空間信息系統(tǒng)實驗

1、2015學年-2016學年第2學期實驗報告空間信息系統(tǒng)基礎專 業(yè)： 計算機科學與技術 班 級： 計算機 姓 名： 學 號： 任課教師： 二零一 六 年 五 月 十 日【實驗基本情況】實驗地點N01實驗環(huán)境ArcGIS10.0實驗題目實驗一 ArcGIS的基本操作實驗內(nèi)容1. 了解ArcGIS的體系結構、桌面GIS的模塊構成2. ArcGIS10的安裝3. ArcMap的基本操作：新地圖文檔創(chuàng)建、數(shù)據(jù)層的加載、數(shù)據(jù)層的基本操作、數(shù)據(jù)層的保存；ArcCatalog的基本操作：文件夾鏈接、文件類型顯示和增刪、柵格數(shù)據(jù)的顯示、目錄內(nèi)容瀏覽、數(shù)據(jù)搜索、地圖與圖層操作、地理數(shù)據(jù)輸出；ArcToolBox的

2、功能了解。4. 投影轉(zhuǎn)換5. 數(shù)字化：點狀、線狀、面狀地物的輸入，地圖的注記1. 正文部分要求中文字體：宋體，小四；英文字體：Times New Roman，小四；1.25倍行距2. 5月13日之前提交到ftp上作業(yè)文件夾下。3. 壓縮包形式提交，以“學號+姓名”命名。提交的材料包括：（1）實驗報告;（2）實驗結果?！緦嶒炾P鍵步驟】練習1：所需數(shù)據(jù)：高程柵格文件emidalat，河流Shapefile文件emidastrm.shp。（1） 啟動ArcCatalog，建立與數(shù)據(jù)源的聯(lián)系：單擊Connect To Folder按鈕，瀏覽至“data”文件夾，單擊OK。目錄樹中出現(xiàn)data文件夾，打

3、開該文件夾查看其數(shù)據(jù)集。（2）單擊Catalog目錄樹中的emidalat，單擊Preview查看該高程柵格。單擊目錄樹中的emidastrm.shp，可在預覽表中瀏覽emidastrm.shp的地理數(shù)據(jù)或表格。（3）右鍵單擊emidalat出現(xiàn)快捷菜單，選擇Properties，彈出Properties對話框顯示數(shù)據(jù)集信息。此柵格數(shù)據(jù)集屬性對話框顯示emidalat的投影坐標是Universal Transverse Mercator（UTM）坐標系統(tǒng)。（4）創(chuàng)建個人Geodatabase并導入文件。右鍵dataNewPersonal Geodatabase，重命名為Task1.mdb。方法

4、一：右鍵單擊Task1ImportRaster Datasets，瀏覽至emidalat，添加其為輸入柵格，單擊OK。方法二：利用ArcToolbox將emidastrm.shp導入Task1。單擊Show/Hide ArcToolbox Windows打開ArcToolbox。右鍵ArcToolboxEnvironmentsGeneral Settings，瀏覽至data將其設置為作業(yè)空間。Conversion Tools/To GeodatabaseFeature Class to Feature Class，選擇emidastrm.shp為Input Feature Class，選擇Ta

5、sk1.mdb為Output Location，指定emidastrm為Output Feature Class，單擊OK。查看導出操作是否完成。練習2：把一個Shapefile從地理坐標系統(tǒng)投影到投影坐標系統(tǒng)。所需數(shù)據(jù)：idll.shp（以地理坐標和十進制表示經(jīng)緯度值的Shapefile文件）。idll.shp是愛達荷州輪廓圖。選擇預定義坐標系統(tǒng)定義idll.shp，再將idll.shp投影成愛達荷通用橫軸墨卡托投影（IDTM）。IDTM參數(shù)：ª 投影：橫軸墨卡托ª 大地基準：NAD83ª 單位：mª 參數(shù)：比例系數(shù)：0.9996中央經(jīng)線：-114.0

6、參考維度：42.0橫坐標東移假定值：2500000縱坐標北移假定值：1200000（1）啟動ArcCatalog，連接data。在目錄樹中右擊idll.shp，在屬性對話框中，XY Coordinate System的name顯示為unknown。關閉對話框。（2）定義idll.shp的坐標系統(tǒng)：雙擊Data Management Tools/Projections and TransformationsDefine Projection，選擇idll.shp為Input Feature Class。單擊Coordinate System（），打開Spatial Reference Prope

7、rties，單擊Geographic Coordinate SystemsNorth America（NAD1927）North American Datum 1927.prj，單擊OK：查看idll.shp的空間參照信息。XY Coordinate System欄應顯示為GCS_North_American_1927。（3）把idll.shp投影到IDTM坐標系：Data Management Tools/Projections and TransformationsFeatureProject。選擇idll.shp為Input Feature Class，指定idtm.shp為Output

8、 Feature Class。單擊Output Coordinate SystemsAdd Coordinate SystemNewProjected Coordinate System。進入New Projected Coordinate System：圖 1 定義新投影坐標系對話框Name輸入idtm。在Projection框中，NameTransverse_Mercator，輸入IDTM的各項參數(shù)值。單擊Geographic Coordinate SystemsChangeNorth AmericaNAD 1983.prj，單擊OK。Save As idtm83.prj，關閉對話框。（4

9、）Project對話框的Geographic Transformation旁邊有一綠點，提示投影需要進行地理轉(zhuǎn)換（idll.shp基于NAD27，而IDTM基于NAD83）。單擊下拉箭頭選擇NAD_1927_To_NAD_1983_NADCON，單擊OK。（5）查看idll.shp是否已經(jīng)成功投影到idtm.shp?！緦嶒灲Y果】問題1：ArcGIS的三種版本(Basic、Standard、Advanced)是否都有用于練習1的Feature Class to Feature Class工具？（進入ArcGIS Desktop Help/ArcGIS Desktop 10 help/Help L

10、ibrary/Geoprocessing/Tool reference/Conversion toolbox/ Conversion toolbox licensing。答：是問題2：ArcMap是首先繪出位于目錄表最上方的圖層嗎？答：是問題3：用自己的語言總結習作1的步驟。答：開始啟動ArcCatalog，連接data，將idll.shp的XY Coordinate System的name改為unknown。然后定義idll.shp的坐標系統(tǒng)，將XY Coordinate System設置為GCS_North_American_1927。其次把idll.shp投影到IDTM坐標系：選擇idl

11、l.shp為Input Feature Class，指定idtm.shp為Output Feature Class。新建idtm投影，輸入IDTM的各項參數(shù)值。最后選NAD_1927_To_NAD_1983_NADCO，保存并查看idll.shp是否已經(jīng)成功投影到idtm.shp。問題4：除了Polygon（面）和Auto Complete Polygon，還有哪些Construction工具（構造工具）可用？答：點、折線、面、多點、多面體【體會與心得】在本次實驗中，我了解了ArcGIS的體系結構、桌面GIS的模塊構成。學會了ArcMap的基本操作：新地圖文檔創(chuàng)建、數(shù)據(jù)層的加載、數(shù)據(jù)層的基本操

12、作、數(shù)據(jù)層的保存；掌握了ArcCatalog的基本操作：文件夾鏈接、文件類型顯示和增刪、柵格數(shù)據(jù)的顯示、目錄內(nèi)容瀏覽、數(shù)據(jù)搜索、地圖與圖層操作、地理數(shù)據(jù)輸出；此外。還對ArcToolBox的功能有所了解。學會了投影轉(zhuǎn)換和數(shù)字化的使用?！緦嶒灮厩闆r】實驗地點N01實驗環(huán)境ArcGIS10.0實驗題目實驗二、空間數(shù)據(jù)的處理與可視化實驗內(nèi)容1. 數(shù)據(jù)處理：數(shù)據(jù)拼接、裁切、提取以及綜合處理。2. 幾何變換3. 數(shù)據(jù)符號化：矢量數(shù)據(jù)符號化、柵格數(shù)據(jù)符號化4. 專題地圖編制：編制坐標網(wǎng)格、地圖標注、地圖整飾、地圖轉(zhuǎn)換輸出5. 正文部分要求中文字體：宋體，小四；英文字體：Times New Roman，小

13、四；1.25倍行距6. 5月13日之前提交到ftp上作業(yè)文件夾下。7. 壓縮包形式提交，以“學號+姓名”命名。提交的材料包括：（1）實驗報告;（2）實驗結果。【實驗關鍵步驟】練習1：數(shù)據(jù)更新變換（1）背景：由于空間數(shù)據(jù)（包括地形圖與DEM）都是分幅存儲的，造成某一特定研究區(qū)域跨越了不同的圖幅。而當我們要獲取有特定邊界的研究區(qū)域時，就要對數(shù)據(jù)進行裁切、拼接、提取等操作，有時還要進行相應的投影變換。（2）目的：獲取具有投影坐標系統(tǒng)的特定邊界的DEM數(shù)據(jù)。通過練習，掌握數(shù)據(jù)提取、裁切、拼接及投影變換的方法。（3）數(shù)據(jù)：（ex1文件夾）ª 1幅1：25萬矢量數(shù)據(jù)，為地理坐標系統(tǒng)，其中大地基準

14、是D_North_American_1927,參考橢球體是Clarke 1866。ª 2幅1：25萬DEM數(shù)據(jù)，為地理坐標系統(tǒng)，大地基準是D_Krasovsky_1940,參考橢球體是Krasovsky_1940。（4）要求：通過兩幅給定的DEM數(shù)據(jù)，提取出白水縣縣界范圍內(nèi)的DEM數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成高斯-克呂格投影系統(tǒng)。圖 2 練習1的工作流程（5）提交結果：以baishuidem命名的柵格數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)裁切：合并：提?。翰们校和队埃壕毩?：對掃描地圖做地理參照和校正所需數(shù)據(jù)：hoytmtn.tif，一個包含掃描的土壤界線的TIFF文件。要求：將二值掃描文件hoytmtn.tif（地圖

15、單位：英寸）變換到UTM坐標系。步驟：用4個地面控制點對圖像進行坐標匹配；用地理坐標匹配的結果，校正或變換圖像。4個控制點的經(jīng)緯度值以度-分-秒（DMS）表示如下：表 1 地面控制點的經(jīng)緯度值Tic-id經(jīng)度緯度1-116 00 0047 15 002-115 52 3047 15 003-115 52 3047 07 304-116 00 0047 07 30投影到NAD 1927 UTM Zone 11N坐標系之后，這4個控制點的坐標如下：表 2 幾何變換后的坐標值Tic-idxy1575672.27715233212.61632585131.22325233341.43713585331

16、.33275219450.436045758505730（1） 啟動ArcMap，重命名Layers（圖層）為Task2，并添加hoytmtn.tif。Customize（自定義）Toolbars（工具條）Georeferencing（地理配準），打開幾何校正工具條。（2）4個控制點順序依次為：1左上角，2右上角，3右下角，4左下角。（3）添加控制點：放大地圖，Georeferencing（地理配準）Add Control Point（添加控制點），依次選擇四個角，單擊兩次，出現(xiàn)由綠變紅的“+”。（4）更新控制點的坐標值。Georeferencing（地理配準）Vie

17、w Link Table（查看連接表），轉(zhuǎn)換方法（Transformation）選擇1st Order Polynomial（仿射變換），單擊第一個記錄， XMap、YMap數(shù)據(jù)值分別為575672.2771、5233212.6163，再輸入其他3個記錄的XMap和YMap值。圖 3 Link Table對話框（5）如果總的均方根誤差大于4.0（m），選中殘差大的記錄并刪除。返回到掃描圖像上，重新輸入控制點，直至總的均方根誤差在可接受范圍內(nèi)，單擊Link Table對話框上的OK按鈕。（6）糾正（變換）hoytmtn.tif。Georeferencing（地理配準）下拉菜單，Rectify（糾

18、正），以rect_ hoytmtn.tif命名保存變換后的圖像。（7）提交結果：以rect_ hoytmtn.tif命名的圖像。練習3：繪制世界人口密度分布圖所需數(shù)據(jù)：country.shp，一個包括200多個國家人口和面積屬性的世界shapefile文件。要求：（1） 用country.shp中的POP_CNTRY（人口）和SQMI_CNTRY（面積，單位為平方英里）生成人口密度字段POP_DEN，并用公式POP_CNTRY/ SQMI_CNTRY計算人口密度字段值。（2） 自定義類型斷點，將POP_DEN分成5個類型。（3）制作一個地圖版面，完成以下地圖要素：圖題“世界人口密度圖”、圖例（

19、圖例說明為“每平方英里的人口數(shù)”）和地圖的圖廓線。（4）以國家的名稱（CNTRY_NAME）標注各國家。（5）將生成的地圖以“世界人口密度圖.jpg”輸出。（6）文檔保存為ex3.mxd。（7）提交結果：世界人口密度圖.jpg以ex3.mxd命名的文件及其相關文件。練習4：繪制北京林業(yè)大學地圖所需數(shù)據(jù)：實驗一數(shù)字化的點、線、面文件。要求：（1） 分別給點、線、面文件添加字段“name”，并賦予相應的屬性。（2） 以點、線、面的名稱標注。（3） 進行圖形形狀、顏色、大小的可視化。（4） 地圖下方添加制作者姓名。（5） 將生成的地圖以“北京林業(yè)大學.jpg”輸出。（6） 提交結果：北京林業(yè)大學.j

20、pg?！緦嶒灲Y果】問題1：利用ArcGIS中提供的Help，將Mosaic to New Raster（鑲嵌至新柵格）與Mosaic（鑲嵌）進行比較。鑲嵌至新柵格,將多個柵格數(shù)據(jù)集鑲嵌到一個新的柵格數(shù)據(jù)集中。鑲嵌,將多個輸入柵格鑲嵌到現(xiàn)有柵格數(shù)據(jù)集。問題2：第一次試驗的總的均方根誤差是多少？答：2.35593問題3：第一項記錄的殘差是多少？答：2.35836問題4：列出標注可用于面要素的位置選項。問題5：說明你完成本練習的思路與具體步驟。開始添加一個字段為POP_DEN，用公式POP_CNTRY/ SQMI_CNTRY計算人口密度字段值得到人口密度字段POP_DEN；其次自定義類型斷點，將PO

21、P_DEN分成5個類型；然后制作一個地圖版面，添加圖題“世界人口密度圖”、圖例（圖例說明為“每平方英里的人口數(shù)”）和地圖的圖廓線等地圖要素；最后用國家名稱標注各國家，將生成的地圖以“世界人口密度圖.jpg”格式導出?！倔w會與心得】在本次實驗中，我學會了數(shù)據(jù)處理操作，可以進行數(shù)據(jù)拼接、裁切、提取以及綜合處理。能夠運用幾何變換，掌握了數(shù)據(jù)符號化，包括矢量數(shù)據(jù)符號化、柵格數(shù)據(jù)符號化。還可以進行專題地圖編制，包括編制坐標網(wǎng)格、地圖標注、地圖整飾、地圖轉(zhuǎn)換輸出?！緦嶒灮厩闆r】實驗地點N01實驗環(huán)境ArcGIS10.0實驗題目實驗三、矢量數(shù)據(jù)、柵格數(shù)據(jù)的空間分析實驗內(nèi)容1. 矢量數(shù)據(jù)的空間分析：緩沖區(qū)分

22、析、疊置分析、模式分析2. 柵格數(shù)據(jù)的空間分析：距離分析、鄰域計算、統(tǒng)計分析、重分類、柵格計算4. 正文部分要求中文字體：宋體，小四；英文字體：Times New Roman，小四；1.25倍行距5. 5月13日之前提交到ftp上作業(yè)文件夾下。6. 壓縮包形式提交，以“學號+姓名”命名。提交的材料包括：（1）實驗報告;（2）實驗結果?！緦嶒炾P鍵步驟】練習1：緩沖區(qū)建立和地圖疊置所需數(shù)據(jù)：landuse（土地利用類型數(shù)據(jù)）、soils（土壤類型數(shù)據(jù)）和sewers（下水道數(shù)據(jù)）的Shapefile文件【問題】：為新大學水產(chǎn)養(yǎng)殖實驗室找到合適地點【要求】：ª 土地利用類型以灌木林地為宜（

23、如landuse.shp中的字段LUCODE=300）；ª 選擇適宜開發(fā)的土壤類型（如soil.shp中的字段SUIT2）；ª 必須位于距離下水道300m之內(nèi)?！静襟E】（1） 啟動ArcMap，重命名Layers（圖層）為Task1。加入landuse、soils和sewers。（2） 建立sewers的緩沖區(qū)：Analysis Tools（分析工具）Proximity（鄰域分析）Buffer（緩沖區(qū)），選擇sewers為輸入要素集，sewerbuf.shp為輸出要素集，300m作為緩沖距離，dissolved type（融合類型）選擇ALL，單擊OK。打開sewerbuf

24、的屬性表，表中只有一條記錄對應于已作邊界消除的緩沖區(qū)。 （3）進行l(wèi)anduse、soils和sewerbuf的地圖疊置操作：Analysis Tools（分析工具）Overlay（疊加分析）Intersect（相交），添加landuse、soils和sewerbuf，輸出要素類為final.shp，單擊OK。（3） 從final中選擇符合前兩項要求的多邊形：Analysis Tools（分析工具）Extract（提?。㏒elect（篩選），輸入要素為final，輸出要素名為sites.shp，輸入SQL語句：“SUIT”>=2 AND“LUCODE”=300。（5）查看sites屬性表

25、，由于ArcGIS Desktop不能自動更新輸出Shapefile文件的面積和周長值，在表中有兩套面積和周長數(shù)據(jù)且存在重復值。下面使用簡單的工具來完成字段的添加與更新操作。ª Data Management Tools（數(shù)據(jù)管理工具）Fields（字段）Add Field（添加字段），選擇sites作為輸入表，輸入Shape_Area作為字段名，字段類型：Double，輸入11為字段精度，3作為字段小數(shù)位數(shù)，單擊OK。用相同的方法和字段定義，將Shape_Leng作為新字段添加到sites中。ª 打開sites屬性表，右擊Shape_AreaCalculate Geome

26、try（計算幾何），選擇Area（面積）為屬性，平方米為單位，單擊OK（確定）。Shape_Area就賦予了正確的面積值。ª 嘗試根據(jù)上述操作進行周長Shape_Leng的更新，注意Perimeter（周長）為屬性，米為單位。（6）提交結果：以sites命名的矢量文件。練習2：執(zhí)行鄰域運算所需數(shù)據(jù)：emidalat，一個像元大小30m的高程柵格。要求：對emidalat進行鄰域運算的平均值操作。在Spatial Analyst Tools/Neighborhood 工具集中雙擊Focal Statistics工具。在隨后的對話框中，選擇emidalat 為輸入柵格，保存emidamean為輸出柵格，默認鄰域是一個3×3矩形，選擇mean為統(tǒng)計類型，點擊OK。emidamean顯示的是emidalat的鄰域均值。提交結果：以emidamean命名的文件。練習3：使用高程、坡度和坡向構建一個基于柵格的模型所需數(shù)據(jù)：emidalat，emidaslope和emidaaspect。（1）用Spatial Analy