投影的操作

地圖的投影法,也稱之為座標參考系統 (CRS),在處理 GIS 資料時常常是問題的來源。把它的概念與操作方法弄清楚,可以讓你的 GIS 之路輕鬆得多。本教學會說明在 QGIS 中,投影法是怎麼運作的,然後我們也會介紹一些針對向量檔和網格影像檔調整投影的工具,比較重要的像是重新投影向量和影像資料、開啟即時 CRS 轉換,以及指派 CRS 給那些沒有內建投影法的資料。

內容說明

在這裡我們要把使用不同投影法的圖層,在 QGIS 中重新投影後再疊圖。

你還會學到這些

  • 使用 .tfw 檔對網格式影像進行空間對位(Georeference)

  • 在圖層中選取部分特徵,另存成新圖層

  • 在 QGIS 中查看詮釋資料(Metadata)

取得資料

Natural Earth 上有 Admin 0 - Countries 國家邊界資料,這邊 可以下載。

另外還有 英國地形測量局 (Ordnance Survey) 提供的開放圖資,可下載大不列顛島的 小比例尺網格影像資料,然後解壓到你的電腦中。

註解

要取得英國地形測量局的資料,必須要輸入一些個人資料以註冊取得。

為了方便起見,你也可以直接用下面的連結下載:

ne_10m_admin_0_countries.zip

minisc_gb.zip (只包含本教學需要的檔案)

資料來源 [NATURALEARTH] [OSOPENDATA]

操作流程

  1. 打開 QGIS,選擇 圖層 ‣ 加入向量圖層

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  1. 選擇 ne_10m_admin_0_countries.zip 並按下 確定

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  1. 在 QGIS 視窗的底部有個 座標 欄位,在移動滑鼠時,它會即時顯示目前區域的 X 和 Y 座標。另外在右下角還有一個寫著 EPSG:4326 的地方,這個就是本專案的 CRS (投影法)。

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  1. 我們之後會看到,圖層本身的 CRS 未必會跟專案的 CRS 相同。如果要看某個圖層使用的投影法,要到詮釋資料中尋找。在 ne_10m_admin_0_countries 上按右鍵,選擇 屬性

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  1. 圖層屬性 視窗中切換到 詮釋資料 分頁,展開 屬性 欄位,在欄位最下面的 圖層的空間參考系統 一行就可以看到本圖層的指定投影法,它以 PROJ.4 格式標記。

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  1. 現在就來看看要怎麼更改圖層的投影。這個步驟通常稱為 重新投影,可以針對整個圖層或是只對圖層上的某些圖徵進行操作。接下來我們使用 依區域或點擊選擇圖徵 按鈕,選擇美國的圖徵。

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  1. ne_10m_admin_0_countries 圖層上按右鍵然後選擇 存檔為...

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  1. 儲存向量圖層為... 的視窗中,把輸出檔命名為 united_states.shp,然後勾選 儲存僅選取的圖徵,這樣就能確保只有選擇的圖徵會被重新投影後輸出。接下來我們點選 選取 CRS 鈕,為這個圖徵選擇新的投影法。

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  1. 選擇座標參考系統 視窗中的 過濾條件 欄位輸入 north america,在底下稍微捲動一下,找到並選取 North_America_Albers_Equal_Area_Conic (EPSG:102008),然後按下確定

註解

這裡選擇 Albers Equal Area Conic 投影的原因是它常常被用在各種美國的主題地圖上。實務上地圖投影法的選擇與製作地圖的目的息息相關。如想知道投影法的更多資訊可參考這裡

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  1. 回到剛才的 儲存向量圖層為... 視窗,此時新的 CRS 已經選取了。按下確定

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  1. 當這個重投影的圖層載入到 QGIS 中時,你會發現就算這兩個圖層的投影法不同, 美國 還是位於與 ne_10m_admin_0_countries 完全相同的位置上。這是因為 QGIS 中有個稱為「即時 CRS 轉換」的功能,你會看到 QGIS 視窗右下角的投影欄,在 EPSG:4326` 旁邊多了 OTF 的字樣,讓我們來稍微了解一下這個東西。

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  1. 選擇 設定 ‣ 選項

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  1. 選項 視窗中切換到 CRS 分頁,你可以看到有個預設值是 如果圖層之間有不同的CRS,自動啟用即時座標投影轉換。這是說當 QGIS 偵測到讀入的圖層跟已經存在的圖層有不同的 CRS 時,它會自動把新圖曾以舊圖層的投影法重新投影,這樣他們就可以在正確的座標下自動對齊。按下 確定

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  1. 來關掉即時CRS轉換看會發生什麼事。點選視窗右下角的 現在的CRS 鈕,

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  1. 專案屬性 視窗中,取消 開啟即時CRS轉換 的勾選,然後按下確定

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  1. 回到 QGIS 視窗中會看到剛才漂亮的世界地圖不見了!這是因為目前的專案 CRS 已經變成 North_America_Albers_Equal_Area_Conic,兩個圖層的座標和比例尺現在都不同了。右鍵點選 united_states 圖層,然後選擇 縮放到圖層範圍

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  1. 現在就可以看到美國以選擇的投影法呈現出來了。注意 ne_10m_admin_0_countries 圖層完全沒有顯示在畫面中,因為它和 united_states 圖層佔據了完全不同的座標。現在請回到 專案屬性 視窗中把 開啟即時CRS轉換 再度打開,本教學接下來都會在此模式下操作。

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  1. 現在我們要切換到另一個地方,然後再加入一個影像圖層到專案中。找到先前的 minisc_gb.zip 然後把它解壓縮,內有一個稱為 RGB_TIF_COMPRESSED 的資料夾。你會發現內含的 .tif 圖片就只是 TIF 圖片,而不像 GeoTIFF 圖片般會含有投影資訊。如果我們想要在 GIS 系統中使用這張圖片,必須要先進行「空間對位」才行。空間對位檔案含有 2 種參數設置:影像的涵蓋範圍,或是投影方法。一般來說,影像涵蓋範圍的空間對位檔案,附檔名會是 .tfw.jgw,通常我們會把它叫做 World file。大部分的 GIS 軟體如 QGIS 都可以讀取 World file 內儲存的地理空間資訊,並把他套用在相同資料夾下、相同主檔名的影像檔上。這張影像的 .tfw 檔案目前存在叫做 georeferencing_files 的資料夾內。

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  1. 進入 georeferencing_files 內的 ESRI_TFW_FILES 資料夾,.tfw 檔案實際上是純文字檔,所以請用文字編輯器打開任一個 .tfw 檔看看。

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  1. World file 總共會有 6 行,每行都是數字。就如以下的說明所示,每行其實都是某個有關於影像檔的資訊。此格式相當有用,因為有時候有些檔案會沒有 world file,你必須要依照所知的資料,自己建立對應的 world file 才行。

Line 1: A: pixel size in the x-direction in map units/pixel
Line 2: D: rotation about y-axis
Line 3: B: rotation about x-axis
Line 4: E: pixel size in the y-direction in map units
Line 5: C: x-coordinate of the center of the upper left pixel
Line 6: F: y-coordinate of the center of the upper left pixel
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  1. georeferencing_files 資料夾內複製 MiniScale_(standard)_R17.tfwRGB_TIF_COMPRESSED 底下,把 .tfw.tif 檔擺在相同目錄,以供 QGIS 辨識。

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  1. 在 QGIS 中選擇 圖層 ‣ 加入圖層 ‣ 加入影像圖層,選擇 MiniScale_(standard)_R17.tif 然後按 開啟

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  1. 英國地形測量局使用的是 British National Grid 投影法。在 選擇座標參考系統 視窗中,搜尋 british national 然後選擇 OSGB 1936 / British National Grid (EPSG:27700) 這個 CRS,最後按下 確定

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  1. MiniScale_(standard)_R17 圖層載入後,以右鍵點選,選擇 縮放到圖層範圍

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  1. 最後我們就可以看到此圖層已經疊到 ne_10m_admin_0_countries 向量圖層之上了。因為我們已經啟用 OTF 模式而且把 CRS 設成 EPSG:4326,MiniScale_(standard)_R17 圖層會自動重新投影到 EPSG:4326,使用與其它圖層相同的座標系統顯示在畫面中。

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