地理信息系統(tǒng)實驗報告書

1、地理信息系統(tǒng)實驗報告書姓 名： 班 級： 指導(dǎo)教師： 計算機科學(xué)與工程學(xué)院2014年11月 目錄前言-3實驗一：幾何校正-4 實驗?zāi)康膶嶒炘韺嶒瀮?nèi)容與步驟實驗二：數(shù)據(jù)庫設(shè)計基本流程-8實驗?zāi)康膶嶒炘韺嶒瀮?nèi)容與步驟實驗三：空間分析-11 實驗?zāi)康膶嶒炘韺嶒瀮?nèi)容與步驟實驗四：地圖制圖-17實驗?zāi)康膶嶒炘韺嶒瀮?nèi)容與步驟總結(jié)-21前言通過對地理信息系統(tǒng)教程的學(xué)習(xí)，掌握地理信息系統(tǒng)的基本概念、空間數(shù)據(jù)的建立、采集、處理與存儲組織、GIS空間分析的原理方法、地圖可視化等內(nèi)容，并了解常用GIS軟件的操作，為后續(xù)其它GIS課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。本實驗課程要求掌握：ArcCatalog的基本操作、ArcM

2、ap地圖可視化、空間分析等操作。強化對課本知識的掌握，并不斷學(xué)習(xí)運用到以后的生活中去。實驗一：幾何校正1、 實驗?zāi)康?消除或改正遙感影像幾何誤差。二、實驗原理幾何校正的原理是將圖像數(shù)據(jù)投影到平面上，使其符合地圖投影系統(tǒng)而將地圖投影系統(tǒng) 賦予圖像數(shù)據(jù)的過程，稱為地圖參考。由于所有地圖投影系統(tǒng)都遵循一定的地圖坐標(biāo)系統(tǒng)， 因此幾何校正的過程包含了地理參考過程。在進行幾何糾正時，可以使用一幅不含地理參 考的圖像和一定數(shù)量的圖像上已知地理坐標(biāo)的控制點，也可以使用一幅不含地理參考的圖 像和一幅具有地理參考的高精度圖像。三、實驗軟件ArcGIS 10.24、 實驗內(nèi)容與步驟（1）地形圖的配準(zhǔn)加載數(shù)據(jù)和地理配

3、準(zhǔn)工具 1）打開ArcMap，將：05年淮南土地現(xiàn)狀圖.JPG、rectify05年淮南土 地現(xiàn)狀圖wgs84.tif加載到ArcMap中； 2）添加“地理配準(zhǔn)”工具欄； 3）把需要進行配準(zhǔn)的影像05年淮南土地現(xiàn)狀圖.JPG增加到ArcMap中， 會發(fā)現(xiàn)“地理配準(zhǔn)”工具欄中的工具被激活。 （2） 添加控制點 1）我們可以從圖中均勻的取幾個點。一般地，這些點應(yīng)該在拐角處。 2）找到適當(dāng)位置，點擊添加控制點按鈕，根據(jù)校正過的圖輸入控制點 的真實坐標(biāo)。 3）重復(fù)以上步驟，直到添加完所有控制點坐標(biāo)為止。 （3） 查看鏈接表 1）控制點添加完成后，點擊查看鏈接表查看。 2）檢查控制點，刪除殘差較大的控制

4、點并重新選取控制點。（4） 保存結(jié)果 1）將結(jié)果保存。 2）設(shè)定數(shù)據(jù)框的屬性：增加所有控制點，并檢查均方差，在”配準(zhǔn)” 菜單下，點擊“更新顯示”。執(zhí)行菜單命令“視圖”“數(shù)據(jù)框?qū)?性”，設(shè)定數(shù)據(jù)框?qū)傩?3）在“坐標(biāo)系統(tǒng)”選項頁中，設(shè)定數(shù)據(jù)框的坐標(biāo)系統(tǒng)為與掃描地圖 的坐標(biāo)系一致“Xian_1980_Degree_GK_CM_102E”，更新后，就變 成真實的坐標(biāo)。 4）矯正并重采樣?xùn)鸥裆尚碌臇鸥裎募涸凇庇跋衽錅?zhǔn)”菜單下， 點擊“矯正”，對配準(zhǔn)的影像根據(jù)設(shè)定的變換公式重新采樣，另存 為一個新的影像文件。 5）加載重新采樣后得到的柵格文件，并將原始的柵格文件從數(shù)據(jù)框 中刪除。后面我們的數(shù)字化工作是

5、對這個配準(zhǔn)和重新采樣后的影 像進行操作的。通過上面的操作我們的數(shù)據(jù)已經(jīng)完成了配準(zhǔn)工作， 下面我們將使用這些配準(zhǔn)后的影像進行分層矢量化。分層矢量化： 在ArcCatlog中創(chuàng)建一個線要素圖層。 6）從已配準(zhǔn)的地圖上提取等高線并保存到上面創(chuàng)建的要素類中，切換到 ArcMap中， 將新建的線要素圖層，加載到包含已配準(zhǔn)地形圖的數(shù)據(jù)框 中，保存地圖文檔為Demo.mxd，打開“編輯器”工具欄，在“編輯器” 下拉菜單中執(zhí)行“開始編輯命令”，并選擇前面創(chuàng)建的“等高線”要素 類。確認(rèn)編輯器中：任務(wù)為新建要素，目標(biāo)為等高線，設(shè)置 圖層等高線的顯示符號為紅色，并設(shè)置為合適的寬度。 7）將地圖放大到合適的比例下，從

6、中跟蹤一條等高線并根據(jù)高程點判讀 其高程，輸入該條等高線的高程。 8）進行一步練習(xí)線要素的其它操作，比如線段的合并、分割、編輯頂點 等操作可參照以上步驟，從地圖中提出多邊形要素（比如居民地），并 進一步熟悉多邊形要素編輯的相關(guān)操作。實驗二：數(shù)據(jù)庫設(shè)計基本流程一、實驗?zāi)康?了解GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計的概念，掌握GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計目標(biāo)，了解如何進行GIS數(shù)據(jù)庫設(shè)計。二、實驗原理目前，多數(shù)GIS軟件所提供的數(shù)據(jù)模型還是圖形與屬性數(shù)據(jù)庫分開，通過關(guān)鍵字段進行連接。所以本實驗的目的是讓學(xué)生初步了解常用GIS軟件數(shù)據(jù)模型，以及如何在數(shù)字化后進行屬性數(shù)據(jù)的創(chuàng)建和編輯。 三、實驗軟件Arcmap 10.24、 實驗內(nèi)

7、容與步驟1） 在創(chuàng)建的地理數(shù)據(jù)庫之間要完成數(shù)據(jù)庫的概念設(shè)計，每一個圖層對應(yīng)一 個數(shù)據(jù)表，在ArcCatalog中“要素類”的概念與之對應(yīng)?？梢詫⒍鄠€要素 類組織成為一個“要素集”，在同一個要素集中的要素類都具有相同的地 理參考（坐標(biāo)系相同）。2） 在ArcCatalog的目錄樹中，在文件目錄欄右鍵新建個人地理數(shù)據(jù)庫，命 名為huainan.mdb。在huainan.mdb右鍵導(dǎo)入多個要素類，將文件夾下面 的多個shape文件導(dǎo)入進來。 3）右鍵點擊數(shù)據(jù)庫文件 “huainan.mdb”,在出現(xiàn)的菜單中，選擇新建>>要 素數(shù)據(jù)集，在出現(xiàn)的對話框中輸入要素集的名稱并為其指定一個坐標(biāo) 系

8、，在這里，我們設(shè)定坐標(biāo)系為：GCS_WGS_1984，這是一種被GPS 采用的地理坐標(biāo)系。 4）右鍵點擊新建的要素集-zuobiaoxi，在出現(xiàn)的菜單中選擇新建>>要 素類，在出現(xiàn)的對話框中輸入要素類的名稱公交站點，點擊<下 一步>,再次點擊<下一步>按鈕。在出現(xiàn)的對框中選擇“Shape”字 段，修改字段的幾何類型為“點”（表示此要素類中將要存儲的要 素類型是點要素，我們準(zhǔn)備用來存儲公交站點） 5)在出當(dāng)前的對話框中，我們新加兩個字段“站點名稱”、“公交站點編 號”，數(shù)據(jù)類型都設(shè)置為“Text”.點擊“完成”按鈕。這樣我們就完 成了要素類的定義?？梢詫⑦@個要

9、素類（圖層）加入的ArcMap中， 進行數(shù)字化的工作，從背景地圖中提取公交站點的位置。l 6)新建數(shù)據(jù)表：右鍵點擊地理數(shù)據(jù)庫huainan.mdb，在出現(xiàn)的菜單中， 選擇新建>>表，輸入表名稱：公交線路，點<下一步>,再次點<下 一步>，在對話框中，新添加兩個字段 “公交站點編號”、“公交線路” （數(shù)據(jù)類型都設(shè)為Text）。 7)創(chuàng)建公交站點到公交線路一對多的關(guān)系（1:M）：右鍵選擇地理數(shù)據(jù) 庫huainan.mdb，在出現(xiàn)的菜單中選擇<新建>-<關(guān)系類>，對以下內(nèi) 容進行設(shè)定，其它設(shè)置接受默認(rèn)選項即可。 8)以上步驟完成后，ArcC

10、atalog中就可以看到，在地理數(shù)據(jù)庫 huainan.mdb中，有一個要素集（zuobiaoxi），其中包含一個要素類(公 交站點)、一個數(shù)據(jù)表（公交線路）、一個關(guān)系類（公交站及公交線1:M） 然后再拖放數(shù)據(jù)到ArcMap中，編輯屬性數(shù)據(jù)及進行1：M的空間查 詢，最后導(dǎo)入GPS數(shù)據(jù)，生成圖層即可。實驗三：空間分析1、 實驗?zāi)康?1）了解基于矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)基本空間分析的原理和操作。 2）掌握矢量數(shù)據(jù)與柵格數(shù)據(jù)間的轉(zhuǎn)換，柵格重分類(Raster Reclassify)、 柵格計算查詢符合條件的柵格(Raster Calculator)、 面積制表 （Tabulate Area） 、 分區(qū)統(tǒng)計

11、(Zonal Statistic)、 緩沖區(qū)分(Buffer) 、 采樣數(shù)據(jù)的空間內(nèi)插(Interpolate)、 柵格單元統(tǒng)計（Cell Statistic） 、 鄰域統(tǒng)計（Neighborhood）等空間分析基本操作和用途。 3）為選擇合適的空間分析工具求解復(fù)雜的實際問題打下基礎(chǔ)。二、實驗原理 空間分析是基于地理對象的位置和形態(tài)的空間數(shù)據(jù)的分析技術(shù)，其目的在于提取空間信息或者從現(xiàn)有的數(shù)據(jù)派生出新的數(shù)據(jù)，是將空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)樾?息的過程。三、實驗軟件 ArcGIS 10.2四、實驗內(nèi)容與步驟（1）矢量數(shù)據(jù)的空間分析 1)打開ARCMAP軟件，打開實驗數(shù)據(jù)文件，將相關(guān)文件加入軟件中； 2）主干道

12、噪音緩沖區(qū)的建立。選擇交通網(wǎng)絡(luò)圖層（network.shp），打開 圖層的屬性表，在菜單中選擇select by attributes,在select by attributes對話框中，左邊選擇“TYPE”, 雙擊將其添加到對話框下 面SQL算式表中，點中間“= ”，再單擊Get unique values 將 TYPE 的全部屬性值加入上面的列表框中，然后選擇“ST”屬性值，雙擊添 加到SQL算式表中,單擊 APPLY 按鈕，就將市區(qū)的主要道路選擇出來。 3）點擊緩沖區(qū)按鈕，對選擇的主干道進行緩沖區(qū)的建立，首先在緩沖區(qū)對 象圖層選擇交通網(wǎng)絡(luò)圖層（network ），然后將下面的Use On

13、ly the Selected Feature（僅對選擇的要素進行分析）選中，單擊 next ； 4）確定尺寸單位，選擇第一種緩沖區(qū)建立方法（At a specified distance）， 指定緩沖區(qū)半徑為 200 米，單擊 next ； 5）由于不是分別考慮一個圖層的各個不同的要素的目的，所以我們在這里 選擇的是第一種邊界設(shè)定類型（Dissolve barriers between），然后指 定好緩沖區(qū)文件的存放路徑和文件名后，單擊 OK，完成主干道噪音污染 緩沖區(qū)的建立。 6）商業(yè)中心影響范圍建立 建立大型商業(yè)中心的影響范圍。首先點擊緩沖區(qū)按鈕。在緩沖區(qū)對象圖 層選擇商業(yè)中心分布圖層（

14、marketplace ），單擊next ； 確定尺寸單位，選擇第一種緩沖區(qū)建立方法，以其屬性字段YUZHI為緩 沖區(qū)半徑，單擊 next ； 選擇的是第一種邊界設(shè)定類型，然后指定好緩沖區(qū)文件的存放路徑和文 件名后，單擊 OK，完成商業(yè)中心影響范圍緩沖區(qū)的建立。 7）名牌高中的影響范圍建立 點擊緩沖區(qū)按鈕，在緩沖區(qū)對象圖層選擇名牌高中分布圖層（school ）， 單擊 next ； 確定尺寸單位米，選擇第一種緩沖區(qū)建立方法，指定 750 米作為半徑， 設(shè)置好后，單擊 next ； 選擇的是第一種邊界設(shè)定類型，然后指定好緩沖區(qū)文件的存放路徑和文 件名后，單擊 OK，完成名牌高中的覆蓋范圍緩沖區(qū)的

15、建立。 8）名勝古跡的影響范圍建立 點擊緩沖區(qū)按鈕 ，在緩沖區(qū)對象圖層選擇名勝古跡分布圖層（famous place ）， 單擊 next ，確定尺寸單位，選擇第一種緩沖區(qū)建立方法，指定 500 米 作為緩沖區(qū)半徑，設(shè)置好后，單擊next ； 選擇的是第一種邊界設(shè)定類型，然后指定好緩沖區(qū)文件的存放路徑和文 件名后，單擊OK，完成名勝古跡的覆蓋范圍緩沖區(qū)的建立。 9）進行疊置分析將滿足上述四個要求的區(qū)域求出 將商業(yè)中心影響范圍、名牌高中的影響范圍和名勝古跡的影響范圍進行 疊置分析的交集操作，可以將同時滿足三個條件的區(qū)域計算出。打開 ArcToolBox ，在 analyst tools下選擇 o

16、verlay 下的 Intersect 操作，打開交集操作對話框，將商業(yè)中心的緩沖區(qū)、名牌高中的緩沖區(qū) 和名勝古跡的緩沖區(qū)分別添加進來，設(shè)定輸出文件名并選擇全部字段， 輸出類 型和輸入類型一樣，單擊 OK，從而獲得同時滿足三個條件的交 集區(qū)域。利用主干道噪音緩沖區(qū)對獲得的三個區(qū)域的交集進行圖層擦除操作，從而 獲得同時滿足四個條件的區(qū)域的獲得，打開 ArcToolBox ，在 analyst tools 下選擇 overlay 下的 Erase操作，打開圖層擦除操作對話框，在 input features 選擇三個區(qū)域的交集，在 erase features 選擇主干道 噪音緩沖區(qū)，同時設(shè)定輸出

17、圖層的地址和文件名，單擊 OK，從而獲得同 時滿足四個條件的交集區(qū)域的獲得，即購房者的最佳選擇區(qū)域。 （2）柵格數(shù)據(jù)的空間分析 1)運行 ArcMap ，加載 Spatial Analyst 模塊，如果 Spatial Analyst 模 塊未能激活，點擊 Tools 菜單下的 Extensions ，選擇 Spatial Analyst， 點擊 Close 按鈕。 2)單擊File 菜單下的 Open 命 令 ，打開加載圖文檔對話框 ，選擇 road.mxd 。 3) 設(shè)置空間分析環(huán)境。點擊 Spatial Analyst 模塊的下拉箭頭，打開 Options 對話框，設(shè)置相關(guān)參數(shù)： 打 開

18、 Options 對 話 框 中 的 General 選項卡 ， 設(shè)置默認(rèn) 工作路徑為：“E:result ”。 打開 Options 對話框中的 Extent 選項卡，在 Analysis Extent 下 拉框中選擇“Same as Layer landuse ”。 打開 Options 對話框中的 Cell Size 選項卡，在 Analyst Cell Size 下拉框中選擇“Same as Layer landuse”。 4) 創(chuàng)建成本數(shù)據(jù)集 要找到到學(xué)校的最佳路徑，首先需要從適宜性地圖創(chuàng)建源數(shù)據(jù)輸入及成 本數(shù)據(jù)集，把它們作為成本加權(quán)函數(shù)輸入。 考慮到山地坡度、起伏度對修建公路的成本

19、影響比較大，其中尤其山地 坡度更是人們首先關(guān)注的對象，則在創(chuàng)建成本數(shù)據(jù)集時，可考慮分配其 權(quán)重比為：0.6 ：0.4 。但是在有流域分布的情況下，河流對成本影響 不 可低估。在此情形下，成本數(shù)據(jù)集考慮為合并山地坡度和起伏度之后的 成本，加上河流對成本之影響即可。 坡度成本數(shù)據(jù)集選擇DEM數(shù)據(jù)層，點擊Spatial Analyst下拉列表框，選擇Surface Analyst并點擊slope，生成坡度數(shù)據(jù)集，記為slope。 選擇Slope數(shù)據(jù)層，點擊Spatial Analyst 下拉鍵頭，選擇Reclassify 命令實施重分類。 對坡度數(shù)據(jù)集實施重分類的基本原則是：采用 等間距分為10級，

20、坡度最小一級賦值為 1， 最大一級賦值為10，得到下圖所示坡度成本 數(shù)據(jù)（reclass_slope）。 .起伏度成本數(shù)據(jù)集 選擇 DEM 數(shù)據(jù)層，點擊 Spatial Analyst 下拉列表框，選 Neighborhood Statistics ，設(shè)置如圖所示參數(shù)設(shè)置，點擊 Ok 按鈕， 生成起伏度數(shù)據(jù)層，記為 QFD 。 選擇 QFD 數(shù)據(jù)層，點擊 Spatial Analyst 下拉鍵頭，選擇 Reclassify 命令，按 10 級等間距實施重分類，地形越起伏，級數(shù)賦值越高，即最 小一級賦值為1，最大一級賦值為10，得到圖所示地形起伏成本數(shù)據(jù)。 河流成本數(shù)據(jù)集 選擇 River 數(shù)據(jù)

21、層，點擊 Spatial Analys下拉鍵頭，選擇 Reclassify 命令，按照河流等級如下進行分類：4 級為 10；如此依次為8 ，5 ， 2 ，1 ，生成圖示河流成本 （reclass_river ） 5）加權(quán)合并單因素成本數(shù)據(jù)，生成最終成本數(shù)據(jù)集。 點擊 Spatial Analyst 下拉箭頭，選擇Raster Calculator 命令合并數(shù)據(jù)集，得到最 終成本數(shù)據(jù)集。 實驗四：地圖制圖1、 實驗?zāi)康氖炀毑⒄莆杖绾问褂肁rcMap進行制圖2、 實驗原理設(shè)置地圖符號各種渲染方式的使用,使用ArcMap Layout（布局）界面制作專題地圖,將各種地圖元素添加到地圖版面中3、 實驗

22、軟件ArcMap10.24、 實驗內(nèi)容與步驟1)在ArcMap中新建地圖文檔，加載 空間分析 擴展模塊及空間分析工 具欄加載圖層：省會城市、地級市駐地、主要公路、國界線、省級行 政區(qū)、線狀省界，將地圖文檔保存到 Ex12下，名稱為：ChinaMap 2)在圖層列表面板中右鍵點擊圖層：省級行政區(qū)，執(zhí)行屬性命令， 在出現(xiàn)的圖層屬性對話框中，點擊符號-Symbology選項頁，如下圖 所示，渲染參數(shù)設(shè)置為：類別>唯一值，字段值設(shè)置為：DZM 。點 擊添加全部值按鈕，將<所有其它值>前檢查框的勾去掉。 3)點擊符號列，然后選擇全部符號屬性命令。在符號選擇器中，將輪廓 線顏色 設(shè)置為 無顏色。 4)顯示圖層：國界線，在TOC中右鍵點擊圖層：國界線，執(zhí)行屬性命令，在出現(xiàn) 的圖層屬性對話框中將渲染方式設(shè)置為 單一符號，點擊符號設(shè)置按鈕 5 )顯示圖層:地級城市駐地,并參考以上操作及下圖所示,設(shè)置圖層渲染方式 6)標(biāo)注圖層要素：在TOC中，右鍵點擊圖層：省級行政區(qū)，執(zhí)行屬性 命令，在出現(xiàn)的圖層屬性對話框中，點擊標(biāo)注選項頁，確認(rèn)標(biāo)注字段 為：Name,點擊 符號按鈕，在符號選擇器對話框中，將標(biāo)注字體大 小設(shè)置為: 12, 點擊屬性按鈕，在編輯器對話框