ArcGIS中影像与影像，影像与点云之间的配准

　　地图配准可分为影像配准和空间配准。影像配准的对象是raster图，譬如TIFF图。配准后的图可以保存为ESRI GRID, TIFF,或ERDAS IMAGINE格式。空间配准（Spatial Adjustment)是对矢量数据配准。

一、影像配准

在ArcGIS中配准：

1.打开ArcMap，增加Georeferencing工具条。

2.
把需要进行纠正的影像增加到ArcMap中，会发现Georeferencing工具条中的工具被激活。在view/data  frame 
properties的coordinate 
properties中选择坐标系。

如果是大地（投影）坐标系选择predefined中的Projected coordinate
system，坐标单位一般为米。

如果是地理坐标系（坐标用经纬度表示）表示则选择Geographic coordinate system。

3.纠正前可以将Georeferencing工具条的Georeferencing菜单下Auto Adjust不选择（如上图右）。在校正中我们需要知道一些特殊点的坐标。如公里网格的交点，我们从图中均匀的取几个点。为了得到较高的转换精度，在实际中这些点要能够均匀分布在图中。
4.在Georeferencing工具条上，点击Add Control Point按钮。 5.使用该工具在待配准影像上精确到找一个控制点点击，然后鼠标右击，Input X and Y输入该点实际的坐标位置。

然后，用相同的方法，在影像上增加多个控制点，输入它们的实际坐标。

备注：采用地理坐标系时应输入经纬度，经纬度用小数表示，如110°30'30'应写成 110.508(=110+30.5/60)。

6.增加所有控制点后，在Georeferencing菜单下，点击Update Display。更新后，就变成真实的坐标。
7.在Georeferencing菜单下，点击Rectify，将校准后的影像另存。也可采用下面的这种方法将配准后的影像图层中的图像转换为tiff格式保存。方法如下: 配准后的数据导出到tiff文件的方式如下两图所示：

 

 

在arcview 中进行配准：

软件准备：arcview,必须安装了image wape扩展模块
数据准备：栅格图像，必须有坐标（大地坐标或经纬座标）
步骤：
1、找到栅格图像上的坐标点，至少要四个，坐标点分布应均匀。
2、打开arcview，单击chart,单击new,创建一张新表
3、输入X，Y坐标（栅格图上的点坐标），
4、点击保存。打开view窗口，单击theme,add event theme，设定字段为刚刚新建的表格里的X，Y字段。
5、这时导入到视图中，你可以看到几个点。
6、再convert to shp，把它转换为点.shp文件，加入到视图中。
7、在view中，propertise里设置你想要的投影方式。
8、这时控制点文件就做好了。
9、接下来，关闭所有的窗口，单击file-extension,image wape，点击此模块，这时菜单栏多了一行image wape
10、点击image wape——image wape session,选择你想要配准的栅格图像到第一个框。再选择刚刚生成的点文件到第二个框。

 

 

二、空间配准（ArcGIS）
1、首先在Arc catalog下面对需要配准的矢量图设置投影方式（右键点击该图，在shapefile属性表的shape字段属性中，定义相应的投影方式；
2、通过excel或记事本建立一个文本文件，输入几个控制点的坐标值，x表示经向，y为纬向，可以是公里网格坐标，和上面的定义的投影方式对应，保存；
3、在ArcMap里面打开矢量图，在“编辑器”（Editor）里设为“开始编辑”；
4、在“空间配准”（Spatial Adjustment）里把“设置配准数据”（set adjust data)定为“选择这些层中的所有要素”(All features in these)，然后在“链接”(link)里打开上面建立的控制点文件；
5、先双击控制点文件中的坐标值，再在矢量图中找到对应的点双击，即建立了第一个链接，依照此法，建立数个链接；
6、点击“空间配准”下面的“配准”（已由灰变黑可用），则配准完成。

 

 

三、地理坐标的精确配准

矢量配准用Spatial Adjustment

栅格配准用Georeferncing

ArcMap里面配准

　　可能和很多朋友一样，我们只能拿到纸质地形图，还得自己扫描，之后再在ArcMap里面配准。对于刚开始接触的人来说，真是一头雾水。

　　我以前的误区:"刚接触ArcGIS，感觉挺简单的，不就先扫描，然后在 ArcMap中加载数据，再Georeferencing配准。而实地采集的GPS数据就是通过excel转换到Access数据库后加载到ArcMap 里面，再display data。这样，点就投到图上了。"

　　呵呵，刚开始，还真以为是这样做呢。不过到Layout view界面，Insert Scale bar后，非常困惑，才发现怎么插入的比例尺和原图中的对不上啊。经过多方学习，才知道其中还有许多深奥的知识，任何一点没注意都会出差错。下面就与大家 分享一下我的学习总结。

　　首先要知道什么是地理坐标和大地坐标，简单的说地理坐标就是球面坐标，而大地坐标是平面坐标。要深入了解这两者的区别，大家可以到网上搜相关资料。

　　地理坐标到大地坐标的过程叫做投影。用1:50000地形图来举个例子，是北京1954坐标系，6度分带的高斯克吕格投影。上面有两种坐标，一种是常说的方里网，就是间隔为1公里的网格。还有就是四角上的经纬度。我们常用的GPS采集的数据都是WGS84坐标系的，是常见的度分秒格式。 这里要特别注意，地形图上的经纬度不是WGS-84的经纬度，而是北京1954基准面下的经纬度。而且，这个经纬度也不是球面坐标，而是经过高斯克吕格投 影的平面坐标。论坛上常提及的wgs-84到beijing 1954的转换就是这个问题，两者的换算涉及到图幅所在分带保密点的问题，转换参数并未公开。在我国，这两个坐标系同一点经纬度有几十米的差别。

ArcGIS中图象配准经验总结

　　可能和很多朋友一样，我们只能拿到纸质地形图，还得自己扫描，之后再在ArcMap里面配准。对于刚开始接触的人来说，真是一头雾水。

　　我以前的误区:"刚接触ArcGIS，感觉挺简单的，不就先扫描，然后在ArcMap中加载数据，再Georeferencing配准。而实地采集的
GPS数据就是通过excel转换到Access数据库后加载到arcmap里面，再display data。这样，点就投到图上了。"

　　呵
呵，刚开始，还真以为是这样做呢。不过到Layout view界面，Insert Scale
bar后，非常困惑，才发现怎么插入的比例尺和原图中的对不上啊。经过多方学习，才知道其中还有许多深奥的知识，任何一点没注意都会出差错。下面就与大家
分享一下我的学习总结。

　　首先要知道什么是地理坐标和大地坐标，简单的说地理坐标就是球面坐标，而大地坐标是平面坐标。要深入了解这两者的区别，大家可以到网上搜相关资料。

　　地理坐标到大地坐标的过程叫做投影。

　　用1:50000地形图来举个例子，是北京1954坐标系，6度分带的高斯克吕格投影。

　　上面有两种坐标，一种是常说的方里网，就是间隔为1公里的网格。还有就是四角上的经纬度。

　　我们常用的GPS采集的数据都是WGS84坐标系的，是常见的度分秒格式。这里要特别注意，地形图上的经纬度不是WGS-84的经纬度，而是北京1954
基准面下的经纬度。而且，这个经纬度也不是球面坐标，而是经过高斯克吕格投影的平面坐标。论坛上常提及的wgs-84到beijing
1954的转换就是这个问题，两者的换算涉及到图幅所在分带保密点的问题，转换参数并未公开。在我国，这两个坐标系同一点经纬度有几十米的差别。中国3S
吧 3s8.cn

　　了解了上面的知识后，就开始在arcmap中进行图像配准了，这里假设大家都知道基本操作步骤，因此我只注重于工作内容的阐述。

　　1, 首先把图复制到工作目录下

　　2, 在ArcCatalog中找到需要配准的图，给他定义一个投影系统(注意和投影变换的区别)。这里我们用的是1:50000的地形图，它是基于北京 1954坐标系，6度分带的高斯克吕格投影。在地形图方里网上可以看出本图幅位于哪个分度带，这里假设是19。因此我们要选择的是Beijing 1954 GK Zone 19.prj。同时目录里面还有一个Beijing 1954 GK Zone 19N.prj，这个是用于没有分度带号的。而我们的图幅是包括分度带号。这个可以在网上搜索 "arcgis 坐标文件" 来进一步了解。

　　3, 给配准的图定义了一个投影系统后，把图加载到ArcMap里面，打开GeoReferencing工具，直接利用方里网交点进行配准。这里要注意的问题 是，地形图上的方里网坐标为公里，而需要输入的应该是米。所以要在方里网对应坐标后面加000。如地形图上读出一个交点为(19387, 3420)，19387的19为分带号，也要一并输入，那么这个点应该输入(19387000, 3420000)。其余配准过程和网上教程一致。

　　4， 配准后可以在Lay Properity里面把显示单位改成度分秒，于是地图就以经纬度格式显示了。此时的经纬度是基于北京1954基准面的，可以把光标指向四角的经纬度标记，以核对配准的精确度。

　　到此为止，地形图已经精确配准了。接下来往里面加载GPS数据。

　　1, 用你能想到的方式把GPS接收机上的数据导出来，除了一个一个手工输入，呵呵。

　　2, 尽量建立起数据库吧，这样方便些

　　3, ArcGIS中加载所得到的数据库，用Defined Query来选择自己所需要显示的数据

　　4, 如果需要精确地在地形图上显示GPS数据，那么还需要一个WGS-84到北京1954坐标的转换。有转换参数最好，如果没有，但的确需要，就去网上查一下 手持GPS接收机转换参数估算这篇文章。我们这里是假设不需要精确显示，直接把WGS-84数据当成北京1954来用。前面也说了，有一定误差，但是不 大。因此直接跳到5。

　　5, Display X,Y Datas, 定义为WGS-84坐标系统。

　　(其实此处我有疑问，因为现在的地形图是投影后的图，按我的理解，也应该把是球面坐标的WGS-84数据进行投影变换后才能用。但是查了很多资料，都是在这里直接定义数据来源是WGS-84就可以了，也许是ArcGIS在投点的时候，可以自动进行变换。)

　　6, OK，现在点也投上去了，ArcGIS工作中最基础的工作也就完成了。

　　再转到Layout view 界面，插入一个比例尺，发现和地形图上的比例尺非常吻合:-)，把显示单位改成kilometer，用measure tool 就可以量地形图上任意点的距离了，试了一下公里网格，非常精准。

四、地理坐标，大地坐标

　　地理坐标：为球面坐标。 参考平面地是 椭球面。坐标单位:经纬度

　　大地坐标：为平面坐标。参考平面地是水平面 坐标单位：米、千米等。

　　地理坐标转换到大地坐标的过程可理解为投影。 （投影：将不规则的地球曲面转换为平面）

　　在ArcGIS中预定义了两套坐标系：地理坐标系（Geographic coordinate system）投影坐标系（Projected coordinate system），

　　

1、首先理解地理坐标系（Geographic coordinate system），Geographic coordinate system直译为地理坐标系统，是以经纬度为地图的存储单位的。很明显，Geographic coordinate system是球面坐标系统。我们要将地球上的数字化信息存放到球面坐标系统上，如何进行操作呢？地球是一个不规则的椭球，如何将数据信息以科学的方法存放到椭球上？这必然要求我们找到这样的一个椭球体。这样的椭球体具有特点：可以量化计算的。具有长半轴，短半轴，偏心率。以下几行便是Krasovsky_1940椭球及其相应参数。

Spheroid: Krasovsky_1940

Semimajor Axis: 6378245.000000000000000000

Semiminor Axis: 6356863.018773047300000000

Inverse Flattening（扁率）: 298.300000000000010000

然而有了这个椭球体以后还不够，还需要一个大地基准面将这个椭球定位。在坐标系统描述中，可以看到有这么一行：Datum: D_Beijing_1954表示，大地基准面是D_Beijing_1954。

--------------------------------------------------------------------------------

有了Spheroid和Datum两个基本条件，地理坐标系统便可以使用。完整参数：

Alias:

Abbreviation:

Remarks:

Angular Unit: Degree (0.017453292519943299)

Prime Meridian（起始经度）: Greenwich (0.000000000000000000)

Datum（大地基准面）: D_Beijing_1954

Spheroid（参考椭球体）: Krasovsky_1940

Semimajor Axis: 6378245.000000000000000000

Semiminor Axis: 6356863.018773047300000000

Inverse Flattening: 298.300000000000010000

2、接下来便是Projection coordinate system（投影坐标系统），首先看看投影坐标系统中的一些参数。

Projection: Gauss_Kruger

Parameters:

False_Easting: 500000.000000

False_Northing: 0.000000

Central_Meridian: 117.000000

Scale_Factor: 1.000000

Latitude_Of_Origin: 0.000000

Linear Unit: Meter (1.000000)

Geographic Coordinate System:

Name: GCS_Beijing_1954

Alias:

Abbreviation:

Remarks:

Angular Unit: Degree (0.017453292519943299)

Prime Meridian: Greenwich (0.000000000000000000)

Datum: D_Beijing_1954

Spheroid: Krasovsky_1940

Semimajor Axis: 6378245.000000000000000000

Semiminor Axis: 6356863.018773047300000000

Inverse Flattening: 298.300000000000010000

从参数中可以看出，每一个投影坐标系统都必定会有Geographic Coordinate System。投影坐标系统，实质上便是平面坐标系统，其地图单位通常为米。那么为什么投影坐标系统中要存在坐标系统的参数呢？这时候，又要说明一下投影的意义：将球面坐标转化为平面坐标的过程便称为投影。好了，投影的条件就出来了：

a、球面坐标

b、转化过程（也就是算法）

也就是说，要得到投影坐标就必须得有一个"拿来"投影的球面坐标，然后才能使用算法去投影！即每一个投影坐标系统都必须要求有Geographic Coordinate System参数。

关于北京54和西安80坐标系

　　先简单介绍高斯-克吕格投影的基本知识，了解就直接跳过，我国大中比例尺地图均采用高斯-克吕格投影，其通常是按6度和3度分带投影，1:2.5万 －1:50万比例尺地形图采用经差6度分带，1:1万比例尺的地形图采用经差3度分带。具体分带法是：6度分带从本初子午线开始，按经差6度为一个投影带 自西向东划分，全球共分60个投影带，带号分别为1－60；3度投影带是从东经1度30秒经线开始，按经差3度为一个投影带自西向东划分，全球共分120 个投影带。为了便于地形图的测量作业，在高斯-克吕格投影带内布置了平面直角坐标系统，具体方法是，规定中央经线为X轴，赤道为Y轴，中央经线与赤道交点 为坐标原点，x值在北半球为正，南半球为负，y值在中央经线以东为正，中央经线以西为负。由于我国疆域均在北半球，x值均为正值，为了避免y值出现负值， 规定各投影带的坐标纵轴均西移500km，中央经线上原横坐标值由0变为500km。为了方便带间点位的区分，可以在每个点位横坐标y值的百千米位数前加 上所在带号，如20带内A点的坐标可以表示为YA=20 745 921.8m。

　　在Coordinate Systems\Projected Coordinate Systems\Gauss Kruger\Beijing 1954目录中，我们可以看到四种不同的命名方式：

　　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

　　对它们的说明分别如下：

　　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

　　在Coordinate Systems\Projected Coordinate Systems\Gauss Kruger\Xian 1980目录中，文件命名方式又有所变化：

　　Xian 1980 3 Degree GK CM 75E.prj

　　Xian 1980 3 Degree GK Zone 25.prj

　　Xian 1980 GK CM 75E.prj

　　Xian 1980 GK Zone 13.prj

　　西安80坐标文件的命名方式、含义和北京54前两个坐标相同，但没有出现"带号+N"这种形式，为什么没有采用统一的命名方式？让人看了有些费解。

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大地坐标（Geodetic Coordinate）:大地测量中以参考椭球面为基准面的坐标。地面点P的位置用大地经度L、大地纬度B和大地高H表示。当点在参考　　椭球面上时，仅用大 地经度和大地纬度表示。大地经度是通过该点的大地子午面与起始大地子午面之间的夹角，大地纬度是通过该点的法线与赤道面的夹角，大地高是地面点沿法线到参 考椭球面的距离。

　　方里网:是由平行于投影坐标轴的两组平行线所构成的方格网。因为是每隔整公里绘出坐标纵线和坐标横线，所以称之为方里网，由于方里线同时又是平行于直角坐标轴的坐标网线，故又称直角坐标网。

　　在1：1万——1：20万比例尺的地形图上，经纬线只以图廓线的形式直接表现出来，并在图角处注出相应度数。为了在用图时加密成网，在内外图廓间还绘有加 密经纬网的加密分划短线(图式中称"分度带")，必要时对应短线相连就可以构成加密的经纬线网。1：2 5万地形图上，除内图廓上绘有经纬网的加密分划外，图内还有加密用的十字线。

　　我国的1：50万——1：100万地形图，在图面上直接绘出经纬线网，内图廓上也有供加密经纬线网的加密分划短线。

　　直角坐标网的坐标系以中央经线投影后的直线为X轴，以赤道投影后的直线为Y轴，它们的交点为坐标原点。这样，坐标系中就出现了四个象限。纵坐标从赤道算起向北为正、向南为负；横坐标从中央经线算起，向东为正、向西为负。

　　虽然我们可以认为方里网是直角坐标，大地坐标就是球面坐标。但是我们在一副地形图上经常见到方里网和经纬度网，我们很习惯的称经纬度网为大地坐标，这个时候的大地坐标不是球面坐标，她与方里网的投影是一样的（一般为高斯投影），也是平面坐标

 

参考文章：

1. 活到老，学到老3478   地图配准可分为影像配准和空间配准

2. sunliming， ArcGIS影像配准与空间配准

3. ArcGIS中把img图层文件转成tif图层文件的方法