基于World文件的数字正射影像图坐标转换.doc

基于World文件的数字正射影像图坐标转换 李自力1,李岩2 （1.连云港市国土资源信息中心，江苏 连云港 222001; 2.江苏苏信测绘有限公司，江苏 东海 223142） 摘要：在遥感应用中, 常常需要将数字正射影像图(以下简称DOM)的空间信息转换到其他坐标系中。如果针对DOM本身进行坐标变换，不仅计算时间慢而且需要额外的存储空间。本文通过常用二维平面坐标转换模型以及DOM所匹配的坐标信息World文件的分析, 推导出DOM坐标转换的计算公式,可以方便快速地实现DOM的坐标转换, 将DOM的空间信息转换到不同坐标系下。 关键词：World文件；坐标转换；仿射变换；DOM 0 引言 随着国土资源事业的发展，各城市DOM的数据量也呈几何级数递增，形成海量DOM数据。例如连云港市市区就形成了城乡一体化现代地籍建设工程时期1:2000DOM一套，第二次全国土地调查时期1:2000DOM、1:5000DOM各一套，近几年每年还会形成卫片执法检查卫星遥感影像一套。这些影像数据总数据量在数百G左右。DOM数据在生产时，一般是按照某一特定坐标系制作的，例如城乡一体化现代地籍建设工程时期1:2000DOM的坐标系为2002连云港54坐标系，而二调影像的坐标系则统一为西安80坐标系。一座城市又往往存在着多种坐标系，连云港市市区除了上述两种坐标系，还有57城市地方坐标系、95城建坐标系等[1]。在遥感应用中, 常常需要将DOM的空间信息转换到其他坐标系中。如果针对DOM本身进行坐标变换，不仅计算时间慢而且需要额外的存储空间来存放坐标转换后的DOM文件。因此，需要寻找一种方便快速且占用存储空间较小的影像坐标转换方法，将DOM的空间信息转换到不同坐标系下。 1 二维平面坐标转换模型 二维平面坐标转换常用的模型有平移、相似、仿射变换以及多项式变换等。其中应用比较广泛的转换模型为仿射变换。从坐标系xOy到目标坐标系xOy的仿射变换模型矩阵形式为： （1） 用代数式表示为： （2） 其中（x,y）为转换前的同名点坐标，(x,y’)为转换后的同名点坐标，A、D分别为x、y方向上的伸缩比例，B、D分别为x轴、y轴上的旋转系数，C、F分别为x、y方向上的平移参数。 2 World文件的定义 DOM产品生产中,客户要求提供的成果除了按一定规格裁切的影像数据外, 一般同时还要提供与影像匹配的坐标信息文件。对于没有影像坐标信息文件的栅格影像,用软件打开后只有影像的行和列信息。为了表现影像行列代表的实地位置,就需要建立起影像坐标即每一像元的行列号和实际坐标的转换关系。影像坐标信息文件的格式很多,许多软件都有其自定义的格式,其中，World文件就是最常用的一种影像坐标信息文件[2], ArcGIS、MicroStation、ERDAS和AutoCAD等著名软件均支持该格式的坐标信息文件。我们可以在一些商用软件的用户指南中查阅World文件的定义和说明,它们的定义都是一致的。 World文件为ASCII码文本文件,用任何文本编辑器都可以进行创建和编辑。一个典型的World文件一般由六行数字组成，代表六个参数，内容如下： 第一行：A，像素在x方向上的地面分辨率 第二行：D，像素在y轴上的旋转系数 第三行：B，像素在x轴上的旋转系数 第四行：E，像素在y方向上的地面分辨率取反 第五行：C，影像左上角像素中心x坐标 第六行：F，影像左上角像素中心y坐标 软件在读取World文件时,就会进行影像像素坐标(行号和列号)到实际直角坐标的转换。这种平面坐标的转换实际上是进行了一个六参数的仿射变换,公式如下: （3） 式中, x为像素对应的平面坐标x (东西向) , y为像素对应的平面坐标y (南北向) , x为影像像素列号, y为影像像素行号。 “E为像素在y方向上的地面分辨率取反”是因为影像像素坐标系原点与直角坐标系的原点是不同的。影像像素坐标系的原点位于左上角, 而直角坐标系的原点位于左下角, 因此影像的行号从原点向下递增,而相应的直角坐标系y坐标是从原点向上递增。 3 坐标转换思路分析。 假设DOM文件的像素坐标系为xOy，该影像生产时采用的平面坐标系为xOy，欲转换到新的平面坐标系为xOy。则该影像从像素坐标系xOy到目标坐标系xOy的坐标转换实际上是分为两次仿射变换的过程。第一次仿射变换，由像素坐标系xOy转换为平面坐标系xOy；第二次仿射变换，由平面坐标系xOy转换为平面坐标系xOy。因此，只需要求出从像素坐标系xOy到平面坐标系xOy的转换参数，然后改写该幅影像的坐标信息World文件，这样，修改后的坐标信息World文