地图坐标系统建立与地理信息采集实验报告

实验报告课程名称地理信息系统实验名称地图坐标系统建立与地理信息采集实验类型上机实验实验时间学生姓名学号学院地理科学学院专业地理科学指导教师实验评分地理科学学院《地理信息系统概论》之地图坐标系统建立与地理信息采集实验报告一、实验目的1、目的二、实验准备1、软件2、硬件3、数据4、预备知识三、实验方法及步骤四、实验过程中遇到（发现）的问题及解决办法五、实验结果分析一、实验任务及目的1）实验拟任务：实验1：影像纠正（栅格图像几何纠正——坐标转换）任务：将无地理坐标的栅格图像纠正到正确的地理坐标系统中，建立图像正确坐标系统。实验2：图像数字化建立矢量地理信息图层任务：将上述实验完成的纠正好栅格图像（如：华师84.img)，通过建立图层数字化转换为矢量地理信息图层，并学会根据应用需要设计矢量地理信息。2）实验目的1.掌握地图投影变换及坐标系统的建立2.掌握地图坐标系统转换的基本原理与方法3.掌握地理要素转换为地理信息（地图数字化）的基本原理与方法4.掌握利用ArcMap进行地图数字化的主要流程及具体操作5.学会根据实际应用设计采集有用的地理信息6.比较矢量数据与栅格数据结构，了解两种数据结构表达的空间数据各有何特点二、实验准备2.1软件准备：通过实验室的ARCGIS软件来做实验2.2硬件准备：电脑2.3数据准备：通过老师分享的华师栅格地图和矢量化道路数据84来作为实验的基础数据。1）实验1数据：以华师为例华师栅格地图，图像坐标系（像素坐标）data1\像素坐标影像地图\华师.tif华师道路网数据，WGS84投影坐标系data1\WGS84地理坐标\道路数据84.shp2)实验2数据：以华师为例纠正好的华师栅格地图，WGS84投影坐标系，由上一节实验完成的数据华师各类地理要素图层、属性设计的各种矢量图层，由学生根据需要自行设计，但最少需要包含建筑、道路、水域、植被等基本地理要素2.4预备知识1)地理坐标系（GeographicCoordinateSystem）地理坐标系使用基于经纬度坐标的坐标系统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。在ArcGIS中基于这三个椭球，建立了我国常用的三个基准面和地理坐标系：GCS_WGS1984(基于WGS84基准面)GCS_BEIJING1954(基于北京1954基准面)GCS_XIAN1980(基于西安1980基准面)2)投影坐标系（ProjectedCoordinateSystems）投影坐标系使用基于平面（X,Y）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。投影坐标系由以下参数确定54、西安80、WGS84）:高斯－克吕格、墨卡托投影、Mercator投影）简言之，投影坐标系统就是在确定地理坐标系后在选择需要的投影方法上所产生的。3)投影变换相同坐标系统采用不同地图投影的两类地图，需要将一种投影的地理数据转换成另一种投影的地理数据，这就需要进行地图投影变换。4)坐标系统转换不同坐标系统的两类地图，需要将一种坐标系统地图转换成另一种坐标系统地图，这就需要进行坐标系统之间的转换。主要的地理变换方法有：三参数（二维）和七参数（三维）法。本次实验主要基于二维坐标系统间的坐标转换即三参数（平移、旋转、缩放）：FEyDxyyxYCByAxxyxX''cos'sin'''sin'cos'005)地理信息地理信息按照其存储格式分为矢量地理信息和栅格地理信息两种数据类型,矢量地理信息是由:几何图形(点\线\多边形)、地理属性、空间关系（拓扑）共同组成，矢量数据是面向地理对象；栅格地理信息是由：格网单元（像元）、像元的值共同构成，栅格数据是面向像元。两种地理信息是可以互相转换的，栅格转矢量需要对每个地理对象进行数字化提取。地理信息shape格式文件的图形要素类型：point（点）、polyline（线）、Polygon（多边形）、Multipoint（复合点）、MultiPatch（复合块）.三、实验方法及步骤3.1、影像纠正（栅格图像几何纠正——坐标转换）步骤:第1启动ArcCatalog，在存放实验数据目录（如data1\像素坐标影像地图\)中找到需要配准的图像（如华师.tif），选中图像文件右键菜单——属性（Property），改属性，定义道路数据和华师地图的坐标系为地理坐标系为WGS1984。第2启动ArcMap，加载data1\WGS84地理坐标\道路数据84.shp，点击图层右键菜单——属性，设置当前地图的显示单位为度或度分秒第3加载图像需要配准的data1\像素坐标影像地图\华师.tif，准备坐标转换第4在ARCMAP空白工具栏处，点右键增加坐标转换工具编辑器工具条如下图第5先把地理配准里的自动校正取消，然后通过开始编辑，在图像华师.tif和图层道路数据84.shp中找形同地理位置点（同名点），利用坐标选择工具分别在图像和道路数据中点击同名点第6点击地理配准菜单下，点击自动校正进行配准，如果还有一点点没配准的，可以取消自动校正后，继续选点，再次自动校正。第7运行完成后点击全屏，配准完成。第8对纠正图像进行坐标转换计算：在点击编辑器菜单下，点击第二个校正对图像重新计算，输入新文件名保存计算完成后的图像为（eg.华师84.img）重新将纠正后的代坐标的图像（如：华师84.img)记载到ArcMap，同时移出原始图像（如：华师.tif)3.2图像数字化建立矢量地理信息图层步骤:第1：根据需要设计地理信息，并将设计的地理信息按数据字典格式编写地理信息设计字典（数据字典），数据字典示例：地理要素几何特征图层命名属性设计拓扑设计道路线道路_中心线路名长度。。。。。网络拓扑多边形道路_面路名面积。。。。。面拓扑建筑物多边形建筑物_面名称面积。。。。。面拓扑。。。。。。第2：在ArcCatalog中，按照你设计的数据字典，创建你的矢量地理信息图层。选择要建立的数据层所在目录后，点击右键，选择“新建”、“shapefile…”，输入图层名，选择图形类型，点按钮“编辑”选择空间参照系，创建所有图层。第3将新建的图层全部加载到ArcMap中，准备逐个图层数字化第4、按照数据字典设计，依据华师图像逐个图层数字化提取对应的矢量地理信息图形绘制——属性输入交互顺序完成地理信息的数字化。1）在主菜单“视图”中选取“编辑”，打开编辑工具栏：2）选取数据层，按编辑的下拉键，点取“开始编辑”,利用编辑工具，就可数字化第5.选择开始编辑后，选择相应的编辑对象，然后点击创建要素，即可通过折点扣出想要的区域作为项。第6.绘制完图形后可以添加属性字段，并编辑图形对应的属性在图层列表中，左键选中图层选中图层后打开右键菜单，打开图层属性表点击左上角的添加字段，然后手动添加名称，面积等字段，选好类型。然后选择对象，开始编辑，输入它们各自的属性。第7,如第6所示，逐一扣好每一个图层的矢量图，输入属性表，然后保存。四、实验过程中遇到（发现）的问题及解决办法1.在实验初期，遇到很多困难，在地理配准时，一开始发生才点了几个点，然后就开始图像扭曲，难以控制和校正。解决方法：把地理配准菜单中的自动校正先取消掉，防止还没选好点就开始校正造成图像扭曲，在确定每个方位均匀的选择了点后，再点击自动校正。2.选点不合理造成校正的准确率低。解决方法：在选点时，选择比较准确对正的点作为参考点，比如交叉路口，花坛等，不要选择大范围难以选择准确的点。3.在抠图中，常常找点不准，导致选择的区域奇形怪状，与实际相差甚远，与其他要素产生重叠解决办法：通过实验二拓扑错误检查器来减少出错。五、实验结果分析1.经过定义地理坐标系，找点，地理配准，道路数据的图与华师的栅格地图基本配准，实现将无地理坐标的栅格图像纠正到正确的地理坐标系统中，建立图像正确坐标系统，达到栅格图像几何纠正——坐标转换的目的。2.通过建立不同的图层，以及创建要素，一步步的抠图，基本完成华师栅格地图的图层数字化转换为矢量地理信息图层的目的。3.不足之处，抠图不够精细，数据不利于实验二的使用。