地圖投影和配準(zhǔn)

1、QQ:271718002 E-mail：地圖投影投影變換地圖配準(zhǔn) 預(yù)備知識（復(fù)習(xí)）既然GIS是解決地理位置（未知）怎樣從GIS的角度去認(rèn)識地球？ GIS應(yīng)該是從坐標(biāo)系統(tǒng)開始的，然后帶領(lǐng)我們一步步向前 GIS中的坐標(biāo)系定義是GIS系統(tǒng)的基礎(chǔ)，正確定義GIS系統(tǒng)的坐標(biāo)系非常重要。GIS中的坐標(biāo)系定義由基準(zhǔn)面和地圖投影兩組參數(shù)確定，而基準(zhǔn)面的定義則由特定橢球體及其對應(yīng)的轉(zhuǎn)換參數(shù)確定，因此欲正確定義GIS系統(tǒng)坐標(biāo)系，首先必須弄清地球橢球體(Ellipsoid)、大地基準(zhǔn)面(Datum)及地圖投影(Projection)三者的基本概念及它們之間的關(guān)系。 大地水準(zhǔn)面是由靜止海水面并向大陸延伸所形成的不規(guī)則

2、的封閉曲面。它是重力等位面，即物體沿該面運動時，重力不做功（如水在這個面上是不會流動的） 地球橢球體地球橢球體只不過是一個具有長半軸，短半軸和變率的橢球體，可以任意放置的，它沒有為我們規(guī)定度量的起點，所以就有基準(zhǔn)面的產(chǎn)生，而基準(zhǔn)面就是規(guī)定了度量標(biāo)準(zhǔn)。 基準(zhǔn)面是利用特定橢球體對特定地區(qū)地球表面的逼近，因此每個國家或地區(qū)均有各自的基準(zhǔn)面，我們通常稱謂的北京54坐標(biāo)系、西安80坐標(biāo)系實際上指的是我國的兩個大地基準(zhǔn)面.橢球體與基準(zhǔn)面之間的關(guān)系是一對多的關(guān)系，也就是基準(zhǔn)面是在橢球體基礎(chǔ)上建立的，但橢球體不能代表基準(zhǔn)面，同樣的橢球體能定義不同的基準(zhǔn)面，一般意義上基準(zhǔn)面與參考橢球體是同一個概念。 地球橢球的

3、參數(shù)可用地球橢球的參數(shù)可用a(長半徑長半徑)、b（短半徑）及（短半徑）及（扁率）表示。扁率（扁率）表示。扁率為為 aba 1979年國際大地測量與地球物理聯(lián)合會推薦的地球橢球參數(shù)年國際大地測量與地球物理聯(lián)合會推薦的地球橢球參數(shù)a=6378140m=6378140m，b=6356755.3m,=6356755.3m, =1:298.257。 旋轉(zhuǎn)橢球面是數(shù)學(xué)表面，可用如下的公式表示：旋轉(zhuǎn)橢球面是數(shù)學(xué)表面，可用如下的公式表示： 1222bzayax 按一定的規(guī)則將旋轉(zhuǎn)橢球與大地體套合在一起，這項工作按一定的規(guī)則將旋轉(zhuǎn)橢球與大地體套合在一起，這項工作稱稱橢球定位橢球定位。定位時采用橢球中心與地球質(zhì)心

4、重合，橢球短軸。定位時采用橢球中心與地球質(zhì)心重合，橢球短軸與地球短軸重合，橢球與全球大地水準(zhǔn)面差距的平方和最小，與地球短軸重合，橢球與全球大地水準(zhǔn)面差距的平方和最小，這樣的橢球稱這樣的橢球稱總地球橢球總地球橢球。 總地球橢球與參考橢球（水準(zhǔn)面）的區(qū)別總地球橢球與參考橢球（水準(zhǔn)面）的區(qū)別PPPPababM鉛垂線法線(大地原點）大地水準(zhǔn)面總地球橢球體面參考橢球體面地面總地球橢球體參考橢球體赤道赤道（北極）（南極）總地球橢球定位方法：橢球中心與地球中心重合，橢球短軸與地球自轉(zhuǎn)軸重合等條件。參考橢球定位方法：橢球中心與地球中心不要求重合，要求橢球短軸與地球自轉(zhuǎn)軸平行，使大地起始子午面與天文起始子午面平

5、行，使橢球面與本國大地水準(zhǔn)面充分接近。上述兩種橢球大小相同：長半徑a=6378140m，短半徑b=6356755.3m，扁率=1:298.257用途：全球測圖用途：國家測圖 對于地理坐標(biāo)，只需要確定兩個參數(shù)，即橢球體和大地基準(zhǔn)面。 （為什么？） 有了基準(zhǔn)面我們就可以操作了，我們的一切都是基于基準(zhǔn)面的，為了說明這個，我還看了一下相關(guān)資料。 ENVI中的坐標(biāo)定義文件存放在HOMEITTIDL70productsenvi45map_proj 文件夾下，三個文件記錄了坐標(biāo)信息： ellipse.txt橢球體參數(shù)文件 datum.txt基準(zhǔn)面參數(shù)文件 map_proj.txt坐標(biāo)系參數(shù)文件 在ENVI中

6、自定義坐標(biāo)系分三步：定義橢球體、基準(zhǔn)面和定義坐標(biāo)參數(shù)第一步、添加橢球體 語法為 ,。這里將“Krassovsky，6378245.0，6356863.0” 因為Envi下面有這個橢球體，我沒有加。第二步、添加基準(zhǔn)面 語法為,。這里將“Beijing-54, Krassovsky, -12, -113, -41” datum.txt末端。第三步、定義坐標(biāo) 在ENVI任何用到投影坐標(biāo)的功能模塊中都可以新建坐標(biāo)系(在任何地圖投影選擇對話框中，點擊“New”按鈕。)，這里我們選擇Map-Customize Map Projection，如圖所示，將相應(yīng)的參數(shù)添加，這里添加的參數(shù)如圖所示。 注：投影類型

7、選擇Transverse Mercator，Scale factor填寫0.9996，與Gauss-Kruger等同。False easting中如果把帶號，即39500000，得到的坐標(biāo)就帶有帶號。 填寫相關(guān)參數(shù)后，在map_proj.txt坐標(biāo)系參數(shù)文件中看到，完畢。ERDAS中添加橢球體和基準(zhǔn)面F:Program FilesLeica GeosystemsGeospatial Imaging 9.2etcspheroid.tab 記住一個橢球體可以有多個基準(zhǔn)面基本語法為：“橢球名稱”“橢球序號”橢球體長半軸 橢球體短半軸“橢球名稱” 0 0 0 0 0 0 0“基準(zhǔn)面名稱1” dx1 d

8、y1 dz1 rx1 rz1 ds1“基準(zhǔn)面名稱2” dx2 dy2 dz2 rx2 rz1 ds2. 其中：“基準(zhǔn)面名稱” dx dy dz rx rz ds中，dx、dy、dz是x、y、z3個軸對于WGS84基準(zhǔn)點的平移參數(shù)，單位為m。rx、ry、rz是x、y、z、3個軸對于WGS84基準(zhǔn)點的旋 轉(zhuǎn)參數(shù)，單位為rad。Ds是對于WGS84基準(zhǔn)點的比例因子。 在更多的情況下橢球的基準(zhǔn)面是基于它本身的。這時假定橢球的中心點是與沒有經(jīng)過任何平移或旋轉(zhuǎn)的WGS84的基準(zhǔn)面相重合，即這時橢球基準(zhǔn)面的7個參數(shù)均 為0，即這時橢球基準(zhǔn)面的7個參數(shù)均為0。我國在使用克拉索夫斯基橢球和IAG75橢球時就是用

9、橢球體本身為基準(zhǔn) 在spheroid.tab文件末尾加入如下語句即可，IAG 75 75 6378140 6356755.2882“xian 80” 0 0 0 0 0 0 0 在Viewer中打開圖像數(shù)據(jù)，Utility-layer info，在projection info 欄中可以看到目前的數(shù)據(jù)投影信息還不完整。點擊edit菜單中的change map model，在彈出窗口中將unite參數(shù)設(shè)為meters，projection，參數(shù)設(shè)為Tansverse Mercator。接下來再點擊edit菜單中的Add/Change projection，在彈出對話框中將原始投影參數(shù)添加進(jìn)去。

10、投影變換想想同一基準(zhǔn)面的投影變換？ 不同基準(zhǔn)面之間的變換？ 在在ArcGIS Desktop中進(jìn)行三參數(shù)或七參數(shù)精中進(jìn)行三參數(shù)或七參數(shù)精確投影轉(zhuǎn)換確投影轉(zhuǎn)換 ArcGIS中定義的投影轉(zhuǎn)換方法，在對數(shù)據(jù)的空間信息要求較高的工程中往往不能適用，有比較明顯的偏差。在項目的前期數(shù)據(jù)準(zhǔn)備工作中，需要進(jìn)行更加精確的三參數(shù)或七參數(shù)投影轉(zhuǎn)換。下面介紹兩種辦法來在ArcGIS Desktop中進(jìn)行這種轉(zhuǎn)換。方法1： 在ArcMap中進(jìn)行動態(tài)轉(zhuǎn)換假設(shè)原投影坐標(biāo)系統(tǒng)為Xian80坐標(biāo)系統(tǒng)，本例選擇為系統(tǒng)預(yù)設(shè)的Projected Coordinate SystemsGauss KrugerXian 1980Xian

11、1980 GK Zone 20投影，中央經(jīng)線為117度，要轉(zhuǎn)換成Beijing 1954Beijing 1954 GK Zone 20N。在ArcMap中加載了圖層之后，打開View-Data Frame Properties對話框，顯示當(dāng)前的投影坐標(biāo)系統(tǒng)為Xian 1980 GK Zone 20，在下面的選擇坐標(biāo)系統(tǒng)框中選擇Beijing 1954 GK Zone 20N，在右邊有一個按鈕為Transformations.動態(tài)投影(ArcMap) 所謂動態(tài)投影指，ArcMap中的Data 的空間參考或是說坐標(biāo)系統(tǒng)是默認(rèn)為第一加載到當(dāng)前工作區(qū)的那個文件的坐標(biāo)系統(tǒng)，后加入的數(shù)據(jù)，如果和當(dāng)前工作區(qū)

12、坐標(biāo)系統(tǒng)不相同，則ArcMap會自動做投影變換，把后加入的數(shù)據(jù)投影變換到當(dāng)前坐標(biāo)系統(tǒng)下顯示！但此時數(shù)據(jù)文件所存儲的數(shù)據(jù)并沒有改變，只是顯示形態(tài)上的變化！因此只是顯示形態(tài)上的變化！因此叫動態(tài)投影！叫動態(tài)投影！表現(xiàn)這一點最明顯的例子就是，在Export Data時，會讓你選擇是按this layers source data（數(shù)據(jù)源的坐標(biāo)系統(tǒng)導(dǎo)出），還是按照the Data （當(dāng)前數(shù)據(jù)框架的坐標(biāo)系統(tǒng)）導(dǎo)出數(shù)據(jù)?。ㄗ⒁庠谀承┋B加分析的時候會出錯？）返回 首先理解地理坐標(biāo)系（Geographic coordinate system），Geographic coordinate system直譯為 地理

13、坐標(biāo)系統(tǒng)，是以經(jīng)緯度為地圖的存儲單位的。很明顯，Geographic coordinate syst em是球面坐標(biāo)系統(tǒng)。我們要將地球上的數(shù)字化信息存放到球面坐標(biāo)系統(tǒng)上，如何進(jìn)行操作 呢？地球是一個不規(guī)則的橢球，如何將數(shù)據(jù)信息以科學(xué)的方法存放到橢球上？這必然要求 我們找到這樣的一個橢球體。這樣的橢球體具有特點：可以量化計算的。具有長半軸，短 半軸，偏心率。以下幾行便是Krasovsky_1940橢球及其相應(yīng)參數(shù)。 Spheroid: Krasovsky_1940 Semimajor Axis: 6378245.000000000000000000 Semiminor Axis: 6356863

14、.018773047300000000 Inverse Flattening（扁率）: 298.300000000000010000 然而有了這個橢球體以后還不夠，還需要一個大地基準(zhǔn)面將這個橢球定位。在坐標(biāo)系統(tǒng)描 述中，可以看到有這么一行： Datum: D_Beijing_1954 表示，大地基準(zhǔn)面是D_Beijing_1954。 點擊打開一個投影轉(zhuǎn)換對話框，可以在對話框中看到Convert from和Into表明了我們想從什么坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到什么坐標(biāo)系統(tǒng)。 在下方的using下拉框右邊，點擊New.，新建一個投影轉(zhuǎn)換公式，在Method下拉框中可以選擇一系列轉(zhuǎn)換方法，其中有一些是三參數(shù)的，有

15、一些是七參數(shù)的，然后在參數(shù)表中輸入各個轉(zhuǎn)換參數(shù)。 輸入完畢以后，點擊OK，回到之前的投影轉(zhuǎn)換對話框，再點擊OK，就完成了對當(dāng)前地圖的動態(tài)投影轉(zhuǎn)換。這時還沒有對圖層文件本身的投影進(jìn)行轉(zhuǎn)換，要轉(zhuǎn)換圖層文件本身的投影，再使用數(shù)據(jù)導(dǎo)出，導(dǎo)出時選擇投影為當(dāng)前地圖的投影即可。方法2： 對于有大量圖層需要進(jìn)行投影轉(zhuǎn)換時，這種手工操作的辦法顯得比較繁瑣，每次都需要設(shè)置參數(shù)?？梢灾欢x一次投影轉(zhuǎn)換公式，而在此后的轉(zhuǎn)換中引用此投影轉(zhuǎn)換公式即可。這種方法需要在ArcTools中進(jìn)行操作。在Data Management ToolsProjections and Tranformations下，有Create Cus

16、tom Geographic Transformation命令。打開這個命令，選擇輸入和輸出的投影，可以是系統(tǒng)自帶的也可以是自己設(shè)置的，選擇轉(zhuǎn)換方法，與方法種介紹的類似，可選擇三參數(shù)或者七參數(shù)，然后輸入各個參數(shù)指。通過為這個投影轉(zhuǎn)換公式指定一個名稱，可以在以后的操作中直接引用此公式而不用重復(fù)輸入各個參數(shù)了。點擊OK生成這個投影轉(zhuǎn)換公式。 在方法一里面，我們是動態(tài)的改變了地圖的投影，然后通過數(shù)據(jù)導(dǎo)出的辦法將要轉(zhuǎn)換投影的圖層重新生成的。在這里，我們可以直接使用Data Management ToolsProjections and Tranformations下的Project命令，生成轉(zhuǎn)換后的圖

17、層文件，Project命令分別位于Feature和Raster目錄下，分別針對于矢量和柵格數(shù)據(jù)。在這個命令中，在指定了輸入的圖層后，Input Coordinate System自動的識別出了輸入的投影，需要用戶指定輸出的投影，如果兩者與之前定義投影轉(zhuǎn)換公式的輸入和輸入投影的話，在下面的Geographic Transformation下拉框中會出現(xiàn)之前定義的公式名稱，直接選擇即可使用。這些參數(shù)怎么獲??？（1）直接去買（2）如果有同一個點在不同橢球體下的坐標(biāo)可以再mapgis中實現(xiàn)，mapgis可以反算出這幾個參數(shù)。附加內(nèi)容： 把地球橢球面上的圖形展繪到平面上，必然產(chǎn)生變形。為把地球橢球面上的

18、圖形展繪到平面上，必然產(chǎn)生變形。為了減少變形誤差，采用一種適當(dāng)?shù)耐队胺椒ǎ@就是高斯投影。了減少變形誤差，采用一種適當(dāng)?shù)耐队胺椒ǎ@就是高斯投影。 高斯投影是將地球劃分為若干個帶，先將每個帶投影到圓高斯投影是將地球劃分為若干個帶，先將每個帶投影到圓柱面上。然后展成平面。我們可以設(shè)想將一個空心的橢圓柱橫柱面上。然后展成平面。我們可以設(shè)想將一個空心的橢圓柱橫套地球，使橢圓柱的中心軸線位于赤道面內(nèi)并通過球心。將地套地球，使橢圓柱的中心軸線位于赤道面內(nèi)并通過球心。將地球按球按6分帶分帶, 從從0起算往東劃分起算往東劃分, 06為第為第1帶帶, 612為第為第2帶，帶， ，174180為第為第30帶帶,

19、東半球共分東半球共分30個投影，按帶進(jìn)行投影。進(jìn)行第個投影，按帶進(jìn)行投影。進(jìn)行第1帶投影時，使地球帶投影時，使地球3經(jīng)線與經(jīng)線與圓柱面相切，圓柱面相切，3經(jīng)線長不變形。經(jīng)線長不變形。 036YY1296XX036YXXY12961231314151617181920212223123452425262728293031323334353637383940414244454606121872788490961021081141201261321381 306帶3帶圖中上半部為圖中上半部為6度帶分帶情況：度帶分帶情況：將地球按將地球按6分帶分帶, 從從0起算往東劃分起算往東劃分, 06（第（第1帶

20、）帶）, 612（第（第2帶），帶）， ，174180（第（第30帶）帶）,東半東半球共分球共分30個投影，我國領(lǐng)土從個投影，我國領(lǐng)土從1323帶。帶。圖中下半部為圖中下半部為3帶分帶情況：帶分帶情況：1 304 30 （第（第1帶），帶），4 30 （第（第2帶）帶） ，我國，我國領(lǐng)土領(lǐng)土3帶從帶從2446帶。帶。 等角等角:即橢球面上圖形投影到即橢球面上圖形投影到平面之后，其角度相等，無角度平面之后，其角度相等，無角度變形，但距離與面積稍有變形。變形，但距離與面積稍有變形。 中央經(jīng)線投影后仍直線，中央經(jīng)線投影后仍直線，且且長度不變形，見右圖。長度不變形，見右圖。 因此因此用這用這條直線作為

21、平面直角坐標(biāo)系的縱條直線作為平面直角坐標(biāo)系的縱軸軸x軸軸。而兩側(cè)其他經(jīng)線投影后而兩側(cè)其他經(jīng)線投影后呈向兩極收斂的曲線，并與中央呈向兩極收斂的曲線，并與中央經(jīng)線對稱，距中央經(jīng)線越遠(yuǎn)長度經(jīng)線對稱，距中央經(jīng)線越遠(yuǎn)長度變形越大。變形越大。 赤道投影也為直線。因此赤道投影也為直線。因此,這條直線作為平面直角坐標(biāo)的橫軸這條直線作為平面直角坐標(biāo)的橫軸y軸軸。南北緯線投影后呈凹向兩極的曲線，且與赤道投影對稱。南北緯線投影后呈凹向兩極的曲線，且與赤道投影對稱。 NSNS0606圓樁面Y軸X軸投影帶中央經(jīng)線赤道投影(c)高斯平面直角坐標(biāo)系定義：高斯平面直角坐標(biāo)系定義：高斯投影各帶構(gòu)成獨立的坐標(biāo)高斯投影各帶構(gòu)成獨立

22、的坐標(biāo)系，中央經(jīng)線為系，中央經(jīng)線為x軸，赤道投影為軸，赤道投影為y軸，兩軸的交點為坐標(biāo)原軸，兩軸的交點為坐標(biāo)原點。點。由由通用橫坐標(biāo)通用橫坐標(biāo)換算換算實際橫坐標(biāo)實際橫坐標(biāo)公式如下：公式如下： Y實際實際= Y通用通用（去掉小數(shù)點向左數(shù)第（去掉小數(shù)點向左數(shù)第7、8兩位為帶兩位為帶號）號）-500000m 注：我國領(lǐng)土從注：我國領(lǐng)土從1323帶，帶號占兩位，直接去掉頭兩位即帶，帶號占兩位，直接去掉頭兩位即可?？?。例如：某點通用橫坐標(biāo)例如：某點通用橫坐標(biāo)Y通用通用=20386575.310m，求該，求該 點實際橫點實際橫坐標(biāo)。坐標(biāo)。 首先，將首先，將 20386575.310m中中20去掉（第去掉（

23、第7位為位為0，第，第8位為位為2） 則則 Y實際實際= 386575.310-500000 =-113424.690m如何快速判斷是3度帶還是6度帶 ？X,Y判斷 ？地圖配準(zhǔn)個人理解： 將不正確的坐標(biāo)賦予正確的坐 標(biāo)的過程？過程線：配準(zhǔn)-定義投影-投影轉(zhuǎn)換 幾何校正就是將圖像數(shù)據(jù)投影到平面上，使其符合地圖投影系統(tǒng)的過程；而將地圖坐標(biāo)系統(tǒng)賦予圖像數(shù)據(jù)的過程，稱為地理參考（Georeferencing）。由于所有地圖投影系統(tǒng)都遵從于一定的地圖坐標(biāo)系統(tǒng)，所以幾何校正過程包含了地理參考過程。 前幾天在群里激烈的討論了一下，配準(zhǔn)過程中能不能用經(jīng)緯度校正？ 最終覺得是可以的 。 首先，我們知道平面坐標(biāo)肯

24、定有經(jīng)緯度坐標(biāo)； 其次即使這個點是球面上的，但是投影后不應(yīng)該改變吧，但是一定要知道是那個基準(zhǔn)面上的，因為同一個點在不同的基準(zhǔn)面上是不一樣的。 回憶了一下自己曾經(jīng)做過的實驗，雖然當(dāng)時沒有在ArcGis下做，但是原理是不應(yīng)該變的把！ 為了說明問題，我只好把我的實驗報告拿出來 （有點舍不得）這次配準(zhǔn)是借助R2V和Workstation。Workstation的功能很強(qiáng)大的，但是我只用了有限的幾次，可悲?。?上面幾個點是我用來做控制點的，在Workstation中打開后，然后輸入經(jīng)緯度坐標(biāo)。 看到geographic想到了什么？因為我用的是經(jīng)緯度做校正的點，那么我們還應(yīng)該把這個弄到平面上去吧，看下面的

25、 這些參數(shù)應(yīng)該很清楚了，這些才是做平面投影時候的參數(shù)。 在網(wǎng)上還找到一下東西，順便整理一下，希望主人能夠諒解先看第一個主人的： 地圖配準(zhǔn)可分為影像配準(zhǔn)和空間配準(zhǔn)。影像配準(zhǔn)的對象是raster圖，譬如TIFF圖。配準(zhǔn)后的圖可以保存為ESRI GRID, TIFF,或ERDAS IMAGINE格式?？臻g配準(zhǔn)（Spatial Adjustment)是對矢量數(shù)據(jù)配準(zhǔn)。一、影像配準(zhǔn)在ArcGIS中配準(zhǔn)： 1.打開ArcMap，增加Georeferencing工具條。 2. 把需要進(jìn)行糾正的影像增加到ArcMap中，會發(fā)現(xiàn)Georeferencing工具條中的工具被激活。在view/data frame

26、properties的coordinate properties中選擇坐標(biāo)系。如果是大地（投影）坐標(biāo)系選擇predefined中的Projected coordinate system，坐標(biāo)單位一般為米。如果是地理坐標(biāo)系（坐標(biāo)用經(jīng)緯度表示）表示則選擇Geographic coordinate system。 3.糾正前可以去掉“auto adjust”前的勾。在校正中我們需要知道一些特殊點的坐標(biāo)。如公里網(wǎng)格的交點，我們從圖中均勻的取幾個點，不少于7個。在實際中，這些點要能夠均勻分布在圖中。 4.首先將Georeferencing工具條的Georeferencing菜單下Auto Adjust不選擇。 5.在Georeferencing工具條上，點擊Add Control Point按鈕。 6.使用該工具在掃描圖上精確到找一個控制點點擊，然后鼠標(biāo)右擊，Input X and Y輸入該點實際的坐標(biāo)位置。采用地理坐標(biāo)系時應(yīng)輸入經(jīng)緯度，經(jīng)緯度用小數(shù)表示，如1103030應(yīng)寫成 110.508(=110+30.5/60)。 7.用相同的方法，在影像上增加多個控制點，輸入它們的實際坐標(biāo)。 8.增加所有控制點后，在Georeferencing菜單下，點擊Update Display。 9.更新后，就變成真實的坐標(biāo)。 10.在Georefe