关键词：
高斯-克吕格投影
长度变形
分带
高精度
全球树状延伸投影
摘要：
地图有着悠久的历史,人类在信息传播上最早的三大发明——语言、音乐和地图,可能最早的还是地图。它承袭大地测量学对地球空间的概念,以可视和度量为一体化的模拟产品形式描绘地球信息,但受制于纸质媒体、计算和度量工具等使用和制作上的局限,采用了地图投影学来实现它的空间表达。地图学这门古老学问上升为科学的最早标志是采用了地图投影的科学方法。地图投影也有着两千多年的历史,近50多年来,计算能力的革命已使地图投影计算从过去十分繁重变得相当轻松。因此,设计并使用更精确的地图投影,是代价最小、有力提升地球信息基础产品质量的有效方法,受到科技界的高度重视。
半个世纪以来测量技术飞速发展,测量精度大幅度提高,已经迅猛提高了近5个数量级。而系列地形图地图投影方案一直没有变化。在大比例尺工程测量、地籍测量特别是精密工程测量实践中,现行高斯投影地图落后于实际工程和测量精度要求之间的矛盾,早就是迫切需要解决的问题,在现代大规模高速铁路建设又使这一矛盾显得十分突出。尽管目前在高铁建设等精密测量工程中采用工程独立坐标系,把边长投影变形值控制在一定范围内以满足施工测量的需要,但这些坐标系统是割裂和孤立的,不能适合于相当多地物的相互延伸及紧密联系。一些现代化的精密工程,本身就应该是一个统一的系统,割裂地、静态地、处理它们是不适合的,并且越来越显得不相适宜。以高铁而言,对于铁路网这种树状延伸结构的高精度坐标系统,只有构建统一的坐标系统,才能达到数据的科学管理,从而科学地统筹勘测、设计、放样、施工、维修及管理众多工程阶段,取得现代工程最佳效益。因此,需要提供适合高精度要求的地图投影系统以适应现代工程大比例尺地图数学基础的要求。
本文提出全球树状延伸的高精度地图投影设计。针对相当多精密工程系统多为线状或树枝状延伸的特点,在高斯投影基础上,设定中央经线长度比为0.9999988～0.9999992,以经差15'分带为特征的新高斯投影——全球树状延伸的高精度地图投影,使之投影最大长度变形达到百万分之1.2至百万分之1.6,比3°分带提高精度2个数量级、比6°分带提高精度3个数量级,优于精密测量工程的精度要求和发展。传统的高斯投影族研究在分带不变的条件下精度只能微调不能提高级别。在与原来高斯投影3°、6°分带进行比较基础上,深入研究了全球树状延伸的高精度地图投影的性质。为了其投影的应用研究,进行了线状目标图幅查找,图幅拼接原理实验。建立一种适合测绘、规划、设计、放样及施工的现代工程大比例尺地图投影系统,它具有长度变形极小且无角度变形,本身又可近似视为欧几里德空间,对于线状、树状延伸的地理要素和中小城市的规划和建设带来高精度的全球统一数学基础标准。同时,为了各类工程大比例尺地图数据统一科学的管理,扩展原系列比例尺地形图系列分幅编号方案,使之原来的1：100万～1：5000延伸到1：2000～1：500的现代精密测量工程与地籍测量地图的比例尺系列。新的经差15'的分带投影,显著提高了其精度。对高速公路、铁路等大型、特大型精密工程、高精度地籍图等用图,提供与大地控制网测量精度相匹配的统一地图投影基础,给精密测量工程以有力支撑。并可在高精度支撑下把GIS与大型精密工程的CAD设计空间紧密衔接,更是个非常有意义的工作。将以往这类树状延伸的地物地理信息的1：5万和比例尺大于1：5万地形图及相应ARCGIS下的全部DLG数据,都可以通过快速投影变换转换为本投影坐标系统中,即完全可视为欧氏空间下的空间数据。它们无角度变形,长度变形又极小,将可无障碍地直接融入欧氏的CAD系统；并且据此新产生的所有CAD下的设计成果数据,也将系统地、无障碍地直接融入ARCGIS中本系统的空间数据中来。
应当指出,解决地理信息度量空间和一般机械和土木工程设计CAD领域所习惯的欧氏度量空间矛盾有两条途径,以方便和有效地适合于不同目标和场景的应用。对于众多以地理信息分析和决策使用的计算机技术系统而言,也就是以海、陆、空、天、磁一体化信息集成和使用为目标的计算机技术系统,那就应把欧氏度量空间数据等价转换成地理信息度量空间数据,统一到地理信息度量空间。只有这样,才是准确的、科学的、系统化的；而另一方面,对于传统的模拟领域,例如大量使用传统的媒介——图纸的地图和各种各样图件的场合,并且即使在计算机技术系统上,在这个范畸中,人工的度量、形态的分析、判断、美学设计以及决策都是以人在欧氏度量空间下的交互、经验和判决为主的,还是应把地理信息度量空间数据等价转换成欧氏度量空间数据形式,统一到欧氏度量空间。也就是传统地图和CAD领域及其众多交互场合,还是应尽量统一到欧氏度量空间下。这就需要采用传统的地图投影方式,把数据量巨大、而又十分普遍的地理信息,按所需精度和变形,转换到欧氏空间,这就是本文的主题。
本论文主要
欢迎来到三峡大学图书馆！
