第七章_地理空間參考與地圖投影

1、一、一、ArcGIS中的地圖投影系統(tǒng)中的地圖投影系統(tǒng) ArcGIS中的地圖投影系統(tǒng)有Continental（大陸地圖投影系統(tǒng)）、Country Systems（國(guó)家地圖投影系統(tǒng)）、Gauss Kruger（高斯克呂格地圖投影）、National Grids（國(guó)家格網(wǎng)地圖投影系統(tǒng)）、Polar（兩極地圖投影系統(tǒng)）、State Plane（政府地圖投影系統(tǒng)）、State Systems（州級(jí)地圖投影系統(tǒng)）、UTM（通用橫軸墨卡托地圖投影系統(tǒng)）、World（世界地圖投影系統(tǒng)）。 我國(guó)常用的投影系統(tǒng) 我國(guó)的各種地理信息系統(tǒng)中都采用了與我國(guó)基本比例尺地形圖系列一致的地圖投影系統(tǒng)，這就是：u比例大于等于1

2、：500000時(shí)采用高斯克呂格投影；u 1：1000000時(shí)采用正軸等角割圓錐投影。1、高斯克呂格投影、高斯克呂格投影 通常是按6或3分帶投影。 我國(guó)國(guó)家基本比例尺地形圖中的大、中比例尺圖，一律采用高斯克呂格投影。其中：u 1：1萬(wàn)比例尺的地形圖采用按經(jīng)差3分帶；u 1：25萬(wàn)1：50萬(wàn)比例尺地形圖采用經(jīng)差6分帶。3帶中央經(jīng)線經(jīng)度的計(jì)算： 中央經(jīng)線經(jīng)度3當(dāng)?shù)貛?hào)（適用于1：1萬(wàn)）6帶中央經(jīng)線經(jīng)度的計(jì)算：當(dāng)?shù)刂醒虢?jīng)線經(jīng)度6當(dāng)?shù)貛?hào)3 為了便于地形圖的量測(cè)作業(yè)，在高斯克呂格投影帶內(nèi)布置了平面直角坐標(biāo)系統(tǒng)。具體構(gòu)成方法是： 以中央經(jīng)線為x軸，赤道為y軸，中央經(jīng)線與赤道交點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)。同時(shí)規(guī)定，x值在

3、北半球?yàn)檎?，南半球?yàn)樨?fù)。 y值在中央經(jīng)線以東為正，中央經(jīng)線以西為負(fù)。 由于我國(guó)疆域均在北半球，x值皆為正值。為避免y值出現(xiàn)負(fù)值，還規(guī)定各投影帶的坐標(biāo)縱軸均西移500km。2、阿爾伯斯雙標(biāo)準(zhǔn)緯線多圓錐投影（正軸等角圓、阿爾伯斯雙標(biāo)準(zhǔn)緯線多圓錐投影（正軸等角圓錐投影）錐投影） 我國(guó)新編的1：100萬(wàn)地圖采用雙標(biāo)準(zhǔn)緯線正軸等角圓錐投影，即圓錐面與橢球面相割的兩條緯線圈，稱之為標(biāo)準(zhǔn)緯線。 阿爾伯斯雙標(biāo)準(zhǔn)緯線多圓錐（Albers EqualArea Conic）投影，也稱為正軸等面積割圓錐投影，由亞爾波斯（Albers）于1805年創(chuàng)擬。 在我國(guó)有兩套參數(shù)，即中央經(jīng)線105E和中央經(jīng)線112E。 我國(guó)一

4、般都選擇投影參數(shù)為：中央經(jīng)線：東經(jīng)105南標(biāo)準(zhǔn)緯線：北緯25北標(biāo)準(zhǔn)緯線：北緯47橢球體：Krasovsky坐標(biāo)系起始緯度：0縱坐標(biāo)西移：3000000m橫坐標(biāo)偏移：0m二、地圖參考二、地圖參考 精確的GIS分析需要精確的空間信息，對(duì)于柵格影像數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，無(wú)論是衛(wèi)星遙感影像、航空遙感影像，還是掃描地圖、掃描圖片，如果要把它應(yīng)用于GIS中，通常需要將它與已知的真實(shí)地理坐標(biāo)進(jìn)行地理配準(zhǔn)（Georeference）。 需要進(jìn)行地理配準(zhǔn)的柵格影像有有4種情況：種情況：u 沒(méi)有地理坐標(biāo)信息；u 從數(shù)字化儀或掃描儀獲得的圖像；u 作為維護(hù)經(jīng)準(zhǔn)空間數(shù)據(jù)庫(kù)中的一部分工作，需要整合新老數(shù)據(jù)或?qū)⒕炔桓叩臄?shù)據(jù)以高精度

5、數(shù)據(jù)為參考來(lái)提高精度；u 包含幾何畸變，畸變處地物位置不正確或數(shù)字化掃描誤差（掃描地圖）的柵格影像，當(dāng)一個(gè)矢量Coverage以圖形方式顯示于一個(gè)柵格影像上時(shí)，這種畸變或位置不精確會(huì)很明顯。 為了與其他具有地理坐標(biāo)的柵格影像數(shù)據(jù)或矢量圖形數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加顯示分析，就必須以已知的真實(shí)地理坐標(biāo)對(duì)上述類(lèi)型的柵格影像進(jìn)行地理配準(zhǔn)。（一）（一）ArcGIS中的地圖參考工具中的地圖參考工具（二）ArcGIS中的地圖參考過(guò)程 對(duì)影像的配準(zhǔn)有很多方法，下面介紹一種常用的方法。（1）打開(kāi)ArcMap，打開(kāi)Georeferencing工具欄（2）把需要進(jìn)行糾正的影像增加到ArcMap中，會(huì)發(fā)現(xiàn)Georeferenci

6、ng工具欄中的工具被激活。（3）在校正中需要知道一些特殊點(diǎn)的坐標(biāo)，即控制點(diǎn)?？梢允菇?jīng)緯線網(wǎng)格的交點(diǎn)、公里網(wǎng)格的交點(diǎn)或者一些典型地物的坐標(biāo)，可以從圖中均勻地取幾個(gè)點(diǎn)，一般在實(shí)際中，這些點(diǎn)應(yīng)該能夠均勻分布。如果已知這些點(diǎn)在矢量坐標(biāo)系內(nèi)的坐標(biāo)，則用以下方法輸入點(diǎn)的坐標(biāo)值，如果不知，則間接獲取。（4）首先將Georeferncing工具欄的Georeferncing下拉菜單中的Auto Adjust命令取消選中狀態(tài)。（5）在Georeferncing工具欄中單擊Add Control Point按鈕。（6）使用該工具在影像上精確地尋找一個(gè)控制點(diǎn)并單擊，然后右擊，在彈出的快捷菜單中選擇Enter Coo

7、rdinates命令，在打開(kāi)的Enter Coordinates對(duì)話框中輸入該店的實(shí)際坐標(biāo)位置的值。（7）用相同的方法，在影像上增加多個(gè)控制點(diǎn)，輸入它們的實(shí)際坐標(biāo)值。（8）選擇View|Link Table菜單命令，打開(kāi)Link Table對(duì)話框檢查各控制點(diǎn)殘差（Residual）及均方差（Total RMS），根據(jù)上述原則對(duì)控制點(diǎn)進(jìn)行修改，直到符合要求。（9）增加所有控制點(diǎn)后，在Georeferencing下拉菜單中單擊Update Display命令。（10）更新后，影像就變成真實(shí)的坐標(biāo)。（11）在Georeferencing下拉菜單中單擊Rectify命令，打開(kāi)Save As對(duì)話框，將更

8、新后的影像另存。其中參數(shù)Cell Size選擇與更新前相同，Resample Type（重采樣方法）有3種： Nearest Neighbor（最近鄰法）、Bilinear Interpolation（雙線性內(nèi)插法）和Cubic Convolution（立方卷積法），最近鄰法不改變輸入像元的值，得出的結(jié)果較粗糙；雙線性內(nèi)插法稍好；立方卷積法最光滑。 一般對(duì)柵格地圖來(lái)說(shuō)采用最近鄰法為好。三、坐標(biāo)定義三、坐標(biāo)定義 ArcGIS Desktop可以定義數(shù)據(jù)的地理坐標(biāo)和投影坐標(biāo)，在ArcMap、ArcCatalog、ArcToolBox中都能進(jìn)行。3.1 空間數(shù)據(jù)坐標(biāo)定義空間數(shù)據(jù)坐標(biāo)定義 對(duì)于不同的數(shù)

9、據(jù)類(lèi)型，進(jìn)行的操作也不同。（一）在（一）在ArcCatalog中定義中定義 在ArcCatalog中對(duì)不同的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行地理坐標(biāo)系統(tǒng)的定義，其有些過(guò)程存在一定的差異，具體過(guò)程如下：1、Shapefile文件的坐標(biāo)定義文件的坐標(biāo)定義 利用ArcCatalog，可以定義Shapefile的坐標(biāo)系統(tǒng)，包括選擇一個(gè)ArcCatalog提供的預(yù)定義的坐標(biāo)系統(tǒng)，直接輸入另一數(shù)據(jù)源的坐標(biāo)系統(tǒng)，或定義一個(gè)自己的坐標(biāo)系統(tǒng)。 定義后的坐標(biāo)系統(tǒng)信息存儲(chǔ)在與Shapefile同名、同目錄的.prj文件中，Shapefile的坐標(biāo)系統(tǒng)被確定以后，還可以單擊【空間坐標(biāo)特性】對(duì)話框中的【修改】按鈕對(duì)其進(jìn)行修改。具體操作如下

10、：具體操作如下：（1）坐標(biāo)系統(tǒng)的定義選擇一個(gè)預(yù)先定義的坐標(biāo)系統(tǒng)或單擊Import按鈕，輸入一個(gè)與地圖數(shù)據(jù)源相同的坐標(biāo)系統(tǒng)?；騿螕鬘ew，定制一個(gè)全新的地圖坐標(biāo)系統(tǒng)。或單擊Modify修改現(xiàn)有參數(shù)（2）坐標(biāo)系統(tǒng)的選擇 在該對(duì)話框中瀏覽并選擇所需要的坐標(biāo)系統(tǒng)?？梢赃x擇ArcCatalog提供的預(yù)定義的坐標(biāo)系統(tǒng)，也可以選擇Workstation Arc/INFO創(chuàng)建的投影文件。（3）坐標(biāo)系統(tǒng)的導(dǎo)入 在該對(duì)話框中瀏覽并選擇需要使用其坐標(biāo)系統(tǒng)的地理數(shù)據(jù)；可以選擇Coverage、柵格數(shù)據(jù)或地理數(shù)據(jù)庫(kù)中的地理要素?cái)?shù)據(jù)集和要素類(lèi)。（4）坐標(biāo)系統(tǒng)的定制）坐標(biāo)系統(tǒng)的定制u 定制地理坐標(biāo)系統(tǒng)u 定制投影坐標(biāo)系統(tǒng)

11、定制地理坐標(biāo)系統(tǒng)定制投影坐標(biāo)系統(tǒng)（5）坐標(biāo)系統(tǒng)參數(shù)的修改（6）坐標(biāo)系統(tǒng)的保存2、Coverage文件的地理坐標(biāo)的定義文件的地理坐標(biāo)的定義 在Coverage Properties對(duì)話框中的Projections（投影）選項(xiàng)卡中，包含Coverage坐標(biāo)系統(tǒng)及其投影參數(shù)信息。如果Coverage還沒(méi)有定義坐標(biāo)系統(tǒng)，可以通過(guò)單擊Projection選項(xiàng)卡中的Define按鈕，為其定義一個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)，定義投影向?qū)?huì)幫助完成上述工作。 在定義坐標(biāo)系統(tǒng)時(shí)，既可以交互式地定義坐標(biāo)系統(tǒng)的各個(gè)參數(shù)，也可以將另外一個(gè)Coverage、Grid或TIN中的相關(guān)信息復(fù)制過(guò)來(lái)。 如果Coverage已經(jīng)定義了坐標(biāo)系統(tǒng)，

12、還可以在定義投影向?qū)У膸椭赂淖儸F(xiàn)有的坐標(biāo)系統(tǒng)。（1）為）為Coverage匹配一個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)匹配一個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)（2）交互定義）交互定義Coverage坐標(biāo)系統(tǒng)坐標(biāo)系統(tǒng)（3）再定義投影向?qū)Вù_定投影參數(shù)）再定義投影向?qū)Вù_定投影參數(shù)） 對(duì)于Grid和TIN數(shù)據(jù)，其坐標(biāo)系統(tǒng)的定義方法同Coverage。（4）CAD文件的地理坐標(biāo)的定義文件的地理坐標(biāo)的定義 在CAD圖層文件中，通常沒(méi)有說(shuō)明其所用坐標(biāo)系統(tǒng)的任何信息，在這種情況下，該CAD圖層文件的空間坐標(biāo)系統(tǒng)將是Undefined。 在ArcCatalog中，對(duì)于這類(lèi)CAD文件，雖然可以對(duì)其進(jìn)行操作，但卻不能充分發(fā)揮Catalog的功能，利用Catal

13、og，可以通過(guò)幾種方式定義CAD坐標(biāo)系統(tǒng)：包括選擇一個(gè)ArcCatalog提供的預(yù)定義的坐標(biāo)系統(tǒng)、直接導(dǎo)入另一數(shù)據(jù)源的坐標(biāo)系統(tǒng)或定制一個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)。 將定義的坐標(biāo)系統(tǒng)信息，存儲(chǔ)在與CAD文件同名、同目錄的.PRJ文件中。（二）在（二）在ArcToolBox中定義中定義 在ArcMap或ArcCatalog中，單擊ArcToolBox中選擇Data Management Tools|Projection and Transformations|Define Projection命令來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)文件進(jìn)行定義。 在上面的對(duì)話框中，同樣具有定制一個(gè)新的地理坐標(biāo)系統(tǒng)、導(dǎo)入一個(gè)其他數(shù)據(jù)源的坐標(biāo)系統(tǒng)、選擇預(yù)定義的

14、坐標(biāo)系統(tǒng)、修改已定義的坐標(biāo)系統(tǒng)的參數(shù)、清除已定義的坐標(biāo)系統(tǒng)的功能，同時(shí)還可以將已定義的坐標(biāo)系統(tǒng)存儲(chǔ)到文件夾中，以備將來(lái)可以為其他數(shù)據(jù)所使用。3.2 數(shù)據(jù)層組坐標(biāo)系統(tǒng)重定義數(shù)據(jù)層組坐標(biāo)系統(tǒng)重定義 在ArcMap中，默認(rèn)的是空白地圖文檔第一個(gè)添加的數(shù)據(jù)的參照系統(tǒng)，但是在操作過(guò)程中也可以對(duì)數(shù)據(jù)層組的坐標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行重定義。 在ArcMap中，對(duì)數(shù)據(jù)層組定義時(shí)，可以定義一個(gè)新的、自定義的坐標(biāo)系統(tǒng)，也可以導(dǎo)入被別的數(shù)據(jù)源使用的坐標(biāo)系統(tǒng)參數(shù)，并且如果一個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)已經(jīng)被定義的話，可以修改一些單獨(dú)的參數(shù)，例如，可以修改從別的數(shù)據(jù)源導(dǎo)入的坐標(biāo)系統(tǒng)的一個(gè)參數(shù)，或者修改一個(gè)預(yù)定的坐標(biāo)系統(tǒng)的某些參數(shù)。 如果對(duì)定義的坐標(biāo)系

15、統(tǒng)不滿意需要重新定義的話，可以單擊Clear按鈕，取消已經(jīng)定義的坐標(biāo)系統(tǒng)然后重新定義。1）地理坐標(biāo)系統(tǒng)的定制）地理坐標(biāo)系統(tǒng)的定制2）地理坐標(biāo)系統(tǒng)的導(dǎo)入）地理坐標(biāo)系統(tǒng)的導(dǎo)入3）地理坐標(biāo)系統(tǒng)的修改）地理坐標(biāo)系統(tǒng)的修改3.3 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換坐標(biāo)轉(zhuǎn)換 在工作過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)有一些這樣的需要將地理坐標(biāo)系統(tǒng)（通常也稱為大地坐標(biāo)系）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為投影坐標(biāo)系統(tǒng)數(shù)據(jù)。本節(jié)將介紹在ArcGIS中如何進(jìn)行這樣的操作。（一）坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法概述（一）坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法概述 地理信息系統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)來(lái)自各種渠道，它們?cè)谳斎氲秸降臄?shù)據(jù)庫(kù)之前，往往采用各自不同的坐標(biāo)系。 在同一個(gè)GIS系統(tǒng)中，多種坐標(biāo)體系并存會(huì)給查詢、分析以及地圖的顯示都帶來(lái)不

16、便，尤其是在不同層的數(shù)據(jù)需要疊合分析時(shí)，或在不同圖幅之間需要拼接時(shí)就會(huì)有矛盾。 因此，正式數(shù)據(jù)庫(kù)用的坐標(biāo)系最好是統(tǒng)一坐標(biāo)系，以方便用戶使用。（二）（二）ArcGIS中的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換中的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換 改變數(shù)據(jù)存儲(chǔ)坐標(biāo)，就是指改變數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)單位，如將經(jīng)緯度存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為以米存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。 本文將以中國(guó)1：400萬(wàn)圖幅舉例，文件類(lèi)型為shapefile。在ArcCatalog或者ArcMap中，都可以查看得到的數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)單位。1、在、在ArcMap中的操作中的操作2、在、在ArcCatalog中的操作中的操作3、直接使用、直接使用ArcToolBox中的中的Project工具工具 （1）先創(chuàng)建好需要使用的T

17、ransverse_Mercator坐標(biāo)系統(tǒng)，其參數(shù)如圖：（2）打開(kāi)ArcToolBox中的Project對(duì)話框4、巧用、巧用ArcMap的動(dòng)態(tài)（的動(dòng)態(tài)（onthefly）投影轉(zhuǎn)換）投影轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)（1）打開(kāi)空白的ArcMap，打開(kāi)Data Frame Properties對(duì)話框，并在Coordinate System選項(xiàng)卡中進(jìn)行定制，將定義好的投影坐標(biāo)系統(tǒng)定制為數(shù)據(jù)顯示窗口的坐標(biāo)系統(tǒng)。（2）將原來(lái) 的數(shù)據(jù)坐標(biāo)系統(tǒng)加入到ArcMap中顯示。 另外，這個(gè)改變數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的辦法和在ArcCatalog中簡(jiǎn)單為數(shù)據(jù)換一個(gè)投影坐標(biāo)系統(tǒng)的做法有所不同，在ArcCatalog中的操作只是改變了數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)（Metadata），而對(duì)數(shù)據(jù)源不會(huì)有任何的改動(dòng)，不能起到數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的效果。（三）坐標(biāo)轉(zhuǎn)換中的誤差（三）坐標(biāo)轉(zhuǎn)換中的誤差 經(jīng)過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，雖然仍可以保持圖形的完整和連續(xù)，但它們的形狀并不完全相似，這表明經(jīng)過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換發(fā)生了變形，這種變形使得地面事物的幾何特性（長(zhǎng)度、角度、面積）受