地理信息系统导论地图投影和坐标系统解析课件.ppt

1、第二章 地图投影和坐标系统学习目标：学习目标：掌握常用地图投影系统掌握常用地图投影系统 掌握地图格网掌握地图格网 了解坐标系的分类了解坐标系的分类 了解常用的投影方法了解常用的投影方法 本章内容第一节第一节 地理格网地理格网第二节第二节 地图投影地图投影第三节第三节 坐标系坐标系第四节第四节 ARCINFO投影和投影变换投影和投影变换 GIS在平面上处理地图要素，这些地图要素代表地球表面的空间要素 地图要素的位置基于坐标系，空间要素的位置基于用经纬度值表示的地理网格地图投影：地理格网坐标系 用在一起的地图图层必须基于相同坐标系 坐标系不同的数字地图必须先经过处理处理：投影和重新投影投影：将数字

2、地图从经纬度值转换成二维坐标重新投影：从一种坐标系转成另一种坐标系上图显示爱达荷和蒙上图显示爱达荷和蒙大拿基于不同坐标系大拿基于不同坐标系统的两幅道路图层统的两幅道路图层下图显示爱达荷和蒙下图显示爱达荷和蒙大拿基于相同坐标系大拿基于相同坐标系统的两幅道路图层统的两幅道路图层UTM投影后投影后投影前投影前 地理格网是地球表面空间要素的定位参照系统，由经线和纬线组成 地理格网虽然用于球形的地球表面，但地理格网与平面坐标相似，原点为本初子午线与赤道的交点 经度值相当于坐标系统x值，纬度值相当于y值第一节 地理格网 GIS中赤道以北的纬度值为正，以南为负，东半球经度值为正，西半球为负 经纬度值可用度-

3、分-秒（DMS）来表示也可用十进制（DD）表示。如纬度值455230相当于45.875地理坐标系统地理坐标系统地地理理坐坐标标系系统统经纬度是用角度来表示的经纬度是用角度来表示的地地理理坐坐标标系系统统 1、概念：、概念：由于球面的不可展示性，为了用平面坐标来表由于球面的不可展示性，为了用平面坐标来表示球面上目标的空间位置，必须进行示球面上目标的空间位置，必须进行球面坐标球面坐标到到平面坐标平面坐标的转换，这就是地图的的转换，这就是地图的投影投影变换。变换。第二节 地图投影2、地图投影的分类、地图投影的分类 1）按）按变形的性质变形的性质可分为可分为 等角投影、等积投影、等距投影等角投影、等积

4、投影、等距投影 2）按）按展开方式展开方式可分可分 方位投影、圆柱投影、圆锥投影方位投影、圆柱投影、圆锥投影 3）按）按投影面积与地球相割或相切投影面积与地球相割或相切可分为可分为 割投影、切投影割投影、切投影投影分类投影分类 等角投影 等积投影 等距投影 等方位投影 投影类型投影类型 等角投影保留了局部形状 投影面上某点的任意两方向线夹角与椭投影面上某点的任意两方向线夹角与椭球面上相应两线段夹角相等，即球面上相应两线段夹角相等，即角度变形角度变形为零为零。等角投影在一点上任意方向的长度。等角投影在一点上任意方向的长度比都相等，但在不同地点长度比是不同的比都相等，但在不同地点长度比是不同的，即

5、不同地点上的变形椭圆大小不同。，即不同地点上的变形椭圆大小不同。常用的常用的墨卡托投影墨卡托投影就是一种等角投影就是一种等角投影，应用于航海。，应用于航海。投影原图投影原图Mercator（等角投影）（等角投影）投影类型投影类型 等积投影用正确的相对大小显示面积 在投影平面上任意一块面积与椭球面上相在投影平面上任意一块面积与椭球面上相应的面积相等，即面积变形等于零。多用来绘应的面积相等，即面积变形等于零。多用来绘制制经济图经济图，行政区图行政区图和和人口图人口图。等面积圆柱投影等面积圆柱投影 投影类型投影类型 等距投影保持某些距离的比例尺不变 在任意投影上，长度、面积和角度都有变在任意投影上，

6、长度、面积和角度都有变形，它既不等角又不等积。形，它既不等角又不等积。在实际应用中多把经线绘成直线，并保持在实际应用中多把经线绘成直线，并保持沿经线方向距离相等，面积和角度有些变形，沿经线方向距离相等，面积和角度有些变形，多用于绘制多用于绘制交通图交通图。等距离方位投影等距离方位投影投影类型投影类型等方位投影保持某些准确方向 保留从一个点到所有点的方向，这种特性可以保留从一个点到所有点的方向，这种特性可以与等面积、等角或等距离投影相结合。与等面积、等角或等距离投影相结合。投影类型投影类型 圆柱投影、圆锥投影、方位投影 几种投影方式展开图：方位投影展开图 圆柱投影展开图 圆锥投影展开图 投影面和

7、球面的关系投影面和球面的关系圆锥投影圆锥投影圆柱投影圆柱投影方位投影方位投影 正轴正轴 斜轴斜轴 横轴横轴 参考椭球：用于投影的椭球称为参考椭球 标准线（标准经线、标准纬线）：指投影面与参考椭球的切线。中心线（中央经线、中央纬线）：定义了地图投影的中心或原点。横坐标西移和纵坐标南移：避免出现负坐标值3、常用的地图投影、常用的地图投影 1）横轴墨卡托投影）横轴墨卡托投影 2）兰伯特等角圆锥投影）兰伯特等角圆锥投影 3）阿伯斯等积圆锥投影）阿伯斯等积圆锥投影 4）等距圆锥投影）等距圆锥投影 墨卡托投影的变种 墨卡托投影用标准纬线 横轴墨卡托投影用标准经线 要求参数：中央经线的比例系数 中央经线的经

8、度 中央纬线的纬度 横坐标东移假定值 纵坐标北移假定值横轴墨卡托投影美国的墨卡托投影和横轴墨卡托投影，这两个投影的标准经线美国的墨卡托投影和横轴墨卡托投影，这两个投影的标准经线是西经是西经9090，标准纬线是赤道，标准纬线是赤道 正轴等角割圆锥投影 标准纬线上无变形，要在图上量测长度和面积，必须进行纠正。常用于我国的地势图与各种气象、气候图，以及各省区的地势图。兰伯特等角圆锥投影 适用于东西伸展大于南北伸展的中纬度地区 割投影 要求参数：第一标准纬线 第二标准纬线 中央经线 投影原点的纬度 横向坐标东移假定值 纵坐标北移假定值兰伯特等角圆锥投影美国的兰勃特等角圆锥投影。中央经线是美国的兰勃特等

9、角圆锥投影。中央经线是9696WW，两条标，两条标准纬线是准纬线是3333NN和和4545N,N,投影原点的纬度是投影原点的纬度是3939NN。阿伯斯等积圆锥投影 正轴等面积割圆锥投影 常用于行政区划图及其他要求无面积变形的地图（如：土地利用图、森林分布图等）。地图出版社出版的中国全图、省区行政区划图均采用之。阿伯斯等积圆锥投影 要求参数与兰伯特等角圆锥投影相同 不同：阿伯斯等积投影 兰伯特等角投影等距圆锥投影 要求参数与兰伯特等角圆锥投影、阿伯斯等积圆锥投影相同 保持了所有经线和一或两条标准线上的距离性质地理格网青海省西藏自治区新疆维吾尔自治区内蒙古自治区四川省甘肃省黑龙江省吉林省陕西省河北

10、省湖北省河南省山西省辽宁省山东省云南省湖南省贵州省广东省江西省安徽省福建省江苏省浙江省广西壮族自治区重庆市台湾省海南省宁夏回族自治区北京市天津市上海市香港特别行政区141618202224262830323436384042444648505254569694929088868482807876749810010210410610811011211411611812012212412612813013213413613823.439150西藏自治区青海省新疆维吾尔自治区内蒙古自治区四川省甘肃省云南省黑龙江省湖南省陕西省吉林省湖北省广东省贵州省江西省河南省山西省山东省安徽省福建省浙江省河北省辽宁

11、省广西壮族自治区江苏省重庆市台湾省海南省宁夏回族自治区北京市天津市上海市上海市浙江省香港特别行政区广东省福建省辽宁省广东省福建省广东省浙江省浙江省福建省山东省辽宁省辽宁省广西壮族自治区中国地图的投影中国地图的投影兰伯特等角圆锥投影：中央经线105E 标准纬线25N和47N 投影原点纬度0N 横坐标东偏移0 纵坐标北偏移04、椭球体、椭球体 椭球体是地球的近似模型；椭球体是地球的近似模型；因为地球赤道方因为地球赤道方向略鼓，所以椭球体在赤道方向有一长轴，向略鼓，所以椭球体在赤道方向有一长轴，连接两极方向有一短轴；椭球体是椭圆沿短连接两极方向有一短轴；椭球体是椭圆沿短（极）轴旋转一圈形成的球体。（

12、极）轴旋转一圈形成的球体。椭球体椭球体 椭球体 克拉克椭球1866 Clarke 1866 a=6378206m b=6356584m 海福特椭球 Hayford 1910 a=6378388m b=6356912m 克拉索夫斯基椭球1940 Krasovsky1940 a=6378245m b=6356863m 大地测量参照系统（1980）GRS80 与WGS84相似 全球大地测量系统（1984）WGS84 a=6378137m b=6356752m表表1 1 常见的地球椭球体数据表常见的地球椭球体数据表5、基准面、基准面 地图坐标系由大地基准面和地图投影确定，地图坐标系由大地基准面和地图投

13、影确定，大地基准面是利用特定椭球体对特定地区地大地基准面是利用特定椭球体对特定地区地球表面的逼近，因此每个国家或地区均有各球表面的逼近，因此每个国家或地区均有各自的大地基准面。自的大地基准面。基准面基准面用基准面来确定地球与椭球体间的关系，可以唯一确定地理坐标 基准面 WGS84（World Geodetic Datum1984）主要用于全球范围内的测量和定位主要用于全球范围内的测量和定位 GPSGPS系统采用系统采用 ED 50（Europen Datum1953）主要用于欧洲地区主要用于欧洲地区 NAD 83（North American Datum1983）主要用于北美地区主要用于北美地

14、区 我们国家主要有两种：北京北京54(54(基于基于Krassovsky椭球体系椭球体系 )西安西安80(80(IAG75参考椭球体系参考椭球体系 )椭球体 一 对 基准面 多 基准面“数据是WGS84坐标系统的”？其实指的是数据是基于WGS84基准面的我国常用坐标系：北京54、西安80和WGS84 地图投影为小比例尺地图制图提供了工作底图；小比例尺地图制图强调地图投影变形，故需选择合适的投影以保留所需性质 平面坐标系一般用于大比例尺地图制图，例如1:25 000或更大比例尺，坐标系设计是用于精确计算和定位的，因此，要素的绝对位置和它与其他要素的相对位置的精度比地图投影所保留的性质更重要 为达

15、到所需的测量精度，一个坐标系通常分成不同的带，每个带基于不同的地图投影第三节 坐标系 UTM格网系统适用于全世界范围，将84N到80S的地球表面分成60个带，每个带覆盖6个经度 六度带自0度子午线起每隔经差6度自西向东分带，带号依次编为第 1、260带 通用横轴墨卡托投影系统（UTM）我国的经度范围西起 73东至135，可分成六度带十一个，各带中央经线依次为75、81、87、117、123、129、135 六度带可用于中小比例尺（如 1：250000）测图 三度带可用于大比例尺（如 1：10000）测图 城建坐标多采用三度带的高斯投影。高斯-克吕格(Gauss-Kruger)投影简称“高斯投影

16、”，又名“等角横切椭圆柱投影”，地球椭球面和平面间正形投影的一种。德国数学家、物理学家、天文学家高斯（Carl Friedrichauss，1777一 1855）于十九世纪二十年代拟定，后经德国大地测量学家克吕格（Johannes Kruger，18571928）于 1912年对投影公式加以补充，故名。高斯-克吕格投影坐标（横轴墨卡托投影）该投影按照投影带中央子午线投影为直线且长度不变和赤道投影为直线的条件，确定函数的形式，从而得到高斯一克吕格投影公式。投影后，除中央子午线和赤道为直线外，其他子午线均为对称于中央子午线的曲线。高斯高斯-克吕格投影克吕格投影xy我国基本比例尺地图采用地图投影情况

17、我国的基本比例尺地形图1:5千1:1万1:2.5万1:5万1:10万1:25万1:50万1:100万50万均采用高斯-克吕格投影(Gauss-Kruger)，即等角横切椭圆柱投影；50万采用等角正轴割圆锥投影，又叫兰勃特投影(Lambert Conformal Conic)；50万（海上）多用等角正轴圆柱投影，又叫墨卡托投影(Mercator)。一般应该采用与我国基本比例尺地形图系列一致的地图投影系统。我国基本比例尺地图采用地图投影情况 我国1:1万至1:50万的地形图全部采用此投影。1:2.5万至1:50万的地形图，采用6分带方案，全球共分为60个投影带；我国位于东经72到136间，共含11

18、个投影带；1:1万比例尺图采用3分带方案，全球共120个带。所有GIS软件包都有投影和重新投影功能 Arcinfo提供两种投影方法：Projection和Projection Utility Projection：仅局限于对以十进制数形式表示的地理坐标（经纬度值）进行投影 Projection Utility：一个基于向导的功能，能将shapefile从地理坐标投影到坐标系，或将一个坐标系投影到另一个坐标系，或从一个基准面转到另一个基准面第四节 Arcinfo投影和投影变换思考题思考题椭球体与基准面的区别与联系？我国常采用的坐标系有哪些？什么是地图投影，投影的类型有哪些？我国不同比例尺常用的投影方式有哪些？为什么采用这些投影?