第2章 GIS的地理基礎.ppt

1、第2章 GIS的地理基礎,2.1地球空間的認知及表達 2.2地球形狀與地球空間模型 2.3空間參照基礎的坐標系 2.4地球時間系統(tǒng),地理基礎是地理信息數(shù)據(jù)表示格式與規(guī)范的重要組成部分。,2.1地球空間的認知及表達,人類認識地球可以說經歷了三次大飛躍，第一次“地理大發(fā)現(xiàn)”對地球是球體的認識，第二次“哥白尼的日心說”對地球繞日運動的認識，第三次“數(shù)字地球”的認識，則有助于人類監(jiān)控地球，人們對地球科學的認知走過了艱難的歷程。 地球在宇宙中運動，受近地天體的影響，尤其是受太陽的影響。從日地關系來看，地球空間包括被太陽風包圍著的、受地球磁場控制的空間區(qū)域，也是各種應用衛(wèi)星、空間站和載人飛船運行的主要空間

2、區(qū)域，是地球最重要的宇宙環(huán)境（見圖2.1）。 地理學主要研究地球表層的環(huán)境特點及演變規(guī)律。人們用“空間實體”來概括表達對表層（現(xiàn)實世界）有意義的環(huán)境，空間實體是對現(xiàn)實世界有意義的東西的統(tǒng)稱。對于空間實體來說，它是有形狀的，可用維度表達。 人們對地球空間的認識可概括成圖2.2。,圖2.1 日地關系及最重要的宇宙環(huán)境,圖2.2 地球空間的認知,2.1.1地理實體和地理數(shù)據(jù)1.地理實體和地理數(shù)據(jù)概念 GIS的研究對象是地理實體。即指地球表層自然現(xiàn)象和社會經濟要素中不能再分割的單元。 地理實體類別及實體內容的確定是從具體需要出發(fā)的，具有很強的尺度特征。 GIS中的地理實體是一個概括、復雜、相對的概念。

3、如：面狀實體在小比例尺表達時可能成為點狀實體。點狀實體在大比例尺可視化里也許就成為面狀實體。,地理數(shù)據(jù)用于描述空間要素的空間位置，或離散或連續(xù)。 離散要素是指觀測值是不連續(xù)的，形成分離的要素，并可單個識別，包括點要素（如井）、線要素（如道路）和面要素（如土地利用類型）等； 連續(xù)要素指觀測值是連續(xù)的要素（如降水量和等高線分布等）。 根據(jù)空間特征，地理實體也可分為離散型和連續(xù)型兩種；也可進一步簡化、抽象分為點、線、面、體等實體類型。,2.地理數(shù)據(jù)與地理實體的關系 所有地理數(shù)據(jù)都是地理實體的概括，反映地理實體在地表分布的定位數(shù)據(jù)都是依據(jù)一定的地表定位參照系統(tǒng)。 地理數(shù)據(jù)是各種地理特征和現(xiàn)象間關系的符

4、號化表示，是一種較復雜的數(shù)據(jù)類型，涉及到空間特征、屬性特征及它們之間關系的描述，人們常把地理數(shù)據(jù)稱為空間數(shù)據(jù)。但地理實體以什么形式存儲和處理反映了實體空間、屬性和時間三個特征,也是地理空間分析的三大基本要素。 空間特征包括地理位置和空間關系，定位數(shù)據(jù)描述地物所在位置，這種位置既可以根據(jù)大地參照系定義，如大地經緯度坐標，也可以定義為地物間的相對位置關系，如空間上的距離、鄰接、重疊、包含等； 屬性特征又稱為非空間特征，是屬于一定地物、描述其特征的定性或定量指標（包括名稱、等級、類別等），即描述了信息的非空間組成部分，包括語義與統(tǒng)計數(shù)據(jù)等； 時間特征是指地理數(shù)據(jù)采集或地理現(xiàn)象發(fā)生的時刻或時段，反映時

5、序變化等，時間數(shù)據(jù)對環(huán)境模擬分析非常重要。,3.地理數(shù)據(jù)與比例尺 用地理數(shù)據(jù)表示現(xiàn)實世界經歷了一定的對地理實體的概括和綜合過程的，地圖概括、地圖比例尺的概念都反映了這個特征。 地理數(shù)據(jù)是有選擇地表示那些反映客觀世界的主要地理實體及其重要特征，其表示的地理實體的數(shù)量和特征的詳略程度主要受地圖比例尺和影像空間分辨率的影響，如圖2.4所示。,在GIS中，地理數(shù)據(jù)對地理實體概括描述的程度主要以地圖比例尺表示。地圖比例尺定義為地圖上一條直線段的長度與其在地面上相應的水平投影長度之比。地圖比例尺主要有三種形式：數(shù)字式、說明式和圖解式。GIS在地圖形式顯示或輸出地理數(shù)據(jù)時，經常使用圖解式比例尺。這是因為隨著

6、顯示在計算機屏幕上的地圖的放大或縮小，圖解比例尺相應地按比例拉長或縮短。 比例尺的大小決定地圖表達地理實體內容的詳略，對地理數(shù)據(jù)所表示的地理實體詳略程度有影響。但GIS表達地理實體主要與數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)量多少有關；GIS中地理數(shù)據(jù)的精度及其所表示的地理實體的詳略程度，主要取決于原始地圖或影像資料的比例尺。,4.地理數(shù)據(jù)的分類與編碼 地理數(shù)據(jù)或信息種類繁多、內容豐富，只有將“現(xiàn)實世界”按一定的規(guī)律進行分類和編碼，才能使其在“信息世界”中有序地存儲、檢索，以滿足各種應用分析需求。 （1）屬性數(shù)據(jù)編碼 在屬性數(shù)據(jù)中，有一部分是與幾何數(shù)據(jù)的表示密切相關的。例如，道路的等級、類型等，決定著道路符號的形狀、

7、色彩、尺寸等。在GIS中，通常把這部分屬性數(shù)據(jù)用編碼的形式表示，并與幾何數(shù)據(jù)一起管理。 編碼是指確定屬性數(shù)據(jù)的代碼的方法和過程。代碼是一個或一組有序的易于被計算機或人識別與處理的符號，是計算機鑒別和查找信息的主要依據(jù)和手段。編碼的直接產物就是代碼，而分類分級則是編碼的基礎。,（2）分類編碼的原則 分類是將具有共同的屬性或特征的事物或現(xiàn)象歸并在一起，而把不同屬性或特征的事物或現(xiàn)象分開的過程。 分類是人類思維所固有的一種活動，也是認識事物的一種方法。 分類的基本原則是：科學性、系統(tǒng)性、可擴性、實用性、兼容性、穩(wěn)定性、不受比例尺限制及靈活性等。,（3）分類碼和標識碼 分類碼是直接利用信息分類的結果制

8、定的分類代碼，用于標記不同類別信息的數(shù)據(jù)。分類碼一般由數(shù)字、或字符、或數(shù)字字符混合構成。 標識碼是間接利用信息分類的結果，在分類的基礎上，對某一類數(shù)據(jù)中各個實體進行標識，以便能按實體進行存儲和逐個進行查詢檢索。標識碼通常由定位分區(qū)和各要素實體代碼兩個碼段構成 。,分類碼,標識碼,2.1.2地理實體類型及空間關系 1.地理實體空間基本類型及表示方法 按空間分布特征，地理實體類型可劃分為點、線、面、體。相應地實體的維數(shù)就有0、1、2、3 維之分。 地理數(shù)據(jù)根據(jù)點、線、面和體的劃分來描述地理實體的空間分布及其專題特性。 地理實體的基本類型及表示方法 點狀：包括實體點、注記點、內點、角點、節(jié)點等。點有

9、特定位置，不能按比例尺表示 線狀 ：包括線段，邊界、鏈、弧段、網絡等呈線狀或帶狀延伸分布，在地圖上它們以線狀符號表示，在GIS中，看成具有相同屬性的點的軌跡、線或折線，由一系列的有序集坐標表示，并有實體長度、彎曲度、方向性等特性 。 面狀或體狀：即多邊形或多面體。呈面狀分布，且其分布面積和實際形狀輪廓能按比例表示。以面狀符號表示。有離散型面狀連續(xù)型面狀實體在空間上每一點呈連續(xù)的區(qū)域分布，實體和連續(xù)型面狀實體。離散型面狀實體呈不連續(xù)的區(qū)域分布，連續(xù)型面狀實體在空間上每一點呈連續(xù)的區(qū)域分布。 見教材表2.1,注意： 現(xiàn)實世界的各種現(xiàn)象是比較復雜的，往往由不同的空間單元組合而成。所以，復雜實體可由簡

10、單實體組合來表達。用點、線、面兩兩之間組合可表達復雜的空間問題。 在地圖上，通過地圖概括或比例尺改變，實體維數(shù)的表示可以改變，如：“面（大比例尺的居民點）變到點（小比例尺居民點）”或“面（雙線河）變到線（單線河）”。同樣，在GIS中，實體維數(shù)的表示也是根據(jù)比例尺改變的，見圖2.5所示。,2. 地理實體的空間關系 拓撲關系、距離關系、方向關系 拓撲（Topology）一詞來源于希臘文，拓撲學是幾何學的一個分支，研究在拓撲變換下能夠保持圖形關系不變的幾何屬性，即“拓撲屬性”，指的是一個點在一個弧段的端點，或一個點在一個區(qū)域的邊界上；而“非拓撲屬性”指兩點之間的距離，弧段的長度，區(qū)域的周長、面積等。

11、拓撲結構應包括：唯一標識，多邊形標識，外包多邊形指針，鄰接多邊形指針，邊界鏈接，范圍界定（最大和最小x、y坐標值）。,（1）拓撲關系定義 指滿足拓撲幾何學原理的空間數(shù)據(jù)點間的相互關系。即用結點、圓弧和多邊形所表示的實體之間的鄰接、關聯(lián)和包含等關系?；蛑鸽m圖形保持連續(xù)狀態(tài)下變形，但圖形關系不變的性質（如將橡皮任意拉伸，壓縮，但不能扭轉或折疊）。 （2）拓撲關系種類 依系統(tǒng)元素之間的關系可分為關聯(lián)性、鄰接性、連通性、包含性等。 關聯(lián)性：指不同類要素之間，如圖2.6中的結點（9）與弧段（5、6、3）關聯(lián)，多邊形（2）與弧段（3、5、2）關聯(lián)。, 鄰接性：指同類元素之間，如多邊形之間或結點鄰接矩陣表達

12、如圖2.7所示。其中“1”表示鄰接，“0”表示不鄰接。 連通性：是衡量網絡復雜性的程度，常用指數(shù)和指數(shù)計算它。其中，指數(shù)等于給定空間網絡體節(jié)點連線數(shù)與可能存在的所有連線數(shù)之比；指數(shù)用于衡量環(huán)路，節(jié)點被交替路徑連接的程度稱為指數(shù),等于當前存在的環(huán)路數(shù)與可能存在的最大環(huán)路數(shù)之比。連通性常用于網絡分析中確定路徑或分析街道是否相通等。連通矩陣如圖2.8所示，其中“1”表示連通，“0”表示不連通。 包含性：指面狀的實體包含了哪些線（?。Ⅻc或面狀實體。,圖2.7鄰接性表達 圖2.8 連通性表達,（3）拓撲關系表達 GIS領域目前對于拓撲關系的表達普遍采用Egenhofer的9交叉模型。 模型首先對線、面

13、幾何目標根據(jù)其拓撲功效劃分三個部位：邊界Y、內部Yo、外部Y ，然后通過這些部位的二元邏輯交運算，根據(jù)結果0/1(無交/有交)的組合值確定拓撲關系的種類，然后尋求對應的自然語言的描述。 由于兩實體比較三個部位的組合產生33=9種組合，因此稱“9交叉模型”，通常采用33的矩陣來表示。如圖2.9所示。,圖2.9 面、線目標的拓撲部位表示（其中：邊界Y、內部Yo、外部Y）,通過分析棄除矩陣中無意義的0/1組合，最后得到線與面目標的拓撲關系有19種，面與面目標的拓撲關系有8種，分別如圖2.10和圖2.11所示。,圖2.10 線與面目標的19種拓撲關系表達,圖2.11 面與面目標的8種拓撲關系表達,（4

14、）拓撲數(shù)據(jù)結構存儲 空間數(shù)據(jù)的拓撲關系如圖2.12所示。 結構存儲表達如表2.2（a）（d）所示。其中表2.2（a）是結點與弧段的拓撲關系。,圖2.12 空間數(shù)據(jù)的拓撲關系,（5）拓撲關系對GIS空間分析的意義 拓撲關系對于數(shù)據(jù)處理和GIS空間分析具有重要的意義。表現(xiàn)為： 第一，拓撲關系能清楚地反映實體之間的邏輯結構關系，它比幾何關系具有更大的穩(wěn)定性，不隨地圖投影而變化； 第二，拓撲有助于空間要素的查詢，利用拓撲關系可以解決許多實際問題（如區(qū)域的鄰接和相鄰問題分析）； 第三，根據(jù)拓撲關系可重建地理實體，這對于虛擬GIS發(fā)展很有利。,2.1.3地理數(shù)據(jù)、地理實體與圖層 在GIS中，地理數(shù)據(jù)是以圖

15、層（Map Layer 或Coverage）為單位進行組織和存儲的。 一幅圖層表示一種類型的地理實體，它包含了以一定的柵格或矢量數(shù)據(jù)結構組織的有關同一地區(qū)、同一類型地理實體的定位和屬性數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)相互關聯(lián)，存儲在一起形成一個獨立的數(shù)據(jù)集（Dataset）。 由于一幅圖層反映某一特定的主題，因此，它又稱為專題數(shù)據(jù)層（Thematic Data Layer）。 圖層表示法就是以圖層為結構表示和存儲綜合反映某一地區(qū)的自然、人文現(xiàn)象的地理分布特征和過程的地理數(shù)據(jù)，這種方法實際上源自傳統(tǒng)的專題地圖表示法。專題地圖主要用于反映某一主題地理現(xiàn)象的分布特征，一個地區(qū)的自然和人文地理綜合特征是通過使用一系列的

16、專題地圖來表示的。存儲在GIS中的每一幅圖層可看作是一幅反映單一主題現(xiàn)象的專題地圖，但是，一個圖層只能用于描述單一地理實體（點、線或面）。,1地理數(shù)據(jù)或實體分層基本原則和方法 （1）在劃分圖層時遵循基本的原則有： 不同的圖形對象類型存放在不同的圖層； 基礎地理數(shù)據(jù)作為單獨圖層； 依系統(tǒng)對各種數(shù)據(jù)的處理方式不同而分層存放。 （2）實施的方法：。 專題分層：每圖層對應一個專題，包含某一種或某一類數(shù)據(jù)或實體。如地貌層、水系層、道路層、居民地層等。 時間序列分層：把不同時間或不同時期的數(shù)據(jù)作為一個數(shù)據(jù)層。如2000年和2005 年福州林地數(shù)據(jù)就可存放兩個圖層中。 幾何特征分層：把點、線、面不同的幾何特

17、征數(shù)據(jù)分成不同的層，如高程點只有位置，沒有長度與面積；如道路、水系等，抽象成線，由點串構成，有長度屬性；面狀的水庫湖泊等，不但有位置，而且還有面積、周長等屬性。,2、地理數(shù)據(jù)或實體分層的目的 地理數(shù)據(jù)分層后便于空間數(shù)據(jù)的管理、查詢、顯示和分析等。主要目的為： （1）空間數(shù)據(jù)分為若干數(shù)據(jù)層后，對所有空間數(shù)據(jù)的管理就簡化為對各數(shù)據(jù)層的管理，而一個數(shù)據(jù)層的數(shù)據(jù)結構往往比較單一，數(shù)據(jù)量也相對較小，管理起來就相對簡單。 （2）對分層的空間數(shù)據(jù)進行查詢時，不需要對所有空間數(shù)據(jù)進行查詢，只需要對某一層空間數(shù)據(jù)進行查詢即可，因而可加快查詢速度。 （3）分層后的空間數(shù)據(jù)，由于便于任意選擇需要顯示的圖層，因而增加

18、了圖形顯示的靈活性。 （4）對不同數(shù)據(jù)層進行疊加，可進行各種目的的空間分析，特別有利于地圖的疊加分析。,3處理數(shù)據(jù)時應注意的問題 在使用GIS采集和處理地理數(shù)據(jù)、地理實體和圖層之間的關系時，應注意以下幾個問題。 某些空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)要求把點、線、面實體分別組織、存儲在不同的圖層中，如早期版本的Arc/Info對Coverage的存儲，點與面目標不能存放在一起。 由于不同屬性描述，所定義的屬性表是不一樣的，所以，同一種幾何類型但功能不同的地理實體應分別組織、存儲在不同的圖層中。 反映同一地理實體但具有不同比例尺或不同資料來源的地理數(shù)據(jù)應分別組織、存儲在不同的圖層中。 對來源于不同部門或需要經常

19、更新的地理數(shù)據(jù)應分別組織、存儲在不同的圖層中。 當研究的區(qū)域范圍較廣時，由于地理數(shù)據(jù)量大，應注意合理分幅，然后再將各分幅數(shù)據(jù)分別存儲，構建所需的圖層。,2.2地球形狀與地球空間模型,2.2.1 地球的形狀 地球在宇宙中是不停地運動著的。長期以來，人們對地球形狀的認識常描述為球體、或橢球體、或不規(guī)則的橢球體、或具有高低起伏的扁球體。究竟如何表達描述地球形狀，則與人們對了解地球所要求的精度相關。,地球自然地面實際呈高低起伏。最高處為珠穆朗瑪峰頂，海拔884443m，最低馬里亞納海溝底，海拔 -11034m，但兩者相差約20km，若與地球的赤道半徑6378.140km和極半徑6356.755km相比

20、，或與地球的平均半徑6378.14km對比，懸殊較大。若用相同的比例尺縮小來反映地球，則難以表達地表的20km的差別。人們常把地球視為“圓球體”，如地球模型之一“地球儀”，所以在研究地球形狀時，主要視精度的需求而定。 人們或用規(guī)則的橢球體來模擬地球，或用規(guī)則的球體來模擬地球，或用大地水準面來模擬真實的地面（如圖2.14所示）。換一句話說，對現(xiàn)實世界的數(shù)據(jù)表達可以采用地球空間模型。 地圖和GIS其實都是地球模型，地圖以圖形符號來記載和表示地理數(shù)據(jù)；GIS以數(shù)字形式來記載和表示地理數(shù)據(jù)。,2.2.2 地球空間模型 如何描述地球的形狀？這是地圖和GIS要解決的重要問題之一。一般可用地球空間模型表達，

21、常見的地球空間模型有以下幾種。 （1）地球的自然表面：是一個高低起伏、不規(guī)則的表面，包括海陸表面。 （2）地球大地水準面：假設當海水處于完全靜止的平衡狀態(tài)時，從海平面延伸到所有大陸下部，而與地球重力方向處處正交的一個連續(xù)、閉合的水準面，也就是地球引力場的等勢面，稱為大地水準面。如圖2.14所示。,（3）地球橢球體模型：以大地水準面為基準建立起來的地球橢球體模型（見圖2.15），表面是個規(guī)則的數(shù)學表面，橢球體的大小通常用兩個半徑長半徑a（也叫赤道半徑）和短半徑b（也叫極半徑），或由一個半徑和扁率u或偏心率e來決定。其中： 扁率：,第一偏心率：,第二偏心率：,圖2.15地球橢球體模型,對于旋轉橢球

22、體的描述，由于計算年代不同，所用方法不同；測定地區(qū)不同，其描述方法也不同。 一百多年來，各國研究者對地球橢球體進行了眾多研究，提出了多組地球橢球體參數(shù)。常用參數(shù)數(shù)據(jù)如表2.3。不同的GIS軟件，所提供的旋轉橢球體模型種類有不同，如Arc/Info軟件中提供了30多種旋轉橢球體模型。,我國于1954年開始采用前蘇聯(lián)克拉索夫斯基（Krasovski）橢球體作為地球表面幾何模型，即1954年北京坐標系。20世紀70年代末建立了新的1980西安坐標系，采用了國際大地測量與地球物理聯(lián)合會（IUGG）提供的橢球體。1984年后采用了世界大地坐標（WGS84）橢球體，建立的是國家大地坐標系。 2008年7月

23、1日后啟用2000國家大地坐標系，它是全球地心坐標系在我國使用的具體體現(xiàn)，同時，國家測繪局公告2000國家大地坐標系與現(xiàn)行國家大地坐標系轉換、銜接的過渡期為8至10年。 2000國家大地坐標系采用的地球橢球參數(shù)如下： 長半軸 a6378 137m 扁率f1/298.257222101 地心引力常數(shù)：,自轉角速度,2.3空間參照基礎的坐標系,2.3.1坐標系統(tǒng) 由于GIS的一個基本原則是集成在一起使用的地圖圖層必須在空間上是仿射的，所以，了解空間參照基礎的坐標系統(tǒng)很重要。與GIS有關的坐標系統(tǒng)主要有： 1.地理坐標，屬于球面坐標系統(tǒng)； 2.投影坐標，屬于平面坐標系統(tǒng)。,應用GIS技術來模擬、反演

24、區(qū)域地理過程或現(xiàn)象是地學應用的重要發(fā)展趨勢，但地表不同區(qū)域參數(shù)的選擇（是曲面還是平面，是球體還是橢球體，還是不規(guī)則橢球體）是GIS地學應用模型構建的關鍵。,1.球面坐標一般模式 由基圈、始圈和終圈構成的球面三角，如圖2.16所示。,2.常見的坐標系 （1）目前常見的定位坐標系統(tǒng)有 地方獨立坐標系 1954北京坐標系 1980西安坐標系 1984國家大地坐標 2000國家大地坐標 （1）地理坐標系 屬于球面坐標系，它的基圈是赤道，始圈是本初子午線，終圈是所在地的經線，緯線和經線相交定點，用緯度（）和經度（）表示，即（，）。 例如：北京（39.9 N，116.4E），福州（26.0N,119.3E

25、），武漢（30.5 N，114.2E）等。地球表面空間要素的位置是基于用經、緯度值表示的地理坐標系。,（2）平面坐標系 若把地球曲面視為平面，或地球曲面投影后的平面，可用狄卡爾直角坐標系（x，y）表示地面的位置，單位“米”或“千米”。 GIS 用戶通常是在平面上對地圖要素進行處理，地球表面空間要素的位置是基于用x軸和y軸表示的平面坐標系。 （3）高程系 如果考慮高度，對應于每一個空間點位置，可以用大地坐標系的形式表示，即（，h），也可用空間大地直角坐標系表達，即（x，y，z）表示。 目前國內常見高程系有黃海高程系（高程基準面以黃海平均海面為準）和地方高程系（如福建有羅星塔平均海平面作為基準）。

26、高程可用海拔（m）表示。如：1985國家高程基準，即指以青島水準原點和青島驗潮站1952年到1979年的驗潮數(shù)據(jù)確定的黃海平均海水面所定義。,2.3.2地圖投影 1地圖投影的基本問題 地球是個球體，如何將地表曲面轉換成平面，從一種坐標系轉換到另一種坐標系，這就是地圖投影的問題。 定義將地球橢球面上的點映射到平面上來的方法，稱為“地圖投影”。 將不可展的地球橢球面展開成平面，且不斷裂，圖形就要發(fā)生變形，在制圖學上稱為“投影變形”。一般有長度變形、角度變形和面積變形。 地圖投影的類型很多，依變形性質可分為等角投影、等面積投影和任意投影；依可展曲面形狀可分為圓錐投影、圓柱投影和方位投影；依投影面與地

27、軸軸向的相對位置可分為正軸、斜軸和橫軸投影類型等（關于地圖投影知識參見相關的地圖學教材）。 每一種投影都與一個坐標系統(tǒng)相聯(lián)系。坐標系統(tǒng)是一套說明某一物體地理坐標的參數(shù)，其中參數(shù)之一就為“投影”。投影關系說明如何將圖形物體顯示于平面上，而坐標系統(tǒng)則顯示出地形地物所在的相對位置。,地球橢球體與地圖投影,空間數(shù)據(jù)在不同地圖投影中的轉換,2地圖投影與GIS 地圖是GIS的主要數(shù)據(jù)來源，在采集地圖數(shù)據(jù)并輸入GIS的過程中，就要考慮地圖投影的系統(tǒng)配置。為確保GIS在同一系統(tǒng)內或在不同系統(tǒng)之間的信息（或數(shù)據(jù)）能夠實現(xiàn)交換和共享，配準是第一步。否則后續(xù)所有基于GIS的空間分析、處理及應用都是不可能的。 注意：

28、這里所說的“處理”指的是“投影和重新投影”，前者是指將數(shù)據(jù)集從地理坐標轉換成投影坐標，后者是指從一種投影坐標轉換成另一種投影坐標。 可以說地圖投影對GIS的影響是滲透在GIS建設的各個方面，圖2.17可以反映出地圖投影與GIS的關系。,3地圖投影在GIS中的作用 地圖投影在GIS中的作用主要有以下幾個方面。 （1）GIS以地圖方式顯示地理信息。地圖是平面，而地理信息則是在地球橢球面上，因此地圖投影在GIS中不可缺少。投影是一個GIS項目的首要任務。 （2）GIS數(shù)據(jù)庫中地理數(shù)據(jù)以地理坐標存儲時，則以地圖為數(shù)據(jù)源的空間數(shù)據(jù)必須通過投影變換轉換成地理坐標；而輸出或顯示時，則要將地理坐標表示的空間數(shù)

29、據(jù)通過投影變換轉換成指定投影的平面坐標。 （3）在GIS中，地理數(shù)據(jù)的顯示可根據(jù)用戶的需要而指定投影方式，但當所顯示的地圖與國家基本地圖系列的比例尺一致時，一般采用國家基本系列地圖所用的投影。,4統(tǒng)一地圖投影系統(tǒng) 地球曲面轉換成平面是應用了地圖投影的原理，在空間信息系統(tǒng)中投影系統(tǒng)配置要統(tǒng)一。一般要求如下幾點。 各國家的地理信息系統(tǒng)投影與該國基本地圖系列所用的投影系統(tǒng)一致。 各比例尺GIS投影與相應比例尺的主要信息源地圖所用的投影一致。 各地區(qū)GIS投影與所在區(qū)域適用的投影一致。 各種地理信息系統(tǒng)一般以一種或兩種（至多三種）投影系統(tǒng)為其投影坐標系統(tǒng)，以保證地理定位框架的統(tǒng)一。,空間信息系統(tǒng)中地圖

30、投影配置的一般原則如下： （1）所配置的投影系統(tǒng)應與相應比例尺的國家基本圖（基本比例尺地形圖、基本省區(qū)圖或國家大地圖集）投影系統(tǒng)一致；我國基本比例尺地形圖除1:100萬外均采樣高斯克呂格投影為地理基礎。 系統(tǒng)一般只考慮至多采用兩種投影系統(tǒng)，一種服務于大比例尺的數(shù)據(jù)處理與輸入輸出，另一種服務于中小比例尺。 為保證不變形或變形少，選用投影以等角投影為宜。 所用投影應能與網格坐標系統(tǒng)相適應，即所采用的網格系統(tǒng)(特別是一級網格)在投影帶中應保持完整。,5統(tǒng)一的地圖投影系統(tǒng)的意義 為GIS選擇和設計一種或幾種適用的地圖投影系統(tǒng)和網格坐標系統(tǒng)，可以為各種地理信息的輸入、輸出及匹配處理提供一個統(tǒng)一的定位框架，使各種來源的地理信息和數(shù)據(jù)能夠具有共同的地理基礎，并在這個基礎上反映出它們的地理位置和地理空間關系特征。,6面向數(shù)字地球的投影問題 數(shù)字地球（Digital Earth）是美國前副總統(tǒng)戈爾于1998年提出的，其基本概念是指可以嵌入海量地理數(shù)據(jù)的多分辨率和三維的地球表示，是虛擬地球，是現(xiàn)實地球的模型。受傳統(tǒng)地圖空間數(shù)學基礎理論和方法的影響，目前幾乎所有的GIS均沿用地圖投影作為自己參考系的數(shù)學基礎，這在特定用