《地图投影和配准》PPT课件.ppt

QQ:271718002 E-mail： 地图投影 投影变换 地图配准 预备知识（复习） 既然GIS是解决地理位置（未知） 怎样从GIS的角度去认识地球？ GIS应该是从坐标系统开始的，然后带 领我们一步步向前 GIS中的坐标系定义是GIS系统的基础 ，正确定义GIS系统的坐标系非常重要 。GIS中的坐标系定义由基准面和地图 投影两组参数确定，而基准面的定义 则由特定椭球体及其对应的转换参数 确定，因此欲正确定义GIS系统坐标系 ，首先必须弄清地球椭球体(Ellipsoid) 、大地基准面(Datum)及地图投影 (Projection)三者的基本概念及它们之 间的关系。 大地水准面是由静止海水面并向大陆延 伸所形成的不规则的封闭曲面。它是 重力等位面，即物体沿该面运动时， 重力不做功（如水在这个面上是不会 流动的） 地球椭球体只不过是一个具有长半轴， 短半轴和变率的椭球体，可以任意放置 的，它没有为我们规定度量的起点，所 以就有基准面的产生，而基准面就是规 定了度量标准。 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，我们通常称谓的北京54坐标系、西 安80坐标系实际上指的是我国的两个大地基 准面.椭球体与基准面之间的关系是一对多的 关系，也就是基准面是在椭球体基础上建立 的，但椭球体不能代表基准面，同样的椭球 体能定义不同的基准面，一般意义上基准面 与参考椭球体是同一个概念。 地面上选一点P，由P点投影到大地水准面P0点,使P0上的椭球面与大地 水准面相切， 此时过P0点的铅垂线与P0点的椭球面法线重合，切点P0称为 大地原点。同时要使旋转椭球短轴与地球短轴相平行（不要求重合），达 到本国范围内的大地水准面与椭球面十分接近，该椭球面称为参考椭球面 。我国大地原点选在我国中部陕西省泾阳县永乐镇。 P P 地球表面地球表面 大地水准面大地水准面 N N S S WW E E P P0 0 垂线与法线垂线与法线 重合重合 参考椭球体参考椭球体 参考椭球面与我国大地原点 地球椭球的参数可用a(长半径)、b（短半径）及（扁率）表示。扁率为 1979年国际大地测量与地球物理联合会推荐的地球椭球参数a=6378140m， b=6356755.3m, =1:298.257。 旋转椭球面是数学表面，可用如下的公式表示： 按一定的规则将旋转椭球与大地体套合在一起，这项工作称 椭球定位。定位时采用椭球中心与地球质心重合，椭球短轴与 地球短轴重合，椭球与全球大地水准面差距的平方和最小，这 样的椭球称总地球椭球。 总地球椭球与参考椭球（水准面）的区别 对于地理坐标，只需要确定两 个参数，即椭球体和大地基准 面。 （为什么？） 有了基准面我们就可以操作了，我们的一切 都是基于基准面的，为了说明这个，我还看 了一下相关资料。 ENVI中的坐标定义文件存放在 HOMEITTIDL70productsenvi45map _proj 文件夹下，三个文件记录了坐标信息 ： ellipse.txt 椭球体参数文件 datum.txt 基准面参数文件 map_proj.txt 坐标系参数文件 在ENVI中自定义坐标系分三步：定义椭球 体、基准面和定义坐标参数 第一步、添加椭球体 语法为 ,。这里 将“Krassovsky，6378245.0，6356863.0” 因为Envi下面有这个椭球体，我没有加。 第二步、添加基准面 语法为,。这里将“Beijing-54, Krassovsky, -12, -113, -41” datum.txt末端。 第三步、定义坐标 在ENVI任何用到投影坐标的功能模块中 都可以新建坐标系(在任何地图投影选择对话 框中，点击“New”按钮。)，这里我们选择 Map-Customize Map Projection，如图所 示，将相应的参数添加，这里添加的参数如 图所示。 注：投影类型选择Transverse Mercator，Scale factor填写0.9996，与 Gauss-Kruger等同。False easting中如果把 带号，即39500000，得到的坐标就带有带 号。 填写相关参数后，在 map_proj.txt 坐标系参数文 件中看到，完毕。 ERDAS中添加椭球体和基准面 F:Program FilesLeica GeosystemsGeospatial Imaging 9.2etcspheroid.tab 记住一个椭球体可以有多个基准面 基本语法为： “椭球名称” “椭球序号”椭球体长半轴 椭球体短半轴 “椭球名称” 0 0 0 0 0 0 0 “基准面名称1” dx1 dy1 dz1 rx1 rz1 ds1 “基准面名称2” dx2 dy2 dz2 rx2 rz1 ds2 . 其中：“基准面名称” dx dy dz rx rz ds中，dx、dy、dz是x、y、z3个轴对 于WGS84基准点的平移参数，单位为 m。rx、ry、rz是x、y、z、3个轴对 于WGS84基准点的旋 转参数，单位为 rad。Ds是对于WGS84基准点的比例 因子。 在更多的情况下椭球的基准面是基于它本 身的。这时假定椭球的中心点是与没有 经过任何平移或旋转的WGS84的基准 面相重合，即这时椭球基准面的7个参 数均 为0，即这时椭球基准面的7个参数 均为0。我国在使用克拉索夫斯基椭球 和IAG75椭球时就是用椭球体本身为基 准 在spheroid.tab文件末尾加入如下语 句即可， “IAG 75“ 75 6378140 6356755.2882 “xian 80” 0 0 0 0 0 0 0 在Viewer中打开图像数据，Utility- layer info，在projection info 栏中可 以看到目前的数据投影信息还不完整。 点击edit菜单中的change map model ，在弹出窗口中将unite参数设为 meters，projection，参数设为 Tansverse Mercator。接下来再点击 edit菜单中的Add/Change projection ，在弹出对话框中将原始投影参数添加 进去。 投影变换 想想同一基准面的投影变换？ 不同基准面之间的变换？ 在ArcGIS Desktop中进行三参数或七参数 精确投影转换 ArcGIS中定义的投影转换方法，在对数据 的空间信息要求较高的工程中往往不能适用 ，有比较明显的偏差。在项目的前期数据准 备工作中，需要进行更加精确的三参数或七 参数投影转换。下面介绍两种办法来在 ArcGIS Desktop中进行这种转换。 方法1： 在ArcMap中进行动态转换 假设原投影坐标系统为Xian80坐标系统，本例选择为系统预设 的Projected Coordinate SystemsGauss KrugerXian 1980Xian 1980 GK Zone 20投影，中央经线为117度，要转 换成Beijing 1954Beijing 1954 GK Zone 20N。 在ArcMap中加载了图层之后，打开View-Data Frame Properties对话框，显示当前的投影坐标系统为Xian 1980 GK Zone 20，在下面的选择坐标系统框中选择Beijing 1954 GK Zone 20N，在右边有一个按钮为Transformations. 动态投影(ArcMap) 所谓动态投影指，ArcMap中的Data 的空 间参考或是说坐标系统是默认为第一加载到当 前工作区的那个文件的坐标系统，后加入的数 据，如果和当前工作区坐标系统不相同，则 ArcMap会自动做投影变换，把后加入的数据投 影变换到当前坐标系统下显示！但此时数据文 件所存储的数据并没有改变，只是显示形态上 的变化！因此叫动态投影！表现这一点最明显 的例子就是，在Export Data时，会让你选择 是按this layers source data（数据源的坐标 系统导出），还是按照the Data （当前数据框 架的坐标系统）导出数据！（注意在某些叠加 分析的时候会出错？） 返回 首先理解地理坐标系（Geographic coordinate system），Geographic coordinate system直译为 地理坐标系统， 是以经纬度为地图的存储单位的。很明显 ，Geographic coordinate syst em是球面 坐标系统。我们要将地球上的数字化信息 存放到球面坐标系统上，如何进行操作 呢 ？地球是一个不规则的椭球，如何将数据 信息以科学的方法存放到椭球上？这必然 要求 我们找到这样的一个椭球体。这样的 椭球体具有特点：可以量化计算的。具有 长半轴，短 半轴，偏心率。以下几行便是 Krasovsky_1940椭球及其相应参数。 Spheroid: Krasovsky_1940 Semimajor Axis: 6378245.000000000000000000 Semiminor Axis: 6356863.018773047300000000 Inverse Flattening（扁率）: 298.300000000000010000 然而有了这个椭球体以后还不够，还需要一 个大地基准面将这个椭球定位。在坐标系统 描 述中，可以看到有这么一行： Datum: D_Beijing_1954 表示，大地基准面是D_Beijing_1954。 点击打开一个投影转换对话框，可以在 对话框中看到Convert from和Into表 明了我们想从什么坐标系统转换到什 么坐标系统。 在下方的using下拉框右边，点击 New.，新建一个投影转换公式，在 Method下拉框中可以选择一系列转换 方法，其中有一些是三参数的，有一 些是七参数的，然后在参数表中输入 各个转换参数。 输入完毕以后，点击OK，回到之前的 投影转换对话框，再点击OK，就完成 了对当前地图的动态投影转换。这时还 没有对图层文件本身的投影进行转换， 要转换图层文件本身的投影，再使用数 据导出，导出时选择投影为当前地图的 投影即可。 方法2： 对于有大量图层需要进行投影转换时，这种手工操 作的办法显得比较繁琐，每次都需要设置参数。可 以只定义一次投影转换公式，而在此后的转换中引 用此投影转换公式即可。这种方法需要在ArcTools 中进行操作。在Data Management ToolsProjections and Tranformations下，有 Create Custom Geographic Transformation命令 。 打开这个命令，选择输入和输出的投影，可 以是系统自带的也可以是自己设置的，选择 转换方法，与方法种介绍的类似，可选择 三参数或者七参数，然后输入各个参数指。 通过为这个投影转换公式指定一个名称，可 以在以后的操作中直接引用此公式而不用重 复输入各个参数了。点击OK生成这个投影转 换公式。 在方法一里面，我们是动态的改变了地图的投影 ，然后通过数据导出的办法将要转换投影的图层重 新生成的。在这里，我们可以直接使用Data Management ToolsProjections and Tranformations下的Project命令，生成转换后 的图层文件，Project命令分别位于Feature和 Raster目录下，分别针对于矢量和栅格数据。在这 个命令中，在指定了输入的图层后，Input Coordinate System自动的识别出了输入的投影， 需要用户指定输出的投影，如果两者与之前定义投 影转换公式的输入和输入投影的话，在下面的 Geographic Transformation下拉框中会出现之前 定义的公式名称，直接选择即可使用。 这些参数怎么获取？ （1）直接去买 （2）如果有同一个点在不同椭球体下的 坐标可以再mapgis中实现，mapgis可 以反算出这几个参数。 附加内容： 高斯平面直角坐标系 (a)高斯投影的原理 把地球椭球面上的图形展绘到平面上，必然产生变形。为了 减少变形误差，采用一种适当的投影方法，这就是高斯投影。 高斯投影是将地球划分为若干个带，先将每个带投影到圆 柱面上。然后展成平面。我们可以设想将一个空心的椭圆柱横 套地球，使椭圆柱的中心轴线位于赤道面内并通过球心。将地 球按6分带, 从0起算往东划分, 06为第1带, 612为第2 带， ，174180为第30带,东半球共分30个投影，按带 进行投影。进行第1带投影时，使地球3经线与圆柱面相切，3 经线长不变形。 0 0 6 6 6 6 1212 3 3 9 9 高斯高斯66带投影原理分解演示带投影原理分解演示 高斯投影分带 图中上半部为6度带分带情况： 将地球按6分带, 从0起算往东划分, 06（第1带）, 612 （第2带）， ，174180（第30带）,东半球共分30个投 影，我国领土从1323带。 图中下半部为3带分带情况： 1 304 30 （第1带），4 30 （第2带） ，我国领土 3带从2446带。 我国1:2.5-1:50万地形图均采用6度分带；1:1 万及更大比例尺地形图采用3度分带，以保 证必要的精度。 (b)高斯投影特点： 等角:即椭球面上图形投影到 平面之后，其角度相等，无角度 变形，但距离与面积稍有变形。 中央经线投影后仍直线，且 长度不变形，见右图。 因此用这 条直线作为平面直角坐标系的纵 轴x轴。而两侧其他经线投影后 呈向两极收敛的曲线，并与中央 经线对称，距中央经线越远长度 变形越大。 赤道投影也为直线。因此,这条直线作为平面直角坐标的横轴y轴。 南北纬线投影后呈凹向两极的曲线，且与赤道投影对称。 (c)高斯平面直角坐标系定义：高斯投影各带构成独立的坐标 系，中央经线为x轴，赤道投影为y轴，两轴的交点为坐标原 点。 由通用横坐标换算实际横坐标公式如下： Y实际= Y通用（去掉小数点向左数第7、8两位为带 号）-500000m 注：我国领土从1323带，带号占两位，直接去掉头两位即 可。 例如：某点通用横坐标Y通用=20386575.310m，求该 点实际横 坐标。 首先，将 20386575.310m中20去掉（第7位为0，第8位为2 ） 则 Y实际= 386575.310-500000 =-113424.690m 讨论 如何快速判断是3度带还是6度带 ？ X,Y判断 ？ 地图配准 个人理解： 将不正确的坐标赋予正确的坐 标 的过程？ 过程线： 配准-定义投影-投影转换 几何校正就是将图像数据投影到平面上 ，使其符合地图投影系统的过程；而将 地图坐标系统赋予图像数据的过程，称 为地理参考（Georeferencing）。由于 所有地图投影系统都遵从于一定的地图 坐标系统，所以几何校正过程包含了地 理参考过程。 前几天在群里激烈的讨论了一下， 配准过程中能不能用经纬度校正？ 最终觉得是可以的 。 首先，我们知道平面坐标肯定有经纬 度坐标； 其次即使这个点是球面上的，但是 投影后不应该改变吧，但是一定要知 道是那个基准面上的，因为同一个点 在不同的基准面上是不一样的。 回忆了一下自己曾经做过的实验 ，虽然当时没有在ArcGis下做，但是 原理是不应该变的把！ 为了说明问题，我只好把我的实验 报告拿出来 （有点舍不得） 这次配准是借助R2V和Workstation。 Workstation的功能很强大的，但 是我只用了有限的几次，可悲啊！ 上面几个点是我用来做控制点的，在 Workstation中打开后，然后输入经纬 度坐标。 看到geographic想到了什么？因 为我用的是经纬度做校正的点，那么 我们还应该把这个弄到平面上去吧， 看下面的 这些参数应该很清楚了，这些才是 做平面投影时候的参数。 在网上还找到一下东西，顺便整 理一下，希望主人能够谅解 先看第一个主人的： 地图配准可分为影像配准和空间配 准。影像配准的对象是raster图，譬如 TIFF图。配准后的图可以保存为ESRI GRID, TIFF,或ERDAS IMAGINE格式 。空间配准（Spatial Adjustment)是对 矢量数据配准。 一、影像配准 在ArcGIS中配准： 1.打开ArcMap，增加Georeferencing工具条 。 2. 把需要进行纠正的影像增加到ArcMap中， 会发现Georeferencing工具条中的工具被激活 。在view/data frame properties的 coordinate properties中选择坐标系。如果 是大地（投影）坐标系选择predefined中的 Projected coordinate system，坐标单位一 般为米。如果是地理坐标系（坐标用经纬度表 示）表示则选择Geographic coordinate system。 3.纠正前可以去掉“auto adjust”前的勾 。在校正中我们需要知道一些特殊点的 坐标。如公里网格的交点，我们从图中 均匀的取几个点，不少于7个。在实际 中，这些点要能够均匀分布在图中。 4.首先将Georeferencing工具条的 Georeferencing菜单下Auto Adjust不 选择。 5.在Georeferencing工具条上，点击 Add Control Point按钮。 6.使用该工具在扫描图上精确到找一个 控制点点击，然后鼠标右击，Input X and Y输入该点实际的坐标位置。采用 地理坐标系时应输入经纬度，经纬度 用小数表示，如1103030应写成 110.508(=110+30.5/60)。 7.用相同的方法，在影像上增加多个控 制点，输入它们的实际坐标。 8.增加所有控制点后，在 Georeferencing菜单下，点击Update Display。 9.更新后，就变成真实的坐标。 10.在Georeferencing菜单下，点击 Rectify，将校准后的影像另存。 这位主人已经告诉我们，我们在投 影的时候看我们要选择以米为单位的 还是以经纬度为单位的，一大堆的文 字描述的很详细，但是如果能有相关