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地理信息技术

發(fā)布時間：2023/12/10 编程问答 58 豆豆

生活随笔收集整理的這篇文章主要介紹了地理信息技术小編覺得挺不錯的,現(xiàn)在分享給大家,幫大家做個參考.

文章目錄

第一章
- 1什么是3S技術
- - 一、地理信息系統(tǒng)GIS
  - 二、遙感技術RS
  - 三、全球定位系統(tǒng)GPS/全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)GNSS
  - 四、總結
- 1.2 3S技術的發(fā)展
- - GIS技術的發(fā)展
  - RS的發(fā)展
  - GPS的發(fā)展
- 1.3 3S技術的融合
- 1.4 3S技術的基本組成
- - 關鍵技術
- 1.5 3S技術典型應用
- 總結
第二章坐標與時間系統(tǒng)
- 2.1 地球及其地球網(wǎng)格
- 2.2 天球及其模型
- 2.3 地球坐標系統(tǒng)
- - 2.4 投影變形
  - 1 長度比和長度變形
  - 2 面積比和面積變形
  - 3 角度變形
  - 4 投影分類
- 2.5 天球坐標系統(tǒng)
- - 一、天球空間直角坐標系
  - 二、天球球面坐標系
- 2.6 常用坐標系統(tǒng)簡介
- 2.7 時間系統(tǒng)
- - 一、時間的概念
  - 二、世界時UT（Universal Time）系統(tǒng)
  - 三、世界時系統(tǒng)
  - GPS時間系統(tǒng)
- 總結

第一章

1什么是3S技術

一、地理信息系統(tǒng)GIS

（1）與地理位置有關的信息，就叫地理信息。

（2）GIS就是一種管理地理信息的計算機信息系統(tǒng)。

地理空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)
查詢、檢索、修改、輸出、更新、分析和可視化
數(shù)字地圖是GIS信息表示和表現(xiàn)的基礎

二、遙感技術RS

（1）地球上的每一個物體都在不停的吸收、發(fā)射和反射信息和能量（電磁波）

（2）不同物體的電磁波特性是不同的

（3）遙感就是探測地表物體發(fā)射的電磁波和對電磁波的反射特性

提取這些物體的特性，實現(xiàn)遠距離標識物體

（4）載荷平臺：遙感設備搭載的平臺

衛(wèi)星、航天飛機、飛機、氣球、航模飛機、汽車等

（5）遙感衛(wèi)星

科學探測衛(wèi)星：空間物理環(huán)境探測的衛(wèi)星
應用衛(wèi)星：通信、氣象、偵察、導航、測地、地球資源和多用途衛(wèi)星
偵察衛(wèi)星：照相偵察衛(wèi)星、電子偵察衛(wèi)星、海洋監(jiān)視衛(wèi)星和預警衛(wèi)星

（6）傳感器的成像方法

模擬
數(shù)字

（7）分辨率

①空間分辨率

? 一個象元點所表示的面積。

? 分辨率為1m時，圖像上的一個象元相當于地面1m*1m的面積。

②光譜分辨率

? 光譜分辨率指成像的波段范圍，分得愈細，波段愈多，光譜分辨率就愈高。

? 5-6納米 (nm)量級，400多個波段。

③時間分辨率

? 重訪周期的長短。

? 一般對地觀測衛(wèi)星為15到25天的重訪周期。

三、全球定位系統(tǒng)GPS/全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)GNSS

（1）導航星測時與測距全球定位系統(tǒng)

Navigation Satellite Timing And Ranging Global Position System，NAVSTAR GPS
6個軌道平面、24顆衛(wèi)星
在任何時間向地球上任何地方的用戶提供高精度的位置、速度、時間信息

（2）一種革命性的定位技術

從陸地和近海－>整個海洋和外層空間
從靜態(tài)—>動態(tài)
從單點定位—>局部差分與廣域差分

四、總結

（1）將上述三種技術及其他相關技術有機地集成在一起的技術

構成從數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)定位、空間數(shù)據(jù)分析各方面都增強的技術系統(tǒng)

（2）GIS、RS和GPS在3S集成中的作用

RS：作為數(shù)據(jù)源為系統(tǒng)提供遙感圖像信息（覆蓋圖）及其其他遙感獲取的空間信息，例如地面高程。
GPS：為目標（系統(tǒng)中、遙感圖像中）賦予坐標、測時和測速，使其能和“數(shù)字地圖”進行配套。
GIS：地理空間信息的統(tǒng)管。它實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)集成、處理、管理和可視化，提供空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)分析的能力。

1.2 3S技術的發(fā)展

GIS技術的發(fā)展

（1）1960年代：

1963: 加拿大測量學家Roger Tom-Linson建立了第一個地理信息系統(tǒng)-Canada Geographic Information System. 【制圖能力較強，地理分析功能比較簡單】
1969年，Jack和Laura Dangermond創(chuàng)建ESRI

（2）1970年代：

開展學術研究和商業(yè)開發(fā)
系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析能力仍然很弱；在地理信息系統(tǒng)技術方面未有新的突破。

（3）1980年代：

數(shù)據(jù)處理開始和數(shù)學模型、模擬等決策工具結合。
地理信息系統(tǒng)的應用領域迅速擴大。
地理數(shù)據(jù)庫模型的研究與完善。
1987年，美國成立NCGIA（國家地理信息與分析中心）【UCSB、 State University of New York at Buffalo(UB)、 The University of Maine】

（4）1990年代：

美國提出的“數(shù)字地球”戰(zhàn)略。
商業(yè)系統(tǒng)和軟件成熟，GIS廣泛應用。

（5）2000年以來

WebGIS/3DGIS/云GIS/……

RS的發(fā)展

（1）早期：

古代神話：“千里眼”、“順風耳” ？
1610年，伽利略研制的望遠鏡及其對月球的首次觀測。
1794年，氣球首次升空偵察。
1909年，懷特飛機拍攝－>航空攝影測量學第二次世界大戰(zhàn)爆發(fā)軍事上的需要：偵察和地圖繪制等

（2）1960年代：

遙感（Remote Sensing）一詞首先是由美國海軍科學研究部的Evelyn Pruitt提出來的。
1960年代初在由美國密執(zhí)安大學等組織發(fā)起的環(huán)境科學討論會上正式被采用。

（3）衛(wèi)星遙感：

1959年前蘇聯(lián)宇宙飛船“月球3號”拍攝了第一批月球像片
1960年開始：美國的TIROS-1（Television Infrared Observation Satellite）和NOAA-1（National Oceanic and Atmospheric Administration ）太陽同步氣象衛(wèi)星，開始利用航天器對地球進行長期觀測。
1972年：美國的地球資源技術衛(wèi)星ERTS-1（探測地球資源和環(huán)境的地球資源），即Landsat-1，裝有多光譜掃描器MSS傳感器，分辨率79米。

（4）衛(wèi)星遙感：

1982年，Landsat-4發(fā)射，裝有專題成像儀TM傳感器，分辨率提高到30米。
1986年，法國發(fā)射SPOT-1，裝有全色PAN和多光譜XS遙感器，分辨率提高到10米。
1988年，中國發(fā)射的第一顆“風云1號”氣象衛(wèi)星。
1999年，美國發(fā)射IKONOS，空間分辨率提高到1米。
1999年，中國成功發(fā)射資源衛(wèi)星1號。
2010年，啟動實施高分辨率對地觀測系統(tǒng)重大專項

GPS的發(fā)展

（1）天上的太陽，月亮和星星來判斷位置

（2）指南針

（3）近代和現(xiàn)代的常規(guī)定位方法：

是采用尺、光學儀器（例如經(jīng)緯儀、水準儀等）、電磁波或激光測距儀，或綜合多種技術的儀器（例如全站儀）
問題：測難度大，效率低；受氣候、環(huán)境條件限制等。

（4）1960年代：

美國海軍就著手衛(wèi)星定位方面的研究工作，研制了海軍導航衛(wèi)星系統(tǒng)NNSS （又稱子午衛(wèi)星系統(tǒng)）。利用多普勒效應進行導航定位。
衛(wèi)星少，觀測時間和間隔時間長，無法提供實時導航定位服務。
只有經(jīng)緯度，沒有高程。
衛(wèi)星信號頻率低（400MHz、150MHz），不利于補償電離層折射效應的影響，衛(wèi)星軌道低，難以進行精密定軌，導航定位精度低。

（5）1970-90年代：

1973年12月，美國國防部批準研制GPS。
1978年2月22日，第1顆GPS試驗衛(wèi)星發(fā)射成功，到1979年，共發(fā)射了4顆試驗衛(wèi)星。
從1979年到1987年，又陸續(xù)發(fā)射了7顆試驗衛(wèi)星，研制了各種用途接收機。
1989年2月14日，第1顆GPS工作衛(wèi)星發(fā)射成功。
1991年，在海灣戰(zhàn)爭中，GPS首次大規(guī)模用于實戰(zhàn)。
1993年底實用的GPS網(wǎng)即（21+3顆衛(wèi)星）GPS星座已經(jīng)建成。
1995年7月17日，GPS達到FOC（Full Operational Capability）完全運行能力。
GPS系統(tǒng)在進一步發(fā)展（稱為現(xiàn)代化）。【保護美方和友好方的使用，發(fā)展軍碼和強化軍碼的保密性能，加強抗干擾能力；】【阻擾敵對方的使用，施加干擾，例如SA（Selective Availability – 選擇可用性，人為降低普通用戶的測量精度），AS（Anti-Spoofing，加密技術）等。】

（6）其他國家的系統(tǒng)：

GLONASS：俄羅斯（前蘇聯(lián)）建設的全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)
伽俐略（Galileo）：歐盟建立的民用衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)
北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)：我國獨立自主建設的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)【2020年6月23日，我國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心將北斗三號最后一顆組網(wǎng)衛(wèi)星成功送入預定軌道】【2020年7月31日，在北京舉行北斗三號系統(tǒng)的正式開通儀式】

1.3 3S技術的融合

（1）過去：各自獨立、平行的發(fā)展

GPS：為航空、航天、陸地、海洋等方面的用戶提供不同精度的在線或離線的空間定位數(shù)據(jù)。
RS：大面積資源調查、環(huán)境監(jiān)測。
GIS：建立各種不同尺度的空間數(shù)據(jù)庫和決策支持系統(tǒng)，向用戶提供著多種形式的空間查詢、空間分析和輔助規(guī)劃決策的功能。

（2）現(xiàn)在和未來

3S的綜合運用。

（3）集成應用：

GPS實時、快速地提供目標，包括各類傳感器和運載平臺（車、船飛機、衛(wèi)星等）的空間位置；
RS：實時地或準實時地提供目標及其環(huán)境的語義或非語義信息，發(fā)現(xiàn)地球表面上的各種變化，及時地對地形地貌數(shù)據(jù)進行更新；
GIS：對多種來源的時空數(shù)據(jù)進行綜合處理、集成管理、動態(tài)存取。

（4）一個新的交叉學科：

地球空間信息學(Geomatics)：收集、存儲、處理和提交地理和空間信息的交叉學科。

[外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-hipojk7s-1651323442568)(C:\Users\李俊霖\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20220425191150094.png)]

1.4 3S技術的基本組成

關鍵技術

（1）高分辨率衛(wèi)星影像

空間、時間、光譜。

（2）空間信息基礎設施

空間數(shù)據(jù)協(xié)調管理與分發(fā)體系和機構；
空間數(shù)據(jù)交換網(wǎng)站；
空間數(shù)據(jù)交換標準；
數(shù)字地球空間數(shù)據(jù)框架。

（3）數(shù)據(jù)存貯及元數(shù)據(jù)交換與共享

容量的存儲。
數(shù)據(jù)集成：元數(shù)據(jù)及其交換規(guī)范。

（4）空間數(shù)據(jù)的集成處理和分析

數(shù)據(jù)的相關與互補
空間數(shù)據(jù)挖掘與分析技術

（5）空間信息可視化技術

2D/3D聯(lián)合可視化
3D可視化
信息可視化導航

（6）分布空間數(shù)據(jù)管理技術

Grid空間信息管理與集成服務

1.5 3S技術典型應用

（1）地球資源環(huán)境監(jiān)測

全球氣候變化，海平面變化，荒漠化，生態(tài)與環(huán)境變化，土地利用變化的監(jiān)測。

（2）數(shù)字化城市與基礎設施規(guī)劃與管理

國家基礎設施建設的規(guī)劃，全國鐵路、交通運輸?shù)囊?guī)劃，城市發(fā)展的規(guī)劃，公安消防，海岸帶開發(fā)，西部開發(fā)。
基于高分辨率正射影像、城市GIS、建筑CAD，建立虛以城市和數(shù)字化城市。

（3）智能交通及其管理

基于GPS定位及其GIS地圖的導航。
基于GPS定位及其GIS地圖車輛監(jiān)視與管理。
基于GIS系統(tǒng)的交通疏導。

（4）精細農(nóng)業(yè)

遙感影像：在計算機網(wǎng)絡終端上可以從影像圖中獲得農(nóng)田的長勢征兆；
用GIS進行分析，制定出農(nóng)作行動計劃；
車載GPS和電子地圖指引下，實施農(nóng)田作業(yè)。把殺蟲劑、化肥和水用到必須用的地方，而不致使化學殘留物污染土地、糧食和種子，實現(xiàn)真正的綠色農(nóng)業(yè)。

（5）安全救援與突發(fā)事件應急處理

GPS定位技術對火警、救護、警察進行應急調遣；
特種車輛（如運鈔車）等，可對突發(fā)事件進行報警、定位；
對失蹤人員和車船實施有效的搜索和搜救；
基于3S系統(tǒng)進行突發(fā)事件的應急處理分析。

（6）軍事

戰(zhàn)略、戰(zhàn)術和戰(zhàn)役的各種軍事地理信息系統(tǒng)；
運用虛擬現(xiàn)實技術建立數(shù)字化戰(zhàn)場；
戰(zhàn)前：建立戰(zhàn)區(qū)及其周圍地區(qū)的軍事地理信息系統(tǒng)；
戰(zhàn)時：利用 GPS、RS和 GIS進行戰(zhàn)場偵察，信息的更新，軍事指揮與調度，武器精確制導；
戰(zhàn)時與戰(zhàn)后：軍事打擊效果評估等等。
地形地貌偵察、軍事目標跟蹤監(jiān)視、飛行器定位、導航、武器制導、打擊效果偵察、戰(zhàn)場仿真、作戰(zhàn)指揮等。

總結

一、3S技術是GIS、RS和GPS技術的集成。

二、RS獲取各種遙感影像數(shù)據(jù)。

三、GPS獲取對象的位置和時間數(shù)據(jù)。

四、GIS獲取和管理地理空間數(shù)據(jù)。

通過GIS系統(tǒng)集成空間數(shù)據(jù)及其屬性數(shù)據(jù)。

第二章坐標與時間系統(tǒng)

2.1 地球及其地球網(wǎng)格

（1）地圖要素：代表地球表面的空間要素。

（2）坐標系：地圖要素的位置是基于坐標系的。

（3）地理網(wǎng)格：空間要素的位置是基于用經(jīng)度和緯度表示的地理網(wǎng)格的。

地面上點位的確定：通常用經(jīng)度和緯度來決定。
什么是經(jīng)線（Latitude）？
什么是緯線（Longitude）？

（4）地球：赤道半徑 - 極半徑 = 21km。

其中，兩個極半徑也存在差別(幾十米)，北極略突出、南極略扁平，近于梨形。

（5）描述和表現(xiàn)地理空間

建立地球表面的幾何模型

（6）如何建立地球表面的幾何模型？

用一種球體來表示：地球橢球體
由一個橢圓繞其短軸旋轉而成的

（7）地球橢球體的表示：

長半徑a和短半徑b
或一個半徑和扁率α
$α = (a ? b) / a$

（8）如何選擇地球橢球體的長半徑a和短半徑b？

為了測量計算的需要，選用一個同大地體相近的、可以用數(shù)學方法來表達的旋轉橢球體來代替地球。
用地球的自然表面？
用地球的海平面？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，這就是大地水準面。

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? 但是：大地水準面仍然有起伏。

? 因此：與局部地區(qū)（一個或幾個國家）的大地水準面符合得最好的旋轉橢球，稱為參考橢球體（基準橢球）。

? 例如：克拉索夫斯基，1940，6378245，298.3，北京54坐標系IAG-75，1975，6378140，298.257，國家80坐標系WGS-84，1984，6378137，298.257223563美國

（9）三級逼近

①一級逼近：

大地水準面(重力等位面)包圍的球體，稱為大地球體（三軸橢球體）。

②二級逼近：

可以假想，大地球體繞短軸(地軸)旋轉，形成一個表面光滑的球體，即旋轉橢球體（雙軸橢球體）。一般稱為地球橢球體，為世界各國普遍采用。地球橢球體的三要素：長半軸a，短半軸b，扁率 $f = (a ? b) / a$ 。

③三級逼近：

與局部地區(qū)的大地水準面符合得最好的一個地球橢球體，稱為參考橢球體。通常不同國家地區(qū)采用不同的參考橢球體。

2.2 天球及其模型

（1）什么是天球？

? 以空間某一點（例如觀察者、地心、日心）為中心、半徑為無窮大的一個圓球。

? 半徑是任意長，觀測者任何移動，球面形狀不變。

（2）天軸：

? 地軸的延長線，叫做天軸。

（3）天極：

? 天軸同天球的交點就是天極，在北極上空的是北天極（P），在南極上空的是南天極（P‘）。

（4）天球赤道：

? 通過天球中心，同天軸垂直的平面和天球相交的大圓圈，叫做天球赤道。北天極和南天極就是天赤道的兩極。天赤道把天球分成南、北兩半球。顯然，天球赤道平面同地球的赤道平面或者重合（地心天球）或者平行（以觀測者為中心的天球或日心天球）。

（5）天球子午圈 (面)：

? 通過天極的大圓，叫做（天）子午圈，相應的平面就是天球子午面。

（6）黃道：

? 地球公轉的軌道面與天球相交的大圓，稱為黃道。即當?shù)厍蚶@太陽公轉時，地球上的觀察者所見到的太陽在天球上運動的軌跡。

（7）黃赤交角：

? 黃道面與赤道面的夾角，稱為黃赤交角，約為23.5度。

（8）春分點：

? 定義當太陽在黃道上從南半天球向北半天球運動時，黃道與天球赤道的交點，稱為春分點。

? 春分點和天球赤道面是建立參考系的重要基準點和基準面。

（9）日月對地球赤道隆起部分的引力作用，使地球旋轉軸在空間的指向發(fā)生移動：歲差、章動。

（10）歲差？

春分點在恒星間的位置不是固定不變的。
使得春分點沿著黃道緩慢地向西移動，每年約50.37s 。
使得太陽通過春分點的時刻總是比太陽回到恒星間的同一位置的時刻要早一些。
回歸年的長度比恒星年的長度短。
這一現(xiàn)象稱為歲差。

（11）章動？

? 地球自轉軸的進動復雜。進動軌跡可以看作是在平均位置附近做短周期的微小擺動。稱這種微小的擺動為章動。

（12）極移？

? 地球自轉軸會在地球內部繞行，其周期為305天。地極的這種運動，稱為極移。

（13）極移與歲差、章動對坐標系的影響？

它們是完全不同的地球物理現(xiàn)象。
歲差和章動是地球自轉軸的方向在恒星空間中的變化，但是地球內部的相對位置并沒有變化。
歲差和章動只引起天體坐標的變化，卻不會引起地球表面經(jīng)度和緯度的改變。
極移表現(xiàn)為地球內部的相對位置在改變，這樣就引起地球表面上各地經(jīng)度和緯度的變化。

2.3 地球坐標系統(tǒng)

（1）地球坐標系是圍繞地球橢球建立起來的。

? 又稱為全球坐標系統(tǒng)（Global Coordinate System）或大地坐標系。

? 以參考橢球面為基準面，用以表示地面點位置的參考系。

（2）如何確定坐標系？

選擇了相應的橢球
確定坐標原點及其坐標軸的方向
確定它與大地水準面的相關關系

（3）空間直角坐標系

原點位于地球橢球的中心
Earth Centered, Earth Fixed Cartesian coordinates
Z軸指向地球的自轉軸北極
X軸指向格林威治子午線與地球赤道的交點
Y軸位于赤道面上
按右手系與X軸呈90度夾角

（4）球面坐標系

以參考橢球中心為原點。
用大地經(jīng)緯度和大地高程來描述空間點位置。
用（B, L, H）來表示。緯度B和經(jīng)度L表示，其中高度H為空間點到橢球面的垂直距離。

（5）問題：

? 由于參考橢球的中心大多不能與地球的質心完全重合，就導致使用不同的橢球參數(shù)的國家和地區(qū)所測得的大地坐標之間存在一定的差異。

（6）地圖投影

地球橢球面是不可展曲面
我們習慣操作的紙質地圖和數(shù)字地圖是建立在二維平面坐標基礎上的
需要把球形的地球表面的點映射到一個平面上
這種從球形表面到平面的轉換就稱為地圖投影
實質就是建立地球橢球面上點的坐標（m, n）與平面上對應的坐標（x, y）之間的函數(shù)關系

2.4 投影變形

1 長度比和長度變形

（1）長度比: 投影面(地圖)上一微分線段長度ds’與橢球體面(地面)上相應微分長度ds之比：?=ds’/ds

? 表明某線段按比例縮小投影后的長度是增長(?>1)還是縮短(?<1)的概念。

（2）長度變形: v ? =(ds’-ds) /ds= ?-1

? 表明某線段按比例縮小投影后的長度增長(v ? >0)或縮短(v ? <0)的程度。

兩個不同的概念：

? 長度比和主比例尺主比例尺是在進行地圖投影時將地球橢球體縮小的比率，即我們在地圖上讀到的地圖比例尺，它僅在地圖投影計算時起作用，對研究地圖投影變形沒有任何影響，因為無論用什么方法縮小地球，在轉換到平面時都會產(chǎn)生變形。

2 面積比和面積變形

（1）面積比：

? 投影面(地圖)上一微分面積dF’與橢球體面(地面)上相應微分面積dF之比：P=dF’/dF

? 表明某區(qū)域按比例縮小投影后的其面積是增大還是縮小的概念。

? 面積變形: v p =(dF’-dF) /dF= P-1

? 表明某區(qū)域按比例縮小投影后的面積增大或縮小的程度。

3 角度變形

? 投影面上過某一點的任意兩條方向線的夾角?’與地球橢球體面上相應兩方向線的夾角?之差值，用 $v_α=α'-α$ 表示。

? 由于從一點可引出無數(shù)的方向線，通常只研究具有代表性的一些角度變形，如經(jīng)緯線夾角、某兩方向線所產(chǎn)生的最大角度變形等。一點上的最大角度變形(ω)可用下式計算

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4 投影分類

? 總數(shù)：400以上

? 實用：100種以上

分類標準有二：

（1）地圖投影的構成方法

①幾何投影：

圓柱投影：圓柱為投影面的投影稱為圓柱投影
圓錐投影：以圓錐面為投影面的投影稱為圓錐投影
方位投影：以平面為投影面的投影稱為方位投影非幾何投影

②地圖投影的變形性質

等角投影
等積投影
任意投影：等距投影

? 幾何投影又可根據(jù)球面與投影面的相對位置不同，分為：

正軸投影 (the normal aspect)
橫軸投影 (the transverse aspect)
斜軸投影 (the oblique aspect)

①正軸投影 (the normal aspect)

? 正軸方位投影 :投影面與地軸垂直；

? 正軸圓柱投影和正軸圓錐投影:圓柱軸和圓錐軸與地軸重合。

②橫軸投影 (the transverse aspect)

? 橫軸方位投影: 投影面與地軸平行；

? 橫軸圓柱投影和橫軸圓錐投影:圓柱軸和圓錐軸與地軸垂直。

③斜軸投影 (the oblique aspect)

? 斜軸方位投影: 投影面與地軸斜交；

? 斜軸圓柱投影和斜軸圓錐投影:圓柱軸和圓錐軸與地軸斜交。

（2）等角正切方位投影

? 以極地為投影中心，又稱球面極地投影。緯線為以極為中心的同心圓，經(jīng)線為由極向四周輻射的直線，緯距由中心向外擴大。投影中央部分的長度和面積變形小，向外逐漸增大。主要用于兩極地區(qū)1:100萬地圖。

（3）等角正切圓柱投影(墨卡托投影)

? 由比利時人墨卡托于1569年為航海所創(chuàng)立。其實用價值為圖上任意兩點連成的直線為等角航線，按此方位角航行，可一直到達目的地。

（4）高斯-克呂格投影

? 高斯－克呂格投影，又稱為橫軸墨卡托投影。

? 一種橫軸等角橢圓柱投影，以橢圓柱作為投影面，并與橢球體相切于一條經(jīng)線上，該經(jīng)線即為投影帶的中央經(jīng)線。

? 按等角方式將中央經(jīng)線東西一定范圍內的區(qū)域投影到橢圓柱表面上，再展成平面，便構成了橫軸等角切橢圓柱投影。

? 例如：6度分帶，每一個分帶構成一個獨立的平面直角坐標網(wǎng)。投影帶中央經(jīng)線投影后的直線為y軸，赤道投影后為x軸。為了使得經(jīng)度坐標值不出現(xiàn)負值，規(guī)定每帶的中央經(jīng)線西移500km。

? 我國幾乎所有的測繪成果都采用高斯投影

? 具體又有3度帶和6度帶高斯投影

（5）通用橫軸墨卡托投影（UTM投影）

? 高斯-克呂格投影：等角橫切橢圓柱投影

? UTM投影:等角橫割橢圓柱投影

? UTM是等角橫割圓柱投影，在投影帶內有兩條長度比＝1的標準經(jīng)線，中央經(jīng)線的長度比為0.9996。所以，高斯-克呂格投影的y值乘上系數(shù)0.9996，即為UTM投影。

我國小比例尺圖（圓錐投影）

2.5 天球坐標系統(tǒng)

? 天球坐標系

? 又稱為恒星坐標系，用來確定天體在天球上的位置。

天球的幾何形狀是正球。

既可以用直角坐標系，也適合用球面坐標系表示天體的位置。

一、天球空間直角坐標系

（1）地球質心O為坐標原點。

（2）Z軸指向天球北極。

（3）X軸指向春分點。

（4）Y軸垂直于XOZ平面，與X軸和Z軸構成右手坐標系

（5）空間點的位置由坐標（X，Y，Z）來描述。

二、天球球面坐標系

（1）地球質心O為坐標原點。

（2）春分點軸與天軸所在平面為天球經(jīng)度（赤經(jīng)α ）測量基準(基準子午面)，赤道為天球緯度（赤緯δ ）測量基準而建立球面坐標。

（3）向徑r 表示天體到地球質心的距離。

（4）空間點S的位置為（r，α，δ）。

（5）天球球面坐標系的作用？

①常用的星表、星圖上恒星的坐標位置均用天球球面坐標系來表示。

②該坐標系對恒星來說是固定的，因此用赤經(jīng)和緯經(jīng)來表示天體在天球上的位置較為合適。

（6）問題

①地球自轉軸的歲差、章動和極動等現(xiàn)象。

②解決方案：

北極和春分點：“平”和“瞬時”兩種位置表示。
平天球球面坐標系： Z軸指向平北天極，X軸指向平春分點。
瞬時天球球面坐標系： Z軸指向瞬時北天極，X軸指向瞬時春分點（真春分點）。
在精度要求不高的時候，一般多使用平坐標系系列。
協(xié)議天球坐標系：
- 1984年1月1日后，取2000年1月15日的平北天極為協(xié)議北天極。
- Z軸指向協(xié)議北天極的天球坐標系稱為協(xié)議天球坐標系，X軸指向協(xié)議春分點。

2.6 常用坐標系統(tǒng)簡介

（1）WGS-84世界大地坐標系

①由美國國家影像制圖局（NIMA）和其前身美國國防部測繪局（DMA）制定的。

②GPS采用。

③一個地固（固定在地球上與地球一起旋轉）空間直角坐標系。

④原點在地球質心。（又稱地心坐標系）

⑤Z軸指向國際時間局BIH1984.0定義的協(xié)議地球極（CTP）方向。

⑥X軸指向BIH1984.0的零度子午面和CTP赤道的交點。

⑦Y軸和Z、X軸構成右手坐標系。

（2）我國的高程系

①1956年黃海高程系，青島水準原點(設在青島市觀象山山洞中)高程為72.289米。

②1985年國家高程基準，根據(jù)新的驗潮資料，水準原點高程值修正為72.260米。

（3）1954年北京坐標系

①采用的參考橢球是克拉索夫斯基橢球（蘇）。

②大地坐標系。

③高程系采用黃海高程系。

④問題：

橢球參數(shù)有較大誤差。
幾何大地測量和物理大地測量應用的參考面不統(tǒng)一。
定向不明確。

（4）1980年國家大地坐標系

①大地坐標系。

②參考橢球體IAG-75橢球

③大地坐標原點：陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)

④高程系采用黃海高程系

特點：該橢球面和大地水準面在我們境內最為密合。

⑤1980年國家大地坐標系。

（5）2000國家大地坐標系（China Geodetic Coordinate System 2000，CGCS2000）

①地心坐標系統(tǒng)

②原點：包含海洋和大氣的整個地球的質量中心

③2008年7月1日正式啟用

2.7 時間系統(tǒng)

一、時間的概念

（1）現(xiàn)代測量科技與空間科技緊密結合，測量精度極高。

（2）衛(wèi)星定軌、飛機和車輛導航等問題，不僅要求給出空間位置，而且應給出相應的時間。

（3）現(xiàn)代大地測量基準應是包括時間在內的四維基準。

（4）GPS測量中，時間的意義

①確定GPS衛(wèi)星的在軌位置；

②確定測站位置；

③確定地球坐標系與天球坐標系的關系。

（5）時間包括時刻（絕對時間）與時間間隔（相對時間）兩個概念。

（6）測量時間同樣需要建立測量基準，包括尺度與原點。

（7）可作為時間基準的運動現(xiàn)象必須是周期性的，且其周期應有復現(xiàn)性和足夠的穩(wěn)定性。

二、世界時UT（Universal Time）系統(tǒng)

（1）度量時間一般用周期性運動來作為測量的基準。

（2）這種周期性運動必須是均勻的和連續(xù)的。

（3）把地球自轉作為時間基準，稱為世界時。

（4）世界時系統(tǒng)又可以分為恒星時和平太陽時

由于觀察地球自轉運動時，所采用的空間參考點不同。

三、世界時系統(tǒng)

（1）恒星時：

①恒星時的參考點是春分點。

②春分點連續(xù)兩次經(jīng)過本地子午圈的時間間隔為一恒星日。

③由于恒星時是以春分點相對于本地子午圈時為原點計算的，同一瞬時對不同的測量站的恒星時各異，所以恒星時具有地方性，屬于地方時。

（2）平太陽時

①利用太陽的視運動來確定時間基準，就是太陽時。

②地球相對于太陽自轉一周的時間稱為真太陽日。一年中最長和最短的太陽日相差51s，按照真太陽日來計算時就很不準確。

③假想一個太陽，其視運動速度是均勻的，為真太陽視運動的全年平均值，假想的太陽稱為平太陽。

④地球相對于平太陽自轉一周的時間稱為平太陽日。

（3）世界時

①以本初子午線的平子夜起算的平太陽時。

②又稱格林尼治平時。

③各地的地方平時與世界時之差等于該地的地理經(jīng)度。

④由于地球自轉速度變化的影響，它不是一種均勻的時間系統(tǒng)。

⑤后來先后被歷書時和原子時所取代

⑥但在日常生活、天文導航、大地測量和宇宙飛行等方面仍然采用

英國倫敦格林威治（一譯格林尼治）天文臺（舊址）埃里中星儀所在的子午線作為時間和經(jīng)度計量的標準參考子午線，稱為本初子午線，又稱零子午線。圖中是擺放中星儀的屋子，經(jīng)線穿過屋子中央。

（4）歷書時系統(tǒng)

①根據(jù)行星在太陽系中的運動所得到的時間，屬于動力學時（Dynamical Time）。

②歷書時是以太陽系內的天體公轉運動為基礎的時間系統(tǒng)，描述天體運動的動力學方程中作為時間自變量所體現(xiàn)的時間，或天體歷表中應用的時間。

③它是由天體力學的定律確定的均勻時間。

④其規(guī)定1900年1月1日12h的回歸年長度的1/31556925.9747為1歷書秒。在該瞬間，歷書時與世界時在數(shù)值上相同。

⑤1958年國際天文學聯(lián)合會決議決定：自1960年開始用歷書時代替世界時作為基本的時間計量系統(tǒng)。

⑥規(guī)定天文年歷中太陽系天體的位置都按歷書時推算。歷書時與世界時之差可由觀測太陽系天體（主要是月球）定出。

⑦歷書時的測定精度較低，1967年起已被原子時代替作為基本時間計量系統(tǒng)。

（5）原子時系統(tǒng)

①由于地球自轉的季節(jié)性變化及其其他不規(guī)則的變化，世界時并不是一個很嚴格均勻的時間系統(tǒng)。

②物質內部原子運動的規(guī)律性非常穩(wěn)定，從而研究出原子時系統(tǒng)IAT（International Atomic Time）

③當代最理想的時間系統(tǒng)。

④原子時系統(tǒng)是以物質的原子內部發(fā)射的電磁振蕩頻率為基準的時間計量系統(tǒng)。

⑤原子時的初始歷元規(guī)定為 1958年1月1日世界時0時，秒長定義為銫133 原子基態(tài)的兩個超精細能級間在零磁場下躍遷輻射9192631770周所持續(xù)的時間。

⑥這是一種均勻的時間計量系統(tǒng)。

⑦1967年起，原子時已取代歷書時作為基本時間計量系統(tǒng)。

⑧原子時的秒長規(guī)定為國際單位制的時間單位，作為三大物理量的基本單位之一。原子時由原子鐘的讀數(shù)給出。

⑨國際計量局收集各國各實驗室原子鐘的比對和時號發(fā)播資料，進行綜合處理，建立國際原子時。國際原子時是在1977年建立，通過100臺原子鐘比對求得。

（6）協(xié)調世界時系統(tǒng)

①在天文導航、空間分析器跟蹤、大地和天文測量等應用中，當前仍然采用以地球自轉為基礎的世界時。

②但是由于地球自轉速度變慢的趨勢，近二十年來，世界時每年比原子時約慢1秒鐘，兩者差逐年積累。

③了避免發(fā)播的原子時與世界時之間產(chǎn)生過大的偏差，從1972年采用了以原子時秒長為基礎，在時刻上盡量接近于世界時的一種折中的時間系統(tǒng)，這種時間系統(tǒng)就稱為協(xié)調世界時UTC（Coordinate Universal Time）。

④協(xié)調世界時的秒長，等于原子時的秒長，而采用閏秒（或跳秒）的辦法，使協(xié)調世界時與世界時的時刻相接近。

GPS時間系統(tǒng)

（1）為了精密導航和測量的需要，全球定位系統(tǒng)GPS建立了專用的時間系統(tǒng)，簡稱為GPST，它由GPS主控站，即美國海軍天文臺的原子鐘控制。

（2）GPS時屬于原子時系統(tǒng)，其秒長與原子時相同，但是與國際原子時具有不同的原點。

總結

（1）3S系統(tǒng)涉及到空間信息的處理和管理。空間信息包括太空、大氣層空間和地面空間信息。

（2）GPS和遙感衛(wèi)星的運動是在三維空間進行的，一般采用空間直角坐標系比較方便，而地面及其近地空間物體及其運動與地球橢球的關系密切，因此使用大地坐標系比較方便。

（3）因此，為了描述不同事務及其信息，就需要定義不同的坐標系。

（4）不可展的曲面映射到平面的方法—地圖投影。

（5）現(xiàn)代測量科技與空間科技緊密結合，測量精度極高。如衛(wèi)星定軌、飛機和車輛導航、地球自轉與公轉、研究地殼升降和板塊運動等問題，不僅要求給出空間位置，而且應給出相應的時間。

（6）常用的世界時、歷書時、原子時、協(xié)調世界時和GPS時間系統(tǒng)。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的地理信息技术的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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