使用ArcGIS软件进行投影变换和坐标校正

（2）永久转换。空间要素的坐标按新的坐标系作转换处理，长期保存，反复使用，不再需要临时变换。这用转换的好处是反复使用中不需要转换，节省计算时间。缺点是相同的事物可能有多个坐标系，有冗余，修改、维护不方便。

（3）修改坐标系的定义。用户建立数据库时，没有定义坐标系或原来的坐标系定错了，可以重新输入坐标系名称、相关参数。修改后，要素在数据库中 的坐标并不发生变化，将来临时变换、永久转换时，按修改后的坐标系名称、 相关参数起作用，对转换的结果产生实质性的影响。

02
投影变换
启动 ArcMap，可以看到图层显示的是一个覆盖全球范围的坐标 格。鼠标在图上移动时可以看到状态栏的坐标值，坐标单位是角度， 格的横坐标最大值是东经 180o，最小值是西经 180o，纵坐标最大值是北纬 90o，纵坐标最小值是南纬 90o，鼠标在地图窗口中移动时，可以看到下侧显示出经纬度坐标。

图 1 坐标系更改前后的区别

在TOC窗口中双击 World_grid 层，在弹出的 Layer Properties 对话框中进入 Source 选项卡，可以看到坐标系统是 GCS_WGS_1984 ，可以看到，GCS 坐标系统到南北二极变形最大，南极点和北点在图上变成了和赤道平行、等长的两条线。关闭对话框，选择菜单 View / Data Frame Properties，进入 Coordinate System选项。当前的坐标系统显示为 GCS_WGS_1984，准备定义一个新的坐标系统。点击的三角形按钮再点击 Clear，在下面的坐标选择框中选择 Projected Coordinate System / UTM /WGS 1984 / Northern Heimisphere / WGS 1984 UTM Zone 12N。点击按钮“应用”，图中的 格发生了变形，南极点和北极点交在一个点上，需要注意， World_grid 数 据 源 的 坐 标 值 并 没 有 变 化 ， 仍 然 是 GCS_WGS_1984，ArcMap 只是临时（On-the-fly）改变了原始数据的坐标系， 相当于前文讨论的第一种情况。

03
坐标转换
ArcGIS 有空间校正（Spatial Adjustment）功能，实现相同坐标系中要素坐标的校正，对矢量型的数据主要是三类：坐标转换，橡皮拉伸，接边。在 ArcMap 中，用空间校正工具栏操作。

图 2 空间校正（Spatial Adjustment）工具栏

图 3 Design 图层需要坐标转换

3.1选择校正的对象
在 Spatial Adjustment 工具条中选择菜单 Spatial Adjustment / Set AdjustData…，进入校正对象选择对话框。

3.2设定移位连接
在 Spatial Adjustment 工具条中选择新建移位连接工具，用光标在屏幕上先用工具确定校正图层 Design 上需要校正的某一特征点，单击鼠标的左键选定，在 Roadcenter 层上或和 Plan 层上找到正确位置的对应点，单击鼠标的左键选定，这就绘出了一条移位连接线。设置移位连接（Displacement Link）时，尽可能使用捕捉模式。在 Editor 工具条中，选择菜单 Editor / Snapping Toolbar，在Snapping Toolbar中选择不同的的捕捉方式（Point Edge, Vertex, End，Intersection Snapping等）。选用选择菜单 Editor / Options，设置捕捉的距离。配合使用捕捉方式，至少应设 3 对移位连接，为了保证转换的精度，应多设几对，建议设 6 对，而且都是在道路中心线的交叉点上。

图 4 设置移位连接

如果输入的移位连接的位置有差错，需要调整，选用 Spatial Adjustment 工具条中修改移位连接（Modify Link）工具，选中需要调整的移位连接。用鼠标对准该连接线的端点，按住鼠标的左键不放，可以拖动该端点微调。用选择元素（Select Elements）工具，选中某个移位连接线，按键盘中的 Del 键， 该移位连接线被删除。在 Spatial Adjustment 工具条中选择察看连接表工具（View Link Table）， 连接表对话框弹出：
ID

X Source

Y Source

X Destination

Y Destination

Residual

error

连接编

原来X值

原来Y值

转换后X值

转换后Y值

残差

可以用鼠标直接点击连接表中的坐标值，直接输入已知坐标值，以便于精确控制转换后的位置。

3.3 Transform 的方式
在 Spatial Adjustment 工具条中选择菜单 Spatial Adjustment / Adjustment Methods / Transform – affine，就选用了仿射变换的校正方式。选择菜单 Spatial Adjustment / Preview Window ， 会 弹 出 校 正 预 览 窗 口 （ Adjustment Preview Window），可以预览校正后的变化。如果发现未能达到预期的效果，可以回到上一步，继续增设、调整移位连接。选用菜单 Spatial Adjustment / Adjust，完成 Transform 转换，将 Design 层经平移、旋转、移动等等变换，校正到预定的坐标位置上。

图 5 经Transform 处理，Design 图层被校正

4.1 设定移位连接
在 Spatial adjustment 工具条中选择新建移位连接工具，用光标在屏幕上先用工具确定校正图层 Pipeline 上的某一特征点，单击鼠标的左键确定，然后在 Roadplan 层找到对应点，单击鼠标的左键后，就可以输入一条移位连接线（Displacement Link）。和 Transform 方法一样，一般也需要配合使用捕捉方式， 建立多对移位连接。

图 6 橡皮拉伸前，应有多个移位连接线

同样也可使用 Spatial Adjustment 工具条中修改移位连接工具，调整已经 输入的移位连线。用鼠标对准需要调整的连接线端点，按住鼠标的左键不放，用拖动方式对端点的位置进行微调。用选择元素工具，选中一个移位连接， 按下键盘中的 Del 键，就可以删去不需要的连接线。选择察看连接表工具，就会弹出连接表对话框，在其中察看已有的连接， 或者直接输入或修改已知的坐标值，达到精确地输入坐标的目的。

图 7 用 Rubber Sheeting 方法校正后的 Pipeline 图层

06
影像配准
激活 data，有 3 个图层：“公路”、“县界”、“遥感影像”，公路和县 界的坐标一致、符合要求，影像图的坐标有偏差，需要配准。在目录表（TOC） 中右键点击“遥感影像”层，选择菜单项 Zoom To Layer，可以看到影像图的全景，影像图和矢量图上都有 6 个点，这是为练习输入的，是配准影像用的控制点，他们是 Graph（图形），不是 Feature（要素），位置在公路和县界的交点，三个县的边界交汇点（本例仅用于教学， 控制点精度不高）。读者应先熟悉一下他们的相互对应关系，在配准过程中，影像图可能会移动，但控制点不会跟着移动。

图 8 Data frame5 的图层显示

选择菜单 Customize / Toolbars / Georeferencing，调出 Georeferencing 工具栏。如果工具栏菜单 Georeferencing / Auto Adjust 被勾选，应取消。在 Layer：下拉条中选择“遥感影像”。先放大显示影像图，便于精确定位在某个控制点上。选择Georeferencing工具栏上的 Add Control Point工具，用鼠标左键在影像图上选一个控制点，借助工具（Full Extent），（Zoom In），（Pan）， （Zoom Out）缩放、平移地图，在“公路”、“县界”图层上找到对应点，点击图标，在对应点上点击鼠标左键，对应链设好。如果在工具栏菜单中勾选 Georeferencing / Auto Adjust ，影像图会立刻移动， 否则影像图位置不变。可以选用菜单 Geoferencing / Reset Transform，Georeferencing / Update Display，使影像图在原始、配准后二种位置上显示。按上述方法继续操作，建立起 6 对连接链。如果发现连接链输错了，可以删除。先在矢量图上移动鼠标，利用光标的位置在地图窗口底部看到连接点的坐标，点击图标，弹出链接表（Link Table），查看 X Map，Y Map 的坐标值，找到对应的记录，鼠标点击该记录， 改变颜色后按键盘上 Del 键，该连接线被删除。

图 9 配准后的影像图

选择菜单 Georeferencing / Update Display，配准后的显示效果见图 22-12。可以看到，配准后的“遥感影像”和“公路”、“县界”基本上吻合。如果已知某点的具体坐标，用工具 点击该点后，用鼠标右键，选择菜单 Input X and Y，用键盘输入该点坐标值。点击图标，弹出链接表（Link Table），也可以修改坐标点的 x，y 值，字段 X Source，Y Source 表示影像的原始坐标，X Map，YMap表示配准后的坐标。目前的配准没有实质性改变影像图的坐标，选择用菜单 Georeferencing / Rectify，再选择影像图文件格式，如 GRID、TIFF、JPG、ERDAS IMAGINE。经处理后，影像图的内部坐标将实质性改变。

07
总结
（1）地图投影（Map Projection） 地球是一个近似的椭球，为了表达、量算的方便，需要将地球表面的事物转换成平面。这种转换对大范围、小比例的地图至关重要。本教程仅让读者了

解 GIS 软件具备这一功能，在实际应用中，如何选择投影方式、相关参数，相互转换会产生什么后果，需通过其他途径学习，可参考专门的教科书。

（2）坐标转换（Transform） 坐标转换是用于不同坐标系的转换，包括坐标系的平移、旋转、缩放、倾斜等等。在 ArcGIS 中有三种方式可以选择：Affine（仿射变换）。仿射变换可以实现四种坐标变换（非等比例缩放、倾斜、旋转、平移）。在使用仿射变换时，至少需要设 3 个移位连接线。Similarity（相似变换）。相似变换可以实现三种坐标变换（缩放、旋转和平移），使用相似变换时，至少需要设 2 个移位连接线。Projective（投影变换）。投影变换用的更为复杂的数学公式，使用投影变换时，至少需要设 4 个移位连接线。

（3）坐标拉伸（Rubber Sheeting）

坐标拉伸（俗称橡皮拉伸）适用于校正数字化时产生的朝各个方向不均匀伸缩、变形。在使用时，通过设置控制点，与地图上的对应点进行比较，将对应点向控制点移动，同时也移动附近的要素，在使得整个地图总体变形最小的 前提下，校正原始数据的空间坐标。使用橡皮拉伸时，如果控制点足够多，并 且在图幅内均匀分布，经过 ArcGIS 的橡皮拉伸，可以精确 校正不均匀变形的数字化地图。在 ArcGIS 中，橡皮拉伸可以整体拉伸整个图 层上的所有要素，也可以只拉伸选定的要素。

（4）接边（Edge Match）

接边是处理相邻地图之间的拼接误差。地图往往是分图幅输入，在图幅相邻之处，双方的坐标即使符合精度要求，也会出现少量错位。ArcGIS 的接边（Edge Match）功能可以处理这一问题，消除拼接处的错位，主要是为了以后 的空间分析，也为了显示、制图的美观。转换（Transform）、拉伸（Rubber Sheeting）、接边（Edge Match）的处 理结果都改变矢量要素的坐标。

（5）影像配准（Imagy Adjust）

Transform，Rubber Sheeting，Edge Match 主要针对矢量型空间数据，影像 配准的操作过程和这些处理很相似，但使用的计算方法是专门针对栅格型空间 数据的，适合航空摄影、卫星遥感影像图，配准的结果不但使栅格单元的位置 发生了变化，而且在有些地方会插入新单元，有些地方会合并相邻单元。影像 配准对栅格坐标的影响可以是临时的，也可以是永久的。软件产品将 Residual Erro r（残差）定义为均方根（Root Mean Square，RMS）

END

夫也的笔记
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