地理信息系统实验报告书

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4一、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ArcGIS10.2四、实验内容与步骤（1）地形图的配准－加载数据和地理配准工具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。（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。52）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。（3）查看链接表1）控制点添加完成后，点击查看链接表查看。62）检查控制点，删除残差较大的控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。75）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”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。8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Arcmap10.2四、实验内容与步骤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，点击下一步,再次点击下一步按钮。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）105)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，点下一步,再次点下一步，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新建-关系类，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：空间分析一、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(RasterReclassify)、栅格计算－查询符合条件的栅格(RasterCalculator)、面积制表（TabulateArea）、分区统计(ZonalStatistic)、缓冲区分(Buffer)、采样数据的空间内插(Interpolate)、栅格单元统计（CellStatistic）、邻域统计（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ArcGIS10.2四、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selectbyattributes,在selectbyattributes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Getuniquevalues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。123）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UseOnlytheSelectedFeature（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（Ataspecifieddistance），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（Dissolvebarriersbetween），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。6）商业中心影响范围建立①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；②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；③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①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；②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；③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。138）名胜古迹的影响范围建立①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（famousplace），②单击next，确定尺寸单位，选择第一种缓冲区建立方法，指定500米作为缓冲区半径，设置好后，单击next；③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①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analysttools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。②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，从而获得同时满足四个条件的区域的获得，打开ArcToolBox，在analysttools下选择overlay下的Erase操作，打开图层擦除操作对话框，在14inputfeatures选择三个区域的交集，在erasefeatures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SpatialAnalyst模块，如果SpatialAnalyst模块未能激活，点击Tools菜单下的Extensions，选择SpatialAnalyst，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