实验八 空间数据投影变换

1、实验八空间数据投影变换实验八空间数据投影变换一、实验目的与要求一、实验目的与要求n1掌握图框生成和坐标换算方法。n2掌握用户数据投影变换方法。n3掌握图形投影变换方法。二、实验准备二、实验准备n1实验数据：本实验数据保存于文件夹Exercise-08中。n2预备知识：地图投影的基本原理和方法，特别应复习高斯克吕格投影的相关知识。 投影基础知识投影基础知识n地图投影的基本问题：地图投影的基本问题： 地图投影是如何将地球椭球面表示在地图平面地图投影是如何将地球椭球面表示在地图平面上，由于地球椭球面或圆球面是不可展开的曲面，上，由于地球椭球面或圆球面是不可展开的曲面，即不可能展开成平面，而地图又必须

2、是一个平面，即不可能展开成平面，而地图又必须是一个平面，所以需要将地球椭球面上的点投影到平面上，不所以需要将地球椭球面上的点投影到平面上，不同的投影方法，形成不同的投影坐标。同的投影方法，形成不同的投影坐标。 投影基础知识投影基础知识投影投影n投影：投影： 就是建立地球椭球面上点（就是建立地球椭球面上点（ ， ）和平面上）和平面上的点（的点（，）之间的函数关系式的过程；）之间的函数关系式的过程；投影的实质投影基础知识投影基础知识投影变形投影变形n将不可展的地球椭球面展开成平面，并且不能有断裂，则图形必将在某些地方被拉伸，某些地方被压缩，故投影变形是不可避免的。n长度变形n面积变形n角度变形地图

3、投影变形的图解示例（摩尔维特投影等积伪圆柱投影）地图投影变形的图解示例（UTM横轴等角割圆柱投影） 投影基础知识投影基础知识n地图投影的分类：地图投影的分类： 、按地图投影的构成方法分：、按地图投影的构成方法分： a a、几何投影：、几何投影： 、方位投影（见下一页示意图）、方位投影（见下一页示意图） 、圆柱投影（见下一页示意图）、圆柱投影（见下一页示意图） 、圆锥投影（见下一页示意图）、圆锥投影（见下一页示意图） b b、非几何投影：用数学解析方法，求出投影公式，确定平、非几何投影：用数学解析方法，求出投影公式，确定平面和球面之间点与点间的函数关系；面和球面之间点与点间的函数关系； （2 2

4、）、按地图投影的变形性质分）、按地图投影的变形性质分 ： a a、等角投影、等角投影 b b、等积投影、等积投影 c c、任意投影、任意投影 正、横、斜轴方位投影正、横、斜轴方位投影正、横、斜轴圆柱投影正、横、斜轴圆柱投影正、横、斜轴圆锥投影正、横、斜轴圆锥投影正轴投影经纬线形状正轴投影经纬线形状 投影基础知识投影基础知识投影变换投影变换n投影变换：投影变换：就是将不同的地图投影函数关系式就是将不同的地图投影函数关系式变换的过程；变换的过程；nMAPGISMAPGIS中的投影变换的定义：中的投影变换的定义：将当前地图投将当前地图投影坐标转换为另一种投影坐标，它包括坐标系的影坐标转换为另一种投影

5、坐标，它包括坐标系的转换、不同投影系之间的变换以及同一投影系下转换、不同投影系之间的变换以及同一投影系下不同坐标的变换等多种变换；不同坐标的变换等多种变换；地理坐标系地理坐标系q用经（用经（ ）纬度（）纬度（）表示，记作表示，记作M M（， ） 投影基础知识投影基础知识坐标系坐标系n平面坐标系平面坐标系q通过投影方式将椭球面投影到平面上。由曲变平通过投影方式将椭球面投影到平面上。由曲变平q平面直角坐标系平面直角坐标系采用采用直角坐标直角坐标(笛卡尔坐标笛卡尔坐标)来确定来确定地面点的平面位置。可以通过投影将地理坐标转换地面点的平面位置。可以通过投影将地理坐标转换成平面坐标成平面坐标 。 投影基

6、础知识投影基础知识坐标系坐标系 投影基础知识投影基础知识坐标系坐标系n北京北京5454坐标系：坐标系： 解放后，为建立我国天文大地网，鉴于当时历史条件，在东北解放后，为建立我国天文大地网，鉴于当时历史条件，在东北黑龙江边境上同苏联大地网联测，推算出其坐标作为我国天文大黑龙江边境上同苏联大地网联测，推算出其坐标作为我国天文大地网的起算数据；随后，通过锁网的大地坐标计算，推算出北京地网的起算数据；随后，通过锁网的大地坐标计算，推算出北京点的坐标，并定名为点的坐标，并定名为19541954年北京坐标系。因此，年北京坐标系。因此，19541954年北京坐标年北京坐标系是苏联系是苏联19421942年坐

7、标系的延伸，其原点不在北京，而在苏联普尔年坐标系的延伸，其原点不在北京，而在苏联普尔科沃。该坐标系采用克拉索夫斯基椭球作为参考椭球，高程系统科沃。该坐标系采用克拉索夫斯基椭球作为参考椭球，高程系统采用正常高，以采用正常高，以19561956年黄海平均海水面为基准；年黄海平均海水面为基准； 缺点：缺点：误差累计较大、参考椭球和国际不一致；误差累计较大、参考椭球和国际不一致；n西安西安8080坐标系：坐标系： 19781978年年4 4月召开的月召开的“全国天文大地网平差会议全国天文大地网平差会议”上决定建立我国上决定建立我国新的坐标系，称为新的坐标系，称为19801980年国家大地坐标系。其大地

8、原点设在西安年国家大地坐标系。其大地原点设在西安西北的永乐镇，简称西安原点。椭球参数选用西北的永乐镇，简称西安原点。椭球参数选用19751975年国际大地测年国际大地测量与地球物理联合会第量与地球物理联合会第1616界大会的推荐值。简称界大会的推荐值。简称IUUG-75IUUG-75地球椭球地球椭球参数或参数或IAG-75IAG-75地球椭球；地球椭球； 投影基础知识投影基础知识高斯投影高斯投影 由德国数学家高斯提出，后经克吕格扩充并推导出计算公式，故由德国数学家高斯提出，后经克吕格扩充并推导出计算公式，故称为高斯称为高斯- -克吕格投影，简称高斯投影，为了控制变形，本投影采克吕格投影，简称高

9、斯投影，为了控制变形，本投影采用分带的方法。用分带的方法。n6 6度分带从格林威治零度经线起，每度分带从格林威治零度经线起，每6 6度分为一个投影带，全球共分度分为一个投影带，全球共分为为6060个投影带；个投影带；n3 3度分带法从东经度分带法从东经1 1度度3030分算起，每分算起，每3 3度为一带。这样分带的方法在度为一带。这样分带的方法在于使于使6 6度带的中央经线均为度带的中央经线均为3 3度带的中央经线；度带的中央经线；n我国我国1:2.5-1:501:2.5-1:50万地形图均采用万地形图均采用6 6度分带；度分带；1:11:1万及更大比例尺地形万及更大比例尺地形图采用图采用3

10、3度分带；度分带； n 高斯投影采用分带投影。将椭球面按一定经差分带，分别进行投影。NSc赤道赤道高斯投影平面高斯投影平面赤道赤道中央子午线中央子午线高斯克吕格投影赤道赤道中央子午线中央子午线平行圈平行圈子午线子午线O Ox xy y高斯投影的特性（等角横切椭圆柱投影）n中央子午线投影后为直线，且长度不变。n除中央子午线外，其余子午线的投影均为凹向中央子午线的曲线，并以中央子午线为对称轴。投影后有长度变形。n赤道线投影后为直线，但有长度变形。赤道赤道中央子午线中央子午线平行圈平行圈子午线子午线O Ox xy y高斯投影的特性n除赤道外的其余纬线，投影后为凸向赤道的曲线，并以赤道为对称轴。n经线

11、与纬线投影后仍然保持正交，其他角度投影后也保持不变。 n所有长度变形的线段，其长度变形比均大于l。n离中央子午线愈远，长度变形愈大。高斯投影带划分高斯投影带划分n我国规定按经差6和3进行投影分带。n6带格林威治零度经线开始，按6的经差自西向东分成60个带。n3带自1.5开始，按3的经差自西向东分成120个带。高斯投影投影带的划分高斯投影投影带的划分n6带与3带中央经线之间的关系如图:这样分带的方法在于这样分带的方法在于3带中央经线在奇数带时与带中央经线在奇数带时与6带中央带中央经线重合；偶数为经线重合；偶数为6带分带经线带分带经线高斯投影投影带的划分n6带与3带中央经线之间的关系如图:由于高斯

12、由于高斯-克吕格投影每一个投影带的坐标都是对本带克吕格投影每一个投影带的坐标都是对本带坐标原点的相对值，所以各带的坐标完全相同，使用坐标原点的相对值，所以各带的坐标完全相同，使用时只需变一个带号即可；时只需变一个带号即可；高斯投影投影带的划分n6带与3带中央经线之间的关系如图:n1:2.5-1:50万的地形图均采用6分带n1:1万及更大比例尺地形图采用3分带MAPGIS投影变换n为满足不同的投影方法实现不同图件的需要，在进行图形数据处理中很可能要从一个地图投影坐标系统转换到另一个投影坐标系统， MAPGIS投影变换是为实现这一功能服务的，该系统共提供了20种不同投影间的相互转换及经纬网生成功能

13、。 三、实验步骤与内容三、实验步骤与内容n1数据准备n将实验数据复制，粘贴至各自文件夹内。n启动MAPGIS主程序。在主菜单界面中，点击参数按钮，在弹出的对话框中，设置工作目录最终指向Exercise-08（盘符依据各人具体情况设置）。三、实验步骤与内容三、实验步骤与内容n2标准图框生成n执行如下命令：实用服务投影变换系列标准图框生成1：10万图框（或者点击图框工具栏中的10按钮）。三、实验步骤与内容三、实验步骤与内容三、实验步骤与内容三、实验步骤与内容三、实验步骤与内容三、实验步骤与内容三、实验步骤与内容三、实验步骤与内容n3非标准图框生成n执行如下命令：系列标准图框生成1：1000图框（或

14、者点击图框工具栏中的1000千按钮）。三、实验步骤与内容三、实验步骤与内容三、实验步骤与内容三、实验步骤与内容n4单点数据投影变换n执行如下命令：投影转换输入单点投影转换。三、实验步骤与内容三、实验步骤与内容三、实验步骤与内容三、实验步骤与内容三、实验步骤与内容三、实验步骤与内容三、实验步骤与内容三、实验步骤与内容三、实验步骤与内容三、实验步骤与内容n依据上述方法，完成下表空白单元格坐标值的输入。 原始数据投影结果说 明1032500E253000N转换为6度带平面直角坐标Y=17460kmX=2758km转换为地理坐标，直角平面坐标为6度带坐标Y=17460kmX=2758km转换为3度带平

15、面直角坐标Y=35580kmX=3460km转换为地理坐标，直角平面坐标为3度带坐标高斯投影投影带的计算6带中央经线经度带中央经线经度:L0= 6N- 3某点大地经度为某点大地经度为L，该点，该点6带带号：带带号：N=L/6(取整数取整数)+13带中央经线经度带中央经线经度:L0= 3 n式中式中n为为3 带带号带带号高斯投影我国幅员辽阔，南从北纬我国幅员辽阔，南从北纬4 ，北至北纬，北至北纬54 ，西从东经，西从东经75 ，东至东经，东至东经135 。中央经度从。中央经度从75 起共计起共计11个六度个六度带，带，21个个3度带。度带。高斯投影由于我国领土全部位于赤道以北，因由于我国领土全部

16、位于赤道以北，因此此x值为正值，值为正值，y值有正有负。值有正有负。O Ox xy y500km500km为使为使y坐标为正，讲坐标轴西移坐标为正，讲坐标轴西移500km，并在坐标前冠以代号。并在坐标前冠以代号。m点点m的坐标：的坐标：Xm=4346216.985mYm=19634527.165m其中其中19表示第表示第19带带x xO O三、实验步骤与内容三、实验步骤与内容n5空间数据投影变换n5.1数据加载n执行如下命令：文件打开文件，加载投影变换所需数据。三、实验步骤与内容三、实验步骤与内容三、实验步骤与内容三、实验步骤与内容n5.2采集控制点n执行如下命令：投影变换MAPGIS文件投影

17、选择点文件，选择控制点数据文件。三、实验步骤与内容三、实验步骤与内容三、实验步骤与内容三、实验步骤与内容n在视图窗口点击鼠标右键，选择复位窗口命令。三、实验步骤与内容三、实验步骤与内容n执行如下命令：投影变换当前文件TIC点输入TIC点，输入TIC点信息，在窗口中按顺时针或逆时针方向依次采集四个控制点。三、实验步骤与内容三、实验步骤与内容三、实验步骤与内容三、实验步骤与内容三、实验步骤与内容三、实验步骤与内容三、实验步骤与内容三、实验步骤与内容三、实验步骤与内容三、实验步骤与内容n5.3拷贝控制点信息n执行如下命令：投影变换当前文件TIC点浏览编辑TIC点，检查所采集的TIC点的信息是否有误。

18、三、实验步骤与内容三、实验步骤与内容三、实验步骤与内容三、实验步骤与内容n执行如下命令：投影变换文件间拷贝TIC点输入TIC点，将所采集的控制点信息拷贝给其他文件。三、实验步骤与内容三、实验步骤与内容三、实验步骤与内容三、实验步骤与内容n5.4投影变换n执行如下命令：投影变换进行投影变换，完成图形的投影变换。三、实验步骤与内容三、实验步骤与内容三、实验步骤与内容三、实验步骤与内容三、实验步骤与内容三、实验步骤与内容三、实验步骤与内容三、实验步骤与内容三、实验步骤与内容三、实验步骤与内容三、实验步骤与内容三、实验步骤与内容n执行如下命令：文件另存文件，将投影变换的结果文件换名保存。 三、实验步骤与内容三、实验步骤与内容三、实验步骤与内容三、实验步骤与内容三、实验步骤与内容三、实验步骤与内容n执行如下命令：投影变换文件间拷贝投影参数，将投影变换的结果文件换名保存。 三、实验步骤与内容三、实验步骤与内容三、实验步骤与内容三、实验步骤