1、第四章空间数据的转换与处理u 1、地图地图 地图是按一定的法则，以二维形式在平面上表示地理空间中的要素信息地图是按一定的法则，以二维形式在平面上表示地理空间中的要素信息的图形或图像，包括位置及其上的特征的图形或图像，包括位置及其上的特征。地图具有严格的数学基础、符号地图具有严格的数学基础、符号系统、文字注记等系统、文字注记等 由于地图本身的尺寸与其描述的地理空间范围之间是不同由于地图本身的尺寸与其描述的地理空间范围之间是不同的，因此，通常说地图具有某种的，因此，通常说地图具有某种比例尺比例尺。所谓地图比例尺，指。所谓地图比例尺，指的是地图上的距离与地面上相应距离之比。的是地图上的距离与地面上相
2、应距离之比。 比例尺分类比例尺分类 大比例尺：大于和等于大比例尺：大于和等于1 1：1010万的地图万的地图 中比例尺：大于中比例尺：大于1 1：100100万和小于万和小于1 1：1010万的地图万的地图 小比例尺：小比例尺： 1 1：100100万和更小比例的地图万和更小比例的地图 地球椭面是曲面，但地图是平面，因此需要用一定的数地球椭面是曲面，但地图是平面，因此需要用一定的数学方法把大地坐标系转化为某投影面上的平面直角坐标系。学方法把大地坐标系转化为某投影面上的平面直角坐标系。GISGIS用各种平面坐标系统去描绘地球，而每种平面坐标均基于用各种平面坐标系统去描绘地球，而每种平面坐标均基于
3、特殊的地图投影。特殊的地图投影。 虽然由于地球表面形态发生了变化，但在一定的空间范围虽然由于地球表面形态发生了变化，但在一定的空间范围内却提供了很好的近似，可以帮助人们对地理空间建立一个内却提供了很好的近似，可以帮助人们对地理空间建立一个良好的视觉感，进行各种量算以及进一步的空间数据处理和良好的视觉感，进行各种量算以及进一步的空间数据处理和分析。分析。u 2、投影概念 投影指的是在两个点集之间建立一一映射关系。因为地球是投影指的是在两个点集之间建立一一映射关系。因为地球是一个不规则的球体，将地球表面的地理坐标转换为平面坐标的一个不规则的球体，将地球表面的地理坐标转换为平面坐标的过程称为过程称为
4、地图投影地图投影。空间信息系统不能仅依靠地理坐标，必须。空间信息系统不能仅依靠地理坐标，必须要有平面坐标，地图投影对空间信息系统来说是不可缺少的。要有平面坐标，地图投影对空间信息系统来说是不可缺少的。地图投影的使用保证了空间信息从地理坐标变换为平面坐标后地图投影的使用保证了空间信息从地理坐标变换为平面坐标后能够保持在地域上的联系和完整性。能够保持在地域上的联系和完整性。 地图投影之后的结果记录是以地图作为保存形式的。地图投影之后的结果记录是以地图作为保存形式的。 投影原理：设想的地球是透明体，在球心有设想的地球是透明体，在球心有一点光源一点光源S S（投影中心），向四周辐射投影射线，（投影中心
5、），向四周辐射投影射线，通过球表面（各点通过球表面（各点A A、B B、C C、D D）射到可展面）射到可展面（投影面）上，得到投影点（投影面）上，得到投影点a a、b b、c c，然后再，然后再将投影面展开铺平，又将其比例尺缩小到可见程将投影面展开铺平，又将其比例尺缩小到可见程度，从而制成地图。度，从而制成地图。 用地图投影的方法将球面展开为平面，虽然用地图投影的方法将球面展开为平面，虽然可以保持地域上的联系和完整性，但它们与球可以保持地域上的联系和完整性，但它们与球面上的经纬度网线形状并不一致。即投影后，面上的经纬度网线形状并不一致。即投影后，地图上的经纬度网线发生了变形，同样根据地地图上
6、的经纬度网线发生了变形，同样根据地理坐标展绘在地图上的各种要素，也必然随着理坐标展绘在地图上的各种要素，也必然随着变形。变形。这种变形使得地理要素的几何特性受到破坏：这种变形使得地理要素的几何特性受到破坏：q 长度变形：地球仪上，纬线长度不等；同一纬长度变形：地球仪上，纬线长度不等；同一纬线上，经差相同，纬线长度相同；同一经线上，线上，经差相同，纬线长度相同；同一经线上，纬差相同而经线长度不同；所有经线长度相等。纬差相同而经线长度不同；所有经线长度相等。q 面积变形：地球仪上，同一纬度带内，经差相面积变形：地球仪上，同一纬度带内，经差相同的网格面积相等；同一经度带内，纬度越高，同的网格面积相等
7、；同一经度带内，纬度越高，面积越小。面积越小。q 角度变形：地球仪上，经线与纬线处处呈直角角度变形：地球仪上，经线与纬线处处呈直角相交。相交。地图投影的变形示意地图投影的变形示意u按变形性质分类：按变形性质分类：q 等角投影：角度变形为零。等角投影：角度变形为零。q 等积投影：面积变形为零。等积投影：面积变形为零。q 任意投影：长度、角度和面积都存在变形。任意投影：长度、角度和面积都存在变形。 经投影后地图上所产生的长度变形、角度变形和经投影后地图上所产生的长度变形、角度变形和面积变形是相互联系相互影响的：等积与等角互斥；面积变形是相互联系相互影响的：等积与等角互斥；任意投影不能等角和等积；等
8、积投影角度变形大，等任意投影不能等角和等积；等积投影角度变形大，等角投影面积变形大。角投影面积变形大。地图具有严格的数学基础、符号系统、文字注记等不同的投影有不同的变形（1）栅格数据向ASCII文件的转换地图投影之后的结果记录是以地图作为保存形式的。通常地图投影对中小比例尺地图影响很大，对于大比例尺地图，则影响很小。都是从矢量和栅格两种数据结构上分别讲。南北半球有正轴等面积（等角、等距离）方位投影。栅格数据的重采样主要基于三种方法最邻近采样（NEAREST），双线性投影后无角度变形，即保角投影横轴切圆柱投影 横方位投影翻转（Flip）是指将栅格数据沿着通过数据中心点的水平轴线，将数据进行上下翻
9、转。不同比例尺有不同的编号方法，请大家在课后参照参考书学习。DB2 with its Spatial Type不同比例尺有不同的编号方法，请大家在课后参照参考书学习。GIS用各种平面坐标系统去描绘地球，而每种平面坐标均基于特殊的地图投影。我国位于东经72到136间，共含11个投影带；关于地图投影的几点结论：关于地图投影的几点结论：实现等角、等面积、等距离同时做到的投影不存在。实现等角、等面积、等距离同时做到的投影不存在。投影方式有多种多样，一个国家或地区依据自己所处在投影方式有多种多样，一个国家或地区依据自己所处在的经纬度、幅员大小以及图件用途选择投影方式。的经纬度、幅员大小以及图件用途选择投
10、影方式。 在大于在大于1 1：1010万的大比例尺图件中，各种投影带来的误万的大比例尺图件中，各种投影带来的误差可以忽略。差可以忽略。u从投影面（从投影面（可展曲面）可展曲面）类型划分为：圆锥、圆柱、类型划分为：圆锥、圆柱、平面（方位投影）平面（方位投影）u从投影面与地球位置关系划分为：正轴、横轴、从投影面与地球位置关系划分为：正轴、横轴、斜轴，切、割斜轴，切、割圆柱投影方位投影圆锥投影正轴切圆锥投影 正轴割圆锥投影横轴切圆锥投影 横轴割圆锥投影横轴切圆柱投影 横方位投影正轴割圆柱投影 斜轴切圆柱投影斜轴切圆锥投影 正轴切圆柱投影正方位投影 斜方位投影在开始在开始GIS建库之前搞清所采用的地图
11、投影非常重要。原因：建库之前搞清所采用的地图投影非常重要。原因： 存在投影变形，或是形状、面积、方向存在投影变形，或是形状、面积、方向 不同的投影有不同的变形不同的投影有不同的变形 某种投影决定了它适宜某种应用。某种投影决定了它适宜某种应用。对我国来讲，除对我国来讲，除1：1000000（及小于此比例尺）（及小于此比例尺）采用采用Lambert（正轴等角割圆锥）投影外，其余（正轴等角割圆锥）投影外，其余基本采用高斯基本采用高斯-克吕格投影（横轴等角切圆柱）克吕格投影（横轴等角切圆柱）比例尺表明了地图数据的详细（精确）程度，因此不比例尺表明了地图数据的详细（精确）程度，因此不同比例尺地图往往需要
12、采用不同的地图投影方式。同比例尺地图往往需要采用不同的地图投影方式。 高斯克吕格投影是由高斯于19世纪20年代拟定，后经克吕格补充而形成的一种地图投影方式。 属于。这种投影是将椭圆柱面套在地球椭球的外面，并与某一子午线相切（此子午线叫中央子午线或中央经线），椭圆柱的中心轴通过地球椭球的中心，然后用等角条件将中央子午线东西两侧各一定经差范围内的地区投影到柱面上，并将此柱面展成平面，即获得高斯投影横轴圆柱投影横轴圆柱投影纬度在7680之间，经差24，纬差4拼接的前提是矢量数据经过了严格的接边，关于数据接边的操作在Spatial Adjustment工具中。为了保证地图的精度，采用分带投影方法，即将
13、投影范围的东西界加以限制，使其变形不超过一定的限度，这样把许多带结合起来，可成为整个区域的投影栅格转矢量多边形、点，线阅读地图投影方面的材料40 Mosaic To New Raster的图解表达横轴切圆锥投影 横轴割圆锥投影正轴切圆锥投影 正轴割圆锥投影基于文件的空间数据类型包括对多种GIS数据格式的支持，如coverage，shapefile，grid，image和TIN。数据裁切是从整个空间数据中裁切出部分区域，以便获取真正需要的数据作为研究区域，减少不必要数据参与运算。空间数据的来源有很多，如地图、工程图、规划图、照片、航空与遥感影像等，因此空间数据也有多种格式。投影原理：设想的地球是
14、透明体，在球心有一点光源S（投影中心），向四周辐射投影射线，通过球表面（各点A、B、C、D）射到可展面（投影面）上，得到投影点a、b、c，然后再将投影面展开铺平，又将其比例尺缩小到可见程度，从而制成地图。斜轴切圆锥投影 正轴切圆柱投影1 矢量数据的裁切可利用Analysis Tools工具箱，Extract工具集中的Clip命令使用import为世界地图导入中国地图的投影坐标。旋转（Rotate）是指将栅格数据沿着指定的中心点旋转指定的角度。利用Mirror命令，对数据进行镜像。它的基本思想是增加邻点来获得最佳插值函数。栅格数据间不同格式的转换。xy高斯-克吕格投影原理图高斯投影特征：高斯投影
15、特征： 中央经线和赤道投影为互相垂直的直线，且为投影中央经线和赤道投影为互相垂直的直线，且为投影的对称轴的对称轴 投影后无角度变形，即保角投影投影后无角度变形，即保角投影 中央经线无长度变形中央经线无长度变形 同一条经线上，纬度越低，变形越大，赤道处最同一条经线上，纬度越低，变形越大，赤道处最大大同一条纬线上，离中央经线越远，变形越大；同一条纬线上，离中央经线越远，变形越大；为了保证地图的精度，采用分带投影方法，即将投为了保证地图的精度，采用分带投影方法，即将投影范围的东西界加以限制，使其变形不超过一定的限影范围的东西界加以限制，使其变形不超过一定的限度，这样把许多带结合起来，可成为整个区域的
16、投影度，这样把许多带结合起来，可成为整个区域的投影 在在6 6带带范围内，长度变形线最大不超过范围内，长度变形线最大不超过0.14%0.14%3度带和度带和6度带度带从从0 0度开始，自西向东每度开始，自西向东每6 6度分为一个投影带。度分为一个投影带。从东经从东经1 1度度3030分开始，自西向东每分开始，自西向东每3 3度分为一个投影带。度分为一个投影带。 高斯高斯克吕格投影克吕格投影 我国我国1:11:1万至万至1:501:50万的地形图全部采用高斯克万的地形图全部采用高斯克吕格投影。吕格投影。1:2.51:2.5万至万至1:501:50万的地形图，采用万的地形图，采用6 6分带方案，全
17、球共分为分带方案，全球共分为6060个投影带；我国位于东个投影带；我国位于东经经7272到到136136间，共含间，共含1111个投影带；个投影带；1:11:1万比例万比例尺图采用尺图采用3 3分带方案，全球共分带方案，全球共120120个带。个带。 分割条带号规定：从分割条带号规定：从0 0子午线开始分子午线开始分6 6经度为一带，东经度为一带，东半球东经半球东经3 3、9 9、1515177177分别是分别是1 1、2 2、3 33030条条6 6带的带的中央子午线，然后继续自西向东旋转，每转中央子午线，然后继续自西向东旋转，每转6 6增加带号增加带号1 1。 分割分割3 3带原则上与带原
18、则上与6 6带相同，只是从东经带相同，只是从东经1 13030 （即（即1.51.5E E）起，每隔）起，每隔3 3带为带为1 1个投影带。个投影带。 高斯高斯克吕格投影克吕格投影 在高斯克吕格投影上，规定以中央经线为在高斯克吕格投影上，规定以中央经线为X X轴，轴，赤道为赤道为Y Y轴，两轴的交点为坐标原点。轴，两轴的交点为坐标原点。 X X坐标值在赤道以北为正，以南为负；坐标值在赤道以北为正，以南为负；Y Y坐标坐标值在中央经线以东为正，以西为负。我国在北半值在中央经线以东为正，以西为负。我国在北半球，球，X X坐标皆为正值。坐标皆为正值。Y Y坐标在中央经线以西为负坐标在中央经线以西为负
19、值，运用起来很不方便。为了避免值，运用起来很不方便。为了避免Y Y坐标出现负坐标出现负值，通常将各带的坐标纵轴西移值，通常将各带的坐标纵轴西移500500公里，即将公里，即将所有所有Y Y值都加值都加500500公里。公里。 高斯高斯克吕格投影克吕格投影 这种投影是将一圆锥面套在地球椭球外面，将地球表面上的要素投影到圆锥面上，然后将圆锥面沿某一母线（经线）展开，即获得Lambert投影。这种投影中，经线为交于一点的直这种投影中，经线为交于一点的直线束，纬线为同心圆圆弧，圆心即线束，纬线为同心圆圆弧，圆心即直线束的交点直线束的交点经线呈辐射状，为纵经线呈辐射状，为纵向直线，纬线近似于弧形，与经线
20、向直线，纬线近似于弧形，与经线正交正交适用于适用于1 1：100100万（包括万（包括1 1：100100万）万）以上地形图以上地形图误差情况 圆锥与地球相交处为北纬25与北纬47 ，距离误差随地点纬度不同而不同，在成图范围内北部最大达+4%，南部达3%，中部为1.8%，面积变形相对误差相比距离相对误差要大一倍。 一幅图可覆盖大片中纬度地区，可整幅覆盖我国一幅图可覆盖大片中纬度地区，可整幅覆盖我国境内领土境内领土 地图投影将直接影响地图的精度和使用价值。地图投影将直接影响地图的精度和使用价值。通常地图投影对中小比例尺地图影响很大，对于通常地图投影对中小比例尺地图影响很大，对于大比例尺地图，则影
21、响很小。一般国家基本比例大比例尺地图，则影响很小。一般国家基本比例尺地形图的地图投影选择是由国家测绘部门制订，尺地形图的地图投影选择是由国家测绘部门制订，不允许随便更改。不允许随便更改。 地图投影的选择主要考虑以下因素：制图区地图投影的选择主要考虑以下因素：制图区域的范围、形状和地理位置；地图的用途、出版域的范围、形状和地理位置；地图的用途、出版方式及其他要求等。方式及其他要求等。1、地图投影-理论基础长度变形：地球仪上，纬线长度不等；31 Extract by Mask的图解表达16 移动（Shift）的图解表达因为地球是一个不规则的球体，将地球表面的地理坐标转换为平面坐标的过程称为地图投影
22、。地图投影的使用保证了空间信息从地理坐标变换为平面坐标后能够保持在地域上的联系和完整性。Oracle with Spatial加之土地覆盖和土地利用等数据常常从遥感图像中获得，这些数据都是栅格数据，因此矢量数据与它们的叠置复合分析更需要把其从矢量数据的形式转变为栅格数据的形式。任意投影：长度、角度和面积都存在变形。5万至1:50万的地形图，采用6分带方案，全球共分为60个投影带；3 Define Projection对话框在6带范围内，长度变形线最大不超过0.Images（各种格式的）40 Mosaic To New Raster的图解表达在大于1：10万的大比例尺图件中，各种投影带来的误差可
23、以忽略。矢量转栅格多边形、点，线8 翻转（Flip）的图解表达分幅编号需要有一定的系统性，不能太任意。定义投影（Define Projection），指按照地图信息源原有的投影方式，为数据添加投影信息。ILINEAR）和三次卷积采样（CUBIC）。空间数据的来源有很多，如地图、工程图、规划图、照片、航空与遥感影像等，因此空间数据也有多种格式。 地图投影的选择一般遵循以下地图投影的选择一般遵循以下：q 使制图区域与投影平面上变形小的地方匹配；使制图区域与投影平面上变形小的地方匹配；q 编制系列图时，经线与纬线正交较好；编制系列图时，经线与纬线正交较好；q 许多地图对投影的要求，不仅是一个或一些专
24、许多地图对投影的要求，不仅是一个或一些专门特征，如等积和方位，其他一些投影特性如平门特征，如等积和方位，其他一些投影特性如平行纬线、局部面积变形和直角坐标，也很重要。行纬线、局部面积变形和直角坐标，也很重要。q 世界地图的投影：保证全球整体变形不大，多圆锥投影，世界地图的投影：保证全球整体变形不大，多圆锥投影，任意伪圆柱投影等。任意伪圆柱投影等。q 半球地图的投影：东西半球有横轴等面积（等角）方位投半球地图的投影：东西半球有横轴等面积（等角）方位投影；南北半球有正轴等面积（等角、等距离）方位投影。影；南北半球有正轴等面积（等角、等距离）方位投影。q 各大洲地图的投影：各洲都选用了斜轴等面积方位
25、投影，各大洲地图的投影：各洲都选用了斜轴等面积方位投影，此外，亚洲和北美洲（此外，亚洲和北美洲（ 彭纳投影）、欧洲和大洋州（正轴等彭纳投影）、欧洲和大洋州（正轴等圆锥投影）、南美洲（桑逊投影）。圆锥投影）、南美洲（桑逊投影）。q 我国各种地图投影：全国地图（各种投影，我国各种地图投影：全国地图（各种投影，lambert投影居投影居多）、分省区地图（各种投影，高斯克吕格投影最多）、大多）、分省区地图（各种投影，高斯克吕格投影最多）、大比例尺地形图（高斯克吕格投影）。比例尺地形图（高斯克吕格投影）。 地理信息系统的处理对象地理信息系统的处理对象空间信息需要空间信息需要有共同的地理坐标和平面系统；对
26、于不同来源有共同的地理坐标和平面系统；对于不同来源的地理信息，需要统一在同一个地理定位框架的地理信息，需要统一在同一个地理定位框架内。内。 6、地图投影的选择、地图投影的选择 地理信息系统中地理信息系统中地图投影配置的一般原则地图投影配置的一般原则q 所配置的投影系统应与相应比例尺的国家基本图所配置的投影系统应与相应比例尺的国家基本图（基本比例尺地形图、基本省区图或国家大地图集）（基本比例尺地形图、基本省区图或国家大地图集）投影系统一致；投影系统一致；q 系统一般只考虑至多采用两种投影系统，一种系统一般只考虑至多采用两种投影系统，一种服务于大比例尺的数据处理与输入输出，另一种服服务于大比例尺的
27、数据处理与输入输出，另一种服务于中小比例尺；务于中小比例尺；q所用投影应能与网格坐标系统相适应，即所采用所用投影应能与网格坐标系统相适应，即所采用的网格系统的网格系统( (特别是一级网格特别是一级网格) )在投影带中应保持完在投影带中应保持完整。整。6、地图投影的选择、地图投影的选择 我国基本比例尺地形图有我国基本比例尺地形图有1:11:1万、万、 1:2.51:2.5万、万、 1:51:5万、万、 1:101:10万、万、 1:201:20万、万、 1:501:50万和万和1:1001:100万七万七种。大于等于种。大于等于1:101:10万的称为大比例尺地图；万的称为大比例尺地图； 1:1
28、01:10万至万至1:1001:100万地称为中比例尺地图；小于万地称为中比例尺地图；小于1:1001:100万万的称为小比例尺地图。的称为小比例尺地图。 由于一个国家范围很大，因此不可能用一幅地由于一个国家范围很大，因此不可能用一幅地图来描述，因此地图的分幅和编号就非常重要。图来描述，因此地图的分幅和编号就非常重要。 目前，我国采用的地形图分幅方案是以目前，我国采用的地形图分幅方案是以1:1001:100万地形图为基准的，按照相同的经差和纬差定义万地形图为基准的，按照相同的经差和纬差定义其他更大比例尺地形图的分幅。其他更大比例尺地形图的分幅。 1:1001:100万地形图分幅：万地形图分幅：
29、q 纬度在纬度在0 06060之间，经差之间，经差6 6，纬差，纬差4 4q 纬度在纬度在60607676之间，经差之间，经差1212，纬差，纬差4 4q 纬度在纬度在76768080之间，经差之间，经差2424，纬差，纬差4 4 分幅是根据不同比例尺对每一分幅图编号，每一分幅是根据不同比例尺对每一分幅图编号，每一分幅图给一个固定的号码，相互不能重复，以便确分幅图给一个固定的号码，相互不能重复，以便确认。分幅编号需要有一定的系统性，不能太任意。认。分幅编号需要有一定的系统性，不能太任意。 不同比例尺有不同的编号方法，请大家在课后参不同比例尺有不同的编号方法，请大家在课后参照参考书学习。照参考书
30、学习。 阅读地图投影方面的材料如果你拿到一幅数字地形图，如何了解地图是否已经经过投影？是否可以忽略投影方式？ 在在GIS中，空间数据是一个重要的部分。整个中，空间数据是一个重要的部分。整个GIS都是围绕空间数据的采集、加工、存储、分析和表现都是围绕空间数据的采集、加工、存储、分析和表现展开的。而原始空间数据本身通常在数据结构、数据展开的。而原始空间数据本身通常在数据结构、数据组织、数据表达上和用户自己的信息系统不一致，就组织、数据表达上和用户自己的信息系统不一致，就需要对原始数据进行转换与处理，如投影变换，不同需要对原始数据进行转换与处理，如投影变换，不同数据格式之间的相互转换，以及数据的裁切
31、、拼接等数据格式之间的相互转换，以及数据的裁切、拼接等处理。以上所述的各种数据转换与处理均可以利用处理。以上所述的各种数据转换与处理均可以利用ArcToolbox中的工具实现。中的工具实现。 投影变换投影变换数据格式转换数据格式转换数据处理数据处理 由于数据源的多样性，当由于数据源的多样性，当数据与所研究、分析问题的数据与所研究、分析问题的空间参考系统（坐标系统、空间参考系统（坐标系统、投影方式）不一致时，就需投影方式）不一致时，就需要对数据进行投影变换。同要对数据进行投影变换。同样，在对本身有投影信息的样，在对本身有投影信息的数据采集完成时，为了保证数据采集完成时，为了保证数据的完整性和易交
32、换性，数据的完整性和易交换性，要对数据定义投影。要对数据定义投影。图图4.1 投影变换工具投影变换工具 18000 16000W 14000W 12000W 10000W 8000W4000N3000N2000N1000N00090008000N7000N6000N5000N图4.2（a）地理坐标系下的经纬网 18000 16000W 14000W 12000W 10000W 8000W8000N7000N6000N5000N4000N3000N2000N图4.2（b）投影坐标系下的经纬网定义投影定义投影 定义投影（定义投影（Define Projection），指按照地），指按照地图信息源原
33、有的投影方式，为数据添加投影信图信息源原有的投影方式，为数据添加投影信息。在息。在ArcGIS中利用中利用Data Management Tools工具箱工具箱, Projections and Transformations工具工具集中的集中的Define Projection命令，能够为数据定命令，能够为数据定义投影。义投影。图图4.4 Spatial Reference4.4 Spatial Reference属性对话框属性对话框图图4.3 Define Projection对话框对话框图标 单击将文件夹中的中国和世界地图进行投影定义将文件夹中的中国和世界地图进行投影定义:使用使用sel
34、ect为中国地图选择一个投影。比如北京为中国地图选择一个投影。比如北京54的某一个带。的某一个带。使用使用import为世界地图导入中国地图的投影坐标。为世界地图导入中国地图的投影坐标。使用使用new为中国地图新建一个坐标系统（如下页为中国地图新建一个坐标系统（如下页图示）。图示）。投影变换投影变换 投影变换（投影变换（Project）是将一种地图投影转换为另一）是将一种地图投影转换为另一种地图投影，主要包括投影类型、投影参数或椭球体种地图投影，主要包括投影类型、投影参数或椭球体等的改变。在等的改变。在ArcToolbox的的Data Management Tools工工具箱具箱,Projec
35、tions and Transformations工具集中分为栅工具集中分为栅格和要素类两种类型的投影变换，其中对栅格数据进格和要素类两种类型的投影变换，其中对栅格数据进行投影变换时，要进行重采样。行投影变换时，要进行重采样。 1 . 栅格（栅格（Raster）数据的投影变换利用）数据的投影变换利用Data Management Tools工具箱工具箱, Projections and Transformations中中Raster工具集工具集,Project Raster命令对栅格数据进行投影变换。命令对栅格数据进行投影变换。图图4.5 Project 4.5 Project Raster对
36、话框对话框2 . 要素类（要素类（Feature）数据的投影变换）数据的投影变换 利用利用Data Management Tools工具箱工具箱, Projections and Transformations中的中的Feature工具集工具集,Project命命令，对矢量数据进行投影变换。令，对矢量数据进行投影变换。图图4.6 Project对对话框话框这种投影中，经线为交于一点的直线束，纬线为同心圆圆弧，圆心即直线束的交点经线呈辐射状，为纵向直线，纬线近似于弧形，与经线正交用tu1、2、3、4数据试验横轴切圆柱投影 横方位投影不同的投影有不同的变形存在投影变形，或是形状、面积、方向重设比例
37、尺（Rescale）是指将栅格数据按照指定比例分别沿X轴和Y轴放大或缩小。利用Conversion Tools工具箱，To Raster 工具集，中的ASCII to Raster命令，可实现由ASCII文件向栅格数据的转换。如果你拿到一幅数字地形图，如何了解地图是否已经经过投影？是否可以忽略投影方式？由栅格数据可以转换为3种不同的矢量数据，分为点状、线状和面状的矢量数据 。2（b）投影坐标系下的经纬网使用import为世界地图导入中国地图的投影坐标。栅格数据的裁切有多种方法，例如用圆形、点、多边形、矩形， 以及用已存在的数据进行裁切。Geodatabase数据模型也可以在数据库中管理同样的空
38、间数据类型。任意投影不能等角和等积；这种投影中，经线为交于一点的直线束，纬线为同心圆圆弧，圆心即直线束的交点经线呈辐射状，为纵向直线，纬线近似于弧形，与经线正交翻转，镜像，重设比例尺，旋转，移动，扭曲。32 Append对话框投影指的是在两个点集之间建立一一映射关系。最邻近采样它用输入栅格数据中最临近栅格值作为输出值。CAD数据是一种常用的数据类型，例如大多数的工程图、规划图都是CAD格式。栅格数据的重采样主要基于三种方法最邻近采样（栅格数据的重采样主要基于三种方法最邻近采样（NEAREST），双线性），双线性ILINEAR）和三次卷积采样（）和三次卷积采样（CUBIC）。）。（1）.最邻近采
39、样它用输入栅格数据中最临近栅格值作为输出值。因此，在重采样后的输出最邻近采样它用输入栅格数据中最临近栅格值作为输出值。因此，在重采样后的输出栅格中的每个栅格值栅格中的每个栅格值, 都是输入栅格数据中真实存在而未加任何改变的值。这种方法简单易都是输入栅格数据中真实存在而未加任何改变的值。这种方法简单易用，计算量小，重采样的速度最快。用，计算量小，重采样的速度最快。（2）.双线性采样此重采样法取待采样点（双线性采样此重采样法取待采样点（x，y）点周围四个邻点，在）点周围四个邻点，在y方向（或方向（或X方向）内方向）内插两次，再在插两次，再在x方向（或方向（或y方向）内插一次，得到（方向）内插一次，
40、得到（x，y）点的栅格值。）点的栅格值。（3）.三次卷积采样这是进一步提高内插精度的一种方法。它的基本思想是增加邻点来获得三次卷积采样这是进一步提高内插精度的一种方法。它的基本思想是增加邻点来获得最佳插值函数。取待计算点周围相邻的最佳插值函数。取待计算点周围相邻的16个点，与双线性采样类似，可先在某一方向上内插，个点，与双线性采样类似，可先在某一方向上内插，如先在如先在x方向上，每四个值依次内插四次，再根据四次的计算结果在方向上，每四个值依次内插四次，再根据四次的计算结果在y方上内插，最终得到内方上内插，最终得到内插结果。插结果。数据变换数据变换 数据变换是指对数据进行诸如放大、缩小、翻转、移
41、动、扭曲等数据变换是指对数据进行诸如放大、缩小、翻转、移动、扭曲等几何位置、形状和方位的改变等的操作。对矢量数据的相应操作在几何位置、形状和方位的改变等的操作。对矢量数据的相应操作在ArcMap中中Editor工具条的若干工具实现（详见第三章）。而栅格数工具条的若干工具实现（详见第三章）。而栅格数据的相应操作则集中于据的相应操作则集中于ArcToolbox的的Data Management Tools工具箱工具箱Projections and Transformations中的中的Raster工具集中，以下分别就工具集中，以下分别就栅格数据的翻转（栅格数据的翻转（Flip）、镜像（）、镜像（M
42、irror）、重设比例尺）、重设比例尺（Rescale）、旋转（）、旋转（Rotate）、移动（）、移动（Shift）和扭曲（）和扭曲（Warp）等分）等分别介绍。别介绍。 1.翻转（翻转（Flip）是指将）是指将栅格数据沿着通过栅格数据沿着通过数据中心点的水平数据中心点的水平轴线，将数据进行轴线，将数据进行上下翻转。利用上下翻转。利用Flip命令，对数据命令，对数据进行翻转。进行翻转。图图4.7 FlipFlip对对话框话框翻转图图4.8 翻转（翻转（FlipFlip）的图解表达）的图解表达2.镜像（镜像（Mirror）是）是指将栅格数据沿着指将栅格数据沿着通过数据中心点的通过数据中心点的垂
43、直轴线，将数据垂直轴线，将数据进行左右翻转。利进行左右翻转。利用用Mirror命令，对命令，对数据进行镜像。数据进行镜像。图图4.10 镜像（镜像（Mirror）的图解表）的图解表达达镜像图图4.9 Mirror对对话框话框3.重设比例尺重设比例尺（Rescale）是指将）是指将栅格数据按照指定栅格数据按照指定比例分别沿比例分别沿X轴和轴和Y轴放大或缩小。轴放大或缩小。Rescale命令，对数命令，对数据重设比例尺。据重设比例尺。重设比例尺图图4.12 重设比例尺（重设比例尺（Rescale）的图解表达）的图解表达图图4.11 Rescale对对话框话框4.旋转（旋转（Rotate）是）是指将
44、栅格数据沿着指将栅格数据沿着指定的中心点旋转指定的中心点旋转指定的角度。利用指定的角度。利用Rotate命令，对数命令，对数据进行旋转。据进行旋转。 图图4.13 Rotate对对话框话框 旋转图图4.14 旋转（旋转（Rotate）的图解表达）的图解表达5.移动（移动（Shift）是指）是指将栅格数据分别沿将栅格数据分别沿X轴和轴和Y轴移动指定轴移动指定的距离。利用的距离。利用Shift命令，对数据进行命令，对数据进行移动。移动。图图4.15 Shift对对话框话框移动图图4.16 移动（移动（Shift）的图解表达）的图解表达6.扭曲（扭曲（Warp）是指将栅格是指将栅格数据通过输数据通过
45、输入的控制点入的控制点进行多项式进行多项式变换。利用变换。利用Warp命令，命令，对数据进行对数据进行扭曲变换。扭曲变换。图图4.17 Warp对话框对话框 原数据一次多项式二次多项式三次多项式图图4.18 扭曲（扭曲（Warp）的图解表达）的图解表达翻转，镜像，重设比例尺，旋转，移动，扭曲。 空间数据的来源有很多，如地空间数据的来源有很多，如地图、工程图、规划图、照片、航图、工程图、规划图、照片、航空与遥感影像等，因此空间数据空与遥感影像等，因此空间数据也有多种格式。根据应用需要，也有多种格式。根据应用需要，对数据的格式要进行转换。转换对数据的格式要进行转换。转换是数据结构之间的转换，而数据
46、是数据结构之间的转换，而数据结构之间的转化又包括同一数据结构之间的转化又包括同一数据结构不同组织形式间的转换和不结构不同组织形式间的转换和不同数据结构间的转换。其中，不同数据结构间的转换。其中，不同数据结构间的转换主要包括矢同数据结构间的转换主要包括矢量到栅格数据的转换和栅格到矢量到栅格数据的转换和栅格到矢量数据的转换。量数据的转换。图图4.19 数据格式转换工具数据格式转换工具 基于文件的空间数据类型包括对多种基于文件的空间数据类型包括对多种GIS数据格式的数据格式的支持，如支持，如coverage，shapefile，grid，image和和TIN。Geodatabase数据模型也可以在数
47、据库中管理同样的空数据模型也可以在数据库中管理同样的空间数据类型。间数据类型。基于文件的空间数据基于文件的空间数据基于数据库的空间数据基于数据库的空间数据CoveragesOracleShapefilesOracle with SpatialGridsDB2 with its Spatial TypeTINsInformix with its Spatial TypeImages（各种格式的）（各种格式的）SQL ServerVector Product Format (VPF) filesPersonal Geodatabases（微软的（微软的Access）CAD 文件文件 表（各种格式的
48、）表（各种格式的） 表表1 ArcGIS 中的数据类型中的数据类型21 Raster to Polygon的图解表达纬度在060之间，经差6，纬差4矢量数据直接用于多种数据的复合分析等处理将比较复杂，特别是不同数据要在位置上一一配准，寻找交点并进行分析。利用Conversion Tools工具箱，To Raster 工具集，中的ASCII to Raster命令，可实现由ASCII文件向栅格数据的转换。为了保证地图的精度，采用分带投影方法，即将投影范围的东西界加以限制，使其变形不超过一定的限度，这样把许多带结合起来，可成为整个区域的投影比如北京54的某一个带。投影原理：设想的地球是透明体，在球
49、心有一点光源S（投影中心），向四周辐射投影射线，通过球表面（各点A、B、C、D）射到可展面（投影面）上，得到投影点a、b、c，然后再将投影面展开铺平，又将其比例尺缩小到可见程度，从而制成地图。重设比例尺（Rescale）是指将栅格数据按照指定比例分别沿X轴和Y轴放大或缩小。都是从矢量和栅格两种数据结构上分别讲。半球地图的投影：东西半球有横轴等面积（等角）方位投影；数据裁切是从整个空间数据中裁切出部分区域，以便获取真正需要的数据作为研究区域，减少不必要数据参与运算。地理信息系统中地图投影配置的一般原则32 Append对话框26 Raster to ASCII对话框在ArcToolbox的Dat
50、a Management Tools工具箱,Projections and Transformations工具集中分为栅格和要素类两种类型的投影变换，其中对栅格数据进行投影变换时，要进行重采样。3、地图投影地图投影的变形以china-dalu数据裁切世界河流tools-extension-空间分析打钩tools-extension-空间分析打钩最邻近采样它用输入栅格数据中最临近栅格值作为输出值。矢量转栅格多边形、点，线数据结构转换数据结构转换 地理信息系统的空间数据结构主要有栅格结构和地理信息系统的空间数据结构主要有栅格结构和矢量结构，这两种数据结构是模拟地理信息的两种不矢量结构，这两种数据结
