为纸本地图进行地理配准

大部分的 GIS 专案都会需要对某些影像进行「 地理配准 (Georeferencing) 」, 也就是说要为影像的每个像素指定它在世界上的地理空间座标。 在许多的情况下, 这些座标是透过野外调查收集而来,例如说用 GPS 装置定位那些易于辨识的地标。 但有的时候,例如说如果你要使用的是某地图的数位化扫描档,你也可以借由地图上的一 些标记来蒐集空间座标。 一旦我们有了这些采样的座标点或地面控制点 (Ground Control Points),这些影像就可以用给定的座标系统来投影绘制。 在本章节中,我们会讨 论相关的概念、作法与 QGIS 提供的工具,以达成高准确度地理配准的目标。

内容说明

我们要为一份 1870 年的南印地图扫描档,以 QGIS 进行地理配准。

你还会学到这些

  • 如何判断旧地图的大地座标(Datum)与座标系统(Coordinate System)

取得资料

Hipkiss’s Scanned Old Maps 网站收集了不少版权过期的老地图扫描文件,非常适合用在研究上。

这里可以下载并保存 1870 map of southern India 的 JPG 文件。

为了方便起见,你也可以直接用下面的连结下载:

1870_southern_india.jpg

操作流程

1.QGIS中的地理参考通过 ‘Georeferencer GDAL’ 插件完成。 这是一个核心插件 - 这意味着它已经是您的QGIS安装的一部分。 你只需要启用它。 转到 Plugins ‣ Manage and Install Plugins 并启用在 InstalledGeoreferencer GDAL 插件。 请参阅 使用附加元件 了解更多详情。

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  1. 附加元件会放到「影像」的选单内,因此要到 Raster ‣ Georeferencer ‣ Georeferencer 开启它。
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  1. 此附加元件视窗有上下 2 个部分,上半部是影像显示区,下半部则会以表格方式呈现所有的地面控制点。
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  1. 现在就来开启我们的 JPG 影像。选择 File ‣ Open Raster. ,然后找到刚才下载的地图扫描档,按下 Open.
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  1. 接下来,程序会要你选择参考座标系统 (CRS),以指定控制点的投影法和大地座标系统。如果你的控制点是透过 GPS 收集的,可以选 WGS84 座标系统;而在本例的情况下, 控制点要直接在地图扫描档上取得,所以我们要先看一下地图的文字叙述。本地图的座标是经纬度,不过并没有标示任何的大地座标系统资讯,所以我们得自己假设一个才行。 因为此地图是年代久远的印度地图,我们可以猜测它是使用 Everest 1830 大地座标系统,这应该会有不错的结果。
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  1. 现在影像已经被载到萤幕上半部了。
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  1. 可以使用工具列的放大/平移功能观察一下地图的细节。
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  1. 现在我们要为图上的某些点指定座标了。仔细观察后,可以发现本地图具有标示经纬度的格线,所以我们可以确定在格线交叉点的 X 和 Y 座标。接着按下工具列上的 Add Point 钮。
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  1. 在跳出的视窗中输入此点的座标,记得 X 是经度,Y 是纬度。完成后按下 OK.
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  1. 这下子,下半部的地面控制点表格会新增一栏你刚刚选的地面控制点。
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  1. 使用相同的操作方法,为整张图加入至少 4 个地面控制点。控制点越多,影像可以越精确的对齐地理空间座标。
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  1. 当你收集到足够多的点后,按下 Settings -> Transformation settings.
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13. 在 Transformation settings 视窗中, Transformation type 选择 Thin Plate Spline。输出影像命名为 1870_southern_india_modified.tif. 。 Target SRS 可选择 EPSG:4326 ,这样一来产生的影像就会投影在此广泛使用的大地座标系统上。确认 Load in QGIS when done 是否已经勾选,最后按下 OK.

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  1. 回到 Georeferencer 的视窗中,点选 File ‣ Start georeferencing,程序就会开始使用控制点转换影像,投影到新的座标系统上。
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  1. 处理程序结束后,已经过地理配准修正的图层会被载入到 QGIS 中。
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16. 地理配准的操作到此完成。如同以往,让我们好好检查一下本操作是否准确。请试着从可信的来源(例如 Natural Earth 资料库)寻找并读取含有国家边界的 Shapefile, 然后跟我们的结果比对一下。你可以看到,他们基本上对应得相当良好,不过仍然有一点小误差。 如要减少这些误差,可以增加更多控制点、修改地理配准的参数,或是换另一个可能的大地座标系统来试试。

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