地圖投影變換詳解課件

QQ:83079879E-mail：地圖投影投影變換地圖配準(zhǔn)預(yù)備知識(shí)（復(fù)習(xí)）GIS應(yīng)該是從坐標(biāo)系統(tǒng)開(kāi)始的，然后帶領(lǐng)我們一步步向前……GIS中的坐標(biāo)系定義是GIS系統(tǒng)的基礎(chǔ)，正確定義GIS系統(tǒng)的坐標(biāo)系非常重要。GIS中的坐標(biāo)系定義由基準(zhǔn)面和地圖投影兩組參數(shù)確定，而基準(zhǔn)面的定義則由特定橢球體及其對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換參數(shù)確定，因此欲正確定義GIS系統(tǒng)坐標(biāo)系，首先必須弄清地球橢球體(Ellipsoid)、大地基準(zhǔn)面(Datum)及地圖投影(Projection)三者的基本概念及它們之間的關(guān)系。

地球橢球體只不過(guò)是一個(gè)具有長(zhǎng)半軸，短半軸和變率的橢球體，可以任意放置的，它沒(méi)有為我們規(guī)定度量的起點(diǎn)，所以就有基準(zhǔn)面的產(chǎn)生，而基準(zhǔn)面就是規(guī)定了度量標(biāo)準(zhǔn)。

基準(zhǔn)面是利用特定橢球體對(duì)特定地區(qū)地球表面的逼近，因此每個(gè)國(guó)家或地區(qū)均有各自的基準(zhǔn)面，我們通常稱(chēng)謂的北京54坐標(biāo)系、西安80坐標(biāo)系實(shí)際上指的是我國(guó)的兩個(gè)大地基準(zhǔn)面.橢球體與基準(zhǔn)面之間的關(guān)系是一對(duì)多的關(guān)系，也就是基準(zhǔn)面是在橢球體基礎(chǔ)上建立的，但橢球體不能代表基準(zhǔn)面，同樣的橢球體能定義不同的基準(zhǔn)面，一般意義上基準(zhǔn)面與參考橢球體是同一個(gè)概念。地球橢球的參數(shù)可用a(長(zhǎng)半徑)、b（短半徑）及α（扁率）表示。扁率α為1979年國(guó)際大地測(cè)量與地球物理聯(lián)合會(huì)推薦的地球橢球參數(shù)a=6378140m，b=6356755.3m,α=1:298.257。旋轉(zhuǎn)橢球面是數(shù)學(xué)表面，可用如下的公式表示：

按一定的規(guī)則將旋轉(zhuǎn)橢球與大地體套合在一起，這項(xiàng)工作稱(chēng)橢球定位。定位時(shí)采用橢球中心與地球質(zhì)心重合，橢球短軸與地球短軸重合，橢球與全球大地水準(zhǔn)面差距的平方和最小，這樣的橢球稱(chēng)總地球橢球。

總地球橢球與參考橢球（水準(zhǔn)面）的區(qū)別

對(duì)于地理坐標(biāo)，只需要確定兩個(gè)參數(shù)，即橢球體和大地基準(zhǔn)面。（為什么？）有了基準(zhǔn)面我們就可以操作了，我們的一切都是基于基準(zhǔn)面的，為了說(shuō)明這個(gè)，我還看了一下相關(guān)資料。

ENVI中的坐標(biāo)定義文件存放在HOME\ITT\IDL70\products\envi45\map_proj文件夾下，三個(gè)文件記錄了坐標(biāo)信息：

ellipse.txt

橢球體參數(shù)文件

datum.txt

基準(zhǔn)面參數(shù)文件

map_proj.txt

坐標(biāo)系參數(shù)文件

在ENVI中自定義坐標(biāo)系分三步：定義橢球體、基準(zhǔn)面和定義坐標(biāo)參數(shù)第三步、定義坐標(biāo)

在ENVI任何用到投影坐標(biāo)的功能模塊中都可以新建坐標(biāo)系(在任何地圖投影選擇對(duì)話框中，點(diǎn)擊“New”按鈕。)，這里我們選擇Map->CustomizeMapProjection，如圖所示，將相應(yīng)的參數(shù)添加，這里添加的參數(shù)如圖所示。

注：投影類(lèi)型選擇TransverseMercator，Scalefactor填寫(xiě)0.9996，與Gauss-Kruger等同。Falseeasting中如果把帶號(hào)，即39500000，得到的坐標(biāo)就帶有帶號(hào)。

填寫(xiě)相關(guān)參數(shù)后，在

map_proj.txt

坐標(biāo)系參數(shù)文件中看到，完畢。記住一個(gè)橢球體可以有多個(gè)基準(zhǔn)面基本語(yǔ)法為：“橢球名稱(chēng)”{“橢球序號(hào)”橢球體長(zhǎng)半軸橢球體短半軸“橢球名稱(chēng)”0000000“基準(zhǔn)面名稱(chēng)1”dx1dy1dz1rx1rz1ds1“基準(zhǔn)面名稱(chēng)2”dx2dy2dz2rx2rz1ds2……….}其中：“基準(zhǔn)面名稱(chēng)”dxdydzrxrzds中，dx、dy、dz是x、y、z3個(gè)軸對(duì)于WGS84基準(zhǔn)點(diǎn)的平移參數(shù)，單位為m。rx、ry、rz是x、y、z、3個(gè)軸對(duì)于WGS84基準(zhǔn)點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)參數(shù)，單位為rad。Ds是對(duì)于WGS84基準(zhǔn)點(diǎn)的比例因子。在更多的情況下橢球的基準(zhǔn)面是基于它本身的。這時(shí)假定橢球的中心點(diǎn)是與沒(méi)有經(jīng)過(guò)任何平移或旋轉(zhuǎn)的WGS84的基準(zhǔn)面相重合，即這時(shí)橢球基準(zhǔn)面的7個(gè)參數(shù)均為0，即這時(shí)橢球基準(zhǔn)面的7個(gè)參數(shù)均為0。我國(guó)在使用克拉索夫斯基橢球和IAG75橢球時(shí)就是用橢球體本身為基準(zhǔn)

在spheroid.tab文件末尾加入如下語(yǔ)句即可，"IAG75"{7563781406356755.2882“xian80”0000000}在Viewer中打開(kāi)圖像數(shù)據(jù)，Utility--->layerinfo，在projectioninfo欄中可以看到目前的數(shù)據(jù)投影信息還不完整。點(diǎn)擊edit菜單中的changemapmodel，在彈出窗口中將unite參數(shù)設(shè)為meters，projection，參數(shù)設(shè)為T(mén)ansverseMercator。接下來(lái)再點(diǎn)擊edit菜單中的Add/Changeprojection，在彈出對(duì)話框中將原始投影參數(shù)添加進(jìn)去。投影變換想想同一基準(zhǔn)面的投影變換？不同基準(zhǔn)面之間的變換？在ArcGISDesktop中進(jìn)行三參數(shù)或七參數(shù)精確投影轉(zhuǎn)換

ArcGIS中定義的投影轉(zhuǎn)換方法，在對(duì)數(shù)據(jù)的空間信息要求較高的工程中往往不能適用，有比較明顯的偏差。在項(xiàng)目的前期數(shù)據(jù)準(zhǔn)備工作中，需要進(jìn)行更加精確的三參數(shù)或七參數(shù)投影轉(zhuǎn)換。下面介紹兩種辦法來(lái)在ArcGISDesktop中進(jìn)行這種轉(zhuǎn)換。

方法1：

在ArcMap中進(jìn)行動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換

假設(shè)原投影坐標(biāo)系統(tǒng)為Xian80坐標(biāo)系統(tǒng)，本例選擇為系統(tǒng)預(yù)設(shè)的ProjectedCoordinateSystems\GaussKruger\Xian1980\Xian1980GKZone20投影，中央經(jīng)線為117度，要轉(zhuǎn)換成Beijing1954\Beijing1954GKZone20N。

在ArcMap中加載了圖層之后，打開(kāi)View-DataFrameProperties對(duì)話框，顯示當(dāng)前的投影坐標(biāo)系統(tǒng)為Xian1980GKZone20，在下面的選擇坐標(biāo)系統(tǒng)框中選擇Beijing1954GKZone20N，在右邊有一個(gè)按鈕為T(mén)ransformations...

動(dòng)態(tài)投影(ArcMap)

所謂動(dòng)態(tài)投影指，ArcMap中的Data的空間參考或是說(shuō)坐標(biāo)系統(tǒng)是默認(rèn)為第一加載到當(dāng)前工作區(qū)的那個(gè)文件的坐標(biāo)系統(tǒng)，后加入的數(shù)據(jù)，如果和當(dāng)前工作區(qū)坐標(biāo)系統(tǒng)不相同，則ArcMap會(huì)自動(dòng)做投影變換，把后加入的數(shù)據(jù)投影變換到當(dāng)前坐標(biāo)系統(tǒng)下顯示！但此時(shí)數(shù)據(jù)文件所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)并沒(méi)有改變，只是顯示形態(tài)上的變化！因此叫動(dòng)態(tài)投影！表現(xiàn)這一點(diǎn)最明顯的例子就是，在ExportData時(shí)，會(huì)讓你選擇是按thislayer‘ssourcedata（數(shù)據(jù)源的坐標(biāo)系統(tǒng)導(dǎo)出），還是按照theData（當(dāng)前數(shù)據(jù)框架的坐標(biāo)系統(tǒng)）導(dǎo)出數(shù)據(jù)！（注意在某些疊加分析的時(shí)候會(huì)出錯(cuò)？）返回首先理解地理坐標(biāo)系（Geographiccoordinatesystem），Geographiccoordinatesystem直譯為地理坐標(biāo)系統(tǒng)，是以經(jīng)緯度為地圖的存儲(chǔ)單位的。很明顯，Geographiccoordinatesystem是球面坐標(biāo)系統(tǒng)。我們要將地球上的數(shù)字化信息存放到球面坐標(biāo)系統(tǒng)上，如何進(jìn)行操作呢？地球是一個(gè)不規(guī)則的橢球，如何將數(shù)據(jù)信息以科學(xué)的方法存放到橢球上？這必然要求我們找到這樣的一個(gè)橢球體。這樣的橢球體具有特點(diǎn)：可以量化計(jì)算的。具有長(zhǎng)半軸，短半軸，偏心率。以下幾行便是Krasovsky_1940橢球及其相應(yīng)參數(shù)。

Spheroid:Krasovsky_1940

SemimajorAxis:6378245.0000000SemiminorAxis:6356863.000000

InverseFlattening（扁率）:298.3010000

然而有了這個(gè)橢球體以后還不夠，還需要一個(gè)大地基準(zhǔn)面將這個(gè)橢球定位。在坐標(biāo)系統(tǒng)描

述中，可以看到有這么一行：

Datum:D_Beijing_1954

表示，大地基準(zhǔn)面是D_Beijing_1954。點(diǎn)擊打開(kāi)一個(gè)投影轉(zhuǎn)換對(duì)話框，可以在對(duì)話框中看到Convertfrom和Into表明了我們想從什么坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到什么坐標(biāo)系統(tǒng)。

在下方的using下拉框右邊，點(diǎn)擊New...，新建一個(gè)投影轉(zhuǎn)換公式，在Method下拉框中可以選擇一系列轉(zhuǎn)換方法，其中有一些是三參數(shù)的，有一些是七參數(shù)的，然后在參數(shù)表中輸入各個(gè)轉(zhuǎn)換參數(shù)。

輸入完畢以后，點(diǎn)擊OK，回到之前的投影轉(zhuǎn)換對(duì)話框，再點(diǎn)擊OK，就完成了對(duì)當(dāng)前地圖的動(dòng)態(tài)投影轉(zhuǎn)換。這時(shí)還沒(méi)有對(duì)圖層文件本身的投影進(jìn)行轉(zhuǎn)換，要轉(zhuǎn)換圖層文件本身的投影，再使用數(shù)據(jù)導(dǎo)出，導(dǎo)出時(shí)選擇投影為當(dāng)前地圖的投影即可。

方法2：對(duì)于有大量圖層需要進(jìn)行投影轉(zhuǎn)換時(shí)，這種手工操作的辦法顯得比較繁瑣，每次都需要設(shè)置參數(shù)?？梢灾欢x一次投影轉(zhuǎn)換公式，而在此后的轉(zhuǎn)換中引用此投影轉(zhuǎn)換公式即可。這種方法需要在ArcTools中進(jìn)行操作。在DataManagementTools\ProjectionsandTranformations\下，有CreateCustomGeographicTransformation命令。

打開(kāi)這個(gè)命令，選擇輸入和輸出的投影，可以是系統(tǒng)自帶的也可以是自己設(shè)置的，選擇轉(zhuǎn)換方法，與方法１種介紹的類(lèi)似，可選擇三參數(shù)或者七參數(shù)，然后輸入各個(gè)參數(shù)指。通過(guò)為這個(gè)投影轉(zhuǎn)換公式指定一個(gè)名稱(chēng)，可以在以后的操作中直接引用此公式而不用重復(fù)輸入各個(gè)參數(shù)了。點(diǎn)擊OK生成這個(gè)投影轉(zhuǎn)換公式。

在方法一里面，我們是動(dòng)態(tài)的改變了地圖的投影，然后通過(guò)數(shù)據(jù)導(dǎo)出的辦法將要轉(zhuǎn)換投影的圖層重新生成的。在這里，我們可以直接使用DataManagementTools\ProjectionsandTranformations\下的Project命令，生成轉(zhuǎn)換后的圖層文件，Project命令分別位于Feature和Raster目錄下，分別針對(duì)于矢量和柵格數(shù)據(jù)。在這個(gè)命令中，在指定了輸入的圖層后，InputCoordinateSystem自動(dòng)的識(shí)別出了輸入的投影，需要用戶指定輸出的投影，如果兩者與之前定義投影轉(zhuǎn)換公式的輸入和輸入投影的話，在下面的GeographicTransformation下拉框中會(huì)出現(xiàn)之前定義的公式名稱(chēng)，直接選擇即可使用。

這些參數(shù)怎么獲取？（1）直接去買(mǎi)（2）如果有同一個(gè)點(diǎn)在不同橢球體下的坐標(biāo)可以在mapgis中實(shí)現(xiàn)，mapgis可以反算出這幾個(gè)參數(shù)。附加內(nèi)容：高斯平面直角坐標(biāo)系

(a)高斯投影的原理把地球橢球面上的圖形展繪到平面上，必然產(chǎn)生變形。為了減少變形誤差，采用一種適當(dāng)?shù)耐队胺椒ǎ@就是高斯投影。高斯投影是將地球劃分為若干個(gè)帶，先將每個(gè)帶投影到圓柱面上。然后展成平面。我們可以設(shè)想將一個(gè)空心的橢圓柱橫套地球，使橢圓柱的中心軸線位于赤道面內(nèi)并通過(guò)球心。將地球按6°分帶,從0°起算往東劃分,0°～6°為第1帶,6°～12°為第2帶，……，174°～180°為第30帶,東半球共分30個(gè)投影，按帶進(jìn)行投影。進(jìn)行第1帶投影時(shí)，使地球3°經(jīng)線與圓柱面相切，3°經(jīng)線長(zhǎng)不變形。0661239高斯6°帶投影原理分解演示☆高斯投影分帶☆圖中上半部為6°度帶分帶情況：將地球按6°分帶,從0°起算往東劃分,0°～6°（第1帶）,6°～12°（第2帶），……，174°～180°（第30帶）,東半球共分30個(gè)投影，我國(guó)領(lǐng)土從13～23帶。圖中下半部為3°帶分帶情況：1°30‘～4°30’（第1帶），4°30’（第2帶）……，我國(guó)領(lǐng)土3°帶從24～46帶。我國(guó)1:2.5-1:50萬(wàn)地形圖均采用6度分帶；1:1萬(wàn)及更大比例尺地形圖采用3度分帶，以保證必要的精度。(b)高斯投影特點(diǎn)：

①等角:即橢球面上圖形投影到平面之后，其角度相等，無(wú)角度變形，但距離與面積稍有變形。

②中央經(jīng)線投影后仍直線，且長(zhǎng)度不變形，見(jiàn)右圖。因此用這條直線作為平面直角坐標(biāo)系的縱軸—x軸。而兩側(cè)其他經(jīng)線投影后呈向兩極收斂的曲線，并與中央經(jīng)線對(duì)稱(chēng)，距中央經(jīng)線越遠(yuǎn)長(zhǎng)度變形越大。

③赤道投影也為直線。因此,這條直線作為平面直角坐標(biāo)的橫軸—y軸。南北緯線投影后呈凹向兩極的曲線，且與赤道投影對(duì)稱(chēng)。

(c)高斯平面直角坐標(biāo)系定義：高斯投影各帶構(gòu)成獨(dú)立的坐標(biāo)系，中央經(jīng)線為x軸，赤道投影為y軸，兩軸的交點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)。由通用橫坐標(biāo)換算實(shí)際橫坐標(biāo)公式如下：Y實(shí)際=Y通用（去掉小數(shù)點(diǎn)向左數(shù)第7、8兩位為帶號(hào)）-500000m注：我國(guó)領(lǐng)土從13～23帶，帶號(hào)占兩位，直接去掉頭兩位即可。例如：某點(diǎn)通用橫坐標(biāo)Y通用=20386575.310m，求該點(diǎn)實(shí)際橫坐標(biāo)。首先，將20386575.310m中20去掉（第7位為0，第8位為2）則Y實(shí)際=386575.310-500000=-113424.690m討論如何快速判斷是3度帶還是6度帶？X,Y判斷？地圖配準(zhǔn)個(gè)人理解：將不正確的坐標(biāo)賦予正確的坐標(biāo)的過(guò)程？過(guò)程線：配準(zhǔn)-定義投影-投影轉(zhuǎn)換幾何校正就是將圖像數(shù)據(jù)投影到平面上，使其符合地圖投影系統(tǒng)的過(guò)程；而將地圖坐標(biāo)系統(tǒng)賦予圖像數(shù)據(jù)的過(guò)程，稱(chēng)為地理參考（Georeferencing）。由于所有地圖投影系統(tǒng)都遵從于一定的地圖坐標(biāo)系統(tǒng)，所以幾何校正過(guò)程包含了地理參考過(guò)程。

前幾天在群里激烈的討論了一下，配準(zhǔn)過(guò)程中能不能用經(jīng)緯度校正？最終覺(jué)得是可以的。首先，我們知道平面坐標(biāo)肯定有經(jīng)緯度坐標(biāo)；

其次即使這個(gè)點(diǎn)是球面上的，但是投影后不應(yīng)該改變吧，但是一定要知道是那個(gè)基準(zhǔn)面上的，因?yàn)橥粋€(gè)點(diǎn)在不同的基準(zhǔn)面上是不一樣的?；貞浟艘幌伦约涸?jīng)做過(guò)的實(shí)驗(yàn)，雖然當(dāng)時(shí)沒(méi)有在ArcGis下做，但是原理是不應(yīng)該變的把！為了說(shuō)明問(wèn)題，我只好把我的實(shí)驗(yàn)報(bào)告拿出來(lái)（有點(diǎn)舍不得）這次配準(zhǔn)是借助R2V和Workstation。Workstation的功能很強(qiáng)大的，但是我只用了有限的幾次，可悲啊！上面幾個(gè)點(diǎn)是我用來(lái)做控制點(diǎn)的，在Workstation中打開(kāi)后，然后輸入經(jīng)緯度坐標(biāo)。

看到geographic想到了什么？因?yàn)槲矣玫氖墙?jīng)緯度做校正的點(diǎn)，那么我們還應(yīng)該把這個(gè)弄到平面上去吧，看下面的這些參數(shù)應(yīng)該很清楚了，這些才是做平面投影時(shí)候的參數(shù)。在網(wǎng)上還找到一下東西，順便整理一下，希望主人能夠諒解先看第一個(gè)主人的：地圖配準(zhǔn)可分為影像配準(zhǔn)和空間配準(zhǔn)。影像配準(zhǔn)的對(duì)象是raster圖，譬如TIFF圖。配準(zhǔn)后的圖可以保存為ESRIGRID,TIFF,或ERDASIMAGINE格式?？臻g配準(zhǔn)（SpatialAdjustment)是對(duì)矢量數(shù)據(jù)配準(zhǔn)。一、影像配準(zhǔn)

在ArcGIS中配準(zhǔn)：1.打開(kāi)ArcMap，增加Georeferencing工具條。

2.把需要進(jìn)行糾正的影像增加到ArcMap中，會(huì)發(fā)現(xiàn)Georeferencing工具條中的工具被激活。在view/data

frame

properties的coordinate

properties中選擇坐標(biāo)系。如果是大地（投影）坐標(biāo)系選擇predefined中的Projectedcoordinatesystem，坐標(biāo)單位一般為米。如果是地理坐標(biāo)系（坐標(biāo)用經(jīng)緯度表示）表示則選擇Geographiccoordinatesystem。

3.糾正前可以去掉“autoadjust”前的勾。在校正中我們需要知道一些特殊點(diǎn)的坐標(biāo)。如公里網(wǎng)格的交點(diǎn)，我們從圖中均勻的取幾個(gè)點(diǎn)，不少于7個(gè)。在實(shí)際中，這些點(diǎn)要能夠均勻分布在圖中。

4.首先將Georeferencing工具條的Georeferencing菜單下AutoAdjust不選擇。

5.在Georeferencing工具條上，點(diǎn)擊AddControlPoint按鈕。

6.使用該工具在掃描圖上精確到找一個(gè)控制點(diǎn)點(diǎn)擊，然后鼠標(biāo)右擊，InputXandY輸入該點(diǎn)實(shí)際的坐標(biāo)位置。采用地理坐標(biāo)系時(shí)應(yīng)輸入經(jīng)緯度，經(jīng)緯度用小數(shù)表示，如110°30'30'應(yīng)寫(xiě)成110.508(=110+30.5/60)。

7.用相同的方法，在影像上增加多個(gè)控制點(diǎn)，輸入它們的實(shí)際坐標(biāo)。

8.增加所有控制點(diǎn)后，在Georeferencing菜單下，點(diǎn)擊UpdateDisplay。

9.更新后，就變成真實(shí)的坐標(biāo)。

10.在Georeferencing菜單下，點(diǎn)擊Rectify，將校準(zhǔn)后的影像另存。

這位主人已經(jīng)告訴我們，我們?cè)谕队暗臅r(shí)候看我們要選擇以米為單位的還是以經(jīng)緯度為單位的，一大堆的文字描述的很詳細(xì)，但是如果能有相關(guān)圖片的配合應(yīng)該更好！第二位主人的：影像校準(zhǔn)所有圖件掃描后都必須經(jīng)過(guò)掃描糾正，對(duì)掃描后的柵格圖進(jìn)行檢查，以確保