实验三指导书.docx

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实验三指导书

实验三扫描矢量化

一、实验目的

1.通过投影选择了解GIS中投影的概念。

2.利用影像配准（Georeferencing）工具进行影像数据的图像配准。

3.编辑器的使用（点实体、线实体、多边形实体的数字化）。

二、实验准备

预备知识：

（1）扫描矢量化

栅格数据通常是通过扫描纸质地图或采集航空及卫星照片获得，对其进行矢量化的步骤：

配准影像；

新建图层；

在ArcMap中加载已配准的影像和新建的图层；

在ArcMap中使用“编辑器”，分层提取实体。

（2）影像配准

影像配准是为了使影像数据（栅格数据）具有参考坐标系，可以和GIS矢量数据集成。

在配准中我们需要知道一些特殊点的坐标，即控制点。

控制点最好选择经纬线网格的交点、公里网格的交点或者一些典型地物点。

控制点的数目取决于你打算使用哪一种数学方法来实现坐标转换，本实验中控制点数目至少为4个。

要尽可能使控制点均匀分布于整个栅格图像，要有较好的离散性。

通常，先在图像的四个角选择4个控制点，然后在中间的位置有规律地选择一些控制点能得到较好的效果。

可以在系统中增加、修改、删除控制点，并把控制点保存在工作空间中。

（3）影像配准工具条

打开ArcMap，在工具栏空白处点右键，勾选Georeferencing（“影像配准”），可调出影像配准工具条，如图2-1。

图2-1Georeferencing工具条

“添加控制点”按钮

，可添加控制点；

“查看链接表”按钮

，可查看已添加的控制点，并可对这些控制点进行修改、删除等操作。

（4）快捷键

在绘图编辑的过程中，可以通过“Z”、“X”、“C”快捷键实现图形的放大、缩小、移动。

数据准备：

仓前镇小班栅格数据：

org.img；

仓前镇镇驻地Shape文件：

仓前镇镇驻地.dbf，仓前镇镇驻地.shp，仓前镇镇驻地.shx，仓前镇镇驻地.prj。

软件准备：

ArcGISDesktop

三、实验内容及步骤

第1步影像配准－加载数据和影像配准工具

所有图件扫描后都必须经过图像配准，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，调出影像配准工具条Georeferencing，如图2-1。

●把需要进行配准的影像—org.img添加到ArcMap中，会发现“影像配准”工具栏中的工具被激活。

图2-2加载影像数据

第2步输入控制点

控制点应该选择已知准确实际地理坐标的点，如经纬线交点或公里网格交点。

选取控制点时，应尽量将图片放大后选取，以尽量减小误差，如图2-3。

●在“影像配准”工具栏上，点击“添加控制点”按钮

；

●使用该工具在图上精确地找一个控制点后点击，然后右键选择“InputXandY…”，调出EnterCoordinates对话框，输入其实际坐标，如图2-4。

图2-3选取控制点

图2-4输入实际坐标

●用相同的方法，在影像上增加多个控制点（>=4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。

图2-5查看链接表

检查控制点的残差Residualerror和总的RMS。

残差（residualerror）表示单个控制点坐标转换的误差，均方差RMS表示所有控制点的总误差。

RMS较小，说明控制点的选取是比较准确的。

对于残差特别大的控制点，可选中后点击右侧删除按钮

将其删除，然后添加新的控制点。

转换方式设定为“一次多项式”。

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“影像配准”菜单下，点击“UpdateDisplay”。

执行菜单命令“View”－“DataFrameProperties”，弹出“数据框属性窗口”；

●“常规”选项页，将显示单位设置为“米”，如图2-6；

●“坐标系统”选项页，导入坐标系统：

点击图2-7中“导入”按钮，弹出选择数据源窗口如图2-8，选择“仓前镇镇驻地.shp”。

●“更新显示”后，就变成了真实的坐标。

图2-6设置地图显示单位

图2-7导入坐标系统

图2-8导入坐标系统

图2-9设置单位和坐标系统后

第4步矫正并重采样栅格生成新的栅格文件

●在“影像配准”菜单下，点击“矫正”（Rectify），对配准的影像根据设定的变换公式重新采样，另存为org1.img，如图2-10。

图2-10图像另存

●将原始的栅格文件org.img从ArcMap中移除，并加载org1.img和仓前镇镇驻地.shp，查看两图层中的仓前镇驻地是否重合，能够重合说明配准的准确度较高。

图2-11查看配准结果

通过上面的操作已经完成了配准工作，下面将以org1.img为底图，分别对仓前镇的村政府（点）、乡村（面）、小班（面）进行输入，所有图层的投影坐标系应与仓前镇镇驻地图层的投影坐标系一致。

第5步分层矢量化－村政府图层

（1）新建村政府图层

●在ArcCatalog中新建点图层。

在左侧的CatalogTree中选中文件夹“实验三”，右键->New->Shapefile,弹出新建文件窗口，如图2-12。

●填写名称“学号_村政府”，实体类型“Point”；

●设置投影坐标系。

点击右下角“Edit”按钮，弹出“空间参考属性窗口”，如图2-13，可以“选择”、“导入”或“新建”坐标系；本实验中所有图层的坐标系应该与仓前镇镇驻地图层的相同，所以使用导入方式较好；点击“Import”按钮，弹出窗口如图2-14，选择“仓前镇镇驻地.shp”，然后点“Add”按钮，图2-13中会显示出当前坐标系的详细参数。

图2-12新建点图层

图2-13空间参考属性窗口

图2-14导入空间参考

●添加字段。

在CatalogTree中选中新建的图层，右键菜单中选择“属性”，弹出属性窗口，如图2-15。

“XYCoordinate”选项页同图2-13，也可在此处设置投影坐标系。

“Fields”选项页，显示当前图层的属性字段名称及数据类型。

添加字段“Name”，只需选中空白行，输入“Name”，选择数据类型“Text”即可；点击“应用”或“确定”后，新添加的字段不可以再修改，若想删除，可以点击左侧突出的小方块，选中该行，然后按“Del”键。

图2-15添加字段

（2）在ArcMap中添加新建的村政府图层，并且调出“Editor”工具条

图2-16添加村政府图层

（3）编辑村政府图层

●开始编辑。

点击编辑工具条中的编辑按钮

，在下拉菜单中选择“StartEditing”，激活编辑工具；任务选择“CreateNewFeature”；目标选择村政府图层，如图2-16。

图2-17编辑工具条

●输入第一个点——连县塘村政府（左上角），使用

拉框放大其所在区域；然后按下编辑工具栏中的

，对准地图中的连县塘圆圈正中心，按下鼠标左键，则第一个点输入成功，如图2-18中的圈出的蓝点。

图2-18输入点

●点击编辑工具条中的

按钮，弹出属性编辑框，输入“Name”的值“连县塘”。

●以上输入了第一个村政府，点击ArcMap工具栏中的全景按钮

，可将地图恢复到全景显示，然后重复前两步的操作输入其余的9个村政府。

●若移动或删除已输入点，可按下

按钮，选择要移动或删除的点，直接拖动可改变其位置，按“Del”键可将其删除，右键菜单提供复制、粘贴等更多功能。

●10个村政府输入完成以后，点击“Editor”->“SaveEdits”，最后“StopEditing”。

●对本图层利用“Name”字段标注。

第6步分层矢量化－乡村图层

乡村和小班为面，对面图元的矢量化有两种方式：

一种是直接建立面图层，绘制面；另一种是先建立线图层，绘制边界线，然后通过相应的工具自动生成面图层。

本实验中主要练习第二种方法。

（1）新建乡村边界图层

●在ArcCatalog中新建线图层:

在左侧的CatalogTree中选中文件夹“实验三”，右键->New->Shapefile,弹出新建文件窗口，如图2-19。

●填写名称“学号_乡村边界”，实体类型“Polyline”；

●设置投影坐标系与点图层的设置相同。

图2-19新建线图层

（2）在ArcMap中添加乡村边界图层，并进行编辑

●将乡村边界图层添加到ArcMap中。

●开始编辑。

点击编辑工具条中的编辑按钮

，在下拉菜单中选择“StartEditing”，激活编辑工具；任务选择“CreateNewFeature”；目标选择乡村边界图层。

●设置捕捉环境“Snappingenvironment”。

当绘制的曲线有公共结点或者有公共线时，为了绘制的准确，要用到自动跟踪捕捉功能，则需要设置捕捉环境。

点击“Editor”->“Snapping”，可弹出Snappingenvironment设置窗口，如图2-20。

窗口上半部分选择的是可跟踪的图层和实体，此步骤中选择乡村边界图层，可跟踪其节点、边、终点。

下半部分是选择“编辑草图”,在绘制图形时可捕捉自己的节点和边。

●设置显示SnapTips。

点击“Editor”->“Options”，弹出选项窗口，在“General”选项页中勾选“Showsnaptips”，如图2-21。

通过设置此，在绘制图形时，捕捉到点时会给出提示，效果如图2-22。

图2-20设置Snapping

图2-21设置捕捉提示

●输入第一个村边界——连县塘村边界（地图左上角）。

将图像放大到一定比例后，按下

，沿着连县塘村边界逐点进行绘制，单击开始；

绘制过程中，使用

移动地图，然后再按下

，可继续绘制；

撤消可用“Ctrl+Z”；

绘制结束时，需首尾相连，如图2-22，提示“Editsketchvertices”表明捕捉到了此线上的点（此处是始点），双击绘制结束，效果如图2-23。

图2-22结束时捕捉到始点

图2-23第一个村边界

●绘制其他边界。

图中所有的线条只需绘制一次，公共边界不需要重绘，每条曲线不需要是闭合线，但需保证最后所有的曲线构成的图形边界是闭合的，不能出现缺口，如图2-24。

图2-24缺口

●绘制完成后，“SaveEdits”并“StopEditing”，效果如图2-25.

图2-25乡村边界

（3）生成乡村图层

●打开ArcCatalog，点击工具栏中的

按钮，调出ArcToolbox；

●找到DataManagementTools->Features->FeatureToPolygon，双击FeatureToPolygon，弹出数据转换对话框，如图2-26；

●点击

将乡村边界图层添加到“InputFeatures”中，设置OutputFeatures的路径及名称（学号_乡村.shp）；点击“OK”即可，生成的面图层如图2-27。

●对生成的乡村图层也可以添加属性字段并赋值，有兴趣的同学可以自己尝试。

图2-26数据转换

图2-27生成的面图层

第7步分层矢量化－小班图层

小班图层的矢量化与乡村图层操作基本相同。

（1）新建小班边界图层

在Catalog中新建一个Polyline图层，名称为“学号_小班边界”，投影坐标系设置与前面相同。

（2）在ArcMap中添加小班边界图层，并进行编辑

●将小班边界图层添加到ArcMap中；

●开始编辑。

编辑工具条如图2-28，捕捉环境设置如图2-29；

图2-28编辑小班边界

图2-29捕捉环境设置

●由于小班与乡村有重复边，所以可以先把乡村边界拷贝到小班边界图层，以省去重复边界的绘制：

按下

按钮，拉框全选乡村边界图层中的线实体，在空白处点右键，选择“Copy”，如图2-30；再次点右键，选择“Paste”，则可粘贴到小班边界图层，如图2-31。

图2-30复制乡村边界

图2-31粘贴乡村边界

●在此基础上，继续绘制小班边界，同样所有的曲线只需绘制一次，绘制完成后，“SaveEdits”并“StopEditing”，效果如图2-32。

图2-32小班边界绘制完成

（3）生成小班图层

●转换操作与生成乡村图层相同，输出命名“学号_小班”，输出效果如图2-33；

图2-333最终小班图

●编辑完成后，“SaveEdits”并“StopEditing”。

第8步保存工程文件

●当前工程中只包含四个图层，如图2-34所示；

●参照实验二中相关操作设置适当的标注；

●工程文件命名为“学号.mxd”，设置为保存各图层的相对路径。

图2-34最后效果

四、作业

上交数据：

13个文件（包括1个地图文档和3个图层）

工程文件（学号.mxd）

村政府图层（学号_村政府.shp，学号_村政府.shx，学号_村政府.dbf，学号_村政府.prj）

乡村图层（学号_乡村.shp，学号_乡村.shx，学号_乡村.dbf，学号_乡村.prj）

小班图层（学号_小班.shp，学号_小班.shx，学号_小班.dbf，学号_小班.prj）

压缩成“学号_姓名_作业1”.rar，上传至FTP。