地图配准和地图投影

3、投影分类,1、基本概念,7、高斯-克吕格6分带和3分带方法,6、栅格投影变换、矢量投影变换,5、六种常见地图投影,4、基本方法,1、基本概念,2、发展史,2、如何地图配准,结束,地图配准可以帮助用户将外部的空间数据转换到ArcGis认同的坐标；投影变换可以帮助用户实现不同的坐标体系之间的转换。坐标转换是跨入GIS的第一道门槛。,(小常识)地图配准用在数字化地图之前，主要是对地图进行坐标和投影的校正，使地图坐标点和地图拼接准确。,地图配准的定义,地图配准是指使用地图坐标为地图要素指定空间位置。地图图层中的所有元素都具有特定的地理位置和范围，这使得它们能够定位到地球表面或靠近地球表面的位置。精确定位地理要素的能力对于制图和GIS来说都至关重要。,地图配准的意义,地图配准是将控制点配准为参考点的位置，从而建立两个坐标系统之间一一对应的关系。控制点就是当前没有配准前的点的坐标，参考点就是希望配准后的坐标图像之间的配准主要包括两方面的内容：其一，是确定足够数量的配准控制点；其二，是根据这些配准控制点确定两幅或多幅图像的像素之间的坐标对应关系。,目录,如何进行地图配准,小知识如何在ArcGis软件中进行地图配准,点击主菜单栏上的ViewToolbars，点击Georeferencing，打开Georeferencing浮动工具条。,在ArcMap中，点击标准工具条上的数据添加按钮，打开AddData对话框，添加扫描地形图。,1).在ArcMap中，点击主菜单上的View/DataFrameProperties，打开DataFrameProperties对话框，点击CoordinateSystem标签，进入CoordinateSystem选项卡，2).选择坐标投影：在SelectaCoordinateSystem列表框中选择合适的坐标系统，再点击【确定】按钮，完成坐标投影的定义。,找到地图上的控制点，通过建立控制点坐标与参考点坐标之间的数学关系，从而确定坐标系之间的坐标转换关系。,在Georeferencing工具条上点击GeoreferencingRectify，打开SaveAs对话框，选择校准后影像的存储路径，点击【Save】按钮，保存配准结果。,通过excel或记事本建立一个文本文件，输入控制点的ID号及坐标值：第二列表示经向坐标值，第三列表示纬向坐标值。,在ArcCatalog中，设置需要配准的矢量图的投影方式（右键点击图层，在弹出的快捷菜单中点击Properties，打开ShapefileProperties对话框，点击X、YCoordinateSystem标签，点击【Select】或【Import】按钮）,在ArcMap中，加载矢量数据。点击主菜单上的ViewToolbars，点击SpatialAdjustment，打开SpatialAdjustment工具条。在SpatialAdjustment工具条上点击SpatialAdjustmentSetadjustdata，打开ChooseInputForAdjustment对话框，选择需要进行配准的数据层，然后再在SpatialAdjustment工具条上点击SpatialAdjustmentLinksOpenControlPointsFile，打开Open对话框，打开上面建立的控制点文件。,双击控制点文件中的坐标值，再在视图窗口中找到对应的控制点双击，建立链接。,点击SpatialAdjustment工具条上的SpatialAdjustmentAdjust，完成配准。,在做配准的时候控制点坐标数据与图上控制点的对应关系不能出错，否则无法进行正确的配准；地图配准所需的控制点和参考点的信息，不仅可以从控制点文件中获取还可从地图（矢量或栅格地图）上获取。,目录,地图投影是利用一定数学方法则把地球表面的经、纬线转换到平面上的理论和方法。由于地球是一个赤道略宽两极略扁的不规则的梨形球体，故其表面是一个不可展平的曲面，所以运用任何数学方法进行这种转换都会产生误差和变形，为按照不同的需求缩小误差，就产生了各种投影方法。,地球椭球体表面是个曲面，而地图通常是二维平面，因此在地图制图时首先要考虑把曲面转化成平面。然而，从几何意义上来说，球面是不可展平的曲面。要把它展成平面，势必会产生破裂与褶皱。这种不连续的、破裂的平面是不适合制作地图的，所以必须采用特殊的方法来实现球面到平面的转化。,什么是地图投影,目录,最早使用投影法绘制地图的是公元前3世纪古希腊地理学家埃拉托色尼。在这之前地图投影曾用来编制天体图（不过天体图的投影是从天球投影到平面，而不是地球；但两者原理相同）。埃拉托色泥在编制以地中海为中心的当时已知世界地图时，应用了经纬线互相垂直的等距离圆柱投影。1569年，比利时的地图学家墨卡托首次采用正轴等角圆柱投影编制航海图，使航海者可以不转换罗盘方向，而采用大圆直线导航。卡西尼父子设计的用于三角测量的投影及兰勃特提出的等角投影理论和设计出的等角圆锥、等面积方位和等面积圆柱投影，使得17-18世纪的地图投影具有了时代的特点。19世纪，地图投影主要保证大比例尺的数学基础，以适应军事制图发展和地形测量扩大的需要。19世纪还出现了高斯投影，它是德国高斯设计提出的横轴等角椭圆柱投影，这种投影法经德国克吕格尔加以补充，成为高斯-克吕格尔投影。19世纪末期以后俄国一些学者对投影作了较深入地研究，对圆锥投影常数的确定提出了新见解，又提出了根据已知变形分布推求新投影和利用数值法求出投影坐标的新方法。20世纪50年代以来中国提出了双重方位投影、双标准经线等角圆柱投影等新方法。20世纪60年代以来，美国学者对地图投影的研究结果，提出空间投影、变比例尺地图投影和多交点地图投影，为人造地球卫星等提供了所需的投影。,目录,地图投影的分类,分等角投影、等(面)积投影和任意投影三类。(等角投影无形状变形-在小范围内没有，但面积变形较大；等积投影反之；而任意投影两种变形都较小。在任意投影为既不等角也不等积的投影中还有一类称等距投影”，在标准经纬线上无长度变形。),按投影面与地球表面的关系分为切投影和割投影,按变形方式及性质,1、几何投影（利用透视的关系，将地球体面上的经纬网投影到平面上或可展位平面的圆柱面和圆锥面等几何面上。）方位投影：以平面作为辅助投影面，使球面与平面相切或相割，将球面上的经纬网投影到平面而构成的一种投影。圆柱投影：以圆柱面作为辅助投影面，使球体与圆柱面相切或相割，将球面上的经纬网投影到圆柱面上，然后再将圆柱面展开成平面而构成的一种投影。圆锥投影：以圆锥面作为辅助投影面，使球体与圆锥面相切或割，将球面上的经纬网投影到圆锥面上，然后再将圆锥面展开成成平面而构成的一种投影2、非几何投影(条件投影)伪方位投影：在正轴情况下，伪方位投影的纬线仍投影为同心圆，除中央经线投影成直线外，其余经线均投影成对称于中央经线的曲线，且交于纬线的共同圆心。伪圆柱投影：在圆柱投影基础上，规定纬线仍为同心圆弧，除中央经线仍为直线外，其余经线则投影成对称于中央经线的曲线。伪圆锥投影多圆锥投影,目录,几何透视法是利用透视的关系，将地球体面上的点投影到投影面（借助的几何面）上的一种投影方法。如假设地球按比例缩小成一个透明的地球仪般的球体，在其球心或球面、球外安置一个光源，将球面上的经纬线投影到球外的一个投影平面上，即将球面经纬线转换成了平面上的经纬线。几何透视法是一种比较原始的投影方法，有很大的局限性，难于纠正投影变形，精度较低。绝大多数地图投影都采用数学解析法。数学解析法是在球面与投影面之间建立点与点的函数关系，通过数学的方法确定经纬线交点位置的一种投影方法。大多数的数学解析法往往是在透视投影的基础上，发展建立球面与投影面之间点与点的函数关系的，因此两种投影方法有一定联系。地图投影的建立系假定有一个投影面(平面、可展的圆锥面或圆柱面)与投影原面（地球椭球面）相切、相割或多面相切,如图1所示。用某种投影条件将投影原面上的地理坐标点一一投影到平面坐标系内，即构成某种地图投影。其实质是将地球椭球面上地理坐标(、)转化为平面直角坐标(x、y)。它们之间的数学关系式为：x=f1(、)；y=f2(、)式中f1、f2为函数。,目录,等角方位投影指投影后经线长度比与纬线长度比相等(m=n),是以等角条件决定=f()函数形式的一种方位投影，代表纬圈半径。该投影的长度比和面积比随距投影中心愈远而变形愈大。为使投影区域变形能够得到改善，故采用正轴等角割方位投影。例如美国UPS投影、我国设计的全球百万分一分幅地图，在极区均采用正轴等角方位投影。,圆锥投影,圆锥投影的各种变形都是纬度的函数，随纬度变化而变化，而与经度无关。圆锥面与球面相切的切线，或圆锥表面与球面相割的两条割线，即标准纬线。距标准纬线愈远，其变形愈大。标准纬线外的变形分布规律均为正变形，而标准纬线之间呈负变形。由于圆锥投影具有上述的变形分布规律，因此该投影适于编制处于中纬地区沿纬线方向东西延伸地域的地图，同时，圆锥投影的经纬网又比较简单，所以在中纬度的国家广泛应用。,正轴等面积切圆柱投影又称“兰勃特等积圆柱投影”。设将圆柱投影面与球面上赤道相切，按等面积条件，用数学方法将经纬线网投影到圆柱面上。经线为等距平行直线，纬线为垂直经线的平行直线，纬线间隔随纬度增加而缩小。角度与长度变形在高纬度地带很显著。适用于赤道附近地区的地图。,正轴等面积切圆柱投影,在等角圆柱投影中，球面上微分圆投影后的图形保持圆形，即一点上的长度比向任何方向均相等。墨卡托投影之所以被广泛应用于航海和航空方面，是因为它具有等角航线(或称恒向线、斜航线)的重要特征。等角航线是地球上两点之间的一条等方位线。就是说，用墨卡托投影的图，在航海中起、终两点之间，船只按等角航线航行，则理论上可不改航线的方位角而到达终点。墨卡托投影常用来编制海图外，还常用来编制世界地图的赤道附近的区域图。,等角圆柱墨卡托投影,多圆锥投影经纬线除中央经线和赤道以外均投影成曲线，因此有较好的球形感。同时角度变形和面积变形都比较适中，尤其中纬度地区变形更小。正切差分纬线多圆锥投影属于角度变形不大的任意投影。角度无变形点位于中央经线与纬度44交点处，愈向高纬度角度变形递增愈快。面积等变形线大致与纬线方向一致，纬度30以内面积变形为10%20%，愈向高纬面积变形愈大，在纬度60处增至200%，到纬度80以上区域可增至400%500%。总体看来，世界的大陆轮廓形状无明显变形。,正切差分纬线多圆锥投影,目录,栅格投影变换,在ArcCatalog中，右键点击栅格数据，在弹出的快捷菜单中点击Properties选项，打开RasterDatasetProperties对话框，查看该图层的空间范围、坐标投影、数据类型等属性信息；在ArcMap中，加载栅格数据，右键点击栅格数据，在弹出的快捷菜单中点击Properties，打开LayerProperties对话框，点击Source标签，进入Source选项卡，查看该图层的空间范围、坐标投影、数据类型等属性。,在ArcMap中，打开ArcToolbox，在其窗口目录树上点击DataManagementToolProjectionsandTransformationsRaster，双击DefineProjection工具，打开DefineProjection对话框；在InputdatasetorFeatureClass下拉列表框中选择要定义的栅格数据，点击CoordinateSystem文本框右侧的按钮，打开SpatialReferenceProperties对话框，点击Select按钮，打开BrowseforCoordinateSystem对话框，选择合适的投影坐标系，点击【Ok】按钮，完成栅格数据投影的定义。,打开ArcToolbox，点击DataManagementToolProjectionsandTransformationsRasterProjectRaster。双击ProjectRaster，在Project对话框中，选择投影变换的影像数据和变换后新的影像数据的路径和名称，投影变换后的地理坐标。,目录,定义投影,查看投影,投影变换,在ArcMap中，打开ArcToolbox，在其窗口目录树上点击DataManagementToolProjectionsandTransformationsRaster，双击DefineProjection工具，打开DefineProjection对话框；在InputdatasetorFeatureClass下拉列表框中选择要定义的栅格数据，点击CoordinateSystem文本框右侧的按钮，打开SpatialReferenceProperties对话框，点击Select按钮，打开BrowseforCoordinateSystem对话框，选择合适的投影坐标系，点击【Ok】按钮，完成栅格数据投影的定义。,在ArcCatalog中右键点击图层，在弹出的快捷菜单中点击Properties选项，打开ShapefileProperties对话框。点击X/YCoordinateSystem标签，进入X/YCoordinateSystem选项卡，查看数据的坐标投影信息；在ArcMap中加载图层。右键点击该图层，在弹出的快捷菜单中点击Properties，打开Laye