quy chiẾu khÔng gian -...
TRANSCRIPT
QUY CHIẾU KHÔNG GIAN
Tập huấn tiểu giáo viên, FORMIS 2014
Trung tâm Viễn thám và Công nghệ thông tin (RITC) – Formis II
QUY CHIẾU KHÔNG GIAN LÀ GÌ?
• Định nghĩa chính thức
Quy chiếu không gian bao gồm cách định nghĩa,
các cấu trúc vật lý/hình học và các công cụ cần
thiết để có thể mô tả về mặt hình học và sự
chuyển dịch của các đối tượng gần hoặc trên bề
mặt trái đất.
• Cách định nghĩa khác
– Dữ liệu không gian là không gian được quy
chiếu
– Quy chiếu không gian: Các phương pháp ,
các hệ thống và các kĩ thuật để mô tả các đối
tượng trong không gianRITC – Formis II
TẠI SAO PHẢI QUY CHIẾU KHÔNG GIAN
Để có sự tương tác dữ liệu từ các nguồn khác nhau
Để có thể kết hợp các dữ liệu của các quốc gia và toàn thế giới
Để có thể sử dụng công nghệ định vị vệ tinh (VD: Hệ thống định vị toàn cầu GPS)
– ……
Người sử dụng GIS cần phải hiểu các khái niệm cơ bản và các thuật ngữ chuyên môn của Hệ quy chiếu không gian
Có thể do quy chiếukhông phù hợp
RITC – Formis II
HỆ THỐNG TOẠ ĐỘ KHÔNG GIAN 3D
• Không gian decactor hoặc tọa
độ địa tâm (X-Y-Z)• Toạ độ địa lý (φ, λ, h)
RITC – Formis II
HỆ THỐNG TỘA ĐỘ PHẲNG (2D)
• Hệ thống tọa độ đề các trên mặt phẳng(x, y)
• Hệ thống tọa độ cực (α, d)
RITC – Formis II
HỆ TOẠ ĐỘ ĐỊA LÝ
λ
φVĩ tuyến
Kinh tuyến
340 Bạch đằng
21° 01’ 25" N
105° 51’ 43" E
Đơn vị là độ, phút, giây
Đơn vị là độ
340 Bạch đằng
21.0238188N
105.8621013E
RITC – Formis II
LỊCH SỬ VỀ HÌNH DẠNG CỦA TRÁI ĐẤT
– an oyster (Hình con sò)(the Babylonians before 3000 B.C.)
– a circular disk (hình đĩa tròn) (early antiquity; approximately 5 – 300 B.C. but this concept survived till the 19th century)
– a very round pear (Quả lê tròn)(Christopher Columbus in the last years of his life)
– a perfect ball (quả bóng tròn hoàn toàn) (Pythagoras in 6th century B.C.)
– an ellipsoid, flattened at the poles (Hình Elip dẹt ở 2 đầu cực)Newton around the turn of the 17th and 18th centuries)
RITC – Formis II
HÌNH DẠNG CỦA TRÁI ĐẤT
- Bề mặt của trái đất không phải là một hình dạng
chuẩn(không giống bất cứ dạng hình học chuẩn nào) và
liên tục thay đổi do sự phân bố không đồng đều của vật
chất bên trong TĐ.
- Trái đất giống như “Củ khoai tây”
- Trái đất là hình Geoid
RITC – Formis II
• Mực nước biển trung bình đượcsử dụng như độ cao chuẩn là 0
• Mực nước biển ở các đại dươngđược xác định tại các điểm venbiển qua nhiều năm
• Mực biển tại nơi xác định làm mốcchuẩn để đo lường được xác địnhbởi:
- Sự khác nhau về thuỷ triều
- Các đại dương hiện tại
- Gió
- Nhiệt độ nước
- Độ mặn của nước biển
• Thủy chuẩn của Viêt Nam
- VN2000
- Vị trí: Hòn Dấu, Hải Phòng
GEOID VÀ MốC ĐO ĐỘ CAO (THỦY CHUẨN)
RITC – Formis II
Elipsoid và mặt phẳng quy chiếu tọa độ
• Bề mặt để quy chiếu không gian cho các điểm
(Mặt phẳng quy chiếu)
Phải có một bề mặt quy chiếu toán học cho các
toạ độ lên mặt phẳng để tính toán khoảng cách
giữa các vị trí và các phương diện khác …
– Geoid không phù hợp để làm một hệ quy chiếu trên
bề mặt cho việc xác định vị trí
– Ellipsoid là hệ tham chiếu hình học chuẩn nhất cho
việc tính toán, đo đạc các vị trí trên trái đất
RITC – Formis II
Kích thước ellipsoid
• Mặt cắt của một ellipsoid được sử dụng để thể hiện bề mặt trái đất
• WGS84 (a = 6.378.137,000 m, f = 1/298,257223563)
Bán trục lớn
Bán t
rục
nh
ỏ
Pole
Đường xích đạo
Tâm điểm
Độ dẹt (f)
f = (a-b)/a
Độ lệch tâm (e)
RITC – Formis II
Quy chiếu tọa độ phẳng
• Các nước khác nhau trên thế giới có mặt phẳng quy chiếu tọa độ riêng
– một ellipsoid cố định và phù hợp nhất với vùng đó (hoặc quốc gia đó)
– bản đồ địa hình được xây dựng dựa trên mặt phẳng này
RITC – Formis II
Quy chiếu tọa độ phẳng
RITC – Formis II
Ellipsoids thường dùng
Name Date a (m) b (m) UseEverest 1830 6377276 6356079 India, Burma, Sri Lanka
Bessel 1841 6377397 6356079 Central Europe, Chile,
Indonesia
Airy 1849 6377563 6356257 Great brittain
Clarke 1866 6378206 6356584 North America, Philippines
Clarke 1880 6378249 6356515 France, Africa (parts)
Helmert 1907 6378200 6256818 Africa (parts)
International
(or Hayford)
1924 6378388 6356912 World
Krasovsky 1940 6378245 6356863 Russia, Eastern Europe
GRS80 1980 6378137 6356752 North America
WGS84 1984 6378137 6356752 World (GPS measurements)
RITC – Formis II
Cùng ellipsoid nhưng kích thước khác nhau
Datum Ellipsoid Datum shift (m)( Dx, Dy, Dz )
Alaska (NAD-27) Clarke 1866 -5, 135, 172
Bahamas (NAD-27) Clarke 1866 -4, 154, 178Bermuda 1957 Clarke 1866 -73, 213, 296
Central America (NAD-27) Clarke 1866 0, 125, 194
Bellevue (IGN) Hayford -127, -769, 472Campo Inchauspe Hayford -148, 136, 90Hong Kong 1963 Hayford -156, -271, -189Iran Hayford -117, -132, -164
VN2000 - WGS84:
ΔX = -191.90441429 m;
ΔY = -39.30318279 m;
ΔZ = -111.45032835 m.
RITC – Formis II
Phép chiếu bản đồ
• Định nghĩa
Phép chiếu bản đồ là công thức toán học dùng để
miêu tả bề mặt cong của trái đất lên mặt phẳng
bản đồ
• Hai dấu hiệu tham chiếu đến miêu tả bề mặt:
– Dùng Ellipsoid cho các bản đồ tỷ lệ lớn
(khu vực nhỏ, cần chi tiết, VD 1:50,000)
– Hình cầu cho các bản đồ tỷ lệ nhỏ
(khu vực lớn, ít chi tiết, VD 1:1,000,000)
RITC – Formis II
Phép chiếu bản đồBản đồ
(phằng)
Bề mặt quy chiếu
Elipsoid RITC – Formis II
Phân loại Phép chiếu bản đồ
• Dựa trên bề mặt chiếu:
– Phương vị cực
– Hình trụ đứng
– Hình Nón
Phương
vị cực
Hình NónHình trụ
đứng RITC – Formis II
Phân loại Phép chiếu bản đồ
Dựa trên mặt phẳng chiếu:
– Mặt chiếu tiếp xúc
– Mặt chiếu cắt
Phương vị
cựcHình NónHình trụ đứng
Phương vị
cựcHình NónHình trụ đứng
RITC – Formis II
Phân loại Phép chiếu bản đồ
• Dựa trên hướng chiếu
– Thông thường (đứng)
– Ngang
– Nghiêng
α
α
Hình trụ ngang Hình nón nghiêng
RITC – Formis II
Phép chiếu phương vị cực
Tiếp xúc
Cắt
Vòng phân bố sai số
Thấp
Trung bình
Cao
Rất cao
Lưới chiếu (t độ)
RITC – Formis II
Phép chiếu hình trụ đứng (Mercator)
Tiếp xúc
Cắt
Phân bố sai số
Lưới chiếu (t độ)
Thấp
Trung bình
Cao
RITC – Formis II
Phép chiếu hình nón
Tiếp xúc
Cắt
Vòng phân bố sai số
Thấp
Trung bình
Cao
Lưới chiếu (t độ)
RITC – Formis II
Phân loại Phép chiếu bản đồ
• Dựa trên thuộc tính ta có các loại phép chiếu sau:
– Đồng diện tích
• Diện tích không bi thay đổi so với thực tế
• Sử dụng để thành lập các bản đồ có thuộc tính phân bố theo dạng diện
– Đồng khoảng cách
• Khoảng cách không bi thay đổi so với thực tế
• Sử dụng để thành lập các bản đồ cần đo đạc khoảng cách
– Đồng góc
• Hình dạng và các góc không bi thay đổi so với thực tế
• Sử dụng trong thành lập các bản đồ địa hình, bản đồ hàng không
– Hỗn hợp
• Phép chiếu hỗn hợp không có các thuộc tính trên, nhưng các biến dạng được tối ưu hóa
RITC – Formis II
Phép chiếu đồng diện tích
RITC – Formis II
Phép chiếu đồng khoảng cách
Plate Carree ProjectionRITC – Formis II
Phép chiếu đồng góc
RITC – Formis II
Phép chiếu hỗn hợp
105RITC – Formis II
Phân loại Phép chiếu bản đồ
• Dựa theo tên người đề xuất:
– Mercator
– Lambert
– …..
RITC – Formis II
Hệ thống phép chiếu được sử dụng hiện nay
Projection Areas
UTM 42 %
TM ( Gauss-Kruger ) 37 %
Polyconic 10 %
Lambert Conformal Conical 5 %
Others 6 %
* Đối với bản đồ địa hình
RITC – Formis II
Universal Transverse Mercator (UTM)Hình trụ ngang
cắt theo múi 6°
RITC – Formis II
Cấu trúc múi UTM
80oS
84oN
Múi 6o
RITC – Formis II
Hệ thống múi chiếu UTM
RITC – Formis II
Một múi chiếu UTM
Phép chiếu trụ ngang: Hình
trụ tiếp tuyến dọc theo các
kinh tuyến trục ở giữa mỗi
mũi, có 60 múi và mỗi mũi là 6
độ
Múi 1 bắt đầu tại kinh tuyến
180 ° (ở Thái Bình Dương)
+Các vùng cực được tách ra
riêng
+tọa độ X – Thường dùng 6
chữ số
+tọa độ Y – Thường dùng 7
chữ số
RITC – Formis II
Tọa độ của múi chiếu UTM
• Hướng đông được tính từ kinh tuyến trục
– Gán giá trị giả định để giá trị phái tây kinh tuyến trục
cũng mang giá trị dương.
• Hướng bắc được tính từ đường xích đạo
– Gán giá trị giả định Với vị trí phía nam vùng xích đạo
• Giá trị giả định
– Hướng đông = 500,000 mét
– Hướng bắc:
• 0 mét cho các khu vực phía Bắc của đường xích đạo
• 10.000.000 mét cho các khu vực phía Nam của đường xích đạo
RITC – Formis II
Hai múi chiếu UTM kề liền nhau
Sự chồng lấn giữa các múi với nhau tạo điều kiện để
thể hiện bản đồ được liên tụcRITC – Formis II
Phép chiếu VN2000
• Lưới chiếu hình trụ ngang đồng góc UTM
quốc tế
• Ê-líp-xô-ít quy chiếu : Hệ quy chiếu quốc
tế WGS-84
• Độ cao: Hòn Dấu - Hải Phòng
• Tham số dịch chuyển so với WGS84:
– ΔX = -191.90441429 m;
– ΔY = -39.30318279 m;
– ΔZ = -111.45032835 m.
RITC – Formis II
Quy tắc chuyển đổi phép chiếu bản đồ (Bao gồm
cả thay đổi gốc tọa độ)
International
Ellipsoid
X
Y
P1 ( 265000m, 240000m )
100 200 300
100
200
300
Tọa độ UTMX
Y
P1 ( 280000m, 225000m )
100 200 300
100
200
300
Phép chiếu lập thể
Giải bài toán thuận
Everest
Ellipsoid
Giải bài
toán
nghịch
Thay đổi gốc tọa độ(thường dùng WGS84)
RITC – Formis II
Chuyển đổi từ X,Y,Z hệ WGS84 sang X’Y’Z’ Hệ VN-2000
)ZY.X..(kZZ
)Z.YX..(kYY
)Z.Y.X.(kXX
000
000
000
•Tham số dịch chuyển gốc tọa độ:
ΔX = -191.90441429 m;
ΔY = -39.30318279 m;
ΔZ = -111.4503835 m.
•Góc xoay trục tọa độ:
ωx = -0.00928836”;
ωy = 0.01975479”;
ωz =-0.00427372”.
• Hệ số tỷ lệ chiều dài:
k = 1.000000252906278.
RITC – Formis II
Kết luận
• Có thể chuyển đổi giữa các hệ tọa độ
• Hầu hết các Phần mềm GIS đều hỗ trợ
chuyển đổi gữa các tọa độ nhưng không hỗ
trợ tính toán chuyển đổi gốc tọa độ
• Chuyển đổi phải đồng bộ các lớp thông tin
• Chuyển đổi phải đồng nhất về độ chính xác
của các lớp thông tin
– Lớp thông tin trên bản đồ VN2000 khác với
HN72, hoặc UTM do cập nhật mới và độ chính
xác cao hơn.
RITC – Formis II