《地图投影和配准》课件

地图投影和配准地图投影是将三维的地球表面投影到二维平面上的过程地图配准则是将不同来源的地图数据统一到同一坐标系统中这两个步骤都是制作高质量地图的关键课程内容介绍地图投影探讨将三维球面地球转换为二维平面地图的不同投影方法地图数据采集介绍通过遥感、等方式收集地理空间数据的技术和流程GPS地图配准讲解如何将不同来源的地理数据进行几何校正和配准的方法地图投影概述地图投影是将三维的地球表面投影到二维平面的过程这种转换过程不可能完全保持原有地理特征因此会产生各种形状、面积、,距离等方面的失真了解地图投影的基本原理和常见投影方式有,助于正确选择适合应用场景的地图投影方法地球不是平面的地球的球形结构从太空观察地球地球内部结构地球是一个近似球形的天体其表面并非平从太空观察地球可以清楚地看到它的球形地球内部由不同密度和成分的层状结构组成,,面而是由陆地和水域构成的立体三维空间特征地球仅在宇宙中微小的一点但却是包括地壳、地幔和地核这些内部结构与,,,地球的曲率和不规则形状对地理信息和地人类赖以生存的唯一家园地表地形的形成密切相关图绘制产生重要影响地图投影的基本原理球面到平面的映射几何失真的调节地球表面是一个曲面而我们的地由于曲面投影到平面会产生形状,图通常是平面的如何把曲面准、大小和距离的变形因此投影方,确地映射到平面上是地图投影的法的选择需要平衡这些几何失真基本原理坐标系的建立地图投影的过程中会建立一个平面坐标系使得地理位置可以精确地表达和,标注投影的目的和要求投影目的投影要求地图投影的主要目的是将三维的地球表面转换成二维平面地图地图投影需要满足保持形状、面积或距离的精确度不同投影方这样可以更方便查看、分析和使用地理信息式在这些指标上有不同侧重需根据实际应用选择合适的投影方式,投影方法分类几何投影等角投影12根据投影中心和投影面的几何保持局部角度关系的投影方式,关系分为正投影、斜投影和透如墨卡托投影视投影等积投影等距投影34保持面积比例的投影方式如阿保持距离比例的投影方式如罗,,尔伯斯投影宾逊投影常见投影方式介绍地图投影有多种不同的方法每种方法都有其独特的特点和适用场景常见的投,影方式包括等角投影、等积投影、等距投影和透视投影等这些投影方式在保持方向、面积、距离或其他特性方面各有侧重适用于不同的制图需求,选择合适的投影方式是地图制作的关键环节需要根据地图的用途和特点进行综,合考虑下面将分别介绍这些常见的投影方式及其主要特征等角投影等角投影是最著名的一种地图投影方式它能够保持地图上任意两点之间的角度关系与实际地球上相同，因此可以用于航海导航和空中导航等场合但它无法保持面积比例，会造成远离投影中心的地区显著扭曲这种投影广泛应用于海图和天气图的制作它能够准确反映风向、空中交通路线等是制作针对性很强的专题地图的首选,等积投影等积投影是一种保持面积比例的地图投影方法它能够最大程度地保留地物面积在地图上的相对关系但无法,保持方向和形状的准确性常用于制作全球范围的地图如政治地图和人口分布图,等积投影的特点是投影后的地图各部分的面积与实际地球表面积保持一致但形状会有一定程度的变形它广,泛应用于气象、人口统计等需要分析整体面积比例的领域等距投影等距柱面投影等距圆锥投影等距方位投影等距柱面投影保持了东西方向的等距关系等距圆锥投影在赤道附近保持了距离的等比等距方位投影保持了从某一点出发的各个方,但牺牲了南北方向的距离精度这种投影常关系适合于表现中低纬度地区这种投影向的相对距离关系适合于表现以某一点为,,用于世界地图的制作适合于面积较大的区常用于区域性地图的绘制如某个国家或者中心的区域这种投影常用于航海导航地图,,域洲际地图透视投影透视投影是一种依赖于观察角度和观察点位置的地图投影方式它能够将三维地球表面准确地映射到二维平面上但会出现图形变形和面积失真这种投影方式,通常用于制作航海图和航空地图为导航提供精确的方位信息,透视投影能够保持地理位置和方向的相对准确性但无法保持面积、长度和角度,的真实关系因此在使用这类地图时需要结合实际的比例尺和网格信息来获取,准确的测量数据投影坐标系统坐标系统定义地理坐标系统地图坐标系统用于定位和测量地理位基于地球的纬度和经度用于表示地理,置包括经纬度和投影坐标系位置,投影坐标系统空间数据管理将地球曲面映射到平面上的数学模型坐标系统是地理信息系统处理和分析,提供平面上的位置参考空间数据的基础地图数据采集遥感影像采集1使用卫星和航拍等遥感技术获取地理空间数据地面调查测绘2通过实地考察和测量获取精确的地理信息在线地图数据3利用开放的在线地图数据进行二次开发地图数据采集是地理信息系统的基础工作通过多种手段获取高质量的地理空间数据为后续的地图制作和分析提供基础采集的数据类型,包括遥感影像、地面测绘数据以及在线地图数据等每种方法都有其特点和适用场景,遥感影像获取遥感技术可以通过航天器或者无人飞机上安装的传感器获取地球表面各种类型的影像数据这些数据包括可见光影像、红外热成像、多光谱影像等能够对地球的不同特征进行全面、高分辨率的,观测和记录遥感影像获取是地理信息系统数据采集的重要来源之一为后续的,空间分析和可视化提供了基础数据采集的误差测量误差定位误差采样误差由于仪器限制和操作不当等因素导致的定位系统精度有限如信号遮挡、在采样过程中遗漏或未能充分代表全部,GPS测量数据偏差需要校准设备并采取防卫星分布不佳等导致的空间位置偏差目标的情况下产生的采样偏差需要加错措施密采样频率空间数据格式转换数据采集1通过遥感、调查等方式获取的地理空间数据往往以不同的格式保存和存储格式转换2为了在软件中进行分析和处理需要将数据转换为统一的数GIS,字地理空间数据格式保持数据质量3在转换过程中要注意保持数据的完整性和精度避免因格式转换,而导致的信息损失地图配准概念及重要性配准概念重要性地图配准是将不同来源的地理数精准的地图配准可以提高数据分据整合到同一参考坐标系统的过析和决策的准确性为空间规划,程和管理提供可靠依据应用场景地图配准广泛应用于、遥感、数字地图、智慧城市等领域GIS地图配准的基本步骤特征点识别在源数据和目标数据中手动或自动识别出对应的地物特征点特征点匹配建立源数据和目标数据中特征点之间的对应关系几何变换根据特征点对应关系确定最优的几何变换模型，对源数据进行变换重采样与插值根据变换模型对源数据进行重采样和插值，生成配准后的影像误差评估计算配准结果的精度指标，确保满足实际应用需求特征点识别和对应特征点识别特征点对应从影像或地图数据中识别出具有独特特征的关键点如道路交叉口根据两幅数据之间的相关关系将识别出的特征点进行匹配和配对,,、建筑物角落等这些特征点在后续配准过程中至关重要准确对应这些关键点可为几何变换提供可靠依据,几何变换模型平移变换旋转变换通过对坐标系平移来实现对图形的平绕某一点进行旋转操作实现对图形的移旋转缩放变换仿射变换按照某个比例因子对图形进行放大或包括平移、旋转和缩放的组合变换，缩小保持直线和平行性重采样算法选择双线性插值立方卷积插值通过计算周围四个像素的加权平使用个周围像素的加权平均值16均值来确定新像素的值，可以保计算新像素，可以更好地保留边留较好的空间细节缘细节最邻近插值简单地将新像素的值设置为最近的原始像素值，速度快但可能产生马赛克效果配准误差评估总体精度评估特征点精度分析影像重叠度对比通过计算图像整体的平均定位误差和最大定评估特征点配准的精度可以发现配准过程对比配准前后影像的重叠程度可以直观地,,位误差可以评估配准的总体精度水平这中的局部误差问题为进一步优化提供依据观察配准效果为误差分析提供依据,,,是判断配准质量的重要指标软件中的配准GIS整合数据源自动化配准流程12软件可以整合来自不同数软件提供了配准工具可以GIS GIS,据源的地理数据并进行配准半自动或全自动完成配准过程,,,以确保数据之间的空间对齐大大提高了效率多种算法选择配准精度评估34软件集成了不同的几何变换模软件还能计算配准后的误差以,型和重采样算法用户可根据数评估结果的可靠性为进一步的,,据特点选择合适的方法数据整合提供依据基于影像的配准图像坐标系统几何变换模型重采样算法误差评估基于影像的配准需要建立像素采用仿射变换、单应性变换等如双线性插值、立方卷积等重通过计算控制点的残差评估,坐标系统将空间位置与图像几何变换模型将源图像坐标采样算法用于计算变换后的像配准精度并优化几何变换模,,,像素对应起来通过控制点识系统映射到目标图像坐标系统素值确保几何变换后图像质型和重采样方法确保最终配,,别和几何变换将不同图像坐实现两图像的配准对齐量不受影响准结果满足要求,,标系统统一到同一平面上基于矢量的配准识别控制点建立关系在矢量数据中寻找可靠的配准控制点为后续几何变换奠定基础确定两组矢量数据之间的对应关系为几何变换提供依据,,选择算法精度评估选择合适的几何变换算法如平移、旋转、缩放等将数据进行配准检查配准结果的精度确保满足最终应用的要求,,,应用案例分享我们将分享两个地图投影和配准的典型应用案例:•城市规划中的地图配准应用•自然资源管理中的地图投影案例这些案例展示了地图投影和配准技术在提高数据分析精度和效率方面的重要作用课程总结与展望全面回顾应用实践本课程系统地介绍了地图投影和通过实际案例分享学习如何在,配准的基本理论知识涵盖了投软件中进行地图配准为今后,GIS,影方法、坐标系统、数据采集及的工作实践打下坚实基础格式转换等多个核心内容未来展望随着地理信息技术的不断发展地图投影和配准将在测绘、规划、决策支,持等领域发挥更加重要的作用值得持续关注,。