1、 毕业设计 题 目 对地遥感图像地图投影程序 的设计与开发 学 院 信息科学与工程学院 专 业 通信工程 班 级 通信 1203 学 生 毕 * 学 号 20121221* 指导教师 刘 * 二一 六 年 六 月 六 日毕业设计 - I - 摘 要 地图投影技术是将地球椭球面投影到地图平面的技术，高斯 -克吕格地图投影方法是其中使用最广泛的一种投影方法，也是我国地图制图所使用的投影方法 。 因此，研究该投影技术具有实际意义 。 本设计的主要内容包括以下几个方面： 首先理解地图投影的原理、分类方法及各类方法的适用条件，其次， 掌握高斯克吕格地图投影的理论基础，研究该投影方法的电算 公式，推导基于
2、各种地球椭球模型的高斯克吕格地图投影的电算公式，利用程序开发语言编写电算公式的实现程序并选择 MATLAB 软件开发界面设计开发一个电算公式换算界面 ， 本文 细致描述了 基于 MATLAB GUI 图形界面开发技术的电 算公式计算软件的 制作过程 ， 并进行了 仿真 测试 ，无论在理论还是结果上都取得了满意的结果。 关键词 ： 地图投影 ； 遥感图像 ； 高斯 -克吕格 ； MATLAB 图形界面 毕业设计 - II - ABSTRACT Map projection technology is the earth ellipsoid which is used to map project
3、ion plane technology,Gauss - Kruger projection method is using a projection method and it is the most widely, projection method which also as Chinas cartography are used.So,the study of this projection technology has practical significance The main contents of this design include the following: firs
4、t understand the principle of map projection, classification method and the applicable conditions of the method, secondly, grasp the theoretical foundation of Gauss Kruger projection on the projection method, the formula and the inversion formula, calculation formula is derived based on the Gauss ea
5、rth ellipsoid model Kriging map projection, using programming language program and select the MATLAB software interface design and development of a computing formula calculation formula of interface, make a detailed description of the process of making MATLAB GUI graphical interface, and use the MAT
6、LAB software to make the simulation of success, satisfactory results are obtained. Whether in theory or in the. Key words： Map projection； Remote sensing image； Gauss - Krueger； MATLAB GUI 毕业设计 - III - 目 录 摘要 . . . . . .I ABSTRACT . . . .II 1 前言 . . . . .1 1.1 选题背景与 意义 . . . .1 1.2 研究现状 . . . . .1 1
7、.3 设计方案 . . . 2 2 地图投影 . . . . . . .3 2.1 地图投影概述 . .3 2.2 地图投影的分类 . . . .3 2.3 高斯克吕格正反算公式及其推导 . . .5 2.4 地球椭球模型 . . . . .8 3 电算公式 软件开发 . . . . . . . 10 3.1 MATLAB 简介 . . . . . 10 3.2 软件的界面设计 . . . . . . .10 3.2.1 GUI 的 启动 . . . . . . 10 3.2.2 界面的设计 . . . 12 3.2.3 各 控件属性 设置 . . . . . . 17 4 软件测试 . .
8、. . . . .22 4.1 电算公式界面 开发结果 . . . . .22 4.2 地图投影结果 . . . . . . . 24 结论 . . . . . . . .25 参考文献 . . . . . .26 致谢 . . . . .27 附录 . . . . . . . . . . . 28 毕业设计 - 1 - 1 前言 1.1 选题背景与意义 地图投影技术是将地球椭球面投影到地图平面的技术，高斯 -克吕格地图投影方法是其中使用最广泛的一种投影方法，也是我国地图制图所使用的投影方法。随着遥感技术的发展，遥感图像的地理编码也必须使用地图投影技术，因此，研究高斯克吕格投影方法对遥感图像的
9、应用具有实际意义。 1.2 研究现状 目前，国内外众多专家学者对这项技术进行了深入的 研究 ， 例如徐州师范大学的周兴东在文献一中利用遥感图像 技术 对 我国 土地的分类和利用 状况 进行了研究， 对遥感图像中的一些值比如光谱特征进行了分析，这样就可以识别用地信息， 这类方法 可以在 农村及城市的土地问题研究 中发挥应有的作用 ，具有很强的 现实 指导意义。重庆大学通信工程学院马大玮在文献二中 介绍了他所 设计 的 遥感图像传输系统， 这个系统主要是 将 压缩电路进行了规范化的设计 处理，利用此系统， 遥感飞机和地面以及卫星之间就可以实现 遥感图像的传输， 这类技术 在军用和民用领域得到了 广
10、泛的 认可和重视。湖南科技大学林剑在文献三的光谱学与光谱分析中利 用对地遥感图像 技术 对 我国土地覆盖多光谱特征进行了 研究 分析， 过程中 使用 到 了空间距离的分析方法， 从而 可以准确 的 反映 研究区域 土地的多光谱特征 ，对土地分析有着重要的作用 。北京大学遥感与地理信息系统研究所的陈超在文献四中利用高分辨率的遥感图像 分析光谱特征进而进行水上桥梁 图像 的提取，实验表明，这种方法能够 适应不同的复杂环境， 克服周围复杂 状况的影响 ，并且 能 够 达到一个比较高的精度。西安电子科技大学的刘德连， 在文献中对大气的遥感图像和大气效应的校正原理进行了分析，使用亮度聚类探测算法作为 基
11、础 ，在此之上 经过深入研究 得到了纹理分割的目标探测算法，可以 实现复杂地面背景中 目标 的 探测。中南大学的高光明教授利用遥感图像进而对地壳运动进行分析，在对 我国 许多地区的图像 进行 分析后，使用 对地 遥感技术总结出 了 地壳运动对地震的影响，并且总结出一系列 的 方法，可以在以后 我国及世界 地震的预测方面提供 所需的 帮助，为人类应对自然灾害 从而减小损失 做出 应有的 贡献。内蒙古大学的刘鹏涛使用遥感技术对中国北方 地区的 植被进行了研究， 其中特别研究了草地这种植被，利用高分辨率的遥感图像，可以实现 区域草地覆盖率的分析 和研究工作，利用这种 分析方法，可以全面的分析我国的
12、植被覆盖情况， 分析我国的植被所存在的问题， 进而对我国植被 的保护和 绿化工作做出贡献。北京航空航天大学教授李树楷利用 GPS 系统研究了对地的动态定位工作，在航空航天学中，对地面目标的准确定位一直是一项重要 而且非常 关键性的一个步骤，它是利用一种投影变换的公式，将测量到的目标点的数据投影到已建好的坐标系中，完成坐标的转换 ，进而实现对地面的动态定位工作 。毕业设计 - 2 - 北京化工大学的朱炜，深入研究了对地遥感图像中 提取 各种图像特征的方法，这种方法可以从已有的遥感图像中 按需并且 准确的提取出人们所需要的各种要素， 这样 不仅使最终 的 结果变得精确，而且使 图像特征提取的 整个
13、过程和方法变得简便易行。 1.3 设计方案 本设计的主要内容包括以下几个方面： 首先应该了解地图投影对于遥感图像地理编码的重要作用，理解地图投影的原理、分类方法及各类方法的适用条件，其次，掌握高斯克吕格地图投影的理论基础，研究该投影方法的 电算 公式，推导基于各种地球椭球模型的高斯克吕格地图投影的电算公式，然后，利用程序开发语言编写电算公式的实现程序并选择一种界面开发软件设计开发一个电算公式换算界面，最后对所开发的程序和界面进行测试和验证。 毕业设计 - 3 - 2 地图投影 2.1 地图投影概述 所谓的地图投影，简单地说就是将椭球模型上的距离，方位和 坐标等元素，按照一定的数学规则将它 投影
14、到平面上，这种专门研究地图投影问题的学科称之为地图投影学。 这里所用的数学法则，总的来说可以用以下的两个方程式加以概括： = 1(,) = 2(,)(2.1) 该式中， L 和 B是椭球模型上的大地坐标， 和 则是投影平面上的直角坐标。该式 表示了椭球面上一点通过特定的投影方式将其投影到 相应的直角坐标系上的坐标换算关系式， 1和 2叫做投影函数。由此 我们可以看出，地图投影的主要研究内容是探讨研究者所用的研究方法与 所用的椭球模型上的元素和投影平面坐标相应元素之间关系的解析式。投影的方法以及种类有很多，不同的方法其投影的基本原理是相同的，只是他们的投影函数即 1和 2不相同，下面我们将介绍不
15、同的地图投影方法。 2.2 地图投影的分类 地图投影的分类方法 有很多种 ，这里 只对其中常用的几种作简要介绍 。 1.按投影变形的性质分类 1）等角投影 等角投影，顾名思义，这种投影方法就是能够保证投影前后图像的角度不变形，即，在进行等角投影的过程中，微分圆的投影结果仍是微分圆，投影前和投影后具有微小圆形上的相似性，投影的长度之比和它的方向没有关系，即投影图像的某点的长度比是一个不变的定值。正因为如此，也把等角投影称作正形投影。 2）等积投影 由 名字可知，这种投影 就 是要求 在 投影前后的图像面积保持不变。 3）任意投影 这种类型的投影是最后的结果是既不等角， 也不等积，这种投影方法比较
16、多，在实际中应用也比较广泛。其中，在 某一个方向 上保持它的 长度比是 1，这种 就 称 其 为等距离投影。 2.按经纬网的投影形状分类 在这个分类方法中，是按照正轴投影图像的经纬网形状来划分，采用投影面的名称来命名。 1）方位投影 取一个与椭球极点相切的平面 ， 将椭球极点附近范围内的区域投影到这个与极点相切的平面上，纬线在 进行 投影之后 是圆形 ，它们都以极点为圆心，经线在投影之后毕业设计 - 4 - 是它的向径，并且经线的交角不变。 方位投影 的 直角坐标公式为 s in,cos yx (2.2) 式中： ( ), ,f B L,BL是球面极坐标。 方位投影的变形公式为 垂直圈长度比
17、1 dRdB(2.3) 等高圈长度比 2 sinRB (2.4) 面积比 21P (2.5) 最大角度变形 21122sin (2.6) 由上面的公式可以看出 不同方位投影 之间 的区别。 2）圆锥投影 取一个 圆锥面，使其 和椭球的某条纬线相切，将纬圈附近的这片区域投影到圆锥面上，然后再将 投影后的 圆锥面沿着 它的 某一条经线剪开，使之成为平面。在这个投影中，纬线 在 投影 后会 成为同心圆，经线 投影后 则成为这些同心圆的半径 ，并且经差与 经线交角 的 比例 是一定的 。 圆锥投影的直角坐标公式为 s in,c o s yx s (2.7) 式中： alBf ),( 圆锥投影的变形公式
18、为 nm nmmnPranM d Bdm 2s in, (2.8) 在圆锥投影中最小纬线的长度比为 000 sinBamn (2.9) 而最小纬线 0B 的纬线投影半径为 0000 ctgBNm (2.10) 3）圆柱投影 毕业设计 - 5 - 取一个与椭球赤道相切的圆柱，将赤道附近的这片区域投影到与赤道相切的圆柱面上 ，之后将这个圆柱面的 沿某条线剪开使之 成为平面，在这个投影中， 纬线 在 投影后 成为一组相对于赤道对称的平行线；经线 在投影后也会成为 一组平行线，且与纬线投影后所成的平行线是 垂直 的 。 圆柱投影的直角坐标公式为 ClyBfx ),( (2.11) 圆柱投影的变形公式为
19、 rcnMdBdxm , (2.12) nm nmmnP 2s in, (2.13) 2.3 高斯 -克吕格投影正反算公式及其推导 图 2.1 高斯投影假想图 高斯 克吕格 (Gauss-Kruger)投影是等角横切椭圆柱投影。如上图所示，假想在地球椭球体外面横套一个 椭圆柱，并且使这个椭圆柱与某一条子午线相切，这条子午线就称之为中央子午线或轴子午线，椭球体的中心在椭圆柱的中心线上，然后使用高斯克吕格投影的方法，以中央子午线为中心，将两侧一定经差范围内的部分区域投影到外套的椭圆柱面上，再将这个圆柱面展开就成为了我们想要的投影面。 我国规定按照经差 6和 3两种规格进行投影分带 ,在为大比例尺进
20、行测图和进行工程测量时通常采用 3带投影，在一些特定的情况下，工程测量时也会采用 1.5带或者任意带。一般情况下，为了测量以及实验结果的通用性，需要和国家的 6带和 3带联系起来。 高斯投影 6带，从 0 度子午线开始算起，每隔 6经差自西向东分带， 1， 2， 3依次编号，我国使用投影 6带的高斯投影的 中央子午线 经度，由 69开始每隔 6至 135，一共有 12 带，带号使用 n表示， L0用来表示中央子午线的经度，两者的关系为 L0=6n-3。如图所示 高斯投影 3带， 3带投影是以 6带为基础形成的，它的中央子午线的其中一部分毕业设计 - 6 - 带 （其中的单数带） 和 6带的中央
21、子午线相重合，而另外一部分带 （其中的偶数带）和 6带的分界子午线相重合。 3带的带号用 n表示， 3带的中央子午线经度用 L表示，两者之间的关系是 L=3n，如图所示 图 2.2 6 度带与 3 度带 在这个投影面上，赤道和中央子午线在投影之后成为直线，坐标原点 O 是中央子午线和赤道的交点，纵坐标轴是中央子午 线的投影，横坐标轴是赤道的投影，这样就形成了高斯平面直角坐标系。 高斯投影是正形投影，这样就可以保证投影角度前后保持不变，前后图形保持较高的相似度，任意一点各方向上的长度比具有同一性。高斯投影 使用了相同法则的分带投影，这样不仅限制了长度的变形，还可以使得在计算变形引起的各项改正数时
22、公式和表达式尽可能简洁。种种优点使得高斯投影得到了广泛的推广。 高斯 -克吕格投影 需要满足下面三个条件： 1、 经纬线投影后是相对于中央经线对称的曲线 ； 2、 投影前后没有角度变形 ； 3、 投影 前 后 中央经线的 长度 保持 不变。 高斯投影的公式 ： 已知 椭球面上 一点的大地坐标 是 (L,B),其中 ， L 表示经度， B表示纬度 ， 在进行高斯投影 的时候， 为 了 减小长度 上的 变形， 投影 是在分带内进行 的 ， 这里的分带就是我们前面说的 6 度带或 3 度带，所有投影都 是在每 一 个分带内相对于 此 分带 的 中央 子午线和赤道 线进行的，其中 每个 分带 的中央子午线叫做投影带的中央子午线，如果它的 经度 是 0l ，那么在 正算公式 计算过程中使用的经度值是 相对于 0l 的经度差，即 0lLl （ 2.14) 如果 以 6 度带为例 ，那么它的计算方法是
