ArcGIS空間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換與處理——投影變換

原始數(shù)據(jù)往往由于在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)組織、數(shù)據(jù)表達(dá)等方面與用戶需求不一致而要進(jìn)行轉(zhuǎn)換與處理。本節(jié)主要介紹 ArGIS 中數(shù)據(jù)的投影變換內(nèi)容。

1.概述

由于數(shù)據(jù)源的多樣性，當(dāng)數(shù)據(jù)的空間參考系統(tǒng) (坐標(biāo)系統(tǒng)、投影方式) 與需求不一致時(shí)，就需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行投影變換。同樣，在完成本身有投影信息的數(shù)據(jù)采集時(shí)為了保證數(shù)據(jù)的完整性和易交換性，要定義數(shù)據(jù)投影。
地球是一個(gè)不規(guī)則的球體，為了能夠?qū)⑵浔砻鎯?nèi)容顯示在平面上，就必須將球面地理坐標(biāo)系統(tǒng)變換到平面投影坐標(biāo)系統(tǒng)。因此，運(yùn)用地圖投影方法，建立地球表面上和平面上點(diǎn)的函數(shù)關(guān)系，使地球表面上由地理坐標(biāo)確定的點(diǎn)，在平面上有一個(gè)與它相對(duì)應(yīng)的點(diǎn)。地圖投影的使用保證了空間信息在地域上的連續(xù)性和完整性。

當(dāng)系統(tǒng)使用的數(shù)據(jù)取自不同地圖投影的圖幅時(shí)，需要將一種投影數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為所需投影的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。投影轉(zhuǎn)換的方法可以采用正解變換、反解變換和數(shù)值變換三種方法。
正解變換：
通過(guò)建立一種投影變換為另一種投影的嚴(yán)密或近似的解析關(guān)系式，直接由一種投影的數(shù)字化坐標(biāo)x、y變換到另一種投影的直角坐標(biāo)X、Y。
反解變換：
即由一種投影的坐標(biāo)反解出地理坐標(biāo) (x、y→B、L)，然后再將地理坐標(biāo)代入另一種投影的坐標(biāo)公式中(B、L→X、Y)，從而實(shí)現(xiàn)由一種投影坐標(biāo)到另一種投影坐標(biāo)的變換 (t、y→X、Y)。
數(shù)值變換:
根據(jù)兩種投影在變換區(qū)內(nèi)的若干同名數(shù)字化點(diǎn)，采用插值法、有限差分法、最小二乘法、有限元法和待定系數(shù)法等，從而實(shí)現(xiàn)由一種投影坐標(biāo)到另一種投影坐標(biāo)的變換。

目前，大多數(shù) GIS 軟件是采用正解變換法完成不同投影之間的轉(zhuǎn)換，并支持常見(jiàn)投影之間的轉(zhuǎn)換。

借助 ArcToolbox **【投影和變換】**工具集中的工具 ，可以實(shí)現(xiàn)定義及變換數(shù)據(jù)的空間參照系統(tǒng)，以及柵格數(shù)據(jù)的多種變換，如翻轉(zhuǎn)(Flip)、旋轉(zhuǎn)(Rotate)和移動(dòng) (Shift) 等操作。

2.定義投影

定義投影，指按照地圖信息源原有的投影方式，為數(shù)據(jù)添加投影信息。具體操作如下面六步。

①選擇數(shù)據(jù)管理工具–投影和變換–定義投影，打開(kāi)定義投影對(duì)話框；
②在輸入數(shù)據(jù)集或要素類文本框中選擇需要定義投影的數(shù)據(jù)；
③坐標(biāo)系文本框顯示為空白或Unknown，表明原始數(shù)據(jù)沒(méi)有定義坐標(biāo)系統(tǒng)。單擊旁邊的圖標(biāo)，打開(kāi)空間參考屬性對(duì)話框，設(shè)置數(shù)據(jù)的投影參數(shù)。

④定義投影有三種方法:
第一，單擊選擇按鈕，打開(kāi)瀏覽坐標(biāo)系對(duì)話，為數(shù)據(jù)選擇坐標(biāo)系統(tǒng)。其中坐標(biāo)系統(tǒng)分為**地理坐標(biāo)系統(tǒng) (Gegraphic Coordinate Systems)、垂直坐標(biāo)系統(tǒng)(Vertical Coordinate Systems) 和投影坐標(biāo)系統(tǒng) (Projected Coordinate Systems)**三種類型。地理坐標(biāo)系統(tǒng)利用地球表面的經(jīng)度表示，投影坐標(biāo)系統(tǒng)利用數(shù)學(xué)換算將三位地球表面的經(jīng)緯度坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到二維平面上；垂直坐標(biāo)系可以定義高度或深度值的原點(diǎn)。在定義坐標(biāo)系統(tǒng)之前，要了解數(shù)據(jù)的來(lái)源，以便選擇合適的坐標(biāo)系統(tǒng)。

第二，當(dāng)已知原始數(shù)據(jù)與某一數(shù)據(jù)的投影相同時(shí)，可單擊選擇導(dǎo)入，瀏覽具有某坐標(biāo)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，用該數(shù)據(jù)的投影信息來(lái)定義原始數(shù)據(jù)。

第三，單擊新建–新建坐標(biāo)系統(tǒng)。同樣可以新建地理坐標(biāo)系統(tǒng)和投影坐標(biāo)系統(tǒng)。定義地理坐標(biāo)系統(tǒng)包括定義或選擇參考橢球體、測(cè)量單位和起算經(jīng)線。定義坐標(biāo)系統(tǒng)，需要選擇投影類型、設(shè)置投影參數(shù)及測(cè)量單位等。因?yàn)橥队白鴺?biāo)系統(tǒng)是以地理坐標(biāo)系統(tǒng)為基礎(chǔ)的，在定義投影坐標(biāo)系統(tǒng)時(shí)，還需要選擇或新建一個(gè)地理坐標(biāo)系統(tǒng)，單擊新建，打開(kāi)新建地理坐標(biāo)系對(duì)話，新建地坐標(biāo)系統(tǒng)。
⑤定義投影后，單擊完成，返回上一級(jí)對(duì)話框，在地理坐標(biāo)系下的窗口中可瀏覽投影的詳細(xì)信息。單擊修改可修改已定義的投影，單擊清除則清除原有投影，以便重新定義投影。
⑥單擊確定，完成操作。

3.投影變換

投影變換是將一種地圖投影轉(zhuǎn)換為另一種地圖投影，主要包括投影類型、投影參數(shù)或橢球體等的改變。在 ArcToolbox 的數(shù)據(jù)管理工具里的投影和變換工具集中分為柵格和**矢量(要素類)**兩種類型的投影變換，其中對(duì)柵格數(shù)據(jù)實(shí)施投影變換時(shí)，要進(jìn)行重采樣處理。

3.1柵格數(shù)據(jù)的投影變換

①選擇數(shù)據(jù)管理工具–投影和變換–柵格–投影柵格工具，打開(kāi)投影柵格對(duì)話框；

②在輸入柵格文本框中指定需進(jìn)行投影變換的柵格數(shù)據(jù)，該柵格數(shù)據(jù)必須已經(jīng)具有投影信息，若沒(méi)有則在輸入坐標(biāo)系中指定數(shù)據(jù)的原始投影信息；
③在輸出柵格數(shù)據(jù)集文本框鍵入輸出的格數(shù)據(jù)的路徑與名稱；
④單擊輸出坐標(biāo)系文本旁邊的圖標(biāo)，打開(kāi)空間參考屬性對(duì)話框，定義輸出數(shù)據(jù)的投影。

⑤變換柵格數(shù)據(jù)的投影類型，需要重采樣數(shù)據(jù)。重采樣技術(shù)是可選項(xiàng)，用以選擇柵格數(shù)據(jù)在新的投影類型下的重采樣方式，默認(rèn)狀態(tài)是 NEAREST，即最鄰近采樣法。
⑥輸出像元大小定義輸出數(shù)據(jù)的柵格大小，默認(rèn)狀態(tài)下與原數(shù)據(jù)柵格大小相同，支持直接設(shè)定柵格大小；或通過(guò)選擇某柵格數(shù)據(jù)來(lái)定義柵格大小，則輸出數(shù)據(jù)的柵格大小與該數(shù)據(jù)相同。
(7)單擊確定按鈕，完成操作。

3.2矢量數(shù)據(jù)的投影變換

①選擇數(shù)據(jù)管理工具–投影和變換–要素–投影工具，打開(kāi)投影對(duì)話框；

②在輸入數(shù)據(jù)集或要素類文本中選擇進(jìn)行投影變的量數(shù)據(jù)。如果輸入的數(shù)據(jù)本身沒(méi)有投影信息，則需通過(guò)單擊圖標(biāo)，在輸入坐標(biāo)系中定義原始數(shù)據(jù)的投影；若原始數(shù)據(jù)有投影，則系統(tǒng)自動(dòng)讀出相關(guān)信息并顯示在輸入坐標(biāo)系中。
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