實驗3、影像配準(zhǔn)及矢量化

實驗3、影像配準(zhǔn)及矢量化一、實驗?zāi)康睦糜跋衽錅?zhǔn)(Georeferencing)工具進(jìn)行影像數(shù)據(jù)的地理配準(zhǔn)。編輯器的使用〔點要素、線要素、多邊形要素的數(shù)字化〕。注意：在基于ArcMap的操作過程中請注意保存地圖文檔。二、實驗準(zhǔn)備根本概念：1)地圖—Map(ArcMapdocument)在ArcGIS中，一個地圖存儲了數(shù)據(jù)源的表達(dá)方式(地圖，圖表,表格)以及空間參考。在ArcMap中保存一個地圖時，ArcMap將創(chuàng)立與數(shù)據(jù)的鏈接，并把這些鏈接與具體的表達(dá)方式保存起來。當(dāng)翻開一個地圖時，它會檢查數(shù)據(jù)鏈接，并且用存儲的表達(dá)方式顯示數(shù)據(jù)。一個保存的地圖并不真正存儲顯示的空間數(shù)據(jù)！2)數(shù)據(jù)框架—DataFrame在“NewMapFile(新建地圖)〞操作中，系統(tǒng)自動創(chuàng)立了一個名稱為“Layers〞的數(shù)據(jù)框架。在ArcMap中，一個數(shù)據(jù)框架顯示統(tǒng)一地理區(qū)域的多層信息。一個地圖中可以包含多個數(shù)據(jù)框架，同時一個數(shù)據(jù)框架中可以包含多個圖層。例如，一個數(shù)據(jù)框架包含中國的行政區(qū)域等信息，另一個數(shù)據(jù)框架表示中國在世界的位置。但在數(shù)據(jù)操作時，只能有一個數(shù)據(jù)框架處于活動狀態(tài)。在DataView只能顯示當(dāng)前活動的數(shù)據(jù)框架，而在LayoutView可以同時顯示多個數(shù)據(jù)框架，而且它們在版面布局也是可以任意調(diào)整的。3〕數(shù)據(jù)層ArcMap可以將多種數(shù)據(jù)類型作為數(shù)據(jù)層進(jìn)行加載，諸如AutoCAD矢量數(shù)據(jù)DWG，ArcGIS的矢量數(shù)據(jù)Coverage、GeoDatabase、TIN和柵格數(shù)據(jù)GRID，ArcView的矢量數(shù)據(jù)ShapeFile，ERDAS的柵格數(shù)據(jù)ImageFile，USDS的柵格數(shù)據(jù)DEM等。注意：Coverage不能直接編輯，要編輯需要將Coverage轉(zhuǎn)換成ShapeFile。軟件準(zhǔn)備：ArcGISDesktop---ArcMap實驗數(shù)據(jù)：海燕鄉(xiāng)土地利用現(xiàn)狀圖.jpg，在發(fā)送的壓縮包“Exec03〞中可以找到。三、實驗內(nèi)容及步驟第1步地形圖的配準(zhǔn)——加載數(shù)據(jù)和影像配準(zhǔn)工具所有圖件掃描后都必須經(jīng)過掃描配準(zhǔn)，對掃描后的柵格圖進(jìn)行檢查，以確保矢量化工作順利進(jìn)行。翻開ArcMap，添加“Georeferencing〔影像配準(zhǔn)〕〞工具欄。把需要進(jìn)行配準(zhǔn)的影像“海燕鄉(xiāng)土地利用現(xiàn)狀圖.jpg〞增加到ArcMap中，會發(fā)現(xiàn)“Georeferencing〞工具欄中的工具被激活。首先將Georeferncing工具條Georeferncing菜單下AutoAdjust不選擇。第2步輸入控制點在配準(zhǔn)中我們需要知道一些特殊點的坐標(biāo)。通過讀圖，我們可以得到一些控件點――公里網(wǎng)格的交點或經(jīng)緯線網(wǎng)格的交點，我們可以從圖中均勻的取幾個點。一般在實際中，這些點應(yīng)該能夠均勻分布。在“Georeferencing〞工具欄上，點擊“AddControlPoints(添加控制點)〞按鈕。使用該工具在掃描圖上精確到找一個控制點點擊，然后鼠標(biāo)右擊輸入該點實際的坐標(biāo)位置，如下列圖所示：用相同的方法，在影像上增加多個控制點〔一般是4個〕，輸入它們的實際坐標(biāo)。點擊“Georeferencing〞工具欄上的“ViewLinkTable(查看鏈接表)〞按鈕。注意：在鏈接表對話框中點擊“Save…〞按鈕，可以將當(dāng)前的控制點保存為磁盤上的文件，以備使用。檢查控制點的Residual(殘差)和RMS(均方差)。如果某點殘差特別大，需刪除并重新選取控制點。轉(zhuǎn)換方式設(shè)定為“1stOrderPolynomial〔或仿射〕〞。因為目前我們只用了四個控制點，ArcGIS只能執(zhí)行一個1stOrderPolynomial(affine)〔二次或仿射變換〕。第3步設(shè)定數(shù)據(jù)框的屬性增加所有控制點，并檢查均方差〔RMS〕后，在“Georeferencing〞菜單下，點擊“UpdateDisplay(更新顯示)〞。執(zhí)行菜單命令“View〞－“DataFrameProperties(數(shù)據(jù)框?qū)傩?〞，設(shè)定數(shù)據(jù)框?qū)傩?。在“General(常規(guī))〞選項頁中，將地圖顯示單位設(shè)置為“Meters(米)〞預(yù)定義_ProjectedCoordinateSystem_GaussKruger_Xian1980預(yù)定義_ProjectedCoordinateSystem_GaussKruger_Xian1980在“CoordinateSystem〞選項頁中，設(shè)定數(shù)據(jù)框的坐標(biāo)系統(tǒng)為“Xian1980GKCM111E〞〔西安80投影坐標(biāo)系，6度分帶，中央經(jīng)線在東經(jīng)111度，橫坐標(biāo)前不加帶號〕，與待矢量化的影像圖的坐標(biāo)系一致。由于我們的影像圖是二手資料，確切的地理坐標(biāo)參數(shù)沒方法獲取，只能根據(jù)坐標(biāo)換算得到的地理坐標(biāo)范圍〔大約北緯20°13′－20°17′，東經(jīng)110°34′－110°38′〕進(jìn)行推斷其中央經(jīng)線為111°，坐標(biāo)系統(tǒng)因為是2003年左右制作地圖轉(zhuǎn)換而來的影像圖，一般用的是西安80坐標(biāo)系統(tǒng)。更新后，就變成真實的坐標(biāo)。第4步矯正并重采樣?xùn)鸥裆尚碌臇鸥裎募凇癎eoreferencing〞菜單下，點擊“Rectify(矯正)〞，翻開Saveas對話框，將更新后的影像另存。其中參數(shù)CellSize選擇與更新前相同，ResampleType(重采樣方法)有3種：NearestNeighbor(最近鄰法)、BilinearInterpolation(雙線性內(nèi)插法)和CubicConvolution(立方卷積法)，一般對柵格地圖來說采用最近鄰法為好。在OutputLocation中指明輸出圖像存儲路徑，Name中輸入名稱“海燕鄉(xiāng)土地利用現(xiàn)狀圖5〞，F(xiàn)ormat采用JPG格式。輸出圖像中保存了配準(zhǔn)信息。后面我們的數(shù)字化工作是對這個配準(zhǔn)和重新采樣后的影像“海燕鄉(xiāng)土地利用現(xiàn)狀圖5〞進(jìn)行操作。在數(shù)字化之前，我們需要建立一些數(shù)據(jù)層來存儲從影像上提取的要素信息，下面介紹在ArcCatalog中如何新建數(shù)據(jù)層？第5步在ArcCatalog新建數(shù)據(jù)層該數(shù)據(jù)采用的是西安80坐標(biāo)系統(tǒng)、6度分帶。翻開ArcCatalog。在指定目錄鼠標(biāo)右擊，在“New〞中，選擇“Shapefile…〞，如下列圖：輸入數(shù)據(jù)層Name，如“行政界線〞，選擇要素類型，如Polyline，點按鈕“Edit…〞選擇空間參照系。在“SpatialReferenceProperties(空間參考屬性)〞對話框中選擇適宜的坐標(biāo)系統(tǒng)，點擊“Select〞按鈕。在(ProjectedCoordinateSystems目錄下，選擇GaussKruger--Xian1980--Xian1980GKCM111E.prj)。點擊“Add〞，現(xiàn)在這些坐標(biāo)系統(tǒng)信息應(yīng)該如下列圖所示：點擊“確定〞，再按“OK〞。這樣，我們就創(chuàng)立了一個線狀要素的數(shù)據(jù)層。注意：上面我們只是介紹了土地利用現(xiàn)狀要素中線要素“地類界線〞的建立方法，點、面要素的建立方法類似。第6步以海燕鄉(xiāng)土地利用現(xiàn)狀圖為背景，進(jìn)行分層數(shù)字化關(guān)于數(shù)據(jù)分層：由于一幅土地利用現(xiàn)狀圖包含的要素有許多〔如地類圖斑、行政界線、鐵路、公路、單線河流等等〕，因此在通過數(shù)字化提取相應(yīng)信息之前我們要對地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理——分層。一般存儲以上要素的圖層有三個：地類圖斑〔面〕、行政界線〔線〕、線狀地物〔線〕。不過，為了使地圖上所有的線劃要素均只數(shù)字化一次，數(shù)字化過程不直接構(gòu)面〔當(dāng)然Arcmap中可以直接構(gòu)面〕，而是先將現(xiàn)狀圖上所有的線要素數(shù)字化，這個過程就要考慮數(shù)據(jù)分層，根據(jù)上面的分析我們可分為如下三個圖層：行政界線〔XZJX〕、線狀地物〔XZDW〕、地類界線〔DLJX〕。以上三層線要素數(shù)字化完后，再利用XZJX、XZDW及DLJX層構(gòu)面，就得到面要素“地類圖斑〞。關(guān)于數(shù)字化的順序：剛剛前面提到：地圖上所有的線劃要素均只數(shù)字化一次，如何實現(xiàn)呢？實際上在數(shù)字化之前，我們先確定好采集要素的順序，即可做到地圖上所有的線劃要素均只數(shù)字化一次。數(shù)字化的順序是先采集行政界線、然后線狀地物〔道路、單線河〕、最后再地類界線。注意：跟蹤時要保證線的交點處盡量閉合或相交，目的是保證線構(gòu)面時候的成功率。關(guān)于數(shù)字化的步驟：翻開ArcMap中，將已配準(zhǔn)的影像“海燕鄉(xiāng)土地利用現(xiàn)狀圖5〞和新建的線要素“行政界線〞參加數(shù)據(jù)框中。在主菜單中選擇“File-AddData…〞，或者在standard工具條中選擇，按住shift鍵，選擇“海燕鄉(xiāng)土地利用現(xiàn)狀圖5.JPG〞、“行政界線.shp〞，得到結(jié)果如圖：注意：在ArcMap中，創(chuàng)立新地圖并向其中加載數(shù)據(jù)層時，第1個被加載的數(shù)據(jù)層的坐標(biāo)系統(tǒng)就作為該數(shù)據(jù)組默認(rèn)的坐標(biāo)系統(tǒng)，隨后加載的數(shù)據(jù)層，無論其坐標(biāo)系統(tǒng)如何，只要含有坐標(biāo)信息，滿足坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的需要，都將被自動的轉(zhuǎn)換成該數(shù)據(jù)組的坐標(biāo)系統(tǒng)。當(dāng)然，這種轉(zhuǎn)換不影響數(shù)據(jù)層所對應(yīng)的數(shù)據(jù)文件本身。在開始矢量化之前，保存一個地圖文檔Exec03.mxd，這樣每次開始矢量化之前只需雙擊“Exec03.mxd〞，即可翻開ArcMap及工作數(shù)據(jù)。選取“Editor〞，翻開編輯工具欄，如圖：選取數(shù)據(jù)層“行政界線〞，按Editor的下拉鍵，點取“StartEditing〞，利用編輯工具中的“Sketchtool〞，就可數(shù)字化行政要素的邊界線。前面講過，線的交點處要注意盡量閉合或相交，目的是保證線構(gòu)面時候的成功率。下面介紹線相交的技巧：線的起始點應(yīng)盡量跨越已經(jīng)畫好的線要素，如下列圖。比方地類界線數(shù)字化應(yīng)該這樣操作。起始點起始點下面介紹線閉合的技巧〔進(jìn)行捕捉環(huán)境設(shè)置即可〕：線閉合可通過直接捕捉已經(jīng)存在要素的結(jié)點、終點、邊線來實現(xiàn)。具體操作方法：在editor下拉菜單項選擇擇“StartEditing〞〔如果已經(jīng)有圖層處于編輯狀態(tài)，那么可不進(jìn)行上述操作〕，然后在editor下拉菜單項選擇擇“snapping〞，翻開SnappingEnvironment對話框，如下：在SnappingEnvironment對話框的上部列表中設(shè)置數(shù)據(jù)層抓點特性：可以設(shè)置抓取結(jié)點、終點、邊線；下部列表中編輯草圖的三個鉤都選上，如上圖，在對圖層XZJX進(jìn)行編輯時，會自動捕捉頂點〔vertex〕、邊〔edge〕和終點〔end〕。添加要素的屬性項。點取要加要素的數(shù)據(jù)層，如“行政界線〞，點右鍵，“OpenAttributeTable〞,出現(xiàn)屬性表，再按“Option〞中的“AddField〞,可增加所需的屬性項，在Name中輸入“界線類型〞，在Type中選“Text〞，Length設(shè)為20〔10個中文字符長〕，用來存儲各類行政界線的名稱。如下列圖：刪除屬性項，鼠標(biāo)放在屬性項上，點右鍵，出現(xiàn)下拉菜單，點“DeleteField〞。注意：當(dāng)數(shù)據(jù)層處于圖形編輯(StartEditing)狀況下，“AddField〞變灰,不可用。增加屬性值，設(shè)置數(shù)據(jù)層處于編輯狀況，按Editor的下拉鍵，點取“StartEditing〞。點EditTool，選取某要素，點右鍵，出現(xiàn)下拉菜單，點“Attribute…〞，如下左圖。進(jìn)入屬性編輯窗口，如下列圖，即可輸入或修改屬性值。注意：并不是所有數(shù)字化采集的線要素都要增加屬性字段、賦屬性值，只有行政界線和線狀地物需要。而地類界線是用于構(gòu)面的，其線要素不用賦屬性，而是在構(gòu)好面之后，再對各個地類圖斑面進(jìn)行賦屬性。四、實驗要求1、將本實驗的工作過程做成書面報告，期末時與后面幾個要求交實驗報告的實驗合在一起提交一份實驗報告；2、本實驗要做的工作：〔1〕將提供的柵格圖像〔含地理坐標(biāo)和投影坐標(biāo)信息〕進(jìn)行配準(zhǔn)，導(dǎo)出一張新圖像；〔2〕將土地利用現(xiàn)狀要素進(jìn)行