文档介绍：地图投影与GIS (Map Projection & GIS)
1、地图投影发展史
2、GIS中地图投影的重要性
3、GIS中地图投影的判别
4、投影分类
5、地图投影的变换
6、地图投影基本方法
7、GIS中地图投影的应用
地图投影发展史
最早使用投影法绘制地图的是公元前3世纪古希腊地理学家埃拉托色尼。在这之前地图投影曾用来编制天体图(不过天体图的投影是从天球投影到平面,而不是地球;但两者原理相同)。埃拉托色尼在编制以地中海为中心的当时已知世界地图时,应用了经纬线互相垂直的等距离圆柱投影。1569年,比利时的地图学家墨卡托首次采用正轴等角圆柱投影编制航海图,使航海者可以不转换罗盘方向,而采用大圆直线导航。卡西尼父子设计的用于三角测量的投影及兰勃特提出的等角投影理论和设计出的等角圆锥、等面积方位和等面积圆柱投影,使得17-18世纪的地图投影具有了时代的特点。
19世纪,地图投影主要保证大比例尺地图的数学基础,以适应军事制图发展和地形测量扩大的需要。19世纪还出现了高斯投影,它是德国高斯设计提出的横轴等角椭圆柱投影,这种投影法经德国克吕格尔加以补充,成为高斯-克吕格尔投影。19世纪末期以后俄国一些学者对投影作了较深入地研究,对圆锥投影常数的确定提出了新见解,又提出了根据已知变形分布推求新投影和利用数值法求出投影坐标的新方法。20世纪50年代以来中国提出了双重方位投影、双标准经线等角圆柱投影等新方法。20世纪60年代以来,美国学者对地图投影的研究结果,提出空间投影、变比例尺地图投影和多交点地图投影,为人造地球卫星等提供了所需的投影。
GIS中地图投影的重要性
地图投影定义:就是指建立地球表面(或其他星球表面或天球面)上的点与投影平面(即地图平面)上点之间的一一对应关系的方法。即建立之间的数学转换公式。它将作为一个不可展平的曲面即地球表面投影到一个平面的基本方法,保证了空间信息在区域上的联系与完整。这个投影过程将产生投影变形,而且不同的投影方法具有不同性质和大小的投影变形。
地图投影的原理:
由于投影的变形,地图上所表示的地物,如大陆、岛屿、海洋等的几何特性(长度、面积、角度、形状)也随之发生变形。每一幅地图都有不同程度的变形;在同一幅图上,不同地区的变形情况也不相同。地图上表示的范围越大,离投影标准经纬线或投影中心的距离越长,地图反映的变形也越大。因此,大范围的小比例尺地图只能供了解地表现象的分布概况使用,而不能用于精确的量测和计算。地图投影的实质就是将地球椭球面上的地理坐标转化为平面直角坐标。用某种投影条件将投影球面上的地理坐标点一一投影到平面系坐标系内,以构成某种地图投影。
重要性:
1、目前的地图数据仍是GIS的主要信息源,空间分析通常也是地图分析为主体的。各种地图根据其各方面不同而选择不同,因此,人们从地图上获取GIS空间信息时,必须考虑其所使用的投影及其坐标系。
2、地理坐标为球面坐标,不方便进行距离、方位、面积等参数的量算,通过具有严密数学基础的地图投影转换,变换成异域操作分析的平面直角坐标系或极地坐标系。
3、GIS中的地图尽管属于数字地图,其信息源也可能不是平面地图,但最终信息将以它显示或输出,然而地球椭球体为不可展平面,这是需地图投影
GIS中地图投影的判别
任何严格意义上的地图,都必须具有特定的数学基础。即所有地图都是先建立数学基础,然后才添加内容要素的。对一幅地图来说,其包含的地图投影是确定的。是建立空间数据库必需的。GIS中投影判别的三种主要方法:
1、地图设计书:
地图设计书是编制地图的立法性文件,是制图过程不可缺的环节,它对地图投影的选择、地图概括、整饰、表示方法等都有明确规定。
2、地图常识和惯例:
一幅地图投影的选择是综合各种影响因素(区域所在位置、区域形状、地图的用途、精度要求等等),那么就可以根据地图投影的一般常识和规律来判断投影类型。
投影分类
1、按变形方式:①等角投影②等面积投影③任意投影
2、根据正轴投影时经纬网的形状分类:
①几何投影:a、平面投影b、圆锥投影c、圆柱投影。d、多圆锥投影
②条件投影:a、伪方位投影b、伪圆柱投影
c、伪圆锥投影
3、根据投影面与地球表面的相关位置分类:
①正轴投影②斜轴投影③横轴投影
4、几何投影中根据投影面与地球表面的关系:
①切投影②割投影
常见种类
有墨卡托投影、高斯-克吕格投影、斜轴等面积方位投影、双标准纬线等角圆锥投影、等差分纬线多圆锥投影、正轴方位投影等。