GIS几何变换实验

1、 本科学生实验报告姓名 尹永义 学号 13 专业 地理科学 班级 2014B 实验课程名称 地理信息系统概论（实验） 实验名称 几何变换 指导教师及职称 速绍华 （讲师 ） 开课学期 2014 至 2015 学年下 学期 云南师范大学旅游与地理科学学院编印一、实验准备实验名称：实验（几何变换 ） 实验时间：2015/04/16实验类型： 验证实验 综合实验 1、 实验目的和要求：1) 了解使用几何变换，扫描文件的仿射变换， 把扫描图像变换到UTM坐标系。2) 几何变换后的扫描文件的矢量化过程，3) 卫星图像的仿射变换 2、 实验材料及相关设备：1) 安装有Arcmap Arccatalog软件

2、的Windows7电脑一台，2) 数据来源：地理信息系统导论配套光盘中的GIS文件中的datesets_v7中的第六章3) Hoytmtn.tif,一个包含扫描文件的土壤界限的TIFF文件4) Rect_ hoytmtn.tif,习作一矫正后的TIFF 文件5) Spot-pan.bil一景分辨率为十米的SPOt全色卫星图像；road.shp,一个带有有GPS接收机测得的，并被投影到UTM坐标系的shapefile文件3、实验理论依据或知识背景：几何变换 n 几何变换就是利用一系列控制点和转换方程式在投影坐标上配准数字化地图、卫星图像或航空照片的过程。 n GIS中, 几何变换可分为地图到地图

3、的变换和影像到地图的变换。 n 均方根误差（RMS）是度量几何变换质量的一种定量方法。 变换方法 坐标系统之间进行几何变换有不同的方法。各种方法的区别在于它所能保留的几何特征，以及允许的变化。 仿射变换 n 仿射变换是假设输入（地图或影像）是均匀失真的，通常被建议用于地图到地图或影像到地图的变换。 n 如果输入的是已知的具有不均匀分布的失真，如地形位移的航空照片（由于局部地形造成的对象移位），建议使用投影变换。 控制点 n 控制点在确定仿射变换准确度中起关键作用（Bolstad 等 1990）。控制点的选择因地图到地图的变换和影像到地图的变换而异。 n 地图到地图变换的控制点选择相对比较直接。

4、我们只需要有已知真实世界坐标的点。 n 影像到地图变换时的控制点通常也叫做地面控制点。地面控制点(GCPs) 是影像坐标（用行和列显示）和真实世界坐标都能识别的点。GCPs直接从卫星影像选取。因此，其地面控制点的选取并不像在数字化地图上选取4个地理控制点那么直接。 均方根 (RMS) 误差 控制点的好坏通常用均方根（RMS）误差来衡量，即对控制点实际位置（真实的）与估算位置（数字化的）之间偏差的估量。 数字化地图上的均方根误差 n 如果RMS误差在可接受的范围之内，通常我们会假设整幅地图的变换也是可以接受的。 n 如果在数字化控制点或输入控制点的经纬度值时，出现大的差错，该假设就是错误的。 像

5、元值重采样 n 三种常用的重采样方法是：邻近点插值法、双线性插值法和三次卷积插值法。 n 邻近点插值法是将原始图像的最邻近像元值填充新图像的每个像元。 n 双线性插值法把基于三次线性插值得到的4个最邻近像元值的平均值赋予新图像的相应像元。 n 三次卷积插值法则用五次多项式插值法求出16个相邻像元值的平均值。 二、实验内容、步骤和结果（要求：详细写清楚本次实验的完成的主要内容、具体实施步骤和实验结果。纸张不够可以自行添加。）1) 连接ArcCatalog至第六章数据库，启动Arcmap,重命名为数据帧Task1，将hoytmtn.tif添加到Task1.单击Customize ,菜单指向tool

6、bars，选中Georeferencing，工具条出现在Arcmap，窗口，2) 放大hoytmtn.tif,定位四个控制点，用括号圈起控制点，两个在图像的顶部，两个在图像的底部，按顺时针从一到四编号，其中，左上角的点为1，3) 在第一个控制点周围放大视窗，激活Georeferencing工具条里的Add Control Point 工具。单击于括号中心线相交的交叉点，再单击一次，在控制点上有一个由绿变红的+出现用同样的方法添加其他三个点。4) 在办步骤中，要更新四个控制点的坐标值，单击Georeferencing工具条里的view link table。链接表格点部出了四个控制点，Xsour

7、ce Ysource，Xmap，Ymap和残差值，其中前两个是扫描图像上的点，的坐标值，后两个是扫描图像上的坐标值。5) 如果控制点被正确的添加到图像，总的均方根误差应该小于4.0m，如果均方根误差大，选中残差值大的记录并删除，单击linktable上的对话框OK6) 本步骤要纠正便缓缓的土壤文件，选择Georeferencing，下拉菜单的Rectify，在出现的对话框中，选择所有参数为默认值，并将纠正后的图像保存在第六章数据库里，命名为rect_hoytmttn.tif7) 本步骤要创建一个新的shapefile，用于存储rect_hoytmttn.tif的矢量化要素，右击第六章文件夹，指

8、向NEW，选择shapefile，在creat new shapefile 对话框里，输入文件名为hotmtn_trace.shp,要素类型为polyline,单击edit按钮，新文件的坐标系为Prejected Coordinate systerms /UTM/NAD1297zone11N,单击OK退出8) 插入数据帧，命名为Task2，天假rect_hoytmttn.tif和hotmtn_trace.shp，从前一个中选择Properties，在Symbology表里，选择Unique Values，选择biuld the attribute table .改变符号颜色为红色，值为零，关闭

9、对话框，右击rect_hoytmttn.tif指向Zoomto Layer .因为rect_hoytmttn.tif里面的颜色很浅。9) 在Arcmap中，单击Editor Toolbar，在Editor下拉菜单中选择 StartEditing，选择hoytmtn_trace进行编辑。编辑模式激活了Arcscan工具条。10) 本步骤要矢量化参数，从Vectorization，下拉菜单选择Vectorization setting，单击Styles,选中Polygons,并在下一个对话框中单击OK，单击Apply，在单击Apply，关闭Vectorization setting对话框11) 在

10、Vectorization菜单中选择Generate Features是添加中心线的图层是hoytmtn_trace.单击OK批量式量化的结果保存在hoytmtn_trac图层，12) Rect_hoytmtn左下角有关于土壤的注释，在标准工具上，选择Nottes,完成图想到地图的转换1) 在Arcmap中插入新的数据帧，；重命名为Task3，添加Spot-pan.bil和road。Shp2) 使用快捷菜单的Zoom观察Spot-pan.bil和road。Shp3) 在下拉菜单中的AutoAdjust打钩，右击road，选择Zoom to layer，单击Add Controlpoints，4

11、) 在Georeferencing中单击 view link table，其显示四条记录，每天条记录对应三个链接，5) 在Georeferencing菜单中选择Rectify。在出现的下一个对话框中，进行祥云大小和像云冲采样的选择，同时还要定义输出文件的名称。单击Save关闭对话框。6) 添加并查看rect_spot,经过地理坐标匹配和纠正过的rect_spot,是一个栅格数据，7) rect_spot的值域应该是16100，但如果他的值域是16-255，则应该使用以下方法纠正；第一，Spatial Analyst 下拉菜单选择Reclassify。在Reclassify对话框中，单击Uniq

12、ue。行的原值为255，改为NO data,单击OK，第二右击热Reclass of rect _spot,选择prroperties,在Show框中，选择Stretched。改变Low Lable 为16，Hign Lable为100，单击OK，右击Reclass of rect _spot,单击Data，并选择Export Data。然后指定输出名称和保存位置。三、实验小结1、实验中出现过的问题（或错误）、原因分析（1）、在做到习作二，矢量化栅格线条时，忘了打开ARCScan的扩展模块，后面经过同学的帮忙指正，才打开了扩展功能。（2）、在做几何变换过程中，出现了很多错误，原因是几何方面公式知识理解较少，再加上对程序的不熟悉造成的；（2）、在很多次操作中，出现脚本错误和在输入输出要素时出现红叉，没能成功完成，原因是细节不注意，有些小细节没做好（3）、3次实验课从简单到困难，执行了几何变换的一些重要的基本操作步骤，好多次坐到后面就做不下去了，后面的很多数据都市一前面的为基础。3