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文檔簡介
1、實驗二地圖配準地圖配準是地圖數(shù)據(jù)采集的一個重要步驟,它是通過參考數(shù)據(jù)集圖層對配準數(shù)據(jù)集圖層進行空間位置糾正和變換的過程,是配準后地圖數(shù)字化結果能夠與其他現(xiàn)有數(shù)據(jù)進行疊加分析的關鍵.本章首先簡單介紹地圖分幅、編號、地圖投影、地圖要素等根底知識,再以對掃描的地形圖配準為實例,介紹SuperMapGIS6R軟件的配準的根本原理及操作方法.通過本章的學習,使讀者能夠理解地圖配準根本原理,掌握SuperMapGIS6R進行地圖配準的方法.2.1地圖分幅與編號我國根本比例尺的地形圖包括1:5000、1:1萬、1:2.5萬、1:5萬、1:10萬、1:25萬、1:50萬、1:100萬共8種不同比例尺的圖框.根
2、本比例尺地圖以經(jīng)緯線分幅制作,它們以1:100萬地圖為根底,按規(guī)定的經(jīng)差和緯差采用逐次加密劃分方法劃分圖幅.這樣不同比例尺白圖幅將1:100萬的圖幅劃分成假設干行和列,使相鄰比例尺地圖的經(jīng)緯差、行列數(shù)和圖幅數(shù)成簡單的倍數(shù),如表3.1所示.我國的1:100萬地形圖的分幅根據(jù)國際1:100萬的地圖分幅標準進行.每幅1:100萬地圖包括的范圍為緯差4.、經(jīng)差6.從地球赤道起,向兩極每緯度4.為一行,依次以拉丁字母A,B,C,V表示;從經(jīng)度180起,自西向東每經(jīng)度6為一列,依次以阿拉伯數(shù)字1,2,3,60表示.每幅1:100萬地圖的編號由該圖幅所在的行號字符媽和列號數(shù)字碼組成,如北京所在的1:100萬
3、地圖的圖幅編號為J50.表 3.1 我國根本比例尺地圖分幅比例尺1:100 萬1:50 萬1:25 萬1:10 萬1:5 萬1:2.5 萬1:1 萬1:5000圖幅范圍經(jīng)差631303015730345152.5緯差421.20105,2130115行列關系行數(shù)12412244896192列數(shù)12412244896192圖幅間數(shù)量關系1416144576230492163686414361445762304921619361445762304141664256141664141614比例尺代碼ABCDEFGH2.2地圖投影地圖配準是為了使得影像數(shù)據(jù)可以和GIS矢量數(shù)據(jù)集成在一起,而為影像數(shù)據(jù)指
4、定一個參考坐標系的過程,因此在學習如何進行地圖配準之前,本節(jié)有必要對我國常用的地圖投影及SuperMapGIS6R中坐標系類型、投影設置等內(nèi)容進行介紹.2.2.1 我國常用地圖投影1、高斯一克呂格投影1根本概念如圖3.1所示,假想有一個橢圓柱面橫套在地球橢球體外面,并與某一條子午線 此子午線稱為中央子午線或軸子午線相切,橢圓柱的中央軸通過橢球體中央,然后用一定投影方法,將中央子午線兩側各一定經(jīng)差范圍內(nèi)的地區(qū)投影到橢圓柱面上,再將此柱面展開即成為投影面,如圖3.2所示,此投影為高斯投影.高斯投影是正形投影的一種.圖 3.1 高斯投影示意圖 3.2 中央子午線附近投影示意2分帶投影由于高斯一克呂格
5、投影中變形隨著離中央經(jīng)線的距離增大而遞增,為了使投影的變形不致過大,所以采用分帶投影.我國的1:2.5萬1:50萬地形圖采用60分帶;1:1萬及更大比例尺圖采用3.分帶.6.分帶是從零子午線起,每隔6.為一帶,全球共分為60個6.帶.3.分帶是從1.30起,每隔3.為一帶,全球共分為120個3.帶.高斯投影6.帶:自0.子午線起每隔經(jīng)差6.自西向東分帶,依次編號1,2,3.我國6.帶中央子午線的經(jīng)度,由75.起每隔6.至135.,共計11帶 1323帶 ,帶號用n表示,中央子午線的經(jīng)度用L0表示,它們的關系式L0=6n-3.高斯投影3.帶: 它的中央子午線一局部同6.帶中央子午線重合,一局部同
6、6.帶的分界子線重合,如用n,表示3.帶的帶號,L表示3.帶中央子午線經(jīng)度,它們的關系L=3n,我國3.帶共計22帶2445帶.如圖3.3所示為6.帶與3.帶投影示意圖.2、蘭勃特Lambert投影我國1:100萬地形圖采用蘭勃特Lambert投影,其分幅原那么與國際地理學會規(guī)定的全球統(tǒng)一使用的國際百萬分之一地圖投影保持一致.緯度按緯差4.分帶,從南到北共分15個投影帶,每隔投影帶單獨計算坐標,每帶兩條標準緯線,第一標準緯線為圖幅南端緯度加30的緯線,第二標準緯線為圖幅北端緯度減30的緯線,這樣處于同一投影帶中的各圖幅的坐標成果完全相同,不同帶的圖幅變形值接近相等,因此每投影帶只需計算其中一幅
7、圖緯差4.,經(jīng)差6.的投影成果即可.由于是緯差4.分帶投影的,所以當沿著緯線方向拼接地圖時,不管多少圖幅,均不會產(chǎn)生裂隙;但是,當沿著經(jīng)線方向拼接時,因拼接線分別處于上下不同的投影帶,投影后的曲率不同,致使拼接時產(chǎn)生裂隙.2.2.2 SuperMap 坐標系類型在SuperMapGIS6R中,數(shù)據(jù)的坐標系分為三類,平面坐標系、地理坐標系、投影坐標系.1、平面坐標系一般用來作為與地理位置無關的數(shù)據(jù)的坐標參考,也是默認新建數(shù)據(jù)的坐標參考,如CAD設計圖、紙質(zhì)地圖掃描后的圖片、與地理位置無關的示意圖等.平面坐標系是一個二維坐標系,原點坐標0,0,數(shù)據(jù)中每一個點的坐標是由其距水平和垂直的X軸和Y軸的距
8、離確定.一般城市規(guī)劃中用到的大比例尺地圖,如1:500,1:1000等的道路施工圖、建筑設計圖等多采用平面坐標系.2、地理坐標系地理坐標系,也可稱真實世界的坐標系,是用于確定地物在地球上位置的坐標系,其通過經(jīng)緯度坐標來表示橢球上任意一點的坐標.我國三大常用地理坐標系有WGS-84、北京54、西安80等.3、投影坐標系投影坐標系使用二維平面坐標X,Y來表示地物位置.投影坐標系由地理坐標系和投影方法來確定.一般經(jīng)過投影的地理數(shù)據(jù),可進行地圖量算、各種空間分析、制圖表達等.trjg*|12*7jgLl 勺門歹 1 呼 1Wl1 產(chǎn)R 叫呼“|中 1圖 3.36.帶與 3.帶投影示意圖2.2.3 Su
9、perMap 投影設置1、“開始選項卡一“數(shù)據(jù)組一“投影設置按鈕用于設置與治理當前工作空間中數(shù)據(jù)源或數(shù)據(jù)集的坐標投影信息.注: 該按鈕在工作空間治理其中有被選中的數(shù)據(jù)源時可以使用.2、單擊“投影設置下拉按鈕,下拉菜單中包含“常用投影和“投影設置兩項,常用投影顯示收藏夾內(nèi)的投影文件.假設收藏夾內(nèi)無任何投影文件,“常用投影項無內(nèi)容顯示.3、單擊“投影設置項,翻開“投影設置窗口,可在該窗口中設置當前選中數(shù)據(jù)源或數(shù)據(jù)集的投影信息.圖 3.6 投影設置窗口功能區(qū)域:主要用于進行投影配置文件的瀏覽、設置與治理等功能.投影信息治理目錄樹:主要用于治理投影信息文件的分組以及瀏覽投影信息文件,其作1苜相導人匕睡
10、瓶 a 追:4毒龕導出 i 治松岸君拜Rg圖 3.4 投影設置下拉按鈕出Ran二383C-iraGEZonaI9NE砰ng四MSjpliereMcreatorUTMZcurtr4Q,Northeim圖 3.5 常用投影及投影設置,專艮布科半年看說功口做UA*-it1.CS43DS.*熱磷*ikrtil*ITJ&Vfi奠4班Mry*-*E例汴三隼國-f 廠出曰凡 t 修脩侑正我,Hi:.*圖 3.14 輔助要素6武就ilil能相丞X X學1dmX-Jx+fiv+CY=DxEy+F*上式中有6個參數(shù):A、B、C、D、E、F,可以通過選擇配準圖層和參考圖層的同名控制點來確定.理論上要求上述6個待定參
11、數(shù),至少需要知道不在同一直線上的3對限制點坐標,才能實現(xiàn)線性變換.如果取常數(shù)項參數(shù)C、F為0,那么至少需要4個點,所以實際應用中,通常利用4個或者4個以上的限制點來進行線性配準.待定系數(shù)是通過最小二乘法的原理進行求解的.線性變換是最常用的一種配準方法,由于同時考慮了X和Y方向上的變形,所以糾正后的坐標在不同的方向上的長度比會不同,表現(xiàn)為原始坐標會發(fā)生如縮放、旋轉、平移等變化后得到輸出坐標.(2)二次多項式配準是常用的精度較高的配準方法.多項式糾正把原始圖像變形看成是某種曲面,輸出圖像為規(guī)那么平面.從理論上講,任何曲面都能以適當高次的多項式來擬合.一般用二次二項式就可以對變形比擬嚴重的圖像進行糾
12、正,并得到較高的精度.二次二項式的糾正公式如下:X=zfcv+gy+Cx+Zh+Erv+FY=Gr+Hp+lx2+Jv2+4T+L上式中共有12個參數(shù),理論上需要6對限制點就可實現(xiàn)轉換,但為了得到比擬高的精度,一般要求二次多項式糾正的限制點為至少7對,適當增加限制點的個數(shù),可以明顯提升影像配準的精度.多項式系數(shù)是用所選定的限制點坐標,根據(jù)最小二乘法求得的.比照多項式糾正公式與線性糾正的公式,可以看出線性配準其實是一次的多項式配準,二次多項式糾正比線性配準需要更多的限制點對,也會糾正更多的變形.(3)矩形配準實質(zhì)上是一種特殊的,有限定條件的線性配準.如果原圖像為規(guī)那么矩形,糾正后的圖像坐標仍是規(guī)
13、那么矩形,那么選擇兩個相對的角點就可以確定矩形4個角點的坐標,在線性配準的糾正公式中的常數(shù)項取作0,那么2個相對角點坐標就可以求解得到糾正公式,從而實現(xiàn)幾何糾正.這種方法既方便省時,也防止了由于選擇多個限制點時造成的誤差累積.矩形配準是一種簡單方便的配準糾正方法,但是由于輸出結果不會計算誤差,所以其配準的精度不可知,是一種精度不高的粗糾正方法.(4)偏移配準偏移配準僅需要一組限制點和參考點,分別對X坐標和Y坐標求差值,再利用差值對原數(shù)據(jù)集所有組坐標點進行偏移.2.4.2 無參考圖層地圖配準1、 翻開“地圖數(shù)據(jù)采集與編輯.udb數(shù)據(jù)源,該數(shù)據(jù)源下存在新榮縣1:1萬標準地形圖數(shù)據(jù)“J48G0240
14、08,該地形圖數(shù)據(jù)沒有投影信息,雙擊“J48G024008,在地圖窗口中打不相同,因此,具有糾正地圖變形的功能.假設正后的輸出坐標,那么坐標變換的公式如下:x,y為輸入圖像的原始坐標,X,Y為糾開該地形圖.圖 3.15 地圖窗口2、新建配準.單擊功能區(qū)一“數(shù)據(jù)選項卡一“配準組一“新建配準按鈕,彈出“配準數(shù)據(jù)設置對話框.圖 3.16 配準數(shù)據(jù)設置對話框3、在配準圖層處選擇數(shù)據(jù)集為“J48G024008;參考圖層數(shù)據(jù)集為空;勾選“另存數(shù)據(jù)集,在數(shù)據(jù)源處選擇“地圖數(shù)據(jù)采集與編輯,校正后數(shù)據(jù)集名稱為“J48G0024008_adjust.4、單擊“確定按鈕,彈出配準窗口.5、選擇配準算法.單擊功能區(qū)一
15、“配準選項卡一“算法組一在配準算法下拉框中選擇常用的二次多項式配準算法,如圖3.19所示.6、設置標注色和高亮色.單擊功能區(qū)一“配準選項卡一“限制點設置組一單擊“標注色下拉按鈕,選擇適宜的顏色.這里使用默認紅色.單擊“高亮色下拉按鈕,在彈出的顏色面板中,選擇適宜的顏色.這里使用默認藍色.7、刺點(1)單擊功能區(qū)一“配準選項卡一“限制點設置組一單擊“刺點按鈕.圖 3.17 配準數(shù)據(jù)設置圖 3.19 選擇配準算法(2)當配準窗口中的鼠標狀態(tài)變?yōu)闀r,找到公里格網(wǎng)的交點,單擊鼠標左鍵完成刺點,此時限制點用藍色十字絲標注.(3)雙擊目標點X下方的藍色區(qū)域,彈出如右圖的輸入圖3.20刺點工具限制點對話框.
16、圖 3.22 雙擊目標點 X 下方處(4)在輸入限制點對話框目標點5380000(5)在輸入限制點對話框目標點圖 3.23 輸入限制點對話框X坐標處,根據(jù)公里格網(wǎng)坐標輸入限制點實際Y坐標處,根據(jù)公里格網(wǎng)坐標輸入限制點實際X坐標丫坐標43230000(6)單擊確定按鈕,此時限制點為紅色十字絲標注.圖 3.21 刺點圖 3.24 刺點過程圖 3.25 均勻分布限制點(8)限制點刪除:在限制點列表中選中需要刪除的限制點,單擊鼠標右鍵,在彈出的右鍵菜單中選擇刪除.變點I口標志X口機囪isort.嶼花-1433 gsn1321KCS923.8546-145J.nSL匚EC匚ilHim11 中 rmrJ,
17、u向.g 愛5-T7ZT 7431*0;C都1TW.TICt5MOWmmWTH91KXmicm觸俎-mi.境jmmIX2KAi朋用出-mzmwon1中酬MISSIOWM 號蹲點t目標於L:207B.65?6-1433.9511=36X0CS3COO小A用藥,被必-K&LQ3E2也ER0Q3204C4432F2XT際43J9RQ490.7941-7HK.T9加箕0CJ1M05364巴6362-3B11-2961S39JXCI43E2000自8348.I66D1TQ更,】法8缸0燒瓦1W7叁眈 61跖.如國定皿口限.a為3I.G31-E160后有3燈3之耳1配盾三且二三人0.生之息.圖 3.27
18、導出配準信息命令一導引片tf-某匕*E:?fg圖 3.28 另存為配準信息(10)限制點導入: 在限制點列表中空白處單擊鼠標右鍵在彈出的右鍵菜單中選擇導入配準信息,在彈出的翻開對話框將配準文件加載到限制點列表中來.-皿上卬目標中日產(chǎn)之隹甲卓惻齡序號寰囪!捶爭目標卻口杯底丫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寫即UX!QJ22EO卜M的65C1-3032超必M20K43noM73K.7ffl
19、2-B159西09539043?OWOe&33L031-43201X0圖 3.29 導入配準信息8、設置柵格數(shù)據(jù)重采樣圖 3.30 配準信息導入后柵格/影像數(shù)據(jù)集在完成配準以后,原始圖像由于拉伸、旋轉等操作,像元的中央位置發(fā)生了移動,此時需要對配準后的柵格/影像數(shù)據(jù)集進行重采樣.“柵格/影像組中的模式下拉按鈕,提供了三種重采樣的方法:最鄰近法、雙線性內(nèi)插法、三次卷積法.9、計算誤差在“配準選項卡的“運算組中,單擊“計算誤差按鈕,那么應用程序會自動計算所有限制點的誤差,包括X殘差、Y殘差以及均方根誤差.計算結果會顯示在限制點列表中“X殘差、“Y殘差以及“均方根誤差列中,
20、如下列圖所示.配準窗口中的狀態(tài)欄會同時會輸出總誤差值,即各個限制點的均方根誤差之和.用品口標點E口的酎娛砸均方唱起-143395n二36LJUU打卻LUU.Jt99aDJ950.HlBl-1461ms543000q3Z300j0.065S025770.2733s-rmmsS38J0Q例0j0.166VaMM0QOS回TF髓T2651X00qsiaMXJa,16Q事事,國】5rE-MU段td“yuuii.必UKUC.j&yz因以p.393劇-3032163B512000-13.Z3MEO.ZirOZaBS450.TQ81B-619SZT0953mo4mm1.4,713arfiftrb17&DWd
21、BQRfiRa.3B2Tn跖IT圖 3.32 限制點列表10、執(zhí)行配準當限制點的誤差在允許范圍內(nèi)時,在“配準選項卡的“運算組中,單擊“配準按鈕,執(zhí)行配準操作.當配準方式為線性配準或者二次多項式配準,在配準結束后,應用程序會在輸出窗口中顯示配準轉換的公式及各個參數(shù)值,以便用戶查閱.如圖3.24所示.|蛹LSD尊x2Z:1415JI-feiluy+Jyy+Jti+LyW-122:14715*=-111&1S5B=2.C=口$卻妙歷 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“新榮且“卻走成力圖 3.33 輸出窗口如果用戶選擇保存配準結果,那么此時在相應數(shù)據(jù)源結點下會生成配準結果數(shù)據(jù)集.11、為校正后影像賦投影信息(1)右擊“J48G024008_校正后在彈出的右鍵菜單中點擊屬性,彈出屬性對話框.圖 3.31 柵格數(shù)據(jù)重采樣感程點4珞*艮艮丁K巧怩*圖 3.34 右鍵選擇屬性圖 3.35 屬性對話框(2)選擇投影信息,可以看到“J48G024008_校正后的坐標系信息為“平面坐標系無投影參數(shù),再點擊重新設定坐標系.圖 3.36 重新設定坐標按鈕(3)在彈出的投影設置對話框中,點擊“重置按鈕,將SuperMap的坐標系統(tǒng)恢
23、復到默認設置.圖 3.37 重置坐標系統(tǒng)(4)在默認投影坐標系中沒有基于西安1980地理坐標系的投影信息.因此這里需要采用自定義坐標系來實現(xiàn)本數(shù)據(jù)投影信息的選取,點擊任投影坐標系下任意一個文件夾節(jié)點,會發(fā)現(xiàn)重置附近有一個自定義坐標系按鈕.圖 3.38 自定義坐標系按鈕(5)點擊自定義坐標系按鈕,彈出自定義投影坐標系對話框.圖 3.39 自定義投影坐標系對話框(6)在投影方式選擇GaussKruger,在地理坐標系類型處選擇Xian80,在名稱處選才iXian1980DegreeGk34N,單擊確定按鈕完成投影方式的自定義.圖 3.40 自定義投影坐標系(7)下拉投影設置對話框右側的滾動條至底,
24、選中自定義的Xian19803DegreeGk34N,單擊應用按鈕完成配準圖層的投影信息設置.圖 3.41 選擇自定義投影坐標系(8)至此完成了配準圖層的投影信息設置.圖 3.42 投影信息設置后2.4.2 基于參考圖層地圖配準1、 翻開“地圖數(shù)據(jù)采集與編輯.udb數(shù)據(jù)源,該數(shù)據(jù)源下存在新榮縣1:1萬標準地形圖數(shù)據(jù)“J48G024008,該地形圖數(shù)據(jù)沒有投影信息,雙擊“J48G024008,在地圖窗口中打開該地形圖.鷺喙量 1%徑生存手壟上就日流評系%JhiTmilTrMiTrwMIfcriniMLHg157?I良性3HE3工掘百俎*MQ建二用I基段史蟀,15S14Hnt*c*rQIEi414
25、fl皿*CM-I山城力:J-TUIhiTtriil7ri5i*l.Gir?-Kx-fa-uf-Br(PUUGcHH-LryPULEUrivujJ.ul3FIS巾,GTi-如 w 廿力5Gti;電皿MIKUI必KftTWjTr4MAij曲4野,號工T:wi*UnzTBFXIITraiZ-icri-rIhid11怔3!工T-TTU.is 端也筋在班星星im士情電ji1 與i.wrfes2山1IMTrftt好UTFZ.-UU1qUTHZibHbH三三3urr工w葡心配分1丸,山HKii5fiu.iheraKriEouXb府型;L忙;IU0h.JDU.IbierrEiH號jnm第hvulLwriklU
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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.轉簿-J蹲哆.于毛沁藤耍土1#匹IC尸章iceu0a值3h 七LIHJUwan-jnicrrttiL3TI4_14TS67?0L*-MW近頌31嚇第691導出坐標系復制乂標系全新設定坐牛率投瞇拉圖 3.43 地圖窗口2、 新建配準.單擊功能區(qū)一“數(shù)據(jù)選項卡一“配準組一“新建配準按鈕,彈出“配準數(shù)據(jù)設置對話框中.圖 3.44 配準數(shù)據(jù)設置對話框3、在配準圖層處選擇數(shù)據(jù)集為“J48G024008
29、;參考圖層數(shù)據(jù)集為交通線;勾選“另存數(shù)據(jù)集,在數(shù)據(jù)源處選擇“地圖數(shù)據(jù)采集與編輯,校正后數(shù)據(jù)集名稱為“J48G0024008_adjust.圖 3.45 配準數(shù)據(jù)設置4、單擊“確定按鈕,彈出配準窗口.圖 3.46 配準窗口5、選擇配準算法.單擊功能區(qū)一“配準選項卡一“算法組一在配準算法下拉框中選擇常用的二次多項式配準算法.圖 3.47 選擇配準算法6、設置標注色和高亮色.單擊功能區(qū)一“配準選項卡一“限制點設置組一單擊“標注色下拉按鈕,選擇適宜的顏色.這里使用默認紅色.單擊“高亮色下拉按鈕,在彈出的顏色面板中,選擇適宜的顏色.這里使用默認藍色.7、刺點(1)單擊功能區(qū)一“配準選項卡一“限制點設置組
30、一單擊“刺點按鈕,如圖3.48所示.(2)在配準圖層窗口中找到特征點,單擊鼠標左鍵完成配準圖層限制點的選取.再將鼠標移動至參考圖層窗口中,找到與之對應的特征點,單擊鼠標左鍵完成參考圖層限制點的選取.圖 3.49 選擇限制點(3)重復以上步驟完成均勻地選取至少7個限制點,如圖3.21所示.圖3.48刺點按鈕8、設置柵格數(shù)據(jù)重采樣柵格/影像數(shù)據(jù)集在完成配準以后,原始圖像由于拉伸、旋轉等操作,像元的中央位置發(fā)生了移動,此時需要對配準后的柵格/影像數(shù)據(jù)集進行重采樣.“柵格/影像組中的模式下拉按鈕,提供了三種重采樣的方法:最鄰近法、雙線性內(nèi)插法、三次卷積法.9、計算誤差在“配準選項卡的“運算組中,單擊“計算誤差按鈕,那么應用程序會自動計算所有限制點的誤差,包括X殘差、Y殘差以及均方根誤差.計算結果會顯示在限制點列表中“X殘差、“Y殘差以及“均方根誤差列中,如下列圖所示.配準窗口中的狀態(tài)欄會同時會輸出總誤差值,即各個限制點的均方根誤差之和.%即F目謾工ElP應L3BS21605UHFQGV7BIP0693gtKTKfl5aiaiFDmnsIO:岫池寒
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