【資料分享】地圖基礎知識

 

1、什麼是地圖?
  地圖是按照一定的法則,有選擇地以二維或多維形式與手段在平面或球面上表示地球(或其它星球)若干現象的圖形或圖像,它具有嚴格的數學基礎、符號系統、文字註記,並能用地圖概括原則,科學地反映出自然和社會經濟現象的分佈特徵及其相互關係。

2、什麼是數字地圖?
  數字地圖是存儲在計算機的硬盤、軟盤、光盤或磁帶等介質上的,地圖內容是通過數字來表示的,需要通過專用的計算機軟件對這些數字進行顯示、讀取、檢索、分析。

3、什麼是柵格圖?
  柵格圖是基於一套行列組成的方格數據模型,使用一組方格描述地理要素,每一個方格的值代表一個現實的地理要素。 
  柵格數據適合於做空間分析和圖象數據格式的存儲,不適合做不連續的數據處理。

4、什麼是數字柵格地圖(DRG)?
  數字柵格地圖(DRG)是紙質地圖的柵格數字化產品。每幅圖經掃描、集合糾正 、圖幅處理與數據的壓縮處理,形成在內容、精度和色彩上與地圖保持一致 的柵格文件。

5、什麼是柵格圖像?
  柵格圖像,也稱光柵圖像,是指在空間和亮度上都已經離散化了的圖像。我們可以把一幅柵格圖像考慮爲一個矩陣,矩陣中的任一元素對應於圖像中的一個點,而相應的值對應於該點的灰度級,數字矩陣中的元素叫做像素。 數字圖像與馬賽克拼圖相似,是由一系列像素組成的矩形圖案,如果所有的像素有且僅有兩個灰度級(黑或白),則稱其爲二值圖像,也即位圖;否者稱其爲灰度圖像或彩色圖像。什麼是矢量圖形? 在介紹矢量圖形之前,我們首先闡述矢量對象的概念。矢量對象是以矢量的形式,即用方向和大小來綜合表示目標的形式描述的對象。例如畫面上的一段直線,一個矩形,一個點,一個圓,一個填充的封閉區域……等等。 矢量圖形文件就是由這些矢量對象組合而成的描述性文件。矢量圖形則是計算機軟件通過一定算法,將矢量對象的描述信息在顯示終端上重繪的結果。

6、什麼是矢量圖?
  矢量圖是基於直角座標系統,用點、線、多邊形描述地理要素的數據模型或數據結構。每一個地理要素由一系列有順序的的xy座標描述,這些要素與屬性相結合。

7、爲什麼要將柵格地圖矢量化?
  紙質地圖經掃描儀掃描後,初步保存爲柵格圖像(常見的格式有TIFFBMPPCXJPEG等)。柵格圖像在地理應用領域有着這樣的缺陷:首先,柵格圖像文件對圖像的每一像素點(不管前景或背景像素)都要保存,所以其存儲開銷特別大。另外,我們不能對圖像上的任一對象(曲線、文字或符號)進行屬性修改、拷貝、移動及刪除等圖形編輯操作,更不能進行拓撲求解,只能對某個矩形區域內的所有像素同時進行圖像編輯操作。此外,當圖像進行放大或縮小顯示時,圖像信息會發生失真,特別是放大時圖像目標的邊界會發生階梯效應,正如點陣漢字放大顯示發生階梯效應的原理一樣。而矢量圖形則不同。在矢量圖形中每個目標均爲單個矢量單位(點、線、面)或多個矢量單位的結合體。基於這樣的數據結構,我們便可以很方便地在地圖上編輯各個地物,將地物歸類,以及求解各地物之間的空間關係。並有利於地圖的瀏覽、輸出。 矢量化則是利用數字圖像處理算法,將源圖上的各種柵格陣列識別爲矢量對象,最後以一定格式保存的過程。矢量圖形在工業、製圖業、土地利用部門等行業都有廣泛的應用。在這些領域的許多成功軟件都基於矢量圖形,或離不開矢量圖形的參與,如AutoCADARC/INFOCorel DrawGeoStar等等。(摘自 地理信息系統論壇網)

8、什麼是地圖的比例尺?
  地圖上某線段的長度與實地相應線段的水平長度之比,稱爲地圖的比例尺。其表現形式有數字比例尺、文字比例尺和圖解比例尺。比例尺大於和等於110萬的地圖,如110萬、15萬、12.5萬、11萬、15千等的地圖可稱爲大比例尺地圖。比例尺小於110萬並大於1100萬的地圖,如125萬、150萬等的地圖可稱爲中比例尺地圖。比例尺小於和等於1100萬的地圖,如1100萬、1250萬、1600萬、12000萬等的地圖可稱爲小比例尺地圖。 

9、大地測量與地圖製圖的基本原理?
  地球是一個自然表面極其複雜與不規則的橢球體,而地圖是在平面上描述各種製圖現象,如何建立地球表面與地圖平面的對應關係? 爲解決這一問題,人們引入大地體的概念。大地體是由大地水準麪包圍而成。大地水準面是假定在重力作用下海水面靜止時的平均水面,並設想此面穿過大陸與島嶼,連續擴展形成處處與鉛垂線成正交的閉合曲面。由於地殼內部物質密度分佈不均勻,大地水準面也有高低起伏。雖然此高低起伏已經不大,比地球自然表面規則得多,但仍不能用簡單的數學公式表示。爲了測量成果的計算和製圖的需要,人們選用一個同大地體相近的可以用數學方法來表達的旋轉橢球體來代替,簡稱地球橢球體。它是一個規則的曲面,是測量和製圖的基礎。 地球自然表面點位座標系的確定包括兩個方面的內容:一是地面點在地球橢球體面上的投影位置,採用地理座標系;二是地面點至大地水準面上的垂直距離,採用高程系。

10、什麼是大地座標系?
  大地座標系是大地測量中以參考橢球面爲基準面建立起來的座標系。地面點的位置用大地經度、大地緯度和大地高度表示。大地座標系的確立包括選擇一個橢球、對橢球進行定位和確定大地起算數據。一個形狀、大小和定位、定向都已確定的地球橢球叫參考橢球。參考橢球一旦確定,則標誌着大地座標系已經建立。

11、什麼是54北京座標系?
  新中國成立後,很長一段時間採用1954年北京座標系統,它與蘇聯1942年建立的以普爾科夫天文臺爲原點的大地座標系統相聯繫,相應的橢球爲克拉索夫斯基橢球。到20世紀80年代初,我國已基本完成了天文大地測量,經計算表明,54座標系統普遍低於我國的大地水準面,平均誤差爲29米左右。

12、什麼是80西安座標系?
  19784月在西安召開全國天文大地網平差會議,確定重新定位,建立我國新的座標系。爲此有了1980年國家大地座標系。1980年國家大地座標系採用地球橢球基本參數爲1975年國際大地測量與地球物理聯合會第十六屆大會推薦的數據。該座標系的大地原點設在我國中部的陝西省涇陽縣永樂鎮,位於西安市西北方向約60公里,故稱1980年西安座標系,又簡稱西安大地原點。基準面採用青島大港驗潮站19521979年確定的黃海平均海水面(即1985國家高程基準)。

13、什麼是地心座標系?
  以地球的質心作爲座標原點的座標系稱之爲地心座標系,即要求橢球體的中心與地心重合。人造地球衛星繞地球運行時,軌道平面時時通過地球的質心,同樣對於遠程武器和各種宇宙飛行器的跟蹤觀測也是以地球的質心作爲座標系的原點,參考座標系已不能滿足精確推算軌道與跟蹤觀測的要求。因此建立精確的地心座標系對於衛星大地測量、全球性導航和地球動態研究等都具有重要意義。

14、什麼是WGS84座標系?
  WGS84座標系是一種國際上採用的地心座標系。座標原點爲地球質心,其地心空間直角座標系的Z軸指向國際時間局(BIH1984.0定義的協議地極(CTP)方向,X軸指向BIH1984.0的協議子午面和CTP赤道的交點,Y軸與Z軸、X軸垂直構成右手座標系,稱爲1984年世界大地座標系。這是一個國際協議地球參考系統(ITRS),是目前國際上統一採用的大地座標系。

15、什麼是地圖投影?
  地圖投影是研究把地球橢球體面上的經緯網按照一定的數學法則轉繪到平面上的方法及其變形問題。地圖投影的方法有幾何法和解析法。幾何法是以平面、圓柱面、圓錐面爲承影面,將曲面(地球橢球面)轉繪到平面(地圖)上的一種古老方法,這種直觀的透視投影方法有很大的侷限性。解析法是確定球面上的地理座標與平面上對應點的直角座標之間的函數關係。

16、我國基本比例尺地形圖採用什麼投影?
  我國1100萬地形圖,20世紀70年代以前一直採用國際百萬分之一投影(又稱改良多圓錐投影),現在改用正軸等角割圓錐投影。我國150萬和更大比例尺地形圖,統一採用高斯-克呂格投影。高斯-克呂格投影是橫軸等角橢圓柱投影。其原理是:假設用一空心圓柱橫套在地球橢球體上,使橢圓柱軸通過地心,橢圓柱面與橢圓體面某一經線相切;然後,用解析法使地球橢球體面上經緯網保持角度相等的關係,並投影到橢圓柱面上;最後,將橢圓柱面切開展成平面,就得到投影后的圖形。此投影由德國科學家高斯首創,後經克呂格補充,簡稱高斯投影。

17、什麼是普通地圖、地形圖和專題地圖?
  按照地圖的內容,地圖可分爲普通地圖、地形圖和專題地圖三種。普通地理圖(General Map)是以同等詳細程度來表示地面上主要的自然和社會經濟現象的地圖,能比較全面地反映出製圖區域的地理特徵,包括水系、地形、土質、植被、居民地、交通網、境界線以及主要的社會經濟要素等。它和地形圖的區別主要表現在:地圖投影、分幅、比例尺和表示方法等具有一定的靈活性,表示的內容比同比例尺地形圖概括,幾何精度較地形圖低。地形圖(Topographic Map)是指國家幾種基本比例尺(15千,11萬,12.5萬,15萬,110萬,125萬,150萬,1100萬)的全要素地圖。它是按照統一的規範和符號系統測(或編)制的,全面而詳盡地表示各種地理事物,有較高的幾何精度,能滿足多方面用圖的需要,是國家各項建設的基礎資料,也是編制其它地圖的原始資料。專題地圖(Thematic Map)是着重表示一種或幾種自然或社會經濟現象的地理分佈,或強調錶示這些現象的某一方面特徵的地圖。專題地圖的主題多種多樣,服務對象也很廣泛。可進一步分爲自然地圖和社會經濟地圖。

18、我國基本比例尺地形圖如何分幅與編號?
  爲了保管和使用方便,我國對每一種基本比例尺地形圖的圖廓大小都做了規定,每一幅地形圖給出了相應的號碼標誌,這就是地形圖的分幅與編號。地形圖分幅有兩種方法:一是矩形分幅,一是經緯線分幅,我國採用經緯線分幅。
  1991年前我國基本比例尺地形圖分幅與編號系統是一1100萬地形圖爲基礎,延伸出150萬、125萬、110萬三種比例尺;在110萬地形圖基礎上又延伸出兩支:第一支爲15萬及12.5萬比例尺;第二支爲11萬比例尺。1100萬地形圖採用行列式編號,其它六種比例尺的地形圖都是在1100萬地形圖的圖號後面增加一個或數個自然序數(字符或數字)編號標誌而成。
  1100萬地形圖的分幅和編號式國際上統一規定的,從赤道起向兩極緯差每4o爲一列,將南北半球分別分成22列,依次以字母ABCD……V表示;由經度180o起,從西向東,每經差6o爲一行,將全球分成60行,依次用數字1234……60表示,採用"橫列號-行號"編號表示。
  1991年我國制定了《國家基本比例尺地形圖分幅和編號》的國家標準,自1991年起新測和更新的地形圖,照此標準進行分幅和編號。

19、什麼是地理座標網(經緯網)?
  爲了製作和使用地圖的方便,高斯-克呂格投影的地圖上繪有兩種座標網:地理座標網和直角座標網。
  在我國11萬-110萬地形圖上,經緯線只以圖廓的形式表現,經緯度數值註記在內圖廓的四角,在內外圖廓間,繪有黑白相間或僅用短線表示經差、緯差1'的分度帶,需要時將對應點相連接,就構成很密的經緯網。在120萬-1100萬地形圖上,直接繪出經緯網,有時還繪有供加密經緯網的加密分割線。緯度註記在東西內外圖廓間,經度註記在南北內外圖廓間。

20、什麼是直角座標網(方里網)
  直角座標網是以每一投影帶的中央經線作爲縱軸(X軸),赤道作爲橫軸(Y軸)。縱座標以赤道0起算,赤道以北爲正,以南爲負。我國位於北半球,縱座標都是正值。橫座標本應以中央經線爲0起算,以東爲正,以西爲負,但因座標值有正有負,不便於使用,所以又規定凡橫座標值均加500公里,即等於將縱座標軸向西移500公里。橫座標從此縱軸起算,則都成正值。然後,以公里爲單位,按相等的間距作平行於縱、橫軸的若干直線,便構成了圖面上的平面直角座標網,又叫方里網。

21、地圖最大精度是多少?
  視力正常的人的肉眼能分辨的圖上最短距離是0.1毫米。因此,相當於圖上0.1毫米的實地水平長度就是地圖上所能表示的最精密限度,稱爲比例尺的最大精度。

22、什麼是地圖4D產品?
  地圖4D產品是指數字柵格地圖(Digital Raster Graphic,簡稱DRG)、數字 線劃地圖(Digital Line Graphic,簡稱DLG)、數字高程模型(Digital Elevation Models,簡稱DEM)和數字正射影像(Digital Orthophoto Map 簡稱DOM)四種產品。

23、什麼是數字線劃地圖(DLG)?
  數字線劃地圖(DLG)是以矢量數據格式形成的數字地圖。這種地圖能進行空間信息的分層與疊加,提取屬性數據,根據矢量對象查詢屬性或根據屬性查詢矢量對象,數據易於更新與編輯和創建專題屬性和繪製專題地圖等。

24、什麼是數字高程模型(DEM)?
  數字高程模型(DEM)是區域地面高程的數字表示,是建立在地圖投影平面上 規則格網點的平面座標(x,y)及其高程(z)數據集,是地理信息系統賴以 進行分析的核心數據系統。DEM的水平間隔可隨地貌類型的不同而改變,根據 不同的高程精度,可分爲不同等級產品。
  目前,世界主要發達國家紛紛建立了覆蓋本國的數字高程模型系統,我國正 在加緊建設之中。DEM功能主要有:高程分析、坡度分析、量測座標、面積、 體積、坡度、坡向分析、通視分析、剖面圖生成、等高線生成,疊加相關矢 量數據與影像數據等。

25、什麼是數字正射影像(DOM)?
  數字正射影像(DOM)是利用數字高程模型對掃描處理的數字化的航空相片或 遙感圖像(單色或彩色),經逐個像元糾正,再進行影像鑲嵌,根據圖幅範 圍剪綵生成的影像數據。一般帶有公里格網、圖廓整飾和註記的平面圖。

26、國家高精度GPS網?
  我國從20世紀90年代開始着手建立國家高精度GPS網。國家A級網點共33個,B 級網點818個,平均邊長東部地區5070公里,中部地區100公里,西部地區 150200公里。這兩個網是在國際地球參考框架(ITRF)下建立的新一代坐 標框架,與我國的天文大地網之間建立了轉換關係,使我國大地測量座標框 架建設達到一個新的水平。

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