地图学实验指导书修改.docx
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地图学实验指导书修改
资源环境与旅游管理系
2011年9月`
实验一：
地图投影的判别
一、实验目的和要求：
通过识别1972年版的《世界地图集》中的“亚洲地区”、“太平洋及太平洋岛屿”、“南美地区”图：
1、巩固学过的地图投影知识
2、掌握识别地图投影系统与分析地图投影变形性质的方法
3、为正确使用地图投影奠定基础
二、实验工具
两角规，三角板，铅笔
三、实验步骤提要
1、利用已学过的方法，观察地图经纬线形状特征，判别地图的投影系统
2、观察制图区域的大小、位置和形状，分析判别地图投影时投影面与球面相切或是相割的关系。
如是相切，应量取图幅中央纬线的纬线长度比n,若n=1，则此条纬线为标准纬线；若是相割关系，应量取图幅南北1/4处的纬线长度比，若n=1，则此两条纬线为标准纬线。
有的图幅不画标准纬线，则应根据上下纬线的n值变化情况，确定标准纬线的位置
3、量测中央经线上的纬线间隔变化规律，确定投影变形的性质
4、若经过以上三个步骤仍然无法判别地图投影的变形性质时，采取量测计算图上经纬线交点的m、n、ε的方法，求算各经纬线交点上的面积比（P）和最大角度变形ω；
若P非常接近或是等于1，即P=mncosε=1为等积投影，若m=n，ε=0，则为等角性质投影
若不是这两种情况则为任意投影
四、基础数据
世界地图集，（1972年版，中国地图出版社）
1、地图几大投影系统的经纬网基本形状
⑴方位投影：
正轴方位：
纬线是以极点为圆心的同心圆，经线为以极点为中心的放射状直线
横轴方位投影：
赤道是直线，其他纬线为对称于赤道的曲线，中央经线为直线，其他经线为对称于中央经线的曲线
斜轴方位投影：
中央经线为直线，其他经线为对称于中央经线的曲线，纬线为任意曲线
⑵圆柱投影
正轴圆柱投影：
纬线为平行于赤道的直线，经线为垂直于赤道的平行线
横轴圆柱投影：
中央经线为直线，其他经线为对称于中央经线的曲线，赤道为直线，其他纬线为对称于赤道的曲线
⑶圆锥投影
常指正轴圆锥投影：
纬线为同心圆弧，经线为将于一点的放射状直线束
⑷伪圆柱投影
纬线为同心圆弧，中央经线是直线，其他经线为对称于中央经线的曲线
伪圆锥投影：
纬线是平行于赤道的直线，中央纬线为直线，其他经线为对称于中央经线的曲线
2、常用投影的经纬线形状特征（见表）
3、地图上经纬线形状的判别
地图上的经纬线一般有直线、曲线、同心圆、同心圆弧、同轴圆弧几种形式判别方法如下
（1）直线与曲线的判断：
取一直尺，将经线或纬线段的两端点至于直尺的直边上，若各点均位于直线边上，则说明这条线段是直线，否则是曲线
（2）曲线与圆弧的判断：
取一透明纸蒙在曲线上，在曲线上按一定间隔取3-5个点，然后移动透明纸至曲线的另外位置，若透明纸上的点仍在这条曲线上，说明为圆弧，否则为其他曲线⑶同心圆弧的判断：
若每一圆弧上任一点与另一圆弧的最短距离均相同，即相邻圆弧之间的垂线处处等长，则为同心圆弧
（3）同轴圆弧的判断：
一组圆弧，相邻圆弧之间的垂线处处不等，且左右对称，则这组圆弧为同轴圆弧，圆心不在一个点而在一条直线上，且这条直线为中央经线
判断直线、曲线、圆弧、同心圆弧、同轴圆弧的方法是确定经纬线形式的基础，根据经纬线形式可以确定几种常见的投影类型
4、根据地图上的纬线间隔变化判别地图投影的变形性质
常见投影的变形性质都决定于中央经线上的纬线间隔变化规律。
如等角投影的纬线间隔均为从地图中央向南北逐渐增大，且增大有一定规律。
横轴等角方位投影纬线间隔在中央经线上由赤道向两极逐渐放大，扩大比率由1-2，墨卡托投影由赤道向两极对称扩大，在纬度60～80度间的间距比0～20间的间距增大约3倍
等积投影的纬线间距是从地图中央向南北逐渐缩小的，且缩小也有一定规律。
正轴等积方位投影，纬线间距从投影中心向边缘逐渐缩小，缩小比率由1～0.7，摩尔魏特投影，由赤道向两极缩小，在纬度80～90间距比0～10间距缩小2.5倍。
等距投影的纬线间距相等地。
若纬线间隔迅速增大或缩小，可能是任意投影
5、圆锥、圆柱投影的标准纬线的确定—在图上进行量算
用分规在中央经线上依次量各纬线的间隔变化
量算前，首先根据地图的区域轮廓初步判断下，可能是采用相割还是相切的投影。
当地图区域所占的纬差较大时，大部分采用相割投影，纬差较小时，大部分采用相切投影。
相切时，肯定取区域中间部分的纬线；若相割时，往往取南北轮廓线1/4处的纬线。
根据初步判断，再量算中间纬线或是南北各1/4处的图上纬线的实际长度，乘以地图比例尺分母，得到的等于相应纬线的实际长度，说明其为标准纬线。
有的图上并没有绘出标准纬线，在这种情况下，只能根据所量算的相邻纬线的长度比，来推算标准纬线的位置。
6、方位投影投影中心的确定
正轴方位投影的投影中心在经线交点处，横方位投影的投影中心在赤道与中央经线的交点。
在斜轴方位投影中，其投影中心所在的位置，应是上下两侧对应的纬线间距相等处，故可在中央经线上量取纬线间隔来确定。
若所量的纬线间隔均相等，则该投影为斜轴等距方位投影，确定投影中心要用其他辅助方法。
如：
假定地图图幅的中部的中央经线与纬线交点为投影中心，从该点量取与其对应的各经纬网交点的距离，若均相等地，则该点为投影中心点，若不等，则该点附近的中央经线与纬线交点上继续试验，直到找到能使该点与各对应的经纬网距离相等的点，即为投影中心
7、量测计算图上经纬网交点（m、n、ε）结果，确定变形性质
若能确定图上某些特征点的经线长度比，纬线长度比和经纬线的夹角，就可以判断其变形性质及变形分布特点。
图1中，量出上下相同纬差的经线长Sm1和Sm2从提供的地球上1度经纬线弧长资料中查出相应的这一段经线弧长Sm则经线长度比可求：
m=（Sm1+Sm2）/2/（Sm.*1/M）[1/M为主比例尺]
同样的，在特征点A处量出左右相同经差的纬线长Sn1和Sn2，查到相对应的纬线长度Sn求出n=（S1n+Sn2）/2/（Sn/1/M）
对于ε，可以如下求：
在A点处的纬线上取与A点等距的BC两点，再将三角板的一边置于BC上平行移动三角板到A，作纬线的切线B1AC1，作切线A1垂直于B1AC1。
然后在经线DAE上，取DA=AE，过A点作经线DAE的切线A2（可用一直尺切于A点，使DD‘=EE’画出A2线）则A1、A2线于A点所成的夹角，即为所求角ε。
求出εmn后，可以用变形公式进行判断，若m=n，ε=0则为等角投影，若nmcosε=1（或是非常接近1）则为等积投影，若不为上面一种情况，则为任意投影。
投影名称
经线线形状
中央经线上纬线间隔的变化
主要制图区域
经线
纬线
正轴等距方位投影
放射状直线
同心圆
相等
南北极地区图、南北半球图
横轴等积方位投影
中央经线为直线，其余经线为对称于中央经线的曲线
赤道为直线，其余纬线为对称于赤道的圆弧
从赤道向两极逐渐缩小
东西半球图
非洲图
斜轴等积方位投影
中央经线为直线，其余经线为对称于中央经线的曲线
任意曲线
由地图中心向外逐渐缩小
水陆半球图
大洲图
横轴等角方位投影
中央经线为直线，其他经线为圆弧
赤道为直线，其余纬线为对称于赤道的圆弧
从赤道向两极逐渐扩大
东西半球图
等角圆锥投影
放射状直线
同心圆
由地图中心向南北逐渐增大
中纬度地区分国图
等积圆锥投影
放射状直线
同心圆
由地图中心向南北逐渐缩小
大洲图
等距圆锥投影
放射状直线
同心圆
相等
中纬度地区分国图
桑逊投影
中央经线为直线，其他经线为对称于中央经线的曲线
纬线为平行直线
相等
非洲图
南美洲图
摩尔威特投影
中央经线为直线，其他经线为椭圆弧
纬线为平行直线
由赤道向两极逐渐缩小
世界图、半球图
古德投影
有几条中央经线是直线，其余经线是曲线
纬线是平行直线
纬度40度以下相等，以上逐渐缩小
世界图
墨卡托投影
间隔相等的平行直线
与经线垂直的平行直线
由低纬向高纬急剧增大
世界图
东南亚地区图
彭纳投影
中央经线为直线，其他经线为对称于中央经线的曲线
同心圆弧
相等
亚洲图
欧洲图
任意圆柱投影
间隔相等的平行直线
与经线垂直的平行直线
从赤道向两极逐渐增大
世界图
等差分纬线多圆锥投影
中央经线为直线，其余经线为对称于中央经线的曲线
赤道为直线，其余纬线为对称于赤道的同轴圆弧
从赤道向两极稍有增大
世界图
实验二 ArcView中投影的应用
一、目的
掌握地图投影变换的基本原理与方法；
熟悉ArcView中投影的应用及投影变换的方法、技术；
了解地图投影及其变换在实际中的应用；
二、实验准备
软件准备：
ARCVIEW
三、实验原理
地图投影的实质
四、实验内容及步骤、方法
以下内容适用于ArcView3.0及以上版本
a．运行ArcView，打开一个视图（view），并向视图中添加数据。
（数据可以从ArcView的安装目录如D:
\ESRI\ESRIDATA中找到，比如我们打开一幅美国地图）。
b．从View菜单选择Properties菜单项
c．在出现的对话框中看是否已经为视图指定了投影（下图中红框标记的地方，如果有投影，则会出现投影名称，下图还没有设置投影）。
如没有设置投影，注意要将MapUnits设置为decimaldegrees（十进制度小数）。
如已设置投影，就不要将MapUnits设置为decimaldegrees。
d．单击上图中的Projection按钮，将出现如下图对话框。
图中上部有两个单选按钮，默认选择是Standard。
这是ArcView预设的一些标准投影。
可以在Categeory下拉框中选择投影区域或投影面，在Type下拉框中选择相应的投影类型。
例如：
在Categeoy中选择ProjectionsoftheUnitesStates（美国区域的投影），而在Type中选择LambertConformalConic（NorthAmerica），（适于北美地区的兰伯特等角圆锥投影），就可以得到如下图的结果。
我们也可以选择自己定义投影参数，这是我们要选择Custom单选按钮，对话框就变成如下图所示。
此时我们就可以在projection下拉框中指定投影类型，在Spheroid下拉框中指定椭球，并根据所选的投影修改投影参数。
需要指出的是，这样的自定义投影只是在ArcView提供的投影类型中修改相应的参数，而并不是定义新的投影方式。
尽管ArcView提供了许多投影方式和椭球，但并不是所有的投影类型和椭球都有，像我国常用的高斯-克吕格投影及80坐标系所使用的IAG-75椭球就没有。
e．上述的做法只是为视图（View）指定了投影，而数据并没有发生改变。
也就是说数据是在被添加到视图时才被投影，显示在屏幕上，当你关掉当前视图，重新建立一个视图，并将原来的数据添加进来时，你会发现它们并没有被投影，也就是说刚才的操作对数据并没有影响。
如果你要将数据真正进行投影变换，就必须将数据重新存储，使新数据保有投影变换后的投影信息。
这时可以这样做：
a）选中要存储的数据层（单击窗口左边数据目录中的该层，使其处于激活状态）；
b）单击Theme菜单，选取ConverttoshapeFile菜单项。
将数据重新保存。
以上就是在Arc/Info和ArcView中投影的简单应用。
对于各种不同的地理信息系统软件，上述的过程略有差异，但大体上基本上是相同的。
对于投影而言，最重要的并不是对各种软件软件的熟练掌握，而是如何在实际应用中将投影的原理加以灵活应用。
实验三专题地图编制
一、目的
掌握专题地图编制方法
熟悉ArcView中专题地图编制的方法、技术
二、实验准备
软件准备：
ARCVIEW
ArcViewGIS电子地图的“图面配置”，简称“Layout”，它是通过一个叫作“版面设计”的过程完成的。
版面设计可以将ArcView项目中除自身之外的所有组件（如视图、图表、表格、脚本等），以及一般专题地图的必备要素：
图名、图例、比例尺、指北针等，甚至外来的图形图象等地图素材，经过整饰而组合成内容充实、表现方式多样、易于编辑修改与动态更新能力强的专题地图
三、实验内容及步骤、方法
Ⅰ版面设计（Layout）的操作基础
版面设计的基本操作：
一、查看现有版面设计
打开项目窗口，单击专题地图（或版面设计）图标，目前业已存在的所有的Layout将以（文件名）列表形式立即出现在项目窗口的右窗格之中。
（如图6-1）
二、创建一项新的专题地图
三、打开、关闭版面设计界面
四、给“版面设计”文件换名
五、保存版面设计的结果
六、版面设计的拷贝
Ⅱ 版面设计的一般步骤
在ArcView中，用户不仅可以将Project中的若干视图、图表、表格作为专题地图版面设计的组件，而且也可以将不同格式的图形图像纳入到新生成的专题地图中去。
生成一幅专题地图一般应经历以下程序：
一、打开或创建一个“项目（Project）”
ArcView电子专题图的制作必须依赖特定的“项目”环境，如果您还没有打开一个项目，那么在开始地图制作之前，请从“文件”下拉菜单中选取“OpenProject”，从而打开一个业已存在的“项目”，或者选取“NewProject”生成一项新的“项目”。
二、在“项目”中新建一幅专题地图的“版面设计”-Layout
在项目窗口中双击“Layout”图标，或者先单击图标，然后点选“新建（New）”按钮，则一个新的专题地图版面设计将产生于“项目”之中，并以“Layout1”为名称显示于项目窗口右侧窗格的列表区。
通过此法可以再创建多个“版面设计”，默认名称依次为Layout2、Layout3、Layout4等等。
这些名称均可以通过上述方法变更成用户易于理解的名称。
三、“专题地图”的页面设置
在往专题地图添加必要的地图要素之前，首先通过“页面设置”指定输出页面的大小、单位、页面方向和页边距等特征。
页面设置的方法是：
调用“Layout”菜单下的“PageSetup”项，然后在对话框内指定各项内容。
四、给专题地图添加“视图”
在一个空白的“版面设计”（Layout）中添加一个视图帧的方法是：
1、击工具条中的“帧工具箱”，在弹出的系列工具中选择“视图帧”工具（如图6-2）。
2、将光标移到地图页面内希望放置视图的位置，用鼠标左键拖拉的方法定义好一个视图帧（矩形框）。
3、在随即弹出的“帧属性对话框”内，设定相关项目。
指定视图
活动链接
指定比例尺
指定范围
4、给专题地图添加“图例”（Legend）
5、添加比例尺
6、添加标题（图名）
7、添加指北针（可选项）
8、添加图廓线（Neatline）
9、添加表格和图表
10、创建“点、线、面”图形
11、添加不同格式的图形图像
12、排列页面之中不同的图形要素
13、帧内容的简化（Simplify）
Ⅲ 图面素材的重新组织
如前所述，ArcView的图面是由各种“帧”所组成的，每一个“帧”都是专题地图的一个组件。
所谓素材的重新组织就是指对图面中的各个帧所进行的编改操作。
包括：
调整其位置及大小，重新设置“帧属性”，分解或简化帧内容等等。
一、重新设置“帧”属性
对于图面内的任意一个“帧”，通过鼠标双击，即可打开与其相关的“属性对话框”（参见图6-7，8，9，10，11，13，14，15）。
而通过对对话框内容的重新设定，则可以改变“帧”在图面内的显示特性。
二、分解或简化“帧”内容
如前所述，一个完整的“帧”一旦经过“简化”（调用“图形”菜单下的“简化”选项），其完整的内容就将被分解成“部分”。
例如：
原始“图例帧”本来是一个整体，所有的编辑修改操作会对其图例符号及文字说明同时起作用，如果您只想对其文字说明部分或者图例符号部分单独进行修改，就必须首先将整体图例通过“简化”分解成“部分”，然后再选定单个组件进行编辑。
图6-10是一个图例帧“简化”前后的图形对比（注意图中操作柄的变化情况）。
Ⅳ 创建用户模板
用户可以将任何图面设计的模式保存成一个“设计模板”，这样就可以使用自己的自定义模板为其它图面设计工作服务。
将设计方案保存成模板的操作方法：
在“Layout”菜单下，选择“SaveasTemplate”，然后在弹出的对话框（图6-18）内，输入模板名称，确定一个图标即可完成。
以后使用该模板时，则在同样的菜单下拉菜单中选择“UseTemplate”，在模板列表中单击相应的图标。
Ⅴ 专题地图的打印
图面设计的成果可以用三种方法进行打印：
一种是调用“文件”菜单下的“打印”项；一种是在“Layout”窗口单击常用按钮栏的“打印机”按钮；第三种是先选中“项目”（Project）窗口右窗格内的“Layout”列表中的专题对象，然后单击项目窗口上部的“打印”（Print）按钮。
一、专题地图的打印步骤
1、通过点选上述“按钮”或“菜单”，调出“打印对话框”（如图6-12）。
果需要对打印参数进行设置，则单击该对话框中的“Setup”-设置按钮，自动弹出一个“打印设置”对话框（图6-13），在此对话框内可对“打印机类型”、“打印纸张大小”、“打印属性”等有关项目进行设置。
（另外您还可以通过调用“文件”菜单下的“PrintSetup”选项来对打印参数进行专门设置。
）
2、参数设置完成后，单击“OK”返回到“打印对话框”，这时再单击其下部的“OK”按钮，程序即自动开始将打印作业送往打印机进行打印动作。
二、专题地图的“导出”（Export）
用户除了可以将专题地图设计成果直接送往打印机输出之外，也可以运用ArcView提供的“导出”（Export）功能将专题地图的成果输出成一个图形文件，以便使其能够在其他专门的图形处理程序中进行深入加工与修饰，或者将其应用到一个由其他应用程序创建的报告或演示文稿之中。
ArcView所支持的专题地图的“输出”格式有：
EPS、Adobe、Illustrator、CGM、BMP和WMF等。
三、打印到文件（PrinttoFile）
如果您当前所使用的电脑缺少理想的输出设备（如大型绘图仪），您也可以利用“打印对话框”内的“打印到文件”（PrinttoFile）复选框（图6-20左下侧），将专题地图文件转换成一个专门的“打印机文件”（以.PRT为扩展名），再将该PRT文件拷贝到软磁盘或其它活动存贮介质，然后转移到其他连接有大型商用打印机或绘图机的电脑系统上输出。
实验四：
点值图的设计
一、实验目的
用计算机的方法编制一张点值图，反映某区人口密度的基本分布情况
二、实验工具
计算机、制图软件
三、基础数据及资料
1、美国政区图
2、1990年、1999年美国各州人口数据
四、实验步骤提要
1、调用已经数字化好的美国政区图
2、根据已经创建好的属性表，利用1990年美国各州人口数据，制作美国各州人口点值图。
确定每点代表的人数，生成点值图
3、根据1990年和1996年两年的美国人口统计数据，设计直方图反映这两年各州人口的变化
实验五：
利用数据进行等值区域图
（1）目的
1、掌握不同数据格式与ARCview软件之间的数据转换方法
2、进一步培养学生分析问题、解决问题的能力，提高学生综合利用常用软件如AUTOCAD、ARCVIEW等的能力
3、便于学生了解城镇土地分等定级的基本原理与方法
（2）实验准备
1．软件准备：
AUTOCAD，ARCVIEW，EXCEL
2．方法准备：
《城镇土地分等定级规程》
3．数据：
dj-lu.dwg，单元图.dwg，道路通达度分值图.dwg，对外交通作用分值图.dwg，公用设施作用分值图.dwg，规划条件限制作用分值图.dwg，环境条件作用分值图.dwg，基础设施作用分值图.dwg，人口密度作用分值图.dwg，商服繁华1作用分值图.dwg，商服繁华2作用分值图.dwg。
（3）实验要求及主要步骤
根据城镇土地分等定级的原理和方法，利用所提供的数据，在ArcView软件下完成所给城镇的分等定级工作，其中基本的定级因子及其分值已在所给的图中标明，各因子的权重也在下文中给出。
其中，几个主要步骤和要求如下（详细的技术方法请同学们自行设计）：
1、对所给的单元图、道路图、各定级因子图进行整理，把CAD格式的数据转到ArcView下；
2、在ArcView下，获得单元图中每个单元的各个因子值；
3、根据各因子的权重（通过专家打分得到的），求得各单元的总分值。
各因子的权重如下：
商服繁华1：
0.09
商服繁华2：
0.07
道路通达度：
0.11
对外交通：
0.09
基础设施：
0.09
公用设施：
0.11
环境条件：
0.17
规划限制条件：
0.17
人口密度：
0.1
4、对各单元的分值按照其频数进行分级，得到此城镇的级别图。
（4）实习报告要求
作出书面报告，包括设计方案、技术方法和结果。
具体内容如下：
1、本次任务的目的及设计方案；
2、方案的具体步骤及方法
A、CAD数据的整理及向Arc/info或ArcView的转换方法；
B、单元图中每个单元各个因子值的求取方法及结果；
C、单元图中各单元总分值的求取方法和结果；
D、单元分级并进行修正。
3、结果：
显示城镇土地分等定级的结果。
实验六地形图的量算
一、实验目的
在大比例尺地形图上进行位置、长度、坡度、面积、体积的量算，获取各种自然和社会经济要素的一系列数量指标
二、实验工具：
厘米方格纸、计算器、求积仪
三、基础资料
1：
1万地形图
四、实验步骤与方法
一、位置确定
一）确定点的平面位置
在我国1∶1万—1∶10万比例尺地形图上，均绘有高斯-克吕格投影的平面直角坐标网，又称方里网，以此可以确定点的平面直角坐标。
地形图的内图廓即是经纬网，并在内外图廓间设有分度带，以此可以确定点的地理坐标。
1.求算点的平面直角坐标
2.求算点的地理坐标
国家基本地形图是按经纬度进行分幅的，东西图廓为经线，南北图廓为纬线。
图廓的四角注有经纬度数，并在1∶2.5万—1∶10万地形图的内外图廓之间设有分划为一分的分度带。
（二）求算点的高程位置
现代地形图是用等高线表示地形的高低起伏的。
用等高线表示地形的主要优点是，通过等高线可以直接量取图面上任一点的绝对高程和相对高程，获得关于地形起伏的定量概念。
在图上求点的高程，主要是根据等高线及高程注记（示坡线及该图的等高距）推算。
若所求算的点位于等高线上，则该点的高程就是所在等高线的高程。
如图6-2中，已知三角点高程注记是118.7米，又知道等高线的间距是10米，所以A点的高程就是80米。
若所求点位于两条等高线之间，可以根据比例关系求算。
如P点高程的求算方法是：
量得a、b间的图上距离14毫米，P、b间的图上距离是2.5
点高程应为90+1.79≈91.79（米）。
二、方向的确定
在地形图应用中，往往还要从图上判定两点的相对位置。
如果仅有两点间的水平距离，而没有相互间的方位关系，则两点间的相对位置是不能确定的。
而确定图上两点间的方位关系，则须规定起始方向，然后求出两点间连线与起始方向之间的夹角，这样两点间的方位关系就能确定了。
（一）地形图上的起始方向
地形图上有三种起始方向：
真北方向、磁北方向和坐标北方向。
1.真北方向地面上的真北方向，是通过地面上一点而指向北极的真子午线方向；地形图上的真北方向，是指通过图上一
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