單元設(shè)計(jì)方案-如何對(duì)地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何校正和配準(zhǔn)并根據(jù)需要進(jìn)

1、地理信息系統(tǒng)應(yīng)用學(xué)習(xí)情境：空間數(shù)據(jù)處理學(xué)習(xí)單元：如何對(duì)地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何校正和配準(zhǔn)，并根據(jù)需要進(jìn)行投影變換教學(xué)設(shè)計(jì)方案2012-2-6學(xué)習(xí)情境：空間數(shù)據(jù)處理學(xué)習(xí)單元：如何對(duì)地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何校正和配準(zhǔn)，并根據(jù)需要進(jìn)行投影變換一、學(xué)習(xí)單元教學(xué)目標(biāo)1.掌握幾何校正和配準(zhǔn)的意義及作用2.掌握實(shí)施幾何校正和配準(zhǔn)的原理及步驟3.能夠結(jié)合具體的GIS平臺(tái)開(kāi)展針對(duì)案例數(shù)據(jù)的實(shí)踐操作二、學(xué)習(xí)單元教學(xué)內(nèi)容與建議學(xué)時(shí)學(xué)習(xí)單元名稱(chēng)如何對(duì)地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何校正和配準(zhǔn)，并根據(jù)需要進(jìn)行投影變換技能點(diǎn)：1.如何進(jìn)行參照數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備；（1）根據(jù)圖幅編號(hào)生成圖框或公里網(wǎng)交叉點(diǎn)坐標(biāo)的記錄；（2）根據(jù)需要進(jìn)行投影變換；2.如何開(kāi)展幾何校正

2、；（1）控制點(diǎn)的選取；（2）重采樣方法的選擇，如最鄰近法、雙線性法3.如何進(jìn)行校正精度分析；（1）如何開(kāi)展校正精度分析及殘差改正知識(shí)點(diǎn)：1. 對(duì)地圖數(shù)據(jù)開(kāi)展幾何校正和配準(zhǔn)的意義2.重采樣的幾種方法的區(qū)別；3. 幾何校正和配準(zhǔn)的實(shí)施主要步驟4.如何開(kāi)展幾何校正的精度評(píng)估及殘差改正教學(xué)形式：學(xué)中做做中學(xué)學(xué)時(shí)：（2+2）備注重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)：1.實(shí)施幾何校正和配準(zhǔn)的意義；2. 幾何校正和配準(zhǔn)的實(shí)施主要步驟難點(diǎn)：1.如何進(jìn)行參照數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備；2.能根據(jù)具體數(shù)據(jù)條件選擇重采樣的方法；3. 殘差的改正學(xué)習(xí)型工作任務(wù)能夠?qū)μ峁┑膾呙杓堎|(zhì)地圖進(jìn)行幾何校正，為掃描矢量化工作提供依據(jù)； 10三、教學(xué)單元設(shè)計(jì)方案學(xué)習(xí)單

3、元名稱(chēng)如何對(duì)地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何校正和配準(zhǔn)，并根據(jù)需要進(jìn)行投影變換學(xué)時(shí)2+2學(xué)習(xí)型工作任務(wù)技能點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)教學(xué)載體教學(xué)方法教學(xué)成果形式與考核方式備注文本產(chǎn)品或系統(tǒng)考核方式能夠?qū)μ峁┑膾呙杓堎|(zhì)地圖進(jìn)行幾何校正，為掃描矢量化工作提供依據(jù)；1.如何進(jìn)行參照數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備；（1）根據(jù)圖幅編號(hào)生成圖框或公里網(wǎng)交叉點(diǎn)坐標(biāo)的記錄；（2）根據(jù)需要進(jìn)行投影變換；2.如何開(kāi)展幾何校正；（1）控制點(diǎn)的選取；（2）重采樣方法的選擇，如最鄰近法、雙線性法3.如何進(jìn)行校正精度分析；（1）如何開(kāi)展校正精度分析及殘差改正1. 幾何校正和配準(zhǔn)開(kāi)展的意義2. 重采樣幾種方法的優(yōu)缺點(diǎn)；3. 幾何校正和配準(zhǔn)的實(shí)施主要步驟4.如何開(kāi)展幾何校正的精

4、度評(píng)估及殘差改正紙質(zhì)地圖的掃描結(jié)果Tif數(shù)據(jù)講授法、小組工作法、案例教學(xué)法1.教師教學(xué)任務(wù)單2.學(xué)生學(xué)習(xí)任務(wù)單3.學(xué)生實(shí)踐操作總結(jié)生成一幅具有地理參考的地圖多元化評(píng)價(jià)方式：1.自我評(píng)價(jià)；2.小組評(píng)價(jià)；3.教師評(píng)價(jià)軟教學(xué)資源配置教學(xué)文件（附件）1.教學(xué)情境標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)表；2.單元教學(xué)設(shè)計(jì)方案；3.教學(xué)課件；4.教學(xué)設(shè)計(jì)；5.任務(wù)單、工作單；6.考核評(píng)價(jià)單資源形式1.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 2.實(shí)驗(yàn)成果單 元 授 課 教 案學(xué)習(xí)情境：空間數(shù)據(jù)處理學(xué)習(xí)單元：如何對(duì)地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何校正和配準(zhǔn)，并根據(jù)需要進(jìn)行投影變換教學(xué)目標(biāo)：1.掌握對(duì)地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何校正和配準(zhǔn)的意義及作用2.掌握實(shí)施幾何校正和配準(zhǔn)的原理及步驟3.能夠結(jié)合

5、具體的GIS平臺(tái)開(kāi)展針對(duì)案例數(shù)據(jù)的實(shí)踐操作重點(diǎn)與難點(diǎn)：重點(diǎn)：1.對(duì)地圖數(shù)據(jù)開(kāi)展幾何校正和配準(zhǔn)的意義；2.幾何校正和配準(zhǔn)的實(shí)施主要步驟；難點(diǎn)：1.如何進(jìn)行參照數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備；2.能根據(jù)具體數(shù)據(jù)條件選擇重采樣的方法；3.殘差的改正教學(xué)方法：講授法、小組工作法、案例教學(xué)法教學(xué)媒介：多媒體、課件、理論授課教師、實(shí)驗(yàn)機(jī)房、案例數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)任務(wù)與學(xué)習(xí)成果：能夠?qū)μ峁┑膾呙杓堎|(zhì)地圖進(jìn)行幾何校正，為掃描矢量化工作提供依據(jù)；課時(shí)分配：2理論+2實(shí)踐授課班次：課程執(zhí)行情況：學(xué)生對(duì)地圖數(shù)據(jù)的幾何校正的意義以及幾何校正的步驟掌握的較好，一部分學(xué)生在上機(jī)操作中，對(duì)于控制點(diǎn)的選取存在的主要問(wèn)題是控制點(diǎn)的分布不均勻，在進(jìn)行非標(biāo)準(zhǔn)分

6、幅地圖的校正時(shí)，公里網(wǎng)交叉點(diǎn)坐標(biāo)輸入經(jīng)常把x,y輸入顛倒，對(duì)測(cè)量坐標(biāo)系與GIS軟件所使用的坐標(biāo)系混淆。學(xué)習(xí)單元 如何對(duì)地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何校正和配準(zhǔn)，并根據(jù)需要進(jìn)行投影變換課程名稱(chēng)地理信息系統(tǒng)應(yīng)用學(xué)習(xí)情境 空間數(shù)據(jù)處理工作任務(wù)（學(xué)習(xí)型工作任務(wù)）能夠?qū)μ峁┑膾呙杓堎|(zhì)地圖進(jìn)行幾何校正，為掃描矢量化工作提供依據(jù)；適用年級(jí)三年級(jí)單元學(xué)習(xí)主題能根據(jù)項(xiàng)目需要對(duì)提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何校正和配準(zhǔn)。教學(xué)時(shí)間/學(xué)時(shí)2+2單元教學(xué)目標(biāo)1.掌握幾何校正和配準(zhǔn)的意義及作用2.掌握實(shí)施幾何校正和配準(zhǔn)的原理及步驟3.能夠結(jié)合具體的GIS平臺(tái)開(kāi)展針對(duì)案例數(shù)據(jù)的實(shí)踐操作單元重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)：1.對(duì)地圖數(shù)據(jù)實(shí)施幾何校正和配準(zhǔn)的意義；2.幾何

7、校正和配準(zhǔn)的實(shí)施主要步驟難點(diǎn)：1.如何進(jìn)行參照數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備；2.能根據(jù)具體數(shù)據(jù)條件選擇重采樣的方法；單元教學(xué)方法講授法、小組工作法、案例教學(xué)法教學(xué)設(shè)計(jì)教學(xué)目標(biāo)內(nèi)容教學(xué)組織方式期望媒介教學(xué)方法時(shí)間分鐘）掌握課程學(xué)習(xí)的基本理論理解幾何校正實(shí)施的原理及步驟全班集中理論學(xué)習(xí)學(xué)生：了解什么是幾何校正和配準(zhǔn)，它有什么作用多媒體講授法45教師：讓學(xué)生理解實(shí)施幾何校正的基本過(guò)程掌握理論知識(shí)點(diǎn)的實(shí)踐操作技能能夠基于具體的GIS平臺(tái)開(kāi)展針對(duì)案例數(shù)據(jù)的實(shí)踐操作以小組為單位實(shí)踐操作學(xué)生：如何操作軟件的主要過(guò)程步驟實(shí)驗(yàn)機(jī)房案例教學(xué)法45教師：實(shí)踐操作背后反映的理論知識(shí)內(nèi)容是哪些，注意穿插講解能利用理論及實(shí)踐技能分析和解決

8、實(shí)際問(wèn)題能根據(jù)提供的地圖數(shù)據(jù)完成對(duì)其的幾何校正學(xué)生自我實(shí)踐操作，并提交實(shí)踐成果學(xué)生： 懂得如何分析問(wèn)題，懂得如何根據(jù)理論知識(shí)提出解決問(wèn)題的思路實(shí)訓(xùn)工作室小組工作法、頭腦風(fēng)暴、研討、論證90（課外）教師：幫助分析建立解決問(wèn)題的邏輯思路多元性的評(píng)價(jià)方法自我評(píng)價(jià)、小組評(píng)價(jià)、教師評(píng)價(jià)參考資料學(xué)習(xí)資源參考書(shū)、專(zhuān)業(yè)雜志、資源庫(kù)學(xué)習(xí)平臺(tái)步驟教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方法教學(xué)手段學(xué)生活動(dòng)時(shí)間分配告知（教學(xué)內(nèi)容、目的）復(fù)習(xí)上節(jié)課所講的主要內(nèi)容，用提問(wèn)的方式來(lái)檢驗(yàn)學(xué)生是否掌握告知本次課的能力目標(biāo)告知本次課的知識(shí)目標(biāo)講授（口述）板書(shū)本次課的項(xiàng)目名稱(chēng)、中英文課件展示個(gè)別回答5分鐘引入（任務(wù)項(xiàng)目）實(shí)例：向大家展示經(jīng)過(guò)幾何校正的掃描地

9、圖與原始掃描地圖的區(qū)別，讓學(xué)生們對(duì)即將完成的工作成果有個(gè)直觀的認(rèn)識(shí)。向?qū)W生介紹如何閱讀地形圖，了解地圖的編號(hào)、投影、比例尺、公里網(wǎng)等；介紹幾何校正的主要步驟，重點(diǎn)講解重采樣的各種方法的特點(diǎn)及如何選擇、演示啟發(fā)提問(wèn)個(gè)別回答成果展示課件40分鐘操練（掌握初步或基本能力）（點(diǎn)評(píng)學(xué)生意見(jiàn)、教師完善方案、學(xué)生明確步驟）運(yùn)用虛擬仿真動(dòng)畫(huà)向?qū)W生演示實(shí)踐操作的主要步驟；就實(shí)踐操作中的技術(shù)難點(diǎn)聯(lián)系基本原理進(jìn)行講解教師操作示范和課件演示上機(jī)操作課件觀察并記錄教師的指導(dǎo)步驟20分鐘深化（加深對(duì)基本能力的體會(huì)）請(qǐng)學(xué)生根據(jù)教師提示的操作步驟完成案例操作；提供未經(jīng)過(guò)校正地圖的而進(jìn)行的矢量工作數(shù)據(jù)讓學(xué)生自行思考完成校正作業(yè)

10、啟發(fā)、誘導(dǎo)重點(diǎn)講解個(gè)別指導(dǎo)課件個(gè)人操作20分鐘歸納（知識(shí)和能力）教師指出學(xué)生在解決新問(wèn)題中，思考方式、技術(shù)方法選擇與運(yùn)用上存在的問(wèn)題，對(duì)要掌握的能力和知識(shí)、注意從實(shí)踐到理論、系統(tǒng)，有條理，重點(diǎn)突出，難點(diǎn)化解講授，請(qǐng)個(gè)別同學(xué)演示、教師操作課件觀察并記錄教師的指導(dǎo)步驟5分鐘訓(xùn)練鞏固拓展檢驗(yàn)利用學(xué)生在測(cè)量課中獲得的學(xué)校平面圖，思考如何對(duì)其進(jìn)行校正啟發(fā)、誘導(dǎo)、重點(diǎn)講解、個(gè)別指導(dǎo)討論個(gè)人操作小組操作80分鐘總結(jié)歸納本次課所講的內(nèi)容，要很好的實(shí)現(xiàn)能力目標(biāo)，大家還需要在課下多做練習(xí)，多到實(shí)踐中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)；教師講授或提問(wèn)課件板書(shū)5分鐘作業(yè)請(qǐng)每個(gè)學(xué)生以報(bào)告的形式記錄本堂課實(shí)驗(yàn)中所反映的主要實(shí)驗(yàn)步驟，對(duì)實(shí)驗(yàn)步驟中存

11、在的重點(diǎn)和主要難點(diǎn)進(jìn)行分析5分鐘后記板書(shū)設(shè)計(jì)： 首先，復(fù)習(xí)上次課學(xué)習(xí)的知識(shí)，然后，板書(shū)出本次課的題目。將黑板區(qū)域分為左右兩部分，左邊主要板書(shū)此次課程中的重點(diǎn)、難點(diǎn)。右邊主要板書(shū)本次課所涉及到的知識(shí)或流程圖等。教學(xué)內(nèi)容教學(xué)組織與教學(xué)方法知識(shí)點(diǎn)一對(duì)地圖數(shù)據(jù)開(kāi)展幾何校正和配準(zhǔn)的意義講授演示相關(guān)知識(shí)地圖數(shù)據(jù)是GIS的主要數(shù)據(jù)來(lái)源，對(duì)紙質(zhì)地圖進(jìn)行掃描矢量化是空間數(shù)據(jù)獲取廣泛采用的手段。但是，紙質(zhì)地圖本身由于受地圖介質(zhì)及存放條件的影響，造成紙質(zhì)地圖的不均勻伸縮變形。這些原因?qū)е聦?shí)體的矢量化坐標(biāo)與實(shí)際地圖坐標(biāo)的不一致。因此，為了獲得與實(shí)際地圖坐標(biāo)系一致的空間數(shù)據(jù)，必須采取一定的方法消除地圖變形誤差。知識(shí)點(diǎn)二

12、重采樣幾種方法的優(yōu)缺點(diǎn)講授相關(guān)知識(shí)1.最鄰近法:是將最鄰近的像元值賦予新像元。優(yōu)點(diǎn)：輸出圖像仍然保持原來(lái)的像元值，簡(jiǎn)單、處理速度快。缺點(diǎn)：此方法最大可以產(chǎn)生半個(gè)像元的位置偏移，可能造成輸出圖像中某些地物的不連貫。2.雙線性法：使用鄰近4個(gè)點(diǎn)的像元值，按照其距內(nèi)插點(diǎn)的距離賦予不同的權(quán)重，進(jìn)行線性?xún)?nèi)插。優(yōu)點(diǎn)：該方法具有平均化的濾波效果，邊緣受到平滑作用，而產(chǎn)生一個(gè)比較連貫的輸出圖像。缺點(diǎn)：破壞了原來(lái)的像元值。知識(shí)點(diǎn)三幾何校正和配準(zhǔn)的實(shí)施主要步驟講授演示相關(guān)知識(shí)第一步：準(zhǔn)備數(shù)據(jù)。參照數(shù)據(jù)文件的準(zhǔn)備：按要求在投影變換子系統(tǒng)中生成標(biāo)準(zhǔn)圖框文件。（或者是標(biāo)準(zhǔn)的地面控制點(diǎn)，和含有地面控制點(diǎn)的畸變圖像數(shù)據(jù)。）

13、原始畸變圖像數(shù)據(jù)文件的準(zhǔn)備：就是需要進(jìn)行幾何校正的圖像文件。第二步：選取控制點(diǎn)。采集控制點(diǎn)對(duì)，即先在原始畸變圖像中采集實(shí)際值，再在參照文件中采集理論值?？刂泣c(diǎn)一般選擇：方里網(wǎng)的十字交叉點(diǎn)中心，其對(duì)應(yīng)的理論值可以在地圖中查到。控制點(diǎn)應(yīng)當(dāng)均勻地分布在整幅圖像內(nèi)，且要具有一定的數(shù)量保證?？刂泣c(diǎn)的數(shù)量、分布和精度直接影響幾何校正的效果。第三步：選擇校正方法。是選擇合適的坐標(biāo)變換函數(shù)（數(shù)學(xué)校正模型），建立畸變圖像坐標(biāo)與其參照坐標(biāo)之間的關(guān)系式。幾何校正的模型采用了多項(xiàng)式擬合法。不同階的多項(xiàng)式幾何校正變換最少控制點(diǎn)數(shù)在理論上為:一階多項(xiàng)式幾何校正(理論最小值)：3個(gè)控制點(diǎn)；二階多項(xiàng)式幾何校正(理論最小值)：

14、6個(gè)控制點(diǎn)；三階多項(xiàng)式幾何校正(理論最小值)：10個(gè)控制點(diǎn)；四階多項(xiàng)式幾何校正(理論最小值)：15個(gè)控制點(diǎn)；五階多項(xiàng)式幾何校正(理論最小值)：21個(gè)控制點(diǎn)；為了保證較高的校正精度，實(shí)際選擇的控制點(diǎn)至少為理論數(shù)的3倍，即： 一階多項(xiàng)式幾何校正(推薦最小值)：9個(gè)控制點(diǎn)；二階多項(xiàng)式幾何校正(推薦最小值)：18個(gè)控制點(diǎn)；三階多項(xiàng)式幾何校正(推薦最小值)：30個(gè)控制點(diǎn)；四階多項(xiàng)式幾何校正(推薦最小值)：45個(gè)控制點(diǎn)；五階多項(xiàng)式幾何校正(推薦最小值)：63個(gè)控制點(diǎn)；利用控制點(diǎn)數(shù)據(jù)計(jì)算出幾何校正模型的未知參數(shù)，然后利用此模型對(duì)原圖進(jìn)行校正。第四步：幾何校正并重采樣。 重采樣方式：重采樣的方法，包括最鄰近法，雙線性法，雙立方法。第五步：精度分析。如果控制點(diǎn)對(duì)選擇不精確、控制點(diǎn)對(duì)數(shù)目過(guò)少、控制點(diǎn)對(duì)分布不合理以及選擇的畸變數(shù)學(xué)模型不能很好地反映幾何畸變過(guò)程，都會(huì)造成幾何校正精度的下降。因此，必須通過(guò)精度分析，找出精度下降的原因，并針對(duì)問(wèn)題進(jìn)行改正，然后返回去再進(jìn)行幾何校正，重復(fù)這個(gè)過(guò)程直到滿足精度要求為止。課后作業(yè)1.為什么要對(duì)地圖進(jìn)行幾何校正和配準(zhǔn)？2.什么是幾何校正？3.地圖幾何校正的方法步驟有哪些？教學(xué)反思、總結(jié)項(xiàng)目?jī)?nèi)容學(xué)生對(duì)軟件操作更感興趣、對(duì)重采樣方法的理解基本掌握；有人提出在CAD軟件中是否