第四章坐標系統(tǒng)與地圖投影 - 中國科學院測量與地球物理研究所

1、空間參照系參照系統(tǒng)和地和地圖投影投影導讀：正如上一章所描述的，一個要素要進行定位，必須嵌入到一個空間參照系中，因為GIS所描述是位于地球表面的信息，所以根據(jù)地球橢球體建立的地理坐標（經(jīng)緯網(wǎng)）可以作為所有要素的參照系統(tǒng)。因為地球是一個不規(guī)則的球體，為了能夠?qū)⑵浔砻娴膬?nèi)容顯示在平面的顯示器或紙面上，必須進行坐標變換。本章講述了地球橢球體參數(shù)、常見的投影類型。考慮到目前使用的1：100萬以上地形圖都是采用高斯——克呂格投影，本章最后又對該種投

2、影類型和相關的地形圖分幅標準做了簡單介紹。1地球橢球體基本要素地球橢球體基本要素11地球橢球體地球橢球體111地球的形狀地球的形狀為了從數(shù)學上定義地球，必須建立一個地球表面的幾何模型。這個模型由地球的形狀決定的。它是一個較為接近地球形狀的幾何模型，即橢球體，是由一個橢圓繞著其短軸旋轉(zhuǎn)而成。地球自然表面是一個起伏不平、十分不規(guī)則的表面，有高山、丘陵和平原，又有江河湖海。地球表面約有71%的面積為海洋所占用，29%的面積是大陸與島嶼。陸地上

3、最高點與海洋中最深處相差近20公里。這個高低不平的表面無法用數(shù)學公式表達，也無法進行運算。所以在量測與制圖時，必須找一個規(guī)則的曲面來代替地球的自然表面。當海洋靜止時，它的自由水面必定與該面上各點的重力方向（鉛垂線方向）成正交，我們把這個面叫做水準面。但水準面有無數(shù)多個，其中有一個與靜止的平均海水面相重合?？梢栽O想這個靜止的平均海水面穿過大陸和島嶼形成一個閉合的曲面，這就是大地水準面（圖41）。圖41：大地水準面大地水準面所包圍的形體，叫

4、大地球體。由于地球體內(nèi)部質(zhì)量分布的不均勻，引起重力方向的變化，導致處處和重力方向成正交的大地水準面成為一個不規(guī)則的，仍然是不能用數(shù)學表達的曲面。大地水準面形狀雖然十分復雜，但從整體來看，起伏是微小的。它是一個很接近于繞自轉(zhuǎn)軸（短軸）旋轉(zhuǎn)的橢球體。所以在測量和制圖中就用旋轉(zhuǎn)橢球來代替大地球體，這個旋轉(zhuǎn)球體通常稱地球橢球體，簡稱橢球體。而且測量的精度又要符合統(tǒng)一要求，為此，在全國范圍內(nèi)建立統(tǒng)一的大地控制網(wǎng)。控制網(wǎng)分為平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)。

5、大地坐標：在地面上建立一系列相連接的三角形，量取一段精確的距離作為起算邊，在這個邊的兩端點，采用天文觀測的方法確定其點位（經(jīng)度、緯度和方位角），用精密測角儀器測定各三角形的角值，根據(jù)起算邊的邊長和點位，就可以推算出其他各點的坐標。這樣推算出的坐標，稱為大地坐標。我國1954年在北京設立了大地坐標原點，由此計算出來的各大地控制點的坐標，稱為1954年北京坐標系。我國1986年宣布在陜西省涇陽縣設立了新的大地坐標原點，并采用1975年國際大

6、地測量協(xié)會推薦的大地參考橢球體，由此計算出來的各大地控制點坐標，稱為1980年大地坐標系。我國高程的起算面是黃海平均海水面。1956年在青島設立了水準原點，其他各控制點的絕對高程都是根據(jù)青島水準原點推算的，稱此為1956年黃海高程系。1987年國家測繪局公布：中國的高程基準面啟用《1985國家高程基準》取代國務院1959年批準啟用的《黃海平均海水面》?！?985國家高程基準》比《黃海平均海水面》上升29毫米。12地圖比例尺地圖比例尺12

7、1比例尺表示法比例尺表示法地圖比例尺通常認為是地圖上距離與地面上相應距離之比。地圖比例尺可用下述方法表示。1）數(shù)字比例尺）數(shù)字比例尺這是簡單的分數(shù)或比例，可表示為1：1000000或11000000，最好用前者。這意味著，地圖上（沿特定線）長度1毫米、1厘米或1英寸（分子），代表地球表面上的1000000毫米、厘米或英寸（分母）。2）文字比例尺）文字比例尺這是圖上距離與實地距離之間關系的描述。例如，1：1000000這一數(shù)字比例尺可描述

8、為“圖1毫米等于實地1公里”。3）圖解比例尺或直線比例尺）圖解比例尺或直線比例尺這是在地圖上繪出的直線段，常常繪于圖例方框中或圖廓下方，表示圖上長度相當于實地距離的單位。4）面積比例尺這關系到圖上面積與實地面積之比，表示圖上1單位面積（平方厘米）與實地上同一種平方單位的特定數(shù)量之比。122比例系數(shù)比例系數(shù)表明確定的比例尺與實際比例尺數(shù)值之間的關系叫做比例系數(shù)（SF）。可以這樣理解比例系數(shù)，首先將地球縮小為所選比例尺的地球儀地圖；然后將該