2地图投影和坐标系统

第二讲地图投影和坐标系统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主要内容一、地理格网二、地图投影三、坐标系四、arcinfo投影和投影变换一、地理格网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GIS中赤道以北的纬度值为正，以南为负，东半球经度值为正，西半球为负二、地图投影1、地图的投影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，必须进行球面坐标到平面坐标的转换，这就是地图的投影变换。2、地图投影的分类1）按变形的性质可分为等角投影，等积投影，等距投影；2）按展开方式可分方位投影、圆柱投影、圆锥投影；3）按投影面积与地球相割或相切可分为割投影和切投影。投影面和球面的关系圆锥投影圆柱投影方位投影正轴斜轴横轴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参考椭球：用于投影的椭球称为参考椭球标准线：指投影面与参考椭球的切线。对于圆柱和圆锥投影，相切时只有一条标准线，而相割时有两条标准线；标准线比例系数为1。标准经线、标准纬线中心线：定义了地图投影的中心或原点。中央经线、中央纬线横坐标东移和纵坐标北移3、常用的地图投影1）横轴墨卡托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、中央经线的经度、中央纬线的纬度、横向坐标东移假定值和纵坐标北移假定值2）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和纵坐标北移假定值3）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4）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中国的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0中国地图的投影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4、基准面1）椭球体椭球体是地球的近似模型；因为地球赤道方向略鼓，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（极）轴旋转一圈形成的球体2）基准面地图坐标系由大地基准面和地图投影确定，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自的大地基准面三、坐标系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1:25000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通用横轴墨卡托格网系统（UTM）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、2…60带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-克吕格投影坐标（横轴墨卡托投影）高斯-克吕格(Gauss-Kruger)投影简称“高斯投影”，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（CarlFriedrichＧauss，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（JohannesKruger，1857～1928）于1912年对投影公式加以补充，故名。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-克吕格投影坐标（横轴墨卡托投影）续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)中，大于等于50万的均采用高斯-克吕格投影(Gauss-Kruger)，这是一个等角横切椭圆柱投影，又叫横轴墨卡托投影(TransverseMercator)小于50万的地形图采用等角正轴割圆锥投影，又叫兰勃特投影(LambertConformalConic)；海上小于50万的地形图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。高斯-克吕格投影xy四、arcinfo投影和投影变换所有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ProjectionUtilityProjection：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ProjectionUtility：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