华南师范大学实验报告
学生姓名学号
专业地理科学年级 2009级课程名称地理信息系统
实验项目地图投影及投影变换
实验类型验证实验时间2011年 4 月指导老师实验评分
华南师范大学实验报告
一、实验目的：
1、认识空间数据源学会各种比例尺地图的图式符号的识别。

2、比较矢量数据与栅格数据结构，了解两种数据结构表达的空间数据各
有何特点？
3、掌握地图投影变换的基本原理与方法。

4、熟悉ArcGIS 中投影的应用及投影变换的方法、技术。

5、了解地图投影及其变换在实际中的应用。

二、实验资料：
1、空间矢量数据、扫描栅格数据样本；
2、两张扫描几何纠正以后的标准地形图图像（1：1万和1：5万地形图）。

三、实验内容：
1、认识地形图，学会在地形图上读取有用信息
遥感图像、地形图、专题图（如旅游图、规划图、交通图等）图源都是地理信息系统的重要数据源，因此正确的识别各种图形、信息是空间数据建立的基础。

本实验主要针对标准的地形图识别，认识地图分幅、图廓标注、公里格网、坐标标注、投影分带、坐标系及图内图式符号表示等。

2、较矢量数据与栅格数据两种数据结构表达的空间数据各有何特点
利用试验提供的数据资料，在GIS软件中打开浏览。

比较两种数据结构的坐标系、地图的缩放、查询、查找等操作。

3、认识投影，学会使用GIS软件建立正确的地图投影及其空间坐标系
在ArcMap中打开1万、5万地形图扫描栅格数据文件，仔细观察图廓、图内的各种信息，识别出其坐标系、投影分带、中央子午线、投影代号等内容；利用GIS软件分别为两幅地图建立正确的地图投影，观察建立投影前后两幅地形图
的空间位置关系。

四.实验方法及实验结果：
1、用ArcMap软件打开1万、5万地形图扫描栅格数据文件，分别观察其图廓、图内的各种信息，区别两幅地形图在坐标系、投影分带、中央子午线、投影代号、比例尺等内容中的不同。

1万地形图中央子午线是东经114度，3度分带投影，代号为38号，1比1万的比例尺。

5万地形图中央子午线也是东经114度，6度分带投影，代号为20号，1比5万的比例尺。

2、在1万和5万的地形图上找到最外围的四个公里格网点，分别记录其平面坐标值（x,y）在地图上找到最外围的四个图廓点，分别记录其球面坐标值（B,L）。

下表是其平面坐标
由上图可知，其平面坐标是很乱的，不准确的。

3、右键空白工具栏增加Georeferncing工具条，选定Add control points,
在5万地形图中找一个已知坐标点，按左键，出现一个十字，按右键选择Enter Coordinates输入坐标（我选择的是不输入投影代号），再找不同的两个点，完成如上操作。

选点时，要注意选点的均匀分布，如果在选点时没有注意点位的分布或者点太多，这样不但不能保证精度，反而会使影像产生变形。

步骤如下：
4、进行坐标计算，选择工具栏中Georeferencing的Rectify,以.img或者格
式输出，即完成栅格图像的几何纠正。

5、重新打开两幅几何纠正后的地形图，观察其显示坐标和地形图上坐标是否一样。

6、选择View中的Data Frame Properties,将General中的Map和Display都选择为Meters，按确定。

此时以建立了正确的平面坐标。

7、以同样的方式，在1万地形图进行几何纠正，建立正确的平面坐标。

8、启动ArcAMP，打开几何纠正后的1万地形图和5万地形图，观察其位置是否重叠。

(结果是并未重叠，而且离很远)
9、直接启动ArcCatalog，选中几何修正后的1万地形图，点右键Properties,点击Edit,接着点击Select,选择projected Coordinate Systems(大地坐标系统)，由于中国的地图均用Gauss Kruger投影，因此点击Gauss Kruger，由于1万地形图用地是beijing 1954坐标系统，因此点击beijing 1954，选择beijing 1954 3 Degree GK CM 114E.prj,应用，确定，再应用，再确定。

此时已完成平面坐标到球面坐标的投影转换。

10、同样按第9步完成几何纠正后5万地形图的坐标投影转换，不同的是要选择beijing 1954 GK Zone 20N.prj。

10、在ArcMap中交替打开1万和5万地图（先打开1万地形图后打开5万地形图，然后先打开5万地形图再打开1万地形图）重新观察其平面坐标、球面坐标各有何变化。

四、实验结论(果)及分析：
1、矢量数据结构和栅格数据结构的特点及比较
矢量数据结构是利用欧几里得几何学中的点、线、面及其组合体来表示地理实体空间分布的一种数据组织方式。

图形显示质量好、精度高。

数据结构复杂；软件与硬件的技术要求比较高；多边形叠合等分析比较困难；显示与绘图成本比较高。

栅格数据结构将空间分割成各个规则的网格单元，然后在各个网格单元内赋以空间对象相应的属性值的一种数据组织方式。

网格通常是正方形，有时也采用矩形、等边三角形和六边形。

网格边长决定栅格数据的精度。

当用栅格数据来表示地理实体时，不论网格边长多细，与原实体特征相比较，信息都有丢失。

其图形显示质量比矢量数据低。

图形数据量大。

2、不同平面坐标系统之间的转换
实验材料中的两幅地形图均是扫描后的栅格图像，其所用的坐标系统属于自由坐标系统，其显示的坐标和地形图上所标示的坐标相差很大。

这就需要我们进行平面坐标系统之间的转换。

由于这两幅地形图上均有标注其采用的是北京1954坐标系统，因此我们需要做的是利用ARCMAP软件实现自由坐标系统到北京54坐标系统的转换。

即所谓的几何纠正。

3、地图投影设置
由于这两幅地形图有一部分是重叠的，因此在ARCMAP重新打开纠正后的地形图时，其应该是重叠的，但是事实是这两幅地形图离的很远。

这是因为他们的投影方式不同，1万地形图的投影是3度分带，而5万地形图的是6度分带。

因此我们需要利用ArcCatalog进行投影的变换。

在Coordinate Systems\Projected Coordinate Systems\Gauss Kruger\Beijing 1954目录中，可以看到四种不同的命名方式，如：
Beijing 1954 3 Degree GK CM 75E.prj
Beijing 1954 3 Degree GK Zone 25.prj
Beijing 1954 GK Zone 13.prj
Beijing 1954 GK Zone 13N.prj
他们的意思分别如下：
三度分带法的北京54坐标系，中央经线在东75度的分带坐标，横坐标前不加带号
三度分带法的北京54坐标系，中央经线在东75度的分带坐标，横坐标前加带号六度分带法的北京54坐标系，分带号为13，横坐标前加带号
六度分带法的北京54坐标系，分带号为13，横坐标前不加带号
而经过观察：
1万地形图中央子午线是东经114度，3度分带投影，代号为38号。

5万地形图中央子午线也是东经114度，6度分带投影，代号为20号。

均用的是中国北京54坐标系统和高斯-克吕格投影。

因此1万地形图应选Beijing 1954 3 Degree GK CM 114E.prj
5万地形图应选 Beijing 1954 GK Zone 20N.prj
4、不同投影之间的变换
对于建立起正确投影后的两幅地形图均有了球面坐标和平面坐标，再用ARCMAP 打开，就能在经度相同部分重叠，如下图。

当先打开1万地形图后打开5万地形图时，1万的平面坐标是对的，但是5万的平面坐标和之前单独打开时不一样了，此时5万的平面坐标变为按照1万的3度分带投影的坐标显示了。

当先打开5万的地形图后打开1万的地形图时，5万的平面坐标是对的，但是1万的平面坐标和之前单独打开时不一样了，此时1万的平面坐标转换成按5万的那样6度分带投影的坐标显示了。