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1、第二章第二章第二章第二章 空间数据结构空间数据结构空间数据结构空间数据结构 靖娟利 土木工程系主要内容主要内容空间信息基础1空间数据的表达2空间数据模型与数据结构3矢量数据模型3.13.2不规则镶嵌数据模型3.3栅格数据模型2.1 空间信息基础空间信息基础空间信息空间信息基础基础地球模型地球模型地理参考地理参考与坐标系与坐标系地图投影地图投影一、地球模型一、地球模型地球自然表面地球自然表面水准面水准面大地水准面大地水准面地球椭球体地球椭球体地球形状的概括地球形状的概括地球形状的概括地球形状的概括一、地球模型一、地球模型地球表面水准面大地水准面铅垂线地球椭球体一、地球模型一、地球模型椭球体椭球体
2、 Spheroids and spheresvThe shape and size of a geographic coordinate systems surface is defined by a sphere or spheroid.vAlthough the earth is best represented by a spheroid,the earth is sometimes treated as a sphere to make mathematical calculations easier.vThe assumption that the earth is a sphere
3、 is possible for small-scale maps(smaller than 1:5,000,000).At this scale,the difference between a sphere and a spheroid is not detectable on a map.vHowever,to maintain accuracy for larger-scale maps(scales of 1:1,000,000 or larger),a spheroid is necessary to represent the shape of the earth.Between
4、 those scales,choosing to use a sphere or spheroid will depend on the maps purpose and the accuracy of the data.一、地球模型一、地球模型椭球体椭球体 Spheroids and spheresvA sphere is based on a circle,while a spheroid(or ellipsoid)is based on an ellipse.v The shape of an ellipse is defined by two radii.The longer rad
5、ius is called the semimajor axis,and the shorter radius is called the semiminor axis.vRotating the ellipse around the semiminor axis creates a spheroid.A spheroid is also known as an oblate ellipsoid of revolution.The following graphic shows the semimajor and semiminor axes of a spheroid.各种地球椭球体模型各种
6、地球椭球体模型椭球体名称椭球体名称年年代代长半轴长半轴（米）（米）短半轴短半轴（米）（米）扁率扁率白塞尔(Bessel)1841637739763560791：299.15克拉克(Clarke)1880637824963565151：293.5克拉克(Clarke)1866637820663565841：295.0海福特(Hayford)1910637838863569121：297克拉索夫斯基1940637824563568631：298.3IUGG1967637816063567751：298.25埃维尔斯特(Everest)1830637727663560751：300.8一、地球模型一
7、、地球模型基准面基准面 Datumva datum defines the position of the spheroid relative to the center of the earth.A datum provides a frame of reference for measuring locations on the surface of the earth.It defines the origin and orientation of latitude and longitude lines.Geocentric datums which relates coordinat
8、es to the earths center of mass.An earth-centered,or geocentric,datum uses the earths center of mass as the origin.The most recently developed and widely used datum is WGS 1984.It serves as the framework for locational measurement worldwide.Local datums A local datum aligns its spheroid to closely f
9、it the earths surface in a particular area.A point on the surface of the spheroid is matched to a particular position on the surface of the earth.This point is known as the origin point of the datum.The coordinates of the origin point are fixed,and all other points are calculated from it.datam一、地球模型
10、一、地球模型高程系统高程系统 Elevation referencing任意水准面大地水准面HAHA铅垂线AHBHBhAB二、地理参考与坐标系二、地理参考与坐标系地理参考地理参考绝对参考（direct georeferencing）地理坐标系（Geographical coordinates）平面直角坐标系（Rectangular coordinates）相对参考（relative georeferencing）极坐标系（Polar coordinates）位置便移（Offset distance）Address and street codesPostal codes and area na
11、meAdministrative zones and statistical unitsGrids and map sheets连续参考系统（连续参考系统（Continuous georeferencing systems）离散参考系统（离散参考系统（Discrete Geoferencing Systems）二、地理参考与坐标系二、地理参考与坐标系坐标系坐标系把大地水准面上的测量成果化算到椭把大地水准面上的测量成果化算到椭把大地水准面上的测量成果化算到椭把大地水准面上的测量成果化算到椭球体面上的计算工作中，所采用的椭球体面上的计算工作中，所采用的椭球体面上的计算工作中，所采用的椭球体面上的计
12、算工作中，所采用的椭球的大小球的大小球的大小球的大小 椭球体椭球体椭球体与大地水准面的相关位置不同，椭球体与大地水准面的相关位置不同，椭球体与大地水准面的相关位置不同，椭球体与大地水准面的相关位置不同，对同一点的地理坐标所计算的结果将对同一点的地理坐标所计算的结果将对同一点的地理坐标所计算的结果将对同一点的地理坐标所计算的结果将有不同的值有不同的值有不同的值有不同的值基准面基准面地理坐标系地理坐标系(geographic coordinate systems)vA geographic coordinate system(GCS)uses a three-dimensional spheric
13、al surface to define locations on the earth.A GCS is often incorrectly called a datum,but a datum is only one part of a GCS.A GCS includes an angular unit of measure,a prime meridian,and a datum(based on a spheroid).投影坐标系投影坐标系projected coordinate systems projected coordinate system projected coordin
14、ate systemvdefined on a flat,two-dimensional surface，has constant lengths,angles,and areas across the two dimensions，and always based on a geographic coordinate systemlocations are identified by x,y coordinates on a grid,with the origin at the center of the grid.Each position has two values that ref
15、erence it to that central location.One specifies its horizontal position and the other its vertical position.The two values are called the x-coordinate and y-coordinate.Using this notation,the coordinates at the origin are x=0 and y=0.三、地图投影三、地图投影 map projections 1transform its three-dimensional sur
16、face to create a flat map sheet.2uses mathematical formulas to relate spherical coordinates on the globe to flat,planar coordinates.3Different projections cause different types of distortions.地图投影地图投影直接建立在球体上的地理坐标，用经度和纬度表达地理对象位置建立在平面上的直角坐标系统，用（x，y）表达地理对象位置投影我国常用的地图投影我国常用的地图投影1：100万：兰勃特投影万：兰勃特投影（正轴等积
17、割圆锥投影）（正轴等积割圆锥投影）大部分分省图、大多数同级比例尺也采用兰勃投影大部分分省图、大多数同级比例尺也采用兰勃投影1：50万、万、1：25万、万、1：10万、万、1：5万、万、1：2.5万、万、1:1万、万、1：5000采用高斯采用高斯克吕格投影克吕格投影高斯高斯-克吕格投影克吕格投影Gauss-Krger高斯吕格投影在英美国家称为横轴墨卡托投影。美国编制世界各地军用地图和地球资源卫星象片所采用的全球横轴墨卡托投影（UTM）是横轴墨卡托投影的一种变型。高斯克吕格投影的中央经线长度比等于1，UTM投影规定中央经线长度比为0.9996。在6度带内最大长度变形不超过0.04%。GK特点归纳特
18、点归纳中央经线和赤道为互相垂直的直线，其他经线均为凹向并对称于中央经中央经线和赤道为互相垂直的直线，其他经线均为凹向并对称于中央经线的曲线，其他纬线均为以赤道为对称轴的向两极弯曲的曲线，经纬线线的曲线，其他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。成直角相交。特点特点1为了保证地图的精度，采用分带投影方法，即将投影范围的东西界为了保证地图的精度，采用分带投影方法，即将投影范围的东西界加以限制，使其变形不超过一定的限度，这样把许多带结合起来，加以限制，使其变形不超过一定的限度，这样把许多带结合起来，可成为整个区域的投影可成为整个区域的投影 特点特点3在这个投影上，角度没有变形。
19、中央经线长度比等于在这个投影上，角度没有变形。中央经线长度比等于1 1，没有长度，没有长度变形，其余经线长度比均大于变形，其余经线长度比均大于1 1，长度变形为正，距中央经线愈远，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；面积变形也是距变形愈大，最大变形在边缘经线与赤道的交点上；面积变形也是距中央经线愈远，变形愈大中央经线愈远，变形愈大 。特点特点2GK投影分带投影分带1：2.5万1：50万比例尺地形图，采用6度分带；1：1万比例尺地形图采用经差3度分带。16度带是从0度子午线起，自西向东每隔经差6为一投影带，全球分为60带，各带的带号用自然序数1，2，3，60表
20、示。即以东经0-6为第1带，其中央经线为3E，其余类推.（我国（我国11个，个，13带带23带带）2 3度带，是从东经1度30分的经线开始，每隔3度为一带，全球划分为120个投影带。（我国我国23个，个，24带带46带带）3我国领土范围为东经73135，北纬455 GK投影分带投影分带GK坐标值的规定坐标值的规定GKGK投影每一个投影带的坐标值都是相对投影每一个投影带的坐标值都是相对于本带坐标原点的相对坐标值，因而各于本带坐标原点的相对坐标值，因而各带的坐标完全相同。带的坐标完全相同。123我国位于北半球（我国位于北半球（4 4N N55 55 N N ），），全全部的部的x x坐标值都是正值
21、，在每个投影带中坐标值都是正值，在每个投影带中有一半的有一半的y y坐标值为负。坐标值为负。将各带的纵坐标将各带的纵坐标西移西移500KM500KM，使我国境内，使我国境内的坐标均取正值。因此，在地图上读取的的坐标均取正值。因此，在地图上读取的点点y y坐标值为实际坐标值加上坐标值为实际坐标值加上500km500km后的通后的通用坐标值。用坐标值。GK坐标网的规定坐标网的规定经纬线网经纬线网：是由经线和纬线构成的坐标网，也称为地理：是由经线和纬线构成的坐标网，也称为地理坐标网，用于确定地球表面上各点的实地位置。坐标网，用于确定地球表面上各点的实地位置。方里网方里网：是平行与投影坐标轴的两组平行线所构成的方：是平行与投影坐标轴的两组平行线所构成的方格网，因为是隔整千米绘出的，故称为方里网。格网，因为是隔整千米绘出的，故称为方里网。实例实例GK投影投影UTM投影投影小结小结 本节内容主要对空间信息基础进行了简单的回顾，主要讨论了地球模型、参考系、地图投影的内容。着重讨论了我国常用的高斯投影，并与UTM投影进行比较分析。