地图学课件地图学复习共13页文档Word格式.docx
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专题要素、底图要素。
3、图边要素：
图名、图号、图例、说明等。
四、地图的功能
1、获取认知信息功 2、模拟客观世界的功能 3、传输信息功能 4、载负信息功能 5、感受信息功能
五 地图学
概念:
地图学是以空间信息图形表达、存储和传输为目的的、综合研究地图实质、制作技术及其使用方法的一门技术性、区域性学科。
研究内容：
地图理论、地图制作与地图应用的技术和方法。
六 制作方法：
从成图的工作流程来划分，主要分为：
实测成图法和编绘成图法。
①实测成图法：
②传统编绘成图：
③遥感制图法：
④计算机地图制图法：
七 古代地图：
1、现今保存下来的最古老地图是距今约4700年左右的苏美尔人绘制的地图。
2、在我国，有记载的最古老地图是夏朝的九鼎；
3、我国发现最早的以实测为基础的古地图，是1973年在湖南长沙马王堆汗墓中出土的公元前168年的三幅帛地图：
地形图、驻军图、城邑图。
第二章地图的数学基础
第一节地球体
一、概念
1、大地水准面（地球物理表面）：
设想当海洋静止时，平均海水面穿过大陆和岛屿，形成一个闭合的曲面，该面上的各点与重力方向（铅垂线）成正交。
2、大地球体：
大地水准面所包围的球体。
大地水准面的意义
⑴.地球形体的一级逼近：
对地球形状的很好近似，其面上高出与面下缺少的相当。
⑵.起伏波动在制图学中可忽略：
对大地测量和地球物理学有研究价值，但在制图业务中，均把地球当作正球体。
⑶.重力等位面：
可使用仪器测得海拔高程（某点到大地水准面的高度）。
3、地球椭球体（地球数学表面）：
扁率极小的椭圆绕大地球体短轴旋转所成的规则椭球体，表面是一个规则的数学表面，可以用数学公式表达，在测量和制图中用它替代地球的自然表面。
（二级逼近）
4、参考椭球体：
与局部地区的大地水准面复合最好的一个地球椭球体。
（三级逼近）
椭球体三要素:
长轴a（赤道半径）、短轴b（极半径）和椭球的扁率f
1、中国1952年前采用海福特（Hayford）椭球体；
2、1953—1980年采用克拉索夫斯基椭球体（坐标原点是前苏联玻尔可夫天文台）；
3、、自1980年开始采用新参考椭球体系，并确定陕西泾阳县永乐镇北洪流村为“1980西安坐标系”大地坐标的起算点。
陕西省泾阳县永乐镇北洪流村为“1980西安坐标系”大地坐标的起算点——大地原点。
地理坐标——用经纬度表示地面点位的球面坐标。
①天文经纬度②大地经纬度③地心经纬度
一、地理坐标
1、天文经纬度：
天文经度：
本初子午面与过观测点的子午面所夹的二面角。
天文纬度：
过某点的铅垂线与赤道平面间的夹角。
2、大地经纬度：
大地经度：
过参考椭球面上某一点的大地子午面与本初子午面之间的二面角。
大地纬度：
过参考椭球面上某一点的法线与赤道平面间的夹角。
3、地心经纬度：
地心经度：
等同于大地经度。
地心纬度：
参考椭球体面上的任意一点和椭球体中心连线与赤道面之间的夹角。
第二节大地测量系统
大地控制网：
由平面控制网和高程控制网组成。
平面控制网:
按统一规范，由精确测定地理坐标的地面点组成，由三角测量或导线测量完成，依精度不同，分为四等。
高程控制网:
按统一规范，由精确测定高程的地面点组成，以水准测量或三角高程测量完成。
依精度不同，分为四等。
1、中国高程起算面是黄海平均海水面。
2、1956年在青岛观象山设立了水准原点，其他各控制点的绝对高程均是据此推算，称为1956年黄海高程系。
3、1987年国家测绘局公布：
启用《1985国家高程基准》取代《黄海平均海水面》其比《黄海平均海水面》上升29毫米。
三、全球定位系统—GPS
以人造卫星为基础的无线电导航系统，可提供高精度、全天候、实时动态定位、定时及导航服务。
由三个独立的部分组成：
空间部分、地面支撑系统、用户设备部分。
全球卫星导航系统
1、GNSS（GlobalNavigationSatelliteSystem）是全球卫星导航系统的总称,中国的北斗导航系统、欧洲的伽利略导航系统（GALILEO）、俄罗斯的格罗纳斯（GLONASS）和美国的GPS都包括在内。
2、GPS（全球定位系统GlobalPositioningSystem），是美国的定位导航系统。
1、美国全球定位系统GPS
1.1、GPS特点：
⑴GPS（GlobalPositioningSystems）是美国历经20年，耗资超过300亿美元建立的全球卫星定位系统，是继阿波罗登月计划和航天飞机计划之后的第三项庞大的空间计划。
⑵GPS由美国国防部控制，可提供军民两种服务。
军码定位精度10米，仅供美军及盟友使用；
民码定位精度20米左右，平时向全球开放，战时能实施局部关闭。
⑶是目前最成功的卫星导航系统，在实际应用和产业化上处于国际垄断地位。
GPS已经成为一个国际性的产业。
尤其是从2000年5月1日24点开始，美国宣布中止了SA政策，促使GPS产业进入一个更加高速增长的时期。
第三节地图投影
一、地图投影：
在球面和平面之间建立点与点之间函数关系的数学方法，称为地图投影。
地图投影的基本方法
1几何投影（透视投影）：
利用透视的关系，将地球体面上的点投影到投影面（辅助的几何面）上的一种投影方法。
2、数学解析法：
在球面与投影面之间建立点与点的函数关系，通过数学的方法确定经纬线交点位置的一种投影方法。
X=f1（φ、λ）Y=f2（φ、λ）
二、地图投影的变形
1、地图投影变形：
球面转换成平面后，地图上所产生的长度、角度和面积误差。
2、变形椭圆：
地球椭球体面上的一个微小圆，投影到地图平面上后变成的椭圆，特殊情况下为圆。
3、地图投影变形的分布规律：
•任何地图都有投影变形；
•地图上存在没有变形的点（或线）；
•距离没有变形的点（或线）愈远，投影变形愈大；
•不同区域大小的投影其投影变形不同；
•地图投影反映的实地面积愈大，投影变形愈大，反之愈小。
4、长度比和长度变形
设地球球面上有一微小线段ds,投影到平面上为ds’。
长度比：
μ=ds’/ds
长度变形：
Vμ=（ds’－ds）/ds＝μ－1
长度比是一个变量，它不仅随着点的位置不同而变化，还随着方向的变化而变化。
长度比是指某点某方向上微小线段之比。
5、面积比和面积变形
投影平面上的微小面积与球面上相应微小面积之比。
面积比：
P=dF’/dF=（arbrπ）/πr2=ab
面积变形：
Vp=（dF’－dF）/dF＝P－1
6、角度变形
投影面上任意两方向线夹角与球面上相应两方向线夹角之差。
Sin（w/2）=（a-b）/（a+b）w:
最大角度变形值
三、地图投影的分类：
地图投影的种类很多，由于分类的标志不同，分类的方法也不同。
1、按投影的构成方法分类
1.1、几何投影
几何投影是把地球球面上的经纬线网投影到几何面上，然后将几何面展为平面而得到的，根据几何面的形状，可进一步分为方位投影、圆柱投影、圆锥投影。
⑴方位投影：
以平面作为投影面，使平面与球面相切或相割，将球面上的经纬线投影到平面上而成。
根据投影面和地球球面相切位置的不同，可分为三类：
①当投影面切于地球极点时，称为正轴方位投影。
②当投影面切于赤道时，称为横轴方位投影。
③当投影面切于既不在极点也不在赤道时，称为斜轴方位投影。
①正轴方位投影
投影中心（相切的点或割线的圆心）为极点，纬线为同心圆，经线为同心圆的半径，两条经线间的夹角与实地相等。
等变形线都是以投影中心为圆心的同心圆，切点或相割的割线无变形。
适合作形状大致为圆形的制图区域的地图（两极地区图）。
②横轴方位投影
平面与球面相切，其切点位于赤道上的任意点。
特点：
通过投影中心的中央经线和赤道投影为直线，其他经纬线投影后都是对称于中央经线和赤道的曲线。
③斜轴方位投影
投影面切于两极和赤道间的任意一点上。
在这种投影中，中央经线投影为直线，其他经线投影为对称于中央经线的曲线，纬线投影为曲线。
总结：
方位投影的特点是：
在投影平面上，由投影中心（平面与球面的切点）向各方向的方位角与实地相等，其等变形线是以投影中心为圆心的同心圆。
绘制地图时，总是希望地图上的变形尽可能小，而且分布比较均匀。
一般要求等变形线最好与制图区域轮廓一致。
因此，方位投影适合绘制区域轮廓大致为圆形的地图。
从区域所在的地理位置来说，两极地区和南、北半球图采用正轴方位投影；
赤道附近地区和东、西半球图采用横轴方位投影；
其他地区和水、陆半球图采用斜轴方位投影。
⑵圆柱投影：
以圆柱面作为投影面，使圆柱面与球面相切或相割，将球面上的经纬线投影到圆柱面上，然后将圆柱面展为平面而成。
当圆柱面和地球体相切时，称为切圆柱投影，和地球体相割时称为割圆柱投影。
由于圆柱和地球体相切相割的位置不同，圆柱投影又分为正轴、横轴和斜轴圆柱投影三种。
正轴圆柱投影——圆柱的轴和地球的地轴一致；
横轴圆柱投影——圆柱的轴和地轴垂直并通过地心；
斜轴圆柱投影——圆柱的轴通过地心，和地轴不垂直不重合。
正轴圆柱投影中，经纬线网的特点是：
①经线投影为平行直线，平行线间的距离和经差成正比。
②纬线投影成为一组与经线正交的平行直线，平行线间的距离视投影条件而异。
③和圆柱面相切的赤道弧长或相割的两条纬线的弧长无变形。
正轴圆柱投影特点：
经纬线是互相垂直的直线。
各种变形都是纬度的函数，与经度无关。
切圆柱投影，赤道是一条没有变形的线，离开赤道越远纬线变形越大，等变形线与纬线平行，呈平行线状分布。
根据圆柱投影变形分布规律，这种投影适合绘制赤道附近和沿赤道两侧呈东西方向延伸地区的地图。
⑶圆锥投影：
以圆锥面作为投影面，使圆锥面与球面相切或相割，将球面上的经纬线投影到圆锥面上，然后将圆锥面展为平面而成。
当圆锥面与地球相切时，称为切圆锥投影，当圆锥面与地球相割时，称为割圆锥投影。
按圆锥面与地球相对位置的不同，可分正轴、横轴、斜轴圆锥投影，但横轴、斜轴圆锥投影实际上很少应用。
所以凡在地图上注明是圆锥投影的，一般都是正轴圆锥投影。
切圆锥投影，视点在球心，纬线投影到圆锥面上仍是圆，这些圆互相平行，经线投影为相交于圆锥顶点的一束直线。
在平面上纬线是以圆锥顶点为圆心的同心圆弧，经线为由圆锥顶点向外放射的直线束，经线间的夹角与相应的经差成正比，但比经差小。
在切圆锥投影上，相切的一条纬线投影后是不变形的线，叫标准纬线。
它符合主比例尺，这条纬线通常位于制图区域的中间部位。
从切线向南向北，变形逐渐增大。
在割圆锥投影上，两条纬线投影后没有变形，是双标准纬线，两条割线符合主比例尺，离开这两条标准纬线向外投影变形逐渐增大，离开这两条标准纬线向里投影变形逐渐减小，凡是距标准纬线相等距离的地方，变形数量相等，因此圆锥投影上等变形线与纬线平行。
圆锥投影的特点：
纬线是同心圆弧，经线是放射状直线束，经纬线互相垂直，经纬线方向是主方向。
各种变形都是纬度的函数，与经度无关，等变形线是平行于纬线的同心圆弧，离开标准纬线越远变形越大。
切线与割线无变形。
该投影适合绘制中纬度沿东西方向延伸地区的地图。
1.2、非几何投影
根据制图的某些特定要求，选用合适的投影条件，利用数学解析法确定球面与平面之间点与点的函数关系。
在这类投影中，一般按经纬网形状又可分为伪方位投影、伪圆住投影、伪圆锥投影和多圆锥投影等。
①伪方位投影
伪方位投影是据方位投影修改而来。
在正轴情况下，纬线仍为同心圆，除中央经线为直线外，其余的经线均改为对称于中央经线的曲线，且相交于纬线的圆心。
②、伪圆柱投影
伪圆柱投影是在圆柱投影经纬线形状的基础上，规定其纬线投影的形状与圆柱投影相似即纬线为平行直线，但经线则不同，除中央经线为直线外，其余的经线均为对称与中央经线的曲线。
经线的形状是任意曲线，但通常选择为正弦曲线或椭圆曲线。
按变形性质，伪圆柱投影没有等角投影。
因为投影后经纬线不正交。
只有等积和任意投影两种。
③、伪圆锥投影
伪圆锥投影是对圆锥投影的经纬线形状加以改变而成的。
纬线形状类似圆锥投影为同心圆弧，圆心位于中央经线上，但经线则不同，除中央经线为直线外，其余的经线均为对称于中央经线的曲线。
按投影的变形性质，伪圆锥投影没有等角投影，伪圆锥投影只有等积投影和任意投影，最常用的是等积伪圆锥投影。
④多圆锥投影
是一种假想借助多个圆锥表面与球体相切而设计成的投影。
纬线为同轴圆弧，其圆心均位于中央经线上，中央经线为直线，其余的经线均为对称于中央经线的曲线。
2、按变形性质分类
地球球面投影到平面时，产生的变形有长度、角度和面积三种，根据变形特征可分为：
等角投影、等积投影和任意投影三种。
2.1.等角投影（正形投影）
角度变形为0。
等角投影的条件是：
w=0
sin（w/2）=（a—b）/（a+b）=0
a=b，m=n
等角投影在同一点任何方向的长度比都相等，但在不同地点长度比是不同的。
多用于编制航海图、洋流图、风向图等地形图。
2.2.等积投影
面积变形为0。
等积投影的条件是：
Vp=p―１＝０p=1
因为p=ab
所以a=1/b或b=1/a
保持面积没有变形，有利于在图上进行面积对比。
一般用于绘制对面积精度要求较高的自然地图和经济地图。
2.3.任意投影
长度、角度和面积三种变形并存但变形都不大。
在任意投影中，有一种特殊的投影，叫做等距投影，在特定方向上没有长度变形。
多用于编制对投影变形要求适中或区域较大的地图，如教学地图、科学参考图、世界地图等。
四、等角圆柱投影:
1、正轴等角圆柱投影（墨卡托投影）：
在墨卡托投影中，无角度变形，但面积变形较大。
正轴等角切圆柱投影中，赤道为没有变形的线，纬线投影成和赤道等长的平行线段，随纬度增高，长度、面积变形逐渐增大。
正轴割圆柱投影中，两条割线为没有变形的线，离开标准纬线越远，长度、面积变形越大，等变形线为与纬线平行的直线。
等角航线，就是地球表面上与经线交角都相同的曲线，或者说是地球上两点间的一条等方位线。
大圆航线（正航线）：
通过两点的大圆弧。
等角航线不是地球上两点间的最短距离，地球上两点间的最短距离是大圆航线，大圆航线与各经线的夹角是不等的，因此它在墨卡托投影图上为曲线。
墨卡托投影被广泛应用于航海和航空方面，这是因为等角航线（或称斜航线），在此投影中表现为直线，船只要按照等角航向航行，不用改变方位角就能从起点到达终点。
2、高斯-克吕格投影：
（横轴等角切椭圆柱投影）
投影构成：
•椭圆柱与地球的某一经线相切。
•将地球上的经纬格网，用某一方法投影到椭圆柱上，构成等角投影。
•经纬线形式：
•中央经线为一直线，其余经线为对称于中经并凹向中经的曲线
•赤道为一直线，其余纬线为对称于赤道并凸向赤道的曲线
•经纬线相互垂直
⏹变形性质及分布规律：
•等角性质
•中经没变形，离中经愈远，变形愈大
•最大的变形发生在赤道上的东西两端点
•为把变形控制在一定的范围内，必须用分带投影
•采用分带投影后，带内的变形值都较小。
分带投影：
分带投影的规定：
6度分带（小于1：
10000）
•N=INT（L/6）+1
3度分带（大于1：
•N=INT（（L-1.5）/3）+1
•高斯平面直角坐标系：
•坐标系的规定
•坐标纵轴西移500KM
•通用坐标
•UTM投影（横轴等角割椭圆柱投影）
（通用横轴墨卡托投影）
中国新编百万分之一地形图投影（正轴等角割圆锥投影）
五、地图投影的选择：
（一）投影选择的依据
1、制图区域的位置、形状、范围：
位置：
南北极－－正轴方位；
赤道－－横轴方位、正轴圆柱
中纬度－－正轴圆锥、斜轴方位、伪圆锥
范围：
小范围的普通地图精度要求较低－－可选择的种类多，如正轴圆锥
制图区形状：
中纬度：
东西方向延伸的长形区－－单标准纬线正圆锥
东西方向延伸的长方形区－－双标准纬线正圆锥
圆形区域－－斜方位、伪圆锥
南北延伸－－多圆锥
赤道：
东西向延伸－－正轴切或割圆柱
圆形－－横轴方位
南北延伸－－桑生投影、多圆锥
2、制图比例尺：
大比例尺地形图要求精度高—高斯－克吕格投影
中、小比例尺地图范围大，概括程度高，定位精度低，可有等角、等积、任意投影的多种选择。
3、地图的内容：
等角－－地图内容要求方位或角度正确的。
等积－－地图内容要求面积准确的。
参考地图－－任意投影。
4、出版方式
（二）世界地图投影的选择
1、多圆锥投影2、圆柱投影3、伪圆柱投影：
A、桑森投影B、摩尔威特投影C、库德投影
（三）区域地图投影的选择
1、方位投影2、圆锥投影3、伪圆锥投影
第四节、地图比例尺
一、比例尺的几种表现形式：
1、数字比例尺
2、文字比例尺
3、图解比例尺：
直线比例尺；
斜分比例尺；
复式比例尺
4、特殊比例尺：
变比例尺；
无级别比例尺
第三章地图数据源
§
3.1数据源
一、地图资料
1.地形图：
大比例尺地形图；
研究制图区域的地理情况；
鉴别其它地图质量；
编图时的地理地图
2.各种专题地图：
如：
地质图、土壤图等
3.全国性指标图：
如：
山系图、河网密度图、居民地密度图等
4.国界（系列）图：
系列国界标准样图
二、影象资料：
大比例尺地图和更新地图的依据
1.卫星像片2.航空像片：
影像地图3.地面摄影像片
三、统计资料：
年鉴等
四、文字资料：
1.地理考察资料2.各种区划资3.政府文告、报刊消息4.各种地理学文献
五、GPS数据
3.2地理变量与制图数据
一、地理变量的基本类型
（一）基本概念
（1）地理变量：
地理现象的定性或定量描述即构成地理变量。
（2）制图数据：
当地理变量用于制图时，这些变量就转化成了制图数据。
制图实质：
研究表达各种地理数据的符号和图形在地图上的位置。
（二）基本类型
1.按性质分为：
①空间数据：
构成地理事物的空间形状、确定地理事物的空间位置。
②属性数据：
定性或定量的描述地理事物的性质和特征。
③空间数据：
基本概念：
用来表示地理物体的位置、形状、大小和分布特征诸方面的信息．又称图形数据
作用：
空间定位：
确定位置 空间量度：
长度、面积、体积等
空间结构：
物体之间的相互关系空间聚合：
空间数据与专题数据的结合
基本形式：
栅格数据矢量数据
④属性数据
主要包括专题属性和质量描述等数据，表示地理物体的本质特性．又称非空间数据．
定义地图要素．如：
河流的名称、性质等
形式：
特征码－－数字编码
2.作为制图数据分为：
①点位数据：
以单独的位置存在的事物，在地图上以点（坐标）来描述，称为点位数据。
具体概念：
三角点、河流交叉点
抽象概念：
定位图表、居民地等
②线性数据：
以线状存在的事物，用坐标串来描述，具有一维特征，称为线性数据。
客观实体：
道路、河流等
磁力线、风速、境界等
③面积数据：
描述区域范围的数据，用封闭的线性数据描述，具有二维特征。
湖泊、水库、森林等视觉感受：
几何形、自由等
④体积数据：
在面积数据的基础上加上第三维的值，有三维特征。
土石方、降水量等抽象概念：
城市人口、国民生产总值等
3.3 地图数据的加工
一、数据加工的类型
（一）加工类型
1.把来源不同的数据换算为可比的数据制图数据的预处理，将有差异的数据统一到同一标准中，具有可比性。
2.将统计数据加工成为派生的制图数据根据地图上数据的性质，制图数据分为：
实测数据、派生数据
实测数据直接表示于地图上实测数据地图，如：
高程、河流长度等
将加工后数据表示于地图上派生数据地图，如：
平均气温、人口密度等
（二）加工方法
1.平均值
（1）算术平均值：
广泛使用如：
粮食亩产、人均收入、
（2）加权平均值：
用各乡平均亩产计算全县的平均亩产等问题
2.比率：
两个数之比。
派生的定量数据。
（1）比率：
两类物体或现象的数值之比。
（2）比例：
某类物体或现象的数值与其总数之比。
全年降水天数同全年天数之比人均占有耕地、多年平均气温等
（3）百分比：
将上述比例换算成百分率的形式即为百分比。
3.密度：
一种特殊的比率形式，常指单位面积内的平均值，反映离散现象的密集程度。
人口密度：
人/平方千米河网密度：
千米/平方千米
4.位能:
任何点的位能值都与相邻各点的数量成正比,与其位置间的距离成反比.多用于经济要素和人文要素制图。
任何一点的位能值是所有其他各点对该点的影响之和.
二、制图数据的分级
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