GIS原理與應(yīng)用

1、GIS原理與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)前 言GIS原理與應(yīng)用是一門(mén)理論與實(shí)踐緊密結(jié)合的專業(yè)課程.本課程以地理信息系統(tǒng)理論為基礎(chǔ),系統(tǒng)地學(xué)習(xí)地理數(shù)據(jù)的采集,處理和科學(xué)管理,地理信息的空間分析和地學(xué)建模以及地理信息系統(tǒng)的建立和應(yīng)用.地理信息系統(tǒng)是覆蓋領(lǐng)域十分廣泛的高新技術(shù),它包括空間數(shù)據(jù)輸入子系統(tǒng),空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和檢索子系統(tǒng),數(shù)據(jù)處理和空間分析子系統(tǒng),數(shù)據(jù)和圖形輸出子系統(tǒng),具有實(shí)踐性,操作性強(qiáng)的特點(diǎn).要掌握該技術(shù),培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力,加強(qiáng)GIS上機(jī)實(shí)習(xí)是十分必要的,地理信息系統(tǒng)上機(jī)實(shí)踐是該課程教學(xué)的重要環(huán)節(jié),通過(guò)上機(jī)教學(xué),既能培養(yǎng)學(xué)生的上機(jī)操作能力,又讓他們加深 對(duì)GIS的基本知識(shí),原理,應(yīng)用和發(fā)展的

2、掌握,并通過(guò)上機(jī)實(shí)習(xí)課鞏固和拓展課堂講授的內(nèi)容.目前實(shí)習(xí)的場(chǎng)所主要在河海學(xué)院仿真實(shí)驗(yàn)室,使用的GIS軟件主要有MAPGIS和ArcView GIS等,同時(shí)在有條件的情況下了解MapInfo和ARCGIS挖填方.由等高線生成不規(guī)則三角網(wǎng)啟動(dòng)系統(tǒng)并加載3D分析擴(kuò)展模塊,并新建視圖1.將數(shù)據(jù)Cnt_dsn.shp,Cnt_ext.shp和Bound.shp加入視圖1.設(shè)置地圖單位和距離單位為米.激活Cnt_ext.shp和Bound.shp兩個(gè)專題,利用Surface/Create Tin from Features.功能項(xiàng),在出現(xiàn)的對(duì)話框中分別設(shè)置高程源,可得到基于兩個(gè)專題的Tin數(shù)據(jù)文件(Crt

3、in1).按照同樣的設(shè)置可生成另一個(gè)TIN數(shù)據(jù)文件(Crtin2),不過(guò)第二個(gè)TIN數(shù)據(jù)生成的高程源不通,具體選擇見(jiàn)PPT課件.計(jì)算工程挖填方同時(shí)激活專題crtin1和crtin2,選用菜單Surface/Cut-fil,在對(duì)話框中按分別選取Crtin1并設(shè)置輸出的范圍和柵格尺寸大小.按OK鍵后,系統(tǒng)將自動(dòng)產(chǎn)生填挖方計(jì)算柵格數(shù)據(jù),并用專題Cut-Fill between Crtin1 and Crtin2顯示.該專題圖例中的Net Gain表示凈填方,Unchanged表示不填不挖,Net Loss表示凈挖方,No Data表示缺少合適的數(shù)據(jù).4.視域分析所需數(shù)據(jù):observer.shp,觀

4、察點(diǎn)數(shù)據(jù)文件; viewroad.shp,道路數(shù)據(jù)文件; d_tin,TIN高程數(shù)據(jù)文件.本習(xí)作主要包括兩個(gè)部分:基于觀察點(diǎn)的視域分析;基于路徑的視域分析.基于觀察點(diǎn)的視域分析啟動(dòng)系統(tǒng)并加載3D分析擴(kuò)展模塊,并新建視圖.將數(shù)據(jù)observer.shp,viewroad.shp和d_tin加到視圖中,并從視圖下拉菜單中選擇屬性,將地圖單位設(shè)置為米.同時(shí)激活observer.shp和d_tin,利用Surface/Calculate Viewshed.計(jì)算可視域,在出現(xiàn)的對(duì)話框中設(shè)置輸出的范圍與d_tin相同,柵格尺寸大小為10m,得到的數(shù)據(jù)中紅色不可見(jiàn),綠色可見(jiàn),黑色無(wú)數(shù)據(jù).基于觀察點(diǎn)的視域分析

5、需要預(yù)先設(shè)定部分參數(shù),其中有觀察點(diǎn)的高度.在剛剛進(jìn)行的視域分析中沒(méi)有作任何特別的設(shè)置.在ArcView中,系統(tǒng)默認(rèn)觀察點(diǎn)的高度是比所在位置三維表面高1個(gè)距離單位.用戶可以在觀察點(diǎn)專題的屬性表中設(shè)置特定的字段,設(shè)定觀察點(diǎn)的高程.常用的字段有: Spot:指定觀察點(diǎn)的絕對(duì)高程值;OffsetA:三維表面高度不變,設(shè)定觀察點(diǎn)的高程偏移值;OffsetB:觀察點(diǎn)高程不變,設(shè)定三維表面的高程偏移值.前一次不作任何設(shè)置,觀察點(diǎn)高程僅僅是比對(duì)應(yīng)的三維表面高1米.后一次則是設(shè)定了觀察點(diǎn)的絕對(duì)高程為90米,得到的分析結(jié)果略有差異.同樣方法也可以在觀察點(diǎn)的屬性表中增加字段"OffsetA"和&

6、quot;OffsetB",來(lái)調(diào)整觀察點(diǎn)和地形的相互關(guān)系. 基于路徑的視域分析激活專題"Viewroad.shp",選用菜單Theme/Convert to 3D Shapefile,在出現(xiàn)的對(duì)話框中選擇"Surface",按OK鍵確定.激活專題"3D-road"和"Viewroad.shp",選用菜單Surface/Calculate Viewshed,在出現(xiàn)的對(duì)話框中設(shè)置輸出范圍和柵格尺寸大小.系統(tǒng)產(chǎn)生柵格視域分析結(jié)果專題"Visibility of 3D-road.shp".實(shí)習(xí)

7、七 空間插值分析一,實(shí)習(xí)目的該實(shí)習(xí)項(xiàng)目要求學(xué)生:1.掌握空間插值分析的主要方法和基本步驟;2.掌握常用空間插值方法插值結(jié)果的比較分析;3.掌握利用Avenue Script程序腳本的基本操作和處理.二,實(shí)習(xí)準(zhǔn)備1.軟件準(zhǔn)備:ArcView GIS及擴(kuò)展模塊;2.數(shù)據(jù)準(zhǔn)備:該實(shí)習(xí)項(xiàng)目需要的所有數(shù)據(jù)全部保存在提供的PAGIS子文件夾DATA的07中.三,實(shí)習(xí)內(nèi)容1.用Avenue Script程序腳本進(jìn)行趨勢(shì)面分析所需數(shù)據(jù):stations.shp,包含愛(ài)達(dá)荷州105個(gè)氣象站數(shù)據(jù)的SHAPE文件;idoutl.shp,一個(gè)顯示愛(ài)達(dá)荷州外輪廓的SHAPE文件;trend.ave,進(jìn)行趨勢(shì)面分析用的A

8、venue Script程序腳本.該習(xí)作要求調(diào)用Avenue Script程序腳本,使用stations.shp文件中名為ann_prec的屬性表,運(yùn)行趨勢(shì)面分析. ann_prec是自1961-1990年的年平均降水量.啟動(dòng)系統(tǒng)并加載空間分析擴(kuò)展模塊.打開(kāi)一個(gè)新視圖,將stations.shp和idoutl.shp加到視圖中,并從視圖下拉菜單中選擇屬性,將地圖單位設(shè)置為米.在Project窗口中點(diǎn)擊Script和new打開(kāi)Script1;在Script菜單中點(diǎn)擊按鈕,瀏覽到trend.ave的路徑并雙擊它.在按鈕欄中點(diǎn)擊編譯按鈕對(duì)該腳本程序進(jìn)行編譯.回到視圖界面,雙擊工具或按鈕欄空白處,出現(xiàn)

9、對(duì)話框,進(jìn)行相關(guān)設(shè)置,并返回到視圖.點(diǎn)按新建按鈕,在出現(xiàn)的窗口中進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置可得到數(shù)據(jù)文件Grid 1,Grid 1是基于三階多項(xiàng)式方程輸出的趨勢(shì)面分析網(wǎng)格.激活Grid 1,利用Surface/Create Contours功能項(xiàng)在趨勢(shì)面分析網(wǎng)格的基礎(chǔ)上繪制等值線.按照設(shè)置可自動(dòng)生成等值線專題Contours of Grid1,將其激活并顯示出來(lái),并可進(jìn)行自動(dòng)標(biāo)注.2.核密度估算所需數(shù)據(jù):deer.shp,一個(gè)顯示鹿點(diǎn)的點(diǎn)狀SHAPE文件.該習(xí)作用核估算法依據(jù)deer.shp計(jì)算每公頃看到的鹿的平均數(shù)目.鹿點(diǎn)的數(shù)據(jù)具有50m的最小分辨距離,因此,有些點(diǎn)多次看到.啟動(dòng)系統(tǒng)并加載空間分析擴(kuò)展模塊

10、.打開(kāi)新視圖并把deer.shp添加到視圖中,并設(shè)置地圖單位為米.雙擊deer.shp專題,將Legend Type改為Graduated Symbol,Classification Field為Count,點(diǎn)按Apply按鈕完成.從分析菜單中選取計(jì)算密度菜單項(xiàng),并進(jìn)行相關(guān)設(shè)置,具體見(jiàn)PPT課件.生成所需要的成果圖,為了使該圖面更簡(jiǎn)潔,可進(jìn)行相關(guān)的效果設(shè)置.3.用IDW進(jìn)行空間插值所需數(shù)據(jù): stations.shp,包含愛(ài)達(dá)荷州105個(gè)氣象站數(shù)據(jù)的SHAPE文件;idoutl.shp,一個(gè)顯示愛(ài)達(dá)荷州外輪廓的SHAPE文件;本習(xí)作包括三個(gè)步驟:首先將idoutl.shp轉(zhuǎn)化成格網(wǎng)idoutl

11、gd;其次用反距離權(quán)重法(IDW)并以idoutlgd作為屏蔽掩膜格網(wǎng)創(chuàng)建降水量格網(wǎng);第三從降水量格網(wǎng)生成等值線圖.啟動(dòng)系統(tǒng)并加載空間分析擴(kuò)展模塊.打開(kāi)一個(gè)新視圖,將stations.shp和idoutl.shp加到視圖中,并從視圖下拉菜單中選擇屬性,將地圖單位設(shè)置為米.激活專題并打開(kāi)其屬性表,屬性表中的ann_prec字段是用于空間插值的Z值.利用Theme/Convert to Grid功能項(xiàng)將idoutl.shp轉(zhuǎn)化為柵格數(shù)據(jù)文件.利用Surface/Interpolate Grid.進(jìn)行空間插值,在出現(xiàn)的對(duì)話框中設(shè)置相應(yīng)的參數(shù).具體見(jiàn)PPT課件.4.兩種薄板樣條函數(shù)法的比較所需數(shù)據(jù):習(xí)

12、作3的stations.shp和格網(wǎng)idoutlgd.該習(xí)作對(duì)兩種薄板樣條函數(shù)產(chǎn)生的結(jié)果作比較.本習(xí)作有三個(gè)部分:用規(guī)則樣條法創(chuàng)建插值格網(wǎng);用薄板張力樣條法創(chuàng)建插值格網(wǎng);用局部運(yùn)算比較這兩種格網(wǎng),從中可以看出兩種插值方法產(chǎn)生的不同結(jié)果.啟動(dòng)系統(tǒng),加載空間分析擴(kuò)展模塊.打開(kāi)一個(gè)新視圖,并把stations.shp和idoutlgd加到視圖中.從視圖下拉菜單中選擇屬性,將地圖單位設(shè)置為米.利用Surface/Interpolate Grid.進(jìn)行空間插值,在出現(xiàn)的對(duì)話框中設(shè)置相應(yīng)的參數(shù),運(yùn)行規(guī)則薄板樣條插值.系統(tǒng)生成格網(wǎng),然后修改生成的專題名為Regularized.同樣利用Surface/Int

13、erpolate Grid.進(jìn)行空間插值,在出現(xiàn)的對(duì)話框中設(shè)置相應(yīng)的參數(shù),運(yùn)用張力薄板樣條法創(chuàng)建插值格網(wǎng),并按照前述方法查看格網(wǎng)并重命名為T(mén)ension.利用Analysis/Map Calculator進(jìn)行兩個(gè)空間格網(wǎng)的相減計(jì)算可比較兩種方式創(chuàng)建的格網(wǎng).5.用Avenue Script程序腳本進(jìn)行普通克里金插值分析所需數(shù)據(jù):習(xí)作3的stations.shp和格網(wǎng)idoutlgd;kriging.ave,運(yùn)行克里金法的Avenue Script程序腳本.該習(xí)作要求用線型模型的kriging.ave運(yùn)行普通克里金法.啟動(dòng)系統(tǒng),加載空間分析擴(kuò)展模塊.打開(kāi)一個(gè)新視圖,并把stations.shp和i

14、doutlgd加到視圖中.從視圖下拉菜單中選擇屬性,將地圖單位設(shè)置為米.在Project窗口中點(diǎn)擊Script和new打開(kāi)Script1;在Script菜單中點(diǎn)擊按鈕,瀏覽到kriging.ave的路徑并雙擊它.在按鈕欄中點(diǎn)擊編譯按鈕對(duì)該腳本程序進(jìn)行編譯.回到視圖界面,雙擊工具或按鈕欄空白處,出現(xiàn)對(duì)話框,進(jìn)行相關(guān)設(shè)置,并返回到視圖.系統(tǒng)自動(dòng)生成兩個(gè)格網(wǎng):Vargrid和grid2,其中Vargrid為估算的離差格網(wǎng),可以將其改變?yōu)楣浪愕臉?biāo)準(zhǔn)差格網(wǎng).實(shí)習(xí)八 地圖輸出一,實(shí)習(xí)目的該項(xiàng)目的實(shí)習(xí)目的就是要求學(xué)生掌握基于ArcView GIS地圖布局輸出的方法,要求學(xué)生能將輸入以及分析得到的結(jié)果采用多種

15、方式進(jìn)行布局后輸出.二,實(shí)習(xí)準(zhǔn)備1.軟件準(zhǔn)備:ArcView GIS;2.數(shù)據(jù)準(zhǔn)備:該實(shí)習(xí)項(xiàng)目需要的所有數(shù)據(jù)全部保存在提供的PAGIS子文件夾DATA的08中.三,實(shí)習(xí)內(nèi)容(1) Layout簡(jiǎn)介地圖布局子系統(tǒng)(Layout)的主要功能:(1)布局的定義,設(shè)置;(2)視圖(View)在布局中的布置;(3)增加文字及其他圖形;包括圖例(Legend) ,比例尺(Scale Bar) ,指北針(North Arrow) ,統(tǒng)計(jì)圖(Chart) ,表格(Table) ,圖片(Picture) ,說(shuō)明文子(Text) ,圖框線(Graph)等;(4)布局中各種內(nèi)容的修改,調(diào)整;(5)輸出到打印機(jī)或中間

16、文件;(6)做好的布局保存為模板,供自己或別人反復(fù)使用.模板:就是設(shè)計(jì)號(hào)的布局結(jié)構(gòu),再次調(diào)用時(shí),其內(nèi)容可以改變,單布局的式樣,各種內(nèi)容的位置仍保持原來(lái)的定義,提高制圖效率,并使輸出的地圖標(biāo)準(zhǔn)化.(2)新建布局啟動(dòng)系統(tǒng),打開(kāi)指定的項(xiàng)目工程(08-a.apr). 在Project Window窗口中,選擇Layouts圖標(biāo),點(diǎn)擊New按鈕,建立Layout1.選用菜單Layout/Page Setup,對(duì)彈出的頁(yè)面設(shè)置(Page Setup)對(duì)話框進(jìn)行設(shè)置.選用菜單Layout/Properties,對(duì)彈出的布局特征(Layout Properties)對(duì)話框進(jìn)行設(shè)置.注:若不鉤選Snap to

17、Grid,該功能將不起作用.(3)添加專題地圖在Layout窗口中工具條Frame Tool包括的7個(gè)圖標(biāo)對(duì)應(yīng)的圖形內(nèi)容為:View:視圖,使用Project中的View;Legend:圖例,和View的圖例度應(yīng);Scale Bar:比例尺,和View的顯示大小對(duì)應(yīng);North Arrow:指北針;Chart:統(tǒng)計(jì)圖,使用Project中的Chart;Table:表格使用Project中的Table;Picture:圖片,使用掃描圖像,數(shù)字照片,遙感圖像.選擇視圖圖標(biāo),用鼠標(biāo)在Layout1中拖動(dòng)一個(gè)視圖框,隨后在出現(xiàn)的對(duì)話框中進(jìn)行選擇設(shè)置.其中Live Link的默認(rèn)狀態(tài)是使視圖框與專題圖保

18、持實(shí)時(shí)鏈接,在專題圖中發(fā)生的變化在布局的視圖框中立即反映.在布局建立后,還可以在Views子系統(tǒng)中修改,調(diào)整專題圖.Scale的Automatic選項(xiàng)表示視圖框中地圖自動(dòng)設(shè)置比例.調(diào)整布局中視圖框的大小,其中的內(nèi)容會(huì)自動(dòng)調(diào)整比例.弱國(guó)要保持固定的比例,應(yīng)在Scale選項(xiàng)中選擇Preserve View Scale.如果要直接設(shè)置視圖框中地圖的比例,則在Scale選項(xiàng)中選擇User Specified Scale,并在對(duì)話框中鍵入比例值.Extent的默認(rèn)選項(xiàng)是Fill View Frame,將地圖盡可能的填滿圖框.如果選擇了固定比例(Preserve View Scale),視圖框放大,縮小時(shí)

19、,其內(nèi)容會(huì)填滿視圖框.如果選項(xiàng)為Extent to be clipped to View,視圖框的范圍和專題地圖在屏幕上的顯示范圍保持一致.Display的默認(rèn)選項(xiàng)時(shí)When Active,當(dāng)布局未激活時(shí),視圖框中的內(nèi)容不會(huì)重畫(huà),這樣在調(diào)用一個(gè)復(fù)雜,實(shí)時(shí)鏈接的專題視圖時(shí),可節(jié)省時(shí)間.Quality有Draft(草圖)和Presentation(正式表達(dá)圖)2種選擇,使用前者節(jié)省計(jì)算時(shí)間,對(duì)復(fù)雜的專題圖,將布局調(diào)整好,滿意后,要出圖時(shí),再把Quality(質(zhì)量)設(shè)置成Presentation (正式表達(dá)圖).加入地圖后,可以用工具Pointer放大,縮小,平移,刪除View Frame,雙擊后再

20、次進(jìn)入View Frame Properties對(duì)話框,修改原來(lái)的設(shè)置.(4)添加其他內(nèi)容添加圖例在Layout窗口中選擇圖標(biāo)Legend,用鼠標(biāo)在Layout種拖動(dòng)出一個(gè)Legend Frame,并在彈出的Legend Frame Properties對(duì)話框種進(jìn)行設(shè)置,按OK鍵結(jié)束添加圖例,對(duì)圖例進(jìn)行調(diào)整.添加比例尺在Layout窗口中選擇Scale Bar工具,用鼠標(biāo)在Layout中拖動(dòng)一個(gè)比例尺框Scale Bar Frame,在彈出的Scale Bar Properties對(duì)話框種進(jìn)行設(shè)置.按OK鍵返回,如果比例尺沒(méi)有內(nèi)容,出現(xiàn)提示"Unknown Units:View1",需在View1中將地圖單位設(shè)置為"Kilometers",然后再進(jìn)入Layout1就添加了比例尺.添加指北針在Layout窗口中選擇North Arrow工具,用鼠標(biāo)在Layout中拖動(dòng)一個(gè)比例尺框North Arrow Frame,在彈出的North Arrow Properties對(duì)話框種進(jìn)行設(shè)置,按OK鍵結(jié)束添加圖例,對(duì)圖例進(jìn)行調(diào)整.添加說(shuō)明文字在Layout窗口中選擇Text tool工具,用鼠標(biāo)