《02第二章 地球空間認(rèn)知與現(xiàn)代測繪成圖103》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《02第二章 地球空間認(rèn)知與現(xiàn)代測繪成圖103（104頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、第二章第二章 地球空間認(rèn)知與現(xiàn)代測繪成圖地球空間認(rèn)知與現(xiàn)代測繪成圖本章要點 重點講述地球空間及空間信息與數(shù)據(jù)概念基礎(chǔ)知識，地球體模型，地球空間參照系，空間尺度與地圖比例尺，傳統(tǒng)測繪成圖法，傳統(tǒng)編繪成圖法，數(shù)字測量成圖法，數(shù)字編繪成圖法等地圖測繪成圖的基本概念、內(nèi)容、原理和方法。基本概念 地球/地理空間，信息，數(shù)據(jù)，地球/地理空間信息，地球/地理空間數(shù)據(jù)，地學(xué)信息可視化，地球/地理空間信息科學(xué),地球體模型，自然球體，大地水準(zhǔn)面，大地體，旋轉(zhuǎn)橢球體,參考橢球體，正球體；空間參照系，地理坐標(biāo)系，大地坐標(biāo)系，參心坐標(biāo)系，地心坐標(biāo)系，“WGS-84”坐標(biāo)系，2000 中國地心大地坐標(biāo)系, 高程參照系，地

2、理格網(wǎng)與地理時空坐標(biāo)系(自學(xué))；空間尺度，時間尺度，地圖比例尺；傳統(tǒng)地圖設(shè)計/地圖編繪/地圖制?。滑F(xiàn)代數(shù)字測圖/GPS測圖/全站儀測圖/數(shù)字影像測圖，數(shù)字編圖與數(shù)字/電子出版。 第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述1、空間認(rèn)知、空間認(rèn)知一、一、基本概念(1)地球/地理空間概念 地球空間的含義 地球空間是地球體及其周圍一定范圍所包圍的空間。這個范圍上至電離層，下至莫霍面，上下大約有2000km。 地理空間的含義 廣義上：包括地球、月球、太陽等星球及其周圍一定范圍所包圍的空間，甚至整個宇宙空間； 狹義上：是地球表層及其周圍一定范圍所包圍的空間,這個范圍要比地球空間小，它上下大約有200km。 本書除特別說明外

3、，所述地理空間皆指狹義的地理空間。地理空間及其信息是地圖學(xué)研究的重點對象和平臺。 (2) (2) 地球地球/ /地理空間構(gòu)成地理空間構(gòu)成 地球空間構(gòu)成 地球空間最外是大氣層，最里是地殼以下的地質(zhì)層，中間是海洋和陸地范圍，包括地殼以上地球表層的所有物質(zhì)，構(gòu)成了由各種地球圈層所組成的空間； 地理空間構(gòu)成 地理空間主要由大氣圈、水圈、巖石圈、土壤圈、生物圈、人類圈（亦稱智慧圈）所構(gòu)成。它是地球表層空間，也是人類活動的最主要空間。 2 2信息與數(shù)據(jù)信息與數(shù)據(jù)(1) (1) 信息 國內(nèi)外對信息仍沒有公認(rèn)的概念，通常可以認(rèn)為：信息（Information）就是現(xiàn)實世界在人們頭腦中的反映，它以文字、符號、聲

4、音、圖形、圖像等形式記錄下來，進(jìn)行傳遞和處理，為人們的生活、生產(chǎn)、建設(shè)、管理等提供依據(jù)。我國學(xué)者承繼成將信息定義為：信息是客觀世界一切事物性質(zhì)、特征和狀態(tài)的表征；對于人來說信息是指事物表征的有用的知識，對于生物和機(jī)器來說是指主體和客體的或?qū)Νh(huán)境的相互聯(lián)系的形式。(2) (2) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)（Data）通常是指能輸入計算機(jī)并被其處理的文字、數(shù)字、聲音、圖形、圖像等符號，是對客觀事物或現(xiàn)象的描述、記錄和表示。例如“義勇軍進(jìn)行曲”的歌詞、歌曲、mp3、mv和產(chǎn)品銷量等都是數(shù)據(jù)，就該首歌的mp3而言，不同人聽了后有不同的理解和感受，從而得到了不同的信息。信息與數(shù)據(jù)兩者關(guān)系密切：數(shù)據(jù)是信息的載體/媒介，信

5、息是數(shù)據(jù)的內(nèi)涵/解釋，二者是形與質(zhì)的關(guān)系，只是描述和表達(dá)同一事物或現(xiàn)象不同的側(cè)面而已，通?？梢詫⒍叩韧饋硎褂? 分的不是那么清楚。 3.3.地理空間數(shù)據(jù)地理空間數(shù)據(jù) (1) 地理實體 將地理空間中復(fù)雜的地理事物進(jìn)行抽象得到的地理對象稱為地理實體或空間實體、空間目標(biāo)，簡稱實體(Entity)。實體是現(xiàn)實世界中客觀存在的，并可相互區(qū)別的事物，例如，某城市、河流、道路、花壇、樓房等。實體可以指個體，也可以指總體，即個體的集合。它們抽象的程度與研究區(qū)域的大小、規(guī)模不同而有所不同，如在一張小比例尺的全國地圖中，洞庭湖被抽象為一個點狀實體，而在較大比例尺的湖南省地圖上，需要將洞庭湖的范圍、水系等詳盡地

6、表示出來，洞庭湖則被抽象為一個由簡單點、線、面實體組成的復(fù)雜組合實體，其抽象程度較前者而言較小。因此，地理實體是一個具體有概括性、復(fù)雜性和相對意義的概念。(2) 地理空間數(shù)據(jù)及其特征 地理空間數(shù)據(jù)是指與地理實體或現(xiàn)象的空間位置及其分布有關(guān)的數(shù)據(jù)。地理空間數(shù)據(jù)通常具有空間、屬性和時間三個基本特征（圖2-1）。例如京廣鐵路，既有空間上各站點和特征點的三維坐標(biāo)及其分布特征，又有屬性上的名稱、類型、長度、運輸能力等質(zhì)量與數(shù)量特征，還有某一時間段或某一時刻對應(yīng)的狀況等時間特征?？臻g特征描述事物或現(xiàn)象的空間位置和空間相互關(guān)系，又稱幾何特征和拓?fù)涮卣?，主要用來說明“在哪里”；前者通常用地理實體的坐標(biāo)表達(dá)，后

7、者通常用地理實體的相鄰、相交、相離與包含等拓?fù)潢P(guān)系來表達(dá)。屬性特征是描述事物或現(xiàn)象的名稱、類別、等級、大小等質(zhì)量和數(shù)量特征，即用來說明“是什么”。時間特征用以描述事物或現(xiàn)象隨時間的變化，即用來表達(dá)“怎么樣”；時間特征通常與地理實體的空間特征和屬性特征聯(lián)合使用，并對應(yīng)于具體的時段或時刻，常用于數(shù)值仿真、動態(tài)模擬和動態(tài)制圖的應(yīng)用。圖2-1 地理空間信息/數(shù)據(jù)的基本特征 ( Jack , 1984 )( Jack , 1984 )二地理空間數(shù)據(jù)傳輸與表達(dá)二地理空間數(shù)據(jù)傳輸與表達(dá)1. 地理空間數(shù)據(jù)類型 根據(jù)不同的需要和標(biāo)準(zhǔn)，可以將地理空間數(shù)據(jù)分為不同的類型，且每類數(shù)據(jù)均各有其不同的來源以及采集與處理方

8、法。按照地理空間數(shù)據(jù)的基本特征，可將其分為空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)和時間數(shù)據(jù)三類；根據(jù)表示對象的不同，可將其分為類型數(shù)據(jù)（如汽車站點、道路線和植被分布等不同類型的）、面域數(shù)據(jù)（如行政區(qū)域界線、海洋等面上的）、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)（如道路交點、街道等網(wǎng)絡(luò)的）、樣本數(shù)據(jù)（如氣象站、野外樣方分布等樣本的）、曲面數(shù)據(jù)（如等高線和氣溫分布等的）、文本數(shù)據(jù)（如地名、山名和研究報告等）、符號數(shù)據(jù)（如點狀、線狀和面狀符號等的）。根據(jù)GIS和地圖制圖的數(shù)據(jù)來源與需要，可將地理空間數(shù)據(jù)劃分為如下10種不同的類型：4地理空間信息科學(xué) 地理信息科學(xué)也稱空間信息科學(xué)，是以地理空間和地理信息作地理信息科學(xué)也稱空間信息科學(xué)，是以地理空間和地

9、理信息作為研究對象，借助于地理空間數(shù)據(jù)的獲取、存儲、處理、顯示和表為研究對象，借助于地理空間數(shù)據(jù)的獲取、存儲、處理、顯示和表達(dá)等技術(shù)，研究地理空間信息的形成機(jī)理、傳輸模式以及人類對地達(dá)等技術(shù)，研究地理空間信息的形成機(jī)理、傳輸模式以及人類對地理空間信息認(rèn)知的規(guī)律，從而達(dá)到利用這些信息為人類服務(wù)的目的。理空間信息認(rèn)知的規(guī)律，從而達(dá)到利用這些信息為人類服務(wù)的目的。 地理空間數(shù)據(jù)基本類型:地圖數(shù)據(jù):構(gòu)成地圖內(nèi)容各要素及其相互關(guān)系的數(shù)據(jù)。一般用手扶跟蹤或掃描數(shù)字化的方法獲得;專題數(shù)據(jù):側(cè)重某一或幾類專題要素的數(shù)據(jù)。有明顯專業(yè)和部門特點;用專業(yè)測繪儀器和專題調(diào)查設(shè)備獲得; 遙感數(shù)據(jù):航空航天遙感數(shù)據(jù)。用遙

10、感遙測技術(shù)手段獲得;統(tǒng)計數(shù)據(jù):即屬性特征數(shù)據(jù)。通過監(jiān)測/統(tǒng)計/相關(guān)分析獲得;實測數(shù)據(jù):是借助測量儀器和標(biāo)準(zhǔn)獲得的實地測繪成果數(shù)據(jù);文本數(shù)據(jù):文字記錄數(shù)據(jù)。用調(diào)查收集/咨詢購買/復(fù)制獲得; 紋理數(shù)據(jù):實物外觀/材質(zhì)數(shù)據(jù)。用數(shù)碼攝影+圖像處理獲得; 多媒體數(shù)據(jù):數(shù)字、文字、公式、模型、表格、圖形、影像、聲音與動畫等多種媒體及其組合形式與超媒體鏈接的數(shù)據(jù)。使用多種媒體記錄手段記錄+數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換來獲取; 已有系統(tǒng)數(shù)據(jù):已有數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)。用數(shù)據(jù)共享+交換獲取?？臻g元數(shù)據(jù):是關(guān)于地理空間數(shù)據(jù)和信息資源的描述性數(shù)據(jù)。生產(chǎn)/保管/傳輸數(shù)據(jù)的單位有負(fù)責(zé)提供元數(shù)據(jù)的責(zé)任。2. 地理空間數(shù)據(jù)采集 地理空間數(shù)據(jù)采集是一個復(fù)

11、雜的過程，其主要任務(wù)是將與工作有關(guān)的各種地理空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成地圖制圖和GIS可處理與接收的數(shù)據(jù)形式。地理空間數(shù)據(jù)采集主要用于數(shù)據(jù)獲取、保證數(shù)據(jù)在內(nèi)容與空間上的完整性、數(shù)值邏輯一致性與正確性等，它既是制圖和構(gòu)建GIS首要工作，也是數(shù)據(jù)存儲、處理、管理、分析、表達(dá)和輸出的重要基礎(chǔ)，通常要經(jīng)過驗證、修改、編輯等處理。目前，地理空間數(shù)據(jù)采集的技術(shù)和方法很多，包括手工輸入、數(shù)字?jǐn)z影測量、多源遙感、地圖掃描數(shù)字化、GPS測量、實驗觀測等。 地理空間數(shù)據(jù)采集的主要內(nèi)容為幾何數(shù)據(jù)及其屬性數(shù)據(jù)，至于拓?fù)鋽?shù)據(jù)一般在幾何數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上按需要再進(jìn)行數(shù)據(jù)的挖掘或處理獲得。(1) 幾何數(shù)據(jù)的采集 空間數(shù)據(jù)源和采集設(shè)備都具有多

12、樣性和豐富性。空間幾何數(shù)據(jù)采集的具體方法依據(jù),就是如何利用幾何數(shù)據(jù)、設(shè)備狀況、人力資源和財力狀況等條件。 矢量數(shù)據(jù)的采集，一般有跟蹤數(shù)字化和掃描數(shù)字化。掃描數(shù)字化因其采集速度快、不受人為因素的影響、操作簡單而越來越受到人們的歡迎，再加之計算機(jī)運算速度、存儲容量的提高和矢量化軟件的踴躍出現(xiàn)，使得掃描數(shù)字化已成為幾何數(shù)據(jù)采集的主要方法（圖2-2、圖2-3 ）。圖2-2 地圖信息掃描數(shù)字化流程圖圖2-3 空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與輸入過程野外測量數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)現(xiàn)有地圖像片數(shù)據(jù)遙感圖像數(shù)字信息鍵盤電子數(shù)據(jù)記錄數(shù)字化儀/ 掃描儀攝像機(jī)光驅(qū)軟驅(qū)磁帶機(jī)數(shù)據(jù)輸入空間數(shù)據(jù)庫地理空間數(shù)據(jù)采集技術(shù)系統(tǒng)設(shè)備(2) 屬

13、性數(shù)據(jù)的采集 屬性數(shù)據(jù)是空間數(shù)據(jù)的重要組成部分，通常以二維關(guān)系表的形式保存，一般包括名稱、等級、數(shù)量、代碼等多種內(nèi)容。屬性數(shù)據(jù)的內(nèi)容有時直接記錄在幾何數(shù)據(jù)文件中，有時則單獨存儲為屬性文件，通過關(guān)鍵碼與幾何數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)。例如，河流可數(shù)字化為一組連續(xù)的像素或坐標(biāo)表示的線實體，并可用一定的顏色、符號來表示它的空間特征信息；而河流的屬性數(shù)據(jù)則是指用戶還希望知道的河流長度、寬度、流域面積、通航狀況、管理單位等，這些數(shù)據(jù)都與河流的空間實體相關(guān)，可以通過一個公共標(biāo)識符（如河流編號或名稱）與其實體聯(lián)系起來。 屬性數(shù)據(jù)的采集主要采用鍵盤輸入的方法，有時也可以輔助于字符識別軟件或編制計算機(jī)程序進(jìn)行批量采集。對要單獨

14、存儲到屬性文件（庫）中的屬性數(shù)據(jù)，可通過鍵盤直接鍵入；對要直接記錄到幾何數(shù)據(jù)文件中的屬性數(shù)據(jù)，則須先進(jìn)行編碼，即將各種屬性數(shù)據(jù)變?yōu)橛嬎銠C(jī)可以接受的數(shù)字或字符形式，以便進(jìn)行存儲和管理。圖2-4 現(xiàn)代地球空間信息/數(shù)據(jù)傳輸模型3. 地球空間數(shù)據(jù)傳輸 地理空間數(shù)據(jù)的傳輸是其獲取、表達(dá)和應(yīng)用的紐帶。有效數(shù)據(jù)傳遞所涉及的要素包括數(shù)據(jù)的制造者(可稱為制圖者)、地理空間數(shù)據(jù)本身、數(shù)據(jù)的接收者(可稱為用戶)三個方面。包括地圖信息傳輸和地理空間信息的傳輸兩方面理論。4地球空間數(shù)據(jù)可視化 地球空間數(shù)據(jù)具有廣闊的范疇、豐富的內(nèi)容和復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。為了系統(tǒng)而又本質(zhì)地描述、傳輸、表達(dá)和使用地球空間數(shù)據(jù)，就必須把握它們的基本

15、特征。 可視化能全面且本質(zhì)地把握地球空間數(shù)據(jù)的基本特征，便于迅速、形象地傳輸和表達(dá)地球空間數(shù)據(jù)/信息； 可視化技術(shù)已經(jīng)成為地球空間信息數(shù)據(jù)閱讀/理解/傳輸/表達(dá),進(jìn)而進(jìn)行交互作用的重要工具和手段。(1) 可視化的概念 是“科學(xué)計算可視化”的簡稱，不僅指計算結(jié)果的可視化，還指計算過程的可視化；不僅包括科學(xué)計算可視化即數(shù)據(jù)可視化，還引申為對信息的可視化。 科學(xué)計算可視化。 又稱科學(xué)可視化或電腦可視化，它把人腦和電腦這兩個強(qiáng)有力的信息處理系統(tǒng)連接在一起，通過可視化的交互界面可以讓用戶快速并有效的觀察、查詢、探索、理解大容量數(shù)據(jù)，從而發(fā)現(xiàn)事物隱藏的結(jié)構(gòu)與形態(tài)。信息可視化 把抽象的、大多不具有物理空間本

16、質(zhì)特征的信息轉(zhuǎn)化成為空間分布形式的圖形圖像，從而幫助用戶理解或者發(fā)現(xiàn)隱藏的關(guān)系及結(jié)構(gòu)即稱信息的可視化。(2) 地學(xué)信息可視化 即地球空間信息可視化，可簡稱地學(xué)可視化。地學(xué)可視化是科學(xué)計算可視化與地球科學(xué)相結(jié)合而形成的概念，是關(guān)于地學(xué)數(shù)據(jù)的視覺表達(dá)與可視分析的技術(shù)原理與方法。 它是運用地圖學(xué)、計算機(jī)圖形圖象處理技術(shù)與地理信息技術(shù)，將地球空間信息輸入、處理、檢索、分析數(shù)據(jù)和結(jié)果用地圖圖形/圖像、符號/圖表、文字/表格、錄象/錄音等可視化形式顯示并交互處理的理論、方法與技術(shù)。 地圖可視化 地圖信息可視化的簡稱。它是地圖地理學(xué)家把可視化引進(jìn)地圖學(xué)而形成的概念，是研究可視化在地圖學(xué)中的作用、理論和方法的

17、科學(xué)，其實質(zhì)是視覺交流傳輸和認(rèn)知分析兩方面。 地理可視化 是地理空間信息可視化的簡稱，是地學(xué)可視化中另一個經(jīng)常被使用的概念。地理空間可視化是地圖/地理學(xué)家把可視化引進(jìn)地理科學(xué)而形成的概念，它是研究可視化在地理科學(xué)中的作用、理論和方法的科學(xué)。 GIS可視化 是研究GIS中關(guān)于可視化的理論、方法和技術(shù)的科學(xué)。 專業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域可視化 指研究不同專業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域可視化技術(shù)的科學(xué)理論與方法。 以上關(guān)于可視化的科學(xué)概念都是些名詞解釋而已,今后大家在地圖學(xué)學(xué)習(xí)和地理學(xué)研究中可能會經(jīng)常遇到, 我們在學(xué)習(xí)中再逐步加深理解, 提高認(rèn)識。三三. . 地球體模型地球體模型 將地球表面的地理事物和現(xiàn)象表現(xiàn)在地圖上有兩個矛盾：

18、一個是球面與平面之間的矛盾-通過把地球經(jīng)緯網(wǎng)在大地點控制下,利用地圖投影原理將其轉(zhuǎn)換成平面坐標(biāo)網(wǎng)來解決;另一個是大與小的矛盾-通過縮小比例尺實施地圖概括來解決。 解決上述矛盾必須先要建立起地球體的數(shù)學(xué)表達(dá)模型來!圖2-5 地球體的概念模型球形體一、一、 自然球體與大地體自然球體與大地體 建立地球的數(shù)學(xué)模型,就必須先了解地球的形狀與大小。1.認(rèn)識地球自然表面與自然球體 我國春秋時期，就有天圓地方”的說法-蓋天說。 我國東漢張衡制作了渾天儀,提出了大地是球體,宇宙是無限的觀點（圖2-6 ）。 圖2-6 “天圓地方說”（蓋天說）的地球概念模型 公元2世紀(jì)古希臘托勒密的地心說:大地是宇宙的中心。 畢達(dá)

19、格拉斯和亞士里多德在2000多年前就確信地球是圓的。但直到公元前200年，才由古希臘學(xué)者埃拉托色尼量算出了地球的周長而加以實證（圖2-7）。圖2-7 中世紀(jì)西方人的地球概念模型和宇宙觀護(hù)持神毗瑟拿化身為大海龜，海龜?shù)挠矚け成险局鴰最^大象 ,大象馱著半圓形的大地，大象動一動便引起地震。海龜又站在作為水的象征的眼鏡蛇身上。半圓形的大地中央須彌山聳峙 ,日月繞山運行,當(dāng)日頭投入山后，就呈現(xiàn)出黑暗之夜。圖2-8 古印度人的大地形狀概念模型古印度人的地球概念站在岸上的人見到船只離岸時的情景站在岸上的人見到船只離岸時的情景圖圖2-9 2-9 人們習(xí)慣性直觀感覺到的地球形狀概念人們習(xí)慣性直觀感覺到的地球形狀

20、概念船只靠近船只靠近( (或駛離或駛離) )海岸時所見岸上的景物海岸時所見岸上的景物人的直覺觀感圖2-10 氣象遙感衛(wèi)星從外層空間獲取的地球圖像氣象衛(wèi)星拍攝的地球形狀 以上僅說明地球是個圓球的形體以上僅說明地球是個圓球的形體! !那么它的形那么它的形狀與大小又是怎么樣的呢狀與大小又是怎么樣的呢? ? 下面再繼續(xù)分析。下面再繼續(xù)分析。圖圖2-11 2-11 現(xiàn)代超高空相機(jī)拍攝的地球自然表面影象現(xiàn)代超高空相機(jī)拍攝的地球自然表面影象超高空相機(jī)拍攝的地球表面形態(tài)自然球體認(rèn)識 地球自然表面高低起伏，珠穆朗瑪峰與馬里亞納海溝之間的高差達(dá)近20km20km。 通過天文大地測量、地球重力測量、衛(wèi)星大地測量等精

21、密測量，發(fā)現(xiàn)地球并不是一個很圓的球體，而是一個極半徑略短、赤道半徑略長，北極略突出、南極略扁平近于梨形的橢球體。圖2-12 2-12 地球是個梨形橢球體大地水準(zhǔn)面參考橢球體1 1、自然球體與大地體、自然球體與大地體圖圖2-13 2-13 大地橢球體長短半徑大小示意圖大地橢球體長短半徑大小示意圖認(rèn)識地球橢球體的大小-長期大地測量的結(jié)果如下:地球橢球體的赤道約40077km；子午圈約40009km；靠近赤道附近(0-10)子午線弧長約1106km;靠近極地附近(80-90 )子午線弧長約1117km;中緯度地區(qū)(40-50 )子午線弧長約1111km;圖圖2-14 2-14 大地水準(zhǔn)面包圍的大地體

22、外大地水準(zhǔn)面包圍的大地體外形形大地水準(zhǔn)面與大地體大地水準(zhǔn)面與大地體認(rèn)識地球物理面大地水準(zhǔn)面重力等位面地球物理表面 大地體面 對地球形體的一級逼近! !圖圖2-15 2-15 不同角度觀察水準(zhǔn)面包圍大地體外形圖不同角度觀察水準(zhǔn)面包圍大地體外形圖大地水準(zhǔn)面形狀: :橢球體橢球體歐空局繪制的大地水準(zhǔn)面外形圖圖圖2-17 2-17 地球自然表面、大地水準(zhǔn)面與橢球體面的關(guān)系地球自然表面、大地水準(zhǔn)面與橢球體面的關(guān)系圖圖2-16 2-16 地球重力場包圍的大地重力體外形圖地球重力場包圍的大地重力體外形圖WDM94 模型下重力測量數(shù)據(jù)計算的地球體形狀模型下重力測量數(shù)據(jù)計算的地球體形狀2、旋轉(zhuǎn)橢球體與參考橢球體

23、、旋轉(zhuǎn)橢球體與參考橢球體1.1 1.1 旋轉(zhuǎn)橢球體 即地球橢球體: 地球的數(shù)學(xué)表面是對地球形體的二級逼近(圖2-18)。1.2 旋轉(zhuǎn)橢球體要素 長軸:a, 短軸:b, 扁率:f（ab）/a1.3 地球橢球體定位 將選定的橢球體擺到與大地水準(zhǔn)面最貼近的位置上即對地球形體進(jìn)行了三級逼近,即橢球定位。 圖2-18 大地體與旋轉(zhuǎn)橢球體示意圖1.認(rèn)識橢球體概念與意義 地球橢球體的大小，通常用兩個半徑（長半徑a和短半徑b）,或一個半徑和扁率（ f或 ）來決定。 這些地球橢球體的基本元素a、b、f 等，由于推求所用資料、年代、方法及測定的地區(qū)不同，其結(jié)果并不一致，故地球橢球體的描述參數(shù)有很多種。 在大地測量

24、發(fā)展的歷史過程中，世界主要國家先后推算出許多不同的地球橢球體參數(shù)(見表2-1)。我國常用的幾個橢球體描述參數(shù) 19521952年前采用海福特橢球體;19531953年起采用克拉索夫斯基橢球體; 19781978年起采用IUGG/IAG-75IUGG/IAG-75橢球體（國際大地測量和地球物理聯(lián)合會第1616屆大會第1號決議中推薦的“19751975年基本大地數(shù)據(jù)”給定的橢球體）.世界主要橢球體及描述參數(shù) 我國1978年以后使用的IUGG/IAG-75橢球體基本參數(shù)如下: 地球長半徑 : a = 63781405 ( m ) 地心引力常數(shù):Gm =（39860053）10-8 (m3/s2) 自

25、轉(zhuǎn)角速度: 729211510-11（rad/s1） 橢球體扁率: f1/298.257我國現(xiàn)在使用的2000地心大地坐標(biāo)系橢球體基本參數(shù)如下:地球長半軸: a = 6378137.0 ( m )地心引力常數(shù): = 3.9860044181014=3986004.41810-8 (m3/s2)自轉(zhuǎn)角速度: 7.29211510-5 =729211510-11 (rad/s1)橢球體扁率: f 1/298.257222101 (-引自: 國家測繪局國家測繪局2008年第年第2號公告號公告) 以上兩套參數(shù)在數(shù)據(jù)的尾數(shù)上有一些微小的差別,請大家注意這個區(qū)別,正是由于它導(dǎo)致了測量成果計算的精確性差異!

26、 可以看出地心坐標(biāo)較參心坐標(biāo)系參數(shù)更精確些,肯定結(jié)果更為逼近!表2-1 主要橢球描述參數(shù)與使用國家橢球體名稱年 代橢球體描述參數(shù)主要采用國家或說明長半徑(a)扁率()德蘭布爾(Delambre)18006 375 6531:334.000法國艾黎(Airy)18306 376 5421:334.000英國、北愛爾蘭埃弗瑞斯(Everest)18306 377 2761:300.801英國、印度、緬甸、巴基斯坦白塞爾(Bessel)18416 377 3971:299.152德國、奧地利、荷蘭、瑞典、日本克拉克(Clarke)I18666 378 2061:294.978美國、加拿大、墨西哥、埃

27、及克拉克(Clarke)II18806 378 2491:293.459英國、俄國、法國、加拿大海福特(Hay ford)19106 378 3881:297.000美國、西歐各國、巴西、中國克拉索夫斯基19406 378 2451:298.300前蘇聯(lián)、東歐各國、中國IUGG/ IAG-6719676 378 1601:298.2471967年國際第二個推薦值IUGG/ IAG-7519756 378 1401:298.2571975年國際第三個推薦值IUGG/ IAG-8019796 378 1371:298.2571979年國際第四個推薦值WGS-8419846 378 1371:298

28、.257 GPS全球定位系統(tǒng)/美國地心橢球體美國WGS-84 全球地心坐標(biāo)系橢球體基本參數(shù)如下:地球長半軸: : a = 63781372m，地心引力常數(shù): : Gm =(39860050.6)10-8m3/s2正常二階帶諧系數(shù): : C2.0=484.1668510-61.3010-9自轉(zhuǎn)角速度: : 729211510-110.150010-11 (rad /s)橢球體扁率: f 1/298.257223563第一偏心率: : e20.00669437999013第二偏心率: : e20.00673949674227認(rèn)識正球體的概念與意義 正球體:是指與橢球體的體積相等的球體.按相等體積計

29、算即可將地球橢球體換算成一個正球體，這時地球等體積球體半徑 Rv= 6371110m（按克拉索夫斯基橢球體的體積 V=10832.628m2 計算所得) 。意義:地學(xué)研究將地球視為一個完整的標(biāo)準(zhǔn)球體來對待，這個完整標(biāo)準(zhǔn)的球體就是正球體。參考橢球體及橢球定位參考橢球體及橢球定位參考橢球體定義:把地面確定P點鉛垂線與其相應(yīng)點橢球面法線重合,并在該點上能使其橢球體面與大地水準(zhǔn)面密切接合的那個橢球體,稱為可以此P點為基本參照點,以此球心為基本參考中心,此橢球體面為基本參考面,實施各種地面測量與點位坐標(biāo)計算的參考橢球體。 參考橢球體定位:確定參考橢球體, 進(jìn)而獲得大地測量基準(zhǔn)面和大地起算點基本數(shù)據(jù)的工作

30、,稱參考橢球體定位。 我國定位的大地原點在涇陽縣永樂鎮(zhèn)。以前使用這個點定位的是參心定位橢球體,現(xiàn)在仍然是這個點, 但重新用 2000 年建立的球心坐標(biāo)系 GPS 測量成果換算后定位的橢球體，可稱為球心定位橢球體了。 圖2-19 參考橢球體及其定位地球橢球體定位方法 在天文大地測量中首先選取一個對這個國家比較適中的大地測量原點，并從此點出發(fā)通過事先布設(shè)的三角網(wǎng)點進(jìn)行幾何測量和大地經(jīng)緯度測量，逐一求出各網(wǎng)點至大地水準(zhǔn)面的投影距離H和垂線偏差，再以上述的測量結(jié)果將事先設(shè)置的地球橢球體面位置調(diào)整到與大地水準(zhǔn)面最密接的理想套合位置上，稱為地球橢球體定位。 這種定位，相對于全球而言，只能是局部定位。局部定

31、位的地球橢球體都是局部參考橢球體，國際上有多種大地測量原點和局部參考橢球體,只有全球定位的參考橢球體才是全球定位橢球體,這個橢球體就是WGS-84橢球體。 但我國新定位的2000參考橢球體是全球定位橢球體。地球橢球體與大地水準(zhǔn)面的區(qū)別地球橢球體與大地水準(zhǔn)面的區(qū)別1. 大地水準(zhǔn)面是根據(jù)地球重力場分布計算大地水準(zhǔn)面是根據(jù)地球重力場分布計算得到的閉合曲面，不是人為設(shè)定的；得到的閉合曲面，不是人為設(shè)定的；2. 大地水準(zhǔn)面是不規(guī)則的閉合曲面，不能大地水準(zhǔn)面是不規(guī)則的閉合曲面，不能用數(shù)學(xué)公式進(jìn)行表達(dá)；當(dāng)然也不能計算用數(shù)學(xué)公式進(jìn)行表達(dá)；當(dāng)然也不能計算;3. 地球橢球體是人為選擇的規(guī)則的曲面，地球橢球體是人為

32、選擇的規(guī)則的曲面，目的在于近似代替大地水準(zhǔn)面，以便于目的在于近似代替大地水準(zhǔn)面，以便于地理事物和現(xiàn)象能進(jìn)行投影和計算；地理事物和現(xiàn)象能進(jìn)行投影和計算；4. 一個大地水準(zhǔn)面可以對應(yīng)多個地球橢球一個大地水準(zhǔn)面可以對應(yīng)多個地球橢球體；只有定位了的參心或地心大地坐標(biāo)體；只有定位了的參心或地心大地坐標(biāo)系的橢球體系的橢球體,才能用于測量和計算才能用于測量和計算;5. 大地水準(zhǔn)面會隨地球重力場的變化產(chǎn)生大地水準(zhǔn)面會隨地球重力場的變化產(chǎn)生微小的變動，而地球橢球體一旦選定，微小的變動，而地球橢球體一旦選定，就不再隨時間變化了。就不再隨時間變化了?？臻g參照系：是指測量與標(biāo)定空間點位的一種坐標(biāo)系?？臻g：地球空間或地

33、理空間?？臻g點位：地球表面上的點位。確定地球空間點位的坐標(biāo)系有以下兩種類型：天球坐標(biāo)系： 天球坐標(biāo)系3 3個坐標(biāo)軸指向在空間上是不變的，用三維空間直角坐標(biāo)描述星球（地球及衛(wèi)星）運動狀態(tài)和軌跡；地球坐標(biāo)系： 與地球固聯(lián)，用于描述地面點的空間位置。坐標(biāo)原點在球面用球面坐標(biāo)表示，在球心用球心坐標(biāo)表示。 球面坐標(biāo)就是地理坐標(biāo)，在大地測量中稱為大地坐標(biāo)；因而,大地坐標(biāo)系又有參心與地心之分。 傳統(tǒng)球面坐標(biāo)系中的3 3個坐標(biāo)值，分成了兩個部分：一是地面點在橢球體面或正球體面上的投影位置，采用地理坐標(biāo)(，) 和大地坐標(biāo)(L L，B B)表示；二是地面點至大地水準(zhǔn)面的垂直距離，采用海拔高即大地高H H表示.是分

34、開表示的。第二節(jié)第二節(jié) 地球空間參照系地球空間參照系一、地理與大地坐標(biāo)系一、地理與大地坐標(biāo)系1.地理坐標(biāo)系與大地坐標(biāo)系概念(1) 地理坐標(biāo)系概念 指用地理經(jīng)緯度表示地理空間點位的坐標(biāo)系。地軸、北極、南極、赤道、首子午線/起始子午線構(gòu)成基于地球橢球體的球面地理坐標(biāo)系。 地理經(jīng)度是以首子午線為基準(zhǔn),向東、西各分180180 ,之東為東經(jīng),之西為西經(jīng)；地理緯度是以赤道為基準(zhǔn),向南、北各分9090 ,之北為北緯,之南為南緯。 地理經(jīng)度在天文和大地測量中的表示基本上是不變的;三種經(jīng)緯度:天文經(jīng)緯度-大地經(jīng)緯度-地心經(jīng)緯度是不同的.(2) 大地坐標(biāo)系概念 大地坐標(biāo)系是以參考橢球面、起始子午面和赤道面為參考

35、面，用大地經(jīng)緯度確定地面點在橢球面上投影位置的空間球面坐標(biāo)系。地面點P P的位置用大地經(jīng)度L L大地緯度B B和大地高H H表示。當(dāng)點在橢球面上時，僅用大地經(jīng)度和緯度表示（圖2-82-8）。按確定地理坐標(biāo)時所依據(jù)的參考面、參考線以及測算方法的不同，使地理坐標(biāo)系中的經(jīng)緯度有3 3種描述，即大地經(jīng)緯度、天文經(jīng)緯度和地心經(jīng)緯度。 PSN起始子午面P點子午面圖2-20 地理/大地坐標(biāo)系地軸赤 道BOL LH天文經(jīng)緯度概念: 天文經(jīng)度:首子午面與過觀測點的子午面所夾的二面角； 天文緯度:過觀測點的鉛垂線與赤道面之間的夾角(圖2-212-21) 。 依據(jù): 以大地水準(zhǔn)面和鉛垂線為依據(jù)，通過地面天文測量的方

36、法得到。圖圖2-21 2-21 天文坐標(biāo)系天文坐標(biāo)系天文經(jīng)緯度坐標(biāo)的表示天文經(jīng)緯度坐標(biāo)的表示大地經(jīng)度： 過參考橢球體面某一點的大地子午面與首子午面間的二面角。大地緯度：過參考橢球體面某一點的法線與赤道面夾角。依據(jù): : 以參考橢球體面和法線為依據(jù)，通過大地測量得到。 大地經(jīng)緯度概念:大地經(jīng)緯度坐標(biāo)的表示大地經(jīng)緯度坐標(biāo)的表示圖2-22 大地坐標(biāo)系的概念大地經(jīng)度L、大地緯度B、大地高H HOBL起始子午線北極本地子午線P2. 19542. 1954北京坐標(biāo)系與北京坐標(biāo)系與19801980國家大地基準(zhǔn)國家大地基準(zhǔn)(1) 1954年北京坐標(biāo)系 20世紀(jì)80-90年代我國以前出版的地圖，大多采用1954

37、年北京坐標(biāo)系。它與前蘇聯(lián)1942年普爾科沃天文臺為原點的大地坐標(biāo)系相聯(lián)系，參考橢球體為克拉索夫斯基橢球體。80年代初我國已基本完成了天文大地測量工作。經(jīng)計算表明，54坐標(biāo)系的橢球體面普遍低于我國的大地水準(zhǔn)面，從經(jīng)度105以東逐漸下降，在東部沿海和東北地區(qū)的差距最大可達(dá)65m，全國平均約為29m左右；它的大地控制點多為局部平差逐次獲得的，實際上不能連成一個統(tǒng)一的整體；另外還存在橢球體在中國大陸沒有嚴(yán)格明確的定位和定向、軸的指向含糊不清等問題。(2) 1980(2) 1980國家大地基準(zhǔn)國家大地基準(zhǔn) 為了擺脫1954坐標(biāo)系存在的問題，需建立真正屬于自己的大地坐標(biāo)系,我國在基本完成全國天文大地網(wǎng)布設(shè)

38、和整體平差工作基礎(chǔ)上,1978年在西安全國天文大地網(wǎng)平差會議上確定重新進(jìn)行橢球體定位，于是建立了新的大地坐標(biāo)系1980國家大地坐標(biāo)系,即1980國家大地基準(zhǔn)。參考橢球體為1975年國際橢球體數(shù)據(jù)。原點設(shè)在陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)（西安市北偏西方向約60km處），故也稱1980年西安坐標(biāo)系，該點被稱為西安大地原點。 二、參心與地心坐標(biāo)系二、參心與地心坐標(biāo)系1 1參心坐標(biāo)系與地心坐標(biāo)系概念(1) (1) 參心坐標(biāo)系概念 是指以參考橢球體面為基本參考面，以大地測量起算點/大地原點為基本參考點，以局部參考橢球體中心為基本參考中心的大地坐標(biāo)系。參考橢球體短軸與地球自轉(zhuǎn)軸平行，并指向地球極點方向；大地起始子午面

39、與格林尼治天文臺平均子午面平行；參考橢球體的中心與地球質(zhì)心一般不重合，是個虛擬的“參考中心”，故又稱為非地心坐標(biāo)系。由于參心坐標(biāo)系處理局部區(qū)域數(shù)據(jù)帶來的變形較小，所以，把它又叫局部坐標(biāo)系或相對坐標(biāo)系。它至今對大地測量仍有著重要的實際作用。(2) (2) 地心坐標(biāo)系概念 地心坐標(biāo)系是以地球橢球體中心即地心為原點的空間直角坐標(biāo)系。它的概念是參考橢球體是全球(非局部)的橢球體,橢球體定位時讓其面與全球(非局部)大地水準(zhǔn)面最佳密切,橢球中心與地球質(zhì)心重合且為坐標(biāo)原點,這樣所建立的大地坐標(biāo)系就叫地心坐標(biāo)系。 20世紀(jì)50年代之前，一個國家或一個地區(qū)都是在其所選擇的局部參考橢球體面與所在地區(qū)的局部大地水準(zhǔn)

40、面最佳擬合的條件下，按弧度測量方法來建立各自的局部大地坐標(biāo)系的。由于當(dāng)時除海洋上只有稀疏的重力測量外，大地測量工作只能在各個大陸上進(jìn)行，而各大陸的局部大地坐標(biāo)系間幾乎沒有聯(lián)系。不過在當(dāng)時的科學(xué)發(fā)展水平上，局部大地坐標(biāo)系已能基本上能滿足各國大地測量和制圖工作者的需要了。 但是，為了研究地球體形狀的整體及其外部重力場以及地球動力現(xiàn)象；特別是50年代末，人造地球衛(wèi)星和遠(yuǎn)程彈道武器出現(xiàn)后，為了描述它們在空間的位置和運動軌跡，以及表示其地面發(fā)射站和跟蹤站的位置，都必須采用地心坐標(biāo)系。因此，建立全球地心坐標(biāo)系（或稱世界大地坐標(biāo)系）已成為大地測量所面臨的迫切任務(wù)。 為什么要建立地心坐標(biāo)系？2 2世界地心坐標(biāo)

41、系規(guī)定及地心與地理緯度的區(qū)別世界地心坐標(biāo)系規(guī)定及地心與地理緯度的區(qū)別 坐標(biāo)原點在地球質(zhì)心處。Z 軸指向國際時間局 (簡稱BIH)1984.0BIH)1984.0定義的協(xié)議地極(簡稱CTPCTP)方向,X,X軸指向國際時間局(BIH)1984.0(BIH)1984.0的協(xié)議子午面和CTPCTP赤道的交點，Y Y 軸與 Z Z軸、X X 軸垂直構(gòu)成右手法則,簡稱為WGS-84全球世界的地心坐標(biāo)系。 美國人最早建立并使用了這個地心坐標(biāo)系.我國從2008年起也啟用了自己于2000年建立的地心大地坐標(biāo)系,計劃10年基本完善.圖2-23 WGS-84全球坐標(biāo)系CTP赤道YWGSXWGSZWGS地球質(zhì)心BI

42、H定義零子午圈CTP赤道YWGSXWGSZWGS地球質(zhì)心BIH定義零子午圈(1)(1)世界地心坐標(biāo)系-“WGS-84”坐標(biāo)系WGS-84WGS-84全球定位坐標(biāo)系統(tǒng)的來由：全球定位坐標(biāo)系統(tǒng)的來由： 它是最早由美國應(yīng)用GPSGPS技術(shù)建立起來的，隨后推廣到世界范圍。這是一個國際協(xié)議地球空間參照系，是目前國際上統(tǒng)一采用的世界衛(wèi)星大地測量坐標(biāo)系。 因為地球的形狀、各種潮汐的變化、板塊運動和大陸漂移等，都將影響地心的位置，因此地心坐標(biāo)系的建立也只能是保持在一定的精度范圍內(nèi)，因而它也是相對較為精確的，并非絕對精確的。(2) 地心緯度和地理緯度的區(qū)別 地理緯度/大地緯度為地面法線與地球赤道面的交角。地心緯

43、度為地球半徑(地面點與地心的連線)與赤道面的交角。 在正球體上，可以認(rèn)為地面法線和地球半徑完全一致的。圖2-242-24 地理緯度與地心緯度SWNEP 在橢球體面上，除赤道和兩極外，垂直于地面的直線不通過地心，于是就存在兩種緯度的差異。 由于地球橢球體的經(jīng)線曲率自赤道向兩極減小，所以任意一點P的地理緯度 總是大于它的地心緯度 。三、平面直角坐標(biāo)系三、平面直角坐標(biāo)系 大比例尺測圖采用平面直角坐標(biāo)系(有時補充使用極坐標(biāo)),有兩種情況：一是考慮統(tǒng)一投影的,如高斯投影的平面直角坐標(biāo)系;二是不考慮投影的,如地方獨立的平面直角坐標(biāo)系。1.地圖的平面直角坐標(biāo)系規(guī)定 地圖上平面直角坐標(biāo)系和數(shù)學(xué)上規(guī)定不同。圖上

44、規(guī)定縱軸為x軸,向上(北)為正,向下(南)為負(fù)；橫軸為y軸,向右(東)為正向左(西)為負(fù)；正好與數(shù)學(xué)相反,x與y軸交點O為坐標(biāo)原點。坐標(biāo)象限自縱軸北方向順時針順序編號(圖2-25 )。P(x,y)OXY圖2-25 地圖平面直角坐標(biāo)系圖圖2-26 獨立平面直角坐標(biāo)系獨立平面直角坐標(biāo)系測區(qū)中心點測區(qū)中心點xxyOCyPCHP（X, Y, H）圖圖2-27 施工坐標(biāo)系施工坐標(biāo)系xOy2.獨立平面直角坐標(biāo)系與施工坐標(biāo)系規(guī)定 獨立平面直角坐標(biāo)系是將地面點直接沿鉛垂線方向投影到水平面上，當(dāng)測量或制圖范圍較小時，可以把該區(qū)的球面視為水平面對待（圖2-26）。許多建設(shè)項目缺少大比例尺地圖，為適應(yīng)建設(shè)的急需在沒

45、有控制點成果的情況下經(jīng)常采用獨立坐標(biāo)系。 工程施工坐標(biāo)系是另一種平面獨立坐標(biāo)系，而且也是直角坐標(biāo)系，但不是正位的直角坐標(biāo)，而是任意方向傾斜的直角坐標(biāo)系（圖2-27）。 四、高程參照系與高程基準(zhǔn)四、高程參照系與高程基準(zhǔn)3. 平面極坐標(biāo)系規(guī)定 以向徑和極角構(gòu)成的點位二維平面坐標(biāo)系。極坐標(biāo)系在碎部測量中使用，地圖投影中也經(jīng)常用到(圖2-28） 。 球面坐標(biāo)到平面坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換，就是把三維球面上的點變成二維平面上的相應(yīng)點。XP(,)O圖2-28 平面極坐標(biāo)系 1高程參照系及其建立(1) 高程參照系的規(guī)定 是測繪和計算地面點高程大小的參照系統(tǒng)。高程：地面點到某一參考基準(zhǔn)面的垂直距離。絕對高程或海拔地面點到大

46、地水準(zhǔn)面的垂直距離；相對高程：地面點到任一水準(zhǔn)面的垂直距離；高差：地面點之間的高程差。有正、負(fù)之分 。圖2-29 絕對高程與相對高程概念鉛垂線O假定水準(zhǔn)面大地水準(zhǔn)面HAHAAHBHBhABBPAPBP1P2PBP1P2PA地球表面HA HB 為絕對高程HA HB 為相對高程hAB =HAHB= HAHB 為高差 (1) 1956年黃海高程系 1949年以前我國沒有統(tǒng)一的高程起算面和起算點，曾使用過坎門平均海水面、吳凇零點、廢黃河零點和大沽零點等多個高程基準(zhǔn)面和基準(zhǔn)點。 新中國成立以后，利用青島驗潮站19501956年的觀測記錄，確定黃海平均海水面為全國統(tǒng)一的高程基準(zhǔn)面，并且在青島觀象山埋設(shè)了永

47、久性的水準(zhǔn)原點。以黃海平均海水平面建立起來的高程控制系統(tǒng)，統(tǒng)稱為“1956年黃海高程系”。21956年黃海高程系與1985年國家高程基準(zhǔn) (2) 高程參照系的建立 首先建立統(tǒng)一的高程基準(zhǔn)面/起算面；然后建立起高程控制網(wǎng)，并確定一個高程起算點, 再測量和平差計算。 (2) 1985年國家高程基準(zhǔn) 黃海平均海水平面已經(jīng)發(fā)生了微小變化。1985年我國決定采用青島驗潮站19531979年的潮汐觀測資料所求得的海水面平均值作為新的高程起算面，命名為1985年國家高程基準(zhǔn)。 高程基準(zhǔn)面的變化，標(biāo)志著水準(zhǔn)原點高程的變化，依此推算的青島國家水準(zhǔn)原點高程為72.260m，與舊水準(zhǔn)原點高程72.289m比較相差2

48、8.6mm。使水準(zhǔn)點的高程也隨之發(fā)生了微小變化，但對等高線高程的影響則可忽略不計。 1987年經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)，國家測繪局通告啟用“1985年國家高程基準(zhǔn)”，同時宣布1956黃海高程系和原青島水準(zhǔn)原點高程廢止。一、地圖比例尺與空間尺度概念一、地圖比例尺與空間尺度概念1地圖比例尺的定義 圖上某線段的長度與實地相應(yīng)線段的水平長度之比。 在大比例尺地圖上，各處的比例尺均相等，所以可以直接量測任意兩點的距離。小比例尺地圖上，由于變形的大小隨著圖上所量線段的地理位置與方向不同而變化，要使用投影比例尺。 因而，地圖比例尺就是地圖上某方向微分線段與地面上相應(yīng)微分線段的水平長度之比。第三節(jié)第三節(jié) 空間尺度與地圖比

49、例尺空間尺度與地圖比例尺 地圖上無變形的線和點上的比例尺，叫主比例尺，其余有變形地方的比例尺，叫局部比例尺。 局部比例尺隨其所在位置和方向的不同而發(fā)生變化。 地圖上通常只注一個比例尺，就是主比例尺。比例尺賦予了地圖可量測性，為用戶提供了明確的空間尺度概念。比例尺還隱含其對地圖精度和詳細(xì)程度的描述。2空間尺度的概念 尺度就是度量客體或過程的空間維和時間維大小程度的量度。 地理尺度，包括地理空間尺度和地理時間尺度。(1) 地理空間尺度空間比例尺 地理學(xué)研究的空間尺度主要分為“宏觀”、“中觀”和“微觀” 。空間尺度是對空間比例尺的定性描述。研究性質(zhì)研究內(nèi)容研究對象空間規(guī)模與大小研究對象的等級/水平地

50、理規(guī)律空間尺度宏觀全球性物質(zhì)、能量和信息循環(huán)與轉(zhuǎn)換全球/大洲/大洋/國家(百萬km2以上)國家級緯度或非緯度地帶性小比例尺(1/100 萬萬比例尺)中觀地區(qū)性物質(zhì)遷移/能量轉(zhuǎn)換/信息流動區(qū)域、地區(qū)(幾千幾萬幾千幾萬km2的范圍)省市(有時含大縣) 級水平地帶性與垂直地帶性中比例尺(1/10 1/100萬萬)微觀地方性物質(zhì)形態(tài)轉(zhuǎn)化和狀況變化地方(幾十幾十幾百幾百km2范圍)縣與鄉(xiāng)鎮(zhèn)級地方性地理形態(tài)和變化大比例尺(1/10萬萬比例尺)空間比例尺對于地理研究的性質(zhì)具有決定的意義。 (2) 地理時間尺度地理事件發(fā)生變化的頻度 研究地理現(xiàn)象隨時間變化的模式，選擇合適的時間尺度很重要，因為地理學(xué)是尋求人和

51、地理環(huán)境在特定的空間和時間上復(fù)雜關(guān)系的一門科學(xué)（C.Harris,1982）。）。 地理學(xué)的時間概念與其它領(lǐng)域中的時間概念是不同的，既不象物理學(xué)、化學(xué)時間那樣“短”，也不象社會學(xué)、歷史學(xué)時間那樣“長”。地理學(xué)時間是一種“切過時間量度的斷面”(稱“地理時間斷面”),并且這個時間斷面是“具有一定的厚度”（哈特向1959）。3地圖比例尺與空間尺度的關(guān)系和意義(1) 關(guān)系關(guān)系:不同比例尺下的地理基礎(chǔ)資料對地理空間實體的屬性和相互關(guān)系具有不同程度的抽象和綜合，即比例尺與尺度是對應(yīng)的: 小比例尺“宏觀”尺度的地理規(guī)律； 中比例尺“中觀”尺度的地理規(guī)律； 大比例尺“微觀”尺度的地理規(guī)律。 研究不同空間尺度的

52、地理現(xiàn)象應(yīng)采用相應(yīng)的地圖比例尺。(2) 意義意義:地學(xué)研究與地圖表達(dá)中,應(yīng)根據(jù)其性質(zhì)來選擇相應(yīng)研究尺度范圍和地圖比例尺的地理觀察和統(tǒng)計資料,這樣才能正確表達(dá)地理現(xiàn)象空間存在的規(guī)模,以及與其關(guān)聯(lián)的區(qū)域變異特性的一致性；另外,還可以正確指導(dǎo)地圖編制中的地圖概括即制圖綜合。 二、地圖比例尺的形式與作用二、地圖比例尺的形式與作用1地圖比例尺形式（1）數(shù)字比例尺;（2）文字比例尺;（ 3）圖解比例尺 直線圖解比例尺 以直線的線段形式標(biāo)明圖上線段長度所對應(yīng)地面距離的比例尺形式。直線比例尺具有能直接讀出長度值而無需計算及避免因圖紙伸縮而引起誤差等優(yōu)點，因而被普遍采用。但是直線比例尺只能量到基本單位長度的1/

53、10，要量測到基本單位長度的1/100，需要采用斜分比例尺。圖2-30 圖解直線比例尺 斜分圖解比例尺 根據(jù)相似三角形原理制成的比例尺。利用它可以準(zhǔn)確量取比例尺基本長度單位的百分之一，估讀出千分之一來（圖2-31） 。 例如圖2-33中:兩腳規(guī)a.量測的數(shù)據(jù)=100+80=180(m) ;兩腳規(guī)b.量測的數(shù)據(jù)=100+60+3=163(m)。 圖2-31 地形圖上的斜分比例尺a.正軸等角割圓錐投影 標(biāo)準(zhǔn)緯線8o及40o 比例尺1: :600萬b. 正軸等角切圓柱投影 標(biāo)準(zhǔn)緯線0o 比例尺1: :500萬圖2-32 地圖的投影比例尺復(fù)式圖解比例尺 為了消除投影變形的影響按投影特性繪制的比例尺，故

54、亦叫投影比例尺。是由主比例尺的尺線與局部比例尺的尺線組合而成的比例尺。分為經(jīng)線比例尺和緯線比例尺兩種（圖2-32 ）。 圖解比例尺的優(yōu)點:在于從圖上直接量算地面長度，或?qū)⒌孛嫔祥L度轉(zhuǎn)繪到圖上，只需要在地圖上直接量測即可，不需要計算。受紙張變形及復(fù)制變形的影響相對較小。 圖上比例尺使用習(xí)慣:通常采用幾種比例尺形式配合表示圖上的比例尺概念，最常見的是用數(shù)字比例尺和圖解比例尺中的直線比例尺配合在圖上使用（圖2-33 ）。 圖2-33 數(shù)字比例尺和圖解比例尺中的直線比例尺配合使用2地圖比例尺的作用（1）決定符號圖形及對應(yīng)物體的大小 一方面，當(dāng)實地面積一定時，地圖比例尺決定了地面面積對應(yīng)在圖上符號圖形面

55、積的大?。▓D2-342-34） 。 另一方面，當(dāng)?shù)貓D幅面大小一定時，比例尺決定了圖幅所包括的實地物體面積大小。比例尺大，圖幅對應(yīng)的實地面積小，但符號圖形大；比例尺小，圖幅對應(yīng)的實地面積大，而符號圖形小。這關(guān)系著地圖制作時的符號設(shè)計，大比例尺圖應(yīng)當(dāng)用較大的符號，小比例尺圖應(yīng)用較小的符號。 圖圖2-34 2-34 地面上地面上1 km1 km2 2在在1:51:5萬萬-1:100-1:100萬比例尺圖上相應(yīng)面積比較萬比例尺圖上相應(yīng)面積比較1:10萬1cm21cm1:25萬0.16cm20.4cm1:50萬0.04cm20.2cm1:100萬0.01cm20.1cm1:5萬4 cm22cm（2）決定

56、地圖概括的詳細(xì)程度 地圖比例尺是影響地圖概括的主要因素，也是引起地圖概括的根本原因之一。(具體可看第5章相關(guān)內(nèi)容) （3）影響地圖量測的精度 地圖要求清晰地反映地理事物或現(xiàn)象。正常人的視力只能分辨出地圖上不小于0.1mm的兩點間的距離，因此，地面上水平長度按比例尺縮繪到圖上時不可避免的會產(chǎn)生0.1 mm的誤差。這種相當(dāng)于圖上0.1mm的地面水平長度，叫比例尺精度，或叫極限精度。在比例尺大小不同的地圖上，比例尺精度是不一致的。 根據(jù)比例尺精度，不但可以知道測量水平長度時究竟要準(zhǔn)確到什么程度，反過來又可以確定采用多大的比例尺進(jìn)行測量。例如，測制1:1萬圖時，實地水平長度測量精度只1m。又如，要在圖

57、上顯示出地面0.5m的精度，所采用的地形圖比例尺不應(yīng)小于0.1mm/0.51000 mm =1/5000。 比例尺愈大，圖上量測的精度愈高。沒有注明比例尺，用戶就無法從圖上獲取信息的精確數(shù)量特征。 第四節(jié)第四節(jié) 地圖測繪成圖法地圖測繪成圖法 測繪成圖是指利用測繪儀器實地測量繪制成地圖。這種方法主要用于大比例尺地形圖的測制。我國1: :5萬及更大比例尺和偏遠(yuǎn)地區(qū)1: :10萬的地形圖采用實測成圖法。一、傳統(tǒng)實測成圖法一、傳統(tǒng)實測成圖法 傳統(tǒng)實測成圖法是指用傳統(tǒng)的光學(xué)測繪儀器, ,按照傳統(tǒng)技術(shù)方法和測繪規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)所進(jìn)行的實地測繪工作。主要包括傳統(tǒng)大地控制測量、地形地物測量、內(nèi)業(yè)制圖與印刷等幾個內(nèi)外業(yè)

58、測繪工序。 傳統(tǒng)實測成圖法現(xiàn)在已逐漸被數(shù)字測圖方法所代替。但目前在我國許多邊遠(yuǎn)地區(qū)和落后地方依然還在應(yīng)用, ,就是有先進(jìn)設(shè)備的情況下, ,有時考慮到測繪工作的成本或者方便性, ,也可以適當(dāng)?shù)嘏浜鲜褂谩? 1大地控制測量大地控制測量 建立國家大地控制網(wǎng)，確定地面點平面位置和高程，作為測制各種比例尺地圖的基礎(chǔ)，即建立用于地形地物測量的坐標(biāo)控制框架。 包括平面控制測量和高程控制測量。大地控制測量成果是各種控制點坐標(biāo)值。平面控制測量方法有天文測量、三角測量和導(dǎo)線測量等; 高程控制測量的方法有水準(zhǔn)測量和三角高程測量等。用這些方法測定的點，叫大地控制點，包括平面控制點和高程控制點。這些點相互連接成網(wǎng)狀的三

59、角形，叫三角網(wǎng)。 大地控制點上建造有測量覘標(biāo)，埋設(shè)有標(biāo)石，作為點位的永久性標(biāo)志，受國家法律保護(hù)。（1）天文測量 在大地控制網(wǎng)上選擇一些點作天文點，用觀測天體的方法來確定該點的天文經(jīng)度、天文緯度和該點對地面某一確定目標(biāo)的天文方位角的測量方法叫天文測量。（2）三角測量 應(yīng)用三角學(xué)原理測出已知坐標(biāo)點方位角、一邊水平距及三內(nèi)角計算出其它點位坐標(biāo)的方法。三角形的各頂點叫三角點。各三角形連成鎖狀的叫三角鎖；連成網(wǎng)狀的叫三角網(wǎng)（圖2-352-35）。 它是建立國家平面控制網(wǎng)的基本方法。國家三角網(wǎng)是采用分級布網(wǎng)、逐級控制的原則，先以高精度的稀疏的一等三角鎖縱橫交叉地布滿全國，形成統(tǒng)一的骨干大地平面控制網(wǎng)，然后

60、以一等鎖為控制基礎(chǔ)，根據(jù)不同地區(qū)的特點和需要，在各地區(qū)再布設(shè)二、三、四等三角網(wǎng)。 圖 2-35 三角測量原理示意圖 一等三角網(wǎng) 是一等三角鎖系。鎖段長度約200km，各鎖段由三角形構(gòu)成,邊長約2030km。在鎖系交叉處要精密測定起始邊邊長和起始邊兩端點的天文經(jīng)緯度和方位角。在鎖段中央的一個點上測定天文經(jīng)、緯度。凡測定天文經(jīng)緯度的點都可為計算垂線偏差提供資料。一等三角網(wǎng)實際上是一個天文大地網(wǎng)。圖2-36 國家大地控制網(wǎng)的建立和鎖系布設(shè)方案國家大地控制網(wǎng)及大地原點示意圖國家大地網(wǎng)縱橫鎖系布設(shè)方案 二等三角網(wǎng) 以連續(xù)三角網(wǎng)的形式布設(shè)在一等鎖環(huán)繞的地區(qū)內(nèi)，它是加密三、四等三角點的基礎(chǔ)，與一等鎖一樣同屬

61、于國家高級網(wǎng)。我國二等三角網(wǎng)平均邊長13km，就點的密度論，基本滿足1:5萬測圖要求。三、四等三角網(wǎng) 國家三、四等三角網(wǎng)是在二等三角網(wǎng)基礎(chǔ)上進(jìn)一步加密布設(shè)的，它們是圖根點測量的基礎(chǔ)，其密度必須與測圖比例尺相適應(yīng)，可用插網(wǎng)或插點的方法布設(shè)。 三等三角網(wǎng)平均邊長8km，四等平均約4km。三等網(wǎng)的每個三角點控制面積約50 km2，大體可滿足1:2.5萬或1:1萬測圖需要。 四等網(wǎng)每個三角點控制面積約1520 km2，大體可滿足1:5000或1:2000測圖需要。 對一些沒有合適等級三角點的圖幅測圖時,可以從鄰近各種等級的已知點上引入導(dǎo)線,通過導(dǎo)線測量來解決控制點需要問題。 圖2-37 國家大地控制網(wǎng)

62、的三角鎖和三角網(wǎng)與導(dǎo)線網(wǎng)現(xiàn)代GPSGPS控制測量用戶系統(tǒng)設(shè)備 現(xiàn)代控制測量都已采用GPSGPS導(dǎo)航定位系統(tǒng)+高精度全站儀就可解決問題了。GPSGPS系統(tǒng)由空間衛(wèi)星系統(tǒng),地面支撐系統(tǒng)和用戶設(shè)備三大部分所組成。前兩大部分是應(yīng)用保障系統(tǒng),用戶設(shè)備即GPSGPS接收機(jī)接收衛(wèi)星信號，經(jīng)數(shù)據(jù)處理得到接收機(jī)所在點位的導(dǎo)航和定位信息。能顯示出用戶位置、速度和時間。還顯示一些附加數(shù)據(jù)，如到航路點的距離和航向或圖示。 下圖2-382-38即為GPSGPS測量系統(tǒng)組件。圖2-38 現(xiàn)代控制測量系統(tǒng)的儀器設(shè)備（3）導(dǎo)線測量 是建立國家平面控制網(wǎng)的一種輔助方法，主要用于工程建設(shè)和地形測圖的平面控制等方面（圖2-39）。

63、 方法是：首先選擇一系列的測量點，這些點依次相連成連續(xù)折線；然后測量各導(dǎo)線邊的長度和轉(zhuǎn)折角；最后根據(jù)起算數(shù)據(jù)，推算出各邊的坐標(biāo)方位角，從而求出各導(dǎo)線點的坐標(biāo)。圖2-39 用全站儀進(jìn)行導(dǎo)線測量示意圖Y1-2X1-22T1-0D1-2D2-3D3-413P3P0P1P2P4YOX全站儀全站儀（4 4）水準(zhǔn)測量 為了建立國家統(tǒng)一高程控制網(wǎng)，通常采用平均海水面為高程基準(zhǔn)面。陸地上所有的高程都從這一基準(zhǔn)面起算。有了高程起算面，利用水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺，進(jìn)行水準(zhǔn)測量。 根據(jù)視線水平在水準(zhǔn)尺上讀數(shù)的原理，推算地面兩點高差來測定高程，進(jìn)而可求得各水準(zhǔn)點的高程值。 水準(zhǔn)測量一般適合于平坦地區(qū)，精度高；在地形起伏較大的

64、地區(qū)，常進(jìn)行三角高程測量（圖2-402-40）。）。 水準(zhǔn)點也是逐級布設(shè)和測定的，分為一、二、三、四等，高級控制低級，用以保證各點的高程精度，構(gòu)成全國統(tǒng)一的高程控制網(wǎng)，作為聯(lián)測平面控制部分控制點高程的依據(jù)。圖2-40 水準(zhǔn)儀及用水準(zhǔn)測量示意圖 2地形地物測量 （1）外業(yè)測圖 在已測控制點基礎(chǔ)上對地形地物點所進(jìn)行的大比例尺測量成圖的方法叫大比例尺測圖，因為這種測圖工作一般都是在野外進(jìn)行的，故習(xí)稱外業(yè)測圖，或者叫野外測圖。 又因使用的都是傳統(tǒng)普通測量儀器，所以也叫普通測量。 普通測量因為可直接測繪出地形地物點的平面位置和高程，所以也稱地形測圖（圖2-412-41）。這是一種非常經(jīng)典的全野外測圖方式

65、，常規(guī)的大范圍地形圖測繪工作目前已較少采用，只在局部小范圍補測時才用。圖2-41 平板儀及用平板儀測量地形地物點示意圖 傳統(tǒng)外業(yè)測圖主要儀器有平板儀、經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀等，根據(jù)已有控制點坐標(biāo)值進(jìn)行，不足時可用導(dǎo)線/三角測量與交會等方法加密出足夠的控制點，并將這些點坐標(biāo)值展繪在圖紙上，再到野外安置好圖板和儀器，即可逐步分片測出大比例尺地形圖。（2）航測成圖 傳統(tǒng)大范圍地形地物測量一般都是采用航空攝影測量的方法. 航空攝影:即利用飛機(jī)在空中拍攝有一定重疊的航攝像片立體象對（圖2-42）,再通過建立地面光學(xué)模型來實現(xiàn)航測成圖； 航測外業(yè)：即野外控制測量與實地調(diào)繪； 航測內(nèi)業(yè)：即控制點加密和測圖。 根據(jù)測

66、圖要求和條件不同分為綜合法、微分法和全能法3種.a.用航空攝影獲取地面立體象對 b.用多倍儀對立體象對的光學(xué)模型測圖圖2-42 航空攝影及建立地面光學(xué)模型進(jìn)行全能法攝影測量的原理 綜合法成圖 是室內(nèi)攝影測量與野外普通測量方法的組合。 地物平面部分在室內(nèi)用相片獲得（相片傾斜糾正與地物平面位置測定），地形等高線與高程部分在野外用普通測量儀器測得。 基本內(nèi)容為：室內(nèi)加密控制點、相片糾正、相片圖測圖、單張相片測圖、分帶轉(zhuǎn)繪等5方面。適于平坦地區(qū)成圖。 微分法成圖 是航測外業(yè)與航測內(nèi)業(yè)的結(jié)合，所以又稱分工法。即地物屬性部分用相片在外業(yè)實地調(diào)繪；地形等高線與高程在內(nèi)業(yè)用相片在立體量測儀上測繪；最后將地形地物用單投影儀轉(zhuǎn)繪成地形原圖。主要步驟有： 獲取相片控制點和調(diào)繪資料； 確定相片基線、航高和傾角； 在立體量測儀上進(jìn)行相片定向和測繪等高線； 用單投影轉(zhuǎn)繪儀進(jìn)行分帶投影轉(zhuǎn)繪，使等高線及地物圖形分帶轉(zhuǎn)繪在繪有控制點的圖版上，最后獲得相應(yīng)比例尺的地形圖。此法適合于丘陵地區(qū)測圖。 全能法成圖 用相片外業(yè)調(diào)繪地物屬性，室內(nèi)用多倍投影儀在地面立體象對的光學(xué)模型上測繪地物和地形的全部平面位置與高程，制成地形原圖