注：本文是我为某历史地图项目组撰写的扫描地图配准方案，现分享出来，希望能为大家提供帮助。阅读本文需要一定的地图学基础。

在学习和工作中，由于无法获取矢量数据，经常需要以图片格式地图为工作底图，并且需要对底图进行配准。这些地图包括早期纸质地图的扫描图、各种软件绘制的图片地图等，为方便表述本文统一简称为扫描地图。

不同的扫描地图由于制图区域的不同，往往会根据特定的区域，选择最合适的地图投影，使得变形相对较小且分布较为均匀。在地图配准过程中，根据地图投影来选择合适的配准方法，可以提高配准的精度和效率。

1. 扫描地图中常用地图投影介绍

识别地图投影最主要的方法是根据经纬网的形态，如果没有经纬网，则只能通过和已知投影的地图进行对比来进行估计。

扫描地图中常用的地图投影有无投影坐标系（地理坐标系）、圆柱投影、圆锥投影、方位投影等四种。少数地图会使用伪圆柱投影、伪圆锥投影等，如国外世界地图常用的摩尔威德投影、罗宾森投影，国内亚洲地图常用的彭纳投影，国内世界地图常用的等差分纬线多圆锥投影，由于数量较少本文暂不涉及。

1. 无投影坐标系，即地理坐标系，并且几乎均WGS-84地理坐标系，该坐标系以实际的经纬度数值为坐标。WGS-84地理坐标系在历史地图十分常见，尤其是布哈林、史图馆、Worldhistorymaps等网络渠道发布的图片。WGS-84坐标系下，经线和纬线均为直线且互相垂直，等间隔的经纬线所形成的网格均为正方形。与其他投影相比，该投影下世界地图和中国地图均略扁一些。

2.圆柱投影是一类投影的总称，简单来说，可以视为将地球表面投影到圆柱面上再展开为平面。扫描地图中一般只会用到墨卡托投影，又称正轴等角圆柱投影。目前，主流的各大电子地图均采用墨卡托投影（略有修改）作为投影坐标系。墨卡托投影下，经线和纬线均为直线且互相垂直，等间隔的经线之间距离相等，等间隔的纬线之间的距离随纬度增大而增大。与其他投影相比，该投影下世界地图和中国地图均略高一些。

3.圆锥投影是一类投影的总称，与圆柱投影类似，可以视为将地球表面投影到圆锥面上再展开为平面。扫描地图中，以等面积圆锥投影为主。目前，圆锥投影多用于纸质出版的地图，尤其是分国图、区域图，全球地图极少使用该投影。圆锥投影下，经线为直线且从极点呈放射状，纬线为圆且互为同心圆，经纬线互相垂直（指在相交处正交）。与其他投影相比，该投影下的中国地图与实际最为接近。

4.方位投影也是一类投影的总称，可以视为将地球表面直接投影到平面上。方位投影与圆锥投影极为相似，在扫描地图中，也广泛地应用于区域图中。方位投影和圆锥投影最大也是最明显的区别在于，方位投影的经线多为弧线（极地除外）。方位投影下的中国地图也与实际十分接近。方位投影多用于极地地图、东西半球图，近年来出版的竖版中国地图也使用了方位投影。

简单总结一下就是：

• 无投影坐标系：经纬线互相垂直，经纬网呈正方形；
• 墨卡托投影：经纬线互相垂直，经纬网呈矩形，随着纬度升高纬线间距越大；
• 圆锥投影：经纬线互相垂直，经线为同一点放出的射线，纬线为圆弧且互为同心圆；
• 方位投影：经纬网形态与圆锥投影相近，但经线多为弧线。

2. 不同地图投影下扫描地图的配准

WGS-84地理坐标系由于直接将经纬度作为地图坐标，虽然地图有一定的变形，但是依旧得到了广泛使用，适宜作为底图存储的坐标系。本文也将介绍将各类扫描地图配准到WGS-84地理坐标系下的方法，示例软件为ArcGIS 10.2。

2.1 WGS-84地理坐标系

WGS-84地理坐标系，理论上WGS-84地理坐标系下的扫描地图只需三个配准点即可完成配准，一般会在图片四个角上选取配准点。根据实际情况以及验证配准精度，还会适当地增加配准点的数量。

由于配准方法较为简单，具体案例不再赘述。

2.2 墨卡托投影

墨卡托投影的经线间隔保持均匀，但是纬线间隔随着纬度升高而增大，呈现不均匀的变化，如果直接配准，即使配准十几个点也会有极大的误差。因此，首先将工作空间的投影转换为墨卡托投影，再进行配准。具体步骤如下：

1）更改工作空间投影。在内容列表中，右键点击图层，在弹出框中选择属性。在数据框属性中，打开坐标系选项卡，在其中依次选择投影坐标系-World-Mercator(World)，亦可在搜索框中直接输入名称进行搜索，然后点击确定。

如果待配准图片是世界地图，且中央经线（即地图位于正中央的经线）不是0°，则需要对投影进行修改。

在数据框属性-坐标系中，右键点击Mercator(World)，选择复制并修改，在弹出的投影坐标系属性框中，将Central_Meridian修改为相应的数值，建议修改名称，然后点击确定。

2）按照2.1的方案进行配准。此时，扫描地图和工作空间的投影坐标系已保持一致，参考2.1的流程进行配准即可。理论上只需三个点即可完成配准，可根据实际效果适当增加配准点，变换方式选择一阶多项式（仿射）即可。对于有明显扫描变形的地图，必须增加较多的配准点，变换方式可以选择二阶多项式，甚至三次多项式。完成后，将配准好的图片导出。

3）投影变换。步骤2配准好的图片是墨卡托投影下的，需要将其转换为WGS-84坐标系下的图片。打开工具箱，依次打开数据管理工具-投影和变换-栅格-投影栅格这一工具。在输入栅格中输入配准好的图片，输出栅格数据集中输入其保存路径，输出坐标系选择WGS-84坐标系（GCS_WGS_84），然后点击确定。

配准示例如下图所示：

2.3 圆锥投影和方位投影

圆锥投影和方位投影其流程较为类似，因此统一进行说明。其基本步骤如下：

1）更改工作空间投影。圆锥投影的参数包括中央经线和标准纬线，方位投影的参数中央经线和原点纬线。圆锥投影一般基于Asia_North_Albers_Equal_Area_Conic进行修改，方位投影一般基于North_Pole_Lambert_Azimuthal_Equal_Area进行修改。中央经线的确定方式如下，一般将扫描地图中居于中部（不一定是正中央）且和图片底边垂直的经线视为中央经线，如果无恰好垂直的，可根据两侧的经线进行估算；而标准纬线和原点纬线则根据中央经线确定，一般将中央经线上，居于正中的纬线视为标准纬线或原点纬线。

在修改圆锥投影的过程中，投影参数会显示有两个标准纬线，均设置为根据扫描地图获得的标准纬线数值即可，同时圆锥投影也有原点纬线这一参数，如果不为0，请设置为0。

2）后续步骤参考2.2的步骤2和3即可。此处不再赘述。

配准示例如下图：