司若辰基于MATLAB的地图投影设计概要

1、学号 200631130015密级武汉大学本科毕业论文基于MatLab的地图投影设计院（系）名称：资源与环境科学学院 专业名称：地理信息系统 学生姓名：司若辰 指导教师：李连营ACHELOR DEGREE THESISOF WUHAN UNIVERSITYMap Projectio n Desig nBased On MatlabCollege :School of Resource and EnvironmentalScie neeSubject :Geographic In formatio n SystemName :Si RuochenDirected by :Li Lia nyingJune 2010郑重声明本人呈交的学位论文，是在导师的指导下，独立进行研究工作所 取得的成果，所有数据、图片资料真实可靠。尽我所知，除文中已经 注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含他人享有著作权的 内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已 在文中以明确的方式标明。本学位论文的知识产权归属于培养单位。本人签名： 日期：地图投影是绘制地图重要的数学基础，没有地图投影，地图

2、就失去了可量算 性这一重要性质，地图也就成为了一幅普通的图画，失去了实用价值。然而，与 地图投影相伴而来的往往是复杂的投影公式和繁琐的计算过程。好在，近年来计 算机技术的突飞猛进，地图投影已经可以通过计算机程序自动实现，从而把地图 投影从繁重的计算工作中解放出来。现在有许多计算机软件都能进行地图投影的 相关工作，而MATLAB（若无特别说明，本文中提到的MATLAB版本均为 MATLAB7.6R2008）凭借其出众的矩阵计算和绘图能力成为了处理地图投影问题的 佼佼者。本文就将探讨运用 MATLA软件来处理地图投影相关问题的方法。本文的研究内容主要包括以下四个方面：1、挖掘MATLA的相关功能，研究如何运用MATLA实现常用地图投影的显示， 对投影参数进行控制，用变形椭圆和等变形线来反映投影变形，以及在投影上绘 制大圆航线和等角航线；2、在MATLA环境下自定义投影；3、在MATLA环境下探索适合中国及湖北省的地图投影；4、研究在MATLA酥境下，运用投影的方法，来实现变比例尺地图（哈哈镜 地图）。关键词：地图投影 MATLAB中国地图 变比例尺地图IABSTRACTMap projec

3、t ion is an importa nt mathmatical fun dati on on making a map,without which a map will be unmeasurable and lose its practical value. The formulas dealing with map projection are usually too complex to caculate for man. Thanks to the rapid development of computer sienee, we can leave the heavy caculations to computers. There are many computer software that can solve map projection problems, and MATLAB(The edition of MATLAB is MATLAB7.6R2008a without special announcement) stands out from all thes

4、e softwares becauseof its strong abilities on caculati ng matrixes and draw ing pictures. This paper will discuss the method to solve map projectio n problems with MATLAB.The study aspects in this paper in cludes:1、Study the basic functions relating to map projection,like how to show maps un der a specific projectio n in MATLAB, how to set projectio n parameters, how to show distortio ns via tissot and distortio n con tours and how to show great circle routes and rhumb routes on maps;2、Define ne

5、w projections in MATLAB;3、Using appropriate projections to make Chinese map and HuBei Province map;4、Make variable scale map in MATLALB, based on projection theory.Key words： map projection; MATLAB; Chinese map; variable scale map#第1章绪论 11.1地图投影相关背景 11.1.1地图投影定义 11.1.2地图投影分类 11.1.3我国地图投影学的发展 21.2本文的研究内容 2第2章MATLAB的地图投影系统构架 42.1 MATLAB 简介 42.2 MATLAB与地图投影的联系 42.3系统构架 6第3章地图投影的基本应用研究 93.1在MATLAB选择投影看世界 93.2投影参数的控制 103.2.1 投影参数 103.2.2边框与网格参数 153.3投影变形 173.3.1 变形椭圆 173.3.2等变形线 193.4大圆航线与等角航线 213.5自

6、定义投影 24第4章适合区域特点的地图投影研究 314.1数据准备 314.2适合中国地图的投影 314.2.1正轴等角割圆锥投影 314.2.2斜轴伪方位投影 324.3适合湖北省的投影 34第5章变比例尺地图投影 365.1运用投影解决变比例尺地图的理论方法 365.2基于投影思想的变比例尺地图在 MATLA下的实现 37第6章实验分析 426.1可视化界面创建 426.2控件的使用 436.3编写回调函数 466.4系统性能评测 476.4.1基本投影系统性能评测 47642变比例尺投影系统性能评测 50第7章总结与展望 52参考文献 55致谢 56#第1章绪论1.1地图投影相关背景1.1.1地图投影定义众所周知，地球表面是一个不规则的曲面，地球椭球面和地球球面也都是不 可展曲面。要把不可展曲面上的图形信息映在地图平面上，就需要运用到地图投 影，这也是地图投影的主要矛盾。从广义的角度看，所谓地图投影，就是建立平 面上的点（用平面直角坐标或极坐标表示）和地球表面上的点（用纬度和经度表 示）之间的函数关系，用数学式表示即为：（y 二以pa）1.1.2地图投影分类地图投影可以依据其外在

7、和内在的特征来进行分类。前者表现在投影平面上 经纬线投影的形状上；后者则表现在投影内含的变形性质上。地图投影按经纬线形状分类可分为圆柱投影、圆锥投影、方位投影、伪圆柱 投影、伪圆锥投影、伪方位投影和多圆锥投影七种，它们各自的特点如下表1.1-1表1.1-1按经纬线形状进行的投影分类投影种类经线形状纬线形状限定特征圆柱投影平等直线平等直线经纬线正交圆锥投影直线束同心圆弧经线间隔相等，交 于纬线圆心方位投影直线束同心圆经线夹角等于经 差，交于纬线圆心伪圆柱投影对称曲线平等直线伪圆锥投影对称曲线同心圆弧伪方位投影对称曲线同心圆多圆锥投影对称曲线同轴圆弧以上七种投影按投影轴与地球的位置关系不同，还可细分为正轴、斜轴和横 轴投影；按投影面与地球的位置关系可细分为切投影和割投影。地图投影按变形性质分类可分为等角投影、等距离投影、等面积投影和任意 投影。前三者分别在角度、沿纬线方向的距离、面积上变形为零，任意投影不具 备前三种投影中的任何一种性质。1.1.3我国地图投影学的发展地图投影是地图重要的数学基础，也是地图制图学的重要组成部分，在我国 地图制图学发展中也处于较为领先的地位。我国地图投影的发展

8、主要集中在建国后的三十年。建国初期及二十世纪五十年代期间，我国的地图投影学科以引进和学习为主。在此期间译制的国外教材和专著包括 数学制图学、数学制图学实习材料、地 图投影法等。同时，我国方俊教授出版的地图投影学也成为当时地图投影 领域重要的文献资料。五十年代后期，我国的学术期刊测绘学报、测绘通报、测绘译丛等 都刊登了许多地图投影方面的文章，为我国地图投影的发展起了积极作用。同时， 我国一些测绘类院校也陆续出版了数学制图学、地图投影等书籍，对提高 地图投影学科教学质量作出了不小的贡献。从五十年代后期到七十年代末，我国的地图投影研究者们在地图投影理论和 实践应用方面都取得了好的成果，一批相关论文和专著也随之出版发表，使我国 地图投影学科有了全面而深远的发展。近十几年来，变比例尺地图投影也逐渐成为人们研究的热点。1.2本文的研究内容传统的手工地图投影计算及展绘工作费时费力，现在随着计算机技术的飞速 发展，地图制图工作也已经由传统的手绘方式转向更高效的计算机制图，然而计 算机环境下的地图投影方面问题却鲜有人研究，相关的文献也不多，仅有的一些 相关文献也是十几年前的“古董”，现势性不强。本文将研

9、究把当今工程设计中十分流行的软件MATLAB应用到地图投影领域，以提高地图投影研究及应用的效率。本文将基于以下四个方面进行研究：1、MATLAB下地图投影的基本应用。研究在 MATLAB环境下处理基本的地图投影问题，如投影的选择，投影参数的设置，投影变形的显示，大圆航线和等 角航线在投影中的应用等；2、自定义投影。在MATLAB中编写投影公式，定义新的投影；3、适合区域特点的地图投影研究。研究适合中国和湖北省区域特点的地图投 影；4、变比例尺地图投影。研究具有将地图特定部分以夸张方式显示特性的变比 例尺地图投影。#第2章MATLAB的地图投影系统构架2.1 MATLAB 简介MATLAB最早是在20世纪70年代由美国新墨西哥大学计算机科学系主任Cleve Moler为了减轻学生编程的负担而编写的，并由 MathWorks公司于1984年 正式推向市场。经过几十年的发展，MATLAB已成为国际控制界的标准计算软件， 在信号和图像处理、通讯、控制系统设计、测试和测量、财务建模和分析以及计 算生物学等众多领域得到了广泛的应用。MATLAB中数据的基本单位是矩阵，这与数学、工程中所使用的形式十分相 似，因此，用MATLAB解算问题也就比用C、FORTRAN等其它语言更加方便。MATLAB软件具有以下特点：1、可用于技术计算；2、可对代码、数据和文件进行管理；3、交互式工具可以按迭代的方式探查、设

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