地图学chapter 18知识点整理文档格式.docx
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实地图、虚地图
5.按地图的瞬时状态分类
静态地图、动态地图
6.按地图维数分类
平面地图多维地图
7.按其它指标分类
按用途、语言、使用方式、感受方式、历史年代等指标的分类
3地图学的历史与发展
中国地图的发展经历了：
原始地图、古典地图、实测地图和现代地图四个阶段
杰出的西晋地图学家裴秀—“制图六体”
墨卡托世界地图——1538年，探险时代最著名的地图学家荷兰的墨卡托绘制了第一张世界地图，创造了等角正轴圆柱投影，这是从北极的角度俯视绘制而成的
现代地图学理论研究
①地图信息论；
②地图信息传递论；
③地图感受论；
④地图符号学；
⑤地图模型论；
⑥地图认知理论；
⑦综合制图理论
现代地图学的特征：
①有新的理论体系；
②计量化；
③依赖于以计算机为主体的电子设备
现代地图的简要制作过程
1.实测成图：
通过实地测量而制成地图的方法。
2.•地面实测成图•GPS测量成图•高空实测成图：
航空遥感测量、航天遥感测量
2.编绘成图：
根据已有的地图或其他编图资料，在室编绘成图：
根据已有的地图或其他编图资料，在室内编制新图的方法。
4地图学的定义及学科体系
地图学的现代化定义：
地图学具有科学、技术和科学特性，是一门研究利用地图图形或数字化方式，科学地、抽象地概括反映自然界和人类社会各要素（现象）的空间分布、相互联系、空间关系及其在时空中的变化，对地理空间信息进行数据获取，智能抽象，储存、管理、分析、处理和可视化，并建立相应的空间信息系统（地理信息系统），以图形或数字方式传输地理空间环境信息的科学与技术
地形图及其应用
1地形图和地理图
地理图：
以反映自然地理要素和社会人文要素的分布规律为主，又称一览图。
其地图内容高度概括，设计灵活多样，制图资料种类多样且精度不一。
其类型有：
区域性全图、区域性分幅图、普通地图集。
地形图：
指比例尺大于或等于1/100万，按照统一的数学基础，统一的测量和编图规范要求，经过实地测绘或根据遥感数据和相关数据，以统一的图示图例编绘而成的一种普通地图。
地形图内容包含：
自然要素——水系（海洋、河系）、地形、土质和植被；
人文要素——居民地（类型与行政等级、位置与形状）、交通网（陆路交通、水路交通、管线运输）、境界线（国界、国内行政区划线）
地形图的符号体系
地形图符号大致分为点线面三种类型，有依比例尺和不依比例尺之分。
显著特点为高度统一性和相对还原事物原状的特点。
地貌地形由等高线以及分层设色以及晕染法描绘
国家基本比例尺地形图特点：
统一的数学基础（地图投影、坐标网）；
统一的规范和符号体系；
完整的比例尺系列和地图编号系统；
内容详细，几何精度高
基本比例尺地形图系列组成：
比例尺含1:
5000、1:
1万、1:
2.5万、1:
5万、1:
10万、1:
25万、1:
50万和1:
100万八种比例尺地形图。
2地形图数字基础
投影：
1:
100万基本地形图采用正轴等角割圆锥投影，大于1:
100万比例尺的基本地形图则采用高斯—克吕格投影。
分带：
均以6°
分带，从本初子午线开始，向东每6°
经度为一个投影带，东半球的起始编号为31，依次为：
31、32、33……60。
每个带的中央经线λ与带经度编号n的关系可以概括为λ=（n-30）*6-3（°
）北京所处的50带中央经线为东经117°
在一个6°
带中，自赤道每纬差4°
构成一个梯形图幅，北半球自赤道起算的编号为A、B、C……S。
例如北京属于J（纬度）50（经度）带。
特别地，在大于1:
10000的比例尺地形图中，采用3°
经度分度以提高精度。
经纬网与方里网：
高斯—克吕格投影带是建立在直角坐标系上的，以中央经线为x轴，赤道为y轴，两者交点为原点O。
y正方向为中央经线以东。
为避免y出现负值，规定坐标原点向西平移500km。
为区分不同投影带相同坐标的点位，每个点位的横坐标（经线坐标）百位数之前需要加上所在的带号，称为通用坐标。
若A点位于19带内，其横坐标值为321km，其通用坐标为ya=（19）321km。
基本比例尺地形图按经纬度分幅，东西图廓为经线，南北图廓为纬线。
图廓四角标有地理坐标。
仅有大于等于1比50万比例尺地形图完整绘出地理坐标网，而在较大比例尺地形图上则以每1’间隔的短线标注分度带。
方里网是平行于x，y的两组平行线，构成按整千米绘出的平面直角坐标网，不同比例尺的方里网间隔不同，见下表：
比例尺
方里网间距/cm
相应实地长度/km
10000
10
1
25000
4
50000
2
100000
需注意的是，由于高斯克吕格投影的经线除中央经线外均弯曲，故使方里网与经纬网构成子午线收敛角，在不同带幅相接时，经线重叠而直角坐标网相交，此时需标出相邻图幅的图廓分度带的每一方里网的坐标值。
三北方向：
真北、磁北、坐标北方向。
真北方向：
地形图上一点垂直指向北图廓的子午线方向，也可利用东西图廓（经线）作为真真子午线方向。
磁北方向：
地面上一点指向磁北极的磁子午线方向。
与真子午线之间的夹角δ称为磁偏角，东偏为正，西偏为负。
地形图上往往用虚线表示磁子午线方向或南北图廓上标有小圆圈并标明磁南磁北。
。
坐标北方向：
大比例尺地形图上有平面直角坐标网（方里网），地图上的坐标北方向即为方里网坐标总线方向。
分幅编号:
比例尺以及图幅关系
经差
纬差
图幅间数量关系
1;
100万
6°
4°
50万
3°
2°
25万
1°
30’
16
10万
20’
144
36
9
1：
5万
15’
10’
576
2.5万
7’30”
5’
2304
1万
3’45”
2’30”
9216
64
1991年前的基本地形图编号方法（横向为列，纵向为列；
列号在前而行号在后）
基础图幅
新图幅
序号
编号示例
A、B、C、D
J-50-A
[1][2]…[16]
J-50-[1]
12…144
J-50-1
J-50-1-A
（1）
（2）…（64）
J-50-1-
（1）
1、2、3、4
J-50-1-A-1
1：
100万标准图幅是6°
经差4°
纬差，但高纬经线间隔变窄，纬度60°
~76°
相邻两幅合并，变为12°
纬差；
纬度76°
~88°
之间四幅合并，变为24°
经差，4°
纬度88°
以上单成一幅。
新版基本地形图编号方法：
比例尺以及图幅关系（行列称呼相反，顺序也对调）
行数
列数
14
24
48
96
5000
1’52.5”
1’15”
192
36864
256
100万比例尺，行号为字符码，列号为数字码，北京仍为J50。
更大比例尺则以对应行数列数编号，行列均以三位数字标号，不足三位在前补零。
比例尺符号对应
代号
B
C
D
E
F
G
H
大比例尺地形图共有五个元素，十个编码构成，例如：
J50B001002、J50G093004
3地形图的符号体系
1自然地理要素的表示
•水体：
海洋、陆地水系
•地貌：
写景法、晕渲法、等高线法•
•土质、植被
海洋——海岸
•平均高潮线——蓝色实线•低潮线——点线
海洋——海底地貌
水深注记：
水深点深度注记，类似于陆地上的高程点。
•水深点不标点位，用注记整数位的几何中心代替；
•可靠、新测的水深点用斜体字，不可靠的、旧的用正体字；
•不足整米的小数位，用较小的字体注在整数位后偏下的位置
等深线：
从深度基准面起算的等深点的连线。
分层设色：
用不同深浅的蓝色区分各层，水深加大，蓝色加深。
晕渲：
同地貌晕渲
陆地水系
井、泉及贮水池：
蓝色，不依比例符号表示分布位置，有时附加说明注记。
运河及沟渠：
平行双线或等粗的实线表示
河流：
•时令河——蓝色虚线•消失河段——蓝色点线•干河床——棕色虚线
湖泊、水库及池塘：
蓝色不依比例符号表示分布位置，有时附加说明注记。
•淡水——浅蓝色•盐水——浅紫色
水系附属物：
•自然：
瀑布、石滩；
•人工：
水闸、拦水坝、码头……
地貌——写景法
以绘画写景的形式表示地貌起伏和分布位置的地貌表示法。
地貌——晕渲法
根据假定光源对地面照射所产生的明暗程度，用浓淡的墨色或彩色沿斜坡绘其阴影，造成明暗对比，显示地貌的分布、起伏和形态特征的地貌表示法。
主要分为直照晕渲、斜照晕渲、综合光照晕渲。
地貌——等高线法
等高线，是地面上高程相等点的连线在水平面上的投影。
用等高线来表现地面起伏形态的方法，称为“等高线法”。
它可以反映地面高程、山体、谷地、坡形、坡度、山脉走向等地貌基本形态及其变化。
由等高线可以量算地面点的高程、地表面积、地面坡度、山体的体积和陆地的面积等。
等高距：
地形图上相邻等高线的高程差。
在大、中比例尺地形图上等高距是固定的，根据等高线的疏密可以判断地形的变化情况。
符号印色以棕色为主。
山脊（分水线）：
等高线凸向高程降低的方向
山谷（集水线）：
等高线凸向高程升高的方向
等高线特征
•位于同一条等高线上的各点高程相等；
•等高线是封闭连续的曲线；
•等高线通常不相交，但在坡度急剧变化处可能重叠（陡坡、悬崖）。
•在等高距相同的情况下，等高线越密，坡度越陡，等高线越稀，坡度越缓。
•等高线与分水线（集水线）垂直相交。
一般规定在一种比例尺地图中只采用一种等高距，称为基本等高距，按这种等高距绘出的等高线，叫首曲线（基本等高线）；
5或4倍等高距，计曲线（加粗等高线）；
1/2等高距，间曲线（半距等高线）；
1/4等高距，助曲线（辅助等高线）
地貌——分层设色法
根据地面高度划分的高程层（带），逐“层”设置不同的颜色。
可以使地图在一览之下立刻获得高程分布及其相互对比的印象；
同时使等高线地图略微有一些立体感。
•蓝色表示海洋•绿色表示平原•黄色表示低山或丘陵•棕、紫、灰、白色表示高山、极高山等
土质、植被
土质：
泛指地表覆盖层的表面性质。
植被：
地表植物覆盖的简称
•地类界•说明符号•底色•说明注记
2社会经济地理要素的表示
•居民地——形状、行政等级、人口数
•交通网——铁路、公路、水陆交通、管线运输、空中运输
•境界：
（1）绘出未定国界
（2）绘正式边界以表明立场（3）岛屿地区加说明注记（4）境界转折、交会处要有明显的点位
3各种注记
•名称注记：
说明各种事物的专有名称。
•说明注记：
说明事物的种类、性质或特征。
•数字注记：
说明事物的数量特征。
•图幅注记：
说明地图的编制状况。
系统地利用字体类型、大小和颜色，使得地图注记也成为空间信息归类的手段。
水系注记：
左斜体山脉注记：
耸肩体
字色：
与注记所表示的事物类别相联系。
如：
居民地注记用黑色，河流注记用蓝色，政区表面注记用红色
字大：
注记尺寸的大小与图形符号相对应，差别明显，图面清晰
字隔：
点状物使用小字隔注记；
线状物采用较大间隔沿线状物注记，很长时需要分段重复注记；
面状物体根据所注面积大小变更间隔
字位—注记在图上的排列方式，主要有四种
水平字列：
平行于南北图廓
垂直字列：
垂直于南北图廓
雁行字列：
字符连线与注示物走向平行，成直线，字直立。
屈曲字列：
字符连线与注示物走向平行，成自然弯曲，字向不直立。
注记配置的基本原则：
•注记不能压盖地图上的重要内容•注记与其说明的事物关系明确
地图的数学基础
1地球体
水准面：
和重力方向线相垂直的，形成了无数个曲面，每个曲面上重力位相等，每个重力等位面就是水准面。
大地水准面：
在众多的水准面中，有一个与静止的平均海水面相重合，并假想其穿过大陆，岛屿形成一个闭合曲面，这就是假想其穿过大陆，岛屿形成一个闭合曲面，这就是大地水准面。
它实际是一个起伏不平的重力等位面——地球物理表面，它所包围的形体称为大地体。
（总）椭球体：
（数学表面）在测量和制图中就用旋转椭球体来代替地球体，这个旋转椭球体通常称为地球椭球体，简称椭球体。
参数包括：
椭球长半轴a、短半轴b、扁率α=（a-b）/a、第一偏心率e²
=（a²
-b²
）/a²
、
第二偏心率e’²
）/b²
拟和原则：
椭球体中心和地球质心重合；
短轴和地轴重合；
起始大地子午面和起始天文子午面重合；
a和α需满足全球范围内的大地水准面差距平方和最小
参考椭球体定位：
对地球形状a，b，f测定后，还必须确定大地水准面与椭球体面的相对关系。
即确定与局部地区大地水准面符合好的一个地球椭球体——参考椭球体，这项工作就是参考椭球体定位。
2地球坐标系与大地定位
2.1地理坐标——用经纬度表示地面点位的球面坐标。
由南极、北极、赤道、本初子午线建立地理坐标
1天文经纬度：
表示地面点在大地水准面上的位置，用天文经度和天文纬度表示
天文经度:
观测点天顶子午面与格林尼治天顶子午面间的两面角。
在地球上定义为本初子午面与观测点之间的两面角。
天文纬度:
在地球上定义为铅垂线与赤道平面间的夹角。
2大地经纬度：
表示地面点在参考椭球面上的位置，用大地经度λ、大地纬度ϕ和大地高h表示。
大地经度λ:
指参考椭球面上某点的大地子午面与本初子午线间的两面角。
东经为正，西经为负。
大地纬度ϕ:
指参考椭球面上某点的垂直线（法线）与赤道平面的夹角。
北纬为正，南纬为负。
大地高h:
沿地球上某点的椭球面法线到椭球面的距离称为该点的椭球高或大地高。
3地心经纬度：
地心坐标以地球椭球体质量中心为原点，参心坐标以参考椭球体中心为原点
地心经度同大地经度λ。
地心纬度是指参考椭球面上某点和椭球中心或与质心的连线与赤道面之间的夹角ψ
2.2中国的大地坐标系统
1.中国的大地坐标系：
克拉索夫斯基椭球体（1954北京坐标系）——1975IUGG椭球体（1980西安坐标系）——CGCS2000（地心大地坐标系统）
2.平面三角测量网、中国高程起算面是黄海平均海水面。
3.GPS的优势：
观测点间无须通视、提供三维坐标、精度高、观测时间短、全天候作业、操作简便。
3地图投影
在地球椭球面和平面之间建立点与点之间函数关系的数学方法，称为地图投影。
地图投影学是研究地图投影的理论、方法、应用和变换等。
也称为数学制图学。
地图投影的变形：
将裂开的部分均匀地拉伸，将重叠的部分均匀地压缩，消除裂缝和重叠。
地图投影变形规律：
1.与制图区域的大小有关，制图区域愈大，可能出现的变形亦大
2.与标准点（无变形的点）或标准线（无变形的线）的距离有关，离开标准点或标准线愈远，变形愈大。
地图投影的实质：
将地球椭球面上的经纬线网按照一定的数学法则转移到平面上。
地球仪上经纬网特征：
•经线圈都是大圆，长度相同，随着纬度增大而逐渐收敛至极点；
•纬线圈是互相平行的圆，纬线圈随纬度增大而逐渐缩短；
•经纬线互相正交；
•在同纬度带内，相同经线差构成的球面梯形，其形状相同，面积相等，不同纬度带的梯形面积由低纬向高纬缩小。
把地图上和地球仪上的经纬线网进行比较，可以发现变形表现在长度、面积和角度三个方面
变形椭圆：
取地面上一个微分圆（小到可忽略地球曲面的影响，把它当作平面看待），它投影到平面上通常会变为椭圆，通过对这个椭圆的研究，分析地图投影的变形大小和分布。
这种图解方法就叫变形椭圆
在变形椭圆中，经线为X轴，纬线为Y轴。
令m为经线长度比，n为纬线长度比。
a，b分别为主方向的极值长度比
A为椭球上任意点，OA与主方向（X轴）夹角为α，OA=r。
A’为变形椭圆上的A的投影，相应坐标为a’b’夹角为α’O’A’=r’。
长度比和长度变形：
投影面上一微小线段（变形椭圆半径）和球面上相应微小线段（球面上微小圆半径，已按规定的比例缩小）之比。
U表示长度比，Vu表示长度变形。
U=r’/r=（a²
cos²
α+b²
sin²
α）1/2
面积比和面积变形：
投影平面上微小面积（变形椭圆面积）dF′与球面上相应的微小面积（微小圆面积）dF之比。
P表示面积比，Vp表示面积变形。
P=a·
b=m·
n（经纬线与主方向方向相同）
角度变形：
投影面上任意两方向线所夹之角与球面上相应的两方向线夹角之差，称为角度变形。
以ω表示角度最大变形。
Δu为角度变形。
Sin（Δu/2）=（a-b）/（a+b）sin（α+α’）
当α+α’=π/2时，角度变形达到最大δumax=ω
Sin（ω/2）=（a-b）/（a+b）
地图投影变形的表示方法：
（1）变形椭圆、
（2）变形数据表、（3）等变形线
地图投影分类：
投影构成方式：
几何投影（方位投影、圆柱投影、圆锥投影）
（根据投影面位置还可分正轴投影、横轴投影、斜轴投影）、非几何投影
变形性质：
等角投影、等积投影、任意投影
几种投影举例：
等角割圆锥投影：
由圆锥投影到等角圆锥投影再到等角割圆锥投影
等角圆柱投影：
圆柱投影，墨卡托投影。
高斯克吕格投影，横轴墨卡托投影
正轴圆柱投影：
正轴等角切圆柱投影又称作墨卡托（Mercator）投影。
墨卡托投影的实用价值:
该投影保持了方向和相对位置的正确，图上任意两点的直线为等角航线。
这一特性对航空、航海具有重要的实用价值。
等角横切椭圆柱投影：
高斯-克吕格投影（无角度变形，中央经线无长度变形）远离中央经线变形增大；
一般取6°
带。
伪圆柱投影——桑生（中央经线纬线距相等，适用于绘制赤道附近南北延伸的地图）
伪圆柱投影——摩尔威特（中央经线纬线距由赤道向两极缩小，常用于绘制世界地图和东西半球地图）
古德投影（分瓣，各地区都设置中央经线，常用于编制世界地图）
方位投影:
以平面作投影面，使平面与球面相切或相割，将球面上的经纬线投影到平面上而成。
（可以保持从投影中心到任意点的方位角无变形，一般用于编制极地和半球的地图）
正轴方位投影：
等距波斯托，等积兰勃特（极地地图）
横轴方位投影或斜轴方位投影：
等积绘制东西半球图；
等距绘制地震影响范围图。
大圆航线:
地球面上两点间短距离是通过两点间的大圆弧，也称为大圆航线。
等角航线:
是地球表面上与经线相交成相同角度的曲线。
在地球表面上除经线和纬线以外的等角航线，都是以极点为渐近点的螺旋曲线。
同一条纬线上任何点的面积变形相同，纬度60°
以上变形急剧增大，极点为无穷大
按投影平面与球面的接触关系，分为切投影和割投影
按投影变形性质，分为等角、等积和任意投影
伪圆锥投影：
彭纳（中纬度小比例尺）任意纬线方向上的长度比为1
伪圆柱投影：
纬线为平行直线，各经线关于中央经线（直线）对称。
变形简单的投影的共同特性：
1）无变形点或线因切或割而异，切圆锥投影标准线是一条圆弧，切圆柱投影标准线是一条直线，切方位投影标准线是一个点，割圆锥投影标准线是两条同心圆弧，割圆柱投影标准线是两条直线，割方位投影标准线是以投影中心为圆心的圆。
2）判别投影要量测经线距、纬线距的变化。
正轴时，从投影中心向外，纬线距相等为等距，放大为等角，缩小为等积。
3）除了标准点和标准线以外，下列情况不能同时存在：
•两个主方向不可能同时都没有长度变形；
•面积没有变形与角度没有变形，不能同时存在
•面积没有变形与任何一个主方向没有变形，不能同时存在
•角度没有变形与任何一个主方向没有变形，不能同时存在
地图投影的选择
极地地区常用正轴方位投影；
赤道地区常用正轴圆柱投影或横轴方位投影；
中纬地区常用正轴圆锥投影或斜轴方位投影。
经纬线形状和变形性质能否满足地图内容的要求
地图变形小而且分布均匀，等变形线的形状与地图区域的轮廓形状接近。
经纬线网形状不复杂，便于读者识别，而且投影的计算、绘制和变换都比较方便
通常，经济地图采用等积投影，军用地图采用等角投影，教学地图一般采用任意投影。
国家基本比例尺地图必须采用国家规定的投影。
学习地图投影的目的：
了解各种投影的变形，以及各种变形对应用地图产生的影响，从而正确应用地图
4地图比例尺
地图
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