1、產品說明 分析和可視化地理信息 繪圖工具箱提供的工具和實用程序，用于分析地理數據和創建地圖顯示。您可以從Shapefile文件，GeoTIFF格式，SDTS DEM和其他格式的文件導入矢量和柵格數據，以及從網絡地圖服務（WMS）服務器導入基于Web的數據。該工具箱可以讓你通過子集，修剪，交叉，調整空間分辨率并采用其他方法定制導入的數據。地理數據可以在一個單一的地圖顯示中合并基礎地圖層和多個資源。關于所有的主要特性的函數級別的訪問權限，可以在您的地理信息工作流程中自動化頻繁的工作。主要特點 從標準的格式和具體數據產品，導入和導出矢量和柵格數據從網絡地圖服務（WMS）服務器數據檢索，為定制地理數據

2、集和相關的元數據。數字地形高程模型分析功能，包括輪廓，梯度，視距和視域的計算 幾何大地測量，包括距離和面積計算，3D坐標變換，以及超過65地圖投影 實用工具轉換單元，調整空間分辨率，包裝經度和管理空間參考圖像和柵格數據 2D和3D地圖顯示，定制和交互1. 創建一個世界地圖 空間數據是指描述位置，形狀和空間關系的數據。地理空間數據是空間數據在某種程度上是地理參照，或綁在特定的位置，在一顆行星的下表面或上表面。 地理空間數據浩繁，復雜，加工難度大。繪圖工具箱函數處理許多加載和顯示數據的細節，以及內置數據結構便于數據的存儲。不過，你知道你的數據和工具箱的功能越多，你可以追求更有趣的應用程序，而且你的

3、結果將更有用，給你和其他人。1.1 函數worldmap函數worldmap自動選擇一個合理的選擇為你的地圖投影和坐標的限制。在這種情況下，選擇了羅賓遜投影，中心位于本初子午線和赤道（緯度0°，經度0°）。 如果世界地圖鍵入不帶參數，會出現一個列表框，從中可以選擇一個國家，大陸或地區。世界地圖功能，然后產生適當的投影和地圖限制的地圖坐標軸。1.2 查看文件whos -file導入低分辨率世界海岸線，一組離散的頂點，在給定的順序連接時，接近大陸，主要島嶼和內陸海的海岸線。頂點的經度和緯度都存儲作為MATLAB矢量的MAT文件。首先，列出的文件中的變量：1.3 加載并繪制海岸線

4、該plotm函數是地理的等同于MATLAB的繪圖功能。它接受經緯度的坐標，通過指定的地圖投影轉換它們為x和y，并在圖中坐標軸上顯示。在這個例子中，worldmap指定該投影。1.4 分隔并顯示241個多邊形注意全球海岸線如何形成鮮明的多邊形，即使只提供單一矢量的經度和相應的緯度。像這樣分為獨立的部分顯示，因為在矢量經度和緯度，各種海岸線的頂點連接在一起，而被孤立的NaN值的元素分開。換句話說，“NaN的分隔符”隱式劃分的每個矢量分成多個部分。緯度和經度包括“NaN的終止子”作為分隔符，顯示出在海岸數據集被組織成精確地241個多邊形。輸入以下代碼來分隔你的數據到其NaN-separated部分:

5、1.5 畫出歐洲地圖區域現在創造一個新的地圖坐標軸用于繪制歐洲的數據，這時候指定一個返回參數：對于世界地圖，worldmap選擇了一個偽圓柱羅賓遜投影。對歐洲來說，它選擇了一個等距圓錐投影。你怎么分辨世界地圖正在使用哪個投影？ 當您為worldmap指定一個返回參數和其他一些畫圖函數，圖中的坐標軸的句柄（例如，h）被返回。其上顯示的地圖數據的軸對象被稱為地圖坐標軸。除了常見的任何MATLAB的軸對象的圖形性能，地圖坐標軸對象包含覆蓋地圖投影類型，投影參數，地圖的限制等其他特性。getm和SETM函數和其他函數允許你訪問和修改這些屬性。1.6 使用getm查看屬性1.7 使用geoshow顯示文

6、件內容將數據添加到歐洲地圖使用geoshow函數導入和顯示多個在toolbox/map/mapdata文件夾下的shapefile文件：1.8 顯示文本信息2. 什么是地圖？ 繪圖工具箱軟件操作電子形式的地理數據。它可以讓你以各種形式和各種目的，導入，創造，使用，和展現地理數據。在數字網絡時代，這是很容易想到地理空間數據作為地圖和地圖作為數據，但你應該注意這些概念之間的差別。 最簡單的（盡管可能不是最普通）的地圖定義為地理數據的表示。今天，大多數人普遍認為地圖是二維的；不過，古埃及人，地圖先以地名列表的形式出現，當沿著給定的道路時他們為了記錄可能遇到的下一個地名。今天，這樣的列表將被視為地圖數

7、據，而不是作為一個地圖。當大多數人聽到“地圖”，這個詞，他們往往認為是形象化的二維圖，如印刷的公路，政治和地形圖，但即使教室的地球儀和計算機圖形模擬飛行場景在這個定義下都是地圖。在這個工具箱中，地圖數據的任何變量或變量集，代表在地球表面的一套地理位置，一個地區的特性或功能，無論變量的數據是多么龐大或復雜，或它是怎樣的格式。這樣的數據可以以多種形式呈現為地圖，使用所提供的方法和用戶界面。3. 什么是地理空間數據？ 地理空間數據以多種形式和格式，其結構比片狀或者甚至非地理幾何數據更復雜。它是，實際上，空間數據的子集，這僅僅是數據，表示事物在一個給定的坐標系內。在公路上的里程碑，汽車部件的工程圖，以

8、及建筑物高度描繪圖都有坐標系統，并且當正確量化（數字化）時可以被表示為空間數據。這樣的坐標系，然而，是局部而不是明確地綁定或定向到地球表面上的;因此，大多數數字表示如里程標，機械零件，以及建筑物的描繪不符合作為地理空間數據（也稱為地理數據）。是什么使地理空間數據有別于其他空間數據，它是絕對的或相對定位在一個星球上，或地理參考上。也就是說，它有一個地面坐標系統，可以給其它地理空間數據共享。有許多方式來定義一個地面坐標系，也將其變換到任意數量的本地坐標系統中，例如，為了創建一個地圖投影。然而，大多數地面坐標系是基于一個框架的，表示星球為球體或橢球體繞南北中軸線旋轉，以及由赤道包圍（兩極之間并垂直于

9、旋轉軸的假想的平面中點）。 地理數據以兩種主要的方法編碼，方便計算機存儲和應用：矢量和柵格表示。有人說是“柵格更快，但矢量更正確。”以上說法是正確的，但情況更復雜。在下面的討論中探討這兩種表示方法：它們的區別，什么樣的數據結構支撐他們，為什么你會選擇這個而不是另一個，以及在工具箱中它們是如何協同工作的。通過總結得出該功能可以導入和導出地理空間數據格式的結論。4. 矢量地理數據矢量數據（在計算機圖形意義上而不是物理意義上的）可以表示一個地圖。這樣的矢量采取經緯度序列的形式或投影坐標對表示一個點集，一個線性映射的特征，或一個區域的地圖功能。例如，點集描繪美國的邊界，州際高速公路系統，美國主要城市的

10、中心，甚至3個點集放在一起，可以用來制作地圖。在這樣的表述中，地理數據是矢量格式，它的顯示器被稱為矢量地圖。這種數據包含特定坐標位置的列表（其中，如果描述的直線或面的特性，通常是線方向變化的拐點），連同一些指示是否每個點連接到列表中與之鄰近的各點。 在繪圖工具箱的環境中，矢量數據由依次有序的地理對（緯度，經度）或投影（X，Y）坐標對（也稱為元組）組成。連續對被假定為是依次連接的;連接的中斷，必須通過建立獨立的矢量變量或通過在點集中為每個斷點插入分隔符（通常為NaN的）來劃定。對于矢量地圖數據，數據的連接（拓撲結構）通常在顯示時只有一點問題，但它也影響統計數據的計算，如長度和面積。4.1 創建一

11、個矢量地圖上面的例子以麥卡托投影呈現地圖。地圖投影在一個二維平面上，顯示球體（或橢球體）的表面。正如單詞“平面”表示，在球體上的點幾何投影到一個平面上。有許多可能的方法來投影的地圖，所有這些都引進不同類型的失真。5. 柵格地理數據 您也可以把地圖數據表示為矩陣（二維的MATLAB數組），其中每一行和列的元素對應于一個特定的地理區域的矩形塊，隱含的拓撲結構連接到鄰近的小塊,這通常被稱為柵格數據。柵格實際上是一個硬件術語，意思是系統掃描的一個圖像，編碼成規則的排列成行和列的像素網格。當以柵格數據格式代表星球表面，它被稱為一個數據網格，以及將數據存儲為一個數組或矩陣。工具箱利用MATLAB的矩陣操作

12、的權力在處理這種類型的地圖數據。本文檔使用柵格數據和數據網格術語交替談論以二維數組形式存儲的地理數據。柵格可以編碼成貫穿單元的平均值或者在該單元中心的采樣值（通告）。雖然地理定位數據網格明確指出哪些類型的值表示（見地理定位數據網格），外部的元數據/用戶知識是必需的，以便能夠指定一個規則的數據網格編碼的值是平均值還是樣本值。 5.1 數字高程數據 當柵格的地理數據由表面高程組成，地圖也可被稱為數字高程模型/矩陣（DEM），并且其顯示為一個地形圖。該DEM是一個數字地形模型的最常見形式（DTM），其也可以被表示為等高線，三角高程點，四叉樹，八叉樹，或以其他方式。 該全球地形數據topo是數字高程模

13、型（DEM）的一個例子。在這180到360的矩陣中，每一行代表緯度1度，并且每一列表示經度1度。該矩陣的每個元素是平均海拔，以米為單位，它的行和列對應于地球表面的1度*1度的區域。5.2 遙感圖像數據柵格地理數據還包括地理參考影像。正如數據網格，圖像被組織成行和列。有細微的差別，然而，在某些情況下很重要。一個區別在于，在一個單一的陣列中一個圖像可以包含RGB或者多光譜通道，使得它具有第三（顏色或光譜）維度。在這種情況下，使用3-D陣列，而不使用的2-D（矩陣）陣列。另一個區別是，當數據網格在工具箱中存儲為double類型，圖像可能會使用一系列的MATLAB存儲類型，最常見的是UINT8，UIN

14、T16，double和logical。最后，對于灰度圖和double類型的RGB圖像，單獨的數組元素的值被限制為在區間0 1。依照列/行下標和二維地圖或地理坐標之間的地理參考轉換，圖像和數據網格之間具有相同的行為方式（這就是為什么這兩個都被認為是柵格地理數據的一種形式）。然而，在執行處理柵格元素本身的值的操作時，包括大多數的顯示函數，您一定要注意分辨使用的是圖像還是數據網格，這是很重要的，而對于圖像，頻譜數據如何進行編碼。5.3 創建柵格地圖meshlsrm：3-D lighted shaded relief of regular data grid常規數據網格的三維燈光暈渲注意，內容，符號化

15、，在地圖上的投影是完全獨立的。Topo變量的結構和內容，不管你怎么顯示都是一樣的，雖然它是如何投影和符號化可以影響其解釋。下面的例子說明了這一點。5.4 結合矢量和柵格地理數據矢量地圖變量和數據網格變量通常一起使用或一起顯示。例如，在矢量形式的歐陸海岸線可能與溫度數據的柵格一同顯示，使后者更加有用。當幾個地圖變量一起使用時，無論哪種類型，它們可以被稱為一個地圖。要做到這一點，當然，在不同的數據集，必須使用相同的坐標系（即，在相同橢球上的地理坐標或相同的地圖投影）。請參閱介紹緯度，經度，球面坐標等相關議題。5.4.1 將矢量地圖和柵格地圖同時顯示6. 了解緯度和經度 兩個角度，經度和緯度，指定一

16、個行星表面上一個點的位置。這些角度可以用度或弧度表示;然而，度在地理符號中更常見。 緯度是指某點與地球球心的連線和地球赤道面所成的線面角，其數值在0至90度之間。位于赤道以北的點的緯度叫北緯，記為N；位于赤道以南的點的緯度稱南緯，記為S。有不同的方式來構造這樣的線，對應于不同類型和所得到的數值為緯度。緯度在北半球是正值，在北極達到+90的限制，在南半球為負值，南極達到-90°的極限。同一緯度的連線叫緯線。經度，一般指球面坐標系的縱坐標，具體來說就是地球上一個地點離一根被稱為本初子午線的南北方向走線以東或以西的度數。按國際規定英國首都倫敦格林尼治天文臺原址的那一條經線定為0°

17、經線，然后向左右延伸。而各地的時區也由此劃分，每15個經度便相差一個小時。從北極點到南極點，可以畫出許多南北方向的與地球赤道垂直的大圓圈，這叫作“經圈”；構成這些圓圈的線段，就叫經線。經度范圍通常為-180º至+180°，但其它范圍都可以使用，例如0°至+360。經度也可以指定為東邊的格林威治（正），西邊的格林威治（負）。經度添加或減去360°不會改變一個點的位置。該工具箱包含了一組函數（wrapTo180，wrapTo360，wrapToPi和wrapTo2Pi）來轉換經度從一個范圍到另一個。7. 球坐標7.1 球體，橢球體和大地水準面 地理空間數據的

18、工作涉及到地理的概念（如地理和平面坐標系，球面幾何）和大地測量的概念（如橢球體和基準面）。以下部分解釋一些概念，作為球面幾何計算的基礎。 雖然地球是圓的，它是一個扁球體，而不是一個完美的球體。這種差異是如此之小（只是1/300）模擬地球為球體足以制作小規模（全球或大陸）的地圖。然而，在規模較大的需求下，制作準確的地圖，使用類似球形的模型。這種模型是必不可少的，例如，當你繪畫高分辨率衛星或航空影像，或當您正在使用全球定位系統（GPS）坐標。本節介紹了這工具箱軟件如何精確地模型化地球的形狀，或圖形，和其它行星的。7.2 大地水準面和橢球體從字面上看，大地水準面是指地球形狀。大地水準面實證接近地球球

19、體（負地形地貌），它的塊型結構。具體地講，它是一個相對于重力的等勢面，或多或少對應于平均海平面。它約是一個扁橢圓形，但不完全是，因為在重力的局部變化產生較小的山谷（跨越地球，其范圍從-100米到60米）。這種高度上的變化，近似橢球長半軸和短半軸之間的1差異，用來近似地球形狀，正如參考球體說明。指與平均海水面重合并延伸到大陸內部的水準面。是正高的基準面。在測量工作中，均以大地水準面為依據。因地球表面起伏不平和地球內部質量分布不勻，故大地水準面是一個略有起伏的不規則曲面。該面包圍的形體近似于一個旋轉橢球，稱為“大地體”，常用來表示地球的物理形狀。7.2.1 映射大地水準面 如下圖所示，利用大地水準

20、面數據集制作地圖，地球的圖形。大地水準面的形狀出于某些目的是重要的，如計算衛星軌道，但不必每次測繪應用都考慮。然而，大地水準面的知識有時是必要的，例如，當你比較給出高于平均海平面的高程和從GPS測量得出海拔高程。大地水準面的表示也是內在的數據定義。您可以通過多種方式定義的橢球。它們通常是由長半軸和短半軸的規定，但通常表示依照長半軸和任一扁率（其為地球，如上所述，是其中的在1/300）或離心率。無論使用哪個參數，只要包含一個軸的長度，橢圓體是完全約束和其他參數是可推導的。橢圓體的成分示于下圖所示。該工具箱包括橢球模型代表太陽，月亮和行星的圖型，以及一系列地球上最常見的橢球模型。7.3 參考球體當

21、地球（或其他大致球狀體，如月球）被建模為擁有一個具有標準的半徑的球體，它被稱為參考球體。同樣，當模型是平的（扁）旋轉橢圓，配有標準長半軸和標準的扁率，短半軸，或離心率，它被稱為參考橢球體。這兩款模型都是橢球形的形狀，所以每個模型都可以被認為是一種參考橢球的類型。繪圖工具箱支持多種代表參考橢球體的模型：referenceSphere，referenceEllipsoid和oblateSpheroid對象，和一個舊的表示，橢圓形矢量。7.3.1 referenceSphere對象 當使用一個嚴格的球形模型，你通常應該使用一個referenceSphere對象（雖然referenceEllipsoi

22、d和oblateSpheroid兩者都可以代表一個完美的球體）。 默認情況下，referenceSphere返回一個無量綱單位球體：有一點要注意的關于referenceSphere是，只顯示定義的屬性，為了在命令行減少混亂。 （這種方法也節省了一小部分的計算量。）特別是，不要忽略了依賴SurfaceArea和volume屬性，即使它們不會顯示。球形地球模型的表面積，例如，很容易通過SurfaceArea屬性得到：當使用繪圖工具箱編程，它可能有助于知道referenceSphere實際上包括referenceEllipsoidand oblateSpheroid所有的幾何性質。（Semimajo

23、rAxis，SemiminorAxis，InverseFlattening，Eccentricity, Flattening,，ThirdFlattening和MeanRadius，以及SurfaceArea和Volume）。這些屬性沒有一個可以在referenceSphere設置，部分屬性是全部球體固有的值。例如偏心率始終為0。但是他們提供了一個靈活的環境進行編程，因為任何幾何計算，它接受一個referenceEllipsoid也將正常運行給予referenceSphere。這是一種多態性在不同的類，支持常見的，或強重疊接口。7.3.2 referenceEllipsoid對象當使用一個扁球

24、體來表示地球（或其他大致球狀體），你通常應該使用一個referenceEllipsoid對象。一個重要的例外是與某些小規模的地圖投影，其中有許多是僅在球體上所定義。但是，用于大規模工作的所有重要的投影，包括橫向麥卡托和蘭伯特等角圓錐，都在橢球上定義以及球體。更一般地，你會要求一個特定名字的橢球，結果是有長半軸和短半軸屬性的對象。例如，下面的返回一個referenceEllipsoid對象有SemimajorAxis和InverseFlattening屬性設置，與匹配大地參照系1980（GRS80）的定義的參數。一般情況下，你應該使用對應于大地基準的參考橢球，這樣你數據的坐標被參考。例如，GRS

25、80橢球被指定使用參考1983年北美洲基準面（NAD83）的坐標。7.3.3 世界大地測量系統1984 部分原因是由于廣泛使用了美國NAVSTAR全球定位系統（GPS），它是依賴于世界大地測量系統-1984（WGS84），該WGS84參考橢球的往往是合適的選擇。為方便和速度（通過繞過一個查表步驟獲得）(obtained by bypassing a table look-up step)，它在這種情況下使用wgs84Ellipsoid函數是一個好主意。7.3.4 橢球矢量 橢球矢量是一個簡單的2×1形式的double類型：長半軸、離心率。不同于橢球體對象（referenceSpher

26、e，referenceEllipsoid，或oblateSpheroid的任何實例），橢圓形矢量不是自描述的。橢圓體矢量，甚至沒有自我識別。你要知道，一個給定的2-1向量確實是一個橢圓體矢量來使用它。這表示不會驗證semimajor_axis是實數的并且是正的，比如，你要為自己做這樣的驗證。 許多工具箱函數接受橢圓形矢量作為輸入，但這樣的功能函數也接受球體對象，對于剛剛所述的理由，球體對象建議是橢圓形矢量。如果你寫你自己的函數，需要一個橢球矢量作為輸入，或從其他人獲得這樣的函數，請注意，你可以很容易地把任何球體對象轉換成為橢球矢量，如下所示： s.SemimajorAxis s.Eccentr

27、icity 這意味著，你可以構造一個球體對象使用三個類中任何一個的構造函數，或者wgs84Ellipsoid函數，如有必要切換成以橢球矢量形式的結果。 7.3.5 oblateSpheroid對象 oblateSpheroid是referenceEllipsoid的超類。一個oblateSpheroid對象就像一個referenceEllipsoid對象減去它的代碼，名稱和LengthUnit性能。事實上，oblateSpheroid類的主要作用是提供referenceEllipsoid類需要的純凈的幾何特性和行為。 在大多數情況下，你可以簡單地忽略這個區別，而oblateSpheroid類本

28、身，作為內部軟件組成的一個事件。沒有損害會發生，因為referenceEllipsoid對象可以在oblateSpheroid可以使用的任何地方使用，做oblateSpheroid可以做的任何事情。 但是，當處理缺乏特定的名稱或長度單位的橢球矢量，您可以直接使用oblateSpheroid。例如，計算半長軸為2000和離心率為0.1的橢圓體的體積，如下所示。7.3.6 與參考球狀體工作 在三個主要的環境，需要參考球體：地圖投影，橢球體的表面上的曲線和區域，和涉及的大地坐標的3-D計算。 1.地圖投影 您可以設置大地水準面特性的值，一個新的地圖坐標軸（這實際上是一個球體特性）使用任何類型的參考橢

29、球體代表，通過axesm構建地圖軸。除UTM和UPS的情況下，默認值是一個橢圓形矢量代表單位球體：1 0。它也是默認值，當用worldmap和usamap功能時。 您可以通過使用SETM重置現有地圖坐標軸的任何類型的參考橢球體代表的大地水準面特性。比如，worldmap總是建立基于單位球面的投影，但你可以隨后使用SETM切換到您所選擇的球體。使用大地參照系1980建立的北美洲地圖，例如，按照worldmap調用SETM，像這樣： ax = worldmap('North America');setm(ax,'geoid',referenceEllipsoid(&

30、#39;grs80')當投影或不投影數據沒有地圖坐標軸，可以設置地圖投影結構（mstruct）的大地水準面區域，對于任何類型的參考橢球表示。記住要遵守所有mstruct更新，第二次調用defaultm，以確保所有的屬性都設置為合法的值。例如，要使用米勒投影與WGS84，以公里為單位，開始： 您可以檢查mstruct，以確保您確實使用WGS 84橢球：2曲線和地區 其中參考球體出現的另一個重要方面是球形或扁球體的表面上的曲線和區域計算。距離函數，例如，假定一個默認球體，但接受的參考球體作為一個可選輸入。距離函數被用于計算短程線或恒向線弧的長度，介于一對給定的經度和緯度的點之間。如果參考球

31、體是通過橢圓參數提供，則用于弧長度輸出的單元與橢圓體的LengthUnit屬性相匹配。 與曲線和地區相關的其他函數，接受基準球體的包括，scircle1，scircle2，ellipse1的，TRACK1，TRACK2和areaquad，僅舉幾例。當使用這樣的函數，而不顧它們的橢球參數，一定要檢查各個功能的幫助，如果您不確定該參考橢球是否默認缺省。 3三維坐標轉換 第三個方面，其中參考球體頻繁出現是大地坐標變換（緯度，經度和高度在橢圓體上）到其他坐標系統。例如，geodetic2ecef函數，轉換點位置從大地測量系統到以地球為中心的（地心地球固定）笛卡爾坐標系，需要一個參考橢球體對象（或橢圓形矢量）作為輸入。elevation函數，它把從大地測量到本地球體系統（方位角，仰角和斜距）也接受一個參考橢球體對象或橢圓形矢量，但使用GRS80橢球在默認情況下，如果沒有提供。8. 什么是地圖投影？ 人類自古典時代已經