空间数据投影变换与处理.docx

1、空间数据投影变换与处理项目4 空间数据投影变换与处理4.1 案例教学4.1.1 任务要求罗平县煤矿资源比较丰富，根据其主要煤矿的分布情况，县煤炭局划分出了若干个矿区。根据目前已经掌握的地图数据情况，我们需要计算出每个矿区的面积分布情况，也需要知道各个乡镇的交通情况；同时，为了更有效地实现矿区的管理，需要把整个县根据某些条件划分为几个块，分别派给相应的煤矿单位进行管理。4.1.2 学习目标：1，熟悉地图投影变换基本方法和内容，并领会其实际用途；2，掌握空间数据处理（融合、拼接、剪切、交叉、合并等）的基本方法和原理，并领会其基本用途；3，掌握利用已有的坐标文件生成相应矢量图层数据的基本方法，并领会

2、其基本用途。4.1.3 材料准备软件环境：ArcGIS 9.2 DeskTop数据准备：乡镇分布.shp 矿区分布.shp 主要公路.shp,河流.shp，全站仪.txt4.1.4 操作步骤4.1.4.1 熟悉数据打开arccatalog窗口, 连接并打开该项目包含所用数据的文件夹project4A的路径，如：D:arcgis_bookProjectDataproject4A，查看文件组织时，可能会发现只有shp文件，而没有看到”全站仪.txt”的坐标文件。选择菜单“tools”“options”，打开选项对话框，在general对话框中，在“which type of data do you

3、 want the catalog to show”下，找到并选中“text file”，这样，就可以在Arccatalog中显示txt坐标文件了。 图4-1添加数据类型 图4-2 项目文件组织打开Arcmap，新建一个空白地图文件，添加project4A文件夹下的4个图形数据（除了片区分布.shp），暂时不添加“全站仪.txt”坐标数据，根据数据类型，调整好层的关系和要素符号，如图4-3： 图4-3 数据视图4.1.4.2 投影变换观察图4-3的底部，就会发现该地图数据组所用的是地理坐标，这会给我们后续的操作带来麻烦，因为我们需要知道每个矿区的面积情况或每个乡镇的面积大小、道路长度情况等，所

4、以，我们需要先把地理数据的坐标转换为以米为单位的平面坐标，这就要用到投影变换功能了。首先查看图层所用的地理坐标类型：选择一个图层，如“乡镇分布”，查看其属性，在属性对话框中，选择“source”标签，在“data source”组框中包含了该图层所用的坐标系统情况，可以发现，这里所用的是西安80坐标系，如图4-4：图4-4 查看坐标系统（1），定义投影点击ArcMap Stantard标准工具栏上的按钮 启动Arctoolbox（也可以在ArcCatalog中的工具栏上启动它）。在Arctoolbox中，打开data management tools 工具箱，选择projections and

5、 transformations下的define projection，打开定义投影对话框。在“input dataset or feature class”下选择一个要素文件，如“乡镇分布”。 图4-5定义投影在“coordinate system”下，点文本框右边的按钮，进入“spatial reference properties”对话框，点“select”按钮，进入预定义坐标选择对话框，在对话框中选择：Geographic Coordinate SystemsAsiaXian 1980.prj，确定，退出，完成了坐标定义，但如果该文本框中已经有了一个坐标名称，说明该图层已被定义了投影，

6、若不符合要求，可以进行修改。图4-6 选择定义坐标这种投影定义方法一次只能定义一个数据的投影，对于多个数据需要进行投影定义时就比较麻烦，需要一个一个地进行投影定义（我们这个案例就属于这种情况）。假如这多个数据所用坐标系统一致，可以考虑使用批定义的方法，该工具在：“samples”工具箱中，打开该工具箱，选择data managementprojectionsbatch define coordinate system（如图4-5）。建议试试用这种方法进行所有文件的坐标系定义。（2），投影变换假如只是单个文件的投影变换，可以执行“projections and transformations”“

7、feature”“project”命令。但我们这里有多个数据文件，这样未免有点麻烦，可以使用批投影方法：打开“data management tools”工具箱，执行“projections and transformations”feature” 下的“batch project”脚本工具，打开批投影对话框，点击“input feature class or dataset”的文本框右边的打开按钮，定位到project4A文件夹，把该文件夹下的数据全部选中（包括个别现在还没有加入到arcmap中的数据），点“add”，就可以把要进行投影变换的数据全部添加进来。如图4-7：图4-7 批投影设置

8、在继续之前，先回到你的工作目录中，在project4A下创建一个子文件夹，命名为“FinalData”。在“batch project”中，点击“output workspace”文本框右边的按钮，选择刚才创建的文件夹“FianlData”，点击“add”，这样，就可以把该文件夹作为投影后文件的存储空间。（如图4-7）点击“output coordinate system”文本框右边的按钮，进入“spatial reference properties”对话框，选择目标坐标系统。在这个项目中，根据已有数据的坐标覆盖范围情况，应该把它们投影到高斯投影6度带的18带（或者是东经105度），同时，根

9、据项目的要，我们不希望在坐标前加带号。在“XY coordinate system”中，点“select”按钮，在跳出的对话框中依次选择：Projected Coordinate SystemsGauss KrugerXian 1980Xian 1980 GK CM 105E。（在这里请注意，假如选择的是Xian 1980 GK Zone 18.prj,也一样正确设置了投影坐标系，但投影后的结果会在X坐标前面加上带号18，所以，在实际应用中，应该要按照需求选择不同的投影带设置）。 图4-8设置空间参考完成后，点“add”按钮，退出选择对话框，点“应用”、“确定”，退出空间参考对话框，实现输出坐

10、标系的选择。（如图4-8）最后，在“batch project”对话框中点“OK”按钮，就开始进行投影变换了。完成后，重新打开arcmap，创建空地图文档，添加“FinalData”文件夹下的要素层，观察坐标和data source属性，就会发现已经由原来的地理坐标变为平面投影坐标。 图4-9 投影后效果现在可以进行要素的面积查询了吗？我们可以试一下，选择tools工具栏上的“identify”按钮工具，查询下某个乡镇的属性，会发现，其面积属性并没有变成以平面坐标米为单位的面积，而还是原先的经纬度计算结果，也就是说，面积属性还是不能用（如图4-10）。可以利用字段计算器的方法实现多边形面积的计

11、算。图4-10 面积和长度查询打开“乡镇分布_shp”的属性表，向属性表中添加一个字段：面积，数据类型为double。图4-11 添加字段添加完字段后，打开“editor”工具栏，选择“start editing”激活编辑功能，在“矿区分布”的属性表中右键点击“面积”字段列，然后点击field calculator;跳出“field calculator”对话框，选中选择框“advanced”，然后在”pre-logic VBA script code”下面的文本框中，输入如下脚本代码：Dim OutputArea as double Dim pArea as Iarea Set pArea

12、= shape OutputArea = pArea.area在“面积=”下方的文本框中输入变量名：OutputArea，完成后，确定，就可以实现各个多边形面积的计算了。图4-12字段计算器图4-13 面积计算结果用同样的方法，请计算出“矿区分布”中每个矿区的面积。完成之后，退出编辑状态。4.1.4.3 数据处理假设由于管理的需要，打算把整个罗平县划分为4个部分，同时也把矿区区分开来，划分方法是：南北方向大致为公路走向，东西方向大致为久龙河方向。分完区后，每个区可以单独计算其区域面积和所有矿区面积，在管理上互不影响，完成某个任务后再把分区合并起来就可实现整个任务，具有分布式任务分配的意味。（注

13、意：后面操作要使用的数据在“FinalData”文件夹下）（1） 区域分块实现分块可以考虑裁减要素的方法，前提是必须把裁减范围以多边形要素的形式出现。根据前面分区的基本原则，本项目生成了一个多边形要素：片区.shp，把该要素加入到当前地图文档中，调整顺序，使之处于最底层，同时，把该文件要素的背景颜色改为“无颜色”，使之透明。激活“片区”，使用选择工具并选中图层中的左上角的多边形要素，注意确保不要选中“乡镇分布”中的要素。图4-14多边形选择单击，进入arctoolbox，打开analysis tools工具箱，选择extract下的clip裁减工具，双击打开：在input features下选

14、择“乡镇分布”；在clip features下选择“片区”；在output feature class下指定输出路径为：priject4AFinalData乡镇分布_shp_clip。图4-15 裁减设置设置完成后，点“OK”按钮，就开始进行裁减,选中要素范围内的“乡镇分布”的要素被裁减出来。用同样的方法，依次选中“片区”中其他的三个面状要素，重复以上步骤，从而得到4个裁减结果：乡镇分布_shp_clip，乡镇分布_shp_clip1，乡镇分布_shp_clip2，乡镇分布_shp_clip3。完成后，关闭其他的层，查看裁减后的结果。图4-16 裁减得到的4个图层（2）拼接图层当4个片区各自都

15、完成某一项任务，或是其他目的为得到全局效果，可以考虑把分开的片区拼接起来。在arcmap中新建一个地图文档，加载在裁减步骤中生成的4个图层文件。单击，打开arctoolbox。打开“data management tools”工具箱，选择并双击“general”下的“append”命令，打开“append”拼接对话框。 打开“append dataset”下拉框，依次选择“乡镇分布_shp_clip1”、“乡镇分布_shp_clip2”、“乡镇分布_shp_clip3”3个图层，或点击后面的添加按钮，导航到相应文件夹添加她们；用同样的方法，在“target dataset”下拉框中选择图层“乡

16、镇分布_shp_clip”，这样做，是为了把其他3个图层拼接到“乡镇分布_shp_clip”中。设置完成后，点“OK”。图4-17 拼接设置图4-18 拼接后的图层拼接完成后，右键点击图层“乡镇分布_shp_clip”，在跳出的右键菜单中执行操作“data”“Export data”，进行图层导出操作。在跳出的导出数据对话框中，指定导出数据到目录“project4AFinalData”中，名称为“PJTC.shp”（如图4-19）。图4-19 导出数据(3)要素融合新建一个地图文档，添加上一步生成的拼接图层：PJTC.shp，会发现，有几个乡镇在拼接线处被分成两块或多块（如图4-18），需要把

17、拼接线消除掉，这要用到arctoolbox中的“dissovel”融合功能。打开arctoolbox，选择工具箱“data management tools”，执行“generalization”“dissovel”命令，打开“dissovel”对话框，在input features下拉框中选择PJTC.shp，在 output feature class文本框中输入结果文件路径，在“dissovel_fields.”下选择“名称”字段（如图4-20）。图4-20 要素融合设置完成后，点“OK“，系统将根据选择的字段的值对要素进行融合，即把属性字段“名称”中名称相同的要素合并成一个要素（如图4

18、-21）。图4-21 要素融合前后对比类似的方法，假如融合时使用字段“所属”进行操作，最后的结果会是什么？（4），图层合并在arcmap中新建一个地图文档，加载“FinalData”下的乡镇分布.shp和矿区分布.shp，调整顺序，使矿区分布图层在上方。打开arctoolbox，打开analysis tools 工具箱，执行“overlay”“union”命令，打开union合并对话框，在input features 下拉框中选择要进行合并的2个图层：乡镇分布.shp、矿区分布.shp，在output feature class文本框中输入或选择输出路径和结果文件名，比如：D:project4

19、AFinalData乡镇分布_shp_Union.shp，在JoinAttributes下选择all，说明合并2个图层所有的属性，设置完成后，点“OK“进行合并操作。其结果如图4-22：图4-21 图层合并工具 图4-22 图层合并结果合并完成后，查看输出要素的属性表，可以发现，新要素的属性包含了原2图层的所有属性字段，其中，字段“矿区名称”为非空白的多边形要素表示有矿区覆盖，空白的则没有矿区覆盖。为了显示清楚，右键单击图层“乡镇分布_shp_Union”，执行操作“properties”“symbology”，设置图例为“unique values”方式，字段为“矿区名称”，设置完成后，点击

20、按钮“add all values”（如图4-22）。（4）图层相交在图层合并的基础上继续进行。执行“overlay”“intersect”命令，打开intersect对话框，在input features 下拉框中选择要进行相交的2个图层：乡镇分布.shp、矿区分布.shp，在output feature class文本框中输入或选择输出路径和结果文件名，比如：D:project4AFinalData乡镇分布_shp_intersect.shp，在JoinAttributes下选择all，设置完成后，点“OK“进行相交操作。其结果如图4-24：图4-23 图层相交工具图4-24 图层相交结果

21、请查看下相交结果文件的属性，用它和“矿区分布”图层的属性和合并图层结果文件的属性进行相比较，看看是否有什么不同。4.1.4.4 坐标文件生成数据目前各类测量仪器所测出来的多是坐标数据，比如手持GPS，RTK，全站仪等，可以把这些数据导入arcmap中生成点文件。启动arcmap，新建一个地图文档，在图层控制面板（TOC）窗口中切换到“source”数据源视图，单击按钮添加project4A文件夹下的“全站仪.txt”文件，该数据是一个添加了文件头的全站仪数据。图4-24 全站仪数据文件 图4-25 选择添加坐标数据数据添加进来后，执行菜单命令：“tools”“add X Y data”，跳出添

22、加XY坐标数据对话框，在“choose a table from ”下选择加入的坐标表格数据：全站仪.txt，在“X field”右边选择“X”，在“Y field”右边选“Y”，点下面的“edit”，进入“spatial reference properties”空间参考属性对话框，为坐标数据选择坐标系。在这里，必须要先知道坐标数据所用的坐标系，这里，用的是基于54坐标系的高斯投影，点“spatial reference properties”对话框中的select按钮，选择：Projected Coordinate SystemsGauss KrugerBeijing 1954Beijin

23、g 1954 3 Degree GK CM 105E.prj。确定后，跳出一个警示对话框，选“确定”，这样就生成了一个根据坐标的点事件图层，但就如警示所说，这个图层不可以进行选择、编辑等操作，要想实现这些功能，需要把事件图层导出来。图4-26 事件图层在TOC中，右键选中根据全站仪数据生成的时间图层，在跳出的菜单中执行“data”“export”命令。图4-27 导出数据 在跳出的导出数据对话框中，指定导出文件到FinalData文件夹下，文件名称为TS.shp。这样就完成了根据全站仪坐标数据生成图层的过程。图4-28 导出数据设置4.1.5 基础知识4.1.5.1 地理坐标系地理坐标系（ge

24、ographic coordinate system）使用基于经纬度坐标的坐标系统描述地球上某一点所处的位置。某一个地理坐标系是基于一个基准面来定义的，基准面是利用一个特定的椭球体对特定地区的地球表面的逼近，因此各个国家或地区都有各自的基准面。表4-1 我国常用的3种基准面及其参数椭球体长半轴a/m短半轴b/mKrassovsky（北京 54采用）63782456356863IAG 75（西安80采用）63781406356755 WGS8463781376356752在arcgis中，基于表4-1中的3个椭球体，建立了我国常用的3个基准面和地理坐标系： GCS_WGS1984(基于WGS84

25、基准面)，该坐标系统属于地心坐标系，目前该坐标系在我国GIS中使用不多，主要在使用GPS进行定位时获取，并且在多数情况下，需要将其转化北京54或西安80坐标系。 GCS_BEIJING1954(基于北京54基准面)，该坐标系统属于参心坐标系，该坐标系统于1954年建立，是由前苏联1942年坐标系统经联测和平差计算引申到我国的，目前相当一部分的基础地图资料都是以该坐标系统作为框架。 GCS_XIAN1980（基于西安80基准面），也是一种参心坐标系，是鉴于北京54坐标系存在的种种问题，为了适应发展的需要所建立起来的。该坐标系统统一，精度比较好，可直接满足1：5000甚至更大比例尺测图的需要，我国

26、已在国民经济各个领域大量使用该坐标系统，以逐步取代北京54坐标系统。4.1.5.2 投影坐标系投影坐标系（projected coordinate system）使用基于平面的X、Y值的坐标系统来描述地球上某个点的位置。这种坐标系统是从地球近似椭球体的投影中得到的，它对应于某个地理坐标系。投影坐标系主要由地理坐标系和投影方法两个参数确定。而地理坐标系又由某个椭球体对应的基准面所确定，比如北京54，西安80等；而投影方法根据不同的投影方式又分为不同的类型，我国常用的比如：高斯克吕格（Gauss-Kruger）投影、兰勃特（Lambert）投影、墨卡托（Mercator）投影等，在ArcGIS中提

27、供了几十种常用的投影方法。目前我国在地图投影的使用上，在基本比例尺地形图中，主要有如下原则：在大于等于50万比例尺的地形图均采用高斯-克吕格投影，其中，小于1万的地形图采用6度带投影，大于1万的地形图采用3度带投影；小于50万的地形图采用正轴等角割圆锥投影，即兰勃特投影；海上小于50万的地形图多用正轴等角圆柱投影，即墨卡托投影另外，在高斯投影中，又由于使用基准面的不同，又分为基于北京54的高斯投影和基于西安80的高斯投影。4.1.5.3 地理变换地理变换是一种在地理坐标系（基准面）间转换数据的方法。当将地理数据从一个坐标系统变换到另外一个坐标系统时，假如数据的变换涉及到了其基准面的改变，就需要

28、通过地理变换来实现地理坐标系的变换或基准面的平移。主要的地理变换方法有三参数法和七参数法。其中七参数为X平移、Y平移、Z平移、X旋转、Y旋转、Z旋转以及尺度比参数，若忽略旋转参数和尺度比参数则为三参数方法，三参数法为七参数法的特例。这里一个常见的地理变换就是：通过手持、静态GPS或RTK手段获取的基于WGS84的坐标与北京54、西安80坐标之间的相互转换。4.1.5.4 投影变换当系统所使用的数据是来自不同地图投影的图幅时，需要将一种投影的地理数据转换成另一种投影的地理数据，这就需要进行地图投影变换。地图投影变换的实质是建立两平面场之间点的一一对应关系。4.1.5.5 ArctoolboxAr

29、ctoolbox是ArGIS Desktop中的一个软件模块，内嵌在ArcCatalog和ArcMap中，在arcview、arceditor和arcinfo中都可以使用。Arctoolbox由多个工具集（toolset）构成，能够完成不同类型的任务，每个主工具集中还包含了不同级别的子工具集，子工具集中包含了若干工具。根据应用的需要，我们可以在Arctoolbox中创建新的自定义的工具箱，在工具箱中可以建立不同的模型、或实现特定任务的脚本；另外，我们还可以对Arctoolbox中的工具箱和工具进行复制、移动、重命名等管理任务。Arctoolbox下包含了若干个工具箱，其主要工具箱下包含工具的作

30、用如下：1，3D分析工具（3D analyst tools）:使用3D分析工具可以创建和修改TIN或栅格表面，并从中抽出相关信息。2，分析工具（analysis tools）：对于所有类型的矢量数据，分析工具提供了一整套的处理方法，主要有合并、裁减、相交、判别、拆分、缓冲区、近邻、点距离、频度、统计等。3，制图工具（cartography tools）：制图工具与arcgis中其他大多数工具有着明显的目的性差异，它是根据特定的制图标准来设计的，包含了3种掩膜工具。4，转换工具（conversion tools）：包含了一系列不同数据格式的转换工具，主要有栅格数据、shapefiles、cove

31、rage、table、dbase，以及CAD到geodatabase的转换等。5，coverage工具(coverage tools)：提供了一系列强大的工具来实现各种地理处理过程，且输入输出都只能是coverage格式，主要实现分析、数据管理和数据转换等功能，通过workstation执行。6，数据管理工具（data management tools）：提供了多种工具来管理和维护要素类，数据集，数据层以及栅格数据结构。7，地理编码工具（geocoding tools）：地理编码又称为地理匹配，是建立地理位置坐标与给定地址一致性的过程。使用该工具可以给各个地理要素进行编码操作，建立索引等。8，地理统计分析工具（geostatistical analyst tools）：地理统计分析工具提供了广泛全面的工具，用它可以创建一个连续表面或者地图，用于可视化及分析。9，线性要素工具（linear regerencing tools）:生成和维护线状地理要素的相关关系，如实现由线状coverage到路径（route），有路径事件（event）属性表到地理要素类的转换等。10，空间分析工具（spatial analyst tools）：空间分析工具提供了很丰富的工具来实现基于栅格的分析。在GIS三大数据类型中，栅格数据结构提供了用于空间分析的最全面的模型环境。11，