Sisteme de proiectie, sisteme de coordonate geografice

Sisteme de proiectie, sisteme de coordonate geografice

Cuprins

Introducere

Proprietatile unui Data Frame

Georeferentierea

1. Introducere

Reprezentarea spatiului geografic real în aplicatiile GIS necesita descrierea lor în raport cu pozitia lor corecta pe suprafata globului terestru. Indiferent daca globul terestru 19119k1016t este aproxipat cu o sfera sau cu un elipsoid de referinta, pentru reprezentarea spatiul geografic tridimensional sunt necesare transformari pentru obtinerea hartilor bidimensionale (fig. 4.1). Ansamblul metodelor matematice prin care se realizeaza aceste transformari se numesc sisteme de proiectie cartografica.

Fig. 4.1. Reprezentarea datelor geografice pe un plan

Pentru obtinerea unor reprezentari si analize corecte a datelor GIS este importanta definirea corecta a sistemului de coordonate geografice în care se lucreaza. Acest sistem de coordonate geografice include tipul de elipsoid, datum, sistemul de proiectie si unitatea de masura a coordonatelor.

Principalele caracteristici ale sistemelor de proiectie sunt:

conforma sau echiunghiulara - pastrarea fidela a unghiurilor între meridiane si paralele;

echivalenta - adica pastrarea raportului de suprafata pe diverse zone;

echidistanta - mentinerea distantelor proportionale cu cele de pe glob pe ambele directii ale retelei cartografice.

În figura 4.2. este reprezentata reteaua cartografica si împartirea pe zone în proiectia U.T.M. (Universal Transverse Mercator). În aceasta proiectie pozitia unui punct este data prin longitudinea fata de meridianul axial al zonei si prin latitudinea fata de Ecuator.

Fig. 4.2. Împartirea pe zone în proiectia U.T.M.

Tab. 4.1. Sisteme de coordonate utilizate pentru reprezentarea zonelor de pe teritoriul României

În figura 4.3. sunt reprezentate zonele de proiectie U.T.M. pentru teritoriul Europei. Pentru reprezentarea teritoriilor din România se utilizeaza zonele 34 si 35. În tabelul 4.1. sunt prezentate sistemele de proiectie utilizate în România si caracteristicile acestor proiectii.

Fig. 4.3. Împartirea Europei pe zone de proiectie U.T.M.

2. Proprietatile unui Data Frame

În continuare se va examina un set de date în diferite sisteme de proiectie.

• Deschideti aplicatia ArcCatalog si creati un nou director Lucrare_lab4 " în directorul cu numele grupei dvs. "Grupa_82xxx", creat în prima sedinta de laborator;
• Deschideti aplicatia ArcMap cu optiunea A new empty map.;
• În meniul File - New - butonul World - selectati Europe.mxt;
• Setati modul de lucru Data View;
• Salvati harta cu numele Europa.mxd în directorul Lucrare_lab4

• Clic dreapta pe numele Data Frame-ului si alegeti Properties
• Clic pe butonul Coordinate System; sunt afisate informatii referitoare la sistemul de coordinate curent. În acest meniu se pot schimba parametrii sistemului de proiectie (butonul Modify).

Atentie!

Sistemul de coordonate geografice este diferit de sistemul de proiectie! Prin sistemul de coordonate geografice se stabilesc originea si axele în raport cu care se determina coordonatele rectangulare ale punctelor. Prin sistemul de proiectie se stabilesc metodele prin care punctele de pe suprafata terestra sunt reprezentate pe o suprafata plana.

• Selectarea unui alt sistem de proiectie se realizeaza din fereastra Data Frame Properties - Coordinate System - Select a coordinate system.

• În fereastra Select coordinate system alegeti Predefined -> Projected Coordinate Systems -> Continental -> Europe     -> Europe Lambert Conformal Conic - clic OK. Observati modificarile!

Sistemul de coordonate este utilizat pentru reprezentarea coordonatelor X si Y pe reprezentarea plana a unei regiuni. Sistemele de coordonate sunt definite pentru un sistem de proiectie, pentru un elipsoid, un datum, o paralela si un meridian de referinta. Coordonatele geografice sunt afisate în partea de jos a ferestrei aplicatiei ArcMap.

3. Georeferentierea

Datele raster sunt obtinute de cele mai multe ori prin scanare, din fotografii sau imagini satelitare. Acestea nu contin informatii referitoare la referentierea geografica. Pentru a utiliza aceste seturi de date raster împreuna cu alte seturi de date geografice este necesara georeferentierea datelor, adica alocarea unui sistem de coordonate geografice. Sistemul de coordonate este definit pe baza unui sistem de proiectie.

Prin georeferentierea unui set de date raster se defineste localizarea teritoriului reprezentat de harta si alocarea unui sistem de coordonate. În urma aceste operatii datele geografice pot fi vizualizate, interogate si analizate împreuna cu alte seturi de date.

În aplicatia ArcCatalog copiati din C Data_07\igis1\Georef fisierul ex_georef.tif în directorul Lucrare_lab4;

Deschideti aplicatia ArcMap;

În proprietatile Data Frame-ului selectati Coordinate System - Select a coordinate system - Predefined - Projected Coordinate Systems - State Plane - NAD_1983_StatePlane_Colorado_Central_FIPS_0502;

Salvati harta cu numele harta4.mxd.

Alinierea datelor raster

În general georeferentierea se realizeaza pe baza datelor geografice existente în datele sursa, din care rezulta coordonatele dorite. Prin aceasta se presupune ca exista proprietati în seturile de date geografice vizibile în datele raster (de exemplu intersectii, colturi de cladiri). Procesul implica identificarea unui set de puncte de control cu coordonate cunoscute care fac legatura dintre localizarea datelor raster si localizarea datelor geografice georeferentiate (datele tinta). Punctele de control sunt utilizate prntru aplicarea unor trasformari polinomiale ale coordonatelor datelor raster în coordonatele corecte în sistemul de proiectie ales. Legatura dintre punctul de control din setul de date raster (punct "sursa") si punctul obtinut în datele rezultat (punct "tinta") se numeste conexiune. Numarul de conexiuni necesare depinde de complexitatea transformarilor polinomiale aplicate pentru obtinerea coordonaelor geografice. Cu toate acestea utilizarea mai multor puncte nu implica în mod necesar obtinerea unei înregistrari mai bune. Este recomandat ca punctele de control sa fie amplasate uniform pe suprafata reprezentata, nu concentrate într-o anumita zona. De obicei se aleg puncte în cele patru colturi ale imaginii.

Transformarea datelor raster

Dupa crearea unui numar suficient de conexiuni detele raster pot fi transformate într-un format caruia îi este asociat un sistem de coordonate. Numarul minim de conexiuni este trei, caz în care punctele sursa coincid cu punctele tinta. Daca se introduc mai mult de trei conexiuni apar erori distribuite tuturor conexiunilor. Se recomanda utilizarea a mai mult de patru conexiuni.

Fig. 4.4. Meniul procedurii de georeferentiere

Sistemul de coordonate în care datele raster vor fi georeferentiate este sistemul de coordonate setat pentru Data Frame-ul în care a fost adaugar layer-ul raster.

Pentru georeferentierea datelor raster se parcurg urmatoarele etape:

1. Adaugarea setului de date raster care urmeaza a fi georeferentiat;
2. Crearea punctelor de control care vor face legatura dintre punctele reprezentarii raster si puncte de coordonate date;
3. Salvarea datelor georeferentiate.

Pasii parcursi pentru realizarea acestor etape sunt:

Adaugarea layer-ului ca date raster care vor fi georeferentiate;

Adaugati layer-ul ex_georef.tif si salvatia harta cu numele harta4.mxd.

În lista layer-elor din aplicatia ArcMap se seteaza optiunea Zoom to Layer din meniul dechis prin clic dreapta pe numele layer-ului;

Deschiderea meniului de georeferentiere prin clic dreapta pe meniul de instumente si setarea optiunii Georeferencing;

În meniul de georeferentiere se alege (sau se verifica) layer-ul cu date raster (fig. 4.5., pct. 2);

Din lista optiunilor din meniul Georeferencing se seteaza Fit to Display: datele raster vor fi astfel afisate pe aceasi arie pe care va fi transpus layer-ul georeferentiat rezultat (fig. 4.5., pct. 1);

Se alege instrumentul pentru introducerea punctelor de control (fig. 4.5., pct. 3); de obicei punctele de control se aleg în zone usor de identificat si fixat - intersectii de grid, intersectii de drumuri, colturi de cladiri etc.)

Fig. 4.5. Instrumente ale meniului de georeferentiere

Pentru introducerea punctelor de control se pozitionaza mouse-ul pe un punct de coordonate, clic pentru introducerea punctului, si apoi înca un clic pentru stabilirea punctului în noul set de date raster; pentru introducerea coordonatelor în sistemul georeferentiat se poate proceda în doua moduri

a.      Coordonatele se editeaza direct în tabela cu coordonate (View Link Table);

b.      Coordonatele se introduc pentru fiecare punct în momentul setarii punctului de coordonate conoscute, prin clic dreapta pe imagine, în meniul Input X and Y;

Se introduc cel putin trei puncte de control pentru transformare de ordin 1, cel putin sase puncte pentru transformare de ordin 2 si cel putin zece puncte pentru transformare de ordin 3;

În layer-ul ex_georef.tif introduceti patru puncte de control cu coordonatele din fig. 4.6.

Eliminarea unei conexiuni eronate se realizeaza din tabela de coordonate prin selectare si Esc;

Fig. 4.6. Introducerea punctelor de control

Pentru examinarea erorilor transformarilor se deschide tabela cu coordonate (clic View Link Table - fig. 4.2., pct. 4);

Se seteaza optiunea Update Georeferencing pentru salvarea transformarilor din setul de date raster; prin aceasta setare se creaza un nou set de date raster cu acelasi nume ca fisierul initial si un fisier cu extensia *.aux în care sunt stocate informatiile referitoare la coordonatele georeferentiate.

Examinati în proprietatile layer-ului informatiile din meniul Source.

Salvati fisierul harta harta4.mxd;

Închideti aplicatiile ArcMap si ArcCatalog si Log Off!