实验一 空间数据数字化、投影变换与仿射变换

一、实验要求

1. 请对收到的图片做地理参考和矫正，使其具有真实的空间坐标参考，推荐统一用WGS84坐标系(可以使用Google Earth或者百度坐标拾取系统获得控制点坐标)；
2. 创建一个Geodatabase数据，保对图中的道路(作为线图层)、水体(面图层)、以及标记为紫色和深青色的点状符号(点图层)，并存到创建的Geodatabase数据中，对这三种地物进行数字化；每个图层可以通过属性表添加一个name字段，用于表示该地物的名称；道路图层需要另加一个字段length_km，用于标记该道路的长度，单位为km; 水体字段需要另加一个字段area_km，单位为km2;
3. 请将每个图层做投影变换(您可能会用到作业文件夹里China_Albers_Equal_Area_Conic.prj投影文件)，变成等积投影，并计算每个道路和水体的面积，然后填入相应的属性表的length_km或者aream_km中；
4. 请完成相应的实习报告(2000字以内)(随后会发给大家) ；
5. 将shapefile文件数据以及地图工程文件(mxd)文件保存到一个文件下，地图工程文件(mxd)的属性设置里数据保存路径需要设置为相对路径

备注：

1.图片上太复杂的道路可以简化，例如双向车道的道路可以简化为一条线作为道路，不用绘制两条线；

2.添加字段的方法是：对一个矢量图层，打开其属性表，在属性表界面的工具条点第一个向下箭头菜单，选择Add Field，打开添加字段对话框，输入字段名称，设置字段类型为Double，然后点OK就可以了。

3.属性表只有在矢量数据编辑状态下才可以录入数据，第3步的length_km和area_km字段数据要在编辑状态下录入，双击单元格录入过数值，录入完成后记得保存编辑。

二、实验思路

        掌握对基本的扫描地图图片进行仿射变换，利用地图数字化的获取空间数据的方法；同时，可以对空间数据进行基本的创建要素，编辑要素以及添加要素属性字段，并为相应属性进行赋值，或者利用字段计算器进行赋值。

三、实验数据

F:\学习\大一\第二学期\地理信息系统\第一次作业

四、实验操作步骤与报告

1.请阐述第一部分作业要求中1-4部分的数据处理的关键步骤和操作方法，并配上操作结果截图；

1. 在进行地理配准及矫正之前需先定义数据框的地理坐标系WGS84（控制点选用google earth pro获得的真实坐标点），使其具有真实的空间坐标参考。

   

进行地理配准与矫正，打开地理配准工具条：

    添加控制点原则：

1. 易分辨且较精细的特征点，如道路交叉点；
2. 尽可能满幅均匀选取；
3. 尽量不选具有一定高度的地物，避免成像角度的不同导致的差异，如高架桥、高大建筑物;
4. 尽量不选具有明显时相差异的地物，避免不同时相上几何表征不同带来误差，如水边线 不能选河流拐点。

保存并导出控制点：

矫正，输出tif影像，矫正完毕：

2.在ArcCatalog中创建数据库及点、线、面矢量数据：

2）对图中的道路(作为线图层)、水体(面图层)、以及标记为紫色和深青色的点状符号(点图层)数字化，并存到创建的Geodatabase数据中。打开编辑器，分别对point,line,polygon手动数字化，完成后保存并停止编辑：

打开属性表，添加name字段，用于表示该地物的名称；道路图层需要另加一个字段length_km，用于标记该道路的长度，单位为km; 水体字段需要另加一个字段area_km，单位为km2

添加字段，设置类型，name为Text类型，具体数据length及area为double类型

3）将个图层做投影变换(China_Albers_Equal_Area_Conic.prj投影文件)，变换成等积投影，并计算每个道路和水体的面积，然后填入相应的属性表的length_km或者aream_km中。

 Data Management Tools--Projections and Transformation--Define Projection

 将Shpfile文件导入Geodatabase：

再在Arcmap中导入Geodatabase中的point，line，polygon数据：

打开属性表，检查length，area的计算结果：

 换算单位为km，km²（两种方法）：

1. 打开编辑器，手动输入数据

     or

     2.选中需存放数据的字段，右击鼠标，点击Calculate Geometry

2.请说明本次作业中所碰到的问题，以及你的解决办法；尚未解决的问题也请在这里列出，并用红色字体标识，由老师统一解答。

已解决：

• 问题1：矫正后的图像变形较严重

1. 原因：控制点选取欠佳
2. 解决办法：多找几组控制点，控制点均匀分布于图像上

• 问题2：最后计算出来的长度不正确

1. 原因：是由于在对图片进行地理配准及矫正前未对数据框定义地理坐标系（WGS84），导致输入控制点经纬度时系统识别为m而不是degree
2. 解决办法：在进行地理配准及矫正之前，先对数据框定义投影

• 问题3：数字化过程：导出的tif文件无法直接二值化，若要用全ArcScan半动跟踪或全自动跟踪，则需通过重采样等操作实现

1. 解决办法：使用编辑器手动数字化

1.自定义点击空间校正

2.启动编辑器

3空间校正设置校正数据

4.单击编辑器设置捕捉-折点捕捉

5 点击.建立位移连接。rms要在0.01

6.从被校正点击到正确图层，一一建立至少4对连接

7.点击连接表查看误差，过大继续调整

8.点击预览校正

9.校正

一、介绍 一般的仿射变换是下面五种变换的组合：旋转，平移，缩放，错切，翻转。 仿射变换能够保持图像的平直性和平行性。平直性是指：图像经过仿射变换后，直线仍然是直线。平行性是指：图像经过仿射变换后，平行线仍然是平行线。     二、实现 opencv提供了cv2.getAffineTransform()来生成仿射变换所使用的矩阵M。   步骤一：通过cv2.getAffineTransform()来生成仿射变换所使用的矩阵M。   M = cv2.getAffineTransform(src, dst)   src为输入图像中的三个点，分别是图像的左上角、右上角、左下角。 dst分别为生成的图像对应的三个点的位置。   步骤二：通过cv2.warpAffine()函数进行仿射变换。       三、代码   例：   (0,0)点 转换后变到位置(0, height*0.5)      ，即左上角的点变到左边中间的地方。 (width-1, 0) 变到位置(width*0.85, height*0.1) ， 即右上角的点变到考里一点。     结果：