球椭球面上的点映射到平面上的方法，称为地图投影,地理坐标为球面坐标，不方便进行距离、方位、面积等参数的量算,地球椭球体为不可展曲面,地图为平面，符合视觉心理，并易于进行距离、方位、面积等量算和各种空间分析,11/15/2024,8,长沙理工大学 刘学军,地图投影：为什么要进行投影将地球椭球面上的点映射到平面上的方,地图投影：投影实质,11/15/2024,9,长沙理工大学 刘学军,地图投影：投影实质10/6/20239长沙理工大学 刘学,地图投影：投影实质,建立地球椭球面上经纬线网和平面上相应经纬线网的数学基础，也就是建立地球椭球面上的点的地理坐标（,，,）与平面上对应点的平面坐标（,x，y,）之间的函数关系：,当给定不同的具体条件时，将得到不同类型的投影方式。,11/15/2024,10,长沙理工大学 刘学军,地图投影：投影实质 建立地球椭球面上经纬线网和,地图投影：投影变形,将不可展的地球椭球面展开成平面，并且不能有断裂，则图形必将在某些地方被拉伸，某些地方被压缩，故投影变形是不可避免的。,长度变形,面积变形,角度变形,11/15/2024,11,长沙理工大学 刘学军,地图投影：投影变形将不可展的地球椭球面展开成平面，并且不能有,地图投影：投影方法,变形分类：,等角投影：投影前后角度不变,等面积投影：投影前后面积不变；,任意投影：角度、面积、长度均变形,投影面：,横圆柱投影：投影面为横圆柱,圆锥投影：投影面为圆锥,方位投影：投影面为平面,投影面位置：,正轴投影：投影面中心轴与地轴相互重合,斜轴投影：投影面中心轴与地轴斜向相交,横轴投影：投影面中心轴与地轴相互垂直,相切投影：投影面与椭球体相切,相割投影：投影面与椭球体相割,11/15/2024,12,长沙理工大学 刘学军,地图投影：投影方法变形分类：10/6/202312长沙理工大,地图投影：投影选择因素,制图区域的地理位置、形状和范围,制图比例尺,地图内容,出版方式,11/15/2024,13,长沙理工大学 刘学军,地图投影：投影选择因素制图区域的地理位置、形状和范围10/6,地图投影：GIS中地图投影,GIS以地图方式显示地理信息，而地图是平面，地理信息则在地球椭球上，因此地图投影在GIS中不可缺少。,GIS数据库中地理数据以地理坐标存储时，则以地图为数据源的空间数据必须通过投影变换转换成地理坐标；而输出或显示时，则要将地理坐标表示的空间数据通过投影变换变换成指定投影的平面坐标。,GIS中，地理数据的显示可根据用户的需要而指定投影方式，但当所显示的地图与国家基本地图系列的比例尺一致时，一般采用国家基本系列地图所用的投影。,11/15/2024,14,长沙理工大学 刘学军,地图投影：GIS中地图投影GIS以地图方式显示地理信息，而地,地图投影：我国常用地图投影,1：100万：兰勃投影（正轴等积割圆锥投影）,大部分分省图、大多数同级比例尺也采用兰勃投影,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。,11/15/2024,15,长沙理工大学 刘学军,地图投影：我国常用地图投影1：100万：兰勃投影（正轴等积割,地图比例尺,地图比例尺反映了制图区域和地图的比例关系,纸质地图：内容、概括程度、数据精度等,GIS：数据精度,比例尺的含义：,制图区域较小，采用各方面变形都较小的地图投影，图上各处的比例是一致的，故此时比例尺的含义是,图上长度与相应地面长度的比例,；,制图区域较大时，地图投影比较复杂，地图上长度因地点和方向的不同而有所变化，,这种地图比例尺一般是指在地图投影时，对地球半径缩小的比率，称为主比例尺。地图经过投影后，体现在图上只有个别点线没有长度变形，也就是说，只有在这些长度没有变形的点或线上，才可用地图上注明的比例尺,我国地图比例尺分级系统：,大比例尺：,1：500,1：10万,中比例尺：1：10万1：100万,小比例尺：1：100万,无级比例尺概念,11/15/2024,16,长沙理工大学 刘学军,地图比例尺地图比例尺反映了制图区域和地图的比例关系10/6/,空间现象及其表达,现实世界,空间数据,地图,遥感影像,特征,关系,行为,观察,选择,抽象,综合,测量：位置,编码：属性,建立关系：,表达,11/15/2024,17,长沙理工大学 刘学军,空间现象及其表达现实世界空间数据地图遥感影像特征观察选择测量,空间对象：类型,空间对象一般按地形维数进行归类划分,点：零维,线：一维,面：二维,体：三维,时间：通常以第四维表达，但目前GIS还很难处理时间属性。,空间对象的维数与比例尺是相关的,11/15/2024,18,长沙理工大学 刘学军,空间对象：类型空间对象一般按地形维数进行归类划分10/6/2,空间对象：点,有位置，无宽度和长度；,抽象的点,美国佛罗里达洲地震监测站2002年9月该洲可能的500个地震位置,11/15/2024,19,长沙理工大学 刘学军,空间对象：点 有位置，无宽度和长度；美国佛罗里达洲地震监测站,空间对象：线,有长度，但无宽度和高度,用来描述线状实体，通常在网络分析中使用较多,度量实体距离,香港城市道路网分布,11/15/2024,20,长沙理工大学 刘学军,空间对象：线 有长度，但无宽度和高度香港城市道路网分布10/,空间对象：面,具有长和宽的目标,通常用来表示自然或人工的封闭多边形,一般分为连续面和不连续面,中国土地利用分布图（不连续面）,11/15/2024,21,长沙理工大学 刘学军,空间对象：面 具有长和宽的目标中国土地利用分布图（不连续面）,空间对象：面（续）,连续变化曲面：如地形起伏，整个曲面在空间上曲率变化连续。,不连续变化曲面，如土壤、森林、草原、土地利用等，属性变化发生在边界上，面的内部是同质的。,11/15/2024,22,长沙理工大学 刘学军,空间对象：面（续）连续变化曲面：如地形起伏，整个曲面在空间上,空间对象：体,有长、宽、高的目标,通常用来表示人工或自然的三维目标，如建筑、矿体等三维目标,香港理工大学校园建筑,11/15/2024,23,长沙理工大学 刘学军,空间对象：体有长、宽、高的目标香港理工大学校园建筑10/6/,空间对象：描述要素,编码：区别不同的实体，包括分类码和识别码。分类 码 表识空间对象的类别，而识别码对每个空间对象进行表识，是唯一的。,位置：坐标形式给出空间对象的空间位置,类型：空间对象所属的实体类型，或有那些实体组成,行为：空间对象所具备的行为和功能,属性：空间对象所对应的非几何信息,说明：实体数据来源、精度等,关系：与其他实体之间的关系,11/15/2024,24,长沙理工大学 刘学军,空间对象：描述要素编码：区别不同的实体，包括分类码和识别码。,空间对象：编码,为什么要进行编码？,编码对象：属性数据,编码方法：,层次分类编码,多源分类编码,编码标准化,11/15/2024,25,长沙理工大学 刘学军,空间对象：编码为什么要进行编码？10/6/202325长沙理,空间对象：层次分类编码,分类对象的从属和层次关系,有明确的分类对象类别和严格的隶属关系,高压,711,电线架,715,管线:,7,地下电力线,与电缆,72,电力线,71,地下检修井,74,管线,73,低压,712,电杆,713,电塔,714,不依比例,7142,依比例,7141,11/15/2024,26,长沙理工大学 刘学军,空间对象：层次分类编码分类对象的从属和层次关系高压711电线,空间对象：多源分类编码,按空间对象不同特性进行分类并进编码,代码之间没有隶属关系，反映对象特性,具有较大的信息量，有利于空间分析,河流特性分类与编码,通航情况,通航：1,不通航：2,常年河：1,时令河：2,消失河：3,1 km：1,2 km：2,5 km：3,10 km：5,流水季节,河流宽度,河流长度,河流深度,5 10 m：1,10 20 m：2,20 30 m：3,30 60 m：4,60 120 m：5,120 300 m：6,300 500 m：7,500m：8,50m：6,11/15/2024,27,长沙理工大学 刘学军,空间对象：多源分类编码按空间对象不同特性进行分类并进编码河流,空间对象：空间关系表达,描述空间对象之间的空间相互作用关系,方法,绝对关系:坐标、角度、方位、距离等；,相对关系：相邻、包含、关联等,相对关系类型,拓扑空间关系：描述空间对象的相邻、包含等,顺序空间关系：描述空间对象在空间上的排列次序，如前后、左右、东、西、南、北等。,度量空间关系：描述空间对象之间的距离等。,地图、遥感影象上的空间关系是通过图形识别的，在GIS中的空间关系则必须显式的进行定义和表达。,空间关系的描述多种多样，目前尚未有具体的标准和固定的格式，但基本原理一致。不同的GIS可能采用不同的方法进行描述,11/15/2024,28,长沙理工大学 刘学军,空间对象：空间关系表达描述空间对象之间的空间相互作用关系10,空间对象：,拓扑空间关系,基于点集拓扑理论,拓扑元素：,点：孤立点、线的端点、面的首尾点、链的连接点,线：两结点之间的有序弧段，包括链、弧段和线段,面：若干弧段组成的多边形,基本拓扑关系,关联：不同拓扑元素之间的关系,邻接：相同拓扑元素之间的关系,包含：面与其他元素之间的关系,层次：相同拓扑元素之间的层次关系,拓扑元素量之间的关系：欧拉公式,点、线、面之间的拓扑关系,11/15/2024,29,长沙理工大学 刘学军,空间对象：拓扑空间关系 基于点集拓扑理论10/6/20232,起点,终点,中间点,弧段1,弧段3,弧段2,弧段4,点:,面:,弧:,11/15/2024,30,长沙理工大学 刘学军,起点终点中间点弧段1弧段3弧段2弧段4点:面:弧:10/6/,邻接,相交,重合,相离,包含,点,点,点,线,点,面,线,面,面,面,线,线,11/15/2024,31,长沙理工大学 刘学军,邻接相交重合相离包含点点点线点面线面面面线线10,欧拉公式：,欧拉公式在GIS中有着重要的意义，主要用来检查空间拓扑关系的正确性，能发现点、线、面不匹配的
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