注：本文是我為某歷史地圖項(xiàng)目組撰寫的掃描地圖配準(zhǔn)方案，現(xiàn)分享出來，希望能為大家提供幫助。閱讀本文需要一定的地圖學(xué)基礎(chǔ)。

在學(xué)習(xí)和工作中，由于無法獲取矢量數(shù)據(jù)，經(jīng)常需要以圖片格式地圖為工作底圖，并且需要對底圖進(jìn)行配準(zhǔn)。這些地圖包括早期紙質(zhì)地圖的掃描圖、各種軟件繪制的圖片地圖等，為方便表述本文統(tǒng)一簡稱為掃描地圖。

不同的掃描地圖由于制圖區(qū)域的不同，往往會根據(jù)特定的區(qū)域，選擇最合適的地圖投影，使得變形相對較小且分布較為均勻。在地圖配準(zhǔn)過程中，根據(jù)地圖投影來選擇合適的配準(zhǔn)方法，可以提高配準(zhǔn)的精度和效率。

1. 掃描地圖中常用地圖投影介紹

識別地圖投影最主要的方法是根據(jù)經(jīng)緯網(wǎng)的形態(tài)，如果沒有經(jīng)緯網(wǎng)，則只能通過和已知投影的地圖進(jìn)行對比來進(jìn)行估計(jì)。

掃描地圖中常用的地圖投影有無投影坐標(biāo)系（地理坐標(biāo)系）、圓柱投影、圓錐投影、方位投影等四種。少數(shù)地圖會使用偽圓柱投影、偽圓錐投影等，如國外世界地圖常用的摩爾威德投影、羅賓森投影，國內(nèi)亞洲地圖常用的彭納投影，國內(nèi)世界地圖常用的等差分緯線多圓錐投影，由于數(shù)量較少本文暫不涉及。

1. 無投影坐標(biāo)系，即地理坐標(biāo)系，并且?guī)缀蹙鵚GS-84地理坐標(biāo)系，該坐標(biāo)系以實(shí)際的經(jīng)緯度數(shù)值為坐標(biāo)。WGS-84地理坐標(biāo)系在歷史地圖十分常見，尤其是布哈林、史圖館、Worldhistorymaps等網(wǎng)絡(luò)渠道發(fā)布的圖片。WGS-84坐標(biāo)系下，經(jīng)線和緯線均為直線且互相垂直，等間隔的經(jīng)緯線所形成的網(wǎng)格均為正方形。與其他投影相比，該投影下世界地圖和中國地圖均略扁一些。

圖1 無投影坐標(biāo)系

2.圓柱投影是一類投影的總稱，簡單來說，可以視為將地球表面投影到圓柱面上再展開為平面。掃描地圖中一般只會用到墨卡托投影，又稱正軸等角圓柱投影。目前，主流的各大電子地圖均采用墨卡托投影（略有修改）作為投影坐標(biāo)系。墨卡托投影下，經(jīng)線和緯線均為直線且互相垂直，等間隔的經(jīng)線之間距離相等，等間隔的緯線之間的距離隨緯度增大而增大。與其他投影相比，該投影下世界地圖和中國地圖均略高一些。

圖2 圓柱投影（墨卡托投影）

3.圓錐投影是一類投影的總稱，與圓柱投影類似，可以視為將地球表面投影到圓錐面上再展開為平面。掃描地圖中，以等面積圓錐投影為主。目前，圓錐投影多用于紙質(zhì)出版的地圖，尤其是分國圖、區(qū)域圖，全球地圖極少使用該投影。圓錐投影下，經(jīng)線為直線且從極點(diǎn)呈放射狀，緯線為圓且互為同心圓，經(jīng)緯線互相垂直（指在相交處正交）。與其他投影相比，該投影下的中國地圖與實(shí)際最為接近。

圖3 圓錐投影

4.方位投影也是一類投影的總稱，可以視為將地球表面直接投影到平面上。方位投影與圓錐投影極為相似，在掃描地圖中，也廣泛地應(yīng)用于區(qū)域圖中。方位投影和圓錐投影最大也是最明顯的區(qū)別在于，方位投影的經(jīng)線多為弧線（極地除外）。方位投影下的中國地圖也與實(shí)際十分接近。方位投影多用于極地地圖、東西半球圖，近年來出版的豎版中國地圖也使用了方位投影。

圖4 方位投影（斜軸等面積方位投影，中心點(diǎn)為110°E、30°N）

簡單總結(jié)一下就是：

• 無投影坐標(biāo)系：經(jīng)緯線互相垂直，經(jīng)緯網(wǎng)呈正方形；
• 墨卡托投影：經(jīng)緯線互相垂直，經(jīng)緯網(wǎng)呈矩形，隨著緯度升高緯線間距越大；
• 圓錐投影：經(jīng)緯線互相垂直，經(jīng)線為同一點(diǎn)放出的射線，緯線為圓弧且互為同心圓；
• 方位投影：經(jīng)緯網(wǎng)形態(tài)與圓錐投影相近，但經(jīng)線多為弧線。

2. 不同地圖投影下掃描地圖的配準(zhǔn)

WGS-84地理坐標(biāo)系由于直接將經(jīng)緯度作為地圖坐標(biāo)，雖然地圖有一定的變形，但是依舊得到了廣泛使用，適宜作為底圖存儲的坐標(biāo)系。本文也將介紹將各類掃描地圖配準(zhǔn)到WGS-84地理坐標(biāo)系下的方法，示例軟件為ArcGIS 10.2。

2.1 WGS-84地理坐標(biāo)系

WGS-84地理坐標(biāo)系，理論上WGS-84地理坐標(biāo)系下的掃描地圖只需三個配準(zhǔn)點(diǎn)即可完成配準(zhǔn)，一般會在圖片四個角上選取配準(zhǔn)點(diǎn)。根據(jù)實(shí)際情況以及驗(yàn)證配準(zhǔn)精度，還會適當(dāng)?shù)卦黾优錅?zhǔn)點(diǎn)的數(shù)量。

由于配準(zhǔn)方法較為簡單，具體案例不再贅述。

2.2 墨卡托投影

墨卡托投影的經(jīng)線間隔保持均勻，但是緯線間隔隨著緯度升高而增大，呈現(xiàn)不均勻的變化，如果直接配準(zhǔn)，即使配準(zhǔn)十幾個點(diǎn)也會有極大的誤差。因此，首先將工作空間的投影轉(zhuǎn)換為墨卡托投影，再進(jìn)行配準(zhǔn)。具體步驟如下：

1）更改工作空間投影。在內(nèi)容列表中，右鍵點(diǎn)擊圖層，在彈出框中選擇屬性。在數(shù)據(jù)框?qū)傩灾?#xff0c;打開坐標(biāo)系選項(xiàng)卡，在其中依次選擇投影坐標(biāo)系-World-Mercator(World)，亦可在搜索框中直接輸入名稱進(jìn)行搜索，然后點(diǎn)擊確定。

如果待配準(zhǔn)圖片是世界地圖，且中央經(jīng)線（即地圖位于正中央的經(jīng)線）不是0°，則需要對投影進(jìn)行修改。

在數(shù)據(jù)框?qū)傩?坐標(biāo)系中，右鍵點(diǎn)擊Mercator(World)，選擇復(fù)制并修改，在彈出的投影坐標(biāo)系屬性框中，將Central_Meridian修改為相應(yīng)的數(shù)值，建議修改名稱，然后點(diǎn)擊確定。

圖5.1 在坐標(biāo)系中選擇墨卡托投影

圖5.2 修改墨卡托投影的參數(shù)

2）按照2.1的方案進(jìn)行配準(zhǔn)。此時，掃描地圖和工作空間的投影坐標(biāo)系已保持一致，參考2.1的流程進(jìn)行配準(zhǔn)即可。理論上只需三個點(diǎn)即可完成配準(zhǔn)，可根據(jù)實(shí)際效果適當(dāng)增加配準(zhǔn)點(diǎn)，變換方式選擇一階多項(xiàng)式（仿射）即可。對于有明顯掃描變形的地圖，必須增加較多的配準(zhǔn)點(diǎn)，變換方式可以選擇二階多項(xiàng)式，甚至三次多項(xiàng)式。完成后，將配準(zhǔn)好的圖片導(dǎo)出。

3）投影變換。步驟2配準(zhǔn)好的圖片是墨卡托投影下的，需要將其轉(zhuǎn)換為WGS-84坐標(biāo)系下的圖片。打開工具箱，依次打開數(shù)據(jù)管理工具-投影和變換-柵格-投影柵格這一工具。在輸入柵格中輸入配準(zhǔn)好的圖片，輸出柵格數(shù)據(jù)集中輸入其保存路徑，輸出坐標(biāo)系選擇WGS-84坐標(biāo)系（GCS_WGS_84），然后點(diǎn)擊確定。

配準(zhǔn)示例如下圖所示：

6.1 原始掃描地圖（墨卡托投影，中央經(jīng)線為100°W）

圖6.2 配準(zhǔn)后的地圖（WGS-84地理坐標(biāo)系，中央經(jīng)線為0°）

2.3 圓錐投影和方位投影

圓錐投影和方位投影其流程較為類似，因此統(tǒng)一進(jìn)行說明。其基本步驟如下：

1）更改工作空間投影。圓錐投影的參數(shù)包括中央經(jīng)線和標(biāo)準(zhǔn)緯線，方位投影的參數(shù)中央經(jīng)線和原點(diǎn)緯線。圓錐投影一般基于Asia_North_Albers_Equal_Area_Conic進(jìn)行修改，方位投影一般基于North_Pole_Lambert_Azimuthal_Equal_Area進(jìn)行修改。中央經(jīng)線的確定方式如下，一般將掃描地圖中居于中部（不一定是正中央）且和圖片底邊垂直的經(jīng)線視為中央經(jīng)線，如果無恰好垂直的，可根據(jù)兩側(cè)的經(jīng)線進(jìn)行估算；而標(biāo)準(zhǔn)緯線和原點(diǎn)緯線則根據(jù)中央經(jīng)線確定，一般將中央經(jīng)線上，居于正中的緯線視為標(biāo)準(zhǔn)緯線或原點(diǎn)緯線。

在修改圓錐投影的過程中，投影參數(shù)會顯示有兩個標(biāo)準(zhǔn)緯線，均設(shè)置為根據(jù)掃描地圖獲得的標(biāo)準(zhǔn)緯線數(shù)值即可，同時圓錐投影也有原點(diǎn)緯線這一參數(shù)，如果不為0，請?jiān)O(shè)置為0。

2）后續(xù)步驟參考2.2的步驟2和3即可。此處不再贅述。

配準(zhǔn)示例如下圖：

圖7.1 原始地圖（中高緯度、方位投影，估測其中心點(diǎn)為10°E、50°N）

圖7.2 配準(zhǔn)后的地圖（中高緯度、WGS-84坐標(biāo)系）

圖8.1 原始地圖（低緯度、方位投影，估測其中心點(diǎn)為20°E、0°）

圖8.2 配準(zhǔn)后的地圖（低緯度、WGS-84坐標(biāo)系）

圖9.1 原始地圖（中低緯度、圓錐投影，估測其中央經(jīng)線為114°E，標(biāo)準(zhǔn)緯線為30°N）

圖9.2 配準(zhǔn)后的地圖（中低緯度、WGS-84坐標(biāo)系）

圖10.1 原始地圖（中高緯度、圓錐投影，估測其中央經(jīng)線為102.5°E，標(biāo)準(zhǔn)緯線為50°N）

圖10.2 配準(zhǔn)后的地圖（中高緯度、WGS-84坐標(biāo)系）

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的根据经纬度坐标配准_扫描地图投影的识别及其配准的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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