实验报告2

《GIS原理与应用》课程实验报告二

姓名：杨波班级学号：0802601-20

实验名称

影像配准及矢量化

实验目的

1.利用影像配准(Georeferencing) 工具进行影像数据的地理配准。

2.编辑器的使用（点要素、线要素、多边形要素的数字化）。

3.了解GPS数据在ArcGis中的转换与显示。

实验原理

由普吉地形图上的1:10000方里网坐标配准影像。

实验数据

昆明市西山区普吉地形图1:10000 地形图――70011-1.Tif，昆明市旅游休闲图.jpg 实验过程记录：

实验过程

第1步地形图的配准－加载数据和影像配准工具第2步输入控制点

第3步设定数据框的属性

第4步矫正并重采样栅格生成新的栅格文件

第5 步分层矢量化－在ArcCatalog中创建一个线要素图层

第6步.GPS数据的转换成果。

问题回答：

一、总结屏幕跟踪数字化过程的基本步骤及每一步骤的必要性。

答：屏幕数字化就是根据数字化(矢量化)软件（如R2V，ArcMap中Arcscan模块等），对已经进行扫描的地图分层进行矢量化的过程。

①、打开ArcMap，加载ArcScan模块（在菜单栏空白处右键，选择ArcScan就可以了），然后在菜单栏上Tools/Extensions，将ArcScan前的复选框挑上钩；加载地图配准模块Georeferencing,方法同加载ArcScan一样。

②、为data frame设置地图坐标系统，从前面的介绍可以知道，这里设置坐标系统是

和地图的真实坐标系统一致的，也即是采用Beijing54地理坐标系统下的高斯-克吕格投影，具体的设置前面已有介绍。

③、加载地图

④、利用Georeferencing进行地图配准（建议先把Georeferencing下的Auto Adjust 前的勾去掉。点击图标进行选取控制点。控制点的选取原则是知道确定坐标的点（在这里是，如果是图到图的配准的话则需选取实际位置不变的点），地图的四角都有经纬度坐标，因此先分别选择这四个点（具体方法是放大地图，在经纬度相交的地方点一下，然后再在其他任何位置点一下（也许认为这样不对，别忙，下面将做解释），这就完成了一个控制点的初选取，然后在依次完成其余点的选取。

选择完成后在点击图标，可以看到地图的Xmap,Ymap字段，先把这个放在一边，下面进行大地坐标（经纬度表示），到平面坐标的转换（平面单位，这里是米），也即使地图上的如48°50′N，127°45′E的点投影后在地图上的平面坐标是多少的计算过程。转换需要相应的投影参数，为了方便，可以使用一些坐标转换的小软件。将这些点的坐标转换完成后对应输入Xmap和Ymap下的表格中。

⑤、地图数字化

建立需要数字化的图层，如等高线层，图层的坐标系统应和之前实际地图坐标系统一致。加载需要数字化的图层和地图文件（已经完成地图配准后的文件）和该地图文件的某一个波段栅格数据（如Band2），将该单波段栅格图像二值化，Start Editing后这时可以看到ArcScan工具条被激活。

说明：ArcScan矢量化工具只能在二值化栅格数据的情况下使用，而加载RGB合成的地图数据是为了便于人工干涉矢量跟踪，当然也可以不加载（后果是工作量大大增加并且容易出错）。将单波段图像不显示，这是就可以利用ArcScan矢量化地图要素同时人看到的是

“真彩色”合成的“原地图”，便于操作

二、分析数字化过程中误差的来源及减小误差的相关方法。

答：图形数据误差可分为源误差、处理误差和应用误差3种类型.源误差是指数据采集和录入过程中产生的误差，如制图过程中展绘控制点、编绘或清绘地图、制印和套色等引入的误差，数字化过程中因纸张变形、变换比例尺、数字化仪的精度(定点误差、重复误差和分辨率)、操作员的技

能和采样点的密度等引起的误差.处理误差是指数据录入后进行数据处理过程中产生的误差，包括几何变换、数据编辑、图形化简、数据格式转换、计算机截断误差等.应用误差是指空间数据在使用过程中出现的误差［1］.其中数据处理误差远远小于数据源的误差，应用误差不属于数据本

身的误差，因此本文着重介绍数据源误差及其校正方法.

在图件数字化输入过程中，通常的输入方法有扫描矢量化、数字化仪跟踪数字化、标准数据输入法等.通常将一幅地图按一定的数据结构数字化得到的数据一般存在如下误差：(1)由于地图纸张变形所产生的误差；(2)由于数字化时地图定向所产生的误差；(3)由于数字化读数所产生的

误差；(4)数字化操作产生的各种粗差.这些误差的性质有系统误差、偶然误差和粗差.由于各种误差的存在，使地图各要素的数字化数据转换成图形时不能套合，使不同时间数字化的成果不能精确联结，使相邻图幅不能拼接；所以数字化的地图数据必须经过编辑处理和数据校正，消除输入

图形的变形，才能使之满足实际要求，进行应用或入库.

一般情况下，数据编辑处理只能消除或减少在数字化过程中因操作产生的局部误差或明显误差，但图纸变形和数字化过程产生的随机误差，必须经过几何校正，才能消除.由

于造成数据变形的因素很多，对于不同因素引起的误差，其校正方法也不同，具体采用何种方法应根据实际情况

而定，因此，在设计系统时，应针对不同的情况，应用不同的方法来实施校正.

1、几何变换

在数字化过程中，由于地图定向，即数字化仪坐标系与地图投影坐标系不一致所产生的误差，可以通过坐标旋转得到校正.

设XOY系为数字化仪坐标系，xoy系为经平移旋转后的地图投影坐标系，其坐标变换公式为

x=Xcosα-Ysinα,

y=Ysinα+Ycosα.

式中α可通过共同点在两系中的坐标求得，即

tanα=(yX-xY)/(xX+yY).

如发生平移或比例变化，则选择平移或比例变换进行校正即可.

为了校正由于纸张伸缩和地图定向引起的系统误差，可采用同素变换进行数据校正.同素变换是一种比较简单的一次变换，设数字化的坐标为(X,Y)，经同素变换后的坐标为(x,y)，则同素变换的公式为

x=(A1X+A2Y+A3)/(C1X+C2Y+1),

y=(B1X+B2Y+B3)/(C1X+C2Y+1).

2、最小二乘法线性校正

在实际校正过程中，由于造成变形的因素很多，有机械的、也有人工的，如数字化后的图是放大了，还是缩小了，放大或缩小了多少倍，是局部变形还是整体变形，是某些图