1、實(shí)驗(yàn)八空間數(shù)據(jù)投影變換實(shí)驗(yàn)八空間數(shù)據(jù)投影變換一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求n1掌握圖框生成和坐標(biāo)換算方法。n2掌握用戶數(shù)據(jù)投影變換方法。n3掌握圖形投影變換方法。二、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備二、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備n1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)保存于文件夾Exercise-08中。n2預(yù)備知識：地圖投影的基本原理和方法，特別應(yīng)復(fù)習(xí)高斯克呂格投影的相關(guān)知識。 投影基礎(chǔ)知識投影基礎(chǔ)知識n地圖投影的基本問題：地圖投影的基本問題： 地圖投影是如何將地球橢球面表示在地圖平面地圖投影是如何將地球橢球面表示在地圖平面上，由于地球橢球面或圓球面是不可展開的曲面，上，由于地球橢球面或圓球面是不可展開的曲面，即不可能展開成平面，而地圖又必須

2、是一個平面，即不可能展開成平面，而地圖又必須是一個平面，所以需要將地球橢球面上的點(diǎn)投影到平面上，不所以需要將地球橢球面上的點(diǎn)投影到平面上，不同的投影方法，形成不同的投影坐標(biāo)。同的投影方法，形成不同的投影坐標(biāo)。 投影基礎(chǔ)知識投影基礎(chǔ)知識投影投影n投影：投影： 就是建立地球橢球面上點(diǎn)（就是建立地球橢球面上點(diǎn)（ ， ）和平面上）和平面上的點(diǎn)（的點(diǎn)（，）之間的函數(shù)關(guān)系式的過程；）之間的函數(shù)關(guān)系式的過程；投影的實(shí)質(zhì)投影基礎(chǔ)知識投影基礎(chǔ)知識投影變形投影變形n將不可展的地球橢球面展開成平面，并且不能有斷裂，則圖形必將在某些地方被拉伸，某些地方被壓縮，故投影變形是不可避免的。n長度變形n面積變形n角度變形地圖

3、投影變形的圖解示例（摩爾維特投影等積偽圓柱投影）地圖投影變形的圖解示例（UTM橫軸等角割圓柱投影） 投影基礎(chǔ)知識投影基礎(chǔ)知識n地圖投影的分類：地圖投影的分類： 、按地圖投影的構(gòu)成方法分：、按地圖投影的構(gòu)成方法分： a a、幾何投影：、幾何投影： 、方位投影（見下一頁示意圖）、方位投影（見下一頁示意圖） 、圓柱投影（見下一頁示意圖）、圓柱投影（見下一頁示意圖） 、圓錐投影（見下一頁示意圖）、圓錐投影（見下一頁示意圖） b b、非幾何投影：用數(shù)學(xué)解析方法，求出投影公式，確定平、非幾何投影：用數(shù)學(xué)解析方法，求出投影公式，確定平面和球面之間點(diǎn)與點(diǎn)間的函數(shù)關(guān)系；面和球面之間點(diǎn)與點(diǎn)間的函數(shù)關(guān)系； （2 2

4、）、按地圖投影的變形性質(zhì)分）、按地圖投影的變形性質(zhì)分 ： a a、等角投影、等角投影 b b、等積投影、等積投影 c c、任意投影、任意投影 正、橫、斜軸方位投影正、橫、斜軸方位投影正、橫、斜軸圓柱投影正、橫、斜軸圓柱投影正、橫、斜軸圓錐投影正、橫、斜軸圓錐投影正軸投影經(jīng)緯線形狀正軸投影經(jīng)緯線形狀 投影基礎(chǔ)知識投影基礎(chǔ)知識投影變換投影變換n投影變換：投影變換：就是將不同的地圖投影函數(shù)關(guān)系式就是將不同的地圖投影函數(shù)關(guān)系式變換的過程；變換的過程；nMAPGISMAPGIS中的投影變換的定義：中的投影變換的定義：將當(dāng)前地圖投將當(dāng)前地圖投影坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為另一種投影坐標(biāo)，它包括坐標(biāo)系的影坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為另一種投影

5、坐標(biāo)，它包括坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換、不同投影系之間的變換以及同一投影系下轉(zhuǎn)換、不同投影系之間的變換以及同一投影系下不同坐標(biāo)的變換等多種變換；不同坐標(biāo)的變換等多種變換；地理坐標(biāo)系地理坐標(biāo)系q用經(jīng)（用經(jīng)（ ）緯度（）緯度（）表示，記作表示，記作M M（， ） 投影基礎(chǔ)知識投影基礎(chǔ)知識坐標(biāo)系坐標(biāo)系n平面坐標(biāo)系平面坐標(biāo)系q通過投影方式將橢球面投影到平面上。由曲變平通過投影方式將橢球面投影到平面上。由曲變平q平面直角坐標(biāo)系平面直角坐標(biāo)系采用采用直角坐標(biāo)直角坐標(biāo)(笛卡爾坐標(biāo)笛卡爾坐標(biāo))來確定來確定地面點(diǎn)的平面位置。可以通過投影將地理坐標(biāo)轉(zhuǎn)換地面點(diǎn)的平面位置?？梢酝ㄟ^投影將地理坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成平面坐標(biāo)成平面坐標(biāo) 。 投影基

6、礎(chǔ)知識投影基礎(chǔ)知識坐標(biāo)系坐標(biāo)系 投影基礎(chǔ)知識投影基礎(chǔ)知識坐標(biāo)系坐標(biāo)系n北京北京5454坐標(biāo)系：坐標(biāo)系： 解放后，為建立我國天文大地網(wǎng)，鑒于當(dāng)時歷史條件，在東北解放后，為建立我國天文大地網(wǎng)，鑒于當(dāng)時歷史條件，在東北黑龍江邊境上同蘇聯(lián)大地網(wǎng)聯(lián)測，推算出其坐標(biāo)作為我國天文大黑龍江邊境上同蘇聯(lián)大地網(wǎng)聯(lián)測，推算出其坐標(biāo)作為我國天文大地網(wǎng)的起算數(shù)據(jù)；隨后，通過鎖網(wǎng)的大地坐標(biāo)計(jì)算，推算出北京地網(wǎng)的起算數(shù)據(jù)；隨后，通過鎖網(wǎng)的大地坐標(biāo)計(jì)算，推算出北京點(diǎn)的坐標(biāo)，并定名為點(diǎn)的坐標(biāo)，并定名為19541954年北京坐標(biāo)系。因此，年北京坐標(biāo)系。因此，19541954年北京坐標(biāo)年北京坐標(biāo)系是蘇聯(lián)系是蘇聯(lián)19421942年坐

7、標(biāo)系的延伸，其原點(diǎn)不在北京，而在蘇聯(lián)普爾年坐標(biāo)系的延伸，其原點(diǎn)不在北京，而在蘇聯(lián)普爾科沃。該坐標(biāo)系采用克拉索夫斯基橢球作為參考橢球，高程系統(tǒng)科沃。該坐標(biāo)系采用克拉索夫斯基橢球作為參考橢球，高程系統(tǒng)采用正常高，以采用正常高，以19561956年黃海平均海水面為基準(zhǔn)；年黃海平均海水面為基準(zhǔn)； 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：誤差累計(jì)較大、參考橢球和國際不一致；誤差累計(jì)較大、參考橢球和國際不一致；n西安西安8080坐標(biāo)系：坐標(biāo)系： 19781978年年4 4月召開的月召開的“全國天文大地網(wǎng)平差會議全國天文大地網(wǎng)平差會議”上決定建立我國上決定建立我國新的坐標(biāo)系，稱為新的坐標(biāo)系，稱為19801980年國家大地坐標(biāo)系。其大地

8、原點(diǎn)設(shè)在西安年國家大地坐標(biāo)系。其大地原點(diǎn)設(shè)在西安西北的永樂鎮(zhèn)，簡稱西安原點(diǎn)。橢球參數(shù)選用西北的永樂鎮(zhèn)，簡稱西安原點(diǎn)。橢球參數(shù)選用19751975年國際大地測年國際大地測量與地球物理聯(lián)合會第量與地球物理聯(lián)合會第1616界大會的推薦值。簡稱界大會的推薦值。簡稱IUUG-75IUUG-75地球橢球地球橢球參數(shù)或參數(shù)或IAG-75IAG-75地球橢球；地球橢球； 投影基礎(chǔ)知識投影基礎(chǔ)知識高斯投影高斯投影 由德國數(shù)學(xué)家高斯提出，后經(jīng)克呂格擴(kuò)充并推導(dǎo)出計(jì)算公式，故由德國數(shù)學(xué)家高斯提出，后經(jīng)克呂格擴(kuò)充并推導(dǎo)出計(jì)算公式，故稱為高斯稱為高斯- -克呂格投影，簡稱高斯投影，為了控制變形，本投影采克呂格投影，簡稱高

9、斯投影，為了控制變形，本投影采用分帶的方法。用分帶的方法。n6 6度分帶從格林威治零度經(jīng)線起，每度分帶從格林威治零度經(jīng)線起，每6 6度分為一個投影帶，全球共分度分為一個投影帶，全球共分為為6060個投影帶；個投影帶；n3 3度分帶法從東經(jīng)度分帶法從東經(jīng)1 1度度3030分算起，每分算起，每3 3度為一帶。這樣分帶的方法在度為一帶。這樣分帶的方法在于使于使6 6度帶的中央經(jīng)線均為度帶的中央經(jīng)線均為3 3度帶的中央經(jīng)線；度帶的中央經(jīng)線；n我國我國1:2.5-1:501:2.5-1:50萬地形圖均采用萬地形圖均采用6 6度分帶；度分帶；1:11:1萬及更大比例尺地形萬及更大比例尺地形圖采用圖采用3

10、3度分帶；度分帶； n 高斯投影采用分帶投影。將橢球面按一定經(jīng)差分帶，分別進(jìn)行投影。NSc赤道赤道高斯投影平面高斯投影平面赤道赤道中央子午線中央子午線高斯克呂格投影赤道赤道中央子午線中央子午線平行圈平行圈子午線子午線O Ox xy y高斯投影的特性（等角橫切橢圓柱投影）n中央子午線投影后為直線，且長度不變。n除中央子午線外，其余子午線的投影均為凹向中央子午線的曲線，并以中央子午線為對稱軸。投影后有長度變形。n赤道線投影后為直線，但有長度變形。赤道赤道中央子午線中央子午線平行圈平行圈子午線子午線O Ox xy y高斯投影的特性n除赤道外的其余緯線，投影后為凸向赤道的曲線，并以赤道為對稱軸。n經(jīng)線

11、與緯線投影后仍然保持正交，其他角度投影后也保持不變。 n所有長度變形的線段，其長度變形比均大于l。n離中央子午線愈遠(yuǎn)，長度變形愈大。高斯投影帶劃分高斯投影帶劃分n我國規(guī)定按經(jīng)差6和3進(jìn)行投影分帶。n6帶格林威治零度經(jīng)線開始，按6的經(jīng)差自西向東分成60個帶。n3帶自1.5開始，按3的經(jīng)差自西向東分成120個帶。高斯投影投影帶的劃分高斯投影投影帶的劃分n6帶與3帶中央經(jīng)線之間的關(guān)系如圖:這樣分帶的方法在于這樣分帶的方法在于3帶中央經(jīng)線在奇數(shù)帶時與帶中央經(jīng)線在奇數(shù)帶時與6帶中央帶中央經(jīng)線重合；偶數(shù)為經(jīng)線重合；偶數(shù)為6帶分帶經(jīng)線帶分帶經(jīng)線高斯投影投影帶的劃分n6帶與3帶中央經(jīng)線之間的關(guān)系如圖:由于高斯

12、由于高斯-克呂格投影每一個投影帶的坐標(biāo)都是對本帶克呂格投影每一個投影帶的坐標(biāo)都是對本帶坐標(biāo)原點(diǎn)的相對值，所以各帶的坐標(biāo)完全相同，使用坐標(biāo)原點(diǎn)的相對值，所以各帶的坐標(biāo)完全相同，使用時只需變一個帶號即可；時只需變一個帶號即可；高斯投影投影帶的劃分n6帶與3帶中央經(jīng)線之間的關(guān)系如圖:n1:2.5-1:50萬的地形圖均采用6分帶n1:1萬及更大比例尺地形圖采用3分帶MAPGIS投影變換n為滿足不同的投影方法實(shí)現(xiàn)不同圖件的需要，在進(jìn)行圖形數(shù)據(jù)處理中很可能要從一個地圖投影坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到另一個投影坐標(biāo)系統(tǒng)， MAPGIS投影變換是為實(shí)現(xiàn)這一功能服務(wù)的，該系統(tǒng)共提供了20種不同投影間的相互轉(zhuǎn)換及經(jīng)緯網(wǎng)生成功能

13、。 三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容n1數(shù)據(jù)準(zhǔn)備n將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)復(fù)制，粘貼至各自文件夾內(nèi)。n啟動MAPGIS主程序。在主菜單界面中，點(diǎn)擊參數(shù)按鈕，在彈出的對話框中，設(shè)置工作目錄最終指向Exercise-08（盤符依據(jù)各人具體情況設(shè)置）。三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容n2標(biāo)準(zhǔn)圖框生成n執(zhí)行如下命令：實(shí)用服務(wù)投影變換系列標(biāo)準(zhǔn)圖框生成1：10萬圖框（或者點(diǎn)擊圖框工具欄中的10按鈕）。三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容n3非標(biāo)準(zhǔn)圖框生成n執(zhí)行如下命令：系列標(biāo)準(zhǔn)圖框生成1：1000圖框（或

14、者點(diǎn)擊圖框工具欄中的1000千按鈕）。三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容n4單點(diǎn)數(shù)據(jù)投影變換n執(zhí)行如下命令：投影轉(zhuǎn)換輸入單點(diǎn)投影轉(zhuǎn)換。三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容n依據(jù)上述方法，完成下表空白單元格坐標(biāo)值的輸入。 原始數(shù)據(jù)投影結(jié)果說 明1032500E253000N轉(zhuǎn)換為6度帶平面直角坐標(biāo)Y=17460kmX=2758km轉(zhuǎn)換為地理坐標(biāo)，直角平面坐標(biāo)為6度帶坐標(biāo)Y=17460kmX=2758km轉(zhuǎn)換為3度帶平

15、面直角坐標(biāo)Y=35580kmX=3460km轉(zhuǎn)換為地理坐標(biāo)，直角平面坐標(biāo)為3度帶坐標(biāo)高斯投影投影帶的計(jì)算6帶中央經(jīng)線經(jīng)度帶中央經(jīng)線經(jīng)度:L0= 6N- 3某點(diǎn)大地經(jīng)度為某點(diǎn)大地經(jīng)度為L，該點(diǎn)，該點(diǎn)6帶帶號：帶帶號：N=L/6(取整數(shù)取整數(shù))+13帶中央經(jīng)線經(jīng)度帶中央經(jīng)線經(jīng)度:L0= 3 n式中式中n為為3 帶帶號帶帶號高斯投影我國幅員遼闊，南從北緯我國幅員遼闊，南從北緯4 ，北至北緯，北至北緯54 ，西從東經(jīng)，西從東經(jīng)75 ，東至東經(jīng)，東至東經(jīng)135 。中央經(jīng)度從。中央經(jīng)度從75 起共計(jì)起共計(jì)11個六度個六度帶，帶，21個個3度帶。度帶。高斯投影由于我國領(lǐng)土全部位于赤道以北，因由于我國領(lǐng)土全部

16、位于赤道以北，因此此x值為正值，值為正值，y值有正有負(fù)。值有正有負(fù)。O Ox xy y500km500km為使為使y坐標(biāo)為正，講坐標(biāo)軸西移坐標(biāo)為正，講坐標(biāo)軸西移500km，并在坐標(biāo)前冠以代號。并在坐標(biāo)前冠以代號。m點(diǎn)點(diǎn)m的坐標(biāo)：的坐標(biāo)：Xm=4346216.985mYm=19634527.165m其中其中19表示第表示第19帶帶x xO O三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容n5空間數(shù)據(jù)投影變換n5.1數(shù)據(jù)加載n執(zhí)行如下命令：文件打開文件，加載投影變換所需數(shù)據(jù)。三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容n5.2采集控制點(diǎn)n執(zhí)行如下命令：投影變換MAPGIS文件投影

17、選擇點(diǎn)文件，選擇控制點(diǎn)數(shù)據(jù)文件。三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容n在視圖窗口點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，選擇復(fù)位窗口命令。三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容n執(zhí)行如下命令：投影變換當(dāng)前文件TIC點(diǎn)輸入TIC點(diǎn)，輸入TIC點(diǎn)信息，在窗口中按順時針或逆時針方向依次采集四個控制點(diǎn)。三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容n5.3拷貝控制點(diǎn)信息n執(zhí)行如下命令：投影變換當(dāng)前文件TIC點(diǎn)瀏覽編輯TIC點(diǎn)，檢查所采集的TIC點(diǎn)的信息是否有誤。

18、三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容n執(zhí)行如下命令：投影變換文件間拷貝TIC點(diǎn)輸入TIC點(diǎn)，將所采集的控制點(diǎn)信息拷貝給其他文件。三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容n5.4投影變換n執(zhí)行如下命令：投影變換進(jìn)行投影變換，完成圖形的投影變換。三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容n執(zhí)行如下命令：文件另存文件，將投影變換的結(jié)果文件換名保存。 三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容n執(zhí)行如下命令：投影變換文件間拷貝投影參數(shù)，將投影變換的結(jié)果文件換名保存。 三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容三、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容三、實(shí)驗(yàn)步驟