GIS-坐标系统简介解析ppt课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,南京师范大学地理信息科学江苏省重点实验室 盛业华教授,GIS 坐标系统简介,施 项,GIS 坐标系统简介施 项,一、GIS的概念,1.1、什么是GIS,GIS是（Geographic Information System）,地理信息系统,的简称，是,计算机应用,在地理方面的一门信息学科。涵盖了计算机、数学、地理学以及相关方面的众多领域，也衍生出了许多的研究方向。,一、GIS的概念1.1、什么是GIS,1.2、GIS的简单框架,1.2、GIS的简单框架,本节导引,大地水准面,旋转椭球体,大地基准面,天文坐标,大地坐标,子午线（经线）与纬线,高斯投影,投影坐标系,二、GIS坐标系统,基础概念,地理坐标系,本节导引二、GIS坐标系统 基础概念,地球表面,大地水准面,旋转椭球体,地球表面大地水准面旋转椭球体,2.1、地球模型：三级近似,地球自然表面,极不规则，无法用数学表面进行描述,水准面所包围的球体,大地水准面所包围的球体,旋转椭球体,不规则性、动态性、不唯一性,不规则性、相对唯一性,标准数学曲面,1906：海福特椭球,1940：克拉索夫斯基椭球,1978：1975年国际椭球,2.1、地球模型：三级近似地球自然表面极不规则，无法用数学表,旋转轴,椭圆的第二偏心率：,椭圆的长半轴：,a,椭圆的短半轴：,b,椭圆的扁率：,椭圆的第一偏心率：,旋转轴椭圆的第二偏心率：椭圆的长半轴：a椭圆的,椭球名称,年代,长半径m,扁率分母,采用国家、地区,海福特椭球,1906,6378283,297.8,美、阿根廷、比利时、大洋洲,克拉索夫斯基椭球,1940,6378245,298.3,俄罗斯、东欧、中、朝鲜等,1975国际椭球,（16届IUGG会议）,1975,6378140,298.257,1975年国际第三个推荐值,WGS-84椭球,1984,6378137,298.25722,GPS定位系统,2.2、参考椭球举例,椭球名称年代长半径m扁率分母采用国家、地区海福特椭球1906,2.3、大地基准面,椭球面和地球表面肯定不是完全贴合的，因而，即使选用同一个椭球，,不同的国家和地区由于关心的位置不同，需要使之最大限度的贴合自己的那一部分,，,即进行椭球的定位(大地原点）和定向。,定位、定向完成后的椭球表面就是该国的,大地基准面,（不同国家大地基准面一般不同）,2.3、大地基准面,GIS-坐标系统简介解析ppt课件,2.4、GIS 坐标系统,地球上的任何一点都有其相应的空间位置,对该位置进行度量,则需要建立坐标系统。坐标系统是以地球参考椭球为依据建立的,一般采用三种方式:,大地坐标(地理坐标)系统,空间直角坐标系统,投影坐标系统,2.4、GIS 坐标系统,地理坐标系是以地理极(北极、南极)为极点。,通过A点作椭球面的垂线，称之为过A点的法线。,法线与赤道面的交角，叫做A点的,纬度B,。,过A点的子午面与通过原英国格林尼治天文台的子午面所夹的二面角，叫做A点的,经度L,。,大地/地理坐标系统,N,S,E,赤,道,纬,线,本,初,子,午,线,W,A,B,L,地理坐标系是以地理极(北极、南极)为极点。大地/地理坐标系统,GIS-坐标系统简介解析ppt课件,GIS-坐标系统简介解析ppt课件,大地坐标可分为两类：地心坐标系 和 参心坐标系,北京1954坐标,（Krassovsky椭球体、北京大地原点）,西安1980坐标,（1975国际椭球体、西安大地原点）,WGS-84坐标,（1980国际椭球体、地心坐标原点）,GIS-坐标系统简介解析ppt课件,空间直角坐标系统,1954北京空间直角坐标系,参考椭球：,Krassovsky椭球,大地原点：,前苏联普尔科沃天文台,Z轴：,平行于地球质心指向地极原点JYD1968的方向,X轴：,在大地起始子午面内与Z轴垂直指向经度0方向,Y轴：,与Z、X轴构成右手直角坐标系,Z,X,Y,地球质心,赤道,空间直角坐标系统1954北京空间直角坐标系ZXY地球质心赤道,空间直角坐标系统,1980西安空间直角坐标系,参考椭球：,1975国际椭球,大地原点,：,陕西泾阳县永乐镇,Z轴：,平行于地球质心指向地极原点JYD1968的方向,X轴：,在大地起始子午面内与Z轴垂直指向经度0方向,Y轴：,与Z、X轴构成右手直角坐标系,Z,X,Y,地球质心,赤道,JYD1968,空间直角坐标系统1980西安空间直角坐标系ZXY地球质心赤道,空间直角坐标系统,WGS84空间直角坐标系,参考椭球：,WGS-84椭球,原点,：,地球质心,Z轴：,BIH1984定义的协议地球极（CTP）,X轴：,BIH1984的零子午面与CTP赤道的交点,Y轴：,与Z、X轴构成右手直角坐标系,Z,X,Y,地球质心,赤道,CTP,空间直角坐标系统WGS84空间直角坐标系ZXY地球质心赤道C,2.5、地图投影,地球椭球体是数学曲面，是不可展曲面，而地图通常采用平面表示地理空间，如何把不可展曲面上的地理对象展绘在平面图纸上，使其能表示连续的地理对象？,地图投影就是这种把曲面上地理对象影射到平面的有效方法。,地图投影（map projection）,的实质就是按照一定的数学法则，将地球椭球面上的经纬网转换到平面上，建立地面点位的地理坐标（B,L）与地图上相对应的平面直角坐标（X,Y）之间一一对应的函数关系。,2.5、地图投影地球椭球体是数学曲面，是不可展曲面，而地图,GIS-坐标系统简介解析ppt课件,投影变形,投影变形,地图投影的变形，通常有：,长度变形,面积变形,角度变形,在实际应用中，根据使用地图的目的，限定某种变形。,地图投影的变形，通常有：,常用投影高斯克吕格投影,实质上是横轴切圆柱正形投影,Y,N,S,X,Y,常用投影高斯克吕格投影YNSXY,格,林,尼,治,59,60,1,2,3,5,7,赤 道,0,6,12,18,4,6,自西向东每隔6为一带，依次用阿拉伯数字160进行编号，即东06为第一带，612为第二带，如图。,格林尼治596012357赤,起,始,子,午,线,60,1,2,3,119,1,3,5,120,2,4,3,3,9,15,3,0,3,6,9,12,15,L,3,n,3,n,5,L,6,三度带是在六度带的基础上分成的，它的中央子午线与六度带的中央子午线和分带子午线重合，即自 1.5度子午线起每隔经差3度自西向东分带，带号依次编为三度带第 1、2120带。,起始子午线601231191351202433915,中央子午线,Y,X,500Km,X,P,赤道,纵坐标西移500Km,纵坐标增加投影带号,X=4.528Km,Y=178Km,X=4.528Km,Y=,20,6,78Km,高斯投影特点,中央子午线长度变形比为1；,在同一条经线上，长度变形随纬度的降低而增大，在赤道处为最大；,在同一条纬线上，长度变形随经差的增加而增大，且增大速度较快。,在6带范围内，长度最大变形不超过0.14%。,中央子午线YX500KmXP赤道纵坐标西移500KmX=4,六度带多用于中小比例尺（如 1：250000）测图,三度带多用于大比例尺（如 1：10000）测图,城建坐标多采用三度带的高斯投影。,六度带多用于中小比例尺（如 1：250000）测图,2.6,坐标系统变换,大地坐标间的变换,由于大地坐标定义在椭球基准面上，所以这种转换涉及椭球基准的转换。,2.6 坐标系统变换,坐标系统变换,大地坐标间的变换,（严密变换式）,涉及8个参数：,3个平移参数；,3个旋转参数；,2个椭球元素变化参数,需要3个以上公共点的,两套大地坐标值，列出,9个方程，按最小二乘,法解算8个参数,坐标系统变换涉及8个参数：,坐标系统变换,大地坐标间的变换,（近似变换式，仅适合于小范围地区，如一个省）,涉及12个拟合参数：,需要6个以上公共点的两套大地坐标值，列出12个以上方程，按最小二乘法解算,坐标系统变换涉及12个拟合参数：,坐标系统变换,地理坐标与三维直角坐标间的变换,坐标系统变换,坐标系统变换,地心三参数变换法,坐标系统变换,坐标系统变换,地心七参数变换法,坐标系统变换,坐标系统变换,Molodensky变换法,The Molodensky变换法需要两个椭球间的三个平移参数(,X,Y,Z)、长半轴差值(,a)、扁率之差(,f)。,h,椭球高,纬度,经度,a,椭球长半轴,b,椭球短半轴,f,椭球扁率,e,偏心率,坐标系统变换h 椭球高,坐标系统变换,投影坐标至大地坐标的转换,正变换,逆变换,例如高斯克吕格投影：,坐标系统变换正变换逆变换例如高斯克吕格投影：,坐标系统变换,投影坐标,A,至投影坐标,B,的转换（同一椭球基准）,将投影坐标按,A,投影的逆变换式变换为大地坐标,将大地坐标按,B,投影的正变换式变换为投影坐标,坐标系统变换将投影坐标按 A 投影的逆变换式变换为大地坐,坐标系统变换,投影坐标,A,至投影坐标,B,的转换（不同椭球基准）,采用多项式拟合方法：,求取12个拟合参数。,需要6个以上公共点的两套大地坐标值，列出12个以上方程，按最小二乘法解算，至少使用1个以上点来检验转换精度。,坐标系统变换求取12个拟合参数。,美国国家测绘局公布了世界大多数国家的当地基准面至WGS1984基准面的转换3参数(平移参数)，其中包括有香港Hong Kong 1963基准面、台湾 Hu-Tzu-Shan 基准面的转换3参数。,但是我国北京54、西安80相对WGS84的转换参数至今没有公开。,美国国家测绘局公布了世界大多数国家的当地基准面至WGS198,比例尺的精度,图上0.lmm的实地水平距离为比例尺的精度,。根据比例尺精度，有两件事可参考决定：,1.按工作需要，多大的地物须在图上表示出来或测量地物要求精确到什么程度，由此可参考,决定测图的比例尺,。,2.当测图比例尺已决定之后，可以推算出,测量,地物时应,精确到什么程度,。,比例尺的精度,