7第七章地理空间参考与地图投影

1、第七章 地理空间参考与地图投影一、ArcGIS中的地图投影系统 ArcGIS中的地图投影系统有Continental（大陆地图投影系统）、Country Systems（国家地图投影系统）、Gauss Kruger（高斯克吕格地图投影）、National Grids（国家格网地图投影系统）、Polar（两极地图投影系统）、State Plane（政府地图投影系统）、State Systems（州级地图投影系统）、UTM（通用横轴墨卡托地图投影系统）、World（世界地图投影系统）。 我国常用的投影系统 我国的各种地理信息系统中都采用了与我国基本比例尺地形图系列一致的地图投影系统，这就是：比例大

2、于等于1：500000时采用高斯克吕格投影； 1：1000000时采用正轴等角割圆锥投影。1、高斯克吕格投影 通常是按6或3分带投影。 我国国家基本比例尺地形图中的大、中比例尺图，一律采用高斯克吕格投影。其中： 1：1万比例尺的地形图采用按经差3分带； 1：25万1：50万比例尺地形图采用经差6分带。3带中央经线经度的计算： 中央经线经度3当地带号（适用于1：1万）6带中央经线经度的计算：当地中央经线经度6当地带号3 为了便于地形图的量测作业，在高斯克吕格投影带内布置了平面直角坐标系统。具体构成方法是： 以中央经线为x轴，赤道为y轴，中央经线与赤道交点为坐标原点。同时规定，x值在北半球为正，南

3、半球为负。 y值在中央经线以东为正，中央经线以西为负。 由于我国疆域均在北半球，x值皆为正值。为避免y值出现负值，还规定各投影带的坐标纵轴均西移500km。2、阿尔伯斯双标准纬线多圆锥投影（正轴等角圆锥投影） 我国新编的1：100万地图采用双标准纬线正轴等角圆锥投影，即圆锥面与椭球面相割的两条纬线圈，称之为标准纬线。 阿尔伯斯双标准纬线多圆锥（Albers EqualArea Conic）投影，也称为正轴等面积割圆锥投影，由亚尔波斯（Albers）于1805年创拟。 在我国有两套参数，即中央经线105E和中央经线112E。 我国一般都选择投影参数为：中央经线：东经105南标准纬线：北纬25北标

4、准纬线：北纬47椭球体：Krasovsky坐标系起始纬度：0纵坐标西移：3000000m横坐标偏移：0m二、地图参考 精确的GIS分析需要精确的空间信息，对于栅格影像数据来说，无论是卫星遥感影像、航空遥感影像，还是扫描地图、扫描图片，如果要把它应用于GIS中，通常需要将它与已知的真实地理坐标进行地理配准（Georeference）。 需要进行地理配准的栅格影像有4种情况： 没有地理坐标信息； 从数字化仪或扫描仪获得的图像； 作为维护经准空间数据库中的一部分工作，需要整合新老数据或将精度不高的数据以高精度数据为参考来提高精度； 包含几何畸变，畸变处地物位置不正确或数字化扫描误差（扫描地图）的栅格

5、影像，当一个矢量Coverage以图形方式显示于一个栅格影像上时，这种畸变或位置不精确会很明显。 为了与其他具有地理坐标的栅格影像数据或矢量图形数据进行叠加显示分析，就必须以已知的真实地理坐标对上述类型的栅格影像进行地理配准。（一）ArcGIS中的地图参考工具（二）ArcGIS中的地图参考过程 对影像的配准有很多方法，下面介绍一种常用的方法。（1）打开ArcMap，打开Georeferencing工具栏（2）把需要进行纠正的影像增加到ArcMap中，会发现Georeferencing工具栏中的工具被激活。（3）在校正中需要知道一些特殊点的坐标，即控制点。可以使经纬线网格的交点、公里网格的交点或

6、者一些典型地物的坐标，可以从图中均匀地取几个点，一般在实际中，这些点应该能够均匀分布。如果已知这些点在矢量坐标系内的坐标，则用以下方法输入点的坐标值，如果不知，则间接获取。（4）首先将Georeferncing工具栏的Georeferncing下拉菜单中的Auto Adjust命令取消选中状态。（5）在Georeferncing工具栏中单击Add Control Point按钮。（6）使用该工具在影像上精确地寻找一个控制点并单击，然后右击，在弹出的快捷菜单中选择Enter Coordinates命令，在打开的Enter Coordinates对话框中输入该店的实际坐标位置的值。（7）用相同的方

7、法，在影像上增加多个控制点，输入它们的实际坐标值。（8）选择View|Link Table菜单命令，打开Link Table对话框检查各控制点残差（Residual）及均方差（Total RMS），根据上述原则对控制点进行修改，直到符合要求。（9）增加所有控制点后，在Georeferencing下拉菜单中单击Update Display命令。（10）更新后，影像就变成真实的坐标。（11）在Georeferencing下拉菜单中单击Rectify命令，打开Save As对话框，将更新后的影像另存。其中参数Cell Size选择与更新前相同，Resample Type（重采样方法）有3种： Nea

8、rest Neighbor（最近邻法）、Bilinear Interpolation（双线性内插法）和Cubic Convolution（立方卷积法），最近邻法不改变输入像元的值，得出的结果较粗糙；双线性内插法稍好；立方卷积法最光滑。 一般对栅格地图来说采用最近邻法为好。三、坐标定义 ArcGIS Desktop可以定义数据的地理坐标和投影坐标，在ArcMap、ArcCatalog、ArcToolBox中都能进行。3.1 空间数据坐标定义 对于不同的数据类型，进行的操作也不同。（一）在ArcCatalog中定义 在ArcCatalog中对不同的数据格式进行地理坐标系统的定义，其有些过程存在一定

9、的差异，具体过程如下：1、Shapefile文件的坐标定义 利用ArcCatalog，可以定义Shapefile的坐标系统，包括选择一个ArcCatalog提供的预定义的坐标系统，直接输入另一数据源的坐标系统，或定义一个自己的坐标系统。 定义后的坐标系统信息存储在与Shapefile同名、同目录的.prj文件中，Shapefile的坐标系统被确定以后，还可以单击【空间坐标特性】对话框中的【修改】按钮对其进行修改。具体操作如下：（1）坐标系统的定义选择一个预先定义的坐标系统或单击Import按钮，输入一个与地图数据源相同的坐标系统。或单击New，定制一个全新的地图坐标系统。或单击Modify修改

10、现有参数（2）坐标系统的选择 在该对话框中浏览并选择所需要的坐标系统。可以选择ArcCatalog提供的预定义的坐标系统，也可以选择Workstation Arc/INFO创建的投影文件。（3）坐标系统的导入 在该对话框中浏览并选择需要使用其坐标系统的地理数据；可以选择Coverage、栅格数据或地理数据库中的地理要素数据集和要素类。（4）坐标系统的定制 定制地理坐标系统 定制投影坐标系统 定制地理坐标系统定制投影坐标系统（5）坐标系统参数的修改（6）坐标系统的保存2、Coverage文件的地理坐标的定义 在Coverage Properties对话框中的Projections（投影）选项卡中

11、，包含Coverage坐标系统及其投影参数信息。如果Coverage还没有定义坐标系统，可以通过单击Projection选项卡中的Define按钮，为其定义一个坐标系统，定义投影向导会帮助完成上述工作。 在定义坐标系统时，既可以交互式地定义坐标系统的各个参数，也可以将另外一个Coverage、Grid或TIN中的相关信息复制过来。 如果Coverage已经定义了坐标系统，还可以在定义投影向导的帮助下改变现有的坐标系统。（1）为Coverage匹配一个坐标系统（2）交互定义Coverage坐标系统（3）再定义投影向导（确定投影参数） 对于Grid和TIN数据，其坐标系统的定义方法同Coverag

12、e。（4）CAD文件的地理坐标的定义 在CAD图层文件中，通常没有说明其所用坐标系统的任何信息，在这种情况下，该CAD图层文件的空间坐标系统将是Undefined。 在ArcCatalog中，对于这类CAD文件，虽然可以对其进行操作，但却不能充分发挥Catalog的功能，利用Catalog，可以通过几种方式定义CAD坐标系统：包括选择一个ArcCatalog提供的预定义的坐标系统、直接导入另一数据源的坐标系统或定制一个坐标系统。 将定义的坐标系统信息，存储在与CAD文件同名、同目录的.PRJ文件中。（二）在ArcToolBox中定义 在ArcMap或ArcCatalog中，单击ArcToolB

13、ox中选择Data Management Tools|Projection and Transformations|Define Projection命令来对数据文件进行定义。 在上面的对话框中，同样具有定制一个新的地理坐标系统、导入一个其他数据源的坐标系统、选择预定义的坐标系统、修改已定义的坐标系统的参数、清除已定义的坐标系统的功能，同时还可以将已定义的坐标系统存储到文件夹中，以备将来可以为其他数据所使用。3.2 数据层组坐标系统重定义 在ArcMap中，默认的是空白地图文档第一个添加的数据的参照系统，但是在操作过程中也可以对数据层组的坐标系统进行重定义。 在ArcMap中，对数据层组定义时

14、，可以定义一个新的、自定义的坐标系统，也可以导入被别的数据源使用的坐标系统参数，并且如果一个坐标系统已经被定义的话，可以修改一些单独的参数，例如，可以修改从别的数据源导入的坐标系统的一个参数，或者修改一个预定的坐标系统的某些参数。 如果对定义的坐标系统不满意需要重新定义的话，可以单击Clear按钮，取消已经定义的坐标系统然后重新定义。1）地理坐标系统的定制2）地理坐标系统的导入3）地理坐标系统的修改3.3 坐标转换 在工作过程中，经常会有一些这样的需要将地理坐标系统（通常也称为大地坐标系）数据转换为投影坐标系统数据。本节将介绍在ArcGIS中如何进行这样的操作。（一）坐标转换方法概述 地理信息

15、系统的空间数据来自各种渠道，它们在输入到正式的数据库之前，往往采用各自不同的坐标系。 在同一个GIS系统中，多种坐标体系并存会给查询、分析以及地图的显示都带来不便，尤其是在不同层的数据需要叠合分析时，或在不同图幅之间需要拼接时就会有矛盾。 因此，正式数据库用的坐标系最好是统一坐标系，以方便用户使用。（二）ArcGIS中的坐标转换 改变数据存储坐标，就是指改变数据的存储单位，如将经纬度存储的数据转换为以米存储的数据。 本文将以中国1：400万图幅举例，文件类型为shapefile。在ArcCatalog或者ArcMap中，都可以查看得到的数据的存储单位。1、在ArcMap中的操作2、在ArcCa

16、talog中的操作3、直接使用ArcToolBox中的Project工具 （1）先创建好需要使用的Transverse_Mercator坐标系统，其参数如图：（2）打开ArcToolBox中的Project对话框4、巧用ArcMap的动态（onthefly）投影转换数据（1）打开空白的ArcMap，打开Data Frame Properties对话框，并在Coordinate System选项卡中进行定制，将定义好的投影坐标系统定制为数据显示窗口的坐标系统。（2）将原来 的数据坐标系统加入到ArcMap中显示。 另外，这个改变数据存储的办法和在ArcCatalog中简单为数据换一个投影坐标系统的做法有所不同，在ArcCatalog中的操作只是改变了数据的元数据（Metadata），而对数据源不会有任何的改动，不能起到数据转换的效果。（三）坐标转换中的误差 经过坐标转换，虽然仍可以保持图形的完整和连续，但它们的形状并不完全相似，这表明经过坐标转换发生了变形，这种变形使得地面事物的几何特性（长度、角度、面积）受到破坏，并且产生了位置偏差，