GIS-坐标系统简介解析课件.ppt

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1、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GISGIS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

2、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,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,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、.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

4、。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-坐标系统简介解析课件,GIS-坐标系统简介解析课件,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 ）,

5、GIS-坐标系统简介解析课件,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,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,JY

6、D1968,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

7、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,常用投影高斯克吕格投影YNSXY,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，

8、 612为第二带，如图。,格林尼治596012357赤,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,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

9、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1

10、2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：,

11、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,