GIS实习3-投影转换.doc

实习三 空间数据的转换与处理投影变换空间数据是GIS的一个重要组成部分。整个GIS都是围绕空间数据的采集、加工、存储、分析和表现展开的。原始数据往往由于在数据结构、数据组织、数据表达等方面与用户自己的信息系统不一致而需要对原始数据进行转换与处理，如投影变换，可以利用ArcToolbox中的工具实现。由于数据源的多样性，当数据与研究、分析问题的空间参考系统（坐标系统、投影方式）不一致时，就需要对数据进行投影变换。同样，在完成本身有投影信息的数据采集时，为了保证数据的完整性和易交换性，要定义数据投影信息。以下就地图投影及投影变换的概念做简单介绍，之后分别讲述在ArcGIS中如何实现地图投影定义及变换。图1椭球体表面投影到平面的微分梯形+d+dABCDABCDYXO投影空间数据与地球上的某个位置相对应。对空间数据进行定位，必须将其嵌入到空间参照系中。因为GIS描述的是位于地球表面的信息，所以根据地球椭球体建立的地理坐标（经纬网）可以作为空间数据的参照系统。而地球是一个不规则的球体，为了能够将其表面内容显示在平面的显示器或纸面上，就必须将球面地理坐标系统变换到平面投影坐标系统（图1）。因此，运用地图投影方法，建立地球表面上和平面上点的函数关系，使地球表面上由地理坐标确定的点，在平面上有一个与它相对应的点。地图投影的使用保证了空间信息在地域上的联系和完整性。当系统使用的数据取自不同地图投影的图幅时，需要将一种投影数据转换为所需投影的坐标数据。投影转换的方式可以采用以下几种方法：1. 正解变换: 通过建立一种投影变换为另一种投影的严密或近似的解析关系式，直接由一种投影的数字化坐标x、y变换到另一种投影的直角坐标X、Y。2. 反解变换: 即由一种投影的坐标反解出地理坐标(x、yB、L)，然后再将地理坐标代入另一种投影的坐标公式中(B、LX、Y)，从而实现由一种投影的坐标到另一种投影坐标的变换(x、yX、Y)。目前，大多数GIS软件是采用正解变换法完成不同投影之间的转换，并提供常见投影之间的转换。借助ArcToolbox中Projections and Transformations工具集中的工具（图2），可以实现定义及变换数据的投影信息，以及栅格数据的多种变换，例如翻转（Flip）、旋转（Rotate）和移动（Shift）等操作。图2 投影转换工具3.1 定义投影定义投影（Define Projection），指按照地图信息源原有的投影方式，为数据添加投影信息。此外，如果数据的坐标系不正确，也可以使用该工具进行校正，具体操作如下：1. 展开Data Management Tools工具箱，打开Projections and Transformations工具集，双击Define Projection工具，打开Define Projection对话框（图3）；图3 Define Projection对话框2. 在Input Dataset or Feature Class文本框中选择需要定义投影的数据：anhui.shp；3. Coordinate System文本框显示为Unknown，表明原始数据没有定义坐标系统。单击Coordinate System文本框旁边的图标，打开Spatial Reference属性对话框（图4），设置数据的投影参数。图4 Spatial Reference对话框4. 定义投影的三种方法如下：（1）单击图4中的Select按钮，打开Browe for Coordinate System对话框（图5），为数据选择坐标系统。其中坐标系统分为地理坐标系统（Geographic Coordinate Systems）和投影坐标系统（Projected Coordinate Systems）两种类型。地理坐标系统利用地球表面的经纬度表示；投影坐标系统利用数学换算将三维地球表面上的经纬度坐标转换到二维平面上。在定义坐标系统之前，要了解数据的来源，以便选择合适的坐标系统。我们将此数据设置为北京54坐标系，高斯克吕格投影，6度分带。图5 Browe for Coordinate System对话框（2）当已知原始数据与某一数据的投影相同时，可单击图4中的Import按钮，浏览具有某坐标系统的数据，用该数据的投影信息来定义原始数据。在此我们可以导入gonglu图层的投影信息。（3）单击图4中的New按钮，新建坐标系统。同样可以新建地理坐标系统和投影坐标系统。图6为New Geographic Coordinate System对话框，定义地理坐标系统包括定义或选择参考椭球体、测量单位和起算经线。图7为New Projected Coordinate System对话框。定义投影坐标系统，需要选择投影类型、设置投影参数及测量单位，其中投影参数包括投影带的中央经线和坐标纵轴西移的距离等。因为投影坐标系统是以地理坐标系统为基础的，在定义投影坐标系统时，还需要选择或新建一个地理坐标系统，单击New按钮则会打开图6的New Geographic Coordinate System对话框，新建地理坐标系统。当对数据源有特殊的需求，软件所提供的地理和投影坐标系统不能满足要求时，需要自定义新的地理和投影坐标系统。5. 定义投影后，则回到图3 Spatial Reference属性对话框，在Detail下的窗口中可浏览到投影的详细信息。单击Modify按钮可修改已定义的投影，单击Clear按钮则清除原有投影，以便重新定义投影。 图6 New Geographic Coordinate System对话框 图7 New Projected Coordinate System对话框6. 单击OK按钮，完成操作。3.2投影变换 投影变换（Project）是将一种地图投影转换为另一种地图投影，主要包括投影类型、投影参数或椭球体等的改变。在ArcToolbox的Data Management Tools- Projections and Transformations工具集中分为栅格和要素类两种类型的投影变换，其中对栅格数据实施投影变换时，要进行重采样处理。1. 栅格（Raster）数据的投影变换（1）展开Data Management Tools工具箱，打开 Projections and Transformations中的Raster工具集，双击Project Raster，打开Project Raster对话框（图8）。图8 Project Raster对话框（1） 在Input raster文本框中选择输入进行投影变换的栅格数据：dem。（2） 在Output raster文本框键入输出的栅格数据的路径与名称。（3） 单击Output coordinate system文本框旁边的图标，打开Spatial Reference属性对话框（图9），定义输出数据的投影。该对话框Coordinate System的界面与图4的界面一样，所进行的操作也相同。此数据是西安80坐标系，高斯克吕格投影，6度分带，转换成北京54坐标系，3度分带。图9 Spatial Reference Properties对话框（4） 变换栅格数据的投影类型，需要重采样数据。Resampling technique是可选项，用以选择栅格数据在新的投影类型下的重采样方式，默认状态是NEAREST，最邻近采样法。（5） Output cell size定义输出数据的栅格大小，默认状态下与原数据栅格大小相同；支持直接设定栅格大小，或通过选择某栅格数据来定义栅格大小，则输出数据的栅格大小与该数据相同。（6） 单击OK按钮，完成操作。2. 矢量（Feature）数据的投影变换（1） 展开Data Management Tools工具箱，打开Projections and Transformations中的Feature工具集，双击Project，打开Project对话框（图10）；图10 Project对话框（2） 在Input Dataset or Feature Class文本框中选择进行投影变换的矢量数据：fujian.shp。（3） 在Output Dataset or Feature Class文本框键入输出矢量数据的路径与名称。（4） 单击Output coordinate system文本框旁边的 图标，打开Spatial Reference属性对话框，定义输出数据的投影。该对话框与图4相同，所进行的操作也相同。此数据是wgs_84坐标系，Albers投影，转换成高斯克吕格投影，北京54坐标系，6度分带。（5） 单击OK按钮，完成操作。该命令同样适用于地理数据库中