GIS实验报告三.doc

实验三、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）。
3. 熟悉 GRAMIN GPS手持机的基本使用方法。
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
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 (扫描图)，请从课程网站下载。
在开始本实验之前，将同学分成3-5 个小组，每个小组从实验室借出一部GARMIN GPS
手持机，利用课外时间在昆明市范围内采集20 个GPS点，并在自行购买和昆明市旅游休闲图
上做好标记。数据采集回来后用MapSource 软件通过数据线将数据从GPS手持机中导入到计
算机并存储为GPS.txt 文件以备使用。
在借到GPS 手持机后，请在老师指导下认真阅读GPS 手持机的说明书，掌握基本操作方
法。使用完毕后请归还实验室。外出采集数据时请遵守指导老师宣布的安全注意事项。
软件准备：
MapSource (GRAMIN GPS手持机数据导入软件)
ArcGIS Desktop ---ArcMap
三、 实验内容及步骤
（1） 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。
l 打开ArcMap，添加“影像配准”工具栏。
l 把需要进行配准的影像—70011-1，增加到ArcMap中，会发现“影像配准”工具栏中的工具被激活。

（2） 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，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。
l 在”影像配准”工具栏上，点击“添加控制点”按钮。

l 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（大于7 个），输入它们的实际坐
标。点击“影像配准”工具栏上的“查看链接表”按钮。
注意：在连接表对话框中点击“保存”按钮，可以将当前的控制点保存为磁盘上的
文件，以备使用。
检查控制点的残差和RMS，删除残差特别大的控制点并重新选取控制点。转换方式设
定为“二次多项式”。
（3） 设定数据框的属性
增加所有控制点，并检查均方差（RMS）后，在”影像配准”菜单下，点击“更新显示”。执行菜单命令“视图”－“数据框属性”，设定数据框属性。

在“坐标系统”选项页中，设定数据框的坐标系统为
“Xian_1980_Degree_GK_CM_102E”（西安80 投影坐标系，3度分带，东经102
度中央经线），与扫描地图的坐标系一致
l 更新后，就变成真实的坐标。
（4）矫正并重采样栅格生成新的栅格文件
加载重新采样后得到的栅格文件，并将原始的栅格文件从数据框中删除。
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进行操作的。
通过上面的操作我们的数据已经完成了配准工作，下面我们将使用这些配准后的影像进行分层矢量化。
（5） 分层矢量化－在ArcCatalog 中创建一个线要素图层
该数据采用的是西安80 坐标系统、3 度分带
(1) 打开 ArcCatalog.在指定目录下，鼠标右击，在“新建”中，选择“个人
Geodatabase”。并修改该Geodatabase数据库的名称（例如test3.mdb）。
(2) 下面将为该Geodatabase 创建新的要素类，首先创建一个“等高线”要素
类来存储等高线要素。在ArcCatalog 中，鼠标右击test3 这个个人Geodatabase。
(3) 输入创建的要素类的名称“等高线”，点击下一步。
(4) 点击下一步。
坐标系选择Xian_1980_Degree_GK_CM_102E.prj。
(6) 点击“空间参考”选项后面的按钮，在“空间参考属性”对话框中的“坐
标系”选项页下，将选择合适的坐标系统，点击“选择”按钮。在(Projected Coordinate
Systems 目录下， 选择Gauss Kruger---àXian 1980--à
Xian_1980_Degree_GK_CM_102E.prj)。点击增加，现在这些坐标系统信息应该如下
图所示：

（3）切换到ArcMap 中，点击“绘制”工具栏上的“矩形框”按钮，在地图显示区中画一个矩形，使区在更大范围内包含已配准的栅格地图。右键选中这个矩形框，设置“属性”，将填充色设置为“无”，可得到如下的效果：（在矩形框属性的“大小和位置”选项页中，可获取矩形框左下角和右上角的坐标（X,Y）,将这里获取的X,Y值分别填入到上面“空间参考属性”对话框的“X/Y域”选项页 “最小X”、“最小Y”、“最大X”、“最大Y”输入框中）

（4）为等高线创建高程属性字段，类型为“Float”

6.从已配准的地图上提取等高线并保存到上面创建的要素类中
(1) 切换到ArcMap 中， 将新建的线要素图层，加载到包含已配准地形图的数
据框中，保存地图文档为Ex3.mxd
(2) 打开“编辑器”工具栏，在“编辑器”下拉菜单中执行“开始编辑命令”，
并选择前面创建的“等高线”要素类。确认编辑器中：任务为――新建要素，目标
为――等高线，设置图层――等高线的显示符号为红色，并设置为合适的宽度。

（3）将地图放大到合适的比例下，从中跟踪一条等高线并根据高程点判读其高
程，输入该条等高线的高程。
（4）进一步练习线要素的其它操作，比如线段的合并、分割、编辑顶点等操作
（5）可参照以上步骤，从地图中提出多边形要素（比如居民地），并进一步熟悉多边形要素编辑的相关操作。

7.根据GPS观测点数据配准影像并矢量化的步骤
数据：扫描地图－昆明市旅游休闲地图（YNKM.JPG）、
Garmin 手持GPS野外采集数据（gpsdata.dbf）-GCS_WGS—1984地理坐标系
（1）打开ArcMap，添加扫描地图－YNKM.JPG，打开“地理配准”工具栏（在ArcMap的工具栏的空白区域点击鼠标右键，然后选择“地理配准”）
（2）根据gpsdata.dbf 中的内容，将其转换为一个新的图层：GPS.shp,并将其添加到当前数据框中。

(3) 在TOC中右键选择图层――YNKM.JPG，在出现的菜单中点击“缩放到图层”，并将
其放大到某一尺度下

（4） 对比GPS 数据采集时所使用的纸质地图，在地图显示区中找到第1 个控制点。

三．实验总结
1) 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： 第1步、地形图的配准－加载数据和影像配准工具
必要性：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。
第2步、输入控制点
必要性：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，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。利用它们同名性质列方程，求待定系数来获取其在规定坐标系下的坐标。
第3步、设定数据框的属性
必要性：统一标准，单位m，参考坐标系统80西安坐标系（Xian 1980 Degree GK CM102E），
可以求得真实坐标。
第4步、矫正并重采样栅格生成新的栅格文件
必要性：矫正，和配准。使用这些配准后的影像进行分层矢量化。
第5步、分层矢量化－在ArcCatalog中创建一个线要素图层
第6步、从已配准的地图上提取等高线并保存到上面创建的要素类中
2) 分析数字化过程中误差的来源及减小误差的相关方法。
答：分析数字化过程中误差的来源及减小误差的相关方法分析数字化过程中误差的来源及减小误差的相关方法分析数字化过程中误差的来源及减小误差的相关方法。
（一）、误差来源：
1、数据采集：实测误差，地图制图误差（制作地图的每一过程都有误差），航测遥感数据
分析误差（获取、判读、转换、人工判读（识别要素）误差）
2、数据输入：数字化过程中操作员和设备造成的误差，某些地理属性没有明显边界引起的
误差（地类界）
3、数据存贮：数字存贮有效位不能满足（由计算机字长引起，单精度、双精度类型）空间
精度不能满足
4、数据操作：类别间的不明确、边界误差（不规则数据分类方法引起）
5、多层数据叠加误差 多边形叠加产生的裂缝（无意义多边形）
6、各种内插引起的误差
（二）、质量控制方法：
1、手工方法：与原始地图或者属性数据比较；
2、元数据法：元数据中包含了大量的有关数据质量的信息，通过它可以检查数据质量，同
时元数据也记录了数据处理过程中质量的变化，通过跟踪元数据可以了解数据质量的状况和
变化。
3、地理相关法：用空间数据的地理特征要素自身的相关性来分析数据的质量，如利用地表
特征的空间分布进行分析。
3) 为什么要对配准后的数据进行重采样？
答： 配准后的数据和原来未配准的数据是不同的，是新生成的符合地理坐标系统的数据，
将来的操作分析等工作是要在新数据基础上进行的，故要进行重采样。