實驗一：小比例尺地圖數(shù)字化

1、實習(xí)一：小比例尺地圖數(shù)字化一、目的1. 掌握地圖掃描矢量化的基本原理與方法；2. 了解ArcMAP、ArcCatalog的主要功能。二、實驗準(zhǔn)備1. 軟件準(zhǔn)備ArcGIS 9.32. 資料準(zhǔn)備數(shù)字化底圖： china.tiffchina.tiff根據(jù)該掃描圖右下角圖例可知，它是根據(jù)中國地圖出版社1989年出版的1：400萬中華人民共和國地形圖繪制。3. 預(yù)備知識我國的各種地理信息系統(tǒng)中都采用了與我國基本比例尺地形圖系列一致的地圖投影系統(tǒng)，這就是比例大于等于1：500 000時采用高斯一克呂格投影，1：1 000 000時采用正軸等角割圓錐投影。這種坐標(biāo)系統(tǒng)的配置與設(shè)計是因為以下原因。（1）我國

2、基本比例尺地形圖（1：5 000，1：10000，1：25 000，1：50 000，1：100000，1：250 000，1：500 000和1：1 000 000）中大于等于1：500 000的圖均采用高斯一克呂格投影為地理基礎(chǔ)。（2）我國1：1 000 000地形圖采用正軸等角割圓錐投影，其分幅與國際百萬分之一所采用的分幅一致。（3）我國大部分省區(qū)圖多采用正軸等角割圓錐投影和屬于同一投影系統(tǒng)的正軸等面積割圓錐投影。（4）正軸等角圓錐投影中，地球表面上兩點間的最短距離（即大圓航線）表現(xiàn)為近于直線，這有利于地理信息系統(tǒng)中空間分析和信息量度的正確實施。因此，我國地理信息系統(tǒng)中采用高斯一克呂格投

3、影和正軸等角圓錐投影既適合我國的國情，也符合國際上通行的標(biāo)準(zhǔn)。（5）阿爾伯斯雙標(biāo)準(zhǔn)緯線多圓錐投影（正軸等角圓錐投影）我國新編的1：1 000 000地圖采用雙標(biāo)準(zhǔn)緯線正軸等角圓錐投影，即圓錐面與橢球面相割的兩條緯線圈，稱之為標(biāo)準(zhǔn)緯線（）。因此緯線的緯線長度比，根據(jù)上述條件可求得：其中：為圓錐系數(shù)，為積分常數(shù)，為兩條割線的半徑，有了和，便可以計算出雙標(biāo)準(zhǔn)緯線正軸等角圓錐投影經(jīng)緯線交點的平面直角坐標(biāo)及變形值。阿爾伯斯雙標(biāo)準(zhǔn)緯線多圓錐（Albers Equal Area Conic）投影，也稱正軸等面積割圓錐投影，由亞爾勃斯（Albers）于1805年創(chuàng)設(shè)。在我國有兩套參數(shù)，即中央經(jīng)線105E和中央

4、經(jīng)線112E，雙標(biāo)準(zhǔn)緯線都是北緯25、47，兩條標(biāo)準(zhǔn)緯線上長度比等于1，兩條標(biāo)準(zhǔn)緯線以外緯線的長度比大于1，兩條標(biāo)準(zhǔn)緯線之內(nèi)緯線的長度比小于1。與采用單標(biāo)準(zhǔn)緯線相切比較，采用雙標(biāo)準(zhǔn)緯線其投影變形小而均勻，我國一般都選擇投影參數(shù)為：中央經(jīng)線：東經(jīng)105；南標(biāo)準(zhǔn)緯線：北緯25；北標(biāo)準(zhǔn)緯線：北緯47；橢球體：Krasovsky（克拉索夫斯基橢球體）；坐標(biāo)系起始緯度：0；縱坐標(biāo)西移：3 000 000 m；橫坐標(biāo)偏移：0 m。在實際選擇的過程中，中央經(jīng)線的不同會導(dǎo)致變形位置的不同，應(yīng)用時應(yīng)根據(jù)區(qū)域不同進行選擇。當(dāng)我們用ACDSee軟件打開該掃描圖，發(fā)現(xiàn)其中央經(jīng)線為：東經(jīng)110，在其它投影教科書上也有采

5、用南標(biāo)準(zhǔn)緯線：北緯25，北標(biāo)準(zhǔn)緯線：北緯45的。根據(jù)本次實驗采用的地圖，擬選用中央經(jīng)線為：東經(jīng)110，南標(biāo)準(zhǔn)緯線：北緯25，北標(biāo)準(zhǔn)緯線：北緯47，中央緯線：北緯36（平均值）。如果有圖例標(biāo)準(zhǔn)，則應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)輸入。三、實驗內(nèi)容及步驟、方法1. 查看掃描地形圖，根據(jù)圖上標(biāo)注，為掃描地圖建立投影坐標(biāo)系統(tǒng)首先在D盤創(chuàng)建文件夾：China，而后將china.tif文件拷入該文件夾中。（1）啟動ArcMap，點擊“OK”創(chuàng)建新圖（2）啟動ArcToolBox（3）展開ArcToolBoxData Management ToolsProjections and TransformsDefine Projecti

6、on，鼠標(biāo)雙擊（3）通過點擊相應(yīng)文本框后的按鈕進行選擇；第一個選擇掃描圖像，第二個選擇地圖投影點擊“Select”按鈕，我們選擇“Projected Coordinate System”。 雙擊Project Coordinate Systems展開后選擇“Continental”。雙擊Continental展開后選擇“Asia”。雙擊Asia展開后選擇“Asia North Albers Equal Area Conic.prj”，而后點擊“Add”按鈕即定義完畢該圖投影?，F(xiàn)在檢查一下上圖的投影參數(shù)，我們發(fā)現(xiàn)其中央經(jīng)度與南北緯度與我們地圖的投影不符，因此需修改參數(shù)（暫不考慮坐標(biāo)右移）。點擊“

7、Modify”按鈕，進入?yún)?shù)修改對話框。在該對話框中，點擊“Select”按鈕選擇Geographic Coordinate System，彈出地理坐標(biāo)系統(tǒng)選擇對話框。雙擊“Spheroid-based”橢球基本參數(shù)，彈出橢球基本參數(shù)選擇對話框。在彈出的橢球基本參數(shù)選擇對話框中選擇“Krasovsky 1940.prj，點擊“Add”按鈕，橢球參數(shù)選擇完畢，退回參數(shù)修改對話框。在參數(shù)修改對話框中，我們將根據(jù)本次實驗采用的地圖，將中央經(jīng)線修改為：東經(jīng)110，南標(biāo)準(zhǔn)緯線為：北緯25，北標(biāo)準(zhǔn)緯線為：北緯47，中央緯線修改為：北緯36。點擊“確定”按鈕后，回退到“Spatial reference 屬

8、性”對話框。在該對話框，可以看到修改后的結(jié)果，為了以后繼續(xù)使用該投影參照系，可將其存盤，鼠標(biāo)點擊“Save As”按鈕。在Name文本框中填入“China_Albers_Equal_Area_Conic”，點擊“Save”按鈕，即將該坐標(biāo)系統(tǒng)存入文件中，下次同樣投影的地圖，就可以直接選擇該投影參照系。點擊“確定”按鈕，回退到“Define Projection”對話框。點擊“OK”按鈕，進入處理過程，處理完畢，圖像作為一個圖層即顯示出來。如果你想確認一下，可右鍵點擊圖層，在彈出的快捷菜單中選擇屬性，即投影已經(jīng)被做進去了。將前面做完投影參照系的地圖存盤。2掃描圖像（已做完投影）的坐標(biāo)糾正 本次實

9、驗給出以下控制點坐標(biāo)：經(jīng)度緯度大地坐標(biāo)X大地坐標(biāo)Y7045-3048124.15（負值）1636813.12（正值）135501798756.21（正值）1796915.55（正值）125251508328.79（正值）-1119210.01（負值）9025-2005347.19（負值）-1030892.99（負值）根據(jù)精度的概念，人眼分辨率為圖上0.1mm，則知道該比例尺地圖的精度限差為5900米。因此，在進行糾正時，輸入的大地坐標(biāo)保留有效位數(shù)4位就可以了。（1）打開china.mxd，點擊ToolsCustomize，在彈出的對話框中選擇“Georeferencing”（2）關(guān)閉“Auto

10、 Adjust”（3）放大圖像，增加控制點鼠標(biāo)左鍵點在選中控制點上（經(jīng)緯度格網(wǎng)點），在點擊右鍵，在彈出快捷菜單中，選擇“Input X and Y”，在彈出的對話框中輸入控制點坐標(biāo)（注意ArcGIS使用的坐標(biāo)系不是我們的測量坐標(biāo)系），輸入完畢，點擊“OK”按鈕，一個點就輸完了。根據(jù)圖像糾正原理，最少要輸入個點，對于一般地形圖掃描圖像，個點就可以了。個點輸完后，可以查看，或修改（主要是刪除再重新選點），點擊查看按鈕，彈出控制點查看對話框。選中“Auto Adjust Transformatic”，可以看到計算出來的誤差“Total RMS”。（）糾正圖像，選擇“GeoreferencingRec

11、tify”在彈出“Save As”對話框中，你可以選擇直接點擊“Save”按鈕，也可以先改名，再點擊“Save”按鈕，這里我們將輸出文件改為“Rectifychina.tif”。處理完畢后，先點擊菜單FileNew，創(chuàng)建一幅新圖。而后點擊菜單FileAdd Data，在“Add Data”對話框中將“Rectifychina.tif”作為新圖層數(shù)據(jù)調(diào)入。 點擊“Add”按鈕，即將“Rectifychina.tif”作為新圖層數(shù)據(jù)調(diào)入新地圖文檔中。點擊菜單FileSave As將新地圖文檔保存為rchina.mxd。放大地圖文檔，移動鼠標(biāo)時，可以看到狀態(tài)欄顯示的是大地坐標(biāo)，也可查看投影。另外，還

12、可以設(shè)置顯示經(jīng)緯度坐標(biāo)。點擊菜單ViewData Frame Properties，彈出AsData Frame Properties對話框，選擇“General”頁，在“Display”選擇框中，選擇“Degree Minutes Seconds”選項。點擊“確定”按鈕，可以看到隨著鼠標(biāo)的移動，狀態(tài)欄中顯示的是地理坐標(biāo)，為了確認糾正是正確的，可以放大圖像到一定程度，將鼠標(biāo)移到經(jīng)緯網(wǎng)格點上，這時狀態(tài)欄中顯示的經(jīng)緯度與經(jīng)緯網(wǎng)格點經(jīng)緯度一致。3. 地形圖數(shù)字化（1）啟動ArcCatalog中指向?qū)⒁鎯Y(jié)果的文件夾，鼠標(biāo)右鍵-new-Shapefile，分別創(chuàng)建點、線、面的shapefile文件連

13、接文件夾后，即可創(chuàng)建文件。在彈出的對話框中，我們將點ShapeFile文件名改為“point”，點擊“Edit”按鈕，為點文件選擇同樣的投影坐標(biāo)系。同樣我們可以創(chuàng)建“l(fā)ine”和“polygon”ShapeFile文件（注意：屬性選擇不同），創(chuàng)建完畢，我們打開圖像所在文件夾，可以看到ArcMap與ArcCatalog為我們創(chuàng)建的文件：（2）將創(chuàng)建的點、線面文件作為新的圖層加入到ArcMap中關(guān)閉“Georeferencing”工具條，右鍵點擊點、線、面圖層可以分別為數(shù)字化的點、線、面元素設(shè)置顏色與符號。關(guān)于點、線、面符號制作，將在今后的學(xué)習(xí)中介紹。同理可選擇線和面的符號與顏色，在此省略，讀者可

14、自己嘗試一下。做完以上工作，我們可以先用ArcMap“Save”該數(shù)字化工程。數(shù)字化之前，我們要增加一個工具條。點擊ToolsCustomize，在彈出的對話框中選擇“Editer”。關(guān)閉“Georeferencing”工具欄。通過General命令（Editor-Option-General），設(shè)置捕捉容限值。以上工作完成后，啟動編輯工具。（）點數(shù)字化點擊繪制按鈕就可以在圖中任意位置數(shù)字化點。（）線數(shù)字化將編輯圖層目標(biāo)選為“l(fā)ine”時，就可以跟蹤數(shù)字化線目標(biāo)，在數(shù)字化線目標(biāo)時，可以同時拉動窗框的移動圖幅按鈕，使一條線跟蹤數(shù)字化完畢。注意跟蹤線結(jié)束時可以雙擊鼠標(biāo)左鍵。（）面數(shù)字化將編輯圖層目

15、標(biāo)選為“polygon”時，就可以跟蹤數(shù)字化面目標(biāo)，在數(shù)字化面目標(biāo)時，可以同時拉動窗框的移動圖幅按鈕，使面跟蹤數(shù)字化完畢。注意跟蹤面結(jié)束時可以雙擊鼠標(biāo)左鍵。數(shù)字多邊形有一個竅門，先數(shù)字化外包多邊形，不必對公共邊數(shù)字化兩次，將Task改為“Cut Polygon Feature”，就可以用公共邊切割該大多邊形了。注意：在切割多邊形時，要先選擇該大多邊形。數(shù)字化結(jié)束后，右鍵點擊圖層，選擇打開屬性表，可以看到每個已數(shù)字化好的多邊形對應(yīng)一條記錄，可以修改屬性。更好的方法將在以后介紹。四、實習(xí)報告要求 （）實驗報告格式實驗（編號） 實驗名稱（一）實驗?zāi)康模ǘ﹥x器設(shè)備 列出實驗中所使用的主要儀器工具及材料。（三）實驗任務(wù) 應(yīng)簡明扼要地寫出實驗內(nèi)容。（四）實驗要點及流程 簡明扼要地寫出實驗的要點以及實驗流程。（五）實驗記錄 根據(jù)實驗要求對數(shù)據(jù)進行分