ArcGIS使用-配准

ArcGIS使用－配准影像配准及地图数字化3.2影像配准及地图数字化•3.2.1地图矢量化•3.2.2屏幕跟踪数字化过程•3.2.3影像配准•3.2.4要素矢量化3.2.1地图矢量化•数字化可分为手扶跟踪数字化和扫描数字化•对于栅格数据的获取，GIS主要涉及使用扫描仪等设备对图件的扫描数字化，这部分的功能也较简单。因为通过扫描获取的数据是标准格式的图像文件，大多可直接进入GIS的地理数据库。•从遥感影像上直接提取专题信息，需要使用几何纠正、光谱纠正、影像增强、图像变换、结构信息提取、影像分类等技术，主要属于遥感图像处理的内容。因此，以下主要介绍GIS中矢量数据的采集。手扶跟踪数字化•通过数字化仪获取是一种最普通的传统方法•是单调而细致的工作数字化仪工作原理操作人员在数字化仪上点击一点或跟踪一条线段y=10x=5坐标被存入到GIS数据库中3.2.2屏幕跟踪数字化过程•1.配准影像•2.新建要素类•3.在ArcMap中加载已配准的影像和新建的图层（要素类）•4.在ArcMap中使用“编辑器”，分层提取要素（对于二值化扫描地图，可使用ArcScan模块进行半自动化的屏幕跟踪数字化）3.2.3影像配准•栅格数据通常是通过扫描纸质地图或采集航空及卫星照片获得。•通过扫描获取的影像不包含定义其地理空间位置所需的信息。而航空及卫星照片所使用的坐标系统是相对于通用GIS平台软件所使用的坐标系统是独立的。•为了能够将这些影像数据与其它的数据集成，以便进行分析，就必须对其进行处理：用户需要事先将这些数据校准（配准）到一个指定的地图坐标系3.3.1GIS中的地图投影3.1.1.1地理坐标系（GeogrpahicCoordinateSystem）•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)椭球体长半轴a（米）短半轴b（米）Krassovsky（北京54采用）63782456356863.0188IAG75（西安80采用）63781406356755.2882WGS8463781376356752.3142•地理坐标系不是平面直角坐标系3.3.1.2投影坐标系（ProjectedCoordinateSystems）•投影坐标系使用基于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。•投影坐标系由以下参数确定–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）•在ArcGIS中提供了几十种常用的投影方法•北京1954投影坐标系和西安1980坐标系都是应用高斯－克吕格投影，只是基准面、椭球、大地原点不同。我国所使用的地图投影：我国的基本比例尺地形图(1:5千，1:1万，1:2.5万，1:5万，1:10万，1:25万，1:50万，1:100万)中，•大于等于50万的均采用高斯-克吕格投影(Gauss-Kruger)，又叫横轴墨卡托投影(TransverseMercator)；•小于50万的地形图采用正轴等角割园锥投影，又叫兰勃特投影(LambertConformalConic)；•海上小于50万的地形图多用正轴等角园柱投影，又叫墨卡托投影(Mercator)我国的GIS系统中应该采用与我国基本比例尺地形图系列一致的地图投影系统。•通过ArcToolbox中数据管理工具中“投影及变换”工具定义及进行投影变换。•可以实现地理坐标系与投影坐标系的变换、地理坐标系间的转换（北京54－WGS84，北京54-西安80）•目前还不支持WGS84-北京54和西安80的变换扫描地图的误差来源GIS中数据的来源主要是对地图图纸的数字化,扫描数字化过程中引起的误差主要决定于•要素对象•软件处理技术•扫描仪•扫描要素对象要素本身的宽度、复杂程度、粘连以及图面的整洁和清晰程度都对扫描数字化误差有一定的影响。例如,线条的粘连,结合处易出现较大的误差;线条发虚,会得到多个实体;图面不整洁引入了噪声,易引起软件误判;线条不光滑,易出现毛刺等。•软件处理技术在扫描数字化过程中,三个主要参数:分辨率、门槛值(灰度值或对比度值)和滤波值的确定将对扫描图的质量产生重大的影响;而图像处理、几何校正和矢量化等后处理技术,其功能的强弱、模型的优化将直接影响扫描数字化的精度。如采用合适的校正模型(仿射变换、双线形变换、多项式变换等)、定向点的自动对中、采样点的自动对中等,将有效的提高扫描数字化的精度。•扫描仪在扫描过程中,由于使用CCD扫描仪,会引入一些误差。主要包含有:扫描仪的分辨率;光学误差;电信号传输过程中造成的辐射误差;沿导轨扫描过程中,由于机械运动、速度不均或其它原因所造成的直线性误差;线阵方向与扫描方向不垂直所引起的CCD线阵的直线性误差;外界因素影响产生的误差;随机性误差等等。所有以上这些扫描的误差引起的几何变形,可看成平移、旋转、缩放、仿射、弯曲以及各种更高变形的综合作用结果。在实际操作过程中,很难对这些误差一一进行变形改正,只能综合考虑它们的影响,综合校正。•输入到计算机中的图形，实际上都是通过其位置坐标(x,y)来表示，因此校正过程实质上是找一种数学关系(或函数关系)，描述变换前图形坐标(x,y)与变换后图形坐标(x′,y′)之间的换算，其数学关系一般描述为x’=f1(x,y)y’=f2(x,y)多项式变换(Polynomial)•这个数学关系常表示为二元多项式一次、二次或三次及更高次表达式.其中A、B代表二次以上高次项之和。上式是高次变换方程，符合上式的变换称为高次变换。在进行高次变换时，需要有6对以上控制点的坐标和理论值，才能求出待定系数。•当不考虑高次变换方程中的A和B时，则变成二次变换方程，称为二次变换。二次变换适用于原图有非线性变形的情况，至少需要5对控制点的坐标及其理论值，才能求出待定系数。仿射变换（1次多项式）•仿射变换是使用最多的一种几何纠正方式，只考虑到x和y方向上的变形，仿射变换的特性是：–直线变换后仍为直线；–平行线变换后仍为平行线；–不同方向上的长度比发生变化。•对于仿射变换，只需知道不在同一直线上的三对控制点的坐标及其理论值，就可求得待定系数。但在实际使用时，往往利用4个以上的点进行纠正，利用最小二乘法处理，以提高变换的精度。名词：Georeference•地理配准：是为了使得影像数据可以和GIS矢量数据集成在一起，而为影像数据指定一个参考坐标系的过程。•将扫描地图配准到坐标系下影像配准的步骤（Register－Rectify）①校准栅格数据（选择控制点）②坐标变换（求解二元多项式n次方程）③检查均方差（计算控制点误差）④重采样－矫正（Rectify）：生成新的影像文件（三种重采样算法）①校准栅格数据•通常,你会将栅格数据校准到已经存在具有坐标信息的空间数据（矢量数据）。首先假定矢量化数据中的一些空间要素(目标数据)也同时存在于要进行配准的栅格图像上–比如：街道、建筑物、河流.•地理配准的基本过程是在栅格图像中选取一定数据的控制点，将它们的坐标指定为矢量数据中对应点的坐标（在空间数据中，这些点的坐标是已知的，坐标系统为地图坐标系）控制点•在配准中我们需要知道一些特殊点的坐标，即控制点。•控制点可以是经纬线网格的交点、公里网格的交点或者一些典型地物的坐标。•我们可以从图中均匀的取几个点。如果我们知道这些点在我们矢量坐标系内坐标，则直接输入控制点的坐标值，如果不知道它们的坐标，则可以采用间接方法获取－从矢量数据中选取。选取控制点•控制点的数目取决于你打算使用哪一种数学方法来实现坐标转换.但是，过多的控制点并不一定能够保证高精度的配准。要尽可能使控制点均匀分布于整个格格图像，而不是只在图像的某个较小区域选择控制点。•通常,先在图像的四个角选择4个控制点，然后在中间的位置有规律地选择一些控制点能得到较好的效果•地形图中，读取控制点的坐标，图中红色控制点的坐标为（564000,2776000），单位：米•输入控制点坐标②坐标变换•一旦你选取了足够的控制点,你就可以将栅格数据变换（或转换）到地图坐标系统下.转换(Transformation)运用一种数学变换方法来重新确定栅格数据中每个像元的灰度值。•一次多项式：仿射（affine）—变换可以将栅格数据平移,缩放,及旋转.–栅格图像中的一条直线变换后然后为直线。矩形和正方形变换后为平行四边形③检查均方差(RMS)•坐标转换的准确程度可以通过比较某一点在地图中的实际坐标与根据变换公式得到的坐标来判断。•这两个点之间的距离之差称为残差(residualerror).通过计算均方差(RMS)获取控制点总误差。•均方差(RMS)的大小描述了变换公式在不同控制点间的一致性。•可以将残差特别大控制点删除，然后添加新的控制点。•RMS比较小时，说明控制点的选取是比较准确的，但也要注意有可能存在残差非常大的控制点，但由于其它控制点是很精确的，所以总的RMS误差比较小的情况。④矫正栅格数据-重采样•你可能会认为一旦实现了栅格数据到地图坐标变换之后，每一个像元都被转换到了新的地图坐标。事实并非如此。在地理配准过程中，将基于地图坐标生成一个“空的”矩阵,矩阵中每个元素的值（表示颜色）将通过重采样重新计算。有三种通用的图像重采样技术•最小紧邻•双线性内插•立方卷积–Nearestneighborassignmenttakesthevaluefromthecellclosesttothetransformedcellasthenewvalue.It'sthefastestresamplingtechniqueandisappropriateforcategorical,orthematic,data.–Bilinearinterpolationandcubicconvolutiontechniquescombineagreaternumberofnearbycells(4and16,respectively)tocomputethevalueforthetransformedcell.Thesetwotechniquesuseaweightedaveragingmethodtocomputetheoutputtransformedcellvalueandthusareonlyappropriateforcontinuousdatasuchaselevation,slope,andothercontinuoussurfaces.Rectify：矫正栅格数据•Rectify生成一个新的已经过地理配准的的格文件。可以保存为ESRIGRID、TIFF或者ERDASIMAGINE的格式.其它的矢量化工具•R2VforWindows(9X,NT,2000,ME,XP)是一款高级光栅图矢量化软件系统。该软件系统将强有力的智能自动数字化技术与方便易用的菜单驱动图形用户界面有机地结合到Windows环境中，为用户提供了全面的自动化光栅图像到矢量图形的转换，它可以处理多种格式的光栅（扫描）图像，是一个可以用扫描光栅图像为背景的矢量编辑工具。由于该软件的良好的适应性和高精确度，其非常适合于GIS、地形图、CAD及科学计算等应用。VPMax3.2.4要素矢量化①要素编辑的一般步骤②创建新图层（要素类）：点、线、多边形③编辑环境及工具④点要素编辑⑤线要素编辑⑥多边形要素编辑①要素编辑的一般步骤1.在ArcCatlog中创建新的要素类2.在ArcMap中加载新建的要素类，如有必要，加载经过配准的扫描地图3.在ArcMap中打开