地理信息系统基础分析报告.ppt

西北大学 城市与资源学系 GIS教研室 刘学军 地理信息系统基础 Geographical Information System 空间信息基础  序 GIS处理对象是地理实体，如何确定地理实体在地球空间中的（绝对）位置？ 地理空间的数学基础是GIS空间位置数据定位、量算、转换和参与空间分析的基准。所有空间数据必须纳入到相同空间参考基准下才可以进行空间分析。 地理信息系统的建立需要统一的地理基础。 序 地理信息系统的地理基础主要包括： 统一的地理坐标系统--地球空间参考 统一的地图投影系统--地球平面表示 统一的地理编码系统 教学内容 §1 地理坐标系统 §2 地图投影 §3 空间坐标转换 §4 地图比例尺 §5 地理格网 §1地理空间信息描述－地理坐标系统 确定点位置的是确定空间实体位置的基础 如何确定空间某点的位置? 一维坐标系，里程桩8KM 二维坐标系，正南100米 三维坐标系， §1地理空间信息描述－地理坐标系统 如何确定空间某点的位置? 一维坐标系 二维坐标系 三维坐标系 三维直角坐标系 原点位置 轴的方向 刻度 三维坐标（x,y,z) 如何确定空间某点的位置? 球面坐标系 球心位置 轴的方向 刻度 三维坐标（r,λφ) 定位系统应当可测。 §1地理空间信息描述－地理坐标系统 1.1地理空间、地球形状与地球椭球 1.2地理坐标系统 1.3高程基准 1.1地球形状与地球椭球 地理空间 地球表面及近地表空间，是地球上大气圈、水圈、生物圈、岩石圈和土壤圈交互作用的区域，地球上最复杂的物理过程、化学过程、生物过程和生物地球化学过程就发生在该区域。 地理空间范围：电离层到地幔莫霍面， GIS地理空间 包括地理空间定位框架及其所连接的特征实体。 地理空间定位框架 大地测量控制，有平面控制网和高层控制网组成。 (大地坐标系和高程参考系) 1.1地球形状与地球椭球 建立地球表面的几何模型, 地球表面几何模型可以分为四类: 第一类是地球的自然表面 第二类是相对抽象的面，即大地水准面 第三类是地球椭球面 第四类是其他数学模型 ，在解决其它一些大地测量学问题时提出来的，如类地形面、准大地水准面、静态水平衡椭球体等。 地球的自然表面 地球是一个近似球体，自然表面是一个极其复杂的不规则曲面。 难以用一个简洁的数学表达式描述出来，不适合于数字建模 。 大地水准面 水准面 地球表面上的海洋面积约占71％，陆地面积约占29％。人们把地球总的形状看作是被海水包围的球体，也就是设想有一个静止的海水面，向陆地延伸而形成一个封闭的曲面，这个静止的海水面称为水准面。 海水有潮汐，时高时低，所以水准面有无数个。 水准面的特性是处处与铅垂线相垂直。 大地水准面 大地水准面 通过平均海水面的一个称为大地水准面 。 地球内部的质量分布又不均匀，引起地面上各点的铅垂线方向产生不规则的变化，因而大地水准面实际上是个有微小起伏的不规则曲面。 大地体 被大地水准面所包围的形体称为大地体。 地球椭球面 地球的形状接近于一个两极略扁的椭球，椭球面可以用数学式子表达出来，采用椭球面作为测量计算的基准面是合适的。 地球表面、大地水准面和地球椭球体之间的关系 参考椭球体 参考椭球体和参考椭球体的定位 大地体是一个不规则的球体，椭球体是一个规则的椭球体，两者不能完全重合。 由于地球形状的不规则性，不同国家在不同的历史时期对地球进行过无数次测量，导致出现了大量的椭球体，但是由于没有一个椭球体能够准确的描述地球的整体形状，所以在应用时应该根据各个国家或地区的具体情况选择合适的地球椭球体。 为了能够精确计算地球上一点的位置，要以某种方式固定大地体和参考椭球之间的位置关系，这个与大地水准面建立了固定的位置关系的椭球体叫参考椭球体，这项工作称为参考椭球体的定位。 参考椭球体有无数个。 参考椭球体 参考定位与局部大地坐标系 强调局部地区大地水准面与椭球面较好的定位，通常称为参考定位。 依据参考定位的坐标系为局部大地坐标系，也称大地参照系,如我国1980西安坐标系。 大地原点 为了精确计算一个国家或地区的位置数据，在一个适当的地点，设想把椭球体和大地体相切，在这点，椭球面上该点的法线与大地水准面的铅垂线相重合。在这个点附近的一定区域内，参考椭球体的形状和大小与大地体相近。这个重合的点，就叫大地原点。也称大地坐标的起标点。 我国的大地原点，在陕西省咸阳市泾阳县永乐镇石际寺村境内,具体座标在：34°32′27.00″N108°55′25.00″E。 1.2地理坐标系统 地理坐标系 地理坐标系用来描述地球表面三维地物位置 确定空间位置的参照基准 用来描述地球表面地物位置，地物的具体位置由它的经纬坐标确定的。 地理坐标系统定