土地信息系統(tǒng)土地信息技術(shù)基礎(chǔ)學(xué)習(xí)教案

1、土地土地(td)信息系統(tǒng)土地信息系統(tǒng)土地(td)信息技術(shù)信息技術(shù)基礎(chǔ)基礎(chǔ)第一頁，共55頁。第1頁/共55頁第二頁，共55頁。2.1.1信息分類的基礎(chǔ)分類過粗：可能會影響將來分析的深度。 分類過細(xì)：增大工作量, 計算機負(fù)荷加重; 有時在技術(shù)上也難以做到。（1）分類原則科學(xué)性原則。按照土地信息特征進(jìn)行科學(xué)分類,采用層級分類法,形成樹形結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)性原則。土地信息分類從最高一級到最低一級應(yīng)該排列成一個有機的整體。穩(wěn)定性原則。土地信息分類應(yīng)以我國使用多年的基礎(chǔ)信息和土地利用信息的常規(guī)分類為基礎(chǔ), 能在較長時間里不發(fā)生重大變更。完整性和可擴展性原則。能容納各專業(yè)領(lǐng) 域 現(xiàn) 有 的 和 將 來 可 能 產(chǎn)

2、生(chnshng)的所有信息,代碼結(jié)構(gòu)和具體編碼時應(yīng)留有適當(dāng)?shù)挠嗟睾徒o出擴充辦法。第2頁/共55頁第三頁，共55頁。易用性原則。分類名稱盡量沿用專業(yè)習(xí)慣名稱, 代碼盡可能簡短和便于記憶。靈活性原則?，F(xiàn)有系統(tǒng)分類和編碼可靈活轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的分類和代碼。不受比例尺限制原則。分類和代碼應(yīng)當(dāng)包容各種比例尺數(shù)據(jù)庫所涉及的全部要素。與有關(guān)國家規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)一致原則。凡已經(jīng)頒布實施的相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)可以直接引用, 與有關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和地方標(biāo)準(zhǔn)求得最大限度地協(xié)調(diào)一致?？紤]數(shù)據(jù)來源原則。土地利用數(shù)據(jù)一級分類應(yīng)該能夠從衛(wèi)星遙感影像識別(shbi), 便于衛(wèi)星遙感監(jiān)測土地資源。第3頁/共55頁第四頁，共55頁。（2）分類體系

3、 作為土地信息編碼基礎(chǔ)的分類體系，主要是由分類與分級方法形成(xngchng)的。分類的基本方法；分級的概念、原則及基本方法;分類與分級的關(guān)系。第4頁/共55頁第五頁，共55頁。第5頁/共55頁第六頁，共55頁。第6頁/共55頁第七頁，共55頁。第7頁/共55頁第八頁，共55頁。第8頁/共55頁第九頁，共55頁。2.1.2土地利用信息分類從土地利用角度對土地信息分類：一般以土地利用的類型、土地利用的性質(zhì)和土地經(jīng)營的特點為依據(jù)來設(shè)計分類系統(tǒng)；比如： 城市: 主要是考慮高密度的土地利用和配置, 并側(cè)重于經(jīng)濟要素和人文要素； 農(nóng)村(nngcn): 則主要是研究大量的自然資源信息及利用問題。因此, 原

4、國家土地管理局制訂兩套土地利用信息分類體系, 即 :“土地利用現(xiàn)狀調(diào)查技術(shù)規(guī)程” 和 “城鎮(zhèn)地籍調(diào)查規(guī)程“（見書12頁表2-1；2-2）第9頁/共55頁第十頁，共55頁。從信息系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用角度對土地信息分類：基礎(chǔ)地理信息(d l xn x) 指空間參考坐標(biāo)系、地形地貌、水系、植被和線狀道路等基礎(chǔ)信息 專題圖形信息 指在建立土地信息系統(tǒng)時將涉及到的有關(guān)土地方面的信息圖層：地籍、規(guī)劃、估價等專題屬性信息 包括反映特定地塊最基本屬性的信息：面積、權(quán)屬、地類等土地相關(guān)屬性信息 與土地相關(guān)的其他屬性信息包括：人口、古跡、植被、水文、氣候、交通運輸?shù)鹊?0頁/共55頁第十一頁，共55頁。u概念區(qū)分：u編碼

5、：是將經(jīng)過分類的信息用適當(dāng)?shù)臄?shù)碼(字符串或數(shù)值)來表示，也稱代碼化。編碼的類型是指代碼符號的表示形式，有數(shù)字型、字母型、數(shù)字和字母混合型三類。u代碼：是一個(y )或一組有序的易于被計算機或人識別與處理的符號，是計算機的符號，是計算機鑒別和查找信息的主要依據(jù)和手段。u編碼的直接產(chǎn)物就是代碼，而分類分級則是編碼的基礎(chǔ)。第11頁/共55頁第十二頁，共55頁。uLIS中屬性信息代碼種類(分類碼和標(biāo)識碼):u分類碼：根據(jù)土地信息分類體系設(shè)計出來的用于識別不同類別的數(shù)據(jù)，根據(jù)它可以從數(shù)據(jù)中查找(ch zho)出所需類別的全部數(shù)據(jù)。第12頁/共55頁第十三頁，共55頁。標(biāo)識碼：在分類碼的基礎(chǔ)上，對每類數(shù)據(jù)

6、設(shè)計出全部或主要實體的標(biāo)識碼，用以對某一類數(shù)據(jù)中的某個實體進(jìn)行個別查詢檢索，從而彌補分類碼不能進(jìn)行個體分離的缺陷。標(biāo)識碼是聯(lián)系(linx)幾何信息和屬性信息的關(guān)鍵字。第13頁/共55頁第十四頁，共55頁。第14頁/共55頁第十五頁，共55頁。u屬性信息編碼方法舉例：u如縣級農(nóng)用地分等單元編號：這是一種(y zhn)標(biāo)識碼，單元編號用12位數(shù)字表示：省級行政代碼（2位）+地級市行政代碼（2位）+縣級行政代碼（2位）+單元流水編號（6位）。行政代碼按中華人民共和國行政區(qū)劃代碼（GB2260-91）執(zhí)行。單元流水編號不足6位前面補0。 第15頁/共55頁第十六頁，共55頁。u空間信息的編碼方式：u用

7、空間坐標(biāo)來表示地理要素的位置空間坐標(biāo)碼u在空間要素間建立起聯(lián)系，反映空間位置上的相互關(guān)系拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、四叉樹結(jié)構(gòu)u對空間要素人為的給定一些編碼或字符串空間位置附加屬性碼u比較：空間坐標(biāo)碼有定位精確、圖形顯示(xinsh)直觀的優(yōu)點，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、四叉樹結(jié)構(gòu)能建立空間要素之間空間位置上的相互聯(lián)系，空間位置附加屬性碼便于人的識別、記憶。因此，一個實用的土地信息系統(tǒng)往往是同時使用上述三類編碼，以相互取長補短。第16頁/共55頁第十七頁，共55頁。l依坐標(biāo)絕對定位l依空間實體(sht)間的空間關(guān)系 土地數(shù)據(jù)輸入必須在統(tǒng)一的（或轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的）土地空間參考框架下才能保證描述同一目標(biāo)的不同來源的土地信息相互正確地對

8、照。第17頁/共55頁第十八頁，共55頁。2.2.1地球空間模型描述 根據(jù)大地(dd)測量學(xué)的研究成果，地球表面幾何模型可以分為四類：地球的自然表面相對抽象的面,即大地(dd)水準(zhǔn)面地球橢球體其他數(shù)學(xué)模型第18頁/共55頁第十九頁，共55頁。地球的自然表面：它是一個起伏不平，十分(shfn)不規(guī)則的表面，包括海洋底部、高山、高原等在內(nèi)的固體地球表面非常復(fù)雜，難以用數(shù)學(xué)表達(dá)式描述，不適合建模，各種幾何量算也十分(shfn)的困難。第19頁/共55頁第二十頁，共55頁。相對抽象的面，即大地水準(zhǔn)面：假設(shè)(jish)當(dāng)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

9、一個連續(xù)、閉合的水準(zhǔn)面。盡管大地水準(zhǔn)面比起實際的固體地球表面要平滑得多，但實際上，由于海水溫度的變化，盛行風(fēng)的存在，可以導(dǎo)致海平面高達(dá)百米以上的起伏變化，這使得大地水準(zhǔn)面十分復(fù)雜而不能在其上進(jìn)行運算。 第20頁/共55頁第二十一頁，共55頁。ab地球橢球體：以大地水準(zhǔn)面為基礎(chǔ)建立的。雖然大地水準(zhǔn)面十分復(fù)雜，但從整體來看，起伏是微小(wixio)的，很接近與繞自轉(zhuǎn)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。地球橢球體是建立土地信息空間參考系的基礎(chǔ)。橢球體元素：長半徑(a)短半徑(b)扁率(bin l)(),計算公式如下： =(a-b)/b 一個國家

10、或地區(qū)在建立大地參考系時，為使地球橢球面更切合本國或本地區(qū)的自然地球表面，往往需要選擇合適的橢球參數(shù)(cnsh)、確定一個大地原點的起始數(shù)據(jù)，并進(jìn)行橢球的定位和定向。第21頁/共55頁第二十二頁，共55頁。 我國參照前蘇聯(lián)從1953年起采用克拉索夫斯基橢球體(Krassovsky)建立了我國的北京54坐標(biāo)系統(tǒng)。到20世紀(jì)80年代初，我國已基本完成了天文大地測量，經(jīng)計算表明，54坐標(biāo)系統(tǒng)普遍低于我國的大地水準(zhǔn)面，平均誤差為29米左右。1978年采用國際大地測量協(xié)會推薦的1975地球橢球體建立了我國新的大地坐標(biāo)系統(tǒng)西安80坐標(biāo)系統(tǒng)。我國大地測量就是依這兩種坐標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行的。由于兩種坐標(biāo)系統(tǒng)地球橢球參

11、數(shù)、定位和定向的變化，必然引起地形圖的圖廓線、公里線以及地形地物相關(guān)位置的改變。因此，建立土地信息系統(tǒng)時，若同時使用根據(jù)(gnj)兩種坐標(biāo)系統(tǒng)測制的地形圖的情況下，必然會涉及54坐標(biāo)向80坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的問題。第22頁/共55頁第二十三頁，共55頁。 美國國防部在1984年建立了世界大地測量坐標(biāo)系統(tǒng)（World Geodetic System），簡稱WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)，是目前國際上統(tǒng)一(tngy)采用的大地坐標(biāo)系。WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)所使用的地球橢球體，稱為WGS-84橢球體。 目前GPS定位所得出的結(jié)果都屬于WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)。而在工程中使用的大多是國家坐標(biāo)系，因此要建立WGS-84和國家坐標(biāo)

12、系之間的轉(zhuǎn)換模型，目前已有坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型可求得WGS-84和國家坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)，進(jìn)而得到國家坐標(biāo)系成果。第23頁/共55頁第二十四頁，共55頁。圖2-1 地球的自然(zrn)表面、大地水準(zhǔn)面面和地球橢球體之間的關(guān)系 第24頁/共55頁第二十五頁，共55頁。其他數(shù)學(xué)模型：為了(wi le)解決特定的大地測量問題而提出的。如類地形面(Tel1uriod) 、準(zhǔn)大地水準(zhǔn)面、靜態(tài)水平衡橢球體等。第25頁/共55頁第二十六頁，共55頁。平面直角坐標(biāo)系平面直角坐標(biāo)系同一坐標(biāo)系統(tǒng)(xtng)下坐標(biāo)有多種不同的表現(xiàn)形式，一種形式實際上就是一種坐標(biāo)系。 第26頁/共55頁第二十七頁，共55頁。l地理坐標(biāo)系：

13、以經(jīng)緯和緯度表示地面點位置(wi zhi)的球面坐標(biāo)系。u地理(dl)坐標(biāo)系 地理坐標(biāo)(d l zu bio)根據(jù)參考基準(zhǔn)不同可分為：大地經(jīng)緯度、天文經(jīng)緯度。第27頁/共55頁第二十八頁，共55頁。圖2-2 大地經(jīng)緯度的起算基準(zhǔn)NSE 赤道緯線大地子午面WPBL始起O 大地經(jīng)緯度以參考(cnko)橢球面和法線作為基準(zhǔn)面和基準(zhǔn)線；天文經(jīng)緯度是以水準(zhǔn)面和鉛垂線為基準(zhǔn)面和基準(zhǔn)線。第28頁/共55頁第二十九頁，共55頁。大地經(jīng)度：觀測點大地子午面與起始大地子午面之間的兩面角，大地緯度(wid)：觀測點橢球垂直線（法線）與赤道面之間的夾角； 天文經(jīng)度：觀測點子午面與起始天文子午面之間的兩面角，天文緯度(

14、wid)：觀測點鉛垂線（重力線）與赤道面之間的夾角；經(jīng)度向東量度為東經(jīng)(正)，向西量度為西經(jīng)(負(fù)) ，其值各為0180；緯度(wid)向北量度為北緯(正) ，向南量度為南緯(負(fù)) ，其值各為090。比如，我國地處東半球，又處于北半球，所以我國地域內(nèi)各點的地理坐標(biāo)都是東經(jīng)和北緯。如北京某地點的地理坐標(biāo)為東經(jīng)11628，北緯3954。第29頁/共55頁第三十頁，共55頁。u空間(kngjin)大地直角坐標(biāo)系l以橢球中心O為笛卡爾坐標(biāo)系原點，OZ軸與橢球的旋轉(zhuǎn)軸一致，OX軸位于起始子午面和赤道面的交線上，在赤道方向上與X軸正交的方向為Y軸，OXYZ構(gòu)成右手坐標(biāo)系。圖2-3 空間大地直角坐標(biāo)系第30頁

15、/共55頁第三十一頁，共55頁。 運用地圖投影的方法，建立地球表面和平面上點的函數(shù)關(guān)系，使地球表面上任意一個(y )由地理坐標(biāo)確定的點，在平面上必有一個(y )與其相對應(yīng)的點，平面上任一點的位置可以用極坐標(biāo)或直角坐標(biāo)表示。我國目前采用高斯-克呂格投影來建立地球表面和平面上點的函數(shù)關(guān)系。u平面(pngmin)直角坐標(biāo)系oXY第31頁/共55頁第三十二頁，共55頁。 空間點的高程是以大地水準(zhǔn)面為基準(zhǔn)建立的，大地水準(zhǔn)面又由地球重力場決定。由于地球重力場的復(fù)雜性，大地水準(zhǔn)面不能惟一確定(qudng)，各國或地區(qū)均是選擇一個平均水平面來代替它，以建立高程基準(zhǔn)。 我國有1956年黃海高程系和1985年國家

16、高程基準(zhǔn)。轉(zhuǎn)換關(guān)系為：H85=H56-0.029 ，式中 : H85、H56一一新舊高程基準(zhǔn)原點的正常高程。 在建立LIS時，若采用不同高程基準(zhǔn)的地形圖或工程圖做基礎(chǔ)數(shù)據(jù)時，應(yīng)將高程基準(zhǔn)全部統(tǒng)一到1985年國家高程基準(zhǔn)。u高程(gochng)參考系統(tǒng)第32頁/共55頁第三十三頁，共55頁。u GIS中常用的坐標(biāo)系是與地圖測繪密切相關(guān)的地理(dl)坐標(biāo)系和平面直角坐標(biāo)系。第33頁/共55頁第三十四頁，共55頁。2-3 地圖投影(d t tu yn)圖2-4 地圖投影（摘自 Understanding GIS）第34頁/共55頁第三十五頁，共55頁。地圖投影變形(bin xng)形式長度變形：地圖

17、上的經(jīng)緯線長度并非都是按照同一比例縮小的；面積變形：地圖上經(jīng)緯度線網(wǎng)格面積不是按照同一比例縮小的；角度變形：地圖上角度與相應(yīng)景物在球面(qimin)上的相應(yīng)角度不相等。第35頁/共55頁第三十六頁，共55頁。地圖投影的選擇高斯-克呂格投影采用高斯橫圓柱投影的方法來建立平面直角坐標(biāo)系統(tǒng)，稱為高斯平面直角坐標(biāo)。在我國, 除 1:1000000 地形圖采用Lambert(正軸等角割圓錐)投影外, 其余基本(jbn)比例尺地圖 (1:500 000、1:250 000、1:100 000、1:50 000、 1:25 000、1:10 000、1:5 000)均采用高斯-克呂格(橫軸等角切橢圓柱)投影

18、。第36頁/共55頁第三十七頁，共55頁。u 投影的基本思想：u 設(shè)想用一個大小合適的橢圓柱面，橫套在參考橢球體的外面，如下圖左所示。u 地球表面上只有一條子午線與柱面相切，在保持投影前后相應(yīng)圖形等角的條件下，將球面上的圖形投影到柱面上，然后將柱面沿著(yn zhe)過南北極的母線切開，并展成平面，就得一張平面圖形了。u 球面上的點與平面上的點建立起一一對應(yīng)的關(guān)系。如下圖右所示，相切的那條子午線，投影后為直線，長度不變。它兩邊的子午線投影后為凹向相切的子午線，長度變長，距離相切子午線愈遠(yuǎn)則變形愈大。u 投影結(jié)果為中央經(jīng)線和赤道投影都成直線。若以中央經(jīng)線的投影作為縱坐標(biāo)軸(X), 赤道投影作為橫

19、坐標(biāo)軸 (Y), 兩投影的交點作為坐標(biāo)原點(O),正好構(gòu)成平面直角坐標(biāo)系。第37頁/共55頁第三十八頁，共55頁。u投影帶的劃分：u由上所述，高斯投影的最大變形處為各投影帶在赤道邊緣處，為了控制變形，我國地形圖采用分帶方法，即將地球按一定間隔的經(jīng)差(6或3)劃分為若干相互不重疊的投影帶，各帶分別投影。1：2.5萬至1：50萬的地形圖均采用6分帶方案(fng n)，即從格林尼治零度經(jīng)線起算，每6為一個投影帶，全球共分為60個投影帶。我國領(lǐng)土位于東經(jīng)72到136之間，共包括11個投影帶(1323帶)。1：1萬及更大比例尺地形圖采用3分帶方案(fng n)，全球共分為120個投影帶。下圖為高斯投影6

20、和3帶分帶方案(fng n)。第38頁/共55頁第三十九頁，共55頁。注意：我國位于(wiy)北半球，全部X值都是正值。在每個投影帶中則有一半的Y坐標(biāo)值為負(fù)。為了避免Y坐標(biāo)出現(xiàn)負(fù)值，規(guī)定縱坐標(biāo)軸向西平移500km(半個投影帶的最大寬度不超過500km); 又為了區(qū)別各帶坐標(biāo)的不同, 規(guī)定在Y值(己加500km)的前面冠以帶號，這種坐標(biāo)稱為國家統(tǒng)一坐標(biāo)。在實際計算時, 要去掉帶號并減去500Km恢復(fù)原來的數(shù)值。如：某點Y=19123456.789m，該點位于(wiy)19帶內(nèi)，其相對于中央子午線而言的橫坐標(biāo)是：首先去掉帶號，再減去500KM，最后得y=-376543.211m。第39頁/共55頁

21、第四十頁，共55頁。地形圖中，讀取控制點的坐標(biāo)，圖中紅色(hngs)點的控制點坐標(biāo)為（564000,2776000），單位：米第40頁/共55頁第四十一頁，共55頁。思考題：下圖中紅色(hngs)點的平面坐標(biāo)？第41頁/共55頁第四十二頁，共55頁。高斯(o s)克呂格投影第42頁/共55頁第四十三頁，共55頁。第43頁/共55頁第四十四頁，共55頁。2.4.1地圖分幅2.4 地圖分幅與編號(bin ho)l矩形分幅l 每幅地圖的圖廓都是一個矩形，因此，相鄰圖幅是以直線劃分的?？煞譃槠唇拥暮筒黄唇拥膬煞N。 l經(jīng)緯線分幅（梯形分幅）l 地圖的圖廓由經(jīng)緯線構(gòu)成。這是當(dāng)前世界各國地形圖和大區(qū)域(qy

22、)的小比例尺分幅地圖所采用的主要分幅形式。我國的基本比例尺地圖就是以經(jīng)緯線分幅制作的。 第44頁/共55頁第四十五頁，共55頁。2.4.2我國基本(jbn)比例尺地形圖的分幅與編號u70-80 年代我國基本(jbn)比例尺地形圖的分幅編號圖2-5 1 100萬地圖的分幅編號在國際(guj)規(guī)定 1 100 萬地形圖基礎(chǔ)上，按經(jīng)緯度進(jìn)行分幅編號。第45頁/共55頁第四十六頁，共55頁。表2-1 70-80年代國家(guji)基本比例尺地形圖分幅編號表 第46頁/共55頁第四十七頁，共55頁。BACD1:100萬: J-501:50萬:2*2 等分100萬圖; J-50-A1:20萬:6*6 等分

23、100萬圖; J-50-(32)1:10萬:12*12 等分100萬圖; J-50-144第47頁/共55頁第四十八頁，共55頁。以1：10萬為基礎(chǔ)(jch)再分；例J-50-5 (1)(2)ABCD12341:5萬:2*2 等分10萬圖; J-50-5-A1:2.5萬:2*2 等分5萬圖; J-50-5-A-41:1萬:8*8 等分10萬圖; J-50-5-(64)第48頁/共55頁第四十九頁，共55頁。u90 年代我國基本(jbn)比例尺地形圖的分幅編號方法：按1991年制訂的國家標(biāo)準(zhǔn)國家基本比例尺地 形圖分幅和編號進(jìn)行分幅和編號。特點：1）1 5000被列入我國基本比例尺地形圖系列；2）分幅全部由1 100萬地圖逐次加密劃分而成；3）1 100萬地形圖的編號與前面所示方法基本相同，只是行和列的稱呼相反；4）所有1 50萬-1 5000地形圖的編號仍以1 100萬地形圖的編號為基礎(chǔ)，增加了比例尺代碼(表2-2 )，比例尺代碼后表示圖幅編號的行、列代碼均采用三位數(shù)字(shz)表示(不足三位時前面補0)，加在1 100萬圖幅的圖號之后(表2-3) 。第49頁/共55頁