為紙本地圖進行空間對位

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大部分的 GIS 專案都會需要對某些影像進行「 空間對位 （Georeferencing） 」，也就是說要為影像的每個像素指定它在世界上的地理空間座標。在許多的情況下，這些座標是透過野外調查收集而來，例如說用 GPS 裝置定位那些易於辨識的地標。但有的時候，例如說如果你要使用的是某地圖的數位化掃描檔，你也可以藉由地圖上的一些標記來蒐集空間座標。一旦我們有了這些採樣的座標點或地面控制點 (Ground Control Points)，這些影像就可以用給定的座標系統來投影繪製。在本章節中，我們會討論相關的概念、作法與 QGIS 提供的工具，以達成高準確度空間對位的目標。

內容說明

我們要為一份 1870 年的南印地圖掃描檔，以 QGIS 進行空間對位。

你還會學到這些

  • 如何判斷老地圖的大地座標（Datum）與座標系統（Coordinate System）

取得資料

Hipkiss’s Scanned Old Maps 網站蒐集了不少版權過期的老地圖掃描檔，非常適合用在研究上。

這邊可以下載儲存 1870 年的南印度地圖 的 JPG 檔。

為了方便起見，你也可以直接用下面的連結下載：

1870_southern_india.jpg

操作流程

1. Georeferencing in QGIS is done via the ‘Georeferencer GDAL’ plugin. This is a core plugin - meaning it is already part of your QGIS installation. You just need to enable it. Go to Plugins ‣ Manage and Install Plugins and enable the Georeferencer GDAL plugin in the Installed tab. See 使用附加元件 for more details on how to work with plugins.

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  1. 附加元件會放到「影像」的選單內，因此要到 影像 ‣ 空間對位 ‣ 空間對位 開啟它。

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  1. 此附加元件視窗有上下 2 個部分，上半部是影像顯示區，下半部則會以表格方式呈現所有的地面控制點。

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  1. 現在就來開啟我們的 JPG 影像。選擇 檔案 ‣ Open Raster，然後找到剛才下載的地圖掃描檔，按下 開啟舊檔。

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  1. 接下來，程式會要你選擇參考座標系統 (CRS)，以指定控制點的投影法和大地座標系統。如果你的控制點是透過 GPS 收集的，可以選 WGS84 座標系統；而在本例的情況下，控制點要直接在地圖掃描檔上取得，所以我們要先看一下地圖的文字敘述。本地圖的座標是經緯度，不過並沒有標示任何的大地座標系統資訊，所以我們得自己假設一個才行。因為此地圖是年代久遠的印度地圖，我們可以猜測它是使用 Everest 1830 大地座標系統，這應該會有不錯的結果。

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  1. 現在影像已經被載到螢幕上半部了。

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  1. 可以使用工具列的放大/平移功能觀察一下地圖的細節。

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  1. 現在我們要為圖上的某些點指定座標了。仔細觀察後，可以發現本地圖具有標示經緯度的格線，所以我們可以確定在格線交叉點的 X 和 Y 座標。接著按下工具列上的 Add Point 鈕。

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  1. 在跳出的視窗中輸入此點的座標，記得 X 是經度，Y 是緯度。完成後按下 確定。

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  1. 這下子，下半部的地面控制點表格會新增一欄你剛剛選的地面控制點。

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  1. 使用相同的操作方法，為整張圖加入至少 4 個地面控制點。控制點越多，影像可以越精確的對齊地理空間座標。

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  1. 當你收集到足夠多的點後，按下 設定 -> Transformation settings。

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  1. 在 影像轉換設定 視窗中，Transformation type 選擇 薄板曲線法（Thin plate spline）。輸出影像命名為 1870_southern_india_modified.tif 。Target SRS 可選擇 EPSG:4326 ，這樣一來產生的影像就會投影在此廣泛使用的大地座標系統上。確認 處理完畢後載入QGIS中 是否以勾選，最後按下 確定。

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  1. 回到 空間對位 的視窗中，點選 檔案 ‣ Start georeferencing，程式就會開始使用控制點轉換影像，投影到新的座標系統上。

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  1. 處理程式結束後，已經過空間對位修正的圖層會被載入到 QGIS 中。

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  1. 空間對位的操作到此完成。如同以往，讓我們好好檢查一下本操作是否準確。請試著從可信的來源（例如 Natural Earth 資料庫）尋找並讀取含有國家邊界的 shapefile，然後跟我們的結果比對一下。你可以看到，他們基本上對應得相當良好，不過仍然有一點小誤差。如要減少這些誤差，可以增加更多控制點、修改空間對位的參數，或是換另一個猜測的大地座標系統來試試。

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