【GIS操作】使用ArcGIS Pro进行海图的地理配准（附：墨卡托投影对比解析）

一、应用场景

地理配准是数字化之前必须进行的一项工作。扫描得到的地图数据通常不包含空间参考信息，需要通过具有较高位置精度的控制点将这些数据匹配到用户指定的地理坐标系中，使其具有正确的空间位置信息。

二、墨卡托投影

海图的地理配准需要使用墨卡托投影，这里区分一下几大墨卡托类型。

1、知识点

正轴墨卡托投影
轴向：竖轴等角切圆柱投影，地球的旋转轴与圆柱体平行。
特点：经线和纬线都是平行直线，且相交成直角，经线间隔相等，纬线间隔从基准纬线向两极逐渐增大。
适用场景：常用于航海图和航空图，因为循着正轴墨卡托投影图上两点间的直线航行，方向不变可以一直到达目的地。
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横轴墨卡托投影
轴向：横轴等角切圆柱投影，地球的旋转轴与圆柱体垂直。
特点：中央经线为直线且为投影的对称轴，角度无变形，面积变形较小。
适用场景：广泛应用于地形测绘和近海测绘。
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通用横轴墨卡托投影（UTM）
轴向：横轴等角割圆柱投影，地球的旋转轴与圆柱体垂直。
特点：中央经线比例因子为0.9996，两条割线就是等高圈，在等高圈以内的长度形变为负值，在等高圈以外的长度形变为正值，等高圈上没有形变。
适用场景：广泛用于地形图、卫星影像和自然资源数据库。
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Web墨卡托投影
轴向：伪墨卡托投影
特点：Web墨卡托投影是墨卡托投影的特例，采用了球体进行投影，便于计算机计算，保证了其为正方形。
适用场景：广泛应用于网络地图服务，如谷歌地图、百度地图等。

2、Arcgis中的坐标系选择

（1）正轴墨卡托投影：选择【Mercator（world）】，范围为（-180，180）（-90，90）全球。

（2）横轴墨卡托投影 （TM） ：国外通常将***高斯克吕格投影和横轴墨卡托投影等同***， esri文档中，认为二者一致。因此坐标选择【Gauss Kruger】系列即可。

但在定义上，二者略有差别： （知道就行，用的时候没差）

关于高斯克吕格投影与横轴墨卡托投影的区别：
1、球面投影下，虽然公式推导方法不同，但是公式一致，在计算结果层面，可以认为是同一个投影。
2、椭球面投影下，完全不一样，意义不一致，推导过程不一致，公式不一致，计算结果差距很小（几毫米差距1）。不能认为是同一种投影

参考链接：高斯克吕格投影与墨卡托投影（通用横轴墨卡托、web墨卡托等）

（3）通用横轴墨卡托投影（UTM）：Arcgis坐标系中选择检索【UTM】，有单独的一个标签列，可以选择区域和带号.

（4）Web墨卡托投影： 很常见，不赘述，【WGS 1984 Web Mercator (auxiliary sphere)】

三、操作步骤

1、数据转换

我的地图的原始格式为 .pdf ，可以使用【格式工厂】or【Adobe Illustrator】将其转换为图片格式（因为Arcgis只能加载图片数据），转换完成后的到 .jpeg格式 的数据。

2、数据加载

新建工程，添加数据，选择需要配准的图片数据加载到地图。

新加载的数据没有空间信息，加载后选择【缩放至图层】，地图会自动定位到经纬度为（0，0）的坐标系原点。首先需要对其进行投影处理。

3、栅格投影

对于栅格数据而言，使用工具为【数据管理工具】-【投影和变换】-【栅格】-【投影栅格】。

输入栅格报错： 因为原图像无坐标系，会报错，这里随便定义一个坐标系就行，定义后报错就消失了，也不影响结果和原数据（不知道是不是个小bug）。

这里顺便修改一下图像格式为 .tif ，一个小细节为：生成tif文件需要储存到文件夹中，如果默认存在地理数据库中是不能保留扩展名的。

输出坐标系我们定义为【墨卡托投影】。由于海图为 竖轴投影 ，因此坐标系选择为【Mercator（world）】。

完成栅格投影后数据格式为tif，也有了对应了空间坐标系，但是此时其位置依然在坐标系原点。下一步进行地理配准。

4、地理配准

点击地理配准工具条，添加控制点，在地图上选择 格网交点 作为控制点的起点，缩放地图到对应的位置，以交点对应的 坐标 作为控制点的终点。

在缩放地图时候，若地图下方坐标系单位为m，则点击箭头，将其转换为度分秒即可。

选择终点时候，在地图上 右击鼠标 ，弹出目标坐标弹框，直接输入目标终点的经纬度，就不需要手动点选位置了！！

（这一点很方便之前我就傻乎乎的用手点QAQ）

重复以上选取控制点的步骤，我这里默认使用【一阶多项式（仿射）】三个控制点即可。不同变换方法要求的控制点数量不一致。

若当你打开【自动应用】按钮，完成一个控制点选择时候，图像就会跟着这个控制点移动。图形上经纬度准确，一般来说选择两个对角的控制点就可以基本配到正确的位置。

完成配准后一定要点击【保存】按钮，再点击【关闭地理配准】，这样才会将正确位置保留到新的图像中。（没保存成功就只能重复再来一遍了。。。）

保存后重新打开tif文件，即发现图像已经到了正确的位置上。就可以进行后续应用啦。