ENVI遙感圖像處理實驗教程實驗二坐標定義與投影轉換ok

1、實驗二坐標定義與投影轉換以北京54和西安80為例指導教師：胡娟地理投影的基本原理常用到的地圖坐標系有2種，即地理坐標系(Geographiccoordinatesystem)和投影坐標系。地理坐標系是以經緯度為單位的地球坐標系統(tǒng)，地理坐標系中有2個重要部分，即地球橢球體(spheroid)和大地基準面(datum)。有了Spheroid和Datum兩個基本條件，地理坐標系統(tǒng)才可以使用。1橢球體由丁地球表面的不規(guī)則性，它不能用數(shù)學公式來表達，也就無法實施運算，所以必須找一個形狀和大小都很接近地球的橢球體來代替地球，這個橢球體被稱為地球橢球體，我國常用的橢球體如下：橢球體名稱年代長半軸(米)短半軸

2、(米)扁率|WGS8419846378137.06356752.31：298.257克拉索夫斯基(Krasovsky)19406378245.06356863.01：298.3IAG-7519756378140.06356755.31：298.257表1我國常用橢球體大地基準面有了橢球體以后還不夠，還需要一個大地基準面將這個橢球定位。某一個地理坐標系是基丁一個基準面來定義的。基準面是利用特定橢球體對特定地區(qū)地球表而的逼近，因此每個國家或地區(qū)均有各的基準面；如WGS1984(GPS點)，Xian1980.prjBeijing1954.prj。北京54和西安80坐標系實際上指的是我國兩個大地棊準而

3、，WGS84坐標系(世界大地坐標系統(tǒng))刪GaussEruger(Transverseilercator)KrasovskyJM80GaussEiuger(Transversellercator)轍1954北京坐標系1954年，建立原點不在北京而是在前蘇聯(lián)的普爾科沃，北京54:長半軸a二6378245m:短半軸b二6356863m扁率f二1/298.31980西安坐標系我國于1978年在陜西省涇陽縣設立了新的大地坐標原點，西安80:長半軸a=6378140m;短半軸b=6356755m扁率f=1/298.25由丁長、短半軸不一樣，西安80坐標系與北京54坐標系轉換是不嚴密不存在統(tǒng)一的公式地球上同

4、一點，各個坐標系的經緯度是不一樣的WGS-84(WordGeodeticSystem)原點是地球的質心，以經緯度為單位存儲例如：Datum(大地基準面):D_Beijing_1954Spheroid(參考橢球體)：Krasovsky9402.投影坐標系(每一個投影坐標系統(tǒng)部必須要求有GeographicCoordinateSystem參數(shù))投影坐標系是利用一定的數(shù)學法則把地球表面上的經緯線網表示到平而上，屬丁平面坐標系。數(shù)學法則指的是投影類型，目前我國普遍采用的是高斯一克呂格投影，在英美國家稱為橫軸墨卡托投影(TransverseMercator)。Mapprojection:ConceptN

5、ffi5-6中央子午踐高斯克呂格投影又稱等角橫切橢圓柱投影，設想用一個橢圓柱橫套在地球外面，并與某一子午線和切，橢圓柱的中心軸位于地球橢球的赤道上，將中央子午線兩側一定經差范圍內的橢球而止形投影丁橢圓柱面，并將此橢圓柱展平，即為高斯一克呂格投影。高斯克呂格投影的中央經線長度比等丁-1,UTM投影規(guī)定中央經線長度比為0.9996高斯一克呂格投影的特點：中央經線沒有任何變形除中央經線的長度比為1夕卜，其它任何點上長度比均大于1在同一條緯線上，離中央經線越遠，變形越大，最大值位丁投影帶的邊緣在同一條經線上，緯度越低，變形越大，變形最大值位丁赤道上投影屬丁等角性質，沒有角度變形，而積比為長度比的平方長

6、度比的等變形線平行丁中央子午線6帶和3。帶：我國大中比例尺地圖均采用高斯-克呂格投影，其通常是按6度和3度分帶投影，1:2.5萬一1:50萬比例尺地形圖采用經差6度分帶，1:1萬比例尺的地形圖采用經差3度分帶。具體分帶法是：6度分帶從本初子午線開始，按經差6度為一個投影帶白西向東劃分，全球共分60個投影帶，帶號分別為1-60；3度投影帶是從東經1度30秒經線開始，按經差3度為一個投影帶自西向東劃分，全球共分120個投影帶。我國領土共包括笛個投影帶；仁1萬及更大比例尺地形圖采用30分帶方案，全球共分為120個投影帶。兩種分帶法的中央經線計算方法；3度分帶中央經線：L0=3N6度分帶中央經線：L0

7、=6N-303度分帶6度分帶帶號中間經線總圍帶號4間經線范圍247270.573.5257573.576.51375727826T876.579.527817$.5S25143178288482.585.5298785.588.515878490309088.591.5319391.594.516939096329694.597.5339997.5100.517999610234102100.5103.535105103.5106.51810510210836108106.5109.537111109.5112.51911110811438114112.51115.5.39117115.511

8、8.53201171141Z040120118.5121.541123121.5124.52112312012642126124.5127.543129127.5130.52212912613244132130.5133.545135133.5136.52313-5132138為了便丁地形圖的測量作業(yè)，在高斯-克呂格投影帶內布置了平而直角坐標系統(tǒng)，具體方法是，規(guī)定中央經線為X軸，赤道為Y軸，中央經線與赤道交點為坐標原點，x值在北半球為1E,南半球為負，y值在中央經線以東為止，中央經線以西為負。由于我國疆域均在北半球，x值均為止值，為了避免y值出現(xiàn)負值，規(guī)定各投影帶的坐標縱軸均西移500km,中

9、央經線上原橫坐標值由0變?yōu)?00km。因為一個投影帶的范圍很大，分的圖幅也很多，為能迅速確定點點的坐標，制圖時就用平行線的辦法，以一公里為單位，分別作中央經線和赤道的平行線構成止方形格網，叫做平而直角坐標網，在1：5萬地形圖上，每個方格的而積是一平方公里，所以叫公里網。二、參數(shù)的獲取對r地理坐標，只需要確定兩個參數(shù)，即橢球體和大地基準面。對丁投影坐標，投影類型為GaussKruger(TransverseMercator),除了確定橢球體和大地基準面外，還需要確定中央經線。大地基準面的確定關鍵是確定7個參數(shù)(或者其中幾個參數(shù))，北京54基準面可以用三個平移參數(shù)來確定，即“-12,-113,-4

10、1,0,0,0,0”,很多軟件近似為Krasovsky(0,0,0,0,0,0,0)基準面;西安80的7參數(shù)比較特殊,各個區(qū)域不一樣。一般有兩個途徑：一是宜接從測繪部門獲取；二是根據(jù)三個以上具有西安80坐標系與其他坐標系的同名點坐標值，利用軟件來推算，有一些綠色軟件具有這個功能，如CoordMGo中央經線獲取可有以下兩種方法，第一種根據(jù)己知帶號計算，6度帶用6*N-3,3度帶用3*N；第二種方法是根據(jù)經度從圖中査找。地圖比例尺:最簡單的講比例尺二圖上距離/實地距離，對于一幅掛圖就是紙張和地圖實際距離的比值。比例尺有大小之分，由于比例尺是個比值，分母越大，比例尺也越小，單位必須一致：通常稱1：1

11、000000、1：500000、1：200000為小比例尺地形圖；1：100000、1：50000和1：25000為中比例尺地形圖；1：10000、1：5000、1：2000、1：1000和1：500為大比例尺地形圖。我國規(guī)定1：1萬、1：2.5萬、1：5萬、1：10萬、1：25萬、1：50萬比例尺地形圖，均采用高斯克呂格投影。1：2.5至1：50萬比例尺地形圖采用經差6度分帶，1：1和1：2.5萬比例尺地形圖采用經差3度分帶。例如：1:500的地圖：1mm對應地圖500mm,0.5米；1:1萬的地圖：1mm對應地圖10000mm二10m,10米一幅實際的實際地圖實際上的數(shù)據(jù)精度，肉眼觀察最小

12、距離為0.1mm,所以:1:500的數(shù)據(jù)精度為：0.l*500=5cm,5公分1:10000數(shù)據(jù)精度為:0.1*10000二lm,1米三、坐標定義ENVI中的坐標定義文件存放在ITTIDLxxproductsenvixxmap_proj文件夾卜。三個文件記錄了坐標信息：ellipse,txt：橢球體參數(shù)文件。datum,txt：基準面參數(shù)文件。map_proj.txt：坐標系參數(shù)文件。在ENVI中自定義坐標系分三步：定義橢球體、基準而和定義坐標參數(shù)。1）定義橢球體打開ellipse,txt文件,語法為橢球體名稱長半軸，短半軸。這里將“Krasovsky,6378245.0,6356863.0”

13、和IAG-75,6378140.0,6356755.3”加入ellipse.txt末端（圖2-1）oFellipse-記手本匸叵|畋文件世）編輯格式$iV）帝助0）|ftiry.6377503.4.0356256.9:AustralianNational,6378169.0,63S677ii.7Bessel18M,6377397.2,6356079.0ClarkP1858,6378293Q,6356M9.HClarke1866,6378296.4,6356583.8Clarke6378249S,535651.9ClarkeICH,637022.2,6356515.0Danish,6377104

14、.0,6355762.9Delambre,6376428.8,6355S98.0Everest.6377270.3.6356075.4FischerI960,63781S5.0,6356773.0Fischer1968,6378150.8,6356768.0GRS67,6378160,6356774.5GRS89.6378137.0,6396752.31a1,Col1ellipse-記爭本I文件g）編輯（）榕式查看（D幫助Ql）-165-,6378165.0,6356783.0Krasousky,6378245.0,6356863.0IAG-75.6378140.0.6356755.3圖2-1

15、定義地球橢球體ellipse.txtX件中已經有了克拉索夫斯基橢球，由丁翻譯原因，這里的英文名稱是Krassovskyo為了讓其他軟件平臺識別，這里新建一個Krasovsky橢球體。2）定義基準面語法為基準面名稱，橢球體名稱，平移三參數(shù)。這里將4Beijing-54,Krasovsky,-12,-113z-41和Xian-80,IAG-75,0,0,0加入datum.txt末端（圖2-2）。目datua-記爭本，!x|文件g)編輯格式查看辺幫助QDZanderlJ9International,265,126,-3583Beijing-54.Krasouskyv-12.-113.-41Xian-

16、88,IAG-75,8,9,0圖2-2定義大地基準而有的時候為了與其他軟件平臺兼容，基準而的名稱需要寫成所用的橢球體名稱。3）定義投影選擇主菜單MaCustomizeMapProjection命令;在CustomizedMapProjectionDefinition窗口中設置地圖投影的參數(shù)(圖2-3):圖2-3定義地圖投形關參數(shù)說明：ProjectionName：定義投影名稱;ProjectionType：定義投影類型，這里選擇TransverseMercator；ProjectionDatum:定義人地基準面和橢球體，這里選擇之前定義的Beijing-54：（注：利用刮切換人地基準面和橢球體

17、的定義）Falseeasting：定義東偏移的距離500km；ItProjectionEllipsoidSouthea51Asia4StruveValbeckfGS60WGS6&YGS72WGS84“165“iag-75vKrazovsLatitudeofProjectionorigin：定義投影的起始維度；Longitudeofcentralmeridian：定義中央經線；Scalefactor：定義縮放倍率。（3）定義好參數(shù)后，選擇ProjectionAddNewProjection命令;（4）選擇FileSaveProjections保存自定義投影（圖2-4）:圖2-4定義投影輸出（5）

18、點擊0K,輸出自定義投影。在ITTIDLxxpoductsenvixxmap_proj文件夾中的map_proj.txt文件中可看到剛才定義的坐標系參數(shù)。文件軫獺榕衣觀總看唱樹迎kflatun,nanp,userdefinedprojectionnanp3TOC o 1-5 h z3.6378245.0,6356863.0.9.9996.117.999900.20580000.0.0.0,0.999600.Beljlng-54tDeiJing_6_2B_j3.6378245.0,6356863.0.117.B99900.500000.0.0.0,0.999609.Beljlng-54tbelj

19、ing543,6378388.0,6356911.9,-99.900000,-72.800000,1566066.0,0.8,1.000080.CanpoInchauspe,Argentina-Zone13,6378388.0,6356911.9,-99.900000,-69.800008,2500000.9,0.8,1.000080.CanpoInchauspe,Argentina-Zone23,6378388.0,6356911.9,-99.900000,-66.000000,35BB0B8.0,0.0,1.600008,CanpoInchauspe,Argentina-Zone33,63

20、78388.0,6356911.9,-99.900000,-63.000000,4500000.3,0.0,1.600008,CanpoInchauspe,Argentina-Zone4圖2-5系統(tǒng)投影信息4）使用定義的坐標系統(tǒng)（1）在主菜單中，選擇File-OpenImageFile,打開一幅無坐標系統(tǒng)的影像數(shù)據(jù):影像數(shù)據(jù)投影缺失表現(xiàn)為MapInfoDatum:o（2）選擇未定義投影影像的MapInf。圖層，右鍵單擊選擇EditMapInfromation：（3）在EditMapInformation窗口中編輯地圖信息（圖2-7）；圖2-7編輯地圖信息圖2-6波段選擇列表(4)點擊Chang

21、eProj按鈕,在彈出的ProjectionSelectionXf話框中選擇beijing54,點擊OK(圖2-8).(5)點擊OK完成投影定義。定義坐標后的圖像投影信息如圖2-9所示。圖2-9圖像投影信息圖2-8選擇地圖投影四、投影轉換選擇主菜單Map-ConvertMapProjection工具；在ConvertMapProjectionI叩utImage中選擇需要轉化投影的圖像文件(圖2-10)：圖2-10選擇轉換圖像投影的文件SpatialSubset：空間裁剪，參考圖像裁剪；SpectralSubset：光譜分割，可有選擇性的対波段進行處理。在ConvertMapProjection

22、Parameters中點擊ChangeProj按鈕，選擇投影類型;（4）在ProjectionSelection話框中選擇投影類型，這里選擇xan80（如果沒有選項,參考定義坐標系統(tǒng)），點擊0K按鈕;（5）在ConvertMapProjectionParameters中設置轉換參數(shù)及輸出文件和文件名等;圖2中圖像投影轉換參數(shù)設置（6）點擊OK執(zhí)行投影轉換操作。五、使用自定義坐標系下面將利用自定義坐標系將一副北京54坐標系轉化為西安80坐標系。試驗的柵格數(shù)據(jù)情況為：一幅北京坐標系的柵格數(shù)據(jù)，投影參數(shù)如下：投影類型：TransverseMercator橢球：Krassovsky基準面:Krasso

23、vsky（自定義）中央經線：117東向偏移：500000m由數(shù)據(jù)的投影信息不是國際標準或者說其參數(shù)名稱不是標準的，所以在ENVI中有可能不能讀取數(shù)據(jù)的投影信息（如圖5）,這個時候就蠱要重新設定投影信息。圖5査看坐標信息打開數(shù)據(jù)文件,在AvailableBandsList中選擇文件，點擊右鍵打開HeaderInfo,在EditAttributes中選擇MapInfo。選擇ChangeProjection,將前面定義好的北京54坐標選上。EditMapInformationImageCoordin&teoTiePointProjectionSelectionrSelectNewProjection

24、New.MapCoordinateofTieFoiIFroj:Arbitrary(MapDatuff：ArbitraryGgr&phicLat/LonVTMStteFlAne(NAD27)St&tePlaneQIAD83)Xi&n19806Degree117E19546Degree117E706000.0000e2472475.0000UnitsArgentinaArgentinaArgentinaArgentina-Argentina-ZoneZoneZoneZneZone2345DJEIJING.1954CancelYPixelSize25.00000000IfaitsRMeUrsMapRotation0-000000lPixelSizeandRotationXPixelSize2S.00000000