地理信息系统实验报告书.doc

1、地理信息系统实验报告书姓 名： 班 级： 指导教师： 计算机科学与工程学院2014 年 11 月2目录前言-3实验一：几何校正-4实验目的实验原理实验内容与步骤实验二：数据库设计基本流程-8实验目的实验原理实验内容与步骤实验三：空间分析-11 实验目的实验原理实验内容与步骤实验四：地图制图-17实验目的实验原理实验内容与步骤总结-213前言通过对地理信息系统教程的学习，掌握地理信息系统的基本概念、空间数据的建立、采集、处理与存储组织、GIS空间分析的原理方法、地图可视化等内容，并了解常用 GIS 软件的操作，为后续其它 GIS 课程的学习打下基础。本实验课程要求掌握：ArcCatalog 的基

2、本操作、ArcMap 地图可视化、空间分析等操作。强化对课本知识的掌握，并不断学习运用到以后的生活中去。实验一：几何校正41、实验目的消除或改正遥感影像几何误差。二、实验原理几何校正的原理是将图像数据投影到平面上，使其符合地图投影系统而将地图投影系统赋予图像数据的过程，称为地图参考。由于所有地图投影系统都遵循一定的地图坐标系统，因此几何校正的过程包含了地理参考过程。在进行几何纠正时，可以使用一幅不含地理参考的图像和一定数量的图像上已知地理坐标的控制点，也可以使用一幅不含地理参考的图像和一幅具有地理参考的高精度图像。三、实验软件ArcGIS 10.24、实验内容与步骤（1）地形图的配准加载数据和

3、地理配准工具1）打开 ArcMap，将：05 年淮南土地现状图.JPG、rectify05 年淮南土地现状图 wgs84.tif 加载到 ArcMap 中；2）添加“地理配准”工具栏；3）把需要进行配准的影像 05 年淮南土地现状图.JPG 增加到 ArcMap中，会发现“地理配准”工具栏中的工具被激活。5（2）添加控制点1）我们可以从图中均匀的取几个点。一般地，这些点应该在拐角处。2）找到适当位置，点击添加控制点按钮，根据校正过的图输入控制点的真实坐标。3）重复以上步骤，直到添加完所有控制点坐标为止。6（3）查看链接表1）控制点添加完成后，点击查看链接表查看。2）检查控制点，删除残差较大的控

4、制点并重新选取控制点。（4）保存结果1）将结果保存。2）设定数据框的属性：增加所有控制点，并检查均方差，在”配准”菜单下，点击“更新显示” 。执行菜单命令“视图”“数据框属 性” ，设定数据框属性3）在“坐标系统”选项页中，设定数据框的坐标系统为与扫描地图的坐标系一致“Xian_1980_Degree_GK_CM_102E” ， ，更新后，就7变成真实的坐标。4）矫正并重采样栅格生成新的栅格文件：在”影像配准”菜单下，点击“矫正” ，对配准的影像根据设定的变换公式重新采样，另存为一个新的影像文件。5）加载重新采样后得到的栅格文件，并将原始的栅格文件从数据框中删除。后面我们的数字化工作是对这个配

5、准和重新采样后的影像进行操作的。通过上面的操作我们的数据已经完成了配准工作，下面我们将使用这些配准后的影像进行分层矢量化。分层矢量化：在 ArcCatlog 中创建一个线要素图层。6）从已配准的地图上提取等高线并保存到上面创建的要素类中，切换到ArcMap 中， 将新建的线要素图层，加载到包含已配准地形图的数据框中，保存地图文档为 Demo.mxd，打开“编辑器”工具栏，在“编辑器”8下拉菜单中执行“开始编辑命令” ，并选择前面创建的“等高线”要素类。确认编辑器中：任务为新建要素，目标为等高线，设置图层等高线的显示符号为红色，并设置为合适的宽度。7）将地图放大到合适的比例下，从中跟踪一条等高线

6、并根据高程点判读 其高程，输入该条等高线的高程。8）进行一步练习线要素的其它操作，比如线段的合并、分割、编辑顶点等操作可参照以上步骤，从地图中提出多边形要素（比如居民地） ，并 进一步熟悉多边形要素编辑的相关操作。实验二：数据库设计基本流程一、实验目的了解 GIS 数据库设计的概念，掌握 GIS 数据库设计目标，了解如何进行GIS 数据库设计。二、实验原理目前，多数 GIS 软件所提供的数据模型还是图形与属性数据库分开，通过关键字段进行连接。所以本实验的目的是让学生初步了解常用 GIS 软件数据模型，以及如何在数字化后进行属性数据的创建和编辑。 三、实验软件Arcmap 10.24、实验内容与

7、步骤1）在创建的地理数据库之间要完成数据库的概念设计，每一个图层对应一个数据表，在 ArcCatalog 中“要素类”的概念与之对应。可以将多个要素类组织成为一个“要素集” ，在同一个要素集中的要素类都具有相同的地理参考（坐标系相同） 。2）在 ArcCatalog 的目录树中，在文件目录栏右键新建个人地理数据库，命名为 huainan.mdb。在 huainan.mdb 右键导入多个要素类，将文件夹下面的多个 shape 文件导入进来。93）右键点击数据库文件 “huainan.mdb”,在出现的菜单中，选择 新建要素数据集，在出现的对话框中输入要素集的名称并为其指定一个坐标系，在这里，我们

8、设定坐标系为：GCS_WGS_1984，这是一种被 GPS采用的地理坐标系。4）右键点击新建的要素集-zuobiaoxi ，在出现的菜单中选择 新建要素类，在出现的对话框中输入要素类的名称公交站点，点击,再次点击按钮。在出现的对框中选择 “Shape”字段，修改字段的几何类型为“点” （表示此要素类中将要存储的要素类型是点要素，我们准备用来存储公交站点）5)在出当前的对话框中，我们新加两个字段“站点名称” 、 “公交站点编号” ，数据类型都设置为“Text”.点击“完成”按钮。这样我们就完成了要素类的定义。可以将这个要素类（图层）加入的 ArcMap 中，进行数字化的工作，从背景地图中提取公交

9、站点的位置。 6)新建数据表：右键点击地理数据库huainan.mdb ，在出现的菜单中，选择新建表 ，输入表名称：公交线路，点 ,再次点，在对话框中，新添加两个字段 “公交站点编号” 、 “公交线路”（数据类型都设为 Text） 。7)创建公交站点到公交线路一对多的关系（1:M）：右键选择地理数据库huainan.mdb，在出现的菜单中选择-，对以下内容进行设定，其它设置接受默认选项即可。8)以上步骤完成后，ArcCatalog 中就可以看到，在地理数据库huainan.mdb 中，有一个要素集（zuobiaoxi） ，其中包含一个要素类(公交站点)、一个数据表（公交线路） 、一个关系类（公

10、交站及公交线1:M）然后再拖放数据到 ArcMap 中，编辑属性数据及进行 1：M 的空间查询，最后导入 GPS 数据，生成图层即可。11实验三：空间分析1、实验目的1）了解基于矢量数据和栅格数据基本空间分析的原理和操作。 2）掌握矢量数据与栅格数据间的转换，栅格重分类(Raster Reclassify)、栅格计算查询符合条件的栅格(Raster Calculator)、 面积制表 （Tabulate Area） 、 分区统计(Zonal Statistic)、 缓冲区分(Buffer) 、采样数据的空间内插(Interpolate)、 栅格单元统计（Cell Statistic） 、 邻域

11、统计（Neighborhood）等空间分析基本操作和用途。 3）为选择合适的空间分析工具求解复杂的实际问题打下基础。二、实验原理空间分析是基于地理对象的位置和形态的空间数据的分析技术，其目的在于提取空间信息或者从现有的数据派生出新的数据，是将空间数据转变为信息的过程。三、实验软件12ArcGIS 10.2四、实验内容与步骤（1）矢量数据的空间分析1)打开 ARCMAP 软件，打开实验数据文件，将相关文件加入软件中；2）主干道噪音缓冲区的建立。选择交通网络图层（network.shp） ，打开图层的属性表，在菜单中选择 select by attributes,在 select byattrib

12、utes 对话框中，左边选择“TYPE”, 双击将其添加到对话框下面 SQL 算式表中，点中间“= ” ，再单击 Get unique values 将 TYPE的全部属性值加入上面的列表框中，然后选择“ST”属性值，双击添加到 SQL 算式表中,单击 APPLY 按钮，就将市区的主要道路选择出来。3）点击缓冲区按钮，对选择的主干道进行缓冲区的建立，首先在缓冲区对象图层选择交通网络图层（network ） ，然后将下面的 Use Only the Selected Feature（仅对选择的要素进行分析）选中，单击 next ； 4）确定尺寸单位，选择第一种缓冲区建立方法（At a speci

13、fied distance） ，指定缓冲区半径为 200 米，单击 next ； 5）由于不是分别考虑一个图层的各个不同的要素的目的，所以我们在这里选择的是第一种边界设定类型（Dissolve barriers between） ，然后指定好缓冲区文件的存放路径和文件名后，单击 OK，完成主干道噪音污染缓冲区的建立。136）商业中心影响范围建立建立大型商业中心的影响范围。首先点击缓冲区按钮。在缓冲区对象图层选择商业中心分布图层（marketplace ） ，单击 next ； 确定尺寸单位，选择第一种缓冲区建立方法，以其属性字段 YUZHI 为缓冲区半径，单击 next ；选择的是第一种边界设

14、定类型，然后指定好缓冲区文件的存放路径和文件名后，单击 OK，完成商业中心影响范围缓冲区的建立。7）名牌高中的影响范围建立 点击缓冲区按钮，在缓冲区对象图层选择名牌高中分布图层（school ） ，单击 next ； 确定尺寸单位米，选择第一种缓冲区建立方法，指定 750 米作为半径，设置好后，单击 next ； 选择的是第一种边界设定类型，然后指定好缓冲区文件的存放路径和文件名后，单击 OK，完成名牌高中的覆盖范围缓冲区的建立。148）名胜古迹的影响范围建立 点击缓冲区按钮 ，在缓冲区对象图层选择名胜古迹分布图层（famous place ） ， 单击 next ，确定尺寸单位，选择第一种缓

15、冲区建立方法，指定 500 米作为缓冲区半径，设置好后，单击 next ； 选择的是第一种边界设定类型，然后指定好缓冲区文件的存放路径和文件名后，单击 OK，完成名胜古迹的覆盖范围缓冲区的建立。9）进行叠置分析将满足上述四个要求的区域求出 将商业中心影响范围、名牌高中的影响范围和名胜古迹的影响范围进行叠置分析的交集操作，可以将同时满足三个条件的区域计算出。打开 ArcToolBox ，在 analyst tools 下选择 overlay 下的 Intersect操作，打开交集操作对话框，将商业中心的缓冲区、名牌高中的缓冲区和名胜古迹的缓冲区分别添加进来，设定输出文件名并选择全部字段，输出类

16、型和输入类型一样，单击 OK，从而获得同时满足三个条件的交集区域。利用主干道噪音缓冲区对获得的三个区域的交集进行图层擦除操作，从15而获得同时满足四个条件的区域的获得，打开 ArcToolBox ，在 analyst tools 下选择 overlay 下的 Erase 操作，打开图层擦除操作对话框，在input features 选择三个区域的交集，在 erase features 选择主干道噪音缓冲区，同时设定输出图层的地址和文件名，单击 OK，从而获得同时满足四个条件的交集区域的获得，即购房者的最佳选择区域。（2）栅格数据的空间分析1)运行 ArcMap ，加载 Spatial Anal

17、yst 模块，如果 Spatial Analyst 模块未能激活，点击 Tools 菜单下的 Extensions ，选择 Spatial Analyst，点击 Close 按钮。 2)单击 File 菜单下的 Open 命 令 ，打开加载图文档对话框 ，选择 road.mxd 。 3) 设置空间分析环境。点击 Spatial Analyst 模块的下拉箭头，打开Options 对话框，设置相关参数： 打 开 Options 对 话 框 中 的 General 选项卡 ， 设置默认工作路径为：“E:result ” 。 打开 Options 对话框中的 Extent 选项卡，在 Analysi

18、s Extent 下拉框中选择“Same as Layer landuse ” 。 打开 Options 对话框中的 Cell Size 选项卡，在 Analyst Cell Size 下拉框中选择“Same as Layer landuse” 。 4) 创建成本数据集 要找到到学校的最佳路径，首先需要从适宜性地图创建源数据输入及成本数据集，把它们作为成本加权函数输入。 考虑到山地坡度、起伏度对修建公路的成本影响比较大，其中尤其山地坡度更是人们首先关注的对象，则在创建成本数据集时，可考虑分配其权重比为：0.6 ：0.4 。但是在有流域分布的情况下，河流对成本影响 16不可低估。在此情形下，成本

19、数据集考虑为合并山地坡度和起伏度之后的 成本，加上河流对成本之影响即可。 坡度成本数据集选择 DEM 数据层，点击 Spatial Analyst 下拉列表框，选择 SurfaceAnalyst 并点击 slope，生成坡度数据集，记为 slope。选择 Slope 数据层，点击 Spatial Analyst 下拉键头，选择 Reclassify 命令实施重分类。 对坡度数据集实施重分类的基本原则是：采用 等间距分为 10 级，坡度最小一级赋值为 1， 最大一级赋值为 10，得到下图所示坡度成本 数据（reclass_slope） 。.起伏度成本数据集 选择 DEM 数据层，点击 Spati

20、al Analyst 下拉列表框，选Neighborhood Statistics ，设置如图所示参数设置，点击 Ok 按钮，生成起伏度数据层，记为 QFD 。 选择 QFD 数据层，点击 Spatial Analyst 下拉键头，选择 Reclassify 命令，按 10 级等间距实施重分类，地形越起伏，级数赋值越高，即最小一级赋值为 1，最大一级赋值为 10，得到图所示地形起伏成本数据。17河流成本数据集 选择 River 数据层，点击 Spatial Analys 下拉键头，选择 Reclassify 命令，按照河流等级如下进行分类：4 级为 10；如此依次为 8 ，5 ， 2 ，1 ，

21、生成图示河流成本 （reclass_river ）5）加权合并单因素成本数据，生成最终成本数据集。 点击 Spatial Analyst 下拉箭头，选择 Raster Calculator 命令合并数据集，得到最终成本数据集。 18实验四：地图制图1、实验目的熟练并掌握如何使用 ArcMap 进行制图2、实验原理设置地图符号各种渲染方式的使用,使用 ArcMap Layout（布局）界面制作专题地图,将各种地图元素添加到地图版面中3、实验软件ArcMap10.24、实验内容与步骤1)在 ArcMap 中新建地图文档，加载 空间分析 扩展模块及空间分析工 具栏加载图层：省会城市、地级市驻地、主要

22、公路、国界线、省级行政区、线状省界，将地图文档保存到 Ex12 下，名称为：ChinaMap192)在图层列表面板中右键点击图层：省级行政区，执行属性命令，在出现的图层属性对话框中，点击符号-Symbology选项页，如下图所示，渲染参数设置为：类别唯一值，字段值设置为：DZM 。点击添加全部值按钮，将前检查框的勾去掉。3)点击符号列，然后选择全部符号属性命令。在符号选择器 中，将轮廓线颜色 设置为 无颜色。204)显示图层：国界线 ，在TOC中右键点击图层： 国界线 ，执行属性 命令，在出现的图层属性对话框中将渲染方式设置为 单一符号 ，点击 符号设置按钮5 )显示图层:地级城市驻地 ,并参

23、考以上操作及下图所示 ,设置图层渲染方式6)标注图层要素：在 TOC 中，右键点击图层：省级行政区，执行属性命令，在出现的图层属性对话框中，点击标注选项页，确认标注字段为：Name,点击 符号按钮，在符号选择器对话框中，将标注字体大小设置为: 12, 点击属性按钮，在编辑器对话框中, 点击掩模选项页, 并将大小设置为: 2217)连续三次确定后退出以上对话框,返回 ArcMap 视图界面.显示图层: 地级城市驻地,并参考以上方法进行标注。8)在上图中,点击分类按钮可选择不同的分类方法。参照以上操作过程,对图层省级行政区基于字段Area运用不同的分类方法(等间隔、分位数、自然间隔、标准差)，比较

24、不同的分类法进行分类的意义。9)参照前面的步骤，对图层：省级行政区进行点密度渲染，如下图所示2210)在 ArcMap 中，点击布局视图按钮切换到布局视图界面。执行菜单命令：文件页面和打印设置，在对话框中设置纸张大小和方向。总结：23通过这一年对 ARCGIS 的学习了解，我觉得这个软件很强大，无论是在制图编辑方面还是在空间查询和分析上，都给我很大的震撼。尤其是空间分析功能，它可以将我们生活中很多难以分析，解释或者说证明的事情通过分析成为很好的例证或者给予很好的方法指引。从湖南省系列地图的制作到最后的空间分析建模等，这些难以理解的东西通过实例操作使得一切清晰了。就连像公交路线查询，市区择房，工厂、学校等选址等问题都变得很方便了，它的现实意义和作用体现得淋漓尽致。所以在各个方面的运用地位和比重都占有重要位置。不但是这些，还有对于生态规划，园林规划，市政规划等领域也有很大发展潜力。因此我觉得我这一次的学习收获很大，我在问题上的思维分析能力也有很大提高，非常感谢老师的悉心教育与耐心指导，才有了我对这门课程以及软件的认识与实际应用，让我比较全面的了解了有关 Arcgis 的知识，我觉得我学得很细，学得很透彻，尤其与信息系统原理相结合的学习方式，不但知道怎么操作，更加了解其原理，学得很灵活。在今后，我会学会更多与之相关的知识，并且有更深入的研究与学习，不断地加深和巩固自己!