GIS應(yīng)用綜合實(shí)習(xí)1

第頁資源環(huán)境學(xué)院*******學(xué)年第**學(xué)期《GIS應(yīng)用綜合實(shí)習(xí)》教學(xué)實(shí)習(xí)報(bào)告一、實(shí)習(xí)學(xué)生信息班級：地理信息系統(tǒng)專業(yè)****級*班組別：第*組實(shí)習(xí)報(bào)告書寫者：********二、指導(dǎo)教師三、實(shí)習(xí)時(shí)間、地點(diǎn)實(shí)習(xí)時(shí)間：********實(shí)習(xí)地點(diǎn)：資源環(huán)境學(xué)院教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心遙感及地理信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室。四、實(shí)習(xí)目的加深對GIS原理、方法的理解，更全面了解GIS在各領(lǐng)域的應(yīng)用。掌握應(yīng)用GIS工具進(jìn)行分析和解決實(shí)際問題的能力。GIS是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，GIS實(shí)習(xí)以課堂所講授的GIS的原理、方法為指導(dǎo)，結(jié)合GIS通用平臺的具體操作和應(yīng)用，能夠讓學(xué)生更深入的理解GIS的概念、原理和方法，更廣泛地了解GIS的應(yīng)用領(lǐng)域，并且使學(xué)生更牢固的掌握GIS課堂教學(xué)的相關(guān)內(nèi)容。更為重要的是，通過本次實(shí)習(xí)，能夠讓學(xué)生達(dá)到以下的目的：1.熟練運(yùn)用GIS軟件矢量化地形圖，掌握掃描矢量化的基本原理、方法和步驟。2.熟練掌握GIS空間數(shù)據(jù)輸入及輸出及圖形編輯等功能。3.了解GIS空間數(shù)據(jù)的獲取和處理的方法。4.了解GIS相關(guān)產(chǎn)業(yè)的業(yè)務(wù)流程，以及發(fā)展?fàn)顩r、方向和趨勢。5.了解GIS在具體領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)例，工作的流程和工作原理以及分析需求的方法。五、實(shí)習(xí)的內(nèi)容、方式或方法一）矢量化部分對已有地形圖進(jìn)行配準(zhǔn)和校正，進(jìn)行屏幕矢量化.我矢量化的地物是陡坎，河流，還有少部分等高線。在之前的矢量化過程中沒注意過陡坎的畫法，它的示坡線的指示方向不同，畫法就不同。我選擇的顯示符號是小短線向上的，所以在矢量化陡坎時(shí)，示坡線（小短線）是出現(xiàn)在鼠標(biāo)前進(jìn)線的左側(cè)，所以在矢量化陡坎時(shí)要根據(jù)真實(shí)底圖的示坡線方向選擇矢量化起始點(diǎn)和方向。對于河流就簡單多了，一般的小河流就是矢量化成線圖層，對于黃河就矢量化成面圖層，在矢量化黃河時(shí)需要注意的是，黃河中間會(huì)有一些名為草地或是泥沙，淤泥等的類似島的部分，漲潮后就是水了，所以這些部分不用被提出來，他還是屬于黃河的。等高線的矢量化一直都是很費(fèi)神的，尤其是那種很密的等高線，此次矢量化的等高線確實(shí)很密，不過還好的是它比較規(guī)則，在矢量化等高線時(shí)需要注意的是分辨模糊處及其相接的等高線，有很多等高線隔得很近，很多時(shí)候分不清是不是該接過去，在這種情況下我們就可以通過兩條計(jì)曲線之間首曲線的高程值來推測，不相連的等高線即使是高程值相同也不用將他們連接，為了簡單我是一邊矢量化一邊賦高程值的，首先先根據(jù)高程點(diǎn)以及等高距判斷地形的大概走勢（即高程的變化），以及計(jì)曲線的高程值。再推測兩已知高程值的計(jì)曲線間的首曲線的高程，等高線一般都比較長，有些地方兩計(jì)曲線間只有三條或兩條首曲線，這種情況下就不能直接得到首曲線的高程值，但可以通過其他地方推測，一般情況下這種情況下的那幾條首曲線是很長的，可以從這條線的其他地方（兩計(jì)曲線間有四條首曲線的地方）得到高程值。我們組的等高線相對比較規(guī)則，還簡單不少，有的組的等高線直接找不到相鄰的，而且高程點(diǎn)還很少，總是在很多地方莫名的出來幾條。矢量化等高線不僅要細(xì)心認(rèn)真還要發(fā)揮自己的常識、推測。例如：在一個(gè)低洼的地方的里邊會(huì)有一個(gè)鼓起的小山包，它的等高線就和一般的不同了。二）GIS矢量數(shù)據(jù)空間分析各小組矢量化結(jié)束后就要開始拼接，先用地理配準(zhǔn)中的合并將各圖層合并，再對不符合的地方做操作。有的組把黃河矢量化成了線，而且還及其他組的不相接就不得不在裂縫處重新畫面并把原來是線的黃河區(qū)域提取出來重新要素轉(zhuǎn)面，再對其進(jìn)行合并。為后面操作，需要有一個(gè)面狀的縣界，之前的只是一個(gè)線狀的，在要素轉(zhuǎn)面時(shí)一直出錯(cuò)，當(dāng)時(shí)找不到原因，我就令想了個(gè)辦法，就是新建一個(gè)面狀圖層，利用編輯器里的追蹤按鈕，沿著線狀邊界追蹤，但發(fā)現(xiàn)走到一半就過不去了，放大才發(fā)現(xiàn)有斷口，于是就找出所有斷口并根據(jù)底圖邊界對他們做節(jié)點(diǎn)編輯，使其完整，再做要素轉(zhuǎn)面就很順利的成功了。由于之前每次做DEM,數(shù)據(jù)總是不能覆蓋研究區(qū)域，這側(cè)矢量化時(shí)就故意把等高線略畫出區(qū)域界線。并且暫時(shí)不對矢量化數(shù)據(jù)進(jìn)行邊界裁剪。三）GIS柵格數(shù)據(jù)空間分析（一）DEM的生成用矢量化好的等高線做DEM，用了兩種方法：一，用創(chuàng)建TIN再TIN轉(zhuǎn)柵格方式，環(huán)境的處理范圍設(shè)置的及顯示范圍相同，但生成的DEM都不能覆蓋合陽全區(qū)域，因?yàn)槟承┑胤竭€是缺少數(shù)據(jù)。二，用柵格插值，地形轉(zhuǎn)柵格生成的DEM是可以將區(qū)域覆蓋完全，可總感覺最大最小高程值不對。如圖（左圖為方法一結(jié)果，右圖為方法二結(jié)果）：后來又根據(jù)底圖將缺少數(shù)據(jù)部分的高程點(diǎn)畫出來，結(jié)合著等高線共同生成DEM，得到的DEM數(shù)據(jù)就是對的了（如下左圖），再用邊界面數(shù)據(jù)對此DEM作按掩膜提取，得到合陽縣整個(gè)范圍的DEM數(shù)據(jù)（如下右圖）。 生成的DEM圖：(二)地形分析1，坡度、坡向圖的生成DEM圖生成后，坡度、坡向圖就比較簡單了，直接通過SpatialAnaly表面分析坡度、坡向，就可以生成。需要注意的就是在出圖時(shí)對圖例等相關(guān)要素的調(diào)整，坡度圖生成的坡度數(shù)據(jù)小數(shù)位太多，需要將其顯示少點(diǎn)，在符號系統(tǒng)里調(diào)節(jié)就好。生成的坡度圖：坡向圖要注意的是對其進(jìn)行重分類，直接生成的坡向是有兩個(gè)北的，需要將他們重分類，分成一個(gè)就好了。生成的坡向圖：2，地形起伏度是指在一個(gè)特定的區(qū)域內(nèi)，最高點(diǎn)海拔及最低點(diǎn)海拔高度的差值。他是描述一個(gè)區(qū)域地形特征的一個(gè)宏觀的指標(biāo)。做法：SpatialAnalysis工具領(lǐng)域分析(選任一統(tǒng)計(jì)方式都可以)，將統(tǒng)計(jì)類型分別設(shè)為最大值和最小值各輸出一次，再用柵格計(jì)算器用最大值減去最小值。生成的合陽縣地形起伏度圖：3，地面粗糙度利用柵格計(jì)算器，對坡度數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。成圖：4，正負(fù)地形提取點(diǎn)擊領(lǐng)域分析，利用領(lǐng)域分析的方法以11*11的寬口計(jì)算平均值，結(jié)果記為塊統(tǒng)計(jì)mean。在柵格計(jì)算器里，對原始DEM數(shù)據(jù)及塊統(tǒng)計(jì)mean數(shù)據(jù)做減法運(yùn)算，并將運(yùn)算結(jié)果分為兩級，分級界線為0.那么大于0的區(qū)域在原始DEM上就是正地形區(qū)域，小于0的在原始DEM上就是負(fù)地形區(qū)域。對得到的二值化區(qū)域進(jìn)行兩次重分類，一次將正地形區(qū)域?qū)傩灾蒂x值為1，負(fù)地形區(qū)域賦值為0，命名為正地形，另一次將正地形區(qū)域?qū)傩灾蒂x值為0，負(fù)地形區(qū)域賦值為1，命名為負(fù)地形。正地形：負(fù)地形：5，山脊線、山谷線的提取點(diǎn)擊DEM數(shù)據(jù)，使用【SpatialAnalyst工具】|【表面分析】|【坡向】工具，提取DEM的坡向數(shù)據(jù)層，命名為坡向。點(diǎn)擊數(shù)據(jù)層坡向，使用【SpatialAnalyst工具】|【表面分析】|【坡度】工具，提取數(shù)據(jù)層坡向的坡度數(shù)據(jù)，命名為坡度1。求取原始DEM數(shù)據(jù)層的最大高程值，記為H（可在圖層中直接觀察得到，在此為1548.1）；使用【SpatialAnalyst工具】|【地圖代數(shù)】|【柵格計(jì)算器】計(jì)算，公式為（H-DEM），得到及原來地形相反的DEM數(shù)據(jù)層，即反地形DEM數(shù)據(jù)?；诜吹匦蜠EM數(shù)據(jù)求算坡向值，命名為坡向1。利用SOA方法求算反地形的坡向變率，記為坡度2。使用【柵格計(jì)算器】計(jì)算，公式為SOA=(（[坡度1]+[坡度2]）-Abs([坡度1]-[坡度2]))/2，即可求出沒有誤差的DEM的坡向變率SOA。再次點(diǎn)擊初始DEM數(shù)據(jù)，使用【SpatialAnalyst工具】|【鄰域分析】|【焦點(diǎn)統(tǒng)計(jì)】工具，設(shè)置統(tǒng)計(jì)類型為平均值，鄰域的類型為矩形，鄰域的大小為11X11，即可得到一個(gè)鄰域?yàn)?1X11的矩形的平均值數(shù)據(jù)層，記為焦點(diǎn)統(tǒng)計(jì)mean。使用【柵格計(jì)算器】計(jì)算，公式為正負(fù)地形分布區(qū)域=[DEM]-[焦點(diǎn)統(tǒng)計(jì)mean]，即可求出正負(fù)地形分布區(qū)域。使用【柵格計(jì)算器】計(jì)算，公式為山脊線=[正負(fù)地形分布區(qū)域]>0andSOA>55，（一般一步是做不出來的，需要分開來做）即可求出山脊線。同理，使用【柵格計(jì)算器】計(jì)算，公式為山谷線=[正負(fù)地形分布區(qū)域]<0andSOA>55，即可求出山谷線。得到的合陽縣山脊山谷線圖：（三）地貌圖地貌圖即可以展現(xiàn)地形起伏，可以通過山體陰影和DEM的疊合效果來表示。先做山體陰影，通過Spatialanalyst工具表面分析山體陰影，來生成山體陰影圖。再將山體陰影的屬性窗口設(shè)置圖層透明度。將DEM圖層屬性設(shè)置為最值拉伸，并選擇帶有暈眩效果的色帶。將山體陰影圖放在DEM圖上，觀察立體效果，通過調(diào)節(jié)山體陰影水文分析由于黃河是面狀并且其范圍內(nèi)的高程值不同，所以做水文分析時(shí)需要將黃河范圍裁減掉，其不能考慮在范圍內(nèi)，否則會(huì)出現(xiàn)水流方向及黃河水流方向相反的情況。之前的數(shù)據(jù)處理有部分誤差，從底圖來看合陽縣的邊界應(yīng)該是始終穿過黃河的，也就是說黃河的右側(cè)邊界應(yīng)該和合陽縣的右側(cè)邊界重合，而目前使用的數(shù)據(jù)不重合，因此我不得不對其做操作，首先我用的方法是采用編輯折點(diǎn)工具，將黃河邊界拉到和合陽縣邊界重合，但發(fā)現(xiàn)太麻煩。我就直接重建圖層，用追蹤工具沿著黃河邊界的左邊界，合陽縣邊界的右邊界很快就得到新的黃河圖層，再用黃河圖層及合陽縣的DEM做擦除，得到?jīng)]有黃河的合陽縣DEM數(shù)據(jù)的，用來做水文分析。1，流向分析（最好是在無洼地的DEM中做，在此僅在DEM中做是為了后面做匯，已確定該DEM是否是有洼地的DEM）流向工具的輸出是值范圍介于1到255之間的整型柵格。2，匯（Sink）匯是指流向柵格中流向無法被賦予八個(gè)有效值之一的一個(gè)或一組空間連接像元。匯被視為具有未定義的流向，并被賦予等于其可能方向總和的值。匯工具的輸出是一個(gè)整型柵格，其中每個(gè)匯都被賦予一個(gè)唯一值。匯的編號介于1到匯的數(shù)量之間。3，填洼（Fill）由上一步的匯可看出該DEM是有匯，即是有洼地的，在此對原始DEM做填洼，已通過填充表面柵格中的匯來移除數(shù)據(jù)中的小缺陷（洼地）。得到無洼地（凹陷點(diǎn)）DEM.凹陷點(diǎn)是指具有未定義流域方向的像元；其周圍的像元均高于它。傾瀉點(diǎn)相對于凹陷點(diǎn)的匯流區(qū)域高程最低的邊界像元。如果凹陷點(diǎn)中充滿了水，則水將從該點(diǎn)傾瀉出去。有關(guān)填充的Z限制。要填充的凹陷點(diǎn)及其傾瀉點(diǎn)之間的最大高程差。如果凹陷點(diǎn)及其傾瀉點(diǎn)之間的z值差大于z限制，則不會(huì)填充此凹陷點(diǎn)。默認(rèn)情況下將填充所有凹陷點(diǎn)（不考慮深度）。用無凹陷點(diǎn)的DEM做流向分析（真正意義上的流向分析）4，流量（FlowAccumulation）在流向的基礎(chǔ)上做流量分析。創(chuàng)建每個(gè)像元累積流量的柵格。流量累積將基于流入輸出柵格中每個(gè)像元的像元數(shù)。高流量的輸出像元是集中流動(dòng)區(qū)域，可用于標(biāo)識河道。流量為零的輸出像元是局部地形高點(diǎn)，可用于識別山脊。流量工具不遵循壓縮環(huán)境設(shè)置。輸出柵格將始終處于未壓縮狀態(tài)。流量從低到高顏色由紅到藍(lán)，所以流量圖中的紅色區(qū)域是沒有流量的，藍(lán)色區(qū)域是相對來說流量最高的，所以可以看出都是大一點(diǎn)的河流。5，河網(wǎng)在流量的基礎(chǔ)上，應(yīng)用柵格計(jì)算器得到合陽縣的河網(wǎng)。在這過程中，剛開始我根據(jù)流量數(shù)據(jù)里我能看得到河流的像素值來用柵格計(jì)算器提取，發(fā)現(xiàn)河網(wǎng)太密集，甚至出現(xiàn)類似南山遍野河流的情況，是很不準(zhǔn)確的，經(jīng)過調(diào)試，發(fā)現(xiàn)選擇2500的效果還挺好。得到河網(wǎng)數(shù)據(jù)后，再將其轉(zhuǎn)換成矢量數(shù)據(jù)，直接用水文分析里的柵格河網(wǎng)矢量化工具（柵格河網(wǎng)矢量化工具使用的算法主要用于矢量化河流網(wǎng)絡(luò)或任何表示方向已知的柵格線性網(wǎng)絡(luò)的柵格。該工具使用方向柵格來幫助矢量化相交像元和相鄰像元。可將兩個(gè)值相同的相鄰柵格河網(wǎng)矢量化為兩條平行線。這及柵格轉(zhuǎn)折線(RastertoPolyline)工具相反，后者通常更傾向于將線折疊在一起）。平滑處理河流網(wǎng)絡(luò)：打開[編輯器]工具欄，執(zhí)行工具欄中的命令[編輯器]>>[開始編輯]，確保目標(biāo)圖層為河流網(wǎng)絡(luò)圖層[Shape1],通過打開[Shape1屬性表，并選擇屬性表的所有行選擇圖層[Shape1]中的所有要素，也可以通過要素選擇按鈕選擇圖層中所有要素，執(zhí)行[編輯器]工具欄中的命令[編輯器]>>[更多的編輯工具]>>[高級編輯]打開工具條：[高級編輯]，點(diǎn)擊其上的[平滑]按鈕。最終生成的河網(wǎng)圖為：6，河網(wǎng)分級（StreamOrder）在河網(wǎng)和流向的基礎(chǔ)上進(jìn)行河網(wǎng)分級操作。河網(wǎng)分級是一種將級別數(shù)分配給河流網(wǎng)絡(luò)中的連接線的方法。此級別是一種根據(jù)支流數(shù)對河流類型進(jìn)行識別和分類的方法。僅需知道河流的級別，即可推斷出河流的某些特征。河網(wǎng)分級工具有兩種可用于分配級別的方法。這兩種方法由Strahler(1957)和Shreve(1966)提出。在這兩種方法中，始終將1級分配給上游河段。Strahler河流分級方法：在Strahler法中，所有沒有支流的連接線都被分為1級，它們稱為第一級別。當(dāng)級別相同的河流交匯時(shí)，河網(wǎng)分級將升高。因此，兩條一級連接線相交會(huì)創(chuàng)建一條二級連接線，兩條二級連接線相交會(huì)創(chuàng)建一條三級連接線，依此類推。但是，級別不同的兩條連接線相交不會(huì)使級別升高。例如，一條一級連接線和一條二級連接線相交不會(huì)創(chuàng)建一條三級連接線，但會(huì)保留最高級連接線的級別。Shreve河流分級方法：Shreve法考慮網(wǎng)絡(luò)中的所有連接線。及Strahler法相同，所有外連接線都被分為1級。但對于Shreve法中的內(nèi)連接線，級別是增加的。例如，兩條一級連接線相交會(huì)創(chuàng)建一條二級連接線，一條一級連接線和一條二級連接線相交會(huì)創(chuàng)建一條三級連接線，而一條二級連接線和一條三級連接線相交則會(huì)創(chuàng)建一條五級連接線。因?yàn)榧墑e可增加，所以Shreve法中的數(shù)字有時(shí)指的是量級，而不是級別。在Shreve法中，連接線的量級是指上游連接線的數(shù)量。此次操作用的是方法一，Strahler河流分級方法。將生成的河流分級柵格數(shù)據(jù)繼續(xù)用柵格河網(wǎng)矢量化工具將其轉(zhuǎn)換成矢量數(shù)據(jù)，再將其以唯一值GRID-