GIS原理與應(yīng)用

1、GIS原理與應(yīng)用實驗指導(dǎo)書前 言GIS原理與應(yīng)用是一門理論與實踐緊密結(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),具有實踐性,操作性強的特點.要掌握該技術(shù),培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力,加強GIS上機實習是十分必要的,地理信息系統(tǒng)上機實踐是該課程教學(xué)的重要環(huán)節(jié),通過上機教學(xué),既能培養(yǎng)學(xué)生的上機操作能力,又讓他們加深 對GIS的基本知識,原理,應(yīng)用和發(fā)展的

2、掌握,并通過上機實習課鞏固和拓展課堂講授的內(nèi)容.目前實習的場所主要在河海學(xué)院仿真實驗室,使用的GIS軟件主要有MAPGIS和ArcView GIS等,同時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)啟動系統(tǒng)并加載3D分析擴展模塊,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兩個專題,利用Surface/Create Tin from Features.功能項,在出現(xiàn)的對話框中分別設(shè)置高程源,可得到基于兩個專題的Tin數(shù)據(jù)文件(Crt

3、in1).按照同樣的設(shè)置可生成另一個TIN數(shù)據(jù)文件(Crtin2),不過第二個TIN數(shù)據(jù)生成的高程源不通,具體選擇見PPT課件.計算工程挖填方同時激活專題crtin1和crtin2,選用菜單Surface/Cut-fil,在對話框中按分別選取Crtin1并設(shè)置輸出的范圍和柵格尺寸大小.按OK鍵后,系統(tǒng)將自動產(chǎn)生填挖方計算柵格數(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.本習作主要包括兩個部分:基于觀察點的視域分析;基于路徑的視域分析.基于觀察點的視域分析啟動系統(tǒng)并加載3D分析擴展模塊,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.同時激活observer.shp和d_tin,利用Surface/Calculate Viewshed.計算可視域,在出現(xiàn)的對話框中設(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,綠色可見,黑色無數(shù)據(jù).基于觀察點的視域分析

5、需要預(yù)先設(shè)定部分參數(shù),其中有觀察點的高度.在剛剛進行的視域分析中沒有作任何特別的設(shè)置.在ArcView中,系統(tǒng)默認觀察點的高度是比所在位置三維表面高1個距離單位.用戶可以在觀察點專題的屬性表中設(shè)置特定的字段,設(shè)定觀察點的高程.常用的字段有: Spot:指定觀察點的絕對高程值;OffsetA:三維表面高度不變,設(shè)定觀察點的高程偏移值;OffsetB:觀察點高程不變,設(shè)定三維表面的高程偏移值.前一次不作任何設(shè)置,觀察點高程僅僅是比對應(yīng)的三維表面高1米.后一次則是設(shè)定了觀察點的絕對高程為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的屬性表中增加字段"OffsetA"和&

6、quot;OffsetB",來調(diào)整觀察點和地形的相互關(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".實習

7、七 空間插值分析一,實習目的該實習項目要求學(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,實習準備1.軟件準備:ArcView GIS及擴展模塊;2.數(shù)據(jù)準備:該實習項目需要的所有數(shù)據(jù)全部保存在提供的PAGIS子文件夾DATA的07中.三,實習內(nèi)容1.用Avenue Script程序腳本進行趨勢面分析所需數(shù)據(jù):stations.shp,包含愛達荷州105個氣象站數(shù)據(jù)的SHAPE文件;idoutl.shp,一個顯示愛達荷州外輪廓的SHAPE文件;trend.ave,進行趨勢面分析用的A

8、venue Script程序腳本.該習作要求調(diào)用Avenue Script程序腳本,使用stations.shp文件中名為ann_prec的屬性表,運行趨勢面分析. ann_prec是自1961-1990年的年平均降水量.啟動系統(tǒng)并加載空間分析擴展模塊.打開一個新視圖,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窗口中點擊Script和new打開Script1;在Script菜單中點擊按鈕,瀏覽到trend.ave的路徑并雙擊它.在按鈕欄中點擊編譯按鈕對該腳本程序進行編譯.回到視圖界面,雙擊工具或按鈕欄空白處,出現(xiàn)

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

10、.打開新視圖并把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,點按Apply按鈕完成.從分析菜單中選取計算密度菜單項,并進行相關(guān)設(shè)置,具體見PPT課件.生成所需要的成果圖,為了使該圖面更簡潔,可進行相關(guān)的效果設(shè)置.3.用IDW進行空間插值所需數(shù)據(jù): stations.shp,包含愛達荷州105個氣象站數(shù)據(jù)的SHAPE文件;idoutl.shp,一個顯示愛達荷州外輪廓的SHAPE文件;本習作包括三個步驟: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.啟動系統(tǒng)并加載空間分析擴展模塊.打開一個新視圖,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功能項將idoutl.shp轉(zhuǎn)化為柵格數(shù)據(jù)文件.利用Surface/Interpolate Grid.進行空間插值,在出現(xiàn)的對話框中設(shè)置相應(yīng)的參數(shù).具體見PPT課件.4.兩種薄板樣條函數(shù)法的比較所需數(shù)據(jù):習

12、作3的stations.shp和格網(wǎng)idoutlgd.該習作對兩種薄板樣條函數(shù)產(chǎn)生的結(jié)果作比較.本習作有三個部分: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.啟動系統(tǒng),加載空間分析擴展模塊.打開一個新視圖,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.進行空間插值,在出現(xiàn)的對話框中設(shè)置相應(yīng)的參數(shù),運行規(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.進行空間插值,在出現(xiàn)的對話框中設(shè)置相應(yīng)的參數(shù),運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Tension.利用Analysis/Map Calculator進行兩個空間格網(wǎng)的相減計算可比較兩種方式創(chuàng)建的格網(wǎng).5.用Avenue Script程序腳本進行普通克里金插值分析所需數(shù)據(jù):習作3的stations.shp和格網(wǎng)idoutlgd;kriging.ave,運行克里金法的Avenue Script程序腳本.該習作要求用線型模型的kriging.ave運行普通克里金法.啟動系統(tǒng),加載空間分析擴展模塊.打開一個新視圖,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窗口中點擊Script和new打開Script1;在Script菜單中點擊按鈕,瀏覽到kriging.ave的路徑并雙擊它.在按鈕欄中點擊編譯按鈕對該腳本程序進行編譯.回到視圖界面,雙擊工具或按鈕欄空白處,出現(xiàn)對話框,進行相關(guān)設(shè)置,并返回到視圖.系統(tǒng)自動生成兩個格網(wǎng):Vargrid和grid2,其中Vargrid為估算的離差格網(wǎng),可以將其改變?yōu)楣浪愕臉藴什罡窬W(wǎng).實習八 地圖輸出一,實習目的該項目的實習目的就是要求學(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、方式進行布局后輸出.二,實習準備1.軟件準備:ArcView GIS;2.數(shù)據(jù)準備:該實習項目需要的所有數(shù)據(jù)全部保存在提供的PAGIS子文件夾DATA的08中.三,實習內(nèi)容(1) Layout簡介地圖布局子系統(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)計圖(Chart) ,表格(Table) ,圖片(Picture) ,說明文子(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)計號的布局結(jié)構(gòu),再次調(diào)用時,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的定義,提高制圖效率,并使輸出的地圖標準化.(2)新建布局啟動系統(tǒng),打開指定的項目工程(08-a.apr). 在Project Window窗口中,選擇Layouts圖標,點擊New按鈕,建立Layout1.選用菜單Layout/Page Setup,對彈出的頁面設(shè)置(Page Setup)對話框進行設(shè)置.選用菜單Layout/Properties,對彈出的布局特征(Layout Properties)對話框進行設(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個圖標對應(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的顯示大小對應(yīng);North Arrow:指北針;Chart:統(tǒng)計圖,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,用鼠標在Layout1中拖動一個視圖框,隨后在出現(xiàn)的對話框中進行選擇設(shè)置.其中Live Link的默認狀態(tài)是使視圖框與專題圖保

18、持實時鏈接,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選項表示視圖框中地圖自動設(shè)置比例.調(diào)整布局中視圖框的大小,其中的內(nèi)容會自動調(diào)整比例.弱國要保持固定的比例,應(yīng)在Scale選項中選擇Preserve View Scale.如果要直接設(shè)置視圖框中地圖的比例,則在Scale選項中選擇User Specified Scale,并在對話框中鍵入比例值.Extent的默認選項是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

19、,其內(nèi)容會填滿視圖框.如果選項為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的默認選項時When Active,當布局未激活時,視圖框中的內(nèi)容不會重畫,這樣在調(diào)用一個復(fù)雜,實時鏈接的專題視圖時,可節(jié)省時間.Quality有Draft(草圖)和Presentation(正式表達圖)2種選擇,使用前者節(jié)省計算時間,對復(fù)雜的專題圖,將布局調(diào)整好,滿意后,要出圖時,再把Quality(質(zhì)量)設(shè)置成Presentation (正式表達圖).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、次進入View Frame Properties對話框,修改原來的設(shè)置.(4)添加其他內(nèi)容添加圖例在Layout窗口中選擇圖標Legend,用鼠標在Layout種拖動出一個Legend Frame,并在彈出的Legend Frame Properties對話框種進行設(shè)置,按OK鍵結(jié)束添加圖例,對圖例進行調(diào)整.添加比例尺在Layout窗口中選擇Scale Bar工具,用鼠標在Layout中拖動一個比例尺框Scale Bar Frame,在彈出的Scale Bar Properties對話框種進行設(shè)置.按OK鍵返回,如果比例尺沒有內(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,用鼠標在Layout中拖動一個比例尺框North Arrow Frame,在彈出的North Arrow Properties對話框種進行設(shè)置,按OK鍵結(jié)束添加圖例,對圖例進行調(diào)整.添加說明文字在Layout窗口中選擇Text tool工具,用鼠標