实验二地图配准

1、实验二地图配准地图配准是地图数据采集的一个重要步骤,它是通过参考数据集图层对配准数据集图层进行空间位置纠正和变换的过程,是配准后地图数字化结果能够与其他现有数据进行叠加分析的关键.本章首先简单介绍地图分幅、编号、地图投影、地图要素等根底知识,再以对扫描的地形图配准为实例,介绍SuperMapGIS6R软件的配准的根本原理及操作方法.通过本章的学习,使读者能够理解地图配准根本原理,掌握SuperMapGIS6R进行地图配准的方法.2.1地图分幅与编号我国根本比例尺的地形图包括1:5000、1:1万、1:2.5万、1:5万、1:10万、1:25万、1:50万、1:100万共8种不同比例尺的图框.根

2、本比例尺地图以经纬线分幅制作,它们以1:100万地图为根底,按规定的经差和纬差采用逐次加密划分方法划分图幅.这样不同比例尺白图幅将1:100万的图幅划分成假设干行和列,使相邻比例尺地图的经纬差、行列数和图幅数成简单的倍数,如表3.1所示.我国的1:100万地形图的分幅根据国际1:100万的地图分幅标准进行.每幅1:100万地图包括的范围为纬差4.、经差6.从地球赤道起,向两极每纬度4.为一行,依次以拉丁字母A,B,C,V表示；从经度180起,自西向东每经度6为一列,依次以阿拉伯数字1,2,3,60表示.每幅1:100万地图的编号由该图幅所在的行号字符妈和列号数字码组成,如北京所在的1:100万

3、地图的图幅编号为J50.表 3.1 我国根本比例尺地图分幅比例尺1:100 万1:50 万1:25 万1:10 万1:5 万1:2.5 万1:1 万1:5000图幅范围经差631303015730345152.5纬差421.20105,2130115行列关系行数12412244896192列数12412244896192图幅间数量关系1416144576230492163686414361445762304921619361445762304141664256141664141614比例尺代码ABCDEFGH2.2地图投影地图配准是为了使得影像数据可以和GIS矢量数据集成在一起,而为影像数据指

4、定一个参考坐标系的过程,因此在学习如何进行地图配准之前,本节有必要对我国常用的地图投影及SuperMapGIS6R中坐标系类型、投影设置等内容进行介绍.2.2.1 我国常用地图投影1、高斯一克吕格投影1根本概念如图3.1所示,假想有一个椭圆柱面横套在地球椭球体外面,并与某一条子午线 此子午线称为中央子午线或轴子午线相切,椭圆柱的中央轴通过椭球体中央,然后用一定投影方法,将中央子午线两侧各一定经差范围内的地区投影到椭圆柱面上,再将此柱面展开即成为投影面,如图3.2所示,此投影为高斯投影.高斯投影是正形投影的一种.图 3.1 高斯投影示意图 3.2 中央子午线附近投影示意2分带投影由于高斯一克吕格

5、投影中变形随着离中央经线的距离增大而递增,为了使投影的变形不致过大,所以采用分带投影.我国的1:2.5万1:50万地形图采用60分带；1:1万及更大比例尺图采用3.分带.6.分带是从零子午线起,每隔6.为一带,全球共分为60个6.带.3.分带是从1.30起,每隔3.为一带,全球共分为120个3.带.高斯投影6.带：自0.子午线起每隔经差6.自西向东分带,依次编号1,2,3.我国6.带中央子午线的经度,由75.起每隔6.至135.,共计11带 1323带 ,带号用n表示,中央子午线的经度用L0表示,它们的关系式L0=6n-3.高斯投影3.带： 它的中央子午线一局部同6.带中央子午线重合,一局部同

6、6.带的分界子线重合,如用n,表示3.带的带号,L表示3.带中央子午线经度,它们的关系L=3n,我国3.带共计22带2445带.如图3.3所示为6.带与3.带投影示意图.2、兰勃特Lambert投影我国1:100万地形图采用兰勃特Lambert投影,其分幅原那么与国际地理学会规定的全球统一使用的国际百万分之一地图投影保持一致.纬度按纬差4.分带,从南到北共分15个投影带,每隔投影带单独计算坐标,每带两条标准纬线,第一标准纬线为图幅南端纬度加30的纬线,第二标准纬线为图幅北端纬度减30的纬线,这样处于同一投影带中的各图幅的坐标成果完全相同,不同带的图幅变形值接近相等,因此每投影带只需计算其中一幅

7、图纬差4.,经差6.的投影成果即可.由于是纬差4.分带投影的,所以当沿着纬线方向拼接地图时,不管多少图幅,均不会产生裂隙；但是,当沿着经线方向拼接时,因拼接线分别处于上下不同的投影带,投影后的曲率不同,致使拼接时产生裂隙.2.2.2 SuperMap 坐标系类型在SuperMapGIS6R中,数据的坐标系分为三类,平面坐标系、地理坐标系、投影坐标系.1、平面坐标系一般用来作为与地理位置无关的数据的坐标参考,也是默认新建数据的坐标参考,如CAD设计图、纸质地图扫描后的图片、与地理位置无关的示意图等.平面坐标系是一个二维坐标系,原点坐标0,0,数据中每一个点的坐标是由其距水平和垂直的X轴和Y轴的距

8、离确定.一般城市规划中用到的大比例尺地图,如1:500,1:1000等的道路施工图、建筑设计图等多采用平面坐标系.2、地理坐标系地理坐标系,也可称真实世界的坐标系,是用于确定地物在地球上位置的坐标系,其通过经纬度坐标来表示椭球上任意一点的坐标.我国三大常用地理坐标系有WGS-84、北京54、西安80等.3、投影坐标系投影坐标系使用二维平面坐标X,Y来表示地物位置.投影坐标系由地理坐标系和投影方法来确定.一般经过投影的地理数据,可进行地图量算、各种空间分析、制图表达等.trjg*|12*7jgLl 勺门歹 1 呼 1Wl1 产R 叫呼“|中 1图 3.36.带与 3.带投影示意图2.2.3 Su

9、perMap 投影设置1、“开始选项卡一“数据组一“投影设置按钮用于设置与治理当前工作空间中数据源或数据集的坐标投影信息.注： 该按钮在工作空间治理其中有被选中的数据源时可以使用.2、单击“投影设置下拉按钮,下拉菜单中包含“常用投影和“投影设置两项,常用投影显示收藏夹内的投影文件.假设收藏夹内无任何投影文件,“常用投影项无内容显示.3、单击“投影设置项,翻开“投影设置窗口,可在该窗口中设置当前选中数据源或数据集的投影信息.图 3.6 投影设置窗口功能区域：主要用于进行投影配置文件的浏览、设置与治理等功能.投影信息治理目录树：主要用于治理投影信息文件的分组以及浏览投影信息文件,其作1苜相导人匕睡

10、瓶 a 追：4毒龛导出 i 治松岸君拜Rg图 3.4 投影设置下拉按钮出Ran二383C-iraGEZonaI9NE砰ng四MSjpliereMcreatorUTMZcurtr4Q,Northeim图 3.5 常用投影及投影设置,专艮布科半年看说功口做UA*-it1.CS43DS.*热磷*ikrtil*ITJ&Vfi奠4班Mry*-*E例汴三隼国-f 厂出曰凡 t 修脩侑正我,Hi：.*图 3.14 辅助要素6武就ilil能相丞X X学1dmX-Jx+fiv+CY=DxEy+F*上式中有6个参数:A、B、C、D、E、F,可以通过选择配准图层和参考图层的同名控制点来确定.理论上要求上述6个待定参

11、数,至少需要知道不在同一直线上的3对限制点坐标,才能实现线性变换.如果取常数项参数C、F为0,那么至少需要4个点,所以实际应用中,通常利用4个或者4个以上的限制点来进行线性配准.待定系数是通过最小二乘法的原理进行求解的.线性变换是最常用的一种配准方法,由于同时考虑了X和Y方向上的变形,所以纠正后的坐标在不同的方向上的长度比会不同,表现为原始坐标会发生如缩放、旋转、平移等变化后得到输出坐标.(2)二次多项式配准是常用的精度较高的配准方法.多项式纠正把原始图像变形看成是某种曲面,输出图像为规那么平面.从理论上讲,任何曲面都能以适当高次的多项式来拟合.一般用二次二项式就可以对变形比拟严重的图像进行纠

12、正,并得到较高的精度.二次二项式的纠正公式如下：X=zfcv+gy+Cx+Zh+Erv+FY=Gr+Hp+lx2+Jv2+4T+L上式中共有12个参数,理论上需要6对限制点就可实现转换,但为了得到比拟高的精度,一般要求二次多项式纠正的限制点为至少7对,适当增加限制点的个数,可以明显提升影像配准的精度.多项式系数是用所选定的限制点坐标,根据最小二乘法求得的.比照多项式纠正公式与线性纠正的公式,可以看出线性配准其实是一次的多项式配准,二次多项式纠正比线性配准需要更多的限制点对,也会纠正更多的变形.(3)矩形配准实质上是一种特殊的,有限定条件的线性配准.如果原图像为规那么矩形,纠正后的图像坐标仍是规

13、那么矩形,那么选择两个相对的角点就可以确定矩形4个角点的坐标,在线性配准的纠正公式中的常数项取作0,那么2个相对角点坐标就可以求解得到纠正公式,从而实现几何纠正.这种方法既方便省时,也防止了由于选择多个限制点时造成的误差累积.矩形配准是一种简单方便的配准纠正方法,但是由于输出结果不会计算误差,所以其配准的精度不可知,是一种精度不高的粗纠正方法.(4)偏移配准偏移配准仅需要一组限制点和参考点,分别对X坐标和Y坐标求差值,再利用差值对原数据集所有组坐标点进行偏移.2.4.2 无参考图层地图配准1、 翻开“地图数据采集与编辑.udb数据源,该数据源下存在新荣县1:1万标准地形图数据“J48G0240

14、08,该地形图数据没有投影信息,双击“J48G024008,在地图窗口中打不相同,因此,具有纠正地图变形的功能.假设正后的输出坐标,那么坐标变换的公式如下：x,y为输入图像的原始坐标,X,Y为纠开该地形图.图 3.15 地图窗口2、新建配准.单击功能区一“数据选项卡一“配准组一“新建配准按钮,弹出“配准数据设置对话框.图 3.16 配准数据设置对话框3、在配准图层处选择数据集为“J48G024008；参考图层数据集为空；勾选“另存数据集,在数据源处选择“地图数据采集与编辑,校正后数据集名称为“J48G0024008_adjust.4、单击“确定按钮,弹出配准窗口.5、选择配准算法.单击功能区一

15、“配准选项卡一“算法组一在配准算法下拉框中选择常用的二次多项式配准算法,如图3.19所示.6、设置标注色和高亮色.单击功能区一“配准选项卡一“限制点设置组一单击“标注色下拉按钮,选择适宜的颜色.这里使用默认红色.单击“高亮色下拉按钮,在弹出的颜色面板中,选择适宜的颜色.这里使用默认蓝色.7、刺点(1)单击功能区一“配准选项卡一“限制点设置组一单击“刺点按钮.图 3.17 配准数据设置图 3.19 选择配准算法(2)当配准窗口中的鼠标状态变为时,找到公里格网的交点,单击鼠标左键完成刺点,此时限制点用蓝色十字丝标注.(3)双击目标点X下方的蓝色区域,弹出如右图的输入图3.20刺点工具限制点对话框.

16、图 3.22 双击目标点 X 下方处(4)在输入限制点对话框目标点5380000(5)在输入限制点对话框目标点图 3.23 输入限制点对话框X坐标处,根据公里格网坐标输入限制点实际Y坐标处,根据公里格网坐标输入限制点实际X坐标丫坐标43230000(6)单击确定按钮,此时限制点为红色十字丝标注.图 3.21 刺点图 3.24 刺点过程图 3.25 均匀分布限制点(8)限制点删除：在限制点列表中选中需要删除的限制点,单击鼠标右键,在弹出的右键菜单中选择删除.变点I口标志X口机囱isort.屿花-1433 gsn1321KCS923.8546-145J.nSL匚EC匚ilHim11 中 rmrJ,

17、u向.g 爱5-T7ZT 7431*0；C都1TW.TICt5MOWmmWTH91KXmicm触俎-mi.境jmmIX2KAi朋用出-mzmwon1中酬MISSIOWM 号蹲点t目标於L：207B.65?6-1433.9511=36X0CS3COO小A用药,被必-K&LQ3E2也ER0Q3204C4432F2XT际43J9RQ490.7941-7HK.T9加箕0CJ1M05364巴6362-3B11-2961S39JXCI43E2000自8348.I66D1TQ更,】法8缸0烧瓦1W7叁眈 61跖.如国定皿口限.a为3I.G31-E160后有3灯3之耳1配盾三且二三人0.生之息.图 3.27

18、导出配准信息命令一导引片tf-某匕*E：?fg图 3.28 另存为配准信息(10)限制点导入： 在限制点列表中空白处单击鼠标右键在弹出的右键菜单中选择导入配准信息,在弹出的翻开对话框将配准文件加载到限制点列表中来.-皿上卬目标中日产之隹甲卓恻龄序号寰囱！捶争目标却口杯底丫1切片的出-13.fiSLl5交UJUUZiLCU9923SM-L4BL39225430X143*3DM3如刎4G2-772779M53G0X的tgccci498卯也1=7765722S&130JJ招】9OK5弱43.后莪 W-3OJL29&L写即UX!QJ22EO卜M的65C1-3032超必M20K43noM73K.7ffl

19、2-B159西09539043?OWOe&33L031-43201X0图 3.29 导入配准信息8、设置栅格数据重采样图 3.30 配准信息导入后栅格/影像数据集在完成配准以后,原始图像由于拉伸、旋转等操作,像元的中央位置发生了移动,此时需要对配准后的栅格/影像数据集进行重采样.“栅格/影像组中的模式下拉按钮,提供了三种重采样的方法：最邻近法、双线性内插法、三次卷积法.9、计算误差在“配准选项卡的“运算组中,单击“计算误差按钮,那么应用程序会自动计算所有限制点的误差,包括X残差、Y残差以及均方根误差.计算结果会显示在限制点列表中“X残差、“Y残差以及“均方根误差列中,

20、如下列图所示.配准窗口中的状态栏会同时会输出总误差值,即各个限制点的均方根误差之和.用品口标点E口的酎娱砸均方唱起-143395n二36LJUU打却LUU.Jt99aDJ950.HlBl-1461ms543000q3Z300j0.065S025770.2733s-rmmsS38J0Q例0j0.166VaMM0QOS回TF髓T2651X00qsiaMXJa,16Q事事,国】5rE-MU段td“yuuii.必UKUC.j&yz因以p.393剧-3032163B512000-13.Z3MEO.ZirOZaBS450.TQ81B-619SZT0953mo4mm1.4,713arfiftrb17&DWd

21、BQRfiRa.3B2Tn跖IT图 3.32 限制点列表10、执行配准当限制点的误差在允许范围内时,在“配准选项卡的“运算组中,单击“配准按钮,执行配准操作.当配准方式为线性配准或者二次多项式配准,在配准结束后,应用程序会在输出窗口中显示配准转换的公式及各个参数值,以便用户查阅.如图3.24所示.|蛹LSD尊x2Z：1415JI-feiluy+Jyy+Jti+LyW-122:14715*=-111&1S5B=2.C=口$却妙历 D=T.娥：M7E-07g=437128-03J-2.05S665E-O9(22g151H-I-T7 花 0 的 J-D.4?339BEr-3.SD7101T-07L-

22、5.0476E-07H-22-H151班俯里“新荣且“却走成力图 3.33 输出窗口如果用户选择保存配准结果,那么此时在相应数据源结点下会生成配准结果数据集.11、为校正后影像赋投影信息(1)右击“J48G024008_校正后在弹出的右键菜单中点击属性,弹出属性对话框.图 3.31 栅格数据重采样感程点4珞*艮艮丁K巧怩*图 3.34 右键选择属性图 3.35 属性对话框(2)选择投影信息,可以看到“J48G024008_校正后的坐标系信息为“平面坐标系无投影参数,再点击重新设定坐标系.图 3.36 重新设定坐标按钮(3)在弹出的投影设置对话框中,点击“重置按钮,将SuperMap的坐标系统恢

23、复到默认设置.图 3.37 重置坐标系统(4)在默认投影坐标系中没有基于西安1980地理坐标系的投影信息.因此这里需要采用自定义坐标系来实现本数据投影信息的选取,点击任投影坐标系下任意一个文件夹节点,会发现重置附近有一个自定义坐标系按钮.图 3.38 自定义坐标系按钮(5)点击自定义坐标系按钮,弹出自定义投影坐标系对话框.图 3.39 自定义投影坐标系对话框(6)在投影方式选择GaussKruger,在地理坐标系类型处选择Xian80,在名称处选才iXian1980DegreeGk34N,单击确定按钮完成投影方式的自定义.图 3.40 自定义投影坐标系(7)下拉投影设置对话框右侧的滚动条至底,

24、选中自定义的Xian19803DegreeGk34N,单击应用按钮完成配准图层的投影信息设置.图 3.41 选择自定义投影坐标系(8)至此完成了配准图层的投影信息设置.图 3.42 投影信息设置后2.4.2 基于参考图层地图配准1、 翻开“地图数据采集与编辑.udb数据源,该数据源下存在新荣县1:1万标准地形图数据“J48G024008,该地形图数据没有投影信息,双击“J48G024008,在地图窗口中打开该地形图.鹭喙量 1%径生存手垄上就日流评系%JhiTmilTrMiTrwMIfcriniMLHg157?I良性3HE3工掘百俎*MQ建二用I基段史蟀,15S14Hnt*c*rQIEi414

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28、jwrLcitkCLMiqELI1_L75aam%QLQO353013r7W&9l去三“1 后性官品(=1jlEfeffiH|J物 iRKHUMifiSrSFC.由j4flaQFoo目Heioift菸.一.转簿-J蹲哆.于毛沁藤耍土1#匹IC尸章iceu0a值3h 七LIHJUwan-jnicrrttiL3TI4_14TS67?0L*-MW近颂31吓第691导出坐标系复制乂标系全新设定坐牛率投眯拉图 3.43 地图窗口2、 新建配准.单击功能区一“数据选项卡一“配准组一“新建配准按钮,弹出“配准数据设置对话框中.图 3.44 配准数据设置对话框3、在配准图层处选择数据集为“J48G024008

29、；参考图层数据集为交通线；勾选“另存数据集,在数据源处选择“地图数据采集与编辑,校正后数据集名称为“J48G0024008_adjust.图 3.45 配准数据设置4、单击“确定按钮,弹出配准窗口.图 3.46 配准窗口5、选择配准算法.单击功能区一“配准选项卡一“算法组一在配准算法下拉框中选择常用的二次多项式配准算法.图 3.47 选择配准算法6、设置标注色和高亮色.单击功能区一“配准选项卡一“限制点设置组一单击“标注色下拉按钮,选择适宜的颜色.这里使用默认红色.单击“高亮色下拉按钮,在弹出的颜色面板中,选择适宜的颜色.这里使用默认蓝色.7、刺点(1)单击功能区一“配准选项卡一“限制点设置组

30、一单击“刺点按钮,如图3.48所示.(2)在配准图层窗口中找到特征点,单击鼠标左键完成配准图层限制点的选取.再将鼠标移动至参考图层窗口中,找到与之对应的特征点,单击鼠标左键完成参考图层限制点的选取.图 3.49 选择限制点(3)重复以上步骤完成均匀地选取至少7个限制点,如图3.21所示.图3.48刺点按钮8、设置栅格数据重采样栅格/影像数据集在完成配准以后,原始图像由于拉伸、旋转等操作,像元的中央位置发生了移动,此时需要对配准后的栅格/影像数据集进行重采样.“栅格/影像组中的模式下拉按钮,提供了三种重采样的方法：最邻近法、双线性内插法、三次卷积法.9、计算误差在“配准选项卡的“运算组中,单击“计算误差按钮,那么应用程序会自动计算所有限制点的误差,包括X残差、Y残差以及均方根误差.计算结果会显示在限制点列表中“X残差、“Y残差以及“均方根误差列中,如下列图所示.配准窗口中的状态栏会同时会输出总误差值,即各个限制点的均方根误差之和.%即F目谩工ElP应L3BS21605UHFQGV7BIP0693gtKTKfl5aiaiFDmnsIO：岫池寒