實驗八空間數(shù)據(jù)投影變換

實驗八空間數(shù)據(jù)投影變換第1頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四一、實驗?zāi)康呐c要求

1．掌握圖框生成和坐標(biāo)換算方法。

2．掌握用戶數(shù)據(jù)投影變換方法。

3．掌握圖形投影變換方法。第2頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四二、實驗準(zhǔn)備1．實驗數(shù)據(jù)：本實驗數(shù)據(jù)保存于文件夾Exercise-08中。2．預(yù)備知識：地圖投影的基本原理和方法，特別應(yīng)復(fù)習(xí)高斯—克呂格投影的相關(guān)知識。第3頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四

投影基礎(chǔ)知識地圖投影的基本問題：

地圖投影是如何將地球橢球面表示在地圖平面上，由于地球橢球面或圓球面是不可展開的曲面，即不可能展開成平面，而地圖又必須是一個平面，所以需要將地球橢球面上的點投影到平面上，不同的投影方法，形成不同的投影坐標(biāo)。第4頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四

投影基礎(chǔ)知識——投影投影：

就是建立地球橢球面上點（λ，φ

）和平面上的點（ｘ，ｙ）之間的函數(shù)關(guān)系式的過程；第5頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四投影的實質(zhì)第6頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四投影基礎(chǔ)知識——投影變形將不可展的地球橢球面展開成平面，并且不能有斷裂，則圖形必將在某些地方被拉伸，某些地方被壓縮，故投影變形是不可避免的。長度變形面積變形角度變形第7頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四地圖投影變形的圖解示例

（摩爾維特投影－等積偽圓柱投影）第8頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四地圖投影變形的圖解示例

（UTM－橫軸等角割圓柱投影）第9頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四

投影基礎(chǔ)知識地圖投影的分類：

⑴、按地圖投影的構(gòu)成方法分：

a、幾何投影：①、方位投影（見下一頁示意圖）②、圓柱投影（見下一頁示意圖）③、圓錐投影（見下一頁示意圖）

b、非幾何投影：用數(shù)學(xué)解析方法，求出投影公式，確定平面和球面之間點與點間的函數(shù)關(guān)系；（2）、按地圖投影的變形性質(zhì)分：

a、等角投影

b、等積投影

c、任意投影第10頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四正、橫、斜軸方位投影正、橫、斜軸圓柱投影正、橫、斜軸圓錐投影正軸投影經(jīng)緯線形狀第11頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四

投影基礎(chǔ)知識——投影變換投影變換：就是將不同的地圖投影函數(shù)關(guān)系式變換的過程；MAPGIS中的投影變換的定義：將當(dāng)前地圖投影坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為另一種投影坐標(biāo)，它包括坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換、不同投影系之間的變換以及同一投影系下不同坐標(biāo)的變換等多種變換；第12頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四地理坐標(biāo)系用經(jīng)（λ）緯度（φ）表示，記作M（λ，φ

）

投影基礎(chǔ)知識——坐標(biāo)系第13頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四平面坐標(biāo)系通過投影方式將橢球面投影到平面上。由曲變平平面直角坐標(biāo)系采用直角坐標(biāo)(笛卡爾坐標(biāo))來確定地面點的平面位置?？梢酝ㄟ^投影將地理坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成平面坐標(biāo)。

投影基礎(chǔ)知識——坐標(biāo)系第14頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四

投影基礎(chǔ)知識——坐標(biāo)系北京54坐標(biāo)系：

解放后，為建立我國天文大地網(wǎng)，鑒于當(dāng)時歷史條件，在東北黑龍江邊境上同蘇聯(lián)大地網(wǎng)聯(lián)測，推算出其坐標(biāo)作為我國天文大地網(wǎng)的起算數(shù)據(jù)；隨后，通過鎖網(wǎng)的大地坐標(biāo)計算，推算出北京點的坐標(biāo)，并定名為1954年北京坐標(biāo)系。因此，1954年北京坐標(biāo)系是蘇聯(lián)1942年坐標(biāo)系的延伸，其原點不在北京，而在蘇聯(lián)普爾科沃。該坐標(biāo)系采用克拉索夫斯基橢球作為參考橢球，高程系統(tǒng)采用正常高，以1956年黃海平均海水面為基準(zhǔn)；

缺點：誤差累計較大、參考橢球和國際不一致；西安80坐標(biāo)系：

1978年4月召開的“全國天文大地網(wǎng)平差會議”上決定建立我國新的坐標(biāo)系，稱為1980年國家大地坐標(biāo)系。其大地原點設(shè)在西安西北的永樂鎮(zhèn)，簡稱西安原點。橢球參數(shù)選用1975年國際大地測量與地球物理聯(lián)合會第16界大會的推薦值。簡稱IUUG-75地球橢球參數(shù)或IAG-75地球橢球；第15頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四

投影基礎(chǔ)知識——高斯投影?

由德國數(shù)學(xué)家高斯提出，后經(jīng)克呂格擴充并推導(dǎo)出計算公式，故稱為高斯-克呂格投影，簡稱高斯投影，為了控制變形，本投影采用分帶的方法。6度分帶從格林威治零度經(jīng)線起，每6度分為一個投影帶，全球共分為60個投影帶；3度分帶法從東經(jīng)1度30分算起，每3度為一帶。這樣分帶的方法在于使6度帶的中央經(jīng)線均為3度帶的中央經(jīng)線；我國1:2.5-1:50萬地形圖均采用6度分帶；1:1萬及更大比例尺地形圖采用3度分帶；第16頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四

高斯投影采用分帶投影。將橢球面按一定經(jīng)差分帶，分別進行投影。NSc中央子午線赤道高斯投影平面赤道中央子午線高斯—克呂格投影第17頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四赤道中央子午線平行圈子午線Oxy高斯投影的特性（等角橫切橢圓柱投影）中央子午線投影后為直線，且長度不變。除中央子午線外，其余子午線的投影均為凹向中央子午線的曲線，并以中央子午線為對稱軸。投影后有長度變形。赤道線投影后為直線，但有長度變形。第18頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四赤道中央子午線平行圈子午線Oxy高斯投影的特性除赤道外的其余緯線，投影后為凸向赤道的曲線，并以赤道為對稱軸。經(jīng)線與緯線投影后仍然保持正交，其他角度投影后也保持不變。所有長度變形的線段，其長度變形比均大于l。離中央子午線愈遠(yuǎn)，長度變形愈大。第19頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四高斯投影帶劃分我國規(guī)定按經(jīng)差6°和3°進行投影分帶。6°帶格林威治零度經(jīng)線開始，按6°的經(jīng)差自西向東分成60個帶。3°帶自1.5°開始，按3°的經(jīng)差自西向東分成120個帶。高斯投影——投影帶的劃分第20頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四高斯投影——投影帶的劃分6°帶與3°帶中央經(jīng)線之間的關(guān)系如圖:這樣分帶的方法在于3°帶中央經(jīng)線在奇數(shù)帶時與6°帶中央經(jīng)線重合；偶數(shù)為6°帶分帶經(jīng)線第21頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四高斯投影——投影帶的劃分6°帶與3°帶中央經(jīng)線之間的關(guān)系如圖: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，使用時只需變一個帶號即可；第22頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四高斯投影——投影帶的劃分6°帶與3°帶中央經(jīng)線之間的關(guān)系如圖:1:2.5-1:50萬的地形圖均采用6°分帶1:1萬及更大比例尺地形圖采用3°分帶第23頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四第24頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四MAPGIS投影變換為滿足不同的投影方法實現(xiàn)不同圖件的需要，在進行圖形數(shù)據(jù)處理中很可能要從一個地圖投影坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到另一個投影坐標(biāo)系統(tǒng)，MAPGIS投影變換是為實現(xiàn)這一功能服務(wù)的，該系統(tǒng)共提供了20種不同投影間的相互轉(zhuǎn)換及經(jīng)緯網(wǎng)生成功能。第25頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四三、實驗步驟與內(nèi)容1．?dāng)?shù)據(jù)準(zhǔn)備 將實驗數(shù)據(jù)復(fù)制，粘貼至各自文件夾內(nèi)。啟動MAPGIS主程序。在主菜單界面中，點擊參數(shù)按鈕，在彈出的對話框中，設(shè)置工作目錄最終指向Exercise-08（盤符依據(jù)各人具體情況設(shè)置）。第26頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四三、實驗步驟與內(nèi)容2．標(biāo)準(zhǔn)圖框生成 執(zhí)行如下命令：實用服務(wù)投影變換系列標(biāo)準(zhǔn)圖框生成1：10萬圖框（或者點擊圖框工具欄中的10按鈕）。第27頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四三、實驗步驟與內(nèi)容第28頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四三、實驗步驟與內(nèi)容第29頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四三、實驗步驟與內(nèi)容第30頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四三、實驗步驟與內(nèi)容3．非標(biāo)準(zhǔn)圖框生成 執(zhí)行如下命令：系列標(biāo)準(zhǔn)圖框生成1：1000圖框（或者點擊圖框工具欄中的1000千按鈕）。第31頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四三、實驗步驟與內(nèi)容第32頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四三、實驗步驟與內(nèi)容4．單點數(shù)據(jù)投影變換 執(zhí)行如下命令：投影轉(zhuǎn)換輸入單點投影轉(zhuǎn)換。第33頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四三、實驗步驟與內(nèi)容第34頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四三、實驗步驟與內(nèi)容第35頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四三、實驗步驟與內(nèi)容第36頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四三、實驗步驟與內(nèi)容第37頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四三、實驗步驟與內(nèi)容依據(jù)上述方法，完成下表空白單元格坐標(biāo)值的輸入。原始數(shù)據(jù)投影結(jié)果說明103°25′00″E25°30′00″N轉(zhuǎn)換為6度帶平面直角坐標(biāo)Y=17460kmX=2758km轉(zhuǎn)換為地理坐標(biāo)，直角平面坐標(biāo)為6度帶坐標(biāo)Y=17460kmX=2758km轉(zhuǎn)換為3度帶平面直角坐標(biāo)Y=35580kmX=3460km轉(zhuǎn)換為地理坐標(biāo)，直角平面坐標(biāo)為3度帶坐標(biāo)第38頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四高斯投影——投影帶的計算6°帶中央經(jīng)線經(jīng)度:L0=6°N-3°某點大地經(jīng)度為L，該點6°帶帶號：N=[L/6](取整數(shù))+13°帶中央經(jīng)線經(jīng)度:L0=3°n式中n為3°帶帶號第39頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四高斯投影我國幅員遼闊，南從北緯4°，北至北緯54°，西從東經(jīng)75°，東至東經(jīng)135°。中央經(jīng)度從75°起共計11個六度帶，21個3度帶。第40頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四高斯投影由于我國領(lǐng)土全部位于赤道以北，因此x值為正值，y值有正有負(fù)。Oxy500km為使y坐標(biāo)為正，講坐標(biāo)軸西移500km，并在坐標(biāo)前冠以代號。m點m的坐標(biāo)：Xm=4346216.985mYm=19634527.165m其中19表示第19帶xO第41頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四三、實驗步驟與內(nèi)容5．空間數(shù)據(jù)投影變換

5.1．?dāng)?shù)據(jù)加載 執(zhí)行如下命令：文件打開文件，加載投影變換所需數(shù)據(jù)。第42頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四三、實驗步驟與內(nèi)容第43頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四三、實驗步驟與內(nèi)容5.2．采集控制點 執(zhí)行如下命令：投影變換MAPGIS文件投影選擇點文件，選擇控制點數(shù)據(jù)文件。第44頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四三、實驗步驟與內(nèi)容第45頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四三、實驗步驟與內(nèi)容在視圖窗口點擊鼠標(biāo)右鍵，選擇復(fù)位窗口命令。第46頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四三、實驗步驟與內(nèi)容執(zhí)行如下命令：投影變換當(dāng)前文件TIC點輸入TIC點，輸入TIC點信息，在窗口中按順時針或逆時針方向依次采集四個控制點。第47頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四三、實驗步驟與內(nèi)容第48頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四三、實驗步驟與內(nèi)容第49頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四三、實驗步驟與內(nèi)容第50頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四三、實驗步驟與內(nèi)容第51頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四三、實驗步驟與內(nèi)容5.3．拷貝控制點信息 執(zhí)行如下命令：投影變換當(dāng)前文件TIC點瀏覽編輯TIC點，檢查所采集的TIC點的信息是否有誤。第52頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四三、實驗步驟與內(nèi)容第53頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四三、實驗步驟與內(nèi)容執(zhí)行如下命令：投影變換文件間拷貝TIC點輸入TIC點，將所采集的控制點信息拷貝給其他文件。第54頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四三、實驗步驟與內(nèi)容第55頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四三、實驗步驟與內(nèi)容 5.4．投影變換 執(zhí)行如下命令：投影變換進行投影變換，完成圖形的投影變換。第56頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四三、實驗步驟與內(nèi)容第57頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四三、實驗步驟與內(nèi)容第58頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四三、實驗步驟與內(nèi)容第59頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四三、實驗步驟與內(nèi)容第60頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四三、實驗步驟與內(nèi)容第61頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四三、實驗步驟與內(nèi)容執(zhí)行如下命令：文件另存文件，將投影變換的結(jié)果文件換名保存。第62頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四三、實驗步驟與內(nèi)容第63頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四三、實驗步驟與內(nèi)容第64頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四三、實驗步驟與內(nèi)容執(zhí)行如下命令：投影變換文件間拷貝投影參數(shù)，將投影變換的結(jié)果文件換名保存。第65頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四三、實驗步驟與內(nèi)容第66頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四三、實驗步驟與內(nèi)容執(zhí)行如下命令：投影變換