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实验三.配准及矢量化

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实验三、 实验三、影像配准及矢量化
班级: 姓名: 学号: 日期: 班级:资工 10902 班 姓名:孙扬益 学号:200901367 日期:2011-10-11

一、实验目的
1. 2. 利用影像配准(Georeferencing) 工具进行影像数据的地理配准 利用影像配准 编辑器的使用(点要素、线要素、多边形要素的数字化) 。 编辑器的使用(点要素、线要素、多边形要素的数字化)

注意: 的操作过程中请注意保存地图文档。 注意:在基于 ArcMap 的操作过程中请注意保存地图文档

二、实验准备
数据: 地形图―― ――70011-1.Tif 数据:昆明市西山区 普吉 地形图 1:10000 地形图―― 软件准备: 软件准备: ArcGIS Desktop ---ArcMap

三、实验内容及步骤
地形图的配准- 第 1 步 地形图的配准-加载数据和影像配准工具

所有图 所有图件扫描后都必须经过扫描配准,对扫描后的栅格图进行检查,以确保矢量化工作 描后都必须经过扫描配准,对扫描后的栅 图进行检查, 须经过扫 描后的 顺利进行。 ArcMap,添加“影像配准”工具栏。 打开 ArcMap,添加“影像配准”工具栏。 把需要进 配准的影像—70011发现“影像配准” 把需要进行配准的影像—70011-1.TIF 增加到 ArcMap 中,会发现“影像配准” 的影像 工具栏中的工具被激活。 工具栏中的工具被激活。

第 2 步 输入控制点
在配准中我们需要知道一些特殊点的坐标 通过读图, 我们可以得到一些控件点―― 在配准中我们需要知道一些特殊点的坐标。 过读图, 我们可以得到一些控件点―― 公里网格的交点, 公里网格的交点,我们可以从图中均匀的取几个点。一般在实际中,这些点应该能够均 可以从图中均匀的取几个点。一般在实际中 实际 些点应该能 应该 匀分布。 匀分布。 在”影像配准”工具栏上,点击“添加控制点”按钮。 影像配准”工具栏上, 添加控制点”

使用该工具在扫 使用该工具在扫描图上精确到找一个控制点点击,然后鼠标右击输入该点实际的坐标 上精确到找一个控制点点击 然后鼠标 击输入 实际的坐标 的坐 位置,如下图所示: 位置,如下图所示:

用相同的方法,在影像上增加多个控制点( ,输 用相同的方法,在影像上增加多个控制点(大于 7 个) 输入它们的实际坐标。 , 入它们 实际坐 点击“影像配准”工具栏上的“查看链接表”按钮。 点击“影像配准”工具栏上的“查看链接表”按钮。 注意:在连接表对话框中点击“保存”按钮, 注意:在连接表对话框中点击“保存”按钮,可以将当前的控制点保存为磁盘上的 文件,以备使用。 文件,以备使用。

RMS, 删除残差特别大的控制点并重新选取控制点。 检查控制点的残差和 RMS, 删除残差特别大的控制点并重新选取控制点。 转换方式设 定为“二次多项式” 定为“二次多项式”

第 3 步 设定数据框的属性
增加所有控制点,并检查均方差( MS) 增加所有控制点,并检查均方差(RMS)后,在”影像配准”菜单下,点击“更 影像配准” 新显示” 执行菜单命令“视图” 。 , 新显示” 执行菜单命令“视图”-“数据框属性” 设定数据框属性 数据框属性”

在“常规”选项页中,将地图显示单位设置为“米” 常规”选项页中,将地图显示单位设置为“

在 “ 坐 标 系 统 ” 选 项 页 中 , 设 定 数 据 框 的 坐 标 系 统 为 Xian_1980_Degree_GK_CM_102E” 投影坐标系, 度分带, “Xian_1980_Degree_GK_CM_102E” 西安 80 投影坐标系,3 度分带,东经 102 度 ( 中央经线) ,与扫描地图的坐标系一致 中央经线) 与扫描地图的坐标系一致 ,
更新后, 更新后,就变成真实的坐标。 成真实的坐标

第 4 步 矫正并重采样栅格生成新的栅格文件
, 在”影像配准”菜单下,点击“矫正” 对配准的影像根据设定的变换公式重新 影像配准” 矫正” 采样,另存为一个新的影像文件。 采样,另存为一个新的影像文件。 文件

加载重新采样后得到的栅格文件,并将原始的栅格文件从数据框中删除。 加载重新采样后得到的栅格文件,并将原始的栅格文件从数据框中删除。后面 我们的数字化工作是对这个配准和重新采样后的影像进行操作的。 的数字化工作是对这个配准和重新采样后的影像进行操作的。 对这个配准和重新采样后的影像

矢量化- 中创建一个线要素图层 第 5 步 分层矢量化-在 ArcCatalog 中创建一个线要素图层
该数据采用的是西安 80 坐标系统、3 度分带 ArcCatalog.在指定目 在指定目录 新建” 选择“ (1) 打开 ArcCatalog.在指定目录下,鼠标右击,在“新建”中,选择“个人 Geodatabase” 并修改该 。 数据库的名称( test3.mdb 。 .mdb) Geodatabase” 并修改该 Geodatabase 数据库的名称(例如 test3.mdb) 下面将为该 建新的要素类 首先创建一个“等高线” (2) 下面将为该 Geodatabase 创建新的要素类,首先创建一个“等高线”要素 类来存储等高线要素。在 ArcCatalog 中,鼠标右击 test3 这个个人 Geodatabase, 等高线要素 在“新建”中选择“要素类”. 新建” 选择“要素类”

建的要素类的名称“等高线” 下一步 (3) 输入创建的要素类的名称“等高线” 点击下一步。 ,

下一步 (4) 点击下一步。

下面将是我们创建新的要素类 关键, 下面将是我们创建新的要素类的关键,为我们的数据定义坐标系统,空间范围, 们创建新的要素 的数据定义 存储要素类型。以及可以在这增加属性字段。 要素类 以及可以在这增加属性字段。 字段。 对话框中将 框中将显 详细的选项, 首先点击 (5) 点击 Shape 字段。在对话框中将显示详细的选项,我们首先点击“几何类 ,并将要素类型选择为我 需要的类 型” 并将要素类型选择为我们需要的类型(我们现在要创建等高线这个要素类,所 要素类 们现在要创建等高线这个要素类 在要 以应该选择线). 应该选择线

(6) Systems 图所示: 所示:

点击“空间参考”选项后面的按钮,在“空间参考属性”对话框中的“坐 空间参考”选项后面的按钮 后面的按 空间参考属性”对话框中的“ 目 录 下 , 选 择 Gauss Kruger--Kruger--- Xian 1980-1980--

标系” 选项页下, 选择合适的坐标系统, 击 选择” 钮。 (Projected Coordinate 将 点 “选择” 按 在 标系” 选项页下, 选择合适的坐标 合适的坐 Xian_1980_Degree_GK_CM_102E.prj)。 增加, 些坐标 信息应该 应该如下 Xian_1980_Degree_GK_CM_102E.prj)。点击增加,现在这些坐标系统信息应该如下 .prj)

(7)

再点击 选项页, 该选项页下 的数据定义 的空间 再点击“X/Y 域”选项页,在该选项页下为我们的数据定义存储的空间范

围。该空间范围需要认真考虑,不仅要考虑你当前的纸制地图的空间范围,还要考 需要认真考虑 要考虑你当前的纸制地图的空间 虑到将来工作中还会出现的最大的空间范围。 到将来工作中还会出现的最大的空间

XY(最小值) XY(最大值 ,XY(最大值) 点击“ 为确定这个区域 XY(最小值) XY(最大值),可以切换到 ArcMap 中,点击“绘 , 制”工具栏上的“矩形框”按钮,在地图显示区中画一个矩形,使区在更大范围内 工具栏上的“矩形框”按钮,在地图显示区中画一个矩形,

包含已配准的栅格地图。 右键选中这个矩形框, 设置 属性” 将填充色设置为 无” “属性” , “ , 包含已配准的栅格地图。 右键选中这个矩形框, 可得到如下的效果: 可得到如下的效果:

在矩形框属性的“大小和位置”选项页中, 在矩形框属性的“大小和位置”选项页中,可获取矩形框左下角和右 上角的坐标 X,Y) 将这里获取的 X,Y 值分别填入到上面 空间参考属性” (X,Y) , “空间参考属性”

对话框的“ 对话框的“X/Y 域”选项页 “最小 X”“最小 Y”、 最大 X”、 最大 Y” 、 “ “ 输入框中

通过上面的操作我们为创建的要素类定义了正确的坐标系统和空间范围。 上面的操作我们为创建的要素类 们为创建的要素 了正确的坐标 和空间 (8)、下面我们将为该数据创建新的属性字段。 高程” 类型设置为“Float” “ , (8)、下面我们将为该数据创建新的属性字段。 高程” 类型设置为“Float” 用来存储等高线的高程值。 用来存储等高线的高程值。

点击完成这样,我们就创建了一个线状的要素类。 完成这样, 这样 建了一个线状的要素类

第 6 步 从已配准的地图上提取等高线并保存到上面创建的要素类中
(1) 切换到 ArcMap 中, 将新建的线要素图层,加载到包含已配准地形图的数 将新建的线要素图层 图层, 到包含已配准地形图 据框中, 据框中,保存地图文档为 Ex3.mxd (2) 打开“编辑器”工具栏,在“编辑器”下拉菜单中执行“开始编辑命令” 打开“编辑器”工具栏, , 编辑器”下拉菜单中执行“开始编辑命令” 并选择前面创建的“等高线”要素类。确认编辑器中:任务为――新建要素, 并选择前面创建的“等高线”要素类。确认编辑器中:任务为――新建要素,目标 ――新建要素 为――等高线,设置图层――等高线的显示符号为红色,并设置为合适的宽度。 ――等高线, 置图层――等高线的显示符号为红色,并设置为合适的宽度。 等高线 ――等高线的显示符号为红色

将地图放大到合适的比例下, (3) 将地图放大到合适的比例下,从中跟踪一条等高线并根据高程点判读其高 程,输入该条等高线的高程。 输入该条等高线的高程。 进一步练习线要素的其它操作,比如线段的合并、分割、 (4) 进一步练习线要素的其它操作,比如线段的合并、分割、编辑顶点等操作

可参照以上步骤,从地图中提出多边形要素(比如居民地) ,并进一步熟悉 (5) 可参照以上步骤,从地图中提出多边形要素(比如居民地) 并进一步熟悉 ,

多边形要素编辑的相关操作。 多边形要素编辑的相关操作。

四、实验结果及问题解答 屏幕跟踪数字化过程的基本步骤及每一步骤的必要性 及每一步骤的必要性: 一 、屏幕跟踪数字化过程的基本步骤及每一步骤的必要性:
屏幕跟踪数字化过程是目前应用最广泛的一种地图数字化方式,是通过记 录 数字化板上点的平面坐标来获取矢量数据的。 第一步.加载栅格数据 第一步 加载栅格数据 1.打开 ArcMap,添加“Georeferencing”工具栏。 2.把需要进行配准的影像增加到 ArcMap 中。 第二步 输入控制点 1. 在“Georeferencing”工具栏上,点击“Add control points”按钮。 2. 使用该工具在扫描图上精确到找一个控制点点击,然后鼠标右击输入 该点实际的坐标位置 3.用相同的方法,在影像上增加多个控制点 ,输入它们的实际坐标,使这 些点均匀分布在影像上 删除残差特别大的控制点并重新选取控制点, 4.检查控制点的残差和 RMS, 直到残差和 RMS 较小. 第三步 设定数据框属性

1.增加所有控制点,并检查均方差(RMS) 2.设定坐标系统,常规选项 第四步 矫正并重采样栅格生成新的栅格文件 1.对配准的影像根据设定的变换公式重新采样,另存为一个新的影像文 件。 2.加载重新采样后得到的栅格文件。 矢量化- 第五步 分层矢量化-在 ArcCatalog 中创建一个线要素图层 1.在 ArcCatalog 的指定目录下创建一个 Geodatabase 数据库 2.为该数据库创建新要素类 3.设定该要素的数据定义坐标系统,空间范围,存储要素类型。 第六步 从已配准的地图上提取等高线并保存到上面创建的要素类 1.将新建的线要素图层,加载到包含已配准地形图的数据框中 2.对该要素图层进行编辑 3.按照上述步骤对其他要素进行编辑

二、 分析数字化过程中误差的来源及减小误差的相关方法
误差产生的原因: 误差产生的原因: 1、原始地图数据信息载体介质不同产生的源误差 2、 地图扫描矢量化产生的误差 3、子图库、线型库定位点(定位线)不精确形成的误差 4、误差校正控制点分布不合理形成的误差 消除误差的方法: 消除误差的方法 1、对矢量化底图因折叠或其它原因导致的褶皱问题,用电熨斗熨平 2、扫描底图扫描仪的分辨率一般不应小于每厘米 157 点 ,控制点数量根据图 幅和比例尺的大小进行合理的选取,并均匀分布,矢量化时,选择合理的放大倍数. 3、检查子图库、线型库(定位点、定位线)的精确性 4 、根据图幅的大小、图面各要素分布特征及比例尺设置控制点的分布位

三、为什么要对配准后的数据进行重采样? 为什么要对配准后的数据进行重采样?
由于配准是对待配准图像进行变换,将其变换到参考图像坐标参考系中,而 一个图像的显示存储是以栅格形式存储,待配准图像变换到参考系中不一定在栅 格点上,因此要进行重采样将其变换到栅格点上。



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