地图制图学上机实验指导书.docx
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地图制图学上机实验指导书
地图制图学上机实验
指导书
（试用版）
主编：
周青山
适用专业：
GIS、测绘工程
测绘工程教研室
二零一一年四月
学生实验守则
一、每次实验前必须做好预习，预习内容包括仔细阅读实验指导书和去实验室熟悉有关仪器设备。
二、经过预习应掌握该项实验的意义、目的、操作步骤。
对辅导教师提出的检查性问题，应能顺序回答，否则不得进行实验。
三、实验时态度应严肃认真，更需爱护仪器设备。
非本次实验使用的仪器设备不得乱动。
四、每次实验前由小组长填写仪器设备领用单。
实验完毕后，应将所用仪器设备擦洗干净，放回原处，经小组长检查，辅导教师验收无误后方可离室。
如有损坏，应填写仪器设备损坏报告单，待后处理。
五、实验结束后，应在规定时间内提交实验报告。
实验报告必须独立完成。
书写、计算、制图要求公式、计算过程、单位齐全，清晰整齐。
实验成绩是期中考核成绩的一部分。
六、如实验结果未能达到要求或因故未作实验者，应申请补做实验，实验室同意后，在指定日期内进行补做。
以上守则同学们应自觉遵守
实验一 地图投影的制作、判别和变换
一、实习目的
巩固学过的地图投影知识；
掌握地图投影判别的方法、步骤；
为正确使用地图投影奠定理论基础。
二、学时
2～4学时
三、实习材料和条件
中国地图、世界地图；计算机，铅笔；MAPGIS软件等。
四、实习方法与步骤
1、地图投影类型回顾
1.1、几何投影
中、小比例尺地图投影：
正轴圆锥、圆柱、方位投影；横、斜轴方位投影；
大、中比例尺地图投影：
高斯投影、UTM投影。
1.2、条件投影
等积锥投影；等角锥投影；等距柱投影。
2、投影判别的一般原则
2.1、制图区域的范围、形状和地理位置
区域范围
区域形状
地理位置
大尺度
近似圆形区域
两极
中尺度
南北延伸型区域
赤道附近
小尺度
东西延伸型区域
中纬度地区
2.2、制图比例尺
大、中比例尺地图，对制图几何精度要求高，制图区域范围小，宜采用高斯投影，UTM等；
中、小比例尺地图概括程度高，制图范围大，多采用正轴圆锥、圆柱、方位等投影。
2.3、地图的主题和内容
要求方向正确，应选择等角投影；
要求面积对比正确，应选择等积投影；
教学或一般参考图，要求各方面变形都不大，则应选择任意投影。
2.4、出版方式
单幅图；
系列图、地图集：
同一图组（或系列）内投影尽可能一致，且投影种类不宜过多。
3 地图投影判别的方法与步骤
3.1方法
1）观察法：
观测地图的经纬网形状；
2）量测法：
经纬线方向形状变形量，
3.2步骤
1）根据投影判别的一般原则,并结合经纬网形状初步确定投影系统；
A.经纬线形状的判别：
目视并辅以量算判断。
经线形状有：
直线，曲线。
纬线形状有：
直线，同心圆弧，同轴圆弧，曲线
B.经纬线是否直交。
2）量测中经上纬线间距变化，判定投影性质。
A.在中央经线上，找到标准点（线）的位置；
圆锥投影、圆柱投影：
标准切（割）纬线与中央经线的交点。
方位投影：
投影中心切点。
B.从标准纬线（或中心切点）起，沿中经判断纬线间隔变化。
间隔从中心向外增大，为等角投影。
间隔从中心向外减小，为等积投影。
间隔从中心向外不变，为等距投影。
五、作业
试述地图投影判别的方法与步骤。
实验二、地形图的矢量化和地图综合
一、实习目的
理解并掌握中、小比例尺地形图阅读、编辑方法和步骤。
二、学时
2～4学时
三、实习材料和条件
二、实：
2.5万地形图样图，计算机，
四、实习方法与步骤
1、地形图阅读
1.1、地形图阅读
文字说明----成图时间，单位，资料使用情况等，采用的坐标系、高程系、基本等高距，地物的表示方法等；
1.2、数学要素的阅读
地形图表示地表各种自然与社会经济要素,包括地形地貌、土质植被、水系、居民点、交通线、境界县等。
1.3、辅助要素的阅读
1）图名、图号----了解所在区域的地理位置、范围、主题等；
2）图例----地图读图的基本工具，
（1）比例尺：
了解地图内容的详细程度与精度；
（2）地图投影：
大比例尺地形图---高斯-克吕格投影；
小比例尺地形图---双标准纬线等角园锥投影。
（3）三北方向偏角图的阅读----了解真方位角、磁方位角、坐标方位角间的关系。
1.4、图形要素的阅读
先详细阅读六大要素，然后按区域综合分析
1）地形、地貌的阅读
a.等高线法基本原理
b.山地：
山顶（圆山顶、尖山顶、平山顶）、凹地、山脊、山谷、鞍部、坡面形态等；
c.丘陵、台地；
d.平原。
2）水系的阅读
a．河流类型：
内流河，外流河；河流性质----季节河，常年流水河，咸水湖，淡水湖；河流上、中、下游各段情况等。
b．湖泊类型、性质等。
c．流域水系类型：
树枝状、格子状、平行状、辐射状、扇状、网状、瓣状，乱流状。
3）土质、植被的阅读
a.土质：
沼泽、沙地、盐碱地、残丘地、、龟裂地、光板地等；
b.植被：
林地类型：
森林、幼林、矮林、疏林、灌木林等
其它植被：
芦苇、草地等。
4）居民地阅读
a.居民地类型：
城镇、乡村二大类。
b.居民地结构：
居民地外部轮廓、居民地内部结构、居民地行政等级等。
5）交通网的阅读
a.陆地交通：
铁路、公路、大车路、乡村路、小路等；
b.水上交通；
c.空中交通。
6）境界线的阅读
标明地图上各级行政区划单元或自然区划单元范围归属的分界线。
a.政治区划界----国界、大区界；
b.行政区划界----省界、地区界（自治州市界）、县（市、镇、区）界
c.自然区划界；
d.特殊区域界——保护区、禁区等。
2、地形图的矢量化
根据已有地形图底图以及数字化测图原理，在cass软件里对纠正好的地形图进行矢量化，并生成添加地形图辅助要素，加载地形图公里网。
3、地图综合
1）依教学提供的1：
1000地形图，或者矢量化得到的1：
1万地形，在cass或mapgis软件里，根据地图综合基本原理，利用选取和综合两种方法编绘1：
5万地形图，并将地图坐标系变成高斯平面直角坐标系。
2）写出地图负载量的计算公式，计算地图的面积负载量和数值负载量。
五、实习报告
根据上述方法、步骤完成所给资料和书上理论知识，地形图样图的阅读、矢量化、地图综合方法和原理，每人并写出实习报告和上交电子版图一份。
实验三 专题地图设计与编制
一、实习目的
理解并能区分分级和分区统计图法的差异；
基于统计数据特征选择正确的方法制图。
二、学时
2～4学时
三、实习材料和条件
中国2000年各直辖市、省（区）人口（能源、灾害、GDP等）统计数据，中国政区地图；计算机，MAPinfo、cass软件，其专题他统计资料。
四、实习方法与步骤
1、分级统计图法
按照各区划单位的统计资料，根据现象的相对指标（密度、强度或发展水平）划分等级，依照级别的高低，在地图上，分区填绘深浅不同的颜色或疏密不同的景线，以表示各区划单位间数量上的差异的一种表示法。
1）分级原则和方法
根据地图用途，事物分布特点和数量指标决定，一般以5-10级为宜。
方法有等差分级（如0-10,10-20,20-30,……）、等比分级（如-100,100-200,200-400，400-800,……）、任意分级（如0-10,10-25,25-50,50-100……）等。
分级不宜过多，过多会使图面复杂，颜色深浅差别不明显，缺乏表现力，但也不宜太少。
2）表示方法
按照分级，用晕线或颜色的表示。
分级统计图法宜于表示相对数量指标，且区划单位愈小愈好，愈小可使分级比值图的反映的现象愈近于实际。
一般用于表示人口密度（人口数/单位面积），耕地占全区大地百分比等。
2、分区统计图法
把制图区域分成若干个区划单位（一般以行政区为单位），根据各区划单位的统计资料制成不同的统计图表绘在相应的区划单位内，以表示现象的总和及其动态变化的方法称为分区统计图法。
表示方法：
利用图形符号的大小与个数来表示现象的数量差异，并可在图形内划分几个部分表示其内部结构，同时还可通过不同时相图形对比反映一定时期内现象的发展动态。
一般多用来表示制图区域单元之间绝对数量差异。
3、实习步骤
1）根据制图目的及统计数据特征，选择合适的表示方法。
选择分级统计图法，编制中国人口密度分布图：
根据所给的统计资料，先计算每个直辖市、省（区）人口密度。
分析全国人口密度数据统计特征，选择合适的数据分级方法，要求分出8个等级。
然后选择不同密度晕线或深浅不同颜色表示各密度人口分布。
中国人口数量统计分布图：
选择分区统计图法。
根据所给的统计资料，分析全国各直辖市、省（区）人口数量分布统计特征，按要求分为8个等级。
选择分级绝对比例统计图反映各制图单元人口数量分布状况。
地图整饰：
包括图名、图框、图例、制图资料截止日期、制图人、制图日期等。
2）操作步骤
3）专题图的制作流程
五、实习成果图及报告
要求每人选择一种制图表示法或不同专题内容，并完成相应的电子和纸质图件
实验四 遥感图判读与遥感制图
一、实习目的
1）初步了解目前主流的遥感图象处理软件ENVI4.5的主要功能模块，在此基础上，掌握视窗操作模块的功能和操作技能，为遥感图像的几何校正等后续实习奠定基础
2）通过实验操作，掌握遥感图像几何校正的基本方法和步骤，深刻理解遥感图像几何校正的意义
3）通过上机操作，了解图像增强、图像裁剪，图象融合处理的过程和方法，加深对图象预处理的理解。
4）通过上机操作，初步掌握遥感信息复合的方法，深入理解遥感信息复合在信息解译中的意义
5）进一步理解计算机图像分类的基本原理以及监督分类的过程，达到能熟练地对遥感图像进行监督分类的目的，同时深刻理解监督分类与非监督分类的区别
二、学时
2～4学时
三、实习材料和条件
益阳市遥感影像地图、益阳市规划图，控制点坐标，郴州市遥感影像地图，郴州市矿区线划图、郴州市矿区地形图，计算机，envi4.5软件，其专题他统计资料。
四、实习方法与步骤
1）数据格式转化，准备下载的遥感图片jpg格式文件，打开mapgis软件，进入“图像处理”子系统的“图像分析”界面，打开“文件”菜单，在下拉菜单中选择“数据输入”，打开如图所示对话框，选择“转换数据类型”，在此选jpg格式，单击“添加文件”选择要转化的文件，回车，单击“转化”，即成功将图片文件转到，通用格式msi格式文件，再在“图像分析”界面的文件下拉菜单选“数据输出”，在对话框中“数据转换类型”中选tiff格式，将前面得到的msi文件转到tiff；
3）打开envi软件，在菜单下拉选项中选择打开影像文件（openimagefile）,找到刚才转化好的tiff文件，打开，在弹出的Avilablebandslist对话框中选择“RGBColor”选项，再在上面的影像文件的选择不同的波段进行三原色波段匹配，单击“loadRGB”，察看不同波段组合和不同顺序组合影像显示颜色变化。
选择“GrayScale”，选定影像一个波段，单击“NOdisplay”，选“newdisplay”，打开单波段影像，对比两副影像。
4）影像的几何纠正
第一步：
显示图像文件（DisplayImageFiles）
首先，在ERDAS图标面板中点击Viewer图表两次，打开两个视窗（Viewer1/Viewer2），并将两个视窗平铺放置，操作过程如下：
ERDAS图表面板菜单条：
Session→TitleViewers
然后，在Viewer1中打开需要校正的Lantsat图像：
tmAtlanta,img
在Viewer2中打开作为地理参考的校正过的SPOT图像：
panAtlanta,img
第二步：
启动几何校正模块（GeometricCorrectionTool）
Viewer1菜单条：
Raster→GeometricCorrection
→打开SetGeometricModel对话框
（2）
→选择多项式几何校正模型：
Polynomial→OK
→同时打开GeoCorrectionTools对话框（3）和PolynomialModelProperties对话框（4）。
在Polynomial Model Properties对话框中，定义多项式模型参数以及投影参数：
→定义多项式次方（PolynomialOrder）
→定义投影参数：
（PROJECTION）
→Apply→Close
→打开GCPToolReferenseSetup对话框（5）
第三步：
启动控制点工具（StartGCPTools）
首先，在GCPToolReferenseSetup对话框中选择采点模式：
→选择视窗采点模式：
ExistingViewer→OK
→打开ViewerSelectionInstructions指示器→在显示作为地理参考图像panAtlanta,img的Viewer2中点击左键
→打开referenceMapInformation提示框；→OK
→此时，整个屏幕将自动变化为如图7所示的状态，表明控制点工具被启动，进入控制点采点状态。
第四步：
采集地面控制点（GroundControlPoint）
GCP的具体采集过程：
在图像几何校正过程中，采集控制点是一项非常重要和繁重的工作，具体过程如下：
1、 在GCP工具对话框中，点击SelectGCP图表，进入GCP选择状态；
2、 在GCP数据表中，将输入GCP的颜色设置为比较明显的黄色。
3、 在Viewer1中移动关联方框位置，寻找明显的地物特征点，作为输入GCP。
4、 在GCP工具对话框中，点击CreateGCP图标，并在Viewer3中点击左键定点，GCP数据表将记录一个输入GCP，包括其编号、标识码、X坐标和Y坐标。
5、 在GCP对话框中，点击SelectGCP图标，重新进入GCP选择状态。
6、 在GCP数据表中，将参考GCP的颜色设置为比较明显的红色，
7、 在Viewer2中，移动关联方框位置，寻找对应的地物特征点，作为参考GCP。
8、 在GCP工具对话框中，点击CreateGCP图标，并在Viewer4中点击左肩顶巅，系统将自动将参考点的坐标（X、Y）显示在GCP数据表中。
9、在GCP对话框中，点击SelectGCP图标，重新进入GCP选择状态，并将光标移回到Viewer1中，准备采集另一个输入控制点。
10、不断重复1-9，采集若干控制点GCP，直到满足所选定的几何模型为止，尔后，没采集一个InputGCP，系统就自动产生一个Ref.GCP，通过移动Ref.GCP可以优化校正模型。
第五步：
采集地面检查点（GroundCheckPoint）
以上采集的GCP的类型均为控制点，用于控制计算，建立转换模型及多项式方程，。
下面所要采集的GCP类型是检查点。
第六步：
计算转换模型（ComputeTransformation）
在控制点采集过程中，一般是设置为自动转换计算模型。
所以随着控制点采集过程的完成，转换模型就自动计算生成。
在Geo-CorrectionTools对话框中，点击DisplayModelProperties图表，可以查阅模型。
第七步：
图像重采样（ResampletheImage）
重采样过程就是依据未校正图像的像元值，计算生成一幅校正图像的过程。
原图像中所有删格数据层都要进行重采样。
ERDASIMAGE提供了三种最常用的重采样方法。
图像重采样的过程：
首先，在Geo-CorrectionTools对话框中选择ImageResample图标。
然后，在ImageResample对话框中，定义重采样参数；
→输出图像文件明（OutputFile）:
rectify.img
→选择重采样方法（ResampleMethod）:
NearestNeighbor
→定义输出图像范围：
→定义输出像元的大小：
→设置输出统计中忽略零值:
→定义重新计算输出缺省值：
第八步：
保存几何校正模式（SaverectificationModel）
在Geo-CorrectionTools对话框中点击Exit按钮，退出几何校正过程，按照系统提示，选择保存图像几何校正模式，并定义模式文件，以便下一次直接利用。
第九步：
检验校正结果（VerifyrectificationResult）
基本方法：
同时在两个视窗中打开两幅图像，一幅是矫正以后的图像，一幅是当时的参考图像，通过视窗地理连接功能，及查询光标功能进行目视定性检验。
5）影像的增强
直方图均衡化（HistogramEqualization）：
直方图均衡化实质上是对图像进行非线性拉伸，重新分配图像像元值，是一定灰度范围内的像元数量大致相同。
这样，原来直方图中间的峰顶部分对比度得到增强，而两侧的谷底部分对比度降低，输出图像的直方图是一较平的分段直方图。
注意：
认真对比直方图均衡化前后的图像差别，仔细观察直方图均衡化的效果。
成分、主成分变换:
主变换段数据压缩到完全独立的较少的几个波段上，使图像数据更易于解译。
ERDASIMAGE提供的主成分变换功能最多等对256个波段的图象进行转换压缩。
ERDAS图标面板菜单条：
Main→ImageInterporeter→SpectralEnhancement→PrincipialComp→PincipalComponents对话框。
（图3-3）
色彩变换（RGBtoIHS）:
色彩变换是将遥感图像从红（R）、绿（G）、兰（B）三种颜色组成的色彩空间转换到以亮度（I）、色度（H）、饱和度（S）作为定位参数的色彩空间，以便使图像的颜色与人眼看到得更接近。
其中，亮度表示整个图象的明亮程度，取值范围是0-1；色度代表像元的颜色，取值范围为0-360；饱和度代表颜色的纯度，取值范围是0-1。
（PrincipalComponentAnalysis）是一种常用的数据压缩方法，它可以将具有相关性的多波
5）影像的分类
第一步：
调出非监督分类对话框
指导学生掌握两种方法。
方法一：
DATAPRETATION→UNSUPERVISEDCLASSIFICATION.
方法二：
Classifier图标→classification→unsupervisedclassification
第二步：
进行监督分类
调出：
unsupervisedclassification对话框（图6-1），逐项填写。
注意问题：
实际工作中常将分类数目取为最终分类数目的两倍；收敛域值是指两次分类结果相比保持不变的像原所占最大百分比。
五、实习成果图及报告
要求每人根据选择影像纠正、校正、裁剪、分类方法，并完成相应的遥感图的制作，每人上交电子版影像分类图一份。
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