地理信息系统实验报告书.doc

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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

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------------------------------------------------21

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

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
ArcGIS 10.2
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。

2）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。

2）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。

5）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。

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
Arcmap 10.2
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。

3）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）

5)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。
l 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。

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(Raster Reclassify)、
栅格计算－查询符合条件的栅格(Raster Calculator)、 面积制表
（Tabulate Area） 、 分区统计(Zonal Statistic)、 缓冲区分(Buffer) 、
采样数据的空间内插(Interpolate)、 栅格单元统计（Cell Statistic） 、
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
ArcGIS 10.2
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select by attributes,在select by
attributes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Get unique values 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。

3）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Use Only the
Selected Feature（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（At a specified distance），
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（Dissolve barriers between），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。

8）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（famous
place ），
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 analyst tools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 analyst
tools 下选择 overlay 下的 Erase操作，打开图层擦除操作对话框，在
input features 选择三个区域的交集，在 erase features 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 Spatial Analyst 模块，如果 Spatial Analyst 模
块未能激活，点击 Tools 菜单下的 Extensions ，选择 Spatial Analyst，
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) 设置空间分析环境。点击 Spatial Analyst 模块的下拉箭头，打开
Options 对话框，设置相关参数：
① 打 开 Options 对 话 框 中 的 General 选项卡 ， 设置默认
工作路径为：“E:\result\ ”。
②打开 Options 对话框中的 Extent 选项卡，在 Analysis Extent 下
拉框中选择“Same as Layer landuse ”。
③打开 Options 对话框中的 Cell Size 选项卡，在 Analyst
Cell Size 下拉框中选择“Same as Layer landuse”。
4) 创建成本数据集
要找到到学校的最佳路径，首先需要从适宜性地图创建源数据输入及成
本数据集，把它们作为成本加权函数输入。
考虑到山地坡度、起伏度对修建公路的成本影响比较大，其中尤其山地
坡度更是人们首先关注的对象，则在创建成本数据集时，可考虑分配其
权重比为：0.6 ：0.4 。但是在有流域分布的情况下，河流对成本影响 不
可低估。在此情形下，成本数据集考虑为合并山地坡度和起伏度之后的
成本，加上河流对成本之影响即可。
①坡度成本数据集
选择DEM数据层，点击Spatial Analyst下拉列表框，选择Surface
Analyst并点击slope，生成坡度数据集，记为slope。
选择Slope数据层，点击Spatial Analyst
下拉键头，选择Reclassify 命令实施重分类。
对坡度数据集实施重分类的基本原则是：采用
等间距分为10级，坡度最小一级赋值为 1，
最大一级赋值为10，得到下图所示坡度成本
数据（reclass_slope）。

②.起伏度成本数据集
选择 DEM 数据层，点击 Spatial Analyst 下拉列表框，选
Neighborhood Statistics ，设置如图所示参数设置，点击 Ok 按钮，
生成起伏度数据层，记为 QFD 。
选择 QFD 数据层，点击 Spatial Analyst 下拉键头，选择 Reclassify
命令，按 10 级等间距实施重分类，地形越起伏，级数赋值越高，即最
小一级赋值为1，最大一级赋值为10，得到图所示地形起伏成本数据。

③河流成本数据集
选择 River 数据层，点击 Spatial Analys下拉键头，选择 Reclassify
命令，按照河流等级如下进行分类：4 级为 10；如此依次为8 ，5 ，
2 ，1 ，生成图示河流成本 （reclass_river ）

5）加权合并单因素成本数据，生成最终成本数据集。 点击 Spatial
Analyst 下拉箭头，选择Raster Calculator 命令合并数据集，得到最
终成本数据集。

实验四：地图制图
一、 实验目的
熟练并掌握如何使用ArcMap进行制图
二、 实验原理
设置地图符号－各种渲染方式的使用,使用ArcMap Layout（布局）界面制作专题地图,将各种地图元素添加到地图版面中
三、 实验软件
ArcMap10.2
四、 实验内容与步骤
1)在ArcMap中新建地图文档，加载 [空间分析] 扩展模块及[空间分析工
具栏]加载图层：[省会城市、地级市驻地、主要公路、国界线、省级行
政区、线状省界]，将地图文档保存到 Ex12下，名称为：ChinaMap

2)在[图层列表面板]中右键点击图层：[省级行政区]，执行[属性]命令，
在出现的[图层属性]对话框中，点击[符号-Symbology]选项页，如下图
所示，渲染参数设置为：[类别－>唯一值，字段值设置为：DZM ] 。点
击[添加全部值]按钮，将<所有其它值>前检查框的勾去掉。

3)点击[符号]列，然后选择[全部符号属性]命令。在[符号选择器]中，将[轮廓
线颜色] 设置为 [无颜色]。

4)显示图层：[国界线]，在[TOC]中右键点击图层：[国界线]，执行[属性]命令，在出现
的[图层属性]对话框中将渲染方式设置为 [单一符号]，点击[符号设置]按钮

5 )显示图层:[地级城市驻地],并参考以上操作及下图所示,设置图层渲染方式

6)标注图层要素：在TOC中，右键点击图层：[省级行政区]，执行[属性]
命令，在出现的[图层属性]对话框中，点击[标注]选项页，确认标注字段
为：[Name],点击 [符号]按钮，在[符号选择器]对话框中，将标注字体大
小设置为: [12], 点击[属性]按钮，在[编辑器]对话框中, 点击[掩模]
选项页, 并将大小设置为: [2]

7)连续三次[确定]后退出以上对话框,返回ArcMap 视图界面.
显示图层: [地级城市驻地],并参考以上方法进行标注。

8)在上图中,点击[分类]按钮可选择不同的分类方法。参照以上操作过程,
对图层[省级行政区]基于字段[Area]运用不同的分类方法(等间隔、分位
数、自然间隔、标准差)，比较不同的分类法进行分类的意义。
9)参照前面的步骤，对图层：[省级行政区]进行点密度渲染，如下图所示

10) 在ArcMap中，点击布局视图按钮切换到布局视图界面。执行菜单命令：
[文件]>>[页面和打印设置]，在对话框中设置纸张大小和方向。

总结：
通过这一年对ARCGIS的学习了解，我觉得这个软件很强大，无论是在制图编辑方面还是在空间查询和分析上，都给我很大的震撼。尤其是空间分析功能，它可以将我们生活中很多难以分析，解释或者说证明的事情通过分析成为很好的例证或者给予很好的方法指引。从湖南省系列地图的制作到最后的空间分析建模等，这些难以理解的东西通过实例操作使得一切清晰了。就连像公交路线查询，市区择房，工厂、学校等选址等问题都变得很方便了，它的现实意义和作用体现得淋漓尽致。所以在各个方面的运用地位和比重都占有重要位置。不但是这些，还有对于生态规划，园林规划，市政规划等领域也有很大发展潜力。
　　因此我觉得我这一次的学习收获很大，我在问题上的思维分析能力也有很大提高，非常感谢老师的悉心教育与耐心指导，才有了我对这门课程以及软件的认识与实际应用，让我比较全面的了解了有关Arcgis的知识，我觉得我学得很细，学得很透彻，尤其与信息系统原理相结合的学习方式，不但知道怎么操作，更加了解其原理，学得很灵活。在今后，我会学会更多与之相关的知识，并且有更深入的研究与学习，不断地加深和巩固自己!

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