地图学整理.docx

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地图学整理

第一章

1、地图：

按照一定的数学法则，运用符号系统,通过制图综合，以图形数字的形式，表示具有空间分布特征的自然与社会现象的载体。

2、地图的基本特征：

严密的数学法则（地图投影、坐标系统、比例尺）；科学的制图综合；应用地图符号与注记；地理信息的载体

地图效果：

可量测性、可比性清晰性、一览性直观性、易读性传递性、持久性

3、地图的优势（相对于航片和卫片）

•采用简化、抽象等手段、可更清晰的表示地表现象

•可根据需要突出表示三角点、水准点和泉水等地表上形体较小但较重要的地物

•对不易识别的事物现象可加以注记明确表达

•易于表达地表上一些受遮挡的地物。

•可清楚表达行政区划界线、居民地人口数等

4、地图构成要素:

①数学要素—地图坐标、投影、比例尺、控制点等②地理要素（自然社会经济要素）—地图上的主体，用地图符号表示③辅助要素（图边要素）

5、地图分类

按地图的图形内容分类：

①普通地图：

表示自然地理和社会经济一般特征的地图，它并不偏重某个要素。

可分为平面图、地形图和地理图。

②专题地图：

着重表示一种或几种主体要素及它们之间互相关系的地图。

按内容可分为自然地理图、人文社会经济图和其他地图（航海图、航空图）。

6、地图的功能：

载负，传递，模拟，认知。

1.地图学的概念

地图学：

以地图信息可视化为核心，探讨地图的理论实质、制作技术和使用方法的综合性学科。

2、地图学的研究内容与分支科学：

理论地图学地图制图学应用地图学

3、地图学与相关学科：

测量学、地图学、遥感学、计算机图形学、卫星定位技术

地图类型：

按尺度划分：

大比例尺（大于1:

10万）、中比例尺（1:

10万~1:

100万）、小比例尺（小于1:

100万）

国家基本比例尺地形图：

比例尺1:

100万、1:

50万、1:

25万、1:

10万、1:

5万、1:

2.5万、1:

1万、1:

5千。

§3地图制作方法

（注：

地图成图的基本方法）

•实测成图：

野外地形测图，摄影测量成图

•编绘成图：

常规制图、遥感制图、数字制图

•计算机地图制图

•遥感影像制图：

①航空摄影测量②卫星影像制图

3、遥感制图法流程：

–遥感图像资料获取–遥感图像处理–专题要素信息识别与提取–地理地图编绘与专题要素转绘

4、数字制图法流程：

编辑准备—数字化—数据处理—图形显示与输出

第二章地图的数学基础

数学基础：

是指图上各种地理要素与相对应的地面景物之间保持一定对应关系的经纬网、坐标网、大地控制点、比例尺等数学要素。

包括坐标、高程、地图比例尺、地图投影。

§1地球椭球体与大地控制

1、地球物理表面

①水准面：

一个假想的，与海水静止面相重合的重力等位面，并向大陆底面延伸所形成的一个封闭曲面。

该曲面所包围的球体称之为地球体

②大地水准面（一级逼近）：

无波浪、无潮汐、无水流、无大气压变化，并假想其穿过大陆、岛屿形成一个闭合曲面。

大地水准面实际上是一个起伏不平的重力等体面——地球物理表面，所包围的形体为大地体。

2、地球数学表面

地球椭球体（二级逼近）：

假想将大地体绕地轴飞速旋转，形成一个表面光滑的球体。

地球椭球体三要素：

长半轴a（赤道半径）短半轴b（极半径）椭球的扁率f=（a-b）/a

3、参考椭球体定位：

通过数学方法将地球椭球体摆到与大地水准面最贴近的位置上，并求出两者各点之间的偏差，从数学上给出对地球形状的三级逼近。

4、参考椭球体（三级逼近）：

与局部地区大地水准面符合的最好的一个地球椭球体。

5、我国以前使用或正在使用椭球体：

1953年前海福特椭球体；1953年后克拉索夫斯基椭球体；1980年后GRS75椭球体

6、大地控制:

确定地面点在地球椭球体上的的位置。

平面位置、高程

7、地面点的表示

①球面上的地理坐标（经纬度）：

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之间的夹角。

大地经纬度大地经度L过参考椭球面上一点的大地子午面与本初子午面之间的二面角；

大地纬度B过参考椭球面上一点法线与赤道面的夹角。

地心经纬度地心经度=大地经度

地心纬度参数椭球体面上任意一点与椭球体中心的连线与赤道面之间的夹角。

②平面上的直角坐标系：

1954北京坐标系：

克拉索夫斯基椭球体，坐标原点：

苏联玻尔可夫天文台->北京原点。

1980国家坐标系（高斯投影）：

GRS75参考椭球体，坐标原点为西安原点（陕西省泾阳县永乐镇）

2000年国家大地坐标系：

原点为包括海洋和大气的整个地球的质量中心。

③高程：

高程系：

1956年黄海高程系水准原点：

青岛观象山72.289米

1985年国家高程基准水准原点：

青岛观象山72.260米

8、大地控制网

平面控制网：

确定控制点的平面坐标（大地经纬度）以三角测量或导线测量来完成

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

1、地图投影的概念

地图投影就是在球面与平面之间建立其经纬度与直角坐标函数关系的数学方法。

其实质是研究将地球椭球面上的经纬线网按照一定的数学法则转移到平面上的方法及其变形问题。

2、地图投影的基本方法

①几何投影（透视投影）：

假想地球是一个透明体，光源位于平均发展速度，把球面上的经纬度投影到平面上，得一张球面经纬网。

（方位投影、圆柱投影、圆柱投影）

②数学解析法：

按照某些条件用数学分析法确定球面与平面点与点之间一一对应的函数关系。

（条件投影）

3、地图投影的变形

长度比：

设地球球面上有一微小线段ds,投影到平面上为ds，平面上微小线段与球面上相应微小线段之比，做长度比。

长度比是一个变量，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。

长度变形：

长度变形即长度比（μ）与1之差，用V表示V=μ-1。

长度变形有正负之分，长度变形为正，表示投影后长度增加；长度变形为负表示投影后长度缩短；长度变形为零，则长度无变形。

面积比：

投影平面上的微小面积dF’与球面上相应微小面积dF之比。

面积比是个变量，它随点位置不同而变化。

面积变形：

面积比与1之差

面积变形有正有负，面积变形为零，表示投影后面积无变形，面积变形为正，投影后面积增加；面积变形为负，投影后面积缩小。

角度变形：

投影面上任意两方向线所夹角与球面上相应两方向线夹角之差。

过一点可以做许多方向线，每两条方向线均可以组成一个角度，这些角度投影到平面上之后，往往与原来的大小不一样，而且不同的方向线组成的角度产生的变形一般也不一样。

4、地图投影变形的分布规律

任何地图都有投影变形；

不同区域大小的投影其投影变形不同；

地图上存在没有变形的点（线）；距没有变形的点（线）越远，投影变形越大，反之亦然；

地图反映的实地面积越大，投影变形越大，反之越小。

5、地图投影的分类

按变形性质分类：

等角投影（形状不变，面积变形很大）等积投影（面积不变，角度变形大）任意投影（长度、角度、面积都变形）

按构成方法分类：

按承影面的形状分类：

方位投影、圆锥投影、圆柱投影

按承影面与地轴的关系分类：

正轴投影、横轴投影、斜轴投影

按承影面与地表的关系分类：

切投影、割投影

按投影条件分类（非几何投影）：

伪方位投影、伪圆柱投影、伪圆锥投影、多圆锥投影

（注：

带“伪”字的投影：

纬线不变；经线变曲（中央经线除外）

6、方位投影：

等变形线以投影中心为圆心呈同心圆分布。

•正轴等积（距）方位投影－－南北两极图

•横轴等积（角）方位投影－－东西半球图

•斜轴等积方位投影－－海陆半球图、中国政区图

•斜轴等距方位投影－－航空图

7、圆锥投影：

等变形线：

以投影中心为圆心呈同心圆分布。

正轴时等变形线平行于纬线。

①正轴等角割圆锥投影－－小比例尺地形图②正轴等积割圆锥投影－－中国政区图

8、墨卡托投影－－正轴等角切圆柱投影；经纬距变化规律：

纬距从赤道向两极逐渐扩大；•特性：

等角航线投影为直线；•用途：

制作航海图、赤道附近国家（地区）地图

9、通用横轴墨卡托投影——横轴等角割圆柱投影–以横轴椭圆柱面割于地球椭球体的两条等高圈，按等角条件，将中央经线两侧各一定范围内的地区投影到椭圆柱面上，再将其展成平面而得。

又称UTM投影。

10、空间斜轴墨卡托（SOM）投影：

SOM投影是使圆柱与球面相切于星下线（星下点的连线）而成的；由于地球的自转，以及卫星沿轨道运动，因此该投影不仅是地面点坐标的函数，也是

时间的函数。

随着时间的变化，圆柱与地球两轴的关系也在发生变化。

11、高斯－克吕格投影：

横轴等角切（椭）圆柱投影。

·中央经线和赤道相互垂直。

·经线为凹向并对称于中央经线的曲线，纬线均为以赤道为对称轴的向两极弯曲的曲线，经纬线成直角相交。

·角度没有变形。

中央经线长度比等于1，其余经线长度比均大于1，长度变形为正，距中央经线愈远变形愈大，最大变形在边缘经线与赤道的交点上。

·面积：

距中央经线愈远，变形愈大。

12、我国大于1：

100万的地形图都采用高斯克吕格投影。

1：

2.5万－1：

50万采用6°分带，1：

1万及大于1:

1万图采用3°分带。

我国1：

100万地形图所采用的投影为正轴等角圆锥投影。

§4地图投影的辨认

1.通过判别经纬网的形状确定投影类型

以正轴投影为例

方位投影：

纬线是同心圆经线是交于同心圆的直线束。

圆柱投影：

经纬线都是平行直线。

圆锥投影：

纬线是同心圆弧，经线是放射状直线。

正轴圆锥投影和正轴方位投影的区分：

1）量算相邻两条经线的夹角与实地经差是否相等；

2）分析制图区域所处的地理位置；极地一带为方位投影，中纬度地带为圆锥投影。

2.根据经纬距的变化规律确定投影变形性质

–量测和分析纬线间距的变化

确定为圆锥投影，则只需量出一条经线上纬线间隔从投影中心向南北方向的变化即可判别变形性质：

相等为等距投影，逐渐缩短为等积投影，逐渐扩大为等角投影，中间变大而两边逐渐变小为等积割圆锥投影，中间缩小而南北两边变大为等角割圆锥投影影。

–观察和分析经纬线网形状

a.同纬度带内梯形面积不等的投影肯定不是等积投影

b.经纬网不是处处正交的投影不是等角投影.

c.投影为直线的经线（中央经线）上纬距不等的投影肯定不是等距投影.

d.要把判别经纬网形状和必要的量算工作结合起来，另外，量算时应考虑制图和印刷误差.

–对数字地图，可利用软件来直接显示投影的各种属性

3.通过简单的量算确定投影参数

4.间接判断：

从投影选择的角度考虑

§5地图投影的选择

1.选择投影的一般原则

a.经纬网形状简单b.制图区域内变形较小，且分布均匀c.投影的标准点或线位于制图区域中心d.投影中心、中央经线位于制图区域中心

2.影响投影选择的基本因素

地图内容及其用途:

–航空、航海、洋流——行政区划、土地利用–城防、雷达–教学、文宣

制图区域大小

–大范围：

主要依据区域

地理位置和地图用途

–小范围：

选择灵活性大

制图区形状和地理位置

–近似圆形的地区

–南北向延伸的地区

–中纬度东西向伸展区

–赤道附近东西向伸展区

1.伪投影

.伪投影：

一般是指在正轴简单投影的基础上，保持纬线的形状不变，而经线改变为对称曲线，以满足某种投影条件的投影。

（1）伪圆锥投影——彭纳投影

.等积投影，同纬度带球面梯形面积相等

（2）伪圆柱投影——桑逊投影

.等积投影，赤道和中央经线是两条没有变形的线，离开这两条线越远，长度、角度变形越大

（3）伪圆柱投影——摩尔威特投影

–等积投影。

2.多圆锥投影

.狭义的多圆锥投影–是指用多个不同锥顶角的圆锥与地球相切，并获得若干以各标准纬线为中心的投影带，然后将这些投影带沿着某一经线连接起来。

由于圆锥顶点不是一个，所以纬线投影为同轴圆弧。

.广义的多圆锥投影–即指纬线为同轴圆弧的投影。

（1）普通多圆锥投影–用途：

世界政区图

（2）等差分纬线多圆锥投影

§2地球比例尺

1、地图比例尺的含义：

表示地球和制图区域缩小的程度。

地图比例尺的精确定义：

地图上沿某方向的微分线段和地面上相应微分线段水平长度之比。

2、比例尺的表示形式

①数字比例尺：

优点：

简单易读、便于运算、明确缩小概念

②文字比例尺：

优点：

单位明确、计算方便、较大众化。

③图解比例尺：

直线（优点：

–可直接读出长度值而无需计算–避免因图纸伸缩而引起误差精度）、斜分、复式

3、比例尺的作用

.决定着地图图形的大小

.反映地图量测精度

.决定着地图内容的详细程度。

4、特殊比例尺：

①变比例尺：

当制图的主区分散且间隔的距离比较远时，为了突出主区和节省图面，可将主区以外部分的距离按适当比例相应压缩，而主区仍按原来规定的比例尺表示②无级别比例尺：

是一种随数字制图的出现而与传统的比例尺系统相对而言的一个新概念，并没有一个具体的表现形式。

在数字制图中，由于计算机或数据库里可以存贮物体的实际长度面积体积等数据，并且根据需要可以很容易按比例任意缩小或放大这些数据，因此没有必要将地图数据固定在某一比例尺上。

第四章地图概括

地图概括：

定义：

对地图内容按照一定的规律法则进行选择概况用以反映制图对象的基本特征、典型特征及其内在联系。

目的：

突出地物的主次从属关系以及重要程度，抽象出基本规律，更好的利用地图传递信息并可以延长地图的时效性避免很快失去作用。

实质：

对制图物体的取舍概括。

地图概况是对地理信息从感知到理性认识的抽象过程。

负载量：

地图承载的信息。

大比例尺→小比例尺

目的：

减轻载负量、地图的科学表达

影响地图概况的因素：

地图的用途与主题、地图比例尺、制图区域的基本特征、制图资料与制图者

构成地图图形的基本要素：

形状、尺寸、颜色、结构

地图概况的基本方法：

一、分类

1、层次归类：

等级高→低，大→小

2、数量分级，如人口、水系

3、类别合并，如土地利用

4、降维转换如双线道路改为单线面状城镇改为点状

5、分区选取，从整体到局部

资格法选取：

一种按空间数据的数量、质量等级高低排序作为选取资格的选取方法。

额定法选取：

按新编地图上单位面积选取对象的个数或密度确定的。

区域指标法（针对小比例尺地图）：

作用：

指导编图时能正确地表现出区域的最显著特征和区间的对比关系。

二、简化

简化就是显示空间数据的重要特征，删除不重要的细部。

空间数据质量特征简化，是将空间数据按其属性进行合并，用概括的分类取代详细分类，或者取消低级分类。

空间数据数量特征的简化，其目的是将空间数据按数量排序进行分级，以等差分级，等比分级或任意分级处理。

三、夸张

局部夸大、位移

每一种地图符号在图上都有一定的尺寸大小（长宽或半径），同时符号与符号之间又要保持不小于0.2mm的距离。

四、符号化

地图数据的符号化，其实质就是空间数据的可视化，是地图概况的最终结果的体现。

第五章地图符号化

第一节地图符号——地图的语言

1.地图是地理信息交流的语言，符号是地图的本质；

2.地理信息特征包括空间特征、定性特征和定量特征；

3.多种变量的正确组合可以增加地图负载量，提高信息传输的精度；

4.地图注记是一种地图符号，是对地图各要素的说明与注释；

5.符号是一种事物的对象、属性和过程，用它来表示抽象的概念。

这种表示是以约定为基础的。

6.地图符号的两个基本特征：

有一定的约束性、可以等价变换；

7.地图设计的关键的符号图形的设计：

从地理要素的空间形状化简、概括开始，直至完全的抽象；

第二节符号分类与量表

1．空间特征是地理现象最基本的特征；

2．常用的点状符号有几何符号、象形符号及文字符号；

3．线状分布现象是在地图上以中心线定位，以不同结构的线型来表达不同的类型；

4．属性度量标准：

定名量表——最低等级的量表尺度，完全不考虑地理现象的之间的次序和数量关系，定性不定量；

顺序量表——表示信息的强度，相对等级，只能区分大小、主次、新旧等相对等级；

间距量表——在顺序量表上加一定的量；

比率量表——包含前3种量表的所有特性，是间距量表的高级形式；

第三节符号的视觉变量

1.符号的功能：

1.指明要素的种类、数量、质量性质；

2.确定要素的空间位置和分布特征；

2.基本视觉变量是：

形状、尺寸、方向、颜色的色相、颜色的亮度、颜色的彩度；

从属视觉变量：

网纹的排列、网纹的纹理、网纹的方向。

2.视觉变量是构成图形符号的基本要素，也称图形要素，包括形状、尺寸、颜色、方向网格等；

形状变量——符号图形本身的轮廓形状，包括几何符号、象征符号、正形符号。

正形符号用的最多，铁路不会正形符号，正形符号的轮廓与地面上的物体相似或一致（一般指较大地物）。

尺寸变量——是指构成符号在长度、宽度、高度、面积和体积等方面的度量变化，主要区别要素的数量差异和主次等级；

尺寸变量有：

依比例符号

半依比例符号——线状或带状地物缩小后，长度按比例，宽度适当增大；

不依比例符号

方向变量

颜色变量——用于区别要素的类别，弥补形状区别的不足，主要区分各要素的等级和主次关系；

颜色包括彩色和非彩色，彩色具有色相、亮度和彩度三种特征，而非彩色只有灰度特性。

色彩：

红、橙、黄、绿…

色调：

某种颜色的深浅过渡

网纹变量——结构变量，也较晕线变量。

网纹：

是具有一定形状和大小的点、线及点线组合而成的图案按照一定方式排列的结果。

网纹变量有三个分量：

样式、尺寸和排列。

排列有具有4个子变量：

方式、顺序、方向和间隔。

个体图案的排列规则包括排列顺序、排列方向和排列间隔。

第四节色彩

色彩在显示地图上的作用：

1.突出地图主题；

2.增加地图的美感和艺术性；

3．提高地图清晰度，易懂，丰富内容，增加层次，简化内容；

4.使人产生一定的联想；

色彩三要素：

色相、亮度和彩度（或饱和度、纯度）。

色彩可分为：

彩色、消色（指没有色素的色，仅具有灰度数值）和泽色（光泽色，提高档次，通常加入金、银）。

色光三原色：

红、绿、蓝

色料三原色：

黄、品、青

亮度也称明度，表示色彩的明暗程度，不同的色相明暗程度也不一样（紫色最暗，黄色最亮）。

彩度也成为纯度或饱和度，指反射或透射光接近光谱色的程度。

地图上色彩的功能不仅仅是为了起装饰作用，更重要的是加强地图信息的传递功能。

因此地图设色应主要围绕增强地图表现力、表达地图要素的定性特征和表达要素的定量特征三方面展开。

地图色彩的正确选择是增强地图表现力的重要因素。

颜色的色相是用来区分要素的不同类型或不同的特性等级的最适当的视觉变量。

第五节符号与图形的心理感受特点

第六节注记

地图注记：

指地图上的标注和各种文字说明，它是地图的基本内容之一。

地图注记可分为：

地名注记、说明注记、图幅注记和数字注记。

（一）地名注记

地名注记包括地名、山名、河名等，以地名为主。

（地名——具有固定地理位置特征，用于识别各个地理物体的名称。

）地名具有政治性；反映了历史变迁；具有地理性。

我国经历了3次改名：

1949年建国之后，1966年文革，1987年改革开放之后。

（二）说明注记——用于弥补符号注记的不足

（三）图幅注记——主要针对地形图

（四）数字注记——用以说明要素的数量等

注记的设计

政区（红色）、居民地（黑色）、地貌（棕色）；

地名（正宋）、河流（左斜宋）、大地名（黑体）、小地名（仿宋）、山脉（耸肩体）

点状地物连续无间隔，线状地物沿线同侧适当选取间隔。

雁行字列和屈曲字列；以及字位字列规则均见P185+笔记。

第六章地图表示法

一、呈点状分布地理数据的表示

点状符号：

在现实世界中，在一定的观察尺度下，其空间大小可以被忽略的地物，它的空间形态可以被视为0维点状符号，并具有明确的定位坐标。

定位符号法：

点状符号通过准确的图面定位和视觉变量组合，表达了地理数据的属性特征和空间分布差异，这种符号配置方式即为定位符号法。

点状符号的图形特征：

视觉变量组合是以制图对象的属性特征为依据的。

1.1定性表示（反应质量特征的定点符号）

特点：

以形状变量和颜色变量及其组合为主，结构变量和方向变量为辅。

形状变量的变化主要包括几何、文字和象形。

1.2定量表示（反应数量特征的顶点符号）

特点：

通常以视觉变量中尺寸、颜色变量及其组合反映点状符号的图形。

比率符号：

符号尺寸与其所代表的属性数值具有明确的比率关系的符号。

比率符号法：

使点状符号面积大小与其所代表的数量成一定的比率关系的组合和配置称为定位比率配置符号法。

类别：

绝对比率符号和条件比率符号

方式：

连续比率、分级比率

比率符号法的四种组合类型：

绝对连续比率、条件连续比率、绝对分级比率、条件分级比率（P196图6-12）

Tip：

条件比率比绝对比率常用，分级比率比连续比率常用

1.3用定位符号表示地理数据的结构和变化

1.3.1点状符号扩展

二维：

分割圆（还可反映动态变化）、坐标统计图（直方图）

三维：

球状符号、柱状符号、轴侧图符号

二、呈线状或带状分布地理数据的表示

线状符号的构成：

定位线（线状符号法）、走向线（运动线法）

特点：

线状符号的粗细主要表示质量等级大小或次主要，不表示数量。

线状符号的特征：

定位特征（精确定位和概略定位）、状态特征（静态和动态）

三、定性信息的面状制图

类型：

区划图、范围图

方法：

1.范围法（表示不连续的地物）

特点：

允许重叠、简单明了。

用晕线、颜色、注记、符号

2.质底法（表示连续分布的地物）

特点：

类型图、区划图使用；表示质量特征，不表示数量特征；美观；可以在质底法上用范围法。

步骤：

对反映要素根据性质特征分类分级（以三级或四级为限）

勾绘出地质分类的界线

用特定颜色、晕线、符号填充

四、定量信息的面状制图

1.点值法：

用形状相同、大小与其代表的数值成固定比率的圆点符号表达离散现象分布特征的方法

均匀布点

定位布点

2.分区（图形）统计图法（特点：

对二维空间制图数据绝对数量的一种点状概括，即绝对数量指标）

3.分级统计图法

4.定位统计图表法

5.等值线法

特点：

1.体现对象的均匀、渐变分布；

2.不能表示社会经济现象多表示自然现象

3.一条线不能表示变化，

4间隔最好保持一定常数；

5加上数量指标，不但可以反映数量指标，还可以表示变化

6.一般与分层设色法结合

等高线：

助曲线、首曲线、计曲线、向曲线

分层设色法：

在等高线的基础上根据地图用途、比例尺和区域特征，将等高线划分为不同高程范围的高程带，并以不同颜色普染，通过色相、色调的差异表示地势高低的方法

晕眩法：

也叫山地阴影法，是用深浅不同的色调表示地形起伏状态。

第七章地图编辑

第1节普通地图

1.普通地图是表示地球表面的水系、地势、土质、植被、居民点、交通网、境界线等自然地理要素和社会人文要素一般特征的地图。

2.普通地图按内容详细程度和比例尺系列，可以分为地理图和地形图。

3.地形图和地理图的区别：

成图过程：

地形图实测成图，地理图编绘成图；

地图投影：

地形图统一投影；

制图区域：

地形图按经纬分幅，地理图按制图区域分幅；

表示方式：

地形图按图式规范测制；

比例尺：

地形图有8种基本比例尺地图，地理图无统一。

5.8种基本比例尺地形图：

1:

100万、1:

50万、1:

25万、1:

10万、1:

5万、1:

2.5万、1:

1万、1:

5000.

其中，1:

5000地形图采