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1、第四章 地图配准及矢量化教学目标：1、GIS 中的地图投影2、地图配准3、要素矢量化1、GIS 中的地图投影中的地图投影1.1 地理坐标系（Geogrpahic Coordinate System）地理坐标系使用基于经纬度坐标的坐标系统描述地球上某一点所处的位置。某一个地理坐标系是基于一个基准面来定义的。基准面是利用特定椭球体对特定地区地球表面的逼近，因此每个国家或地区均有各自的基准面 在ArcGIS中基于这三个椭球，建立了我国常用的三个基准面和地理坐标系：GCS_WGS1984(基于WGS84 基准面)GCS_BEIJING1954(基于北京1954基准面)GCS_XIAN1980(基于西安
2、1980基准面)椭球体椭球体长半轴长半轴a（米）（米）短半轴短半轴b（米）（米）Krassovsky（北京（北京54采用）采用）63782456356863.0188IAG75（西安（西安80采用）采用）63781406356755.2882WGS8463781376356752.3142地理坐标系不是平面直角坐标系1.2投影坐标系（Projected Coordinate Systems）投影坐标系使用基于X,Y值的坐标系统来描述地球上某个点所处的位置。这个坐标系是从地球的近似椭球体投影得到的，它对应于某个地理坐标系。投影坐标系由 以下参数确定地理坐标系（由基准面确定，比如：北京54、西安8
3、0、WGS84）投影方法（比如高斯克吕格、Lambert投影、Mercator投影）在ArcGIS中提供了几十种常用的投影方法北京1954投影坐标系和西安1980坐标系都是应用高斯克吕格投影，只是基准面、椭球、大地原点不同。我国所使用的地图投影：我国的基本比例尺地形图(1:5千，1:1万，1:2.5万，1:5万，1:10万，1:25万，1:50万，1:100万)中，大于等于50万的均采用高斯-克吕格投影(Gauss-Kruger)，又叫横轴墨卡托投影(Transverse Mercator)；小于50万的地形图采用正轴等角割园锥投影，又叫兰勃特投影(Lambert Conformal Coni
4、c)；海上小于50万的地形图多用正轴等角园柱投影，又叫墨卡托投影(Mercator)我国的GIS系统中应该采用与我国基本比例尺地形图系列一致的地图投影系统。通过ArcToolbox中数据管理工具中“投影及变换”工具定义及进行投影变换。可以实现地理坐标系与投影坐标系的变换、地理坐标系间的转换（北京54WGS84，北京54西安80）目前还不支持 WGS84-北京54和西安80的变换2、地图配准1.配准影像2.新建要素类3.在ArcMap中加载已配准的影像和新建的图层（要素类）4.在ArcMap中使用“编辑器”，分层提取要素坐标转换输入到计算机中的图形，实际上都是通过其位置坐标(x,y)来表示，因此
5、校正过程实质上是找一种数学关系(或函数关系)，描述变换前图形坐标(x,y)与变换后图形坐标(x,y)之间的换算，其数学关系一般描述为 x=f1(x,y)y=f2(x,y)仿射变换（1次多项式）仿射变换是使用最多的一种几何纠正方式，只考虑到x和y方向上的变形，仿射变换的特性是：直线变换后仍为直线；平行线变换后仍为平行线；不同方向上的长度比发生变化。对于仿射变换，只需知道不在同一直线上的三对控制点的坐标及其理论值，就可求得待定系数。但在实际使用时，往往利用4个以上的点进行纠正，利用最小二乘法处理，以提高变换的精度。多项式变换(Polynomial)这个数学关系常表示为二元多项式一次、二次或三次及更
6、高次表达式.其中A、B代表二次以上高次项之和。当不考虑高次变换方程中的A和B时，则变成二次变换方程，称为二次变换。二次变换适用于原图有非线性变形的情况，至少需要6对控制点的坐标及其理论值，才能求出待定系数。名词：Georeference 地理配准：是为了使得影像数据可以和GIS矢量数据集成在一起，而为影像数据指定一个参考坐标系的过程。影像配准的步骤（RegisterRectify）校准栅格数据（选择控制点）坐标变换（求解二元多项式n次方程）检查均方差（计算控制点误差）重采样矫正（Rectify）：生成新的影像文件（三种重采样算法）校准栅格数据通常,你会将栅格数据校准到已经存在具有坐标信息的空间
7、数据（矢量数据）。首先假定矢量化数据中的一些空间要素(目标数据)也同时存在于要进行配准的栅格图像上比如：街道、建筑物、河流.地理配准的基本过程是在栅格图像中选取一定数据的控制点，将它们的坐标指定为矢量数据中对应点的坐标（在空间数据中，这些点的坐标是已知的，坐标系统为地图坐标系）控制点在配准中我们需要知道一些特殊点的坐标，即控制点。控制点可以是经纬 线网格的交点、公里网格的交点或者一些典型地物的坐标。我们可以从 图中均匀的取几个点。如果我们知道这些点在我们矢量坐标系内坐标，则直接输入控制点的坐标值，如果不知道它们的坐标，则可以采用间接方法获取从矢量数据中选取。选取控制点控制点的数目取决于 你打算
8、使用哪一种数学方法来实现坐标转换.但是，过多的控制点并不一定能够保证高精度的配准。要尽可能使控制点均匀分布于整个格格图像，而不是只在图像的某个较小区域 选择控制点。通常,先在图像的四个角选择4个控制点，然后在中间的位置有规律地选择一些控制点能得到较好的效果地形图中，读取控制点的坐标，图中红色控制点的坐标为（564000,2776000），单位：米输入控制点坐标坐标变换坐标变换一旦你选取了足够的控制点,你就可以将栅格数据变换（或转换）到地图坐标系统下.转换(Transformation)运用一种数学变换方法来重新确定栅格数据中每个像元的灰度值。一次多项式：仿射（affine）变换可以将栅格数据平
9、移,缩放,及旋转.栅格图像中的一条直线变换后然后为直线。矩形和正方形变换后为平行四边形检查均方差检查均方差(RMS)坐标转换的准确程度可以通过比较某一点在地图中的实际坐标与根据变换公式得到的坐标来判断。这两个点之间的距离之差称为残差(residual error).通过计算均方差(RMS)获取控制点总误差。均方差(RMS)的大小描述了变换公式在不同控制点间的一致性。可以将残差特别大控制点删除，然后添加新的控制点。RMS 比较小时，说明控制点的选取是比较准确的，但也要注意有可能存在残差非常大的控制点，但由于其它控制点是很精确的，所以总的RMS误差比较小的情况。矫正栅格数据矫正栅格数据-重采样重采
10、样你可能会认为一旦实现了栅格数据到地图坐标变换之后，每一个像元都被转换到了新的地图坐标。事实并非如此。在地理配准过程中，将基于地图坐标生成一个“空的”矩阵,矩阵中每个元素的值（表示颜色）将通过重采样重新计算。有三种通用的图像重采样技术 最小紧邻双线性内插立方卷积Nearest neighbor assignment takes the value from the cell closest to the transformed cell as the new value.Its the fastest resampling technique and is appropriate for ca
11、tegorical,or thematic,data.Bilinear interpolation and cubic convolution techniques combine a greater number of nearby cells(4 and 16,respectively)to compute the value for the transformed cell.These two techniques use a weighted averaging method to compute the output transformed cell value and thus a
12、re only appropriate for continuous data such as elevation,slope,and other continuous surfaces.Rectify：矫正栅格数据：矫正栅格数据Rectify 生成一个新的已经过地理配准的栅格文件。可以保存为 ESRI GRID、TIFF或者 ERDAS IMAGINE的格式.3、要素矢量化、要素矢量化要素编辑的一般步骤创建新图层（要素类）：点、线、多边形编辑环境及工具点要素编辑线要素编辑多边形要素编辑要素编辑的一般步骤1.在ArcCatlog中创建新的要素类2.在ArcMap中加载新建的要素类，如有必要，加
13、载经过配准的扫描地图3.在ArcMap中打开“编辑器”工具栏，执行其中的“开始编辑”命令，进入编辑状态。4.利用“编辑器”的功能完成地图要素的分层提取，打开图层的属性表，输入要素的相关属性5.在编辑过程中，点击“编辑器”中的“保存编辑”可以随时保存修改的结果，点“停止编辑”完成编辑。创建新图层（要素类）ArcCatalog中可以创建矢量数据集(shape文件和地理数据库geodatabase=“要素类”)点：Point线：Line多边形：Polygon在ArcMap中提供了全面的工具，可以完成矢量数据的编辑空间数据属性数据新建图层要素类指定要素类型：点？线？多边形？在创建图层时指定坐标系统在A
14、rcMap中指定数据框的坐标系统在创建图层（要素类）的时候除指定坐标系外，还需要指定要素类的坐标范围可以从已有的数据导入或手动指定这个范围添加新建的图层，添加已配准的影像图层，在编辑器中，点击“开始编辑”，并在目标图层中选中要编辑的图层。屏幕跟踪数字化从“编辑器”工具栏中选中草图工具，根据扫描地图上的内容分层提取地图要素。编辑图层中要素的属性属性字段可以在创建图层是定义，也可以在ArcMap中添加Fields are added;define字段名称：field name数据类型：data type字段宽度：width精度：decimal precision打开图层（要素类）的属性表，添加新字
15、段添加属性字段编辑要素属性信息在属性字段添加后，就可以输入或修改要素的属性编辑环境及工具主要编辑环境“编辑器”工具栏“编辑器”工具栏捕捉环境Snapping捕捉或悬挂操作:how features align during creation/editing线段之间的连接(在两条线段连接的地方加一个结点)completion of polygonsavoid overshoots/undershootsavoid slivers or gaps捕捉环境Snapping通过捕捉环境对话框设定在编辑时捕捉方式Snapping optionsInteractive snapping optionsSn
16、ap to an existing vertexSnap to an existing line segment or polygon edgeSnap to an intersection of two or more linesSnap to an existing line endpointSnapping can be layer-to-layer_捕捉线段Undoing editsEdits can be undone in reverse orderEdits can be undone up to the previous save(or creation)Once a data
17、sets changes are saved,edits cannot be undoneSaving editsSave EARLY and OFTENYou are prompted to save edits when:Dataset is closed for editingAnother dataset is opened for editingDocument is saved or closedArcGIS is closed点要素的编辑在图层中新建、删除、移动一个点要素线要素的编辑悬挂功能修改线段的形状（编辑顶点）分割线要素、公共顶点的编辑合并线要素封闭线段打断线要素打断工具封
18、闭线段多边形要素的编辑多边形顶点编辑（改变形状）分割多边形公共边的编辑要素合并（Union）：求并集，比如：由多个岛屿组成的行政区，飞地。要素联合（Combine):中心有岛屿的湖泊要素相减（Subtract）：去除重叠部分（landuse)要素相交（Intersection):获取多个多边形的公共部分Altering the shape of lines and polygonstopological editingAltering the shape of lines and polygonsnon-topological editingSplitting(cutting)polygons
19、Splitting featuresGeodatabase splitting policiesAttributes are handled by policiesDuplicate:values in new records are copied from the parent recordGeometry property(e.g.,area,perimeter,length)automatically handledGeometry ratio(e.g.,population)_Splitting featuresAttribute splitting(for geodatabase f
20、eature classes)is handled by policiesimage from ESRIMerging polygonsselect multiple polygons from the same layer original polygons are merged into a single new polygonMerging polygonsAttributes are handled by rules in the same way as splittingimage from ESRIUnioning polygonssimilar to merge,but can combine features from 1 layerIntersecting polygonsspatial area as the set for intersectioncommon areas are preservedlike mathematical intersectionIntersecting polygonsClipping polygonswhen overlapping polygons are combined,an erase occursClipping polygons