地理信息系统应用 地图数据校正 《地理信息系统应用》教师手册-单元10地图数据的几何校正.doc

模块三 空间数据处理 单元十 地图数据的几何校正 【学习目标】 1.掌握几何校正和配准的意义及作用 2.掌握实施几何校正和配准的原理及步骤 3.能够结合具体的GIS平台开展针对案例数据的实践操作。 学习内容与教学方案设计 一、学习内容 学习单元名称 能选择合适的地理信息数据源 技能点： 1.如何进行参照数据的准备； （1）根据图幅编号生成图框或公里网交叉点坐标的记录； （2）根据需要进行投影变换； 2.如何开展几何校正； （1）控制点的选取； （2）重采样方法的选择，如最邻近法、双线性法 3.如何进行校正精度分析； （1）如何开展校正精度分析及残差改正 知识点： 1. 对地图数据开展几何校正和配准的意义 2.重采样的几种方法的区别； 3. 几何校正和配准的实施主要步骤 4.如何开展几何校正的精度评估及残差改正 备注： 重点、难点 重点： 1.实施几何校正和配准的意义； 2. 几何校正和配准的实施主要步骤 难点： 1.如何进行参照数据的准备； 2.能根据具体数据条件选择重采样的方法； 学习型工作任务 能够对提供的扫描纸质地图进行几何校正，为扫描矢量化工作提供依据； 二、教学方案设计 教学设计 内容 教学组织方式 媒介 教学方法（参考） 时间分钟） 理解几何校正实施的原理及步骤 全班集中理论学习 多媒体 讲授法 45 能够基于具体的GIS平台开展针对案例数据的实践操作 以小组为单位实践操作 实验机房 案例教学法 45 能根据提供的地图数据完成对其的几何校正 学生自我实践操作，并提交实践成果 实训工作室 小组工作法、头脑风暴、研讨、论证 90（课外） 教学载体 纸质地图的扫描结果Tif数据 教学成果与考核方式 文本 1.教师教学任务单2.学生学习任务单3.学生实践操作总结 产品或系统 生成一幅具有地理参考的地图 考核方式 1.自我评价；2.小组评价；3.教师评价 参考资料 参考书、专业杂志、资源库学习平台 知识点 地图数据的几何校正 地图数据是GIS的主要数据来源，对纸质地图进行扫描矢量化是空间数据获取广泛采用的手段。但是，纸质地图本身由于受地图介质及存放条件的影响，造成纸质地图的不均匀伸缩变形。这些原因导致实体的矢量化坐标与实际地图坐标的不一致。因此，为了获得与实际地图坐标系一致的空间数据，必须采取一定的方法消除地图变形误差。 一、几何纠正 几何纠正是为了建立需要纠正的图像与标准的地形图、地形图的理论数值或纠正过的正射影像之间的变换关系。即对数字化原图数据进行的坐标系转换和图纸变形误差的改正，以实现与理论值的一一对应关系。常用的算法有高次变换、仿射变换、双线性变换、平方变换、双平方变换、立方变换、四阶多项式变换等。具体采用哪一种需要根据纠正图像所在区域的地理特征及所选纠正点数来决定。这里主要介绍常用高次变换和仿射变换。 1、高次变换 （4-1） 其中代表二次以上高次项之和。上式是高次变换方程，符合上式的变换称为高次变换。在进行高次变换时，需要有6对以上的控制点的坐标和理论值，才能求出待定系数。 当不考虑高次变换方程中的、两项时，方程变为二次变换方程，称为二次变换。二次变换适用于原图有非线性变形的情况，二次变换需要至少6对控制点坐标及理论值，才可以求出待定系数。 (4-2) 2、仿射变换 仿射变换是使用最多的一种几何纠正方式，它可以对坐标数据在和方向进行不同比例的缩放，同时进行扭曲、旋转、平移。仿射变换的特性是：直线变换后仍是直线，平行线变换后仍为平行线，不同方向上的长度比发生变化。 仿射变换的公式为： （4-3） 式中为控制点的数字化仪坐标，也可以称为原坐标系中的坐标，为控制点的理论坐标，也可以称为新坐标系中坐标；为待定系数。，，，，为地图横向和纵向的长度变化比例，两坐标系夹角为，设逆时针方向旋转为正方向，顺时针旋转为负方向；数字化仪坐标原点相对于理论坐标系原点平移了，点在原坐标系与新坐标系中的坐标对应关系如图3.30。公式（4-3）含有6个参数，所以要实现仿射变换需要知道不在同一直线上的3对控制点的数字化仪坐标及其理论值，才能求得上述6个待定参数。但在实际应用中，通常利用4个以上的点来进行几何纠正，并按最小二乘法原理来求待定参数。设表示转换坐标和理论坐标之差，则有误差方程为： （4-4） 由最小和最小的条件可得到两组法方程： （4-5） 其中为控制点个数，为控制点的数字化仪坐标，（）为控制点的理论坐标；式（4-5）通过消元法可求得系数。控制点的好坏用均方根（）误差来衡量。均方根是控制点实际位置与估计位置之间偏差的估值。一个控