GIS模型與建模(綜合性實驗)

1、本科學(xué)生綜合性、設(shè)計性實驗報告姓名 尹永義 學(xué)號 1443206000113 專業(yè) 地理科學(xué) 班級 2014B 實驗課程名稱 地理信息系統(tǒng)概論（實驗） 實驗名稱 GIS模型與建模 指導(dǎo)教師及職稱 速紹華 （講師 ） 開課學(xué)期 2014 至 2015 學(xué)年下 學(xué)期 云南師范大學(xué)旅游與地理科學(xué)學(xué)院編印一、實驗準(zhǔn)備實驗名稱：實驗（GIS模型與建模 ） 實驗時間：2015/06/04實驗類型： 驗證實驗 綜合實驗 1、 實驗?zāi)康暮鸵螅海?） 用矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)建立二值模型（2） 用矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)建立指數(shù)模型（3） 熟悉使用矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)的相互轉(zhuǎn)換以及學(xué)會用矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)建立各種模型（4

2、） 進一步復(fù)習(xí)及學(xué)習(xí)GIS，并進一步熟悉它的特征及其復(fù)雜性（5） 學(xué)會建立和處理GIS的各種模型以及相互間的轉(zhuǎn)換2、 實驗材料及相關(guān)設(shè)備：1) 附有GIS軟件的Windows7電腦一臺2) 指導(dǎo)：地理信息系統(tǒng)導(dǎo)論第18章的操作步驟3) 數(shù)據(jù)來源：地理信息系統(tǒng)導(dǎo)論配套光盤中的GIS文件中的datesets_v7中的第十八章（chap18）.：4) elevzone.shp，高度帶的shapefile；stream.shp，河流的shapefile。5) elevzone_gd，高度帶柵格：stream_gd，河流柵格。3、 實驗理論依據(jù)或知識背景：n 模型是一種現(xiàn)象或一個系統(tǒng)的簡化表示。 一幅地

3、圖就是一個模型模型可以是描述的或規(guī)則的，可以是確定的或隨機的，可以是靜態(tài)的或動態(tài)的，可以是推論的或歸納的。建模：是構(gòu)造現(xiàn)實世界與研究對象相關(guān)的模型的過程。GIS 模型的分類 1. 模型可以是描述的或規(guī)則的。 2. 模型可以是確定的或隨機的。 3. 模型可以是靜態(tài)的或動態(tài)的。 4. 模型可以是推論的或歸納的。 建模過程 1. 明確建模目的 2. 把模型分解成各種元素，然后用概念定義各種元素的屬性和它們之間的相互作用框圖 3. 模型的應(yīng)用與校準(zhǔn) 4. 模型的驗證 GIS 在建模中的作用 n GIS是一個能夠加工、顯示與集成不同數(shù)據(jù)源的工具，這些數(shù)據(jù)源包括地圖、數(shù)字高程模型（DEM）、全球定位系統(tǒng)（

4、GPS）數(shù)據(jù)、影像和表格等； n 用GIS建立的模型可以是基于矢量或基于柵格的； n GIS 有將矢量數(shù)據(jù)與柵格數(shù)據(jù)相互轉(zhuǎn)換的算法。 n GIS建?？梢栽贕IS環(huán)境中進行，或者需要GIS與其他計算機程序的鏈接。 n 二值模型用邏輯表達式從一個組合要素圖層或多重柵格中選擇目標(biāo)區(qū)域。二值模型的輸出結(jié)果也是二值格式：1（為真）表示區(qū)域滿足選擇條件，0（為假）則表示不滿足。 n 確定選擇指標(biāo)在創(chuàng)建二值模型過程中可能是最重要的步驟。 基于矢量的方法 要創(chuàng)建基于矢量的二值模型，我們可收集輸入圖層，疊置和從復(fù)合要素圖層執(zhí)行數(shù)據(jù)查詢。 基于柵格的方法 基于柵格的方法要求輸入柵格數(shù)據(jù)，每種柵格代表一個指標(biāo)。多重

5、柵格的局部操作則可用于從輸入柵格生成基于柵格的模型。 指數(shù)模型 n 指數(shù)模型計算每個像元區(qū)域的指數(shù)值，然后根據(jù)該指數(shù)值生成一個等級地圖。 n 指數(shù)模型和二值模型都包含多重指標(biāo)評估，且都基于數(shù)據(jù)處理的疊置操作。但是指數(shù)模型為每個像元區(qū)域生成一個指數(shù)值，而不是簡單的是或不是。 其他方法 其他方法主要用于解決因子獨立性、指標(biāo)權(quán)重、數(shù)據(jù)集合以及數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化等問題。 回歸模型 n 回歸模型是用一個方程式建立一個因變量與多個自變量的關(guān)系，可用于預(yù)測和推算。 n 回歸模型可在GIS中用地圖疊置運算把分析所需的全部自變量結(jié)合起來。 n 本節(jié)包含三種回歸模型：線性回歸、局部回歸和對數(shù)回歸。 線性回歸模型 局部回歸

6、模型 對數(shù)回歸模型 過程模型 修正的通用土壤流失方程 n 土壤侵蝕是一個環(huán)境過程，包括氣候、土壤性質(zhì)、地形、土表狀況和人類活動。 n 一個眾所周知的土壤侵蝕模型就是修正的通用土壤流失方程（RUSLE），它是通用土壤流失方程（USLE）的最新版本 。RUSLE 用于預(yù)測在特定種植和管理系統(tǒng)中的特定田間坡面和山地由徑流攜帶的平均土壤流失量。 臨界降雨量模型 臨界降雨模型是基于物理的滑坡模型，在指定區(qū)域內(nèi)，綜合考慮地形和土壤特性來評估區(qū)域內(nèi)潛在的滑坡風(fēng)險 。 二、 實驗內(nèi)容、步驟和結(jié)果（要求：詳細(xì)寫清楚本次實驗的完成的主要內(nèi)容、具體實施步驟和實驗結(jié)果。紙張不夠可以自行添加。）建模過程：（1）明確建模

7、目的。這類似于給一個研究問題進行定義；（2）把模型分解成各種元素，然后用概念定義各種元素的屬性和它們之間的相互作用框圖（如流程圖）；（3）模型的應(yīng)用與校準(zhǔn)。校準(zhǔn)模型是一個重復(fù)的過程，不斷地比較模型輸出的數(shù)據(jù)與觀察結(jié)果的之間的差異，調(diào)整各參數(shù)的數(shù)值，然后再運行模型。其中模型預(yù)測中的不確定性是校準(zhǔn)一個確定模型的主要問題。一、建立基于矢量的二值模型所需資料：elevzone.shp，高度帶的shapefile；stream.shp，河流的shapefile。1) 啟動ArcGatalog，鏈接到第18章（chap18）的數(shù)據(jù)庫，打開ArcMap。重新命名數(shù)據(jù)幀為Task1，添加stream.shp和

8、elevzone.shp到Task1.打開ArcToolbox窗口。把18章數(shù)據(jù)庫設(shè)為當(dāng)前的工作空間。右擊18章數(shù)據(jù)庫，指向NEW，選擇Toolbox，將新工具箱重命名為Chap18.tbx。2) 打開ModelBuider窗口。在General欄上，把名稱和標(biāo)簽改為Task1。3) 在ArcToolbox中，從Analysis Tools/Proximity工具箱中能拖拉Buffer工具至Model窗口。右擊Buffer并選擇Open打開。在Buffer對話框，在Input Features中通過下拉菜單選擇stream，在Output Feature Class中命名為strmbuf.sh

9、p，設(shè)定距離為Linear unit為200m，選擇ALL為dissolve type。4) 在Model窗口中可視物體都用不同色彩標(biāo)記。輸入的呈現(xiàn)藍色，工具呈現(xiàn)金色，輸出的呈現(xiàn)綠色。模型一次可以使用一個工具（或執(zhí)行一個功能）或可以作為整個模型。首先運行Buffer工具，右擊Buffer并選擇Run運行。處理期間，工具變成紅色。完成后，工具和輸出都多了陰影部分。右擊strmbuf.shp，選擇Add to Display。5) 從Analysis Tools/Overlay工具集拖拉Intersect工具到Model窗口中。右擊Intersect并選擇Open打開。在Intersect對話框的

10、下拉菜單選擇strm.shp與elevzone來輸入要素，輸出要素類別上填寫pothab.shp。6) 右擊Intersect并選擇Run運行。疊置完成后，右擊pothab.shp并選擇Add to Display添加pothab.shp使其顯示。除pothab外，關(guān)閉ArcMap表格目錄里的所有圖層。7) 從Analysis Tools/Extract工具集里拖拉Select工具到Model窗口中。右擊Select并選擇Open打開。在Select對話框里，選擇pothab.shp來輸入要素，在輸出要素類別上填寫final.shp，并單擊SQL來顯示表達式。在表達式框里輸入以下SQL表達式：

11、“ZONE”=2。單擊OK退出Sslect對話框。右擊Select并選擇Run運行。添加final.shp。8) 在Task1窗口的View菜單中選擇Auto Layout自動輸出，并讓ModelBuilder自動重新排列模型框圖。最后，在Model菜單中選擇Save保存，保存至Chap18.tbx中，文件名為Task1.下次要運行Task1，可在18章工具集中右擊Task1并選擇Edit進行編輯。二、建立基于柵格的二值模型所需數(shù)據(jù)：elevzone_gd，高度帶柵格：stream_gd，河流柵格。1) 在第18章數(shù)據(jù)庫中創(chuàng)建一個新的文件夾，命名為Task2。在第18章數(shù)據(jù)庫中將elevzon

12、e_gd和stream_gd復(fù)制并粘貼至Task2。2) 在ArcMap中插入一個新的數(shù)據(jù)幀，重命名為Task2，加載elevzone_gd和stream_gd至Task2。3) 單擊并打開Python窗口。在Python窗口輸入以下語句（不包括）：import arcpyfrom arcpy import envfrom arcpy.sa import*env.workspace=“d:/chap18”arcpy.CheckExtension(“Spatial”)outEucDistance=EucDistance(“stream_gd”,200)outExtract=ExtractByAt

13、tributes(“elevzone_gd”,”value=2”)outExtract2=ExtractByAttributes(“outExtract”,”outEucDistance”)outExtract2.save(“outExtract2”)該段自動執(zhí)行命令的前5行語句輸入arcpy和Spatial Analyst工具，并定義工作空間為d:/chap18/。接下來的3行語句使用Spatial Analyst工具。EucDistane工具創(chuàng)建一個距stream_gd最大距離為200m的距離量測柵格。Extract By Attributes工具通過在elevzone_gd中選擇區(qū)域2來

14、創(chuàng)建一個柵格（outExtract）。Extract By Mask工具用outEucDistance作為掩模從outExtract中選擇區(qū)域，這些區(qū)域落在outEucDistance邊界內(nèi)，并將輸出保存至outExtract2。最后，outExtract2保存在工作空間。4) 比較outExtract2和一中的final，兩者的覆蓋區(qū)域應(yīng)該相同。 三、實驗小結(jié)1、實驗中出現(xiàn)過的問題（或錯誤）、原因分析在做實驗前,一定要將課本上的知識吃透,因為這是做實驗的基礎(chǔ),否則,在老師講解時就會聽不懂,這將使你在做實驗時的難度加大,浪費做實驗的寶貴時間.比如做應(yīng)變片的實驗,你要清楚電橋的各種接法,如果你不清楚,在做實驗時才去摸索,這將使你極大地浪費時間,使你事倍功半.做實驗時,一定要親力親為,務(wù)必要將每個步驟,每個細(xì)節(jié)弄清楚,弄明白,實驗后,還要復(fù)習(xí),思考,這樣,你的印象才深刻,記得才牢固,否則,過后不久你就會忘得一干二凈,這還不如不做.做實驗時,老師還會根據(jù)自己的親身體會,將一些課本上沒有的知識教給我們,拓寬我們的眼界,使我們認(rèn)識到這門課程在生活中的應(yīng)用是那么的廣泛.通過這次XXX的實驗,使我學(xué)到了不少實用的知識,更重要的是,做實驗的過程,