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地图第1章

第1节地图的特征、地图的定义

（一）地理信息的载体

（二）数学法则的结构（三）有目的的图形概括四）符号系统的运用

地图是依据特定的数学法则，通过科学的概括，并运用符号系统将地理信息表示在一定载体上的图形，以传递客观现象的数量、质量特征在空间和时间上的分布规律和发展变化。

第2节地图的功能和分类

一、地图的功能

（一）地图信息的载负功能

地图信息：

指地图上的符号及其组合所代表的内容、意义和观念。

直接信息：

图形符号直接表示的显性地理信息。

间接信息：

经解译、分析才能获得的内在联系或隐含规律信息。

（二）地图的传递功能（三）地图的模拟功能（四）地图的认知功能1空间认知——空间的位置、范围、格局、相互关系及其变化。

2图形认知——地图信息的质量特征和数量特征，在分布规律与区域差异上的认知。

（一）按尺度分：

大比例尺、中比例尺和小比例尺地图。

（二）按区域范围分：

可以包括多个层次:

星球、世界、半球等。

三）按地图的图型分：

分为普通地图与专题地图。

（四）按地图的维数分：

有2维平面、3维立体和4维动态地图。

（五）按其他分类指标：

按用途，按语种，按年代，按出版方式······

第3节地图的历史与现代发展

一、古代地图制作的成就东西方地图产生原因差异：

1古希腊地中海贸易和战争2古代汉民族农田水利、国家治理、攻城袭邑

东西方地图成就：

1古希腊托勒密《地理学指南》中27幅地图2古代汉民族裴秀《禹贡地域图》18篇

二、中世纪西方的黑暗时代和中国的地图传统南朝谢庄《木方丈图》唐代张遂计算地球经线的弧长，子午线定向

唐代贾耽《海内华夷图》北宋末《九域守令图》南宋《华夷图》和《禹迹图》元代郭守敬确立“海拔”的含义元代朱思本《舆地图明初郑和《郑和航海图》

三、地理大发现带来的测绘进步

1兰著名的地图学家墨卡托于1538年绘制了第一张世界地图。

2哥伦布发现了美洲，达加马、麦哲伦等先后完成了环球航行。

地图制作的新变化：

3大比例尺地形图测绘4推进大型地图集编制5地图色彩和印刷质量提高

第4节地图的成图方法

一、实测成图法：

通过实地测量而制成地图的方法。

野外实测成图摄影测量成图我国在大比例尺成图时都采用实测成图。

二、编绘成图法编绘成图法：

根据各种制图资料，以室内作业为主制作地图的过程。

1常规编图：

根据地图、航空像片判读成果、统计数据、文字资料及必要的外业调绘，应用传统的制图技术编制地图的方法。

2遥感制图：

利用航空和卫星数据进行各种地图编制的过程。

3数字制图：

应用计算机和图像输入、显示和输出设备，在制图软件的支持下，模拟手工作业各阶段进行地图设计和原图编绘的成图方法。

一、地图学定义的讨论地图学是以地理信息可视化为核心，探讨地图的理论实质、制作技术和使用方法的综合性科学。

（二）现代地图学的理论探讨

1.地图信息论研究地理环境信息的变换、表达和利用的理论。

2.地图信息传递论3.地图模型论用模型法来认识地图的性质，解释地图的制作和应用的理论。

4.地图认知理论研究人类如何通过地图对现实世界进行认知和信息加工，并弄清地图设计制作的思维过程描述的理论。

5.地理信息可视化理论研究地理信息的符号化、图形化、形象化及直观性的处理、表达、传递及解译的理论。

6.地图语言学研究作为地图语言的地图符号系统和语言媒体的特性与使用的理论。

7.地图视觉感受论研究地图视觉感受的基本过程和特点，分析用图者对图形感受的心理物理过程和地图感受效果的理论。

8.地学信息图谱理论由遥感、地图数据库、地理信息系统和数字地球的大量数字信息，经过图形思维与抽象概括，并以计算机多维动态可视化技术，显示地球系统及各要素和现象空间形态结构与时空变化规律的一种手段和方法。

第2章地球体与地图投影

第1节地球体

现代天文测量地球是一个极半径略短、赤道半径略长，北极略突出、南极略扁平，近于梨形的椭球体。

（二）地球体的物理表面

理想水准面：

它是一个无波浪、无潮汐、无水流、无大气压变化，处于流体平衡状态的静止海平面。

它没有棱角，没有褶皱。

大地水准面：

以理想水准面作为基准面它实际上是一个起伏不平的重力等位面，是逼近于地球本身形状的一种形体，称大地体。

向大陆延伸，穿过陆地、岛屿，最终形成的封闭曲面。

大地水准面的意义：

1地球形体的一级逼近2可用重力学理论进行研究3可使用仪器测得海拔

（三）地球体的数学表面地球椭球体：

假想将大地体绕短轴（地轴）飞速旋转，以形成一个表面光滑的球体表面

总地球椭球：

与大地体吻合最好的旋转椭球称为总地球椭球，也叫总椭球或平均椭球，大地测量在确定这个总地球椭球时，要其达到与大地体最密合的4个条件：

1地球椭球体中心和地球的质心重合；2地球椭球体的短轴和地球的地轴重合；3地球椭球体起始大地子午面和起始天文子午面重合；4在确定参数a、α时要满足在全球范围的大地水准面差距的平方和为最小。

二、地理坐标地理坐标，就是用经线（子午线）、纬线、经度、纬度表示地面点位的球面坐标。

二）高程控制网海拔（绝对高程）：

地面点对似大地水准面（海平面）的高度。

高程起算基准面：

黄海平均海水面

1.水准测量

高程控制网的主要建立方法：

一等水准路线是国家高程控制骨干，沿交通干线布设，并构成网状。

二等水准路线是高程控制的全面基础，沿公路、铁路、河流布设，构成网状。

三、四等水准路线，提供地形测量的高程控制点。

三、全球定位系统

GPS在大地测量领域主要完成了：

1建立和维持了全球统一的地心坐标系统。

2在局部大地网之间进行了联测和转换。

3与水准测量、重力测量相结合，研究与精化大地水淮面。

4测量全球性的地球动力参数—四维大地测量。

5建立新城市、矿山控制测量系统。

第3节地图投影

一、地图投影的概念在地球椭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。

二、地图投影的变形地图投影的变形具体表现：

长度（距离）变形角度（形状）变形面积变形

（二）变形椭圆地球上一个无穷小圆——微分圆，在投影后一般会变为一个微分椭圆，利用该椭圆去解释各种变形的特征。

这种图解方法称为变形椭圆,也称底索指线。

特别方向：

变形椭圆上相互垂直的两个方向及经向和纬向。

三、地图投影的分类

（一）按地图投影的构成方法分类

1.几何投影将地球经纬网透视投影到平面或几何面上。

方位投影经线为同心圆半径轴方位投影投影面与地轴垂直

1正纬线呈同心圆2横轴方位投影投影面与地轴平行3斜轴方位投影投影面与地轴斜交

圆柱投影

正轴：

圆柱轴与地轴重合

横轴：

圆柱轴与地轴垂直

斜轴：

圆柱轴与地轴斜交

正轴圆柱投影：

纬线是一组彼此平行的直线。

经线是一组垂直于纬线的直线，且经线间隔相等。

圆锥投影

正轴圆锥投影，纬线为同心圆圆弧，经线为它的半径，且经线之间的夹角与经差成正比。

等变形线是同心圆弧

正轴：

圆锥轴与地轴重合2.非几何投影

横轴：

圆锥轴与地轴垂直

斜轴：

圆锥轴与地轴斜交

2.非几何投影

正轴伪方位投影

纬线：

投影为同心圆。

经线：

除中央经线投影成直线外，其余经线均投影成对称于中央经线的曲线，且交于纬线的共同圆心。

伪圆柱投影

纬线：

平行直线。

经线：

中央经线投影成直线，其余经线均投影成对称于中央经线的曲线。

伪圆锥投影在圆锥投影基础上，规定纬线仍为同心圆弧，除中央经线仍为直线外，其余经线则投影成对称于中央经线的曲线。

多圆锥投影借助多个圆锥表面与球体相切设计而成的投影。

纬线为同轴圆弧，其圆心位于中央经线上，中央经线为直线，其余经线则投影成对称于中央经线的曲线。

（二）按地图投影变形性质分类等角投影等积投影等距投影任意投影

（二）等角圆柱投影

2.墨卡托投影—正轴等角圆柱投影,由荷兰地图学家墨卡托于1569年所创设，故又名墨卡托投影。

特点：

不仅保持了方向和相对位置的正确，而且使等角航线在图上表现为直线。

这一特性对航海具有重要的实用价值。

应用：

海图、世界地图和赤道附近的区域图。

（二）等角圆柱投影

3.高斯-克吕格投影条件：

1．中央经线和赤道投影为互相垂直的直线，且为投影的对称轴；2．具有等角投影的性质；3中央经线投影后保持长度不变

4.UTM投影条件：

1．中央经线和赤道投影为互相垂直的直线，且为投影的对称轴；2．具有等角投影的性质；3．中央经线投影后长度比为0.9996。

五、地图投影的选择

（一）投影选择的依据

1．制图区域的地理位置、形状和范围

位置1两极地区：

正轴方位投影。

2赤道附近：

横轴方位投影或正轴圆柱投影。

3中纬度地区：

正轴圆锥投影或斜轴方位投影。

形状沿纬线方向延伸的长形地带：

单标准纬线正轴圆锥投影。

沿经线方向略窄、沿纬线方向略宽的地区：

双标准纬线正轴圆锥投影。

沿经线方向南北延伸的长形地区：

多圆锥投影。

2．比例尺大比例尺地形图，对精度要求高，宜采用变形小的投影，如分带投影。

●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。

我国大比例尺地形图：

各项变形都很小的地图投影，如高斯-克吕格投影。

中小比例尺的省区图：

各种正轴圆锥投影。

3．地图内容1要求方向正确的地图：

等角投影。

要求保持面积对比关系的正确：

等积投影。

2为使时区的划分表现得清楚：

正轴圆柱投影。

3中小学的教学用图：

各种变形都不太大的任意投影，如等距投影。

4．出版方式单幅图：

考虑位置、形状、范围，比例尺和内容。

系列图：

选择同一变形性质的投影。

地图集：

应尽量采用同一系统的投影，再根据个别内容的需要，在变形性质上适当变化。

（二）世界地图投影的选择主要类型：

多圆锥投影、圆柱投影和伪圆柱投影。

具体方案：

等差分纬线多圆锥投影正切差分纬线多圆锥投影墨卡托投影摩尔威特投影古德投影

1.多圆锥投影多圆锥投影经纬线除中央经线和赤道以外均投影成曲线。

角度变形和面积变形都比较适中，尤其中纬度变形更小

3.伪圆柱投影⑴桑森投影投影特点：

P=1无面积变形n=1纬线长度比为1m0=1中央经线长度比为1

m>1经线长度比>1适合编制位于赤道附近南北延伸地区的地图。

⑵摩尔威特投影投影特点：

P=1无面积变形S90=Searth/2赤道长度=中央经线x2常用于编制世界地图及东、西半球地图。

⑶古德投影投影特点：

分瓣、组合投影；变形减小且均匀；大陆完整，大洋割裂；大洋完整，大陆割裂；常用于编制世界地图

3.伪圆锥投影彭纳投影中央经线与中央纬线没有变形；纬线呈同心圆弧，长度比n=1；中央经线为直线，长度比mλ=1；其余经线对称于中央经线；每一条纬线上的经线间隔相等；距离这两条线愈远，其变形愈大。

（三）数字制图变换1用扫描仪将资料地图数字化。

2．按一定的投影表达式进行投影坐标变换。

3．将变换后的数字化资料用绘图仪输出成新编投影的地图。

第3章地图数据源

第1节地面测量数据

（一）平面控制测量1.三角测量以大地原点为基础，在地面上选择一系列控制点，建立三角形，组成三角锁和三角网。

2.角度交会3.导线测量把控制点连成连续的折线，测定折线边长和转角，最后根据起算点坐标和方位角推算其他各未知点坐标。

二）高程控制测量

水准测量

三角高程测量

适用地域

平原和工程地形测量。

多用于丘陵和山地（地形测量中常用）。

克服地球曲率与大气折光

水准仪观测时，仪器应放置在前、后视水平尺的中间。

三角高程观测距离超过300m时,须进行地球曲率与折光差计算。

一）测量仪器1.经纬仪光学经纬仪是常用角度测量仪器。

经纬仪的主要部件有望远镜、度盘、水准器、读数设备和基座等。

角度测量包括水平角测量和竖直角测量。

2.水准仪

（二）距离量测钢尺丈量视距法（三）碎部点选择与施测破碎点选择：

地物特征点。

地形点选择：

山脊线、谷底线的坡度变换点。

测图仪器：

经纬仪、平板仪（四）绘图

三、地面测量的现代方法全站仪功能：

具有电子经纬仪的测角、电磁波测距仪的测距功用。

利用存储功能模块，可完成点坐标测定、点放样测量、对边测量和悬高测量等专项测量作业。

（二）数字测图系统由测量设备采集地图数据输入计算机，以制图软件进行编辑处理，数控绘图或喷绘成图。

第2节多源遥感数据

一、遥感的概念从一定距离对地表或近地表地物所发射或反射的电磁波（紫外线到微波波段）进行探测，以达到识别目标的理论和方法，称为遥感。

目前遥感技术应用的波段主要在紫外线至微波波段。

二、航空像片利用安置在飞机上的航空摄影机在空中对地面摄取的图象。

1.灰阶尺;2.水准;3.高度；4.框标;5.时钟;6.镜头编号;7.镜头焦距;8.像幅编号;9.项目信息;10.导航信息（隐藏）。

（一）像片性质

1.中心投影基本特征：

点的像还是点。

直线的像一般还是直线。

平面曲线的像一般还是曲线。

立体曲线的像，一定是曲线。

航空像片由中心投影产生如果航摄时不能做到垂直摄影，像片就会产生倾斜误差，需要进行纠正，才能使它达到成图的要求。

2.像片上的点和线像片上的三点两线：

像主点像底点等角点主纵线等比线

•倾斜误差的方向在等角点的辐射线上。

等比线将像片分为两部分，只有等比在线移位为零。

•在等角点同一幅射线上，离等角点愈远，位移量愈大，对称于等角点的两像点，其位移量相等，正负方向相反。

４.像片重叠连续的航空摄影要求有一部分相同的地物同时出现在相邻像片上，以便于后续的测量作业，称为像片重叠。

５.立体像对从两个摄影站连续摄影并具有足够重叠的两张像片，称为一个像对。

同航线相邻的两张像片就是一个像对。

立体观察的三个原则：

（1）像对需在不同摄影点摄取并有相当重叠的像片。

（2）像片安放的位置须使视线成对相交，即像片的边缘互相平行，上下也不错开。

（3）左眼看左像，右眼看右像，达到分像的效果。

（二）像片判读

（1）全色像片

（2）红外像片（3）彩色像片（4）彩色红外像片

2.判读标志离开像片中心点，就会产生像点位移，在像片四周边缘像点位移最大，变形也最大。

）形状

（2）尺寸3）色调（4）阴影（5）间接标志

3.像片调绘目的：

为室内测图作准备。

形式：

在像片上用针刺点并注记。

室内调绘内容：

室内判读并进行注记。

外业调绘主要内容：

根据规范对地物进行注记，包括大部分的图上数据。

2.正射像片在ERDAS软件中，航空像片的正射纠正流程包括：

（1）显示航空像片；

（2）启动几何纠正模块；（3）输入航摄模式特性；（4）确定内定向参数、投影参数，选择框标参数、定义框标位置和决定投影名称；（5）选取地面控制点；（6）图像校正标定和重采样。

三、卫星图像

（二）遥感数据处理影响、1.辐射预处理传感器获得的遥感图像，由于受太阳高度和视场角反射率在图像反差较弱的影响，需要进行数据处理。

（三）图像解译目视判读中常用的一些判读标志：

形状大小图形阴影、位置纹理、类型等。

第3节全球定位系统（GPS）数据

一、系统结构

（二）GPS的地面监控系统1个主控站3个注入站5个监测站接收卫星数据，采集气象信息，并将所收集到的数据传送给主控站。

（三）GPS信号接收机作用：

对GPS卫星发送的导航定位信号进行接收、跟踪、变换和测量。

静态定位类型，指用户天线在跟踪GPS卫星过程中固定不变，接收机精度测量GPS信号的传播时间、卫星在轨的已知位置，而算得固定不动的用户天线3维坐标的装置。

动态定位类型，是安装在车辆、船、飞机等运动载体上，利用接收到的GPS信号，测定物体运动轨迹的一种信号接收装置。

（一）开发差分GPS定位技术；工作原理：

由基准站发送改正数由用户站接收并对其测量结果进行改正，以获得精确的定位结果。

第4节制图数据与处理

（一）数据分布的量表

1.定名量表依据制图对象固有（定性）特征进行区分。

众数是最佳的数字统计量，它是一个群体中出现频率最大的类别。

2.顺序量表按定量特征将制图对象排序，表现为相对顺序、等级。

分位法是一种常用的定量分类方法。

顺序量表的运算方法是选择中位数，并以四分位法研究数据的排序位置或编号的离差。

3.间距量表4.比率量表比率量表和间距量表一样，按数据间隔排序，但呈比率变化，从绝对零值开始并能执行各种算术运算。

第5节地理数据库

一、数据库的特征地理数据库是生成、操作和分析空间数据的软件。

主要特征有1数据集成化，它集中控制和管理有关数据，以保证用户的数据共享2数据冗余度小，数据更新、修改时保证数据库内容的一致性3数据独立，指数据与应用程序相互独立4应用不同的数据模型以表述空间数据的组织和数据间的联系5数据保护，确保数据库的安全性、完整性、多路存取及故障发现和恢复

二、数据库基本模型

（一）层次模型序的树结构节点代表数据记录连线说明位于不同节点数据间从属关系缺点：

难以解决数据共享和拓扑查询。

（二）网络模型网络结构一个节点可以有两个或多个母节点两个节点间有多种联系，但是有向的缺点：

网络结构复杂不直接支特对层次结构的表达缺少演绎功能（三）关系模型二维表结构列对应于域，列名为属性行对应于元组缺点：

实现效率不够高，描述对象语义能力较弱，模拟和操纵复杂对象的能力也较弱等。

三、面向对象的数据模型

（1）面向对象的定义是指无论怎样复杂的事件都可以准确地由一个对象表述，它是一个包含了数据集和操作集的实体。

（2）设计面向对象模型的基本思想是：

对对象领域进行自然的分割，以更接近人类思维的方式建立对象领域的模型，以便对客观的信息实体进行结构模拟和行为模拟，从而使设计出来的系统尽可能直接地表现对象的求解过程。

第4章地图概括

第1节概述

一、地图概括的性质

地图概括：

也称制图综合。

就是采取分类、简化、夸张、符号化等科学手段，提取空间数据中主要的、本质的数据

地图概括的主要手段：

分类和选取。

1在外业测图中对地形、地物点的测量是有所选择的2在内业成图时，对地理数据要进行分类、简化、夸张处理。

地图概括要解决的问题：

地图内容的详细性与清晰易读性的统一。

地图的地理适应性与几何精确性的统一。

二、影响地图概括的因素

（一）地图的用途与主题对地图概括的影响地图的用途不同，在图上表示空间数据的种类、数量、质量以及简化程度不同。

用途与主题是影响地图概括的主导因素。

例如，下页的两幅地图上的水系要素。

（二）地图比例尺对地图概括的影响地图比例尺是决定地图概括数量特征的主要因素，限定了制图区域幅面和要素总量。

地图需要反映制图区域的自然景观或人文景观的结构和区域分异规律，要根据区域的特点确定要素的选取指标。

在干旱、半干旱地区，应表示全部河流和泉水出露的地点。

江南水乡，河网稠密，影响其他要素显示，需限定河网密度。

山区地势起伏大，用等高线表示地形时，等高距适当增大。

城市林立的人口稠密地区，乡镇一级的居民点显得微不足道。

人迹罕至的地区，乡镇一级的居民点则成为举足轻重的居民点。

平原地区，几十米的高度可能成为重要的地形特征，对农田水利建设将产生重要影响，必须详细表示。

四）制图数据质量对地图概括的影地图概括是以空间数据为基础，数据的种类、特点及质量直接影响地图概括的质量。

地图数据源的精度应该高于新编地图的精度。

精度高的空间数据，对地理实体的内容反映比较丰富，对细部反映的比较详细。

五）制图图解限制对地图概括的影响1在地图上对图形表示精细程度的制图限制。

2人们受生理和心理因素对地图图形识别限制。

构成地图图形的基本要素：

形状、尺寸、颜色、结构。

三、手工概括与自动概括分类和选取是地图概括的主要手段，以数学方法及计算机为基础的自动综合概括已逐步发展起来。

第2节地图概括的内容和方法

地图概括的四个步骤：

1选取--空间数据的排序、分级或分群。

2简化--显示空间信息的重要特征，删除次要的细部。

3夸张——提高或强调符号的重要特征。

4符号化--将空间信息通过分类、简化、夸张等方法所获得的记号，根据其基本特征、相对重要性和相关位置制成各种图形。

一、选取

（一）资格法按空间对象的数量选取：

水系的选取居民点的选取

根据资格法选取地物，在编图实践中应视具体情况灵活运用：

1连接湖泊的小河，直接入海的小河以及江河上唯一的支流小河等均可破例选取。

2为了正确反映水系的结构特征，如树枝状水系、格网状水系选取河流的数量要比平行状水系、放射状水系多。

（二）定额法按新编地图上单位面积选取对象的个数或密度的方法。

经过图解、计算分析及编图试验取得的选取指标，是定额选取的依据，并记录在编图大纲或规范中优点：

可以保证图面选取的内容既清晰易读，又能有足够的数量和适宜的密度。

注意：

不仅照顾在图面上选取数量的密度和适宜性，同时还应该考虑选取对象的重要程度。

（三）区域指标法

（四）确定选取指标的几种数量分析方法

1.图解计算法（苏霍夫）以地图符号的面积负载量S确定符号选取数量指标的方法。

此方法一般用于确定居民点选取数额。

2.开方根规律法（特普费尔）资料地图与新编地图两种比例尺分母之比的开方根，便是新编地图所应选取的地物数量。

此方法用于解决资料地图与新编地图由于比例尺的变换而产生的地物数量简化问题。

开方根规律法的特点：

（1）直观地显示地图概括从重要到一般的选取标准，是一个有序的选取等级系统

（2）是线性方程，在地图比例尺固定条件下，地物选取比例一致。

（3）未考虑到地理差异，特别是制图对象分布的密度变化。

（4）选取级X的调整可适当弥补地理差异的影响。

3.等比数列法根据心理物理学试验，察觉到同一要素的等级差别常遵循等比数列的规则。

此种方法常被用于计算机制图中

二、简化

（一）质量特征的简化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，或取消低级分类。

地形图的数量简化：

1从1∶5万到1∶50万的地形图上，等高线的间隔逐级增加。

2在小比例尺普通地图上，通常根据地势起伏大小具体情况采取变距等高线表3数量特征的简化主要表现为减少数量分级，增大各等级间的数值间距。

4人口图的数量简化：

5在用点值法表示人口时，随着地图比例尺的缩小，可以采取增大点值减少点数进行数量特征的简化6对线状地物、地物分界线、面状地物的复杂轮廓进行简化，通常采取删除、合并等处理手段。

图形简化的基本要求是：

1任何线状地物或者面状地物，其图形或者轮廓都是点的集合，在这些点所构成的曲线中，只有能反映曲线弯曲特征的点才是特征转折点，这些特征转折点是构成图形的基础2保存特征转折点3保持不同弯曲地段弯曲程度的对比关系4保持面状地物轮廓图形和线状地物弯曲状况的基本特征5保持弯曲和特征转折点的相对精确性

（三）图形特征的简化图形简化的具体操作方法：

按最小尺寸限定弯曲取舍按开方根规律简化形状

（四）地物内部结构的简1.图形碎部的删除2．图形碎部的合并3．图形内部的分割

三、夸　张

（一）不依比例尺放大有特征意义的线状、面状地物轮廓的细小弯曲和凸凹部分的夸张，是不依比例尺的放大。

（二）移位目的：

各要素正确的对比关系处理原则：

1有主次之分时，次要的应该让位主要的2