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文档简介

第4章空间数据的转换与处理林金堂2第4章空间数据的转换与处理4.1投影变换4.2数据格式转换4.3数据处理34.1投影变换4.1.1投影概述4.1.2定义投影4.1.3投影变换4.1.4数据变换44.1.1投影概述ArcGIS中坐标系统两种:地理空间坐标系与投影坐标系(平面直角坐标)

地理空间坐标系(Geographiccoordinatesystem),使用基于经纬度坐标描述地球上某一点所处的位置。某一个地理坐标系是基于一个基准面来定义的。基准面是利用特定椭球体对特定地区地球表面的逼近,因此每个国家或地区均有各自的基准面;也称球面坐标。如WGS1984(GPS点),Xian1980.prjBeijing1954.prj。54.1.1投影概述投影坐标系统(Projectioncoordinatesystem)使用基于X,Y值的坐标系统来描述地球上某个点所处的位置。这个坐标系是从地球的近似椭球体投影得到的,它对应于某个地理坐标系。平面坐标系统地图单位通常为米,也称非地球投影坐标系统(notearth),或者是平面直角坐标。投影坐标系由以下两项参数确定:地理坐标系(由基准面确定,比如:北京54、西安80、WGS84)投影方法(比如高斯-克吕格、Lambert投影、Mercator投影)坐标是GIS数据的骨骼框架,能够将我们的数据定位到相应的位置,为地图中的每一点提供准确的坐标64.1.1投影概述北京54坐标系与西安80坐标系都是以Gauss_Kruger为基础,经局部平差后产生的坐标系北京54坐标系:1954建立原点不在北京而是在前苏联的普尔科沃西安80坐标系:也称国家大地坐标系,1980年,原点在西安附近GPS系统所采用的是1984年世界大地坐标系(WordGeodeticSystem1984即WGS-84)。WGS-84坐标系是美国国防部研制确定的大地坐标系。原点是地球的质心,以经纬度为单位存储74.1.1投影概述北京54:长半轴a=6378245m:短半轴b=6356863m扁率f=1/298.3西安80:长半轴a=6378140m;短半轴b=6356755m扁率f=1/298.25WGS-84:长半轴a=6378137m;短半轴b=6356752.314m扁率f=1/298.25是经纬度坐标系统注:扁率:f=(a-b)/a

地球上同一点,各个坐标系的坐标是不一样的WGS84一般是经纬度坐标系84.1.1投影概述分带方法:有3度和6度分带法

6°分带法:从格林威治零度经线起,每6°分为一个投影带,全球共分为60个投影带,东半球从东经0°-6°为第一带,中央经线为3°,9°,15°,依此类推,投影带号为1-30。其投影带号n和中央经线经度L0的计算公式为:L0=(6n-3);西半球投影带从180°回算到0°,编号为31-60,投影代号n和中央经线经度L0的计算公式L0=360-(6n-3)°。94.1.1投影概述首子午线第1带0°12°6°央子中午线赤道NS104.1.1投影概述3°分带法:从东经1°30′起,每3°为一带,将全球划分为120个投影带,东经1°30′-4°30′,...178°30′-西经178°30′,...1°30′-东经1°30′。东半球有60个投影带,编号1-60,各带中央经线计算公式:L0=3n,中央经线为3°、6°...180°。西半球有60个投影带,编号1-60,各带中央经线计算公式:L0=360°-3°n,中央经线为西经177°、...3°、0°114.1.1投影概述1、3度带中央经线L0=3*n带号n:=L0/32、6度带中央经线经度L0的计算公式为:L0=(6n-3)带号n:=(L0+3)/6总之:中央经线和带号只和经线有关,与纬度无关,经度在地球上表现为东西方向。124.1.1投影概述1、3度带以中央经线正负1.5度N=Int((X+1.50)/3)2、6度带是以中央经线正负3度N=Int(X/6)+1由经线(X)反算最近带号134.1.1投影概述中国经纬度范围最东端东经135度2分30秒黑龙江和乌苏里江交汇处最西端东经73度40分帕米尔高原乌兹别里山口(乌恰县)最南端北纬3度52分南沙群岛曾母暗沙最北端北纬53度33分漠河以北黑龙江主航道(漠河县)2日本朝鲜韩国经度为73~135,3度为25带-45带,6度带13(对应中央经线为75度)-23(对应中央经线为135度)纬度为3度-53度144.1.1投影概述分带范围154.1.1投影概述

在GIS系统中如北京54,西安80,采用6度或3度分带的高斯-克吕格投影。每一个分带构成一个独立的平面直角坐标网,投影带中央经线投影后的直线为X轴(纵轴,纬度方向),赤道投影后为Y轴(横轴,经度方向),为了防止经度方向的坐标出现负值,规定每带的中央经线加500公里(向东平移500公里),由于高斯-克吕格投影每一个投影带的坐标都是对本带坐标原点的相对值,所以各带的坐标完全相同,因此规定在横轴坐标前加上带号,如(37318980,2165593)其中37即为带号,同样所定义的偏移值也需要加上带号,如37带的偏移值为37500000米。3度分带、6度分带对应平面XY规定164.1.1投影概述平面坐标:坐标X,Y(在ArcGIS中),X在前,Y在后,X坐标不加带号,是六位,加带号是八位,Y是七位(纬度大于10)平面坐标范围,以标准分幅为例174.1.1投影概述在CoordinateSystems\ProjectedCoordinateSystems\GaussKruger\Beijing1954目录中,我们可以看到四种不同的命名方式:

Beijing19543DegreeGKCM102E.prjBeijing19543DegreeGKZone34.prjBeijing1954GKZone16.prjBeijing1954GKZone16N.prj说明如下:3度分带法的北京54坐标系,中央经线在东经102度的分带坐标,横坐标前不带加号3度分带法的北京54坐标系,34分带,中央经线在东102度的分带坐标,横坐标前加带号166度分带法的北京54坐标系,分带号为16,横坐标前加带号16N6度分带法的北京54坐标系,分带号为16,横坐标前不加带号ArcGIS坐标系统文件说明-北京54184.1.1投影概述在CoordinateSystems\ProjectedCoordinateSystems\GaussKruger\xian1980目录中,我们可以看到四种不同的命名方式:

Xian19803DegreeGKCM102E.prjXian19803DegreeGKZone34.prjXian1980GKCM117E.prjXian1980GKZone17.prj3度分带法的西安80坐标系,中央经线在东102度的分带坐标,横坐标前不带加号3度分带法的西安80坐标系,34分带,中央经线在东102度的分带坐标,横坐标前加带号117E6度分带法的西安80坐标系,分带号为20,中央经线117,横坐标前不加带号17度分带法的西安80坐标系,分带号为17,中央经线99,横坐标前加带号ArcGIS坐标系统文件说明-西安804.1.2定义投影定义投影(DefineProjection),指按照地图信息源原有的投影方式,为数据添加投影信息。在ArcGIS中利用【数据管理工具】工具箱,【投影变换】工具集中的【定义投影】命令,能够为数据定义投影。1920定义投影有三种方法选择固定的投影导入投影(当已知原始数据与某一数据的投影相同时)自定义投影4.1.2定义投影21选择投影坐标系2223使用已有的投影坐标系投影24以t25_Project投影图像的坐标系作为投影坐标系25新建一个投影坐标系264.1.3投影变换方法一:在Arcmap中转换:1、加载要转换的数据2、点击视图——数据框属性——坐标系统3、导入或选择正确的坐标系,确定。4、右击图层——数据——导出数据5、坐标系统选择第二个(数据框架),输出路径,确定。6、此方法类似于投影变换。方法二:ArcToolbox中转换:1、管理工具——投影(project),选择输入输出路径以及输出的坐标系2、前提是原始数据必须要有投影274.1.3投影变换1.栅格(Raster)数据的投影变换:利用【数据管理工具】工具箱,【投影和变换】中【栅格】工具集,【投影栅格】命令对栅格数据进行投影变换。输入的栅格必须已具有投影信息,若没有则在【输入坐标系】中指定数据的原始投影信息【地理坐标变换】:当输入和输出坐标系的基准面相同时,地理(坐标)变换为可选参数。如果输入和输出基准面不同,则必须指定地理(坐标)变换。28292.要素类(Feature)数据的投影变换:利用【数据管理工具】工具箱,,【投影和变换】中的【要素】工具集,【投影】命令,对矢量数据进行投影变换。【批量投影】可以进行多个要素类的投影变换。30

转换一个文件同时转换多个文件转换栅格31一次处理多个投影(不经常用到)4.1.4数据变换数据变换是指对数据进行诸如放大、缩小、翻转、移动、扭曲等几何位置、形状和方位的改变等的操作。对矢量数据的相应操作在ArcMap中【编辑器】工具条的若干工具实现(详见第三章)。而栅格数据的相应操作则集中于ArcMap中的地理配准工具条和ArcToolbox中的投影和变换工具集来实现,以下分别就栅格数据的翻转(Flip)、镜像(Mirror)、重设比例尺(Rescale)、旋转(Rotate)、移动(Shift)和扭曲(Warp)等分别介绍。3233341.翻转(Flip):是指将栅格数据沿着通过数据中心点的水平轴线,将数据进行上下翻转。利用Flip命令,对数据进行翻转。Flip对话框翻转翻转(Flip)的图解表达352.镜像(Mirror):是指将栅格数据沿着通过数据中心点的垂直轴线,将数据进行左右翻转。利用Mirror命令,对数据进行镜像。镜像(Mirror)的图解表达镜像Mirror对话框363.重设比例尺(Rescale):是指将栅格数据按照指定比例分别沿X轴和Y轴放大或缩小。Rescale命令,对数据重设比例尺。重设比例尺重设比例尺(Rescale)的图解表达Rescale对话框374.旋转(Rotate):是指将栅格数据沿着指定的中心点旋转指定的角度。利用Rotate命令,对数据进行旋转。图4.13Rotate对话框旋转旋转(Rotate)的图解表达385.移动(Shift):是指将栅格数据分别沿X轴和Y轴移动指定的距离。利用Shift命令,对数据进行移动。Shift对话框移动移动(Shift)的图解表达396.扭曲(Warp):是指将栅格数据通过输入的控制点进行多项式变换。利用Warp命令,对数据进行扭曲变换。Warp对话框原数据一次多项式二次多项式三次多项式扭曲(Warp)的图解表达404.2数据格式转换4.2.1数据结构转换4.2.2数据格式转换414.2.1数据结构转换空间数据的来源有很多,如地图、工程图、规划图、照片、航空与遥感影像等,因此空间数据也有多种格式。根据应用需要,对数据的格式要进行转换。转换是数据结构之间的转换,而数据结构之间的转化又包括同一数据结构不同组织形式间的转换和不同数据结构间的转换。其中,不同数据结构间的转换主要包括矢量到栅格数据的转换和栅格到矢量数据的转换。图4.19数据格式转换工具424.2.1数据结构转换地理信息系统的空间数据结构主要有栅格结构和矢量结构,这两种数据结构是模拟地理信息的两种不同的方法。在地理信息系统中栅格数据与矢量数据各具特点与适用性,为了在一个系统中可以兼容这两种数据,以便有利于进一步的分析处理,常常需要实现两种结构的转换。431.栅格数据向矢量数据的转换栅格向矢量转换处理的目的,是为了将栅格数据分析的结果,通过矢量绘图装置输出,或者为了数据压缩的需要,将大量的面状栅格数据转换为由少量数据表示的多边形边界,但是主要目的是为了能将自动扫描仪获取的栅格数据加入矢量形式的数据库。由栅格数据可以转换为3种不同的矢量数据,分为点状、线状和面状的矢量数据。但转换操作大同小异,例如利用ConversionTools工具箱,FromRaster工具集中的RastertoPolygon命令,可将栅格数据转换成面状矢量数据。4.2.1数据结构转换44数据结构间转换栅格转矢量多边形、点,线矢量转栅格多边形、点,线45图4.21RastertoPolygon的图解表达图4.20RastertoPolygon对话框4.2.1数据结构转换462.矢量数据向栅格数据的转换

矢量数据直接用于多种数据的复合分析等处理将比较复杂,特别是不同数据要在位置上一一配准,寻找交点并进行分析。相比之下利用栅格数据模式进行处理则容易得多。加之土地覆盖和土地利用等数据常常从遥感图像中获得,这些数据都是栅格数据,因此矢量数据与它们的叠置复合分析更需要把其从矢量数据的形式转变为栅格数据的形式。利用ConversionTools工具箱,ToRaster工具集中的FeaturetoRaster命令,可将矢量数据转换成栅格数据。4.2.1数据结构转换47图4.23FeaturetoRaster图解表达图4.22FeaturetoRaster对话框4.2.1数据结构转换484.2.2数据格式转换基于文件的空间数据类型包括对多种GIS数据格式的支持,如coverage,shapefile,grid,image和TIN。Geodatabase数据模型也可以在数据库中管理同样的空间数据类型。基于文件的空间数据基于数据库的空间数据CoveragesOracleShapefilesOraclewithSpatialGridsDB2withitsSpatialTypeTINsInformixwithitsSpatialTypeImages(各种格式的)SQLServerVectorProductFormat(VPF)filesPersonalGeodatabases(微软的Access)CAD文件表(各种格式的)表1ArcGIS中的数据类型494.2.2数据格式转换1.CAD数据的转换

CAD数据是一种常用的数据类型,例如大多数的工程图、规划图都是CAD格式。ArcGIS中的要素类,Shapefile数据可以转换成CAD数据,CAD数据也可以转换成要素类和地理数据库。504.2.2数据格式转换(1)数据输出CAD格式:将要素类或者要素层转换成CAD数据。可利用ConversionTools工具箱,ToCAD工具集中的ExporttoCAD命令。图4.24ExporttoCAD对话框514.2.2数据格式转换(2)CAD的输入转换:将CAD数据转换成要素类和数据表。可利用ConversionTools工具箱,ToGeodatabase工具集中的ImportfromCAD命令。图4.25ImporttoCAD对话框524.2.2数据格式转换2栅格数据与ASCII文件之间的转换(1)栅格数据向ASCII文件的转换利用ConversionTools工具箱,FromRaster工具集中的RastertoASCII命令,可实现由栅格数据向ASCII文件的转换。图4.26RastertoASCII对话框534.2.2数据格式转换(2)ASCII文件向栅格数据的转换利用ConversionTools工具箱,ToRaster工具集,中的ASCIItoRaster命令,可实现由ASCII文件向栅格数据的转换。图4.27ASCIItoRaster对话框54数据格式间转换大部分时候数据转换存在数据属性的丢失554.3数据处理4.3.1数据裁切4.3.2数据拼接4.3.3数据提取564.3数据处理

4.3.1数据裁切数据裁切是从整个空间数据中裁切出部分区域,以便获取真正需要的数据作为研究区域,减少不必要数据参与运算。

1矢量数据的裁切:可利用AnalysisTools工具箱,Extract工具集中的Clip命令

图4.29Clip的图解表达+图4.28Clip对话框57数据裁切---矢量裁切后的输出路径被裁切图层,可以是点,线,面图层面图层584.3数据处理2栅格数据的裁切栅格数据的裁切有多种方法,例如用圆形、点、多边形、矩形,以及用已存在的数据进行裁切。其中最常用的方法是利用已存在的栅格或矢量数据裁切栅格数据。可利用SpatialAnalystTools工具箱,Extraction工具集中的ExtractbyMask命令。图4.31ExtractbyMask的图解表达图4.30ExtractbyMask对话框59数据裁切---栅格以任意形状或者是现有的矢量、栅格数据裁切栅格数据。裁切后的输出路径注意:此功能必须激活空间分析模块:tools-extension-空间分析打钩60

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