GIS地學基礎(chǔ)8/3/20251長沙理工大學劉學軍GIS的地學基礎(chǔ)地球模型坐標參考系統(tǒng)地圖投影地圖比例尺地理數(shù)據(jù)特征地圖對地理現(xiàn)象表達遙感影像對地理現(xiàn)象表達專題地圖若干問題8/3/20252長沙理工大學劉學軍地球模型地球表面水準面大地水準面鉛垂線地球橢球體8/3/20253長沙理工大學劉學軍坐標參考系統(tǒng)—平面系統(tǒng)直接建立在球體上的地理坐標，用經(jīng)度和緯度表達地理對象位置建立在平面上的直角坐標系統(tǒng)，用（x，y）表達地理對象位置投影8/3/20254長沙理工大學劉學軍坐標系統(tǒng)—高程系統(tǒng)任意水準面大地水準面H′AHA鉛垂線AH′BHBhAB8/3/20255長沙理工大學劉學軍水準原點1985國家高程基準，72.2604米黃海海面1952-1979年平均海水面為0米8/3/20256長沙理工大學劉學軍地圖投影為什么要進行投影？地圖投影實質(zhì)投影變形投影方法投影選擇所考慮的因素我國常用的投影方法8/3/20257長沙理工大學劉學軍地圖投影：為什么要進行投影將地球橢球面上的點映射到平面上的方法，稱為地圖投影地理坐標為球面坐標，不方便進行距離、方位、面積等參數(shù)的量算地球橢球體為不可展曲面地圖為平面，符合視覺心理，并易于進行距離、方位、面積等量算和各種空間分析8/3/20258長沙理工大學劉學軍地圖投影：投影實質(zhì)8/3/20259長沙理工大學劉學軍地圖投影：投影實質(zhì)建立地球橢球面上經(jīng)緯線網(wǎng)和平面上相應(yīng)經(jīng)緯線網(wǎng)的數(shù)學基礎(chǔ)，也就是建立地球橢球面上的點的地理坐標（λ，φ）與平面上對應(yīng)點的平面坐標（x，y）之間的函數(shù)關(guān)系：當給定不同的具體條件時，將得到不同類型的投影方式。8/3/202510長沙理工大學劉學軍地圖投影：投影變形將不可展的地球橢球面展開成平面，并且不能有斷裂，則圖形必將在某些地方被拉伸，某些地方被壓縮，故投影變形是不可避免的。長度變形面積變形角度變形8/3/202511長沙理工大學劉學軍地圖投影：投影方法變形分類：等角投影：投影前后角度不變等面積投影：投影前后面積不變；任意投影：角度、面積、長度均變形投影面：橫圓柱投影：投影面為橫圓柱圓錐投影：投影面為圓錐方位投影：投影面為平面投影面位置：正軸投影：投影面中心軸與地軸相互重合斜軸投影：投影面中心軸與地軸斜向相交橫軸投影：投影面中心軸與地軸相互垂直

相切投影：投影面與橢球體相切相割投影：投影面與橢球體相割8/3/202512長沙理工大學劉學軍地圖投影：投影選擇因素制圖區(qū)域的地理位置、形狀和范圍制圖比例尺地圖內(nèi)容出版方式8/3/202513長沙理工大學劉學軍地圖投影：GIS中地圖投影GIS以地圖方式顯示地理信息，而地圖是平面，地理信息則在地球橢球上，因此地圖投影在GIS中不可缺少。GIS數(shù)據(jù)庫中地理數(shù)據(jù)以地理坐標存儲時，則以地圖為數(shù)據(jù)源的空間數(shù)據(jù)必須通過投影變換轉(zhuǎn)換成地理坐標；而輸出或顯示時，則要將地理坐標表示的空間數(shù)據(jù)通過投影變換變換成指定投影的平面坐標。GIS中，地理數(shù)據(jù)的顯示可根據(jù)用戶的需要而指定投影方式，但當所顯示的地圖與國家基本地圖系列的比例尺一致時，一般采用國家基本系列地圖所用的投影。8/3/202514長沙理工大學劉學軍地圖投影：我國常用地圖投影1：100萬：蘭勃投影（正軸等積割圓錐投影）大部分分省圖、大多數(shù)同級比例尺也采用蘭勃投影1：50萬、1：25萬、1：10萬、1：5萬、1：2.5萬、1:1萬、1：5000采用高斯—克呂格投影。8/3/202515長沙理工大學劉學軍地圖比例尺地圖比例尺反映了制圖區(qū)域和地圖的比例關(guān)系紙質(zhì)地圖：內(nèi)容、概括程度、數(shù)據(jù)精度等

GIS：數(shù)據(jù)精度比例尺的含義：制圖區(qū)域較小，采用各方面變形都較小的地圖投影，圖上各處的比例是一致的，故此時比例尺的含義是圖上長度與相應(yīng)地面長度的比例；制圖區(qū)域較大時，地圖投影比較復雜，地圖上長度因地點和方向的不同而有所變化，這種地圖比例尺一般是指在地圖投影時，對地球半徑縮小的比率，稱為主比例尺。地圖經(jīng)過投影后，體現(xiàn)在圖上只有個別點線沒有長度變形，也就是說，只有在這些長度沒有變形的點或線上，才可用地圖上注明的比例尺我國地圖比例尺分級系統(tǒng)：大比例尺：1：500—1：10萬中比例尺：1：10萬—1：100萬小比例尺：〈1：100萬無級比例尺概念8/3/202516長沙理工大學劉學軍空間現(xiàn)象及其表達現(xiàn)實世界空間數(shù)據(jù)地圖遙感影像特征關(guān)系行為觀察選擇抽象綜合測量：位置編碼：屬性建立關(guān)系：表達8/3/202517長沙理工大學劉學軍空間對象：類型空間對象一般按地形維數(shù)進行歸類劃分點：零維線：一維面：二維體：三維時間：通常以第四維表達，但目前GIS還很難處理時間屬性?？臻g對象的維數(shù)與比例尺是相關(guān)的8/3/202518長沙理工大學劉學軍空間對象：點有位置，無寬度和長度；抽象的點美國佛羅里達洲地震監(jiān)測站2002年9月該洲可能的500個地震位置8/3/202519長沙理工大學劉學軍空間對象：線有長度，但無寬度和高度用來描述線狀實體，通常在網(wǎng)絡(luò)分析中使用較多度量實體距離香港城市道路網(wǎng)分布8/3/202520長沙理工大學劉學軍空間對象：面具有長和寬的目標通常用來表示自然或人工的封閉多邊形一般分為連續(xù)面和不連續(xù)面中國土地利用分布圖（不連續(xù)面）8/3/202521長沙理工大學劉學軍空間對象：面（續(xù)）連續(xù)變化曲面：如地形起伏，整個曲面在空間上曲率變化連續(xù)。不連續(xù)變化曲面，如土壤、森林、草原、土地利用等，屬性變化發(fā)生在邊界上，面的內(nèi)部是同質(zhì)的。8/3/202522長沙理工大學劉學軍空間對象：體有長、寬、高的目標通常用來表示人工或自然的三維目標，如建筑、礦體等三維目標香港理工大學校園建筑8/3/202523長沙理工大學劉學軍空間對象：描述要素編碼：區(qū)別不同的實體，包括分類碼和識別碼。分類碼表識空間對象的類別，而識別碼對每個空間對象進行表識，是唯一的。位置：坐標形式給出空間對象的空間位置類型：空間對象所屬的實體類型，或有那些實體組成行為：空間對象所具備的行為和功能屬性：空間對象所對應(yīng)的非幾何信息說明：實體數(shù)據(jù)來源、精度等關(guān)系：與其他實體之間的關(guān)系8/3/202524長沙理工大學劉學軍空間對象：編碼為什么要進行編碼？編碼對象：屬性數(shù)據(jù)編碼方法：層次分類編碼多源分類編碼編碼標準化8/3/202525長沙理工大學劉學軍空間對象：層次分類編碼分類對象的從屬和層次關(guān)系有明確的分類對象類別和嚴格的隸屬關(guān)系高壓711電線架715管線:7地下電力線與電纜72電力線71地下檢修井74管線73低壓712電桿713電塔714不依比例7142依比例71418/3/202526長沙理工大學劉學軍空間對象：多源分類編碼按空間對象不同特性進行分類并進編碼代碼之間沒有隸屬關(guān)系，反映對象特性具有較大的信息量，有利于空間分析河流特性分類與編碼通航情況通航：1不通航：2常年河：1時令河：2消失河：3

<1km：1<2km：2<5km：3<10km：4>10km：5流水季節(jié)河流寬度河流長度河流深度

5~10m：110~20m：220~30m：330~60m：460~120m：5120~300m：6300~500m：7>500m：8

<1m：11~2m：22~5m：35~20m：420~50m：5>50m：68/3/202527長沙理工大學劉學軍空間對象：空間關(guān)系表達描述空間對象之間的空間相互作用關(guān)系方法

絕對關(guān)系:坐標、角度、方位、距離等；相對關(guān)系：相鄰、包含、關(guān)聯(lián)等相對關(guān)系類型拓撲空間關(guān)系：描述空間對象的相鄰、包含等順序空間關(guān)系：描述空間對象在空間上的排列次序，如前后、左右、東、西、南、北等。度量空間關(guān)系：描述空間對象之間的距離等。地圖、遙感影象上的空間關(guān)系是通過圖形識別的，在GIS中的空間關(guān)系則必須顯式的進行定義和表達?？臻g關(guān)系的描述多種多樣，目前尚未有具體的標準和固定的格式，但基本原理一致。不同的GIS可能采用不同的方法進行描述8/3/202528長沙理工大學劉學軍空間對象：拓撲空間關(guān)系基于點集拓撲理論拓撲元素：點：孤立點、線的端點、面的首尾點、鏈的連接點線：兩結(jié)點之間的有序弧段，包括鏈、弧段和線段面：若干弧段組成的多邊形基本拓撲關(guān)系關(guān)聯(lián)：不同拓撲元素之間的關(guān)系鄰接：相同拓撲元素之間的關(guān)系包含：面與其他元素之間的關(guān)系層次：相同拓撲元素之間的層次關(guān)系拓撲元素量之間的關(guān)系：歐拉公式點、線、面之間的拓撲關(guān)系8/3/202529長沙理工大學劉學軍起點終點中間點弧段1弧段3弧段2弧段4點:面:弧:8/3/202530長沙理工大學劉學軍鄰接相交重合相離包含點—點點—線點—面線—面面—面線—線8/3/202531長沙理工大學劉學軍歐拉公式：歐拉公式在GIS中有著重要的意義，主要用來檢查空間拓撲關(guān)系的正確性，能發(fā)現(xiàn)點、線、面不匹配的情況和多余、遺漏的圖形元素。c+a=n+bn:結(jié)點數(shù)a:弧段數(shù)b:多邊形數(shù)c:常數(shù)，為多邊形地圖特征。若b包含邊界里面和外面的多邊形，則c=2，若b僅包含邊界內(nèi)部多邊形，則c=1n=4，a=4b=1，c=1n=6，a=5b=2，c=1，p=2（圖形數(shù)）n=4，a=5b=2，c=1n=10，a=12b=3，c=18/3/202532長沙理工大學劉學軍空間拓撲關(guān)系表達—關(guān)系表ebc41325ABC76Dada:結(jié)點號A:多邊形號1:弧段號弧段數(shù)字化方向表中數(shù)字前負號為相反方向弧-面拓撲弧段左面右面起點終點1A—ca2BAbc3CAba4—Cda5CDdB6BDee7B—dc面-弧拓撲面號弧數(shù)弧號A3-1,-2,3B42,-7,5,0,-6C3-3,-5,4D16結(jié)點-弧拓撲結(jié)點弧a1,3,4b2,3,5c1,2,7d4,5,7e68/3/202533長沙理工大學劉學軍空間對象:自相關(guān)特征空間對象在屬性上存在相關(guān)性，兩空間對象越接近，其值也越接近，反之亦然。相關(guān)類型負相關(guān)：位置越接近，屬性值相差越遠正相關(guān)：位置越接近，特征也越接近不相關(guān)：屬性與空間位置無關(guān)。8/3/202534長沙理工大學劉學軍（A）高度空間負向相關(guān)；（B）無規(guī)律分布；（C）空間獨立；（D）空間聚類現(xiàn)象；（E）高度正向相關(guān)8/3/202535長沙理工大學劉學軍地理數(shù)據(jù)：特征屬性特征：描述空間對象的特性，即是什