土地信息系统第2章-土地信息技术基础12

1、1,第2章 土地信息技术基础,内容提要： 2.1 土地信息分类与编码 2.2 土地信息的空间参考体系 2.3 地图投影 2.4 地图分幅与编号,2,2.1 土地信息分类与编码,土地信息分类：将土地信息系统化，以便于管理、应用和信息共享 2.1.1 信息分类的基础 2.1.2 土地利用信息分类 2.1.3 土地信息编码,3,2.1.1信息分类的基础 分类过粗：可能会影响将来分析的深度。 分类过细：增大工作量, 计算机负荷加重; 有时在技术上也难以做到。 （1）分类原则 科学性原则。按照土地信息特征进行科学分类,采用层级分类法,形成树形结构。 系统性原则。土地信息分类从最高一级到最低一级应该排列成一个有机的整体。 稳定性原则。土地信息分类应以我国使用多年的基础信息和土地利用信息的常规分类为基础, 能在较长时间里不发生重大变更。 完整性和可扩展性原则。能容纳各专业领域现有的和将来可能产生的所有信息,代码结构和具体编码时应留有适当的余地和给出扩充办法。,4,易用性原则。分类名称尽量沿用专业习惯名称, 代码尽可能简短和便于记忆。 灵活性原则。现有系统分类和编码可灵活转换成标准的分类和代码。 不受

2、比例尺限制原则。分类和代码应当包容各种比例尺数据库所涉及的全部要素。 与有关国家规范和标准协调一致原则。凡已经颁布实施的相关国家标准可以直接引用, 与有关行业标准和地方标准求得最大限度地协调一致。 考虑数据来源原则。土地利用数据一级分类应该能够从卫星遥感影像识别, 便于卫星遥感监测土地资源。,5,（2）分类体系 作为土地信息编码基础的分类体系，主要是由分类与分级方法形成的。 分类的基本方法； 分级的概念、原则及基本方法; 分类与分级的关系。,6,分类的基本方法： 线分类法：又称层级分类法。是将初始的分类对象按选定的若干个属性或特征依次分成若干个层级目录，并编排成一个有层次的分类体系。对土地信息的分类一般是采用线分类法。,7,面分类法：将给定的分类对象按选定的若干个属性或特征分成互不相依、互不相干的若干方面，每个面中又分成许多彼此独立的若干个类目，由类目组合形成类的一种分类方法。,8,分级：是对事物或现象的数量或特征进行等级的划分，主要包括确定分级数和分级界限。 确定分级数的基本原则, 包括: 分级数应符合数值估计精度的要求。分级数多, 数值估计的精度就高; 分级数应顾及可视化的效果;

3、分级数应符合数据的分布特征。 确定分级界线的基本原则, 包括: 使级内差异尽可能的小, 各级之间的差异尽可能的大; 在任何一个等级内部都必须有数据, 任何数据都必须落在某一个等级内; 尽可能采用有规则变化的分级界线。,9,分级的基本方法：在分级时大多采用数学方法，如数列分级、最优分割等级等。 分类体系中的分级方法所依据的指标，一般以土地特征的数量指标或质量指标为主。,分类与分级的关系: 分类把研究对象划分为若干个类组，分级则是对同一类组对象再按某一方面量的差别进行分级； 分类描述地物间的分类关系、隶属关系，而土地分级描述地物间的等级关系。,10,2.1.2土地利用信息分类 从土地利用角度对土地信息分类： 一般以土地利用的类型、土地利用的性质和土地经营的特点为依据来设计分类系统；比如： 城市: 主要是考虑高密度的土地利用和配置, 并侧重于经济要素和人文要素； 农村: 则主要是研究大量的自然资源信息及利用问题。 因此, 原国家土地管理局制订两套土地利用信息分类体系, 即 :“土地利用现状调查技术规程” 和 “城镇地籍调查规程“（见书12页表2-1；2-2）,11,从信息系统开发应用角度对土

4、地信息分类： 基础地理信息 指空间参考坐标系、地形地貌、水系、植被和线状道路等基础信息 专题图形信息 指在建立土地信息系统时将涉及到的有关土地方面的信息图层：地籍、规划、估价等 专题属性信息 包括反映特定地块最基本属性的信息：面积、权属、地类等 土地相关属性信息 与土地相关的其他属性信息包括：人口、古迹、植被、水文、气候、交通运输等,12,概念区分： 编码：是将经过分类的信息用适当的数码(字符串或数值)来表示，也称代码化。编码的类型是指代码符号的表示形式，有数字型、字母型、数字和字母混合型三类。 代码：是一个或一组有序的易于被计算机或人识别与处理的符号，是计算机的符号，是计算机鉴别和查找信息的主要依据和手段。 编码的直接产物就是代码，而分类分级则是编码的基础。,2.1.3土地信息编码,13,LIS中属性信息代码种类(分类码和标识码): 分类码：根据土地信息分类体系设计出来的用于识别不同类别的数据，根据它可以从数据中查找出所需类别的全部数据。,14,标识码：在分类码的基础上，对每类数据设计出 全部或主要实体的标识码，用以对某一类数据中 的某个实体进行个别查询检索，从而弥补分类码 不能进行

5、个体分离的缺陷。 标识码是联系几何信息和属性信息的关键字。,15,16,属性信息编码方法举例： 如县级农用地分等单元编号：这是一种标识码，单元编号用12位数字表示：省级行政代码（2位）+地级市行政代码（2位）+县级行政代码（2位）+单元流水编号（6位）。行政代码按中华人民共和国行政区划代码（GB2260-91）执行。单元流水编号不足6位前面补0。,17,空间信息的编码方式： 用空间坐标来表示地理要素的位置空间坐标码 在空间要素间建立起联系，反映空间位置上的相互关系拓扑结构、四叉树结构 对空间要素人为的给定一些编码或字符串空间位置附加属性码 比较：空间坐标码有定位精确、图形显示直观的优点，拓扑结构、四叉树结构能建立空间要素之间空间位置上的相互联系，空间位置附加属性码便于人的识别、记忆。因此，一个实用的土地信息系统往往是同时使用上述三类编码，以相互取长补短。,18,思考：地球空间中空间实体的位置如何表达？,2.2 土地信息的空间参考系,依坐标绝对定位 依空间实体间的空间关系,土地数据输入必须在统一的（或转换为统一的）土地空间参考框架下才能保证描述同一目标的不同来源的土地信息相互正确地对照。

6、,19,2.2.1地球空间模型描述 根据大地测量学的研究成果，地球表面几何模型可以分为四类： 地球的自然表面 相对抽象的面,即大地水准面 地球椭球体 其他数学模型,20,地球的自然表面：它是一个起伏不平，十分不规则的表面，包括海洋底部、高山、高原等在内的固体地球表面非常复杂，难以用数学表达式描述，不适合建模，各种几何量算也十分的困难。,21,相对抽象的面，即大地水准面：假设当海水处于完全静止的平衡状态时，从海平面延伸到所有大陆下部，而与地球重力方向处处正交的一个连续、闭合的水准面。尽管大地水准面比起实际的固体地球表面要平滑得多，但实际上，由于海水温度的变化，盛行风的存在，可以导致海平面高达百米以上的起伏变化，这使得大地水准面十分复杂而不能在其上进行运算。,22,地球椭球体：以大地水准面为基础建立的。虽然大地水准面十分复杂，但从整体来看，起伏是微小的，很接近与绕自转轴旋转的椭球体，所以在测量和制图中就用旋转椭球来代替大地球体，这个旋转球体通常称地球椭球体。地球椭球体是建立土地信息空间参考系的基础。,椭球体元素： 长半径(a) 短半径(b) 扁率(),计算公式如下： =(a-b)/b,一个

7、国家或地区在建立大地参考系时，为使地球椭球面更切合本国或本地区的自然地球表面，往往需要选择合适的椭球参数、确定一个大地原点的起始数据，并进行椭球的定位和定向。,23,我国参照前苏联从1953年起采用克拉索夫斯基椭球体(Krassovsky)建立了我国的北京54坐标系统。到20世纪80年代初，我国已基本完成了天文大地测量，经计算表明，54坐标系统普遍低于我国的大地水准面，平均误差为29米左右。1978年采用国际大地测量协会推荐的1975地球椭球体建立了我国新的大地坐标系统西安80坐标系统。我国大地测量就是依这两种坐标系统进行的。由于两种坐标系统地球椭球参数、定位和定向的变化，必然引起地形图的图廓线、公里线以及地形地物相关位置的改变。因此，建立土地信息系统时，若同时使用根据两种坐标系统测制的地形图的情况下，必然会涉及54坐标向80坐标转换的问题。,24,美国国防部在1984年建立了世界大地测量坐标系统（World Geodetic System），简称WGS-84坐标系统，是目前国际上统一采用的大地坐标系。WGS-84坐标系统所使用的地球椭球体，称为WGS-84椭球体。 目前GPS定位所得

8、出的结果都属于WGS-84坐标系统。而在工程中使用的大多是国家坐标系，因此要建立WGS-84和国家坐标系之间的转换模型，目前已有坐标转换模型可求得WGS-84和国家坐标系之间的转换参数，进而得到国家坐标系成果。,25,图2-1 地球的自然表面、大地水准面 面和地球椭球体之间的关系,26,其他数学模型：为了解决特定的大地测量问题而提出的。如类地形面(Tel1uriod) 、准大地水准面、静态水平衡椭球体等。,27,2.2.2土地信息的空间参考系 空间参考系：主要指大地参考系，是指用数学方法来定义地面实体在通用坐标系中的绝对位置和大小。大地参考系的基础是地球椭球体。常用的大地参考系有： 地理坐标系 空间大地直角坐标系 平面直角坐标系,同一坐标系统下坐标有多种不同的表现形式，一种形式实际上就是一种坐标系。,28,地理坐标系：以经纬和纬度表示地面点位置的球面坐标系。,地理坐标系,地理坐标根据参考基准不同可分为：大地经纬度、天文经纬度。,29,大地经纬度以参考椭球面和法线作为基准面和基准线；天文经纬度是以水准面和铅垂线为基准面和基准线。,30,大地经度：观测点大地子午面与起始大地子午面之间的两面

9、角，大地纬度：观测点椭球垂直线（法线）与赤道面之间的夹角； 天文经度：观测点子午面与起始天文子午面之间的两面角，天文纬度：观测点铅垂线（重力线）与赤道面之间的夹角； 经度向东量度为东经(正)，向西量度为西经(负) ，其值各为0180；纬度向北量度为北纬(正) ，向南量度为南纬(负) ，其值各为090。 比如，我国地处东半球，又处于北半球，所以我国地域内各点的地理坐标都是东经和北纬。如北京某地点的地理坐标为东经11628，北纬3954。,31,空间大地直角坐标系,图2-3 空间大地直角坐标系,32,运用地图投影的方法，建立地球表面和平面上点的函数关系，使地球表面上任意一个由地理坐标确定的点，在平面上必有一个与其相对应的点，平面上任一点的位置可以用极坐标或直角坐标表示。我国目前采用高斯-克吕格投影来建立地球表面和平面上点的函数关系。,平面直角坐标系,o,X,Y,33,空间点的高程是以大地水准面为基准建立的，大地水准面又由地球重力场决定。由于地球重力场的复杂性，大地水准面不能惟一确定，各国或地区均是选择一个平均水平面来代替它，以建立高程基准。 我国有1956年黄海高程系和1985年国家高程基准。转换关系为：H85=H56-0.029 ，式中 : H85、H56一一新旧高程基准原点的正常高程。 在建立LIS时，若采用不同高程基准的地形图或工程图做基础数据时，应将高程基准全部统一到1985年国家高程基准。,高程参考系统,34,GIS中常用的坐标系是与地图测绘密切相关的地理坐标系和平面直角坐标系。,35,为什么进行地图投影？ 采用平面直角坐标系较符合人们的习惯，但直接把大地坐标系展平作为直角坐标系时，不能正确表示各地面景物的形状、大小和相互关系，图形失直较严重。 什么是地图投影？ 地图投影就是指建 立地球表面上的点与 投影平面上的点之间 的一一对应关系。,2-3 地图投影,图2-4 地图投影 （摘自 Understanding GIS）,36,地图投影变形形式,长度变形：地图上的经纬线长度并非都是按照同一比例缩小的； 面积变形：地图上经纬度线网格面积不是按照同一比例缩小的； 角度变形：地图上角度与相应景物在球面上的相应角度不相等。,37,地图投影的选择高斯-克吕格投影 采用高斯横圆柱投影的方法来建立

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