ArcGis中进行地形图的配准

发布于 2010-03-26  960 次阅读


1.1.1
方法简介 
1.1.1.1
方法0 
所有图件扫描后都必须经过扫描纠正,对扫描后的栅格图进行检查,以确保矢量化工作顺利进行。
对影像的配准有很多方法,下面介绍一种常用方法。
1
打开 ArcMap,增加 Georeferncing 工具条。
2
把需要进行纠正的影像增加到 ArcMap 中,会发现 Georeferncing 
具条中的工具被激活。

   
  
   
  
   16 
  

3
在配准中我们需要知道一些特殊点的坐标,即控制点。可以是经纬线网格的交点、公里网格的交点或者一些典型地物的坐标,我们可以从图中均匀的取几个点。如果我们知道这些点在我们矢量坐标系内坐标,则用以下方法输入点的坐标值,如果不知道它们的坐标,则可以采用间接方法获取。
4
首先将 Georeferncing 工具条的 Georeferncing 菜单下 Auto Adjust 不选择。
5
 Georeferncing 工具条上,点击 Add Control Point 按钮。

   
  
   
  
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6
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:

   
  
   
  
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7
用相同的方法,在影像上增加多个控制点,输入它们的实际坐标。
8
增加所有控制点后,在 Georeferencing 菜单下,点击 Update Display

   
  
   
  
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9
更新后,就变成真实的坐标。
10
 Georeferencing 菜单下,点击 Rectify,将校准后的影像另存。
后面我们的数字化工作是对这个校准后的影像进行操作的。

1.1.1.2
说法1 
在配准前,先在arctoolbox下的date management tool下的projections and transformations进行投影系统的定义;然后在arcmap中,利用georeferening工具,进行控制点的输入。增加所有控制点后在georeferening工具下点击updatedisplay,最后rectify保存影像。重新打开配准后的影像在界面的下方即可看到配准后显示的坐标。

1.1.1.3
说法 
在利用ArcGIS进行数字化,或者把栅格图像加载到已有坐标系的地图中时,首先的工作就是进行地图的空间配准。
对栅格图像进行配准时,可以用Georeferencing工具。对已有GIS图与其它坐标系或者地图进行配准时,可以利用Spatial Adjustment工具。
1.利用Georeferencing工具配准栅格图像
ArcGIS里加载一幅栅格图,可以是照片或者是扫描图片。如果在工具栏里没有显示Georeferencing工具条,则在工具栏处右击,点中 Georeferencing。在加载了栅格图后,Georeferencing工具条被激活。如果加载了多幅图片,则在layer处选择要进行配准的图像。
点击Georeferencing工具条里的Georeferencing,取消auto adjust选项。可以在Transformation里选择进行空间变换时所采用的方法。
然后在Georeferencing工具条里点击add control point命令添加控制点。利用Georeferencing进行空间配准的原理即为栅格图上的特定点输入新的正确坐标。此时点中某一点后可以有两种方式设置新的坐标:
1)点击某一点后,直接移动位置,在新的要配准的点上再次点击,则在两点之间建立连接。
2)点击某一点后,再用鼠标右键点中它,在弹出的对话框里,点击输入X,Y值,然后可直接输入此点的绝对坐标。
为了使空间配准后尽量使配准的结果精确,可多设几个控制点(尽量围绕关注的地方平均设置)。在设置好以后,可以点击Georeferencing工具条里的auto adjust或者update display进行配准。此时可以看到配准的结果。如果不满意,还可以对局部控制点进行调整,点中后直接手动即可。
完成配准后利用Georeferencing工具条中的update Georeferencing或者rectify命令保存配准结果。前者是生成一个jgw的文件来存放配准后的坐标信息,而rectify命令则是另存一个配准后的图像文件。
2.利用Spatial Adjustment到配准
Spatial AdjustmentGeoreferencening工具的操作步骤及原理都类似。也是同样建立多个配准控制点,然后点击adjust命令进行配准。

1.1.1.4
说法2 
1, 首先把图复制到工作目录下
2, ArcCatalog中找到需要配准的图,给他定义一个投影系统(注意和投影变换的区别)。这里我们用的是1:50000的地形图,它是基于北京1954坐标系,6度分带的高斯克吕格投影。在地形图方里网上可以看出本图幅位于哪个分度带,这里假设是19。因此我们要选择的是Beijing 1954 GK Zone 19.prj。同时目录里面还有一个Beijing 1954 GK Zone 19N.prj,这个是用于没有分度带号的。而我们的图幅是包括分度带号。这个可以在网上搜索 "arcgis 坐标文件" 来进一步了解。
3, 给配准的图定义了一个投影系统后,把图加载到ArcMap里面,打开GeoReferencing工具,直接利用方里网交点进行配准。这里要注意的问题是,地形图上的方里网坐标为公里,而需要输入的应该是米。所以要在方里网对应坐标后面加000。如地形图上读出一个交点为(19387, 3420)1938719为分带号,也要一并输入,那么这个点应该输入(19387000, 3420000)。其余配准过程和网上教程一致。
4
配准后可以在LayProperity里面把显示单位改成度分秒,于是地图就以经纬度格式显示了。此时的经纬度是基于北京1954基准面的,可以把光标指向四角的经纬度标记,以核对配准的精确度。

1.1.1.5
说法3 
1.打开ArcMap,增加Georeferncing工具条。
2.把需要进行纠正的影像增加到ArcMap中,会发现Georeferncing工具条中的工具被激活。
3.在校正中我们需要知道一些特殊点的坐标。通过读图,我们知道坐标的点就是公里网格的交点,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。特殊点一般是作为参考地图中多年或变化不大的坐标点,比如路口,河流交汇处,标志性建筑等
4.首先将Georeferncing工具条的Georeferncing菜单下Auto Adjust不选择。
5.Georeferncing工具条上,点击Add Control Point按钮。
6.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.
7.用相同的方法,在影像上增加多个控制点,输入它们的实际坐标。还应该增加一个规则:理论上控制点越多越均匀,配准效果越好,但是主要需要参考的是rms的值,rms小于一个象元的1/2为好,多加入控制点,RMS就越大说明其中某个控制点误差大或有错误,你可以查出来删除或修正.
8.增加所有控制点后,在Georeferencing菜单下,点击Update Display
9.更新后,就变成真实的坐标。
10.Georeferencing菜单下,点击Rectify,将校准后的影像另存。
所有图件扫描后都必须经过扫描纠正,对扫描后的栅格图进行检查,以确保矢量化工作顺利进行。

1.1.1.6
说法4 
ArcGIS拥有强大的交互式栅格及影像数据配准工具。如果你已经用过ArcView影像分析扩展模块的影像配准功能,你会发现ArcGIS的工具与它类似。这个练习使用的影像和矢量数据描述了UtahSalt Lake City的一个高速公路建设工程中的一些变化。

因主办2002冬季奥运会,Utah州已经为此准备多年——建设比赛地点、为与会者提供住处以及其它配套设施。一个关键设施的改进是15号州际公路的大约16英里的重建,刚好穿过SaltLake City市区的西部。重建开始于1997年并在20017月完成。全部工程的花费接近二十亿美元。工程是在Utah州交通部的指导和授权下,由Parsons Brinkerhoff主管,完成得及时而又不超出预算。
模型简介

本练习所采用的高质量数据是由AirPhotoUSATele Atlas North America提供的,它们是ESRI的两个商业伙伴。练习数据包含两张经过重采样的航空相片,以JPG格式存储(Slc_9910.jpgSlc_0107.jpg),一幅影像的world文件(Slc_0107.jgw),一个街道中心线的shapefileteleatll),以及影像配准控制点(controlpt.)。矢量数据是以Utah State Plane NAD83 Central Zone配准的,单位是英尺。

街道的矢量数据是从Tele Atlas North AmericaUtahSalt Lake County数据集中裁切出来的。矢量数据集被合成为一个单个的shapefile,还在一个ArcMap的图层文件中含有简单的图例。一个shapefile包含七个控制点,在主要的街道交*点上,用来配准影像。

AirPhotoUSA提供的影像包括两张航空相片,描述了在I-80立交枢纽周围的I-15的重建范围。这些影像是在199910月和20017月获取的。为了缩减文件大小以使数据能更容易从网上下载,这些图像经过重采样,从原来的两英尺地面分辨率降到了大约八英尺并以JPG文件存储。199910月的影像是未配准的。20017月的影像是以Utah State Plane NAD83 Central Zone配准的。在对1999年的影像配准后,可以比较两幅影像,会观察到新的建筑物和一些季节差异。
获取练习数据

启动ArcGIS之前,在资源管理器或其它文件管理程序中创建一个目录存放练习中使用的数
据。创建一个SLC_115文件夹。再创建ImagesSHPFiles两个子文件夹。在Images下,创建
UnknownUTSPN83C文件夹。在SHPFiles下,创建一个UTSPN83C文件夹。完整的目录结构显
示在图1中。下载SHPFiles.exeJPGFiles.exe两个自解压文件(www.casw.com.cn)。双
JPGFiles.exe,将Slc_9910.jpg解压到\Images\Unknown目录下,将Slc_0107.jpg解压到
\Images\UTSPN83C目录下。双击SHPFiles.exe,将其内容解压到\SHPFiles\UTSPN83C目录

ArcMap中配准影像

栅格数据可以通过扫描地图、航片及卫片来获取。扫描的地图通常不包含表明影像对应于
地表何处的信息。从航空相片和卫星相片上获得的位置信息往往不适合执行分析,或者与
其它数据对齐显示。与其它空间数据一起使用栅格数据,需要把栅格数据对齐或配准到地
图的坐标系统。

配准栅格数据定义了它的地图坐标位置,即指定了联系数据与地球上的位置的坐标系统。
配准栅格数据使它能与其它地理数据一起被查看、查询和分析。本练习会快速完成激活Ar
cMap配准工具的过程、配准一幅航空相片以及将其保存为配准过的影像。更多关于配准的
内容,可以查看ArcMap在线帮助中的“AboutGeoreferencing”
加载数据

开始这个练习,要激活Georeferencing工具条以及添加矢量数据和1999年的航片。
1
打开ArcMap,加载Georeferencing工具条,通过选择View>Toolbars>Georeferencing
。把工具条放在完全可见的位置。
2
点击Add Data按钮,漫游到\SHPFiles\UTSPN83C目录,选择teleatl.lyrcontrolpt
.lyr。每个图层上的红色惊叹号表示这些图层文件需要与它们对应的shapefile连接起来。
右键点击每一图层,选择Properties,点击Sources标签上的Set Data Source按钮,漫游
\SHPFiles\UTSPN83C目录,点击相应的shapefile
3
右键点击controlpt.lyr,从环境菜单中选择Open Attribute Table。查看每一层的数
据。EASTING值是从1,151,6001,153,300NORTHING值是在7,440,3007,542,200之间。
teleatl1controlpt都是在Utah State Plane NAD83 Central Zone。为了让数据正确显
示,改变地图单位和显示单位。右键点击目录表中的Layers数据框,选择Properties,点
General标签,从地图单位和显示单位的下拉框中选择feet
4
向模型中添加199910月的影像,点击Add Data按钮,从\Images\Unknown目录选择S
lc_9910.jpg。在Create Pyramidsfor Slc_9910.jpg?对话框中选择Build Pyramids。忽
略指明影像丢失空间参考信息的提示,点击OK
5
在目录表中右键点击Slc_9910.jpg,从环境菜单中选择Zoom to Layer。注意显示在地
图区右下方的地图单位。影像的坐标很小,大概在-1,000+1,500之间,表明这一层没有
Utah State Plane来投影。
测量者经常有策略地摆放地面控制板,用易于辨认的点来辅助影像纠正和立体建模。注意
Slc_9910.jpg的角上和中心线上的七个白色的小×号。这些是代表真实控制点的假想点
,它们创建在影像上,辅助与显示在controlpt.lyr上的测量控制点的配准。你可以放大到
这些点看一看。将当前地图文档存为SLC_01
配准1999年的影像

下一步是用影像和街道图层上的控制点将199910月的影像配准到Utah State Plane坐标
空间。在ArcGIS中配准影像与使用ArcView Image Analysis扩展模块配准影像的过程很相
似。影像被拉伸和扭曲到矢量数据的投影控制点。
1
右键点击街道图层,即teleatl1,选择Zoom to Layer
2
Georeferencing工具条上,Layer设置为Slc_9910.jpg,点击下拉菜单,选择Fit t
o Display。这会调整Slc_9910.jpg的显示区域。
3 Now for the fun part!放大到影像的西北角,使数字1边上的绿色×(第一个控制点
)与影像上的白色×都可见。点击Georeferencing工具条上的Add Control Points按钮。
指针变成了一个十字丝。将十字丝定位在白色的×上点击。指针变成了一个有要素的十字
丝。将指针移动到绿色的×控制点,点击。影像会移动,两个×排在了一起。这个影像平
移是个单点的转换,它是基于栅格数据上的一个控制点和目标数据(controlpt.lyr)上相
应控制点之间的连接实现的。在目录表中右键点击Slc_9910.jpg,选择Zoom to Layer查看
影像的全图。
4
放大到影像的东南角,按照上一步描述的方法,用Add Control Points按钮将白色×
移动到控制点3。缩小影像会看到其它控制点看起来都已经对齐了。用前面的方法,配准影
像东北和西南角的控制点24
5
结束时,点击Georeferencing工具条上的View Link Table按钮。在这个过程中,Arc
GIS通过计算控制点1234做一个多项式转换,应用最小二乘适宜使输入位置近似到输
出位置。最佳多项式转换生成两个公式——一个是为输入位置(x,y)计算其输出的x坐标
、一个是计算输出的y坐标。最小二乘适宜是从一个应用到所有点的一般公式得到的。
当这个公式应用到一个控制点,会返回一个误差。误差是从点位置与到点位置之间的差异
。使用更多质量等同的控制点,就能更精确地用多项式把输入数据转换到输出的坐标。因
为目前我们只用了四个控制点,ArcGIS只能执行一个1st Order Polynomial(或仿射)变
换。
转换栅格数据需要的连接数目依赖于使用的方法。但是,更多的连接不等同于更好的配准
。理想情况下,连接应该分散在影像上,至少每个角上有一个点。转换的精确程度是通过
比较真实的地图坐标位置与栅格中转换的位置来测量的。这个对每个连接的测量称为残留
误差。点击Georeferencing工具条上的Link Table按钮来显示Slc_9910.jpg的误差。粗略
地看,配准完成的很好。总体误差的计算是对所有连接的残留误差求均方差(RMS)。RMS
误差是对转换精度的估计值,但不一定意味着地图被精确配准。
1
配准控制点567后再查看Link Table。每个添加的点都增大RMS误差,但是增加穿
过影像中心的点会加强配准的整体精度。
2
点击Link Table按钮。在Link Table对话框中,选择2nd Order PolynomialArcMap
能应用一个更复杂的数学运算来调整数据和校正RMS误差。显示有着不能接受的高误差点可
以被选中、删除、替换。执行2ndOrder变换需要6个或更多的点。
3
保存地图文档。这样也保存了配准信息,存储在一个单独的文件里,与影像文件同名
,扩展名是.aux。为1999年的影像创建一幅新的Utah State Plane影像,从Georeferenci
ng工具条的下拉菜单中选择Rectify。选择使用Nearest Neighbor的重采样方式,把图像以
TIFF格式保存在Images\UTSPN83C目录,名称为SLC_9910TIFF格式的影像比原来的JPG
件大。添加TIFF影像到地图中。它保持了位置精度,但色彩有些变动。图像中保存了配准
信息,就可以把它的world文件发送给别人了。
末期建设:I-15重新投入使用

199910月的影像配准之后,显示完成后的I-15工程的20017月的图像可以添加到地图
做比较。点击Add Data按钮,从Images\UTSPN83C目录选择Slc_0107.jpg。允许ArcGIS为它
创建金字塔。在目录表中将它拖到Slc_9910.jpg的上面。Slc_0107.jpg已经配准到Utah S
tate Plane坐标,因此它能直接加载到模型中。

Salt Lake Valley的西部放大和移动时,打开和关闭20017月的影像。打开街道图层
teleatl1)并放在影像的上面。或者,选择目录表中最上面的图层,用Effects工具条来
设置它的透明度。

仔细观察高速公路,注意它的变化,特别是被修改的Salt Lake City市区的入口和I-25/
I-80立交枢纽周围的区域。在控制点7的西北方出现了一个新的建筑物。注意影像之间的色
彩差异。199910月的影像,树木将要落叶了,草坪也在消退。而2001年,树叶茂盛、草地碧绿。
总结

这个练习演示了如何在ArcGIS中配准影像,在坐标空间中用矢量数据来为航空相片定向,
以及保存纠正后的影像。利用ArcGIS对要素的一些制图显示,这幅影像就可以拿来研究,
与该区域不同时间的影像做比较,从而研究空间关系在时间上的变化。


有些随风有些入梦