實(shí)驗(yàn)一：小比例尺地圖數(shù)字化

1、實(shí)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(shí)驗(yàn)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(guó)地圖出版社1989年出版的1：400萬(wàn)中華人民共和國(guó)地形圖繪制。3. 預(yù)備知識(shí)我國(guó)的各種地理信息系統(tǒng)中都采用了與我國(guó)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(shí)采用高斯一克呂格投影，1：1 000 000時(shí)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(jì)是因?yàn)橐韵略颉＃?）我國(guó)

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(guó)1：1 000 000地形圖采用正軸等角割圓錐投影，其分幅與國(guó)際百萬(wàn)分之一所采用的分幅一致。（3）我國(guó)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(diǎn)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(shí)施。因此，我國(guó)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(guó)的國(guó)情，也符合國(guó)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(guó)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(zhǎng)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(jì)算出雙標(biāo)準(zhǔn)緯線正軸等角圓錐投影經(jīng)緯線交點(diǎn)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(guó)有兩套參數(shù)，即中央經(jīng)線105

4、6;E和中央經(jīng)線112°E，雙標(biāo)準(zhǔn)緯線都是北緯25°、47°，兩條標(biāo)準(zhǔn)緯線上長(zhǎng)度比等于1，兩條標(biāo)準(zhǔn)緯線以外緯線的長(zhǎng)度比大于1，兩條標(biāo)準(zhǔn)緯線之內(nèi)緯線的長(zhǎng)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(guó)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(shí)際選擇的過(guò)程中，中央經(jīng)線的不同會(huì)導(dǎo)致變形位置的不同，應(yīng)用時(shí)應(yīng)根據(jù)區(qū)域不同進(jìn)行選

5、擇。當(dāng)我們用ACDSee軟件打開(kāi)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(dòng)ArcMap，點(diǎn)擊“OK”創(chuàng)建新圖（2

6、）啟動(dòng)ArcToolBox（3）展開(kāi)ArcToolBox>Data Management Tools>Projections and Transforms>Define Projection，鼠標(biāo)雙擊（3）通過(guò)點(diǎn)擊相應(yīng)文本框后的按鈕進(jìn)行選擇；第一個(gè)選擇掃描圖像，第二個(gè)選擇地圖投影點(diǎn)擊“Select”按鈕，我們選擇“Projected Coordinate System”。 雙擊Project Coordinate Systems展開(kāi)后選擇“Continental”。雙擊Continental展開(kāi)后選擇“Asia”。雙擊Asia展開(kāi)后選擇“Asia North Albers E

7、qual Area Conic.prj”，而后點(diǎn)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(diǎn)擊“Modify”按鈕，進(jìn)入?yún)?shù)修改對(duì)話框。在該對(duì)話框中，點(diǎn)擊“Select”按鈕選擇Geographic Coordinate System，彈出地理坐標(biāo)系統(tǒng)選擇對(duì)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(duì)話框。在彈出的橢球基本參數(shù)選擇對(duì)話框中選擇“Krasovsky 1940.prj，點(diǎn)擊“Add”按鈕，橢球參數(shù)選擇完畢，退回參數(shù)修改對(duì)話框。在參數(shù)修改對(duì)話框

8、中，我們將根據(jù)本次實(shí)驗(yàn)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(diǎn)擊“確定”按鈕后，回退到“Spatial reference 屬性”對(duì)話框。在該對(duì)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(diǎn)擊“Save As”按鈕。在Name文本框中填入“China_Albers_Equal_Area_Conic”，點(diǎn)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(diǎn)擊“確定”按鈕，回退到“Define Pro

9、jection”對(duì)話框。點(diǎn)擊“OK”按鈕，進(jìn)入處理過(guò)程，處理完畢，圖像作為一個(gè)圖層即顯示出來(lái)。如果你想確認(rèn)一下，可右鍵點(diǎn)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(jìn)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(shí)驗(yàn)給出以下控制點(diǎn)坐標(biāo)：經(jīng)度緯度大地坐標(biāo)X大地坐標(biāo)Y7045-3048124.15（負(fù)值）1636813.12（正值）135501798756.21（正值）1796915.55（正值）125251508328.79（正值）-1119210.01（負(fù)值）9025-2005347.19（負(fù)值）-1030892.99（負(fù)值）根據(jù)精度的概念，人眼分辨率為圖

10、上0.1mm，則知道該比例尺地圖的精度限差為5900米。因此，在進(jìn)行糾正時(shí)，輸入的大地坐標(biāo)保留有效位數(shù)4位就可以了。（1）打開(kāi)china.mxd，點(diǎn)擊Tools>Customize，在彈出的對(duì)話框中選擇“Georeferencing”（2）關(guān)閉“Auto Adjust”（3）放大圖像，增加控制點(diǎn)鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)在選中控制點(diǎn)上（經(jīng)緯度格網(wǎng)點(diǎn)），在點(diǎn)擊右鍵，在彈出快捷菜單中，選擇“Input X and Y”，在彈出的對(duì)話框中輸入控制點(diǎn)坐標(biāo)（注意ArcGIS使用的坐標(biāo)系不是我們的測(cè)量坐標(biāo)系），輸入完畢，點(diǎn)擊“OK”按鈕，一個(gè)點(diǎn)就輸完了。根據(jù)圖像糾正原理，最少要輸入個(gè)點(diǎn)，對(duì)于一般地形圖掃描圖像，個(gè)點(diǎn)

11、就可以了。個(gè)點(diǎn)輸完后，可以查看，或修改（主要是刪除再重新選點(diǎn)），點(diǎn)擊查看按鈕，彈出控制點(diǎn)查看對(duì)話框。選中“Auto Adjust Transformatic”，可以看到計(jì)算出來(lái)的誤差“Total RMS”。（）糾正圖像，選擇“Georeferencing>Rectify”在彈出“Save As”對(duì)話框中，你可以選擇直接點(diǎn)擊“Save”按鈕，也可以先改名，再點(diǎn)擊“Save”按鈕，這里我們將輸出文件改為“Rectifychina.tif”。處理完畢后，先點(diǎn)擊菜單File>New，創(chuàng)建一幅新圖。而后點(diǎn)擊菜單File>Add Data，在“Add Data”對(duì)話框中將“Rectify

12、china.tif”作為新圖層數(shù)據(jù)調(diào)入。 點(diǎn)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(diǎn)擊菜單File>Save As將新地圖文檔保存為rchina.mxd。放大地圖文檔，移動(dòng)鼠標(biāo)時(shí)，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，還可以設(shè)置顯示經(jīng)緯度坐標(biāo)。點(diǎn)擊菜單View>Data Frame Properties，彈出AsData Frame Properties對(duì)話框，選擇“General”頁(yè)，在“Display”選擇框中，選擇“Degree Minutes Seconds”選項(xiàng)。點(diǎn)擊“確定”按鈕，可以看到隨著鼠標(biāo)的移動(dòng)，狀

13、態(tài)欄中顯示的是地理坐標(biāo)，為了確認(rèn)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(diǎn)上，這時(shí)狀態(tài)欄中顯示的經(jīng)緯度與經(jīng)緯網(wǎng)格點(diǎn)經(jīng)緯度一致。3. 地形圖數(shù)字化（1）啟動(dòng)ArcCatalog中指向?qū)⒁鎯?chǔ)結(jié)果的文件夾，鼠標(biāo)右鍵->new->Shapefile，分別創(chuàng)建點(diǎn)、線、面的shapefile文件連接文件夾后，即可創(chuàng)建文件。在彈出的對(duì)話框中，我們將點(diǎn)ShapeFile文件名改為“point”，點(diǎn)擊“Edit”按鈕，為點(diǎn)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(kāi)圖像所在文件夾，可以看到

14、ArcMap與ArcCatalog為我們創(chuàng)建的文件：（2）將創(chuàng)建的點(diǎn)、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(diǎn)擊點(diǎn)、線、面圖層可以分別為數(shù)字化的點(diǎn)、線、面元素設(shè)置顏色與符號(hào)。關(guān)于點(diǎn)、線、面符號(hào)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(hào)與顏色，在此省略，讀者可自己嘗試一下。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(gè)工具條。點(diǎn)擊Tools>Customize，在彈出的對(duì)話框中選擇“Editer”。關(guān)閉“Georeferencing”工具欄。通過(guò)General命令（Editor->O

15、ption->General），設(shè)置捕捉容限值。以上工作完成后，啟動(dòng)編輯工具。（）點(diǎn)數(shù)字化點(diǎn)擊繪制按鈕就可以在圖中任意位置數(shù)字化點(diǎn)。（）線數(shù)字化將編輯圖層目標(biāo)選為“l(fā)ine”時(shí)，就可以跟蹤數(shù)字化線目標(biāo)，在數(shù)字化線目標(biāo)時(shí)，可以同時(shí)拉動(dòng)窗框的移動(dòng)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(shí)可以雙擊鼠標(biāo)左鍵。（）面數(shù)字化將編輯圖層目標(biāo)選為“polygon”時(shí)，就可以跟蹤數(shù)字化面目標(biāo)，在數(shù)字化面目標(biāo)時(shí)，可以同時(shí)拉動(dòng)窗框的移動(dòng)圖幅按鈕，使面跟蹤數(shù)字化完畢。注意跟蹤面結(jié)束時(shí)可以雙擊鼠標(biāo)左鍵。數(shù)字多邊形有一個(gè)竅門，先數(shù)字化外包多邊形，不必對(duì)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(shí)，要先選擇該大多邊形。數(shù)字化結(jié)束后，右鍵點(diǎn)擊圖層，選擇打開(kāi)屬性表，可以看到每個(gè)已數(shù)字化好的多邊形對(duì)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(shí)習(xí)報(bào)告要求 （）實(shí)驗(yàn)報(bào)告格式實(shí)驗(yàn)（編號(hào)） 實(shí)驗(yàn)名稱（一）實(shí)驗(yàn)?zāi)康模ǘ﹥x器設(shè)備 列出實(shí)驗(yàn)中所使用的主要儀器工具及材料。（三）實(shí)驗(yàn)任務(wù) 應(yīng)簡(jiǎn)明扼要地寫出實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。（四）實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)及流程 簡(jiǎn)明扼要地寫出實(shí)驗(yàn)的要點(diǎn)以及實(shí)驗(yàn)流程。（五）實(shí)驗(yàn)記錄 根據(jù)實(shí)