MAPGIS 图幅拼接.docx

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MAPGIS图幅拼接

4.3图幅拼接

4.3.1问题和数据分析

1．问题提出

我国地理信息系统中都采用与基本比例尺地形图系列一致的地图投影系统，大于等于1：

50万采用高斯--克吕格投影，1：

100万采用正轴等角割圆锥投影，这两种投影均实现了将大区域空间进行分割，对于一些大比例尺专题图件还可选择矩形分幅，一幅图最多可以与邻近的8个图幅相接，如图4.3-1a、b所示。

对于大幅面地图数字化，常常按矩形分块，相当于图4.3-1c。

无论是那种情况，数字化时每幅图的坐标系均不一样，不能反映出图幅间位置邻接关系，若要拼接，必须建立统一的坐标系，将数字化数据通过平移、旋转操作转换到统一坐标系上拼接成一幅完整的大图。

MapGIS提供了平移、旋转、缩放等图形变换功能，可实现图幅坐标变换。

a高斯—克吕格投影b正轴等角圆锥投影c矩形分幅

图4.3-1图幅邻接关系

2．数据准备

MapGIS图形编辑系统提供了平移、旋转、缩放等图形变换功能，可实现图幅坐标变换。

表4.3-1给出了相邻九幅1:

5万标准图幅的左下角起始经度和起始纬度，通过利用MapGIS投影变换和图形编辑系统对下表九幅标准图框进行拼接。

表4.3-1图幅起始经纬度值

图幅1

图幅2

图幅3

图幅4

图幅5

图幅6

图幅7

图幅8

图幅9

起始

经度

106°30′

106°30′

106°30′

106°45′

106°45′

106°45′

107°00′

107°00′

107°00′

起始

纬度

29°30′

29°40′

29°50′

29°30′

29°40′

29°50′

29°30′

29°40′

29°50′

4.3.2拼图基本原理

高斯投影和圆锥投影在小范围内，图框可看成梯形，现以九幅高斯投影图框为例，说明图幅拼接过程。

高斯投影在小范围内，图框可看成梯形，如图4.3-2所示，九幅图可有两种简单拼接方法。

图4.3-2梯形图幅邻接关系

1．先纵向，后从中间到两侧

（1）九幅图经平移、旋转操作，分别将左下角平移至坐标原点，上下图框平行X轴。

（2）Ⅰ固定，Ⅱ沿+X平移（l1-l2）/2，沿+Y平移h1，Ⅲ沿+X平移（l1-l3）/2，沿+Y平移h1+h2，三个文件加添到一起，则Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三幅图相拼得A，同样Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ相拼得B，Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ相拼得C。

（3）B固定，A沿-X平移l1，则A右下角点同B的左下角点重合，如图4.3-3a所示，A顺时针旋转θ角，将A文件添加到B中，A与B相拼，如图4.3-3b所示。

abcde

图4.3-3ABC拼接过程

（4）B固定，C逆时针旋转θ/角，如图4.3-3c所示，再沿+X平移l1，将C文件添加到A、B合并的文件中，A、B、C相拼，如图4.3-3d所示，。

（5）拼接后的图沿+X平移l1cosθ，沿-Y平移-l1sinθ，拼接完毕，如图4.3-3e所示。

2．先纵向，后从左到右

（1）同上步

（2）同上步

（3）A固定，B逆时针旋转θ角，如图4.3-4a所示，再沿+X平移l1，将B文件添加到A中，B与A相拼，如图4.3-4b所示。

（4）C逆时针旋转θ+θ/角，如图4.3-4c所示，再沿+X平移l1+l1/cosθ，沿+Y平移l1/sinθ，将C文件添加到A、B合并的文件中，A、B、C相拼，如图4.3-4d所示。

（5）拼接后的图顺时针旋转α角，拼接完毕，如图4.3-4e所示。

abcde

图4.3-4ABC拼接过程

4.3.2图幅拼接过程

1．系列标准图框生成

在投影变换子系统中，利用“系列标准图框”生成功能，如图4.3-5所示。

按照表4.3-1给定的起始经、纬度坐标生成九幅1：

5万的标准图框Frame1-Frame9。

在图框参数输入，比例尺、接图表、外图廓线均不选择，如图4.3-6所示，因为图形的平移、旋转、缩放操作都是相对于原点的，所以生成的图框应将左下角平移为原点，同时要保证图框底边处于水平状态。

图4.3-51：

5万图框图4.3-61：

5万图框参数

2．图幅拼接过程

（1）按照方法一，先完成Frame1、Frame2、Frame3的拼接，在图形编辑系统中打开Frame1，用鼠标读取Frame1图幅右上角坐标，并记录下来（484.58，369.60），关闭Frame1。

打开Frame2，利用“其它/整图变换”功能，输入x、y平移量为484.58、369.60，如图4.3-7所示。

按确定，则Frame2的左下角平移至Frame1的右上角，存在数据，并利用添加文件功能添加Frame1，上下两图幅完成拼接，另存Frame12文件。

同理可完成Frame12与Frame3拼接得Frame123，如图4.3-8所示。

Frame456和Frame789拼接方法同Frame123。

图4.3-7图形变换

（2）用鼠标读取Frame123图框的右下角坐标，并记录坐标值（485.53，0），用鼠标读取Frame456图框的左上角坐标，记录坐标值（1.37，1108.72），利用tg（θ/2）=1.37/1108.72计算θ。

（3）完成Frame123图框与Frame456图框拼接，打开Frame123，利用“其它/整图变换”功能，输入x、y平移量为-485.53、0，旋转角为-θ，将其左平移-485.53，顺时针旋转θ角，然后添加Frame456，得到Frame123和Frame456拼接图框，并保存Frame123456。

（4）打开Frame789，利用“其它/整图变换”功能，输入x、y平移量为485.53、0，旋转角为θ，将其右平移485.53，逆时针旋转θ角，得Frame789与Frame123456拼接图，如图4.3-9所示，并保存Frame123456789。

图4.3-8Frame123拼接图

图4.3-9Frame123456789拼接图

4.4地图投影转换

4.4.1问题和数据分析

1．问题提出

地理信息系统之所以区别于一般的信息系统，就在于它所存储记录、管理分析、显示应用的都是地理信息，而这些地理信息都是具有三维空间分布特征且发生在二维地理平面上的，因而它们需要有一个空间定位框架，即共同的地理坐标和平面坐标系统。

所以说统一的坐标系统是地理信息系统建立的基础。

没有合适的投影或坐标系的空间数据不是一个好的空间数据，甚至是没有意义的空间数据，因为这种数据不含实际地理意义。

我国的各种地理信息系统中都采用了与我国基本比例尺地形图系列一致的地图投影系统，大于等于1∶50万时采用高斯—克吕格投影，1∶100万采用正轴等角割圆锥投影。

2．数据准备

（1）钻孔数据drill

EXCEL格式的钻孔数据drill.xls打开后如表4.4-1所示，表中id为关键字，dh为钻孔名称，bh为钻孔编号，x、y、h为三维坐标，tfe、mn、p为其它属性数据，比例尺为1：

1万。

数据存放在E:

\Data\gisdata4.4文件夹内。

表4.4-1钻孔EXCEL表

（2）矿区边界拐点数据

现提供12个矿区多边形边界拐点大地坐标，利用MapGIS将12个矿区多边形边界拐点大地坐标投影到高斯投影平面直角坐标系上，用圆形符号显示，在MapGIS编辑系统中用线将这些点连接成多边形，比例尺为1：

1万。

数据存放在E:

\Data\gisdata4.4文件夹内。

1，3809000，37451370，2，3809000，37452000，3，3807400，37452000，4，3807400，37451150，5，3808060，37451120，6，3808630，37451260

1，3810710，37455000，2，3810820，37455400，3，3810900，37455600，4，3810790，37455800，5，3810560，37456300，6，3810730，37456600，7，3810620，37456800，8，3810500，37457200，9，3810436，37457580，10，3810050，37457550，11，3810240，37457000，12，3810600，37455000

1，3809650，37463000，2，3811300，37463000，3，3811300，37464500，4，3809650，37464500

1，3815500，37462250，2，3815500，37462750，3，3815900，37462750，4，3815900，37462250

1，3809000，37464500，2，3811300，37464500，3，3811300，37464000，4，3813500，37464000，5，3813500，37467500，6，3812750，37467500，7，3812750，37467000，8，3809000，37467000

1，3815000，37484000，2，3815000，37486600，3，3814000，37486600，4，3814000，37484000

1，3816365.56，37464042.93，2，3816360.00，37466340.00，3，3814855.63，37466210.00，4，3814855.63，37464037.11

1，3814500，37462000，2，3814500，37464000，3，3814800，37464000，4，3814800，37464600，5，3813500，37464600，6，3813500，37462000

1，3816400，37466400，2，3814600，37466200，3，3814600，37470000，4，3816400，37470000，

1，3808000，37454000，2，3808000，37457000，3，3807000，37457000，4，3807000，37457750，5，3806000，37457750，6，3806000，37454000

1，3808500，37461000，2，3808500，37461500，3，3809000，37461500，4，3809000，37461000

1，3813200，37444456，2，3813200，37445000，3，3812600，37445000，4，3812600，37444640，5，3812800，37444456

注意：

坐标对前的1，2，3等为拐点序号，比例尺为1:

10000

（3）地质图数据

一幅1：

5万标准的地质图，图内要素包括标准图框经纬网、地质界线、地质代号、地质体等内容，数据存放在E:

\Data\gisdata4.4\geomap文件夹内。

4.4.2钻孔大地坐标到平面直角坐标转换

1．数据转换

（1）打开EXCEL钻孔数据E:

\Data\gisdata4.4\drill.xls，如图4.4-1所示。

图4.4-1EXCEL钻孔数据

（2）在文件菜单中另存为drill.txt。

（3）打开drill.txt，如图4.4-2所示，去掉Y坐标前投影带带号37，方法是用记事本“编辑”中的“替换”功能将“

”和“

”拷贝到替换对话框，如图4.4-3所示，完成“

”替换为“

”，用空格加37替换成空格，这样可以防止中间数据37被替换的情况，并存保修改结果，如图4.4-4所示。

图4.4-2含投影带号的钻孔纯文本文件

图4.4-3替换对话框

图4.4-4不含投影带号的钻孔纯文本文件

2．投影转换

（1）地图投影系统中打开“用户投影转换”菜单，如图4.4-5所示。

注意：

对话框中指定数据起始位置应从第二行开始。

（2）通过按“打开文件”按钮来打开E:

\Data\gisdata4.4\drill.txt。

（3）设置当前投影参数

通过“用户投影参数”功能设置当前文件的投影坐标系及参数，如图4.4-6所示。

图4.4-5用户数据点文件投影转换对话框图4.4-6输入投影参数对话框

因为比例尺为1：

10000，所以投影带为3度带，投影带的序号为EXCEL数据表中x坐标前两位数据37。

（4）设置目的投影参数

通过“结果投影参数”功能设置转换后的目的文件的投影坐标系及参数，如图4.4-7所示。

（5）选择“按指定分隔符”读取数据

点击“设置分隔符”按钮弹出如图4.4-8所示窗口。

“分隔符号”选择Tab键和空格，“连续分隔符号每个都参与分隔”不选。

“设置作为图元属性的列及结构”中“加入”选项只选序号4、5，因为4、5列是横向和纵向坐标。

“属性名称所在行”设为第一行。

（6）设置投影生成图元类型及参数

通过“生成点”选项设置生成图元类型。

通过“点图元参数”按钮来设置图元参数。

（7）投影变换

图4.4-7输入投影参数对话框图4.4-8设置分隔符窗口

所有选择项设置完毕，按“投影变换”按钮，即可开始投影转换，投影结果生成相应的点文件。

投影完毕可通过复位窗口来查看投影结果，投影结果文件名为noname。

如图4.4-9所示

图4.4-9通过复位窗口查看投影结果

4.4.3矿区大地坐标到平面直角坐标转换

1．建立纯文本文件

（1）将上述数据拷入记事本中或直接打开mine.txt进行编，E:

\Data\gisdata4.4\mine.xls。

（2）去掉Y坐标前投影带带号37，方法是用记事本“编辑”中的“替换”功能将“，37”替换为“，”，并将每个多边形数据的第一个点数据拷贝到最后，并改变其前面的序号为多边形顺延的最后一个点的序号，以便将所有点连成多边形时最后一个点与第一个点重合，构成封闭多边形，修改结果保存到文件boundary.txt中，如图4.4-10所示。

图4.4-10矿区边界拐点纯文本文件

2．投影转换

（1）利用“投影转换”中“用户文件投影转换”打开纯文本文件，并设置对话框参数，如图4.4-11所示，维数是3，平移1位，因为第1位为点序号。

生成线方式可以得到封闭的多边形。

（2）设置用户投影参数

通过“用户投影参数”功能设置当前文件的投影坐标系及参数，如图4.4-12所示。

图4.4-11用户数据点文件投影转换对话框4.4-12输入投影参数对话框

因为比例尺为1：

10000，所以投影带为3度带，投影带的序号为数据中y坐标前两位数据37。

（3）设置结果投影参数

通过“结果投影参数”功能设置转换后的目的文件的投影坐标系及参数，如图4.4-13所示。

（4）点投影变换按扭，1：

1显示投影结果，如图4.4-14所示。

图4.4-13设置了目的投影参数

图4.4-14通过复位窗口查看投影结果

4.4.4地质图平面投影直角坐标转换为大地坐标

（1）打开地质点线面文件geomap.wt、geomap.wl、geomap.wp，其比例尺为1：

50000，网间间隔为1KM，起始经度为114°，纬度为29°40′。

（2）“投影转换/MapGIS文件投影”菜单下选点或线文件。

（3）编辑当前投影参数：

如图4.4-15所示。

投影带序号=1+[起始经度/6]=1+114/6=20，[]为取整符号。

（4）设置转换后参数：

如图4.4-16所示。

（5）进行投影变换：

如图4.4-17所示。

（6）开始转换。

图4.4-15输入投影参数对话框

（7）保存文件geomap1.wt、geomap1.wl、geomap1.wp。

（8）编辑系统中打开转换后的文件，查看状态栏中坐标信息为大地坐标单位。

4.4-16设置了转换后参数的输入投影参数对话框图4.4-17输入转换后位移值对话框

4.4.5地质图大地坐标转换为平面投影直角坐标

（1）打开地质图点线面文件geomap1.wt、geomap1.wl、geomap1.wp

（2）“投影转换/MapGIS文件投影”菜单下选点或线文件。

（3）文件间拷贝投影参数：

用于原文件投影参数未知的情况。

①生成1：

50000投影平面直角坐标标准框Fram_5a.wt，起始经度为114°，纬度为29°40′，注意左下角不平移为原点，图框底边不旋转水平、不输入接图表、不绘比例尺。

②按照4.4.4的方法将投影平面直角坐标标准框Fram_5a.wt转化为大地坐标系标准框Fram_5b.wt。

③装入Fram_5b.wt、geomap1.wt、geomap1.wl、geomap1.wp。

④将Fram_5b.wt投影参数拷贝到geomap1.wt、geomap1.wl、geomap1.wp上，如图4.4-18所示。

（4）编辑当前投影参数：

若当前投影参数已知，可按如图4.4-19所示输入，若按（3）进行，则该步可以取消。

（5）设置转换后的参数：

如图4.4-20所示。

（6）进行投影变换：

对话框如图4.4-21所示。

（7）保存文件geomap2.wt、geomap2.wl、geomap2.wp。

图4.4-18拷贝投影参数或TIC点对话框4.4-19输入投影参数对话框

图4.4-20输入投影参数对话框图4.4-21输入转换后位移值对话框

4.5误差校正

4.5.1问题和数据分析

1．问题分析

GIS的数据精度是一个关系到数据可靠性和系统可信度的重要问题，与系统的成败密切相关。

地理信息系统建立过程中综合了不同来源、不同时间、不同分辨率和不同比例尺的数据，利用不同的数据模型进行空间操作分析。

用户可以不管比例尺的大小、图形的精度而较容易地把来源不同的数据进行综合、覆盖和分析，如果GIS的空间数据精度不高，其结果是误差增加，使GIS数据误差问题变得极为复杂。

建立GIS的过程就是和误差作斗争的过程。

GIS产生的误差可以比喻成快速产生的垃圾，如对误差处理不当，GIS能以相当快的速度产生各种垃圾。

如果不考虑GIS的数据精度，那么当用户发现GIS的结论与实际的地理状况相差惊人时，GIS产品就会在用户中立刻失去信誉。

为了寻找有效抵抗和消弱误差的影响，需要了解GIS数据所含误差来源和特性等，花大力气从理论上研究GIS空间数据的误差问题，对GIS工程的每一阶段数据进行校正，使误差消失的初始状态，最大限度地减少误差。

2．数据准备

这里准备了两组数据，每组数据提供了三个文件，分别是实际的线文件、理论控制点线文件、实际控制点线文件。

第一组数据由于实际控制点与理论控制点间的误差不太大，可以采用自动校正的方法进行实际控制点与理论控制点的匹配；第二组数据实际控制点与理论控制点间相距较远，自动校正的方法无法找到控制点间一一对应的关系，因而采用交互校正的方法添加控制点；第三组数据用于遥感影像数据配准校正。

数据存放在E:

\Data\gisdata4.5文件夹内。

4.5.2几何误差校正基本原理

1．几何变换函数

误差校正过程实质上是用理论坐标校正实际坐标，把实际坐标点恢复到理论坐标位置，即找一种数学关系（或函数关系），描述变形前图形坐标（x，y）与变形后坐标（x/，y/）之间的换算，其函数关系可描述为：

x/=

y/=

通过已知的多个控制点理论和实际坐标，代入上式后可得出多个方程组，解方程组求出x，y的系数aij，bij，就可建立真正的函数关系。

常见几何误差校正基本方法有一次变换（同素变换、仿射变换）、双线性变换、二次变换及高次变换，一般地，3个控制点用一次变换，4~7个控制点用双线性变换，8~19个控制点用二次变换，20~49个控制点用三次变换，50个控制点以上用四次变换，控制点增加，位置精度增加，但计算量加大。

2．控制点选择

控制点的选取应不少于4个，标准分幅地图在内图框四角上有本幅图的四个控制点，并相应地标有实际地理坐标，图面上往往还有大地测量控制点可供选择。

当没有现成的可供选择的控制点或需要增加控制点时，控制点的选取原则是尽可能选取点状要素或线状要素（如河流、道路等）的交点，并在图面上大致均匀分布，这样有利于提高数字化精度。

一般控制点主要有：

图廓图、经纬网交点、方厘网交点、三角点、水准点等。

4.5.3MapGIS自动误差校正

1．加载数据

打开文件（line1.wl，fact1.wl，theory1.wl），如图4.5-1所示。

图4.5-1文件显示

2．实际控制点操作

在控制点菜单下对实际控制点文件进行操作

（1）设置控制点参数（实际），如图4.5-2所示。

（2）选择采集文件（fact1.wl），如图4.5-3所示。

图4.5-2设置实际控制点参数图4.5-3选择实际采集文件

（3）自动采集控制点，如图4.5-4所示。

图4.5-4自动采集实际控制点

3．理论控制点操作

在控制点菜单下对理论控制点文件进行操作

（1）设置控制点参数（理论），如图4.5-5所示。

（2）选择采集文件（theory1.wl），如图4.5-6所示。

图4.5-5设置理论控制点参数图4.5-6选择理论采集文件

（3）自动采集控制点。

①当理论控制点和实际控制点在规定的搜索范围内，每对点都能相互匹配时可选择直接进行匹配，如图4.5-7所示，匹配结果如图4.5-8所示。

图4.5-7理论值和实际值直接匹配

图4.5-8理论控制点和实际控制点匹配关系

②当理论控制点和实际控制点在规定的搜索范围内，每对点不能一一匹配时

（a）记录实际采集的控制点中任意四个的编号及位置，如1，7，43，49，

（b）1：

1复位显示theory1.wl

（c）通过添加校正控制点，按记录下来的四个实际控制点编号和添加到对应的理论控点上，详细方法见4.5.4，如图4.5-9所示。

图4.5-9添加4个理论控制点号

（d）自动采集控制点

可选择先定位再匹配，通过先定位四个点，使得其它点对间一一匹配，如图4.5-10所示，匹配结果如图4.5-11所示。

图4.5-10理论值和实际值先定位后匹配

图4.5-11理论控制点和实际控制点匹配关系

4．数据校正转换

在数据校正菜单下对点、线、区文件进行校正转换（line1.wl），如图4.5-12所示。

5．复位显示

1：

1复位选择校正前文件和校正后文件，如图4.5-13所示，比较校正前的文件line1.wl和校正后的文件newlin.wl间的差别，如图4.5-14所示。

图4.5-12选择线文件进行转换图4.5-13选择显示文件

图4.5-14显示校正前后文件

4.5.4MapGIS交互式误差校正

1．加载数据

打开文件（line2.wl，fact2.wl，theory2.wl）

2．实际控制点操作

在控制点菜单下对实际控制点文件进行操作

（1）设置控制点参数（实际），如图4.5-15所示。

（2）选择采集文件（fact2.wl），如图4.5-16所示。

图4.5-15设置实际控制点参数图4.5-16选择实际采集文件

（3）自动采集控制点

（4）1：

1复位选择fact2.wl

（5）显示校正控制点，如图4.5-17所示。

（6）记录下控制点的编号

图4.5-17显示校正控制点

3．理论控制点操作

在控制点菜单下对理论控制点文件进行操作

（1）设置控制点参数（理论），如图4.5-18所示。

（2）选择采集文件（theory2.wl），如图4.5-19所示。

图4.5-18设置理论控制点参数图