中南大學(xué)GIS課程設(shè)計實驗報告

1、.GIS課程設(shè)計實驗報告 小組: 第五組 組員: 鐘蕾，邢磊，張成，乃古色拉，司寶元班級: 測繪試驗班1101 指導(dǎo)老師: 李光強，趙玲 一、課程設(shè)計數(shù)據(jù) 中南大學(xué)校本部CASS數(shù)字地形圖數(shù)據(jù)文件（csu.dwg） 中南大學(xué)校本部遙感地圖二、 實驗所使用的平臺ArcGIS 10.1(自己的電腦)三、課程設(shè)計的任務(wù)、性質(zhì)與目的 本課程設(shè)計是GIS專業(yè)的技術(shù)實踐課，是在完成地理信息系統(tǒng)的課堂教學(xué)后進行的，旨在加深學(xué)生對地理信息系統(tǒng)基本概念、基本原理的理解，提高學(xué)生的地理信息系統(tǒng)的理論水平和分析問題、解決問題能力以及編寫設(shè)計報告的能力。（1）掌握ArcGIS軟件的基本功能，學(xué)習(xí)AutoCAD數(shù)據(jù)（D

2、WG）向SHAPE文件轉(zhuǎn)換的基本流程，掌握顯示、查詢和編輯空間數(shù)據(jù)的方法和基本操作；（2）掌握影像數(shù)據(jù)處理和校準的基本方法；（3）掌握ArcCatalog管理空間數(shù)據(jù)的基本功能，學(xué)習(xí)ArcSDE建立空間數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)入庫的基本流程和操作；（4）掌握ArcMap修飾地圖文件的基本方法；（5）掌握ArcGIS Server部署和發(fā)布空間數(shù)據(jù)的流程與基本方法；（6）掌握由高程點生成TIN，再轉(zhuǎn)換生成DEM的方法和流程；（7）學(xué)習(xí)掌握利用DEM生成坡向、坡度圖的方法，以及重分類的方法和原理；（8）學(xué)習(xí)2.5維數(shù)字地表模型DTM的創(chuàng)建方法；（9）掌握ArcScene建立三維模型的基本方法；四、課程設(shè)計基本

3、要求1、課程設(shè)計分小組進行，組內(nèi)要有明確分工與合作，本設(shè)計的具體上機操作步驟由學(xué)生獨立完成。2、在課程設(shè)計的教學(xué)過程中，指導(dǎo)教師應(yīng)分階段對學(xué)生完成的工作及所得結(jié)果進行檢查。3、學(xué)生要按照課程設(shè)計任務(wù)的要求，按時按量按質(zhì)地完成課程設(shè)計。在課程設(shè)計過程中，凡累計曠課時間達到或超過課程設(shè)計全過程1/3或未完成課程設(shè)計任務(wù)要求者，按不及格處理。4、每位學(xué)生認真填寫課程（實習(xí)）日志，每小組需編寫課程設(shè)計報告，課程設(shè)計報告內(nèi)容應(yīng)包括封面（設(shè)計題目、班級、指導(dǎo)教師姓名、設(shè)計者班級、姓名）、課程設(shè)計任務(wù)、摘要、目錄、原理、設(shè)計方案、實驗方法（步驟）及結(jié)果分析、課程設(shè)計總結(jié)、參考文獻和附錄等。5、課程設(shè)計最后一

4、天由各小組對所做工作進行總結(jié)并做報告，報告時間810分鐘，少于或多于規(guī)定時間，均將扣除一定成績分數(shù)；報告完成以后，由老師向根據(jù)分工，向每位同學(xué)提問，視問題回答情況給出一定的匯報成績。6、課程設(shè)計的總成績根據(jù)平時成績、匯報成績、實習(xí)日志和課程報告綜合評定。五、課程設(shè)計的內(nèi)容 （1）收集有關(guān)基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、地形圖制圖等相關(guān)標準或規(guī)范，學(xué)習(xí)CASS的地形圖制圖規(guī)范，掌握地形圖常用分層方法和圖層結(jié)構(gòu)，掌握DWG數(shù)據(jù)向SHP數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的方法和數(shù)據(jù)質(zhì)量控制的基本方法； 打開中南大學(xué)（本部）DWG地形圖（CSU.dwg），理解地圖的分層方法與命名；地圖分層方法：地圖分層的主要依據(jù)是地物類型，將相同地物歸類到同一

5、圖層，有助于我們編輯、使用、存儲和管理；分層命名的方法：在CASS中，層名為地物名稱拼音首字母組合，這樣對于操作人員來說簡潔易懂；利用ArcGIS完成DWG文件向SHP文件的轉(zhuǎn)換，并確保原DWG中的圖層和數(shù)據(jù)不丟失，參考CASS的分層方法將圖層分為道路、學(xué)生宿舍、教師宿舍、教學(xué)樓、辦公樓、體育場、綠地、池塘等；在將DWG文件向SHP文件轉(zhuǎn)換的過程中，我們首先利用ArcCatalog，在文檔內(nèi)建立個人數(shù)據(jù)庫，并建立一個數(shù)據(jù)集，之后展開DWG文件，首先選中POLYLINE圖層，右鍵打開EXPORTTO DATABASE（SINGLE），在對話框下選擇文件保存路徑為剛才建立的數(shù)據(jù)集，之后點擊公式按鈕

6、，編寫公式“l(fā)ayer”=“road”，完成后，點擊OK，即可將POLYLINE文件中的所有道路提取出來，并保存為一個SHP文件，其余圖層的添加方式相同，面屬性的地物需要在POLYGON文件中導(dǎo)出。建立拓撲關(guān)系，檢查面狀地物是否存在拓撲錯誤，并修改拓撲錯誤；檢查同一條道路中心線是否分段，并合并分段道路；利用ArcMap中的ModelBuilder工具建立不同地物拓撲結(jié)構(gòu)檢查模型，并用該模型檢查道路與面狀地物的拓撲結(jié)構(gòu)是否存在錯誤（如道路穿過房屋、池塘等），并修改錯誤；首先右鍵點擊數(shù)據(jù)集，選擇NEWTOPOLOGY，建立所有地物的拓補關(guān)系，并根據(jù)經(jīng)驗和實際情況，為拓補檢查添加規(guī)則，拓補檢查中最重

7、要的對象是等高線，添加的規(guī)則有：不能相交、不能自交，不能互相重疊。道路的規(guī)則有：不能自交。建筑物的規(guī)則有：不能重疊。在添加完成后，地物拓補關(guān)系就生成了。將拓補關(guān)系圖拖入ARCMap中，開始對拓補關(guān)系的錯誤進行檢查和改正，首先開始編輯，對拓補關(guān)系圖進行編輯，之后點擊ERROR INSPECTER，這時在客戶區(qū)下方會彈出錯誤檢查列表，所有的拓補關(guān)系錯誤都會顯示出來，一般的錯誤是房屋會有重疊，一部分原因是繪制錯誤，這要根據(jù)實際情況做相應(yīng)改正；一部分錯誤是房屋立柱，在繪制過程中線條不連續(xù)，這時只需右擊錯誤，選擇MERGE，是房屋變?yōu)橐粋€整體。等高線的錯誤主要是線條有相交和間斷，將多余線條階段，將不連續(xù)

8、的線條連接到一起。（2）影像數(shù)據(jù)的處理和校準；從百度地圖中分幅截取我校影像數(shù)據(jù)，并分幅存為png或jpg文件；利用Photoshop軟件或其它圖像處理軟件拼接截取的影像圖；在百度地圖中，選取一個合適的比例尺，截取幾張相片，要全部覆蓋本部，將截取的相片用PHOTOSHOP拼接在一起，制作一張覆蓋校本部的影像圖；在ArcMap中，利用任務(wù)（1）轉(zhuǎn)換出的SHP文件，校準影像數(shù)據(jù)，要求校準的均方根誤差（RMSE）小于1。將拼接后的影像導(dǎo)入ARCMap中，這時會發(fā)現(xiàn)影像圖與地形圖的空間位置不一致，點擊開始編輯，在工具欄中viewToolbarsGeoreferencing，將Auto Adjust去掉，

9、然后手動選擇同名點，在遙感圖像中選中一個點，再在dwg圖像中選擇對應(yīng)的點連接起來，然后點擊GeoreferencingTransformationAdjust,進行配準，然后Update display即可。均方差：0.79641320個控制點1114.389069-1254.52064043765.38507196145.6331181136.293398-1245.51994443783.53967396153.030701913.444877-1055.45362843586.20111196326.801880566.119582-665.844225 43285.6021129666

10、6.932312586.162575-826.324631 43304.10748396517.966309583.736666-1110.45972443298.37432996272.632324192.385082-624.037287 42949.90411496708.238892305.507898-928.372681 43054.43090896432.5800781157.008955-514.275540 43809.94232296793.2279051007.898477-511.011406 43674.81073096803.0720831136.275370-96

11、6.187155 43780.06512596405.976074574.817062-1157.97123043296.02667296232.4307251014.808419-1095.35016543669.93609696292.6760861154.505923-1154.26670943802.87530596234.6187131080.468956-1163.58949343730.61187796225.495117625.586107-902.094881 43334.07428096460.418884765.021405-1293.84991143456.863098

12、96107.2150881095.944959-749.801406 43751.79748596589.1702881089.951128-1270.53048443742.32592896129.9442751065.462842-1108.86214143723.99408096272.415100我選擇的控制點總共有20個，最后的均方根誤差為0.796413（3）利用ArcSDE建立空間數(shù)據(jù)庫；這一步因為沒有人的電腦能連接數(shù)據(jù)庫，所以無法使用SDE建立企業(yè)級數(shù)據(jù)庫，最后老師要求我們只需建立個人數(shù)據(jù)庫即可，而個人數(shù)據(jù)庫在我們導(dǎo)入SHP文件時就已建立，在我們使用過程中，ARCMap只是一個

13、工具而已，我們在ARCMap中打開數(shù)據(jù)庫中的文件，再編輯的過程中，文件中的任何改動都會保存在數(shù)據(jù)庫中，在后續(xù)的試驗中，我們會發(fā)現(xiàn)使用數(shù)據(jù)庫的優(yōu)點，它便于管理和存儲，尤其是保存，不需要操作者花費過多心思。（4）添加注記在ArcMap中加載數(shù)據(jù)，并在圖層中添加名稱字段（Name），并輸入相應(yīng)名稱；首先為每一個圖層添加一個字段，打開字段表，點擊第一個菜單按鈕，在列表中選擇ADD FILED，將字段名命名為NAME，字段類型設(shè)置為TEXT，添加完畢后后，在圖層中的每一個地物的屬性表里添加名稱，其他圖層的添加方式相同，添加完畢后，字段名稱并不會顯示在圖像上，這是需要右鍵選擇圖層屬性，打開LABELS，勾

14、選LABEL FEATURE IN THIS LAYER，并在LABEI FIELD中選中剛才添加的字段，這樣我們添加的注記就顯示在圖層上了。（5）地圖整飾；在ArcMap中加載空間數(shù)據(jù)庫中的各圖層，并將各圖層數(shù)據(jù)依據(jù)相關(guān)標準進行符號化；依據(jù)地形圖制圖規(guī)范，添加圖例、比例尺、圖名，實現(xiàn)地圖的版面設(shè)計，生成一幅中南大學(xué)校園地形圖，并存為CSU.mxd文件；點擊客戶區(qū)LAYOUT VIEW按鈕，將圖像切換到地形圖展示區(qū)，這時我們會發(fā)現(xiàn)軟件會生成一個地圖圖框，我們要做的就是在圖框中按照規(guī)范添加地圖要素，在菜單欄種選擇INSERT，首先添加TITLE，名稱為“中南大學(xué)校本部地形圖”，再添加LEGEND

15、（圖例），圖例形式的選擇要盡量簡單，明了。最復(fù)雜的是添加比例尺，由于我們在一開始的拓補關(guān)系中沒有重視參照坐標系的選擇，這里我們在添加比例尺時，由于與圖像比例尺的參照基準不一致，會導(dǎo)致比例尺失調(diào)，無法正確顯示實際距離，后來在老師的指導(dǎo)下，我們重新改正地形圖參照坐標為GUASS投影下的北京54坐標，投影帶為114E帶。這樣，比例尺就可以正確的顯示實地長度了。（6）利用ArcGIS Server部署和發(fā)布中南大學(xué)校園地形圖；安裝IIS和ArcGIS Server 10.1軟件，并配置ArcGIS Server相關(guān)參數(shù)；1、從開始菜單啟動ArcMap，新建一個空文檔。2、點擊Add Data按鈕 ，定

16、位到要添加的數(shù)據(jù)選中該點擊，將數(shù)據(jù)加載到ArcMap中。3、選擇File-ShareAs-Service.4、選擇Save a service defintion file,下一步；5、可以選擇文件保存位置6、保存后出現(xiàn)如下界面，選擇右上角Stage按鈕7、出現(xiàn)如下界面，等待success（7）采集調(diào)高程數(shù)據(jù)，并生成TIN和DEM；利用手機中的GPS程序。采集測區(qū)內(nèi)的高程數(shù)據(jù)(WGS84系)，并存為EXCEL文件；6月24號早晨，我們組因為在之前的試驗是接到了一臺RTK，利用長沙CORS站，我們組花費了一個上午的時間獲取了我們測區(qū)的高程點，由于RTK具有導(dǎo)出多種文件格式的功能，我們可以直接將測

17、量數(shù)據(jù)導(dǎo)出為CSV格式的文件，這樣節(jié)省了我們很多時間。CSV文件可以直接導(dǎo)入ARCCATALOG中查看。首先我們將CSV格式的文件另存為XLS格式的文件，之后再重新導(dǎo)入CATALOG中，打開PREVIEW就可以查看點的列表，我們需要將點的第一列的字段名保留，這樣才有利于我們選取所需數(shù)據(jù)，查看確認表格無誤后，就可以直接拖入ARCMAP中，這時我們還無法直接查看表格，右鍵選擇DISPLAY XY DATA，將表格中對應(yīng)的X,Y坐標展繪，這樣我們就可以直接查看測點的空間分布了。將高程點EXCEL文件得用ARCMAP轉(zhuǎn)換為SHP文件；右鍵點擊選擇DATAEXPORT DATA，選擇SHAPEFILE文

18、件格式，就可以將展繪后的點文件轉(zhuǎn)換為SHP文件格式了。利用ArcMap中的矢量校準工具（Spatial Adjustment）將WGS84系的高程點轉(zhuǎn)換為與校區(qū)DWG一致坐標系的數(shù)據(jù)；由于RTK測量時我們的參考坐標系選擇不一致，所以我們需要對點的SHP文件進行矢量幾何校正，右鍵點擊工具欄空白處，選擇SPATIAL ADJUSTMENT，就可以打開校正工具了，首先選擇開始編輯，對剛才的高程點文件進行編輯，之后再SPATIAL ADJUSTMENT中選擇SET ADJUST DATA，將高程點文件設(shè)置為待編輯數(shù)據(jù)，設(shè)置完成后，開始進行控制點選取，至少選擇三個控制點，最后開始ADJUST就完成校正了

19、。利用ArcScene中的TIN生成工具，將校準后的高程點生成TIN，再由TIN轉(zhuǎn)換生成DEM數(shù)據(jù)。校正后的高程點在ARCSCENE中打開，選擇ARCTOOLBOX3D ANALYST TOOLSDATA MANAGEMENTTINCREATE TIN，在對話框中選擇高程點文件，并將編輯字段設(shè)置為Z坐標，TIN就生成了。選擇3D ANALYST TOOLSCONVERSIONFROM TINTIN TO RASTER，選中剛才做好的TIN，即可生成DEM。（8）利用DEM生成坡向、坡度專題圖，并將坡度重分為5類；利用Raster Sufface工具，將DEM轉(zhuǎn)換生成坡度專題圖；選擇3D ANA

20、LYST TOOLSRASTER SURFACESLOPE，選中剛才生成的DEM，生成坡度專題圖。利用Raster Reclass工具，對生成坡度專題圖重分為5類。選擇3D ANALYST TOOLSRASTER RECLASSRECLASSIFY，選中剛才生成的SLOPE，并將坡度分為五類，生成坡度專題分類圖。（9）利用DEM數(shù)據(jù)，結(jié)合校準后的影像圖，生成2.5維數(shù)字地表模型DTM； 在ArcScene中，加載校準后的影像數(shù)據(jù)和DEM數(shù)據(jù)，在影像屬性中，設(shè)置基底高度為DEM的高程。加載已經(jīng)校準過的影像圖，右鍵點擊屬性，選擇BASE HEIGHT，將基底高度選為DEM。（10）利用ArcSce

21、ne建立三維模型的基本方法。在ArcMap中，打開房屋圖層的屬性表，增加Height字段（Float類型）；編輯房屋圖層，根據(jù)采集的房屋樓層數(shù)，為每個房屋設(shè)置Height=4*層數(shù)；同添加注記的方法，為建筑物添加另一個屬性字段HEIGHT，并將之前考察過的樓層高度添加進去并保存。在ArcScene中加載房屋、影像和DEM數(shù)據(jù)，設(shè)置影像、房屋的基底高為DEM數(shù)據(jù)高程，建立2.5維地表模型；右鍵選擇屬性，在BASE HEIGHT中設(shè)置房屋基底高度為DEM。在房屋圖層屬性的Extrusion面板中，設(shè)置房屋高度；還是在屬性對話框中，選中EXTRUSION，打開EXPRESS BULIDER，將編輯字

22、段設(shè)置為HEIGHT。打開Fly工具，對生成的三維模型進行三維飛行漫游。六、實驗中遇到的問題1、安裝ARCGIS10.1的時候，我們組沒有人安裝過ARCGIS軟件，在安裝的過程中，有一些人的電腦無法安裝ARCGIS10.1，在這里我們花費了一定的時間；2、在DWG文件導(dǎo)出為SHP文件時，某一個圖層上的一些地物會出現(xiàn)丟失的情況，這主要是由于該地物是面狀地物，但是卻沒有閉合，導(dǎo)致最后無法轉(zhuǎn)換；3、影像幾何糾正時，我們使用ADJUST糾正時，由于是一次性糾正，如果均方根誤差不滿足條件，我們只能重做，這樣費時又費力，所以最后我們選擇AUTO ADJUST進行校正；4、在獲取數(shù)據(jù)的過程中，高程點的采集比

23、較費時費力，而且由于是我們第一次使用高程點進行坡度專題圖的生成，由于經(jīng)驗不足和高程點采集密度不夠，我們的坡度圖效果不好。最后我們隊測量區(qū)域進行了高程點的加密。七、實驗總結(jié)為期兩周的課程設(shè)計結(jié)束了，在這兩周的時間里，我們利用GIS軟件設(shè)計制作了校本部的2.5維地圖模型，之前的專業(yè)課學(xué)習(xí)中，我們學(xué)習(xí)了數(shù)據(jù)庫管理、GIS基礎(chǔ)、GIS工程與應(yīng)用，但是我們只是單純的學(xué)習(xí)這些理論知識，并沒有理解知識的精華，通過這次實習(xí)，我們將之前學(xué)習(xí)的知識都聯(lián)系了起來，制作了2.5維影像地圖，也是對我們知識的擴展和應(yīng)用。在實習(xí)的過程中，我們也暴露了很多問題，比如專業(yè)知識不夠扎實，態(tài)度不夠端正，知識的運用能力欠缺，這就是說

24、我們的實踐能力還有待挖掘，所以我們還要在今后的學(xué)習(xí)中，培養(yǎng)自己的動手能力，改正自己的懶散的態(tài)度，完善自己的任務(wù)，再接再厲。8、 個人心得乃古色拉：在這兩周的實習(xí)中，從對ArcGIS的一知半解到全面了解此軟件的功能，從GIS的理論知識到實踐能力，從無處起筆到成果的精彩呈現(xiàn)，通過老師的悉心教導(dǎo)，自己的勤奮努力，和同學(xué)的熱心幫助理解到了GIS的實際應(yīng)用，鞏固了GIS理論知識，對GIS有了更全面的認識。在此次的課程設(shè)計中，我也遇見了不少問題，如：在剛開始的DWG文件向SHEP文件的轉(zhuǎn)換過程中始終出現(xiàn)難以轉(zhuǎn)換的問題，在由DWG文件向SHEP文件轉(zhuǎn)換時轉(zhuǎn)換了線文件的問題，在第一次進行影像的校準時精度不夠的

25、問題，由于采集的高程點的密度不夠出現(xiàn)的DEM模型不正確的問題等。遇到這類問題，我都會像老師同學(xué)請教，亦或與同組同學(xué)積極交流討論，直到找到解決辦法，從中我也學(xué)會了在學(xué)習(xí)與實踐中尋找問題、解決問題的方法。司寶元：兩周的課程設(shè)計，從剛開始的完全無從下手到進一步的熟悉，我們學(xué)到了很多很多，老師出于苦心給的大綱只有骨架，為的就是讓我們自主學(xué)習(xí)，分組討論，養(yǎng)成自己解決問題的能力，如此不但自己掌握了知識，還培養(yǎng)了能力。我們也不負眾望，積極討論，上網(wǎng)查做每一步的原因等等，很認真的完成了數(shù)字高程模型的建立。其中遇到了很多問題，在dwg文件轉(zhuǎn)成shp文件時出現(xiàn)了部分圖形的缺失（老師提醒后發(fā)現(xiàn)）原來是有些面圖形未閉

26、合，我們還按面去轉(zhuǎn)格式；實驗室做的成果轉(zhuǎn)自己電腦上找不到，究其原因是路徑的問題；為了保證圖像校準時均方差0.5左右，要求控制點數(shù)目合理，不集中分布四方等等，皆是實驗中遇到的問題。態(tài)度放好，不畏懼，我們解決了。兩周下來我覺得自己對GIS的興趣更濃了，能力也提高了。張成：兩周的GIS課程設(shè)計，不僅是對ArcGIS的學(xué)習(xí)過程，也是進一步加強我們課堂上學(xué)習(xí)知識的過程。這次的課程設(shè)計我們付出了很多，因為以前的課程設(shè)計都是按照指導(dǎo)書一步步做的，很少有自己的思考在里面。這次兩位老師準備的實驗指導(dǎo)書只有大綱，目的就是培養(yǎng)我們自主解決問題的能力，很多問題需要我們?nèi)グl(fā)現(xiàn)并找到解決的辦法，或通過詢問老師，或通過網(wǎng)上查閱資料。在設(shè)計過程中雖然遇到了一些問題，但經(jīng)過一次又一次的思考，一遍又一遍的檢查終于找出了原因所在，也暴露出了前期我在這方面的知識欠缺和經(jīng)驗不足。實踐出真知，通過親自動手操作，使我們掌握的知識不再是紙上談兵。例如在