第4章 空間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換與處理ljt05

第4章空間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換與處理林金堂2第4章空間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換與處理4.1投影變換4.2數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換4.3數(shù)據(jù)處理34.1投影變換4.1.1投影概述4.1.2定義投影4.1.3投影變換4.1.4數(shù)據(jù)變換44.1.1投影概述ArcGIS中坐標(biāo)系統(tǒng)兩種:地理空間坐標(biāo)系與投影坐標(biāo)系（平面直角坐標(biāo)）

地理空間坐標(biāo)系（Geographiccoordinatesystem），使用基于經(jīng)緯度坐標(biāo)描述地球上某一點所處的位置。某一個地理坐標(biāo)系是基于一個基準(zhǔn)面來定義的?；鶞?zhǔn)面是利用特定橢球體對特定地區(qū)地球表面的逼近，因此每個國家或地區(qū)均有各自的基準(zhǔn)面；也稱球面坐標(biāo)。如WGS1984（GPS點），Xian1980.prjBeijing1954.prj。54.1.1投影概述投影坐標(biāo)系統(tǒng)（Projectioncoordinatesystem）使用基于X,Y值的坐標(biāo)系統(tǒng)來描述地球上某個點所處的位置。這個坐標(biāo)系是從地球的近似橢球體投影得到的，它對應(yīng)于某個地理坐標(biāo)系。平面坐標(biāo)系統(tǒng)地圖單位通常為米，也稱非地球投影坐標(biāo)系統(tǒng)（notearth），或者是平面直角坐標(biāo)。投影坐標(biāo)系由以下兩項參數(shù)確定:地理坐標(biāo)系（由基準(zhǔn)面確定，比如:北京54、西安80、WGS84）投影方法（比如高斯－克呂格、Lambert投影、Mercator投影）坐標(biāo)是GIS數(shù)據(jù)的骨骼框架，能夠?qū)⑽覀兊臄?shù)據(jù)定位到相應(yīng)的位置，為地圖中的每一點提供準(zhǔn)確的坐標(biāo)64.1.1投影概述北京54坐標(biāo)系與西安80坐標(biāo)系都是以Gauss_Kruger為基礎(chǔ)，經(jīng)局部平差后產(chǎn)生的坐標(biāo)系北京54坐標(biāo)系:1954建立原點不在北京而是在前蘇聯(lián)的普爾科沃西安80坐標(biāo)系:也稱國家大地坐標(biāo)系，1980年，原點在西安附近GPS系統(tǒng)所采用的是1984年世界大地坐標(biāo)系(WordGeodeticSystem1984即WGS-84)。WGS-84坐標(biāo)系是美國國防部研制確定的大地坐標(biāo)系。原點是地球的質(zhì)心，以經(jīng)緯度為單位存儲74.1.1投影概述北京54:長半軸a=6378245m:短半軸b=6356863m扁率f=1/298.3西安80:長半軸a=6378140m;短半軸b=6356755m扁率f=1/298.25WGS-84:長半軸a=6378137m;短半軸b=6356752.314m扁率f=1/298.25是經(jīng)緯度坐標(biāo)系統(tǒng)注:扁率:f=（a-b）/a

地球上同一點，各個坐標(biāo)系的坐標(biāo)是不一樣的WGS84一般是經(jīng)緯度坐標(biāo)系84.1.1投影概述分帶方法:有3度和6度分帶法

6°分帶法:從格林威治零度經(jīng)線起，每6°分為一個投影帶，全球共分為60個投影帶，東半球從東經(jīng)0°-6°為第一帶，中央經(jīng)線為3°，9°，15°，依此類推，投影帶號為1-30。其投影帶號n和中央經(jīng)線經(jīng)度L0的計算公式為:L0=(6n-3)；西半球投影帶從180°回算到0°，編號為31-60，投影代號n和中央經(jīng)線經(jīng)度L0的計算公式L0=360-(6n-3)°。94.1.1投影概述首子午線第1帶0°12°6°央子中午線赤道NS104.1.1投影概述3°分帶法:從東經(jīng)1°30′起，每3°為一帶，將全球劃分為120個投影帶，東經(jīng)1°30′-4°30′，...178°30′-西經(jīng)178°30′，...1°30′-東經(jīng)1°30′。東半球有60個投影帶，編號1-60，各帶中央經(jīng)線計算公式:L0=3n,中央經(jīng)線為3°、6°...180°。西半球有60個投影帶，編號1-60，各帶中央經(jīng)線計算公式:L0=360°-3°n,中央經(jīng)線為西經(jīng)177°、...3°、0°114.1.1投影概述1、3度帶中央經(jīng)線L0=3*n帶號n:=L0/32、6度帶中央經(jīng)線經(jīng)度L0的計算公式為:L0=(6n-3)帶號n:=(L0+3)/6總之：中央經(jīng)線和帶號只和經(jīng)線有關(guān)，與緯度無關(guān)，經(jīng)度在地球上表現(xiàn)為東西方向。124.1.1投影概述1、3度帶以中央經(jīng)線正負(fù)1.5度N=Int（(X+1.50)/3)2、6度帶是以中央經(jīng)線正負(fù)3度N=Int(X/6)+1由經(jīng)線(X)反算最近帶號134.1.1投影概述中國經(jīng)緯度范圍最東端東經(jīng)135度2分30秒黑龍江和烏蘇里江交匯處最西端東經(jīng)73度40分帕米爾高原烏茲別里山口（烏恰縣）最南端北緯3度52分南沙群島曾母暗沙最北端北緯53度33分漠河以北黑龍江主航道（漠河縣）2日本朝鮮韓國經(jīng)度為73~135，3度為25帶-45帶，6度帶13（對應(yīng)中央經(jīng)線為75度）-23（對應(yīng)中央經(jīng)線為135度）緯度為3度-53度144.1.1投影概述分帶范圍154.1.1投影概述

在GIS系統(tǒng)中如北京54，西安80，采用6度或3度分帶的高斯-克呂格投影。每一個分帶構(gòu)成一個獨立的平面直角坐標(biāo)網(wǎng)，投影帶中央經(jīng)線投影后的直線為X軸(縱軸，緯度方向)，赤道投影后為Y軸(橫軸，經(jīng)度方向)，為了防止經(jīng)度方向的坐標(biāo)出現(xiàn)負(fù)值，規(guī)定每帶的中央經(jīng)線加500公里（向東平移500公里），由于高斯-克呂格投影每一個投影帶的坐標(biāo)都是對本帶坐標(biāo)原點的相對值，所以各帶的坐標(biāo)完全相同，因此規(guī)定在橫軸坐標(biāo)前加上帶號，如(37318980,2165593)其中37即為帶號，同樣所定義的偏移值也需要加上帶號，如37帶的偏移值為37500000米。3度分帶、6度分帶對應(yīng)平面XY規(guī)定164.1.1投影概述平面坐標(biāo):坐標(biāo)X，Y（在ArcGIS中），X在前，Y在后,X坐標(biāo)不加帶號，是六位，加帶號是八位,Y是七位（緯度大于10）平面坐標(biāo)范圍，以標(biāo)準(zhǔn)分幅為例174.1.1投影概述在CoordinateSystems\ProjectedCoordinateSystems\GaussKruger\Beijing1954目錄中，我們可以看到四種不同的命名方式:

Beijing1954３DegreeGKCM102E.prjBeijing1954３DegreeGKZone34.prjBeijing1954GKZone16.prjBeijing1954GKZone16N.prj說明如下:3度分帶法的北京54坐標(biāo)系，中央經(jīng)線在東經(jīng)102度的分帶坐標(biāo)，橫坐標(biāo)前不帶加號3度分帶法的北京54坐標(biāo)系，34分帶，中央經(jīng)線在東102度的分帶坐標(biāo)，橫坐標(biāo)前加帶號166度分帶法的北京54坐標(biāo)系，分帶號為16，橫坐標(biāo)前加帶號16N6度分帶法的北京54坐標(biāo)系，分帶號為16，橫坐標(biāo)前不加帶號ArcGIS坐標(biāo)系統(tǒng)文件說明-北京54184.1.1投影概述在CoordinateSystems\ProjectedCoordinateSystems\GaussKruger\xian1980目錄中，我們可以看到四種不同的命名方式:

Xian19803DegreeGKCM102E.prjXian19803DegreeGKZone34.prjXian1980GKCM117E.prjXian1980GKZone17.prj3度分帶法的西安80坐標(biāo)系，中央經(jīng)線在東102度的分帶坐標(biāo)，橫坐標(biāo)前不帶加號3度分帶法的西安80坐標(biāo)系，34分帶，中央經(jīng)線在東102度的分帶坐標(biāo)，橫坐標(biāo)前加帶號117E6度分帶法的西安80坐標(biāo)系，分帶號為20，中央經(jīng)線117，橫坐標(biāo)前不加帶號17度分帶法的西安80坐標(biāo)系，分帶號為17，中央經(jīng)線99，橫坐標(biāo)前加帶號ArcGIS坐標(biāo)系統(tǒng)文件說明-西安804.1.2定義投影定義投影（DefineProjection），指按照地圖信息源原有的投影方式，為數(shù)據(jù)添加投影信息。在ArcGIS中利用【數(shù)據(jù)管理工具】工具箱,【投影變換】工具集中的【定義投影】命令，能夠為數(shù)據(jù)定義投影。1920定義投影有三種方法選擇固定的投影導(dǎo)入投影（當(dāng)已知原始數(shù)據(jù)與某一數(shù)據(jù)的投影相同時）自定義投影4.1.2定義投影21選擇投影坐標(biāo)系2223使用已有的投影坐標(biāo)系投影24以t25_Project投影圖像的坐標(biāo)系作為投影坐標(biāo)系25新建一個投影坐標(biāo)系264.1.3投影變換方法一：在Arcmap中轉(zhuǎn)換：1、加載要轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)2、點擊視圖——數(shù)據(jù)框?qū)傩浴鴺?biāo)系統(tǒng)3、導(dǎo)入或選擇正確的坐標(biāo)系，確定。4、右擊圖層——數(shù)據(jù)——導(dǎo)出數(shù)據(jù)5、坐標(biāo)系統(tǒng)選擇第二個（數(shù)據(jù)框架），輸出路徑，確定。6、此方法類似于投影變換。方法二：ArcToolbox中轉(zhuǎn)換：1、管理工具——投影（project），選擇輸入輸出路徑以及輸出的坐標(biāo)系2、前提是原始數(shù)據(jù)必須要有投影274.1.3投影變換1.柵格（Raster）數(shù)據(jù)的投影變換：利用【數(shù)據(jù)管理工具】工具箱,【投影和變換】中【柵格】工具集,【投影柵格】命令對柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行投影變換。輸入的柵格必須已具有投影信息，若沒有則在【輸入坐標(biāo)系】中指定數(shù)據(jù)的原始投影信息【地理坐標(biāo)變換】：當(dāng)輸入和輸出坐標(biāo)系的基準(zhǔn)面相同時，地理（坐標(biāo)）變換為可選參數(shù)。如果輸入和輸出基準(zhǔn)面不同，則必須指定地理（坐標(biāo)）變換。28292.要素類（Feature）數(shù)據(jù)的投影變換：利用【數(shù)據(jù)管理工具】工具箱,,【投影和變換】中的【要素】工具集,【投影】命令，對矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行投影變換。【批量投影】可以進(jìn)行多個要素類的投影變換。30

轉(zhuǎn)換一個文件同時轉(zhuǎn)換多個文件轉(zhuǎn)換柵格31一次處理多個投影（不經(jīng)常用到）4.1.4數(shù)據(jù)變換數(shù)據(jù)變換是指對數(shù)據(jù)進(jìn)行諸如放大、縮小、翻轉(zhuǎn)、移動、扭曲等幾何位置、形狀和方位的改變等的操作。對矢量數(shù)據(jù)的相應(yīng)操作在ArcMap中【編輯器】工具條的若干工具實現(xiàn)（詳見第三章）。而柵格數(shù)據(jù)的相應(yīng)操作則集中于ArcMap中的地理配準(zhǔn)工具條和ArcToolbox中的投影和變換工具集來實現(xiàn)，以下分別就柵格數(shù)據(jù)的翻轉(zhuǎn)（Flip）、鏡像（Mirror）、重設(shè)比例尺（Rescale）、旋轉(zhuǎn)（Rotate）、移動（Shift）和扭曲（Warp）等分別介紹。3233341.翻轉(zhuǎn)（Flip）：是指將柵格數(shù)據(jù)沿著通過數(shù)據(jù)中心點的水平軸線，將數(shù)據(jù)進(jìn)行上下翻轉(zhuǎn)。利用Flip命令，對數(shù)據(jù)進(jìn)行翻轉(zhuǎn)。Flip對話框翻轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)（Flip）的圖解表達(dá)352.鏡像（Mirror）：是指將柵格數(shù)據(jù)沿著通過數(shù)據(jù)中心點的垂直軸線，將數(shù)據(jù)進(jìn)行左右翻轉(zhuǎn)。利用Mirror命令，對數(shù)據(jù)進(jìn)行鏡像。鏡像（Mirror）的圖解表達(dá)鏡像Mirror對話框363.重設(shè)比例尺（Rescale）：是指將柵格數(shù)據(jù)按照指定比例分別沿X軸和Y軸放大或縮小。Rescale命令，對數(shù)據(jù)重設(shè)比例尺。重設(shè)比例尺重設(shè)比例尺（Rescale）的圖解表達(dá)Rescale對話框374.旋轉(zhuǎn)（Rotate）：是指將柵格數(shù)據(jù)沿著指定的中心點旋轉(zhuǎn)指定的角度。利用Rotate命令，對數(shù)據(jù)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。圖4.13Rotate對話框旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)（Rotate）的圖解表達(dá)385.移動（Shift）：是指將柵格數(shù)據(jù)分別沿X軸和Y軸移動指定的距離。利用Shift命令，對數(shù)據(jù)進(jìn)行移動。Shift對話框移動移動（Shift）的圖解表達(dá)396.扭曲（Warp）：是指將柵格數(shù)據(jù)通過輸入的控制點進(jìn)行多項式變換。利用Warp命令，對數(shù)據(jù)進(jìn)行扭曲變換。Warp對話框原數(shù)據(jù)一次多項式二次多項式三次多項式扭曲（Warp）的圖解表達(dá)404.2數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換4.2.1數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換4.2.2數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換414.2.1數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換空間數(shù)據(jù)的來源有很多，如地圖、工程圖、規(guī)劃圖、照片、航空與遙感影像等，因此空間數(shù)據(jù)也有多種格式。根據(jù)應(yīng)用需要，對數(shù)據(jù)的格式要進(jìn)行轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之間的轉(zhuǎn)換，而數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之間的轉(zhuǎn)化又包括同一數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不同組織形式間的轉(zhuǎn)換和不同數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)間的轉(zhuǎn)換。其中，不同數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)間的轉(zhuǎn)換主要包括矢量到柵格數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和柵格到矢量數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。圖4.19數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換工具424.2.1數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換地理信息系統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)主要有柵格結(jié)構(gòu)和矢量結(jié)構(gòu)，這兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是模擬地理信息的兩種不同的方法。在地理信息系統(tǒng)中柵格數(shù)據(jù)與矢量數(shù)據(jù)各具特點與適用性，為了在一個系統(tǒng)中可以兼容這兩種數(shù)據(jù)，以便有利于進(jìn)一步的分析處理，常常需要實現(xiàn)兩種結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換。431.柵格數(shù)據(jù)向矢量數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換柵格向矢量轉(zhuǎn)換處理的目的，是為了將柵格數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，通過矢量繪圖裝置輸出，或者為了數(shù)據(jù)壓縮的需要，將大量的面狀柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為由少量數(shù)據(jù)表示的多邊形邊界，但是主要目的是為了能將自動掃描儀獲取的柵格數(shù)據(jù)加入矢量形式的數(shù)據(jù)庫。由柵格數(shù)據(jù)可以轉(zhuǎn)換為3種不同的矢量數(shù)據(jù)，分為點狀、線狀和面狀的矢量數(shù)據(jù)。但轉(zhuǎn)換操作大同小異，例如利用ConversionTools工具箱，F(xiàn)romRaster工具集中的RastertoPolygon命令，可將柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成面狀矢量數(shù)據(jù)。4.2.1數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換44數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)間轉(zhuǎn)換柵格轉(zhuǎn)矢量多邊形、點，線矢量轉(zhuǎn)柵格多邊形、點，線45圖4.21RastertoPolygon的圖解表達(dá)圖4.20RastertoPolygon對話框4.2.1數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換462.矢量數(shù)據(jù)向柵格數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換

矢量數(shù)據(jù)直接用于多種數(shù)據(jù)的復(fù)合分析等處理將比較復(fù)雜，特別是不同數(shù)據(jù)要在位置上一一配準(zhǔn)，尋找交點并進(jìn)行分析。相比之下利用柵格數(shù)據(jù)模式進(jìn)行處理則容易得多。加之土地覆蓋和土地利用等數(shù)據(jù)常常從遙感圖像中獲得，這些數(shù)據(jù)都是柵格數(shù)據(jù)，因此矢量數(shù)據(jù)與它們的疊置復(fù)合分析更需要把其從矢量數(shù)據(jù)的形式轉(zhuǎn)變?yōu)闁鸥駭?shù)據(jù)的形式。利用ConversionTools工具箱，ToRaster工具集中的FeaturetoRaster命令，可將矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成柵格數(shù)據(jù)。4.2.1數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換47圖4.23FeaturetoRaster圖解表達(dá)圖4.22FeaturetoRaster對話框4.2.1數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換484.2.2數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換基于文件的空間數(shù)據(jù)類型包括對多種GIS數(shù)據(jù)格式的支持，如coverage，shapefile，grid，image和TIN。Geodatabase數(shù)據(jù)模型也可以在數(shù)據(jù)庫中管理同樣的空間數(shù)據(jù)類型。基于文件的空間數(shù)據(jù)基于數(shù)據(jù)庫的空間數(shù)據(jù)CoveragesOracleShapefilesOraclewithSpatialGridsDB2withitsSpatialTypeTINsInformixwithitsSpatialTypeImages（各種格式的）SQLServerVectorProductFormat(VPF)filesPersonalGeodatabases（微軟的Access）CAD文件表（各種格式的）表1ArcGIS中的數(shù)據(jù)類型494.2.2數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換1.CAD數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換

CAD數(shù)據(jù)是一種常用的數(shù)據(jù)類型，例如大多數(shù)的工程圖、規(guī)劃圖都是CAD格式。ArcGIS中的要素類，Shapefile數(shù)據(jù)可以轉(zhuǎn)換成CAD數(shù)據(jù)，CAD數(shù)據(jù)也可以轉(zhuǎn)換成要素類和地理數(shù)據(jù)庫。504.2.2數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換（1）數(shù)據(jù)輸出CAD格式：將要素類或者要素層轉(zhuǎn)換成CAD數(shù)據(jù)?？衫肅onversionTools工具箱，ToCAD工具集中的ExporttoCAD命令。圖4.24ExporttoCAD對話框514.2.2數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換（2）CAD的輸入轉(zhuǎn)換：將CAD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成要素類和數(shù)據(jù)表?？衫肅onversionTools工具箱，ToGeodatabase工具集中的ImportfromCAD命令。圖4.25ImporttoCAD對話框524.2.2數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換2柵格數(shù)據(jù)與ASCII文件之間的轉(zhuǎn)換（1）柵格數(shù)據(jù)向ASCII文件的轉(zhuǎn)換利用ConversionTools工具箱，F(xiàn)romRaster工具集中的RastertoASCII命令，可實現(xiàn)由柵格數(shù)據(jù)向ASCII文件的轉(zhuǎn)換。圖4.26RastertoASCII對話框534.2.2數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換（2）ASCII文件向柵格數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換利用ConversionTools工具箱，ToRaster工具集，中的ASCIItoRaster命令，可實現(xiàn)由ASCII文件向柵格數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。圖4.27ASCIItoRaster對話框54數(shù)據(jù)格式間轉(zhuǎn)換大部分時候數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換存在數(shù)據(jù)屬性的丟失554.3數(shù)據(jù)處理4.3.1數(shù)據(jù)裁切4.3.2數(shù)據(jù)拼接4.3.3數(shù)據(jù)提取564.3數(shù)據(jù)處理

4.3.1數(shù)據(jù)裁切數(shù)據(jù)裁切是從整個空間數(shù)據(jù)中裁切出部分區(qū)域，以便獲取真正需要的數(shù)據(jù)作為研究區(qū)域，減少不必要數(shù)據(jù)參與運算。

1矢量數(shù)據(jù)的裁切：可利用AnalysisTools工具箱，Extract工具集中的Clip命令

圖4.29Clip的圖解表達(dá)+圖4.28Clip對話框57數(shù)據(jù)裁切---矢量裁切后的輸出路徑被裁切圖層，可以是點，線，面圖層面圖層584.3數(shù)據(jù)處理2柵格數(shù)據(jù)的裁切柵格數(shù)據(jù)的裁切有多種方法，例如用圓形、點、多邊形、矩形，以及用已存在的數(shù)據(jù)進(jìn)行裁切。其中最常用的方法是利用已存在的柵格或矢量數(shù)據(jù)裁切柵格數(shù)據(jù)?？衫肧patialAnalystTools工具箱，Extraction工具集中的ExtractbyMask命令。圖4.31ExtractbyMask的圖解表達(dá)圖4.30ExtractbyMask對話框59數(shù)據(jù)裁切---柵格以任意形狀或者是現(xiàn)有的矢量、柵格數(shù)據(jù)裁切柵格數(shù)據(jù)。裁切后的輸出路徑注意：此功能必須激活空間分析模塊：tools-extension-空間分析打鉤60