实验3、影像配准及矢量化讲解

实验3、影像配准及矢量化

一、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）。

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

基本概念：

1) 地图—Map (ArcMap document)

在ArcGIS中，一个地图存储了数据源的表达方式(地图，图表, 表格) 以及空间参考。在ArcMap中保存一个地图时，ArcMap将创建与数据的链接，并把这些链接与具体的表达方式保存起来。当打开一个地图时，它会检查数据链接，并且用存储的表达方式显示数据。一个保存的地图并不真正存储显示的空间数据！

2) 数据框架—Data Frame

在“New Map File(新建地图)”操作中，系统自动创建了一个名称为“Layers”的数据框架。在ArcMap中，一个数据框架显示统一地理区域的多层信息。一个地图中可以包含多个数据框架，同时一个数据框架中可以包含多个图层。例如，一个数据框架包含中国的行政区域等信息，另一个数据框架表示中国在世界的位置。但在数据操作时，只能有一个数据框架处于活动状态。在Data View只能显示当前活动的数据框架，而在Layout View可以同时显示多个数据框架，而且它们在版面布局也是可以任意调整的。

3）数据层

ArcMap可以将多种数据类型作为数据层进行加载，诸如AutoCAD矢量数据DWG，ArcGIS 的矢量数据Coverage、GeoDatabase、TIN和栅格数据GRID，ArcView的矢量数据ShapeFile，ERDAS的栅格数据ImageFile，USDS的栅格数据DEM等。注意：Coverage不能直接编辑，要编辑需要将Coverage转换成ShapeFile。

软件准备：ArcGIS Desktop ---ArcMap

实验数据：海燕乡土地利用现状图.jpg，在发送的压缩包“Exec03”中可以找到。

三、实验内容及步骤

第1步地形图的配准——加载数据和影像配准工具

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，以确保矢量化工作顺

利进行。

●打开ArcMap，添加“Georeferencing（影像配准）”工具栏。

●把需要进行配准的影像“海燕乡土地利用现状图.jpg”增加到ArcMap中，会发

现“Georeferencing”工具栏中的工具被激活。

●首先将Georeferncing工具条Georeferncing菜单下Auto Adjust不选择。

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――公里网格的交点或经纬线网格的交点，我们可以从图中均匀的取几个点。一般在实际中，这些点应该能够均匀分布。

●在“Georeferencing”工具栏上，点击“Add Control Points(添加控制点)”按

钮。

●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，如下图所示：

用相同的方法，在影像上增加多个控制点（一般是4个），输入它们的实际坐标。点击“Georeferencing”工具栏上的“View Link Table(查看链接表)”按钮。

注意：在链接表对话框中点击“Save…”按钮，可以将当前的控制点保存为磁盘上的文件，以备使用。

检查控制点的Residual(残差)和RMS(均方差)。如果某点残差特别大，需删除并重新选取控制点。转换方式设定为“1st Order Polynomial（或仿射）”。因为目前我们只用了四个控制点，ArcGIS只能执行一个1st Order Polynomial (affine)（二次或仿射变换）。

第3步设定数据框的属性

增加所有控制点，并检查均方差（RMS）后，在“Georeferencing”菜单下，点击“Update Display(更新显示)”。执行菜单命令“View”－“Data Frame Properties(数据框属性)”，设定数据框属性。

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

预定义_Projected Coordinate

System_Gauss Kruger_Xian 1980

在“Coordinate System”选项页中，设定数据框的坐标系统为“Xian 1980 GK CM 111E”（西安80投影坐标系，6度分带，中央经线在东经111度，横坐标前不加带号），与待矢量化的影像图的坐标系一致。由于我们的影像图是二手资料，确切的地理坐标参数没办法获取，只能根据坐标换算得到的地理坐标范围（大约北纬20°13′－20°17′，东经110°34′－110°38′）进行推断其中央经线为111°，坐标系统因为是2003年左右制作地图转换而来的影像图，一般用的是西安80坐标系统。

更新后，就变成真实的坐标。

第4步矫正并重采样栅格生成新的栅格文件

●在“Georeferencing”菜单下，点击“Rectify(矫正)”，打开Save as对话框，将更新后的影像另存。其中参数Cell Size选择与更新前相同，Resample Type(重采样方法)有3种：Nearest Neighbor(最近邻法)、Bilinear Interpolation(双线性内插法)和Cubic Convolution(立方卷积法)，一般对栅格地图来说采用最近邻法为好。在Output Location中指明输出图像存储路径，Name中输入名称“海燕乡土地利用现状图5”，Format 采用JPG格式。输出图像中保存了配准信息。

●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“海燕乡土地利用现状图5”进行操作。在数字化之前，我们需要建立一些数据层来存储从影像上提取的要素信息，下面介绍在ArcCatalog中如何新建数据层？

第5步在ArcCatalog新建数据层

该数据采用的是西安80坐标系统、6度分带。

(1)打开ArcCatalog。在指定目录鼠标右击，在“New”中，选择“Shapefile…”，

如下图：

(2)输入数据层Name，如“行政界线”，选择要素类型，如Polyline，点按钮

“Edit…”选择空间参照系。在“Spatial Reference Properties(空间参考属性)”

对话框中选择合适的坐标系统，点击“Select”按钮。在(Projected Coordinate Systems目录下，选择Gauss Kruger--→Xian 1980--→Xian 1980 GK CM 111E.prj)。

点击“Add”，现在这些坐标系统信息应该如下图所示：

(3)点击“确定”，再按“OK”。这样，我们就创建了一个线状要素的数据层。

注意：上面我们只是介绍了土地利用现状要素中线要素“地类界线”的建立方法，点、面要素的建立方法类似。

第6步以海燕乡土地利用现状图为背景，进行分层数字化

关于数据分层：

由于一幅土地利用现状图包含的要素有许多（如地类图斑、行政界线、铁路、公路、单线河流等等），因此在通过数字化提取相应信息之前我们要对地图数据进行预处理——分层。一般存储以上要素的图层有三个：地类图斑（面）、行政界线（线）、线状地物（线）。

不过，为了使地图上所有的线划要素均只数字化一次，数字化过程不直接构面（当然Arcmap中可以直接构面），而是先将现状图上所有的线要素数字化，这个过程就要考虑数据分层，根据上面的分析我们可分为如下三个图层：行政界线（XZJX）、线状地物（XZDW）、地类界线（DLJX）。

以上三层线要素数字化完后，再利用XZJX、XZDW及DLJX层构面，就得到面要素“地类图斑”。

关于数字化的顺序：

刚刚前面提到：地图上所有的线划要素均只数字化一次，如何实现呢？实际上在数字化之前，我们先确定好采集要素的顺序，即可做到地图上所有的线划要素均只数字化一次。

数字化的顺序是先采集行政界线、然后线状地物（道路、单线河）、最后再地类界线。注意：跟踪时要保证线的交点处尽量闭合或相交，目的是保证线构面时候的成功率。

关于数字化的步骤：

(1)打开ArcMap中，将已配准的影像“海燕乡土地利用现状图5”和新建的线

要素“行政界线”加入数据框中。在主菜单中选择“File-Add Data…”，或者在standard 工具条中选择，按住shift键，选择“海燕乡土地利用现状图5.JPG”、“行政界线.shp”，得到结果如图：

注意：在ArcMap中，创建新地图并向其中加载数据层时，第1个被加载的数据层的坐标系统就作为该数据组默认的坐标系统，随后加载的数据层，无论其坐标系统如何，只要含有坐标信息，满足坐标转换的需要，都将被自动的转换成该数据组的坐标系统。当然，这种转换不影响数据层所对应的数据文件本身。

(2)在开始矢量化之前，保存一个地图文档Exec03.mxd，这样每次开始矢量化

之前只需双击“Exec03.mxd”，即可打开ArcMap及工作数据。

(3)选取“Editor”，打开编辑工具栏，如图：

(4)选取数据层“行政界线”，按Editor的下拉键，点取“Start Editing”，利用

编辑工具中的“Sketch tool ”，就可数字化行政要素的边界线。

前面讲过，线的交点处要注意尽量闭合或相交，目的是保证线构面时候的成功率。下面介绍线相交的技巧：

线的起始点应尽量跨越已经画好的线要素，如下图。比如地类界线数字化应该这样操作。

起始点

下面介绍线闭合的技巧（进行捕捉环境设置即可）：

线闭合可通过直接捕捉已经存在要素的结点、终点、边线来实现。具体操作方法：在editor下拉菜单选择“Start Editing”（如果已经有图层处于编辑状态，则可不进行上述操作），然后在editor下拉菜单选择“snapping”，打开Snapping Environment对话框，如下：

在Snapping Environment对话框的上部列表中设置数据层抓点特性：可以设置抓取结点、终点、边线；下部列表中编辑草图的三个钩都选上，如上图，在对图层XZJX进行编辑时，会自动捕捉顶点（vertex）、边（edge）和终点（end）。

(5)添加要素的属性项。点取要加要素的数据层，如“行政界线”，点右键，“Open Attribute Table”,出现属性表，再按“Option”中的“Add Field”,可增加所需的属性项，在Name中输入“界线类型”，在Type中选“Text”，Length设为20（10个中文字符长），用来存储各类行政界线的名称。如下图：

删除属性项，鼠标放在属性项上，点右键，出现下拉菜单，点“Delete Field”。

注意：当数据层处于图形编辑(Start Editing)状况下，“Add Field”变灰,不可用。

(6)增加属性值，设置数据层处于编辑状况，按Editor的下拉键，点取“Start

Editing”。点Edit Tool，选取某要素，点右键，出现下拉菜单，点“Attribute…”，如下左图。进入属性编辑窗口，如下图，即可输入或修改属性值。

注意：并不是所有数字化采集的线要素都要增加属性字段、赋属性值，只有行政界线

和线状地物需要。而地类界线是用于构面的，其线要素不用赋属性，而是在构好面之

后，再对各个地类图斑面进行赋属性。

四、实验要求

1、将本实验的工作过程做成书面报告，期末时与后面几个要求交实验报告的实验合

在一起提交一份实验报告；

2、本实验要做的工作：

（1）将提供的栅格图像（含地理坐标和投影坐标信息）进行配准，导出一张新图像；

（2）将土地利用现状要素进行数据分层（行政界线、线状地物、地类界线），在

ArcCatalog中建立相应的数据层（shp格式）；

（3）以“配准后的新图像”为底图进行数字化，提取相应的要素（行政界线、线状

地物、地类界线）。数字化之前，为需要赋属性的要素（行政界线、线状地物）先添

加属性字段，这样可以边数字化线要素边赋值。

附表1 行政界线图层属性结构表

附表2 线状地物图层属性表结构表

3、每位同学负责完成一个村，相互之间做不同的村。