城市建设3S(RS、GIS、GPS)技术_空间信息技术基础.ppt

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1、第二章空间信息技术基础第二章空间信息技术基础1、本章学习目的通过本章学习，了解、掌握地球形态、空间与时间参考系统、空间直角人材系统转换和地图投影等基本理论2、本章学习内容地球形态空间与时间参考系统空间直角坐标系转换地图投影与地形图的分幅与编号大气构造第一节地球形态地球形态铅垂线：地理空间中任意一点的重力作用线。水准面：自由静止的水面。大地水准面：与平均海水面重合，并向大陆、岛屿延伸所形成的封闭曲面由于大地体表面仍然是具有微小起伏的不规则曲面，无法用数学公式来描述，地理空间中的各种要素，也无法通过数学方法在大地体表面进行表达与处理。由此，在地球科学领域，用一个与大地的形状、

2、大小最为接近、拟合最好、且能用数学函数表示的椭球体来代表大地体。由图2．1可以看出，地理空间任意一点的铅垂线与通过该点的地球椭球面法线，一般不重合，它们之间的差值称为垂线偏差。参考椭球体地球椭球体是可以用数学公式表示的椭圆绕其短轴旋转而成。地球椭球体面（地球椭球体表面）虽然整体上与大地水准面（大地体表面）拟合最佳，但不同地区的大地水准面到地球椭球面的距离不同，该距离的大小，直接影响地理空间要素，归算到地球椭球面上的精确度，因此，不同的国家和地区，根据不同时期的观测资料，建立了与本区域大地水准面拟合最佳的地球椭球体。第一节地球形态参考椭球体是建立空间参考系统的基础。我国常用

3、坐标系及其参考椭球体如下表：第一节地球形态在GPS中，美国使用1984年IUGG第十七届大会推荐椭球参数建立了GPS专用的WGS-84坐标系统。时间椭球体坐标系1952年以前采用海福特(Hayford)椭球体1953年起前苏联建立的克拉索夫斯基椭球1954年北京坐标系20世纪70年代末1975年IUGG第十六届大会推荐椭球参数1980年国家大地坐标系参考椭球的点线面参考椭球短轴为椭球旋转轴，一般与地球旋转轴重合(或者平行)。旋转轴与椭球面有两个交点，位于北端的交点称为北极点，用N表示；位于南端的交点称为南极点，用S表示。通过椭球中心O且垂直于椭球旋转轴NS的平面为赤道面．

4、赤道面与椭球表面的交线为赤道。包含椭球旋转轴的平面称为子午面，子午面与椭球表面的交线称为子午线。第一节地球形态GPS、RS、GIS研究与处理的对象，位于地理空间，包括地表面、地表层，也包括大气层与太空。空间信息技术涉及空间对象在地理空间的位置、各种要素在地理空间的分布。确定位置与分布，需要建立相应的空间参考系统。1、GPS、RS涉及到人造卫星，而卫星的运动轨迹与地球的自转无关，通常建立与地球自转无关的天球坐标系来描述；位于地表层、地面、大气层的物体与对象，随地球的连续自转而同步运动，一般建立随地球自转而同步运动的地球坐标系来描述；第二节空间与时间参考系统第二节空间与时间参

5、考系统2、地面要素的表达，二维平面空间比二维球面空间更为方便，一般用平面坐标系描述；3、利用GPS确定目标的空间位置，其基本观测量是时间的函数，需要建立时间参考系统。一、天球坐标系黄道面：地球绕地轴(地球旋转轴)自转，同时绕太阳公转，地球绕太阳公转的平面如果假定地球在空间的位置是静止不变的，相对于地球质心而言，也可认为太阳在黄道面内绕地球质心运动，太阳绕地球的运动，称为视运动，亦与地球的自转无关。1、天球直角坐标系2、天球球面坐标系第二节空间与时间参考系统为描述卫星空间位置简单起见，设地球质心位于地轴上，且假定地球质心与地轴在宇宙空间的位置静止不动，则称以O为球心，半径无

6、穷大的球为天球。地轴无限延伸与天球交于天北极点PN、天南极点Ps。PN与Ps的连线称为天轴，它与地轴重合。过天球球心O且垂直于天轴的平面称为天球赤道面，它与天球相交的大圆称为天球赤道。黄道面与天球相交的大圆称为黄道，黄道与赤道交于春分点(γ)与秋分点。第二节空间与时间参考系统注：无论是地球的自转，还是太阳绕地球的视运动(地球绕太阳公转)，其天轴、天球赤道、春分点之间的相对关系固定不变。1、天球直角坐标系以地球质心O为原点，O点至天北极PN的方向为Z轴，O点至春分点y的方向为X轴，由X轴、y轴、Z轴按右手坐标系法则，在天球赤道面内定义出y轴。O-XYZ空间直角坐标系称为地心

7、天球直角坐标系，简称天球直角坐标系。天体S的空间位置，由天球直角坐标(X、y、Z)来描述。第二节空间与时间参考系统2、天球球面坐标系天体S的空间位置，又可由天球球面坐标(λ，ψ，γ)来描述。其中，λ为S所在天球子午面与天球基准子午面之间的夹角，称为赤径；ψ为O点至S的向径与赤道面的夹角，称为赤纬；r为地球质心至S的径向长度。第二节空间与时间参考系统天球直角坐标系与天球球面坐标系，合称为天球坐标系。由于地球不是均质标准椭球体，以及日、月等对地球的引力作用，使得地球的旋转轴(地轴)产生抖动与进动，即地轴(天球直角坐标系Z轴)的方向