GIS幾何變換實(shí)驗(yàn)

1、 本科學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告姓名 尹永義 學(xué)號 專業(yè) 地理科學(xué) 班級 2014B 實(shí)驗(yàn)課程名稱 地理信息系統(tǒng)概論（實(shí)驗(yàn)） 實(shí)驗(yàn)名稱 幾何變換 指導(dǎo)教師及職稱 速紹華 （講師 ） 開課學(xué)期 2014 至 2015 學(xué)年下 學(xué)期 云南師范大學(xué)旅游與地理科學(xué)學(xué)院編印一、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)名稱：實(shí)驗(yàn)（幾何變換 ） 實(shí)驗(yàn)時間：2015/04/16實(shí)驗(yàn)類型： 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn) 綜合實(shí)驗(yàn) 1、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅?) 了解使用幾何變換，掃描文件的仿射變換， 把掃描圖像變換到UTM坐標(biāo)系。2) 幾何變換后的掃描文件的矢量化過程，3) 衛(wèi)星圖像的仿射變換 2、 實(shí)驗(yàn)材料及相關(guān)設(shè)備：1) 安裝有Arcmap Arccatalog軟件的Wi

2、ndows7電腦一臺，2) 數(shù)據(jù)來源：地理信息系統(tǒng)導(dǎo)論配套光盤中的GIS文件中的datesets_v7中的第六章3) Hoytmtn.tif,一個包含掃描文件的土壤界限的TIFF文件4) Rect_ hoytmtn.tif,習(xí)作一矯正后的TIFF 文件5) Spot-pan.bil一景分辨率為十米的SPOt全色衛(wèi)星圖像；road.shp,一個帶有有GPS接收機(jī)測得的，并被投影到UTM坐標(biāo)系的shapefile文件3、實(shí)驗(yàn)理論依據(jù)或知識背景：幾何變換 n 幾何變換就是利用一系列控制點(diǎn)和轉(zhuǎn)換方程式在投影坐標(biāo)上配準(zhǔn)數(shù)字化地圖、衛(wèi)星圖像或航空照片的過程。 n GIS中, 幾何變換可分為地圖到地圖的變換

3、和影像到地圖的變換。 n 均方根誤差（RMS）是度量幾何變換質(zhì)量的一種定量方法。 變換方法 坐標(biāo)系統(tǒng)之間進(jìn)行幾何變換有不同的方法。各種方法的區(qū)別在于它所能保留的幾何特征，以及允許的變化。 仿射變換 n 仿射變換是假設(shè)輸入（地圖或影像）是均勻失真的，通常被建議用于地圖到地圖或影像到地圖的變換。 n 如果輸入的是已知的具有不均勻分布的失真，如地形位移的航空照片（由于局部地形造成的對象移位），建議使用投影變換。 控制點(diǎn) n 控制點(diǎn)在確定仿射變換準(zhǔn)確度中起關(guān)鍵作用（Bolstad 等 1990）?？刂泣c(diǎn)的選擇因地圖到地圖的變換和影像到地圖的變換而異。 n 地圖到地圖變換的控制點(diǎn)選擇相對比較直接。我們只

4、需要有已知真實(shí)世界坐標(biāo)的點(diǎn)。 n 影像到地圖變換時的控制點(diǎn)通常也叫做地面控制點(diǎn)。地面控制點(diǎn)(GCPs) 是影像坐標(biāo)（用行和列顯示）和真實(shí)世界坐標(biāo)都能識別的點(diǎn)。GCPs直接從衛(wèi)星影像選取。因此，其地面控制點(diǎn)的選取并不像在數(shù)字化地圖上選取4個地理控制點(diǎn)那么直接。 均方根 (RMS) 誤差 控制點(diǎn)的好壞通常用均方根（RMS）誤差來衡量，即對控制點(diǎn)實(shí)際位置（真實(shí)的）與估算位置（數(shù)字化的）之間偏差的估量。 數(shù)字化地圖上的均方根誤差 n 如果RMS誤差在可接受的范圍之內(nèi)，通常我們會假設(shè)整幅地圖的變換也是可以接受的。 n 如果在數(shù)字化控制點(diǎn)或輸入控制點(diǎn)的經(jīng)緯度值時，出現(xiàn)大的差錯，該假設(shè)就是錯誤的。 像元值重

5、采樣 n 三種常用的重采樣方法是：鄰近點(diǎn)插值法、雙線性插值法和三次卷積插值法。 n 鄰近點(diǎn)插值法是將原始圖像的最鄰近像元值填充新圖像的每個像元。 n 雙線性插值法把基于三次線性插值得到的4個最鄰近像元值的平均值賦予新圖像的相應(yīng)像元。 n 三次卷積插值法則用五次多項(xiàng)式插值法求出16個相鄰像元值的平均值。 二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、步驟和結(jié)果（要求：詳細(xì)寫清楚本次實(shí)驗(yàn)的完成的主要內(nèi)容、具體實(shí)施步驟和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。紙張不夠可以自行添加。）1) 連接ArcCatalog至第六章數(shù)據(jù)庫，啟動Arcmap,重命名為數(shù)據(jù)幀Task1，將hoytmtn.tif添加到Task1.單擊Customize ,菜單指向toolbar

6、s，選中Georeferencing，工具條出現(xiàn)在Arcmap，窗口，2) 放大hoytmtn.tif,定位四個控制點(diǎn)，用括號圈起控制點(diǎn)，兩個在圖像的頂部，兩個在圖像的底部，按順時針從一到四編號，其中，左上角的點(diǎn)為1，3) 在第一個控制點(diǎn)周圍放大視窗，激活Georeferencing工具條里的Add Control Point 工具。單擊于括號中心線相交的交叉點(diǎn)，再單擊一次，在控制點(diǎn)上有一個由綠變紅的+出現(xiàn)用同樣的方法添加其他三個點(diǎn)。4) 在辦步驟中，要更新四個控制點(diǎn)的坐標(biāo)值，單擊Georeferencing工具條里的view link table。鏈接表格點(diǎn)部出了四個控制點(diǎn)，Xsource

7、Ysource，Xmap，Ymap和殘差值，其中前兩個是掃描圖像上的點(diǎn)，的坐標(biāo)值，后兩個是掃描圖像上的坐標(biāo)值。5) 如果控制點(diǎn)被正確的添加到圖像，總的均方根誤差應(yīng)該小于4.0m，如果均方根誤差大，選中殘差值大的記錄并刪除，單擊linktable上的對話框OK6) 本步驟要糾正便緩緩的土壤文件，選擇Georeferencing，下拉菜單的Rectify，在出現(xiàn)的對話框中，選擇所有參數(shù)為默認(rèn)值，并將糾正后的圖像保存在第六章數(shù)據(jù)庫里，命名為rect_hoytmttn.tif7) 本步驟要創(chuàng)建一個新的shapefile，用于存儲rect_hoytmttn.tif的矢量化要素，右擊第六章文件夾，指向NE

8、W，選擇shapefile，在creat new shapefile 對話框里，輸入文件名為hotmtn_trace.shp,要素類型為polyline,單擊edit按鈕，新文件的坐標(biāo)系為Prejected Coordinate systerms /UTM/NAD1297zone11N,單擊OK退出8) 插入數(shù)據(jù)幀，命名為Task2，天假rect_hoytmttn.tif和hotmtn_trace.shp，從前一個中選擇Properties，在Symbology表里，選擇Unique Values，選擇biuld the attribute table .改變符號顏色為紅色，值為零，關(guān)閉對話框

9、，右擊rect_hoytmttn.tif指向Zoomto Layer .因?yàn)閞ect_hoytmttn.tif里面的顏色很淺。9) 在Arcmap中，單擊Editor Toolbar，在Editor下拉菜單中選擇 StartEditing，選擇hoytmtn_trace進(jìn)行編輯。編輯模式激活了Arcscan工具條。10) 本步驟要矢量化參數(shù)，從Vectorization，下拉菜單選擇Vectorization setting，單擊Styles,選中Polygons,并在下一個對話框中單擊OK，單擊Apply，在單擊Apply，關(guān)閉Vectorization setting對話框11) 在Vec

10、torization菜單中選擇Generate Features是添加中心線的圖層是hoytmtn_trace.單擊OK批量式量化的結(jié)果保存在hoytmtn_trac圖層，12) Rect_hoytmtn左下角有關(guān)于土壤的注釋，在標(biāo)準(zhǔn)工具上，選擇Nottes,完成圖想到地圖的轉(zhuǎn)換1) 在Arcmap中插入新的數(shù)據(jù)幀，；重命名為Task3，添加Spot-pan.bil和road。Shp2) 使用快捷菜單的Zoom觀察Spot-pan.bil和road。Shp3) 在下拉菜單中的AutoAdjust打鉤，右擊road，選擇Zoom to layer，單擊Add Controlpoints，4) 在

11、Georeferencing中單擊 view link table，其顯示四條記錄，每天條記錄對應(yīng)三個鏈接，5) 在Georeferencing菜單中選擇Rectify。在出現(xiàn)的下一個對話框中，進(jìn)行祥云大小和像云沖采樣的選擇，同時還要定義輸出文件的名稱。單擊Save關(guān)閉對話框。6) 添加并查看rect_spot,經(jīng)過地理坐標(biāo)匹配和糾正過的rect_spot,是一個柵格數(shù)據(jù)，7) rect_spot的值域應(yīng)該是16100，但如果他的值域是16-255，則應(yīng)該使用以下方法糾正；第一，Spatial Analyst 下拉菜單選擇Reclassify。在Reclassify對話框中，單擊Unique。

12、行的原值為255，改為NO data,單擊OK，第二右擊熱Reclass of rect _spot,選擇prroperties,在Show框中，選擇Stretched。改變Low Lable 為16，Hign Lable為100，單擊OK，右擊Reclass of rect _spot,單擊Data，并選擇Export Data。然后指定輸出名稱和保存位置。三、實(shí)驗(yàn)小結(jié)1、實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)過的問題（或錯誤）、原因分析（1）、在做到習(xí)作二，矢量化柵格線條時，忘了打開ARCScan的擴(kuò)展模塊，后面經(jīng)過同學(xué)的幫忙指正，才打開了擴(kuò)展功能。（2）、在做幾何變換過程中，出現(xiàn)了很多錯誤，原因是幾何方面公式知識理解較少，再加上對程序的不熟悉造成的；（2）、在很多次操作中，出現(xiàn)腳本錯誤和在輸入輸出要素時出現(xiàn)紅叉，沒能成功完成，原因是細(xì)節(jié)不注意，有些小細(xì)節(jié)沒做好（3）、3次實(shí)驗(yàn)課從簡單到困難，執(zhí)行了幾何變換的一些重要的基本操作步驟，好多次坐到后面就做不下去了，后面的很多數(shù)據(jù)都市一前面的為基礎(chǔ)。3、