一、实验背景

地理空间数据的来源广泛，任何格式的数据都显示或隐式的包含有坐标系信息，坐标系包括地理坐标系和投影坐标系。为了能够对不同来源的地理数据进行可视化、数据分析，必须保证每个数据的坐标系是一致的。而将传统的纸质地图转换成可用的地理信息数据，必须对其进行空间坐标系统的定义与转换，即将像素坐标系统转换为地理空间坐标系系统，使其能够与其他空间数据融合在统一的地理坐标框架下。

本实验讲述使用地理信息系统软件对地形图进行地理配准的方法，将不带地理坐标系的地形图进行空间配准，使其具有对应的地理参考系信息。通过实验练习，读者应能够理解地理坐标系的含义及对数据的作用，掌握给地形图添加坐标信息的方法。

二、实验数据

图层名称	格式	坐标系	说明
1∶1万比例尺地形图	jpg格式	Unknown	用于配准的地形图

直接双击文件Ex28.mxd即可打开

三、实验步骤

（1）确定目标坐标信息

打开地形图图片，查看该地形图的坐标基准信息、比例尺及坐标范围。坐标基准信息为该地形图的地理坐标系，在图片左下方；比例尺在图下侧中央，其确定了该地形图的投影方法，我国的大比例尺地形图均采用高斯-克吕格(Gauss-Kruger)投影；坐标范围确定了高斯-克吕格投影的带号（3°或6°）和中央经线。

注：1∶1万采用3度带投影，1∶2.5万~50万采用6度带投影。

坐标基准信息

比例尺

坐标范围

读图可知如表所示信息：

坐标基准信息	1954北京坐标系	地理坐标系	Beijing 1954
比例尺	jpg格式	Unknown	用于配准的地形图
坐标范围	120°22'30"E～120°26'15"E	投影带和中央经线	120°E 3°带
坐标范围	31°20'00" N～31°2230"N	投影带和中央经线	120.40625°

（2）确定四角点高斯投影坐标

由于大比例尺的地形图都是高斯-克吕格投影，四角点标注的坐标为该区域的地理坐标，进行地理配准前，必须计算该四角点地理坐标对应的高斯投影坐标。利用坐标转换工具，分别将四角点经纬度坐标计算转换得到对应的高斯坐标。

地理坐标	经度	120°22'30"	120°26'15"	120°22'30"	120°26'15"
地理坐标	纬度	31°22'30"	31°22'30"	31°20'00"	31°20'00"
高斯坐标	X垂直	3472674.044824	3472695.993901	3468054.102740	3468076.035305
高斯坐标	Y水平	40535673.899531	40541619.598967	40535689.633110	40541637.954970

（3）设置配准连接

本例已经整平处理。注：若内图廓四边不水平或垂直，必须先将该图片整平后方能进行配准。确定好配准信息后，打开ArcMap，加载地形图图片数据。右击菜单栏空白处，添加【Georeferencing】工具条。首先，取消【Georeferencing】工具条下的【Auto Adjust】的勾选；其次，使用【Add Control Points】工具，对四角点进行配准；点击某一角点后，右击任意位置，选择【Input X and Y】，将步骤（2）中的对应高斯坐标输入最后，依次设置好四角点的连接关系。

注意：ArcMap中X轴为高斯坐标的Y轴

（4）查看连接表

点击工具条中【View Link Table】按钮打开【Link】，表中列出了从像素坐标系（原始）到高斯坐标系（目标）的控制点对应关系，残差列表为空。

（5）执行图像校正

在【Link】对话框中，变换选择【Auto Adjust】或【1st Order Polynomial（Affine）】，即可计算出四角点校正前后产生的残差值。由于【Auto Adjust】是强制性变换方法，容易造成图片校正前后发生严重扭曲、错位等错误，不建议使用该方法；而一阶多项式或二阶多项式等变换方法是在牺牲校正精度的情况下，保持图像的整体完整性（无错位)。本例中，由于控制点为四角点，包含了全部图内容，可以考虑使用【Auto Adjust】方法。选择工具条【Georeferencing】下的【Rectify】工具，保存校正后的地形图为“纠正.tif”，【Output Locatin】为“Ex28”；【Format】为“TIFF”，【Cell Size】默认（以一阶多项式变换方法进行纠正）。

（6）定义投影

重新打开ArcMap，加载校正后的地形图文件“纠正.tif”，双击“纠正.tif”图层，点击【Extent】可以查看到该图层的坐标范围已校正到高斯坐标系下，点击【Source】可以查看坐标信息，但该数据只是隐式的具有坐标信息，需要进行定义投影后才具有显示坐标信息。打开【Data Management Tools】→【Projections and Transformations】→【Define Projection】对话框，【Input Dataset or Feature Class】设置为“纠正.tif”，点击右侧坐标系按钮，打开【Spatial Reference Properties】对话框；选择【Projected Coordinate Systems】→【Gauss Kruger】→【Beijing 1954】→【Beijing_1954_3_Degree_GK_CM_120E】。点击【OK】，执行定义投影工具，得到定义投影的地形图。