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預備知識（復習）GIS應該是從坐標系統(tǒng)開始的，然后帶領我們一步步向前……GIS中的坐標系定義是GIS系統(tǒng)的基礎，正確定義GIS系統(tǒng)的坐標系非常重要。GIS中的坐標系定義由基準面和地圖投影兩組參數確定，而基準面的定義則由特定橢球體及其對應的轉換參數確定，因此欲正確定義GIS系統(tǒng)坐標系，首先必須弄清地球橢球體(Ellipsoid)、大地基準面(Datum)及地圖投影(Projection)三者的基本概念及它們之間的關系。

地球橢球體只不過是一個具有長半軸，短半軸和變率的橢球體，可以任意放置的，它沒有為我們規(guī)定度量的起點，所以就有基準面的產生，而基準面就是規(guī)定了度量標準。

基準面是利用特定橢球體對特定地區(qū)地球表面的逼近，因此每個國家或地區(qū)均有各自的基準面，我們通常稱謂的北京54坐標系、西安80坐標系實際上指的是我國的兩個大地基準面.橢球體與基準面之間的關系是一對多的關系，也就是基準面是在橢球體基礎上建立的，但橢球體不能代表基準面，同樣的橢球體能定義不同的基準面，一般意義上基準面與參考橢球體是同一個概念。地球橢球的參數可用a(長半徑)、b（短半徑）及α（扁率）表示。扁率α為1979年國際大地測量與地球物理聯合會推薦的地球橢球參數a=6378140m，b=6356755.3m,α=1:298.257。旋轉橢球面是數學表面，可用如下的公式表示：

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

總地球橢球與參考橢球（水準面）的區(qū)別

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

ENVI中的坐標定義文件存放在HOME\ITT\IDL70\products\envi45\map_proj文件夾下，三個文件記錄了坐標信息：

ellipse.txt

橢球體參數文件

datum.txt

基準面參數文件

map_proj.txt

坐標系參數文件

在ENVI中自定義坐標系分三步：定義橢球體、基準面和定義坐標參數第三步、定義坐標

在ENVI任何用到投影坐標的功能模塊中都可以新建坐標系(在任何地圖投影選擇對話框中，點擊“New”按鈕。)，這里我們選擇Map->CustomizeMapProjection，如圖所示，將相應的參數添加，這里添加的參數如圖所示。

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

填寫相關參數后，在

map_proj.txt

坐標系參數文件中看到，完畢。記住一個橢球體可以有多個基準面基本語法為：“橢球名稱”{“橢球序號”橢球體長半軸橢球體短半軸“橢球名稱”0000000“基準面名稱1”dx1dy1dz1rx1rz1ds1“基準面名稱2”dx2dy2dz2rx2rz1ds2……….}其中：“基準面名稱”dxdydzrxrzds中，dx、dy、dz是x、y、z3個軸對于WGS84基準點的平移參數，單位為m。rx、ry、rz是x、y、z、3個軸對于WGS84基準點的旋轉參數，單位為rad。Ds是對于WGS84基準點的比例因子。在更多的情況下橢球的基準面是基于它本身的。這時假定橢球的中心點是與沒有經過任何平移或旋轉的WGS84的基準面相重合，即這時橢球基準面的7個參數均為0，即這時橢球基準面的7個參數均為0。我國在使用克拉索夫斯基橢球和IAG75橢球時就是用橢球體本身為基準

在spheroid.tab文件末尾加入如下語句即可，"IAG75"{7563781406356755.2882“xian80”0000000}在Viewer中打開圖像數據，Utility--->layerinfo，在projectioninfo欄中可以看到目前的數據投影信息還不完整。點擊edit菜單中的changemapmodel，在彈出窗口中將unite參數設為meters，projection，參數設為TansverseMercator。接下來再點擊edit菜單中的Add/Changeprojection，在彈出對話框中將原始投影參數添加進去。投影變換想想同一基準面的投影變換？不同基準面之間的變換？在ArcGISDesktop中進行三參數或七參數精確投影轉換

ArcGIS中定義的投影轉換方法，在對數據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。在項目的前期數據準備工作中，需要進行更加精確的三參數或七參數投影轉換。下面介紹兩種辦法來在ArcGISDesktop中進行這種轉換。

方法1：

在ArcMap中進行動態(tài)轉換

假設原投影坐標系統(tǒng)為Xian80坐標系統(tǒng)，本例選擇為系統(tǒng)預設的ProjectedCoordinateSystems\GaussKruger\Xian1980\Xian1980GKZone20投影，中央經線為117度，要轉換成Beijing1954\Beijing1954GKZone20N。

在ArcMap中加載了圖層之后，打開View-DataFrameProperties對話框，顯示當前的投影坐標系統(tǒng)為Xian1980GKZone20，在下面的選擇坐標系統(tǒng)框中選擇Beijing1954GKZone20N，在右邊有一個按鈕為Transformations...

動態(tài)投影(ArcMap)

所謂動態(tài)投影指，ArcMap中的Data的空間參考或是說坐標系統(tǒng)是默認為第一加載到當前工作區(qū)的那個文件的坐標系統(tǒng)，后加入的數據，如果和當前工作區(qū)坐標系統(tǒng)不相同，則ArcMap會自動做投影變換，把后加入的數據投影變換到當前坐標系統(tǒng)下顯示！但此時數據文件所存儲的數據并沒有改變，只是顯示形態(tài)上的變化！因此叫動態(tài)投影！表現這一點最明顯的例子就是，在ExportData時，會讓你選擇是按thislayer‘ssourcedata（數據源的坐標系統(tǒng)導出），還是按照theData（當前數據框架的坐標系統(tǒng)）導出數據?。ㄗ⒁庠谀承┋B加分析的時候會出錯？）返回首先理解地理坐標系（Geographiccoordinatesystem），Geographiccoordinatesystem直譯為地理坐標系統(tǒng)，是以經緯度為地圖的存儲單位的。很明顯，Geographiccoordinatesystem是球面坐標系統(tǒng)。我們要將地球上的數字化信息存放到球面坐標系統(tǒng)上，如何進行操作呢？地球是一個不規(guī)則的橢球，如何將數據信息以科學的方法存放到橢球上？這必然要求我們找到這樣的一個橢球體。這樣的橢球體具有特點：可以量化計算的。具有長半軸，短半軸，偏心率。以下幾行便是Krasovsky_1940橢球及其相應參數。

Spheroid:Krasovsky_1940

SemimajorAxis:6378245.0000000SemiminorAxis:6356863.000000

InverseFlattening（扁率）:298.3010000

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

述中，可以看到有這么一行：

Datum:D_Beijing_1954

表示，大地基準面是D_Beijing_1954。點擊打開一個投影轉換對話框，可以在對話框中看到Convertfrom和Into表明了我們想從什么坐標系統(tǒng)轉換到什么坐標系統(tǒng)。

在下方的using下拉框右邊，點擊New...，新建一個投影轉換公式，在Method下拉框中可以選擇一系列轉換方法，其中有一些是三參數的，有一些是七參數的，然后在參數表中輸入各個轉換參數。

輸入完畢以后，點擊OK，回到之前的投影轉換對話框，再點擊OK，就完成了對當前地圖的動態(tài)投影轉換。這時還沒有對圖層文件本身的投影進行轉換，要轉換圖層文件本身的投影，再使用數據導出，導出時選擇投影為當前地圖的投影即可。

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

打開這個命令，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置的，選擇轉換方法，與方法１種介紹的類似，可選擇三參數或者七參數，然后輸入各個參數指。通過為這個投影轉換公式指定一個名稱，可以在以后的操作中直接引用此公式而不用重復輸入各個參數了。點擊OK生成這個投影轉換公式。

在方法一里面，我們是動態(tài)的改變了地圖的投影，然后通過數據導出的辦法將要轉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，生成轉換后的圖層文件，Project命令分別位于Feature和Raster目錄下，分別針對于矢量和柵格數據。在這個命令中，在指定了輸入的圖層后，InputCoordinateSystem自動的識別出了輸入的投影，需要用戶指定輸出的投影，如果兩者與之前定義投影轉換公式的輸入和輸入投影的話，在下面的GeographicTransformation下拉框中會出現之前定義的公式名稱，直接選擇即可使用。

這些參數怎么獲取？（1）直接去買（2）如果有同一個點在不同橢球體下的坐標可以在mapgis中實現，mapgis可以反算出這幾個參數。附加內容：高斯平面直角坐標系

(a)高斯投影的原理把地球橢球面上的圖形展繪到平面上，必然產生變形。為了減少變形誤差，采用一種適當的投影方法，這就是高斯投影。高斯投影是將地球劃分為若干個帶，先將每個帶投影到圓柱面上。然后展成平面。我們可以設想將一個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并通過球心。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個投影，按帶進行投影。進行第1帶投影時，使地球3°經線與圓柱面相切，3°經線長不變形。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個投影，我國領土從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）……，我國領土3°帶從24～46帶。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，以保證必要的精度。(b)高斯投影特點：

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

②中央經線投影后仍直線，且長度不變形，見右圖。因此用這條直線作為平面直角坐標系的縱軸—x軸。而兩側其他經線投影后呈向兩極收斂的曲線，并與中央經線對稱，距中央經線越遠長度變形越大。

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，且與赤道投影對稱。

(c)高斯平面直角坐標系定義：高斯投影各帶構成獨立的坐標系，中央經線為x軸，赤道投影為y軸，兩軸的交點為坐標原點。由通用橫坐標換算實際橫坐標公式如下：Y實際=Y通用（去掉小數點向左數第7、8兩位為帶號）-500000m注：我國領土從13～23帶，帶號占兩位，直接去掉頭兩位即可。例如：某點通用橫坐標Y通用=20386575.310m，求該點實際橫坐標。首先，將20386575.310m中20去掉（第7位為0，第8位為2）則Y實際=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？地圖配準個人理解：將不正確的坐標賦予正確的坐標的過程？過程線：配準-定義投影-投影轉換幾何校正就是將圖像數據投影到平面上，使其符合地圖投影系統(tǒng)的過程；而將地圖坐標系統(tǒng)賦予圖像數據的過程，稱為地理參考（Georeferencing）。由于所有地圖投影系統(tǒng)都遵從于一定的地圖坐標系統(tǒng)，所以幾何校正過程包含了地理參考過程。

前幾天在群里激烈的討論了一下，配準過程中能不能用經緯度校正？最終覺得是可以的。首先，我們知道平面坐標肯定有經緯度坐標；

其次即使這個點是球面上的，但是投影后不應該改變吧，但是一定要知道是那個基準面上的，因為同一個點在不同的基準面上是不一樣的?；貞浟艘幌伦约涸涀鲞^的實驗，雖然當時沒有在ArcGis下做，但是原理是不應該變的把！為了說明問題，我只好把我的實驗報告拿出來（有點舍不得）這次配準是借助R2V和Workstation。Workstation的功能很強大的，但是我只用了有限的幾次，可悲??！上面幾個點是我用來做控制點的，在Workstation中打開后，然后輸入經緯度坐標。

看到geographic想到了什么？因為我用的是經緯度做校正的點，那么我們還應該把這個弄到平面上去吧，看下面的這些參數應該很清楚了，這些才是做平面投影時候的參數。在網上還找到一下東西，順便整理一下，希望主人能夠諒解先看第一個主人的：地圖配準可分為影像配準和空間配準。影像配準的對象是raster圖，譬如TIFF圖。配準后的圖可以保存為ESRIGRID,TIFF,或ERDASIMAGINE格式?？臻g配準（SpatialAdjustment)是對矢量數據配準。一、影像配準

在ArcGIS中配準：1.打開ArcMap，增加Georeferencing工具條。

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

frame

properties的coordinate

properties中選擇坐標系。如果是大地（投影）坐標系選擇predefined中的Projectedcoordinatesystem，坐標單位一般為米。如果是地理坐標系（坐標用經緯度表示）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的坐標。如公里網格的交點，我們從圖中均勻的取幾個點，不少于7個。在實際中，這些點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，點擊AddControlPoint按鈕。

6.使用該工具在掃描圖上精確到找一個控制點點擊，然后鼠標右擊，InputXandY輸入該點實際的坐標位置。采用地理坐標系時應輸入經緯度，經緯度用小數表示，如110°30'30'應寫成110.508(=110+30.5/60)。

7.用相同的方法，在影像上增加多個控制點，輸入它們的實際坐標。

8.增加所有控制點后，在Georeferencing菜單下，點擊UpdateDisplay。

9.更新后，就變成真實的坐標。

10.在Georeferencing菜單下，點擊Rectify，將校準后的影像另存。

這位主人已經告訴我們，我們在投影的時候看我們要選擇以米為單位的還是以經緯度為單位的，一大堆的文字描述的很詳細，但是如果能有相關圖片的配合應該更好！第二位主人的：影像校準所有圖件掃描后都必須經過掃描糾正，對掃描后的柵格圖進行檢查，以確保