空间数据库建库实验指导书.doc

空间数据库建库 实验指导书 成都信息工程学院环境工程系本科用 i 目录 实验一实验一 林相图空间参考林相图空间参考 1 实验二实验二 等高线数字化及数字高程的建立等高线数字化及数字高程的建立 7 实验三实验三 投影转换投影转换 14 实验四实验四 GEODATABASE 的创建的创建 18 实验五实验五 空间数据库建库综合实验空间数据库建库综合实验 24 附附 1 空间数据库建库实验报告空间数据库建库实验报告 25 附附 2 空间数据库建库综合实验样例空间数据库建库综合实验样例 26 1 实验一实验一 林相图空间参考林相图空间参考 一 实验目的一 实验目的 通过本练习 应该掌握 1 加深对地理参考 几何校正 多项式校正数据内插等相关概念的理解 2 熟练掌握利用 ArcGIS 进行地理参考的技术路线和方法 二 软件准备 ArcGIS 三 数据准备 data 栅格专题图 地形图 tif data shapefile 省级行政区 shp 四 实验学时 2 学时 五 实验要求 依据地形图 tif 上的方里网 完成地形图的地理参考 要求地理参考后与 data shapefile 省级行政区 shp 在 ArcMap 中正确叠加 四 实验基础知识 1 地理参考 地理参考 将图像数据嵌入到一个空间参照系中的过程 空间参照系可以是地理坐标 系统 也可以是投影坐标系统 地理 坐标 系统 投影 坐标 系统 图像 坐标 系统 2 思考 地理参考与投影转换的区别 2 我国标准地形图的空间坐标系统 我国 1 50 万到 1 1 万国家系列比例尺地形图均采用高斯投影 Transverse Mercator 其中 1 50 万到 1 2 5 万地形图采用高斯 6 度带投影 1 1 万地形图采用 3 度带投影 高斯投影的投影参数为 1 中央经线 longitude of central meridian 6 分带 每带跨越经度 6 东西经 1 带的范围为 0 6 其余类推 中央 经线依次为 3 9 3 分带 每带跨越经度 3 本初子午线为 0 带中央经线 第 1 带中央经线为 3 范围为 1 30 到 4 30 依次类推 2 中央经线上的比例尺 scale factor at central meridian 使用数字 1 3 中央纬线 latitude of origin 0 4 西偏 false easting 500000 米 5 北偏 false northing 0 米 3 从扫描的栅格地形图上查阅地形图的基本参数 实验所用的数据是整幅地形图的一部分 该图的左上图阔 右上图阔和比例尺标记如 下面三个截图所示 4 地理参考的方法 地理参考的数学模型为 转换公式中包含大量的待定系数 这些系数依靠既知扫描坐标和参考坐标的若干控制 点求得 地理参考两种情况 1 扫描图像上具有地理参考信息 2 同区域的已地理参考的空 间数据 矢量或栅格 本实验属于第一种情况 地形图上控制点依据方里网交叉点 坐标 值如下图示意 3 4 使用 ArcGIS 完成地理参考 在 ArcMap 中导入地形图 gif 并在工具区空白处右键 将 Georeferencing 工具条打 勾 Georeferencing 工具条如下图所示 4 Layer 表示需要做地理参考的原始栅格数据 用于增加控制点 用于显示控 制点表 Georeferencing 下拉菜单中 Recitfy 用于依据控制点完成地理参考 也称图像校 正 Transformation 菜单用于设置多项式几何校正的次数 ArcGIS 支持最高的校正次数为 3 次 设校正次数为 n 则至少需要的控制点为 n 1 n 2 2 1 地理参考依据的是 ArcMap 的显示坐标系统 请先正确设置 ArcMap 的显示坐标系统 使用在方里网交叉点左键精度单击 可通过图像放大提高定位的精度 右键弹出 的菜单中执行 Input X and Y 完成控制点参数的输入 5 增加控制点后 可使用查看校正误差 下图中 Residual 为误差值 单位为像素 地理参考时的注意事项 1 多项式次数 依图像确定 2 控制点位置 精确 3 最少控制点 n 1 N 2 2 1 最少最好 4 分布均匀 变形大的地方多选控制点 5 保存控制点 View Link Table Save 6 ArcGIS 中只支持将参考后的栅格数据以栅格数据集的形式存储于 Geodatabase 中 请事先在某目录下创建一个 File Geodatabase 稍候将该栅格数据集保存于此 点击 Rectify 后 在弹出对话框中确定新栅格的像元尺寸 CellSize 图像重采样方法 Resample Type 支持最邻近 双线性内插和三次卷积 保存的位置 栅格数据集名称 等 6 7 地理参考依据的是 ArcMap 的显示坐标系统 扩展实验 学有余力的学生完成 扩展实验 学有余力的学生完成 参照教案 对实验数据 data shapefile chengdu shp 依据 data 栅格专题图 含地理坐标的 成都市 tif 进行地理参考 要求实验结果 chengdu shp 的空间调整可以正确叠加在含地理坐 标的成都市 tif 或其他具有空间坐标的图层上 7 实验二实验二 等高线数字化及数字高程的建立等高线数字化及数字高程的建立 一 实验目的 通过本练习 应该掌握 1 掌握数字化的相关技术 2 熟练掌握利用 ArcGIS 建立数字高程模型的方法 二 软件准备 ArcGIS 三 数据准备 data 栅格专题图 地形图 gcp tif 四 实验学时 2 学时 五 实验要求 依据地形图 gcp tif 选择其中一个方里网 数字化计曲线 粗的等高线 并输入高 程 然后转换为格网 DEM 和 TIN 原始图像 8 数字化的矢量等高线 ArcScene 中显示 GRID 格式的 DEM ArcScene 中显示 TIN 四 实验基础知识 1 等高线矢量化 等高线数字化流程为 A 创建等高线矢量数据 Shapefile 或 Geodatabase Feature Class 创建等高线矢量数据既可在 ArcCatalog 中实现 也可在 ArcMap 中内嵌的 Catalog 中实 现 还可以通过在 ArcMap 中绘制图形 直接转换为矢量数据 a 在 ArcCatalog 创建 9 ArcCatalog 中创建 Shapefile ArcCatalog 中创建线状 Shapefile 在创建 Shapefile 时 务必设置其空间坐标系 如下图 在 ArcCatalog 中可以使用 Select 选择一个预定义坐标系统 可使用 Import 将具有空间坐标系的其他图层的坐标系统 定义导入给新的 Shapefile 还可以使用 New 新建坐标系统 b ArcMap 中创建 Shapefile ArcMap 中使用绘图工具栏绘制线 然后执行 Convert Graphics To Features 将图形转换为 Shapefile 10 注意 在 ArcMap 中设置新 Shapfile 的空间坐标系有两种方式 一是显示坐标系统 二是 ArcMap 已经导入的其他图层 B 建立高程字段 字段类型必须为数字型 高程字段既可在 ArcCatalog 中完成 也可在 ArcMap 中完成 在 ArcMap 中 打开属 性表 执行 Add Field 在增加字段之前 必须要停止编辑 a 在 ArcCatalog 创建 在 ArcCatalog 中 右键图层 属性 Properties 在属性对话框的 Fields 选项卡中 可输入新字段 如下图所示 b 在 ArcMap 创建 首先图层右键 执行 Open Attribute Table 11 打开图层属性表 增加字段菜单 注意 Add Field 菜单必须在停止编辑时才可用 C 利用 ArcMap 的 Editor 以地形图 gcp tif 为底图 完成数字化输入和高程赋值 在 ArcMap 中 首先加载 Editor 工具条 执行 Editor Start Editing 然后使用 Line 工具绘制线 12 2 数字高程模型的建立 A 从等高线转换为格网 DEM 使用 Topo to Raster 工具 如下图所示 添加数字化后的矢量等高线 设置 Field 为你 建的高程字段 设置适当的输出像元尺寸 Output Cell Size 确定保存的 GRID 路径 C 从格网 DEM 转换为 TIN 使用 Raster To Tin 工具 如下图所示 设置输入的栅格数据和保存的新 TIN 路径 13 3 ArcScene 中显示三维效果 启动 ArcScene 添加格网 DEM 设置基础高程依据图层本身 如下图所示 对于 TIN 数据 直接添加到 ArcScene 即可 扩展实验 学有余力的学生完成 扩展实验 学有余力的学生完成 参照教案 任选 data Lidar 下一个 LAS 文件 生成 DEM 并计算出森林冠层密度 提示 需要利用 LIDAR 数据依据高层植被生成一个数字表面 然后使用它减去 DEM 14 实验三实验三 投影转换投影转换 一 实验目的 通过本练习 应该掌握 1 理解投影定义 投影转换的概念及其区别 2 熟练掌握利用 ArcGIS 定义投影和投影转换的方法 二 软件准备 ArcGIS 三 数据准备 data shapefile 省级行政区 shp data shapefile 省会 shp data 表格数据 山南 地区乡政府 txt 四 实验学时 2 学时 五 实验要求 1 将省级行政区 shp 省会 shp 和山南地区乡政府 txt 三层数据在 ArcMap 中正确 叠加显示 如下图所示 2 完成省级行政区 shp 投影转换 将其转换为 Albers 投影 投影参数如下 1st standard parallel 0 0 0 00 25 0 0 2st standard parallel 0 0 0 00 47 0 0 central meridian 0 0 0 00 105 0 0 latitude of projection s origin 0 0 0 00 0 0 0 false easting meters 0 false northing meters 0 四 实验基础知识 1 两种坐标系统 15 显示坐标系统 Layers 的坐标系统 文件坐标系统 Layer 的坐标系统 A 显示坐标系统 Layers 的坐标系统 在 ArcMap 的 Layers 右键属性 在 Coordinate System 选项卡中 可查看和更改 显示坐标系统是地图显示时的坐标系统 地图由多个图层组成 这些图层即使是同 一个区域的空间数据 也可能具有不同的文件坐标系统 通过使用统一的显示坐标系统 可将同区域的空间数据无缝地叠加显示 B 文件坐标系统 图层本身存储的坐标系统 通过图层 右键 Properties Source 选项卡中查看 16 GIS 空间数据的坐标值通过文件方式存储 坐标值需要使用投影文件进行定义 才能 与实际地面关联起来 对坐标值进行定义的投影文件反应的是该图层的文件坐标系统 空 间数据的坐标值不可能丢失 除非将空间对象删除 但投影文件可能丢失 当对坐标值定 义的坐标系统描述丢失后 坐标值就失去了与实地地面关联的信息 2 ArcGIS 显示空间数据的机制 Layers 显示坐标系统默认依据第一个导入的图层的文件坐标系统 也可修改 如果图层有坐标系统定义 图层自动转换文件坐标系统到显示坐标系统下显示 3 常见的空间坐标系统 A 地理坐标系统 GCS WGS 1984 Select GCS World GCS Xian 1980 Select GCS Asia GCS Beijing 1954 Select GCS Asia B 投影坐标系统 Gauss Kruger Beijing 1954 Select PCS Gauss Kruger Gauss Kruger Xian 1980 Select PCS Gauss Kruger World Mercator 等角正切圆柱 Select PCS World WGS 1984 Web Mercator Select PCS World Albers 正等积割圆锥 New Albers Lambert 正等角割圆锥 New Lambert Conformal Conic 3 投影定义 为空间数据设置投影信息的过程 方案 1 ArcToolBox Data Management Tools Define Projection 方案 2 ArcCatalog Layer Properties 4 投影转换 17 将具有空间坐标系统的空间数据转换为另一个空间坐标系统 生成新的空间数据的过 程 新空间数据以投影转换定义的目标坐标系统为文件坐标系统 由于文件坐标系统的转 换 空间数据的坐标值被修改为新坐标系统的坐标值 使用 Project 工具对矢量数据投影转换 使用 Project Raster 对栅格数据投影转换 5 显示 TXT 文件 使用 ArcMap 的 File Add Data Add XY Data 实现 注意选择 X Y 坐标字 段 6 Alber 投影参数 由于我国位于中纬度地区 中国地图和分省地图经常采用割圆锥投影 Albers 投影 中 央经线 105 度 第一条纬线 25 度 第二条 47 度 常用的 Albers 投影参数如下 1st standard parallel 0 0 0 00 25 0 0 2st standard parallel 0 0 0 00 47 0 0 central meridian 0 0 0 00 105 0 0 latitude of projection s origin 0 0 0 00 0 0 0 false easting meters 0 18 false northing meters 0 19 实验四实验四 Geodatabase 的创建的创建 一 实验目的 通过本练习 应该掌握 1 Geodatabase 的属性域 关系类 拓扑关系 子类型等相关概念 2 掌握属性域 关系类等的创建方法 3 掌握子类型建立及其子类型的属性域关联方法 二 软件准备 ArcGIS 三 数据准备 data shapefile forest shp data 表格数据 小班卡片 dbf 四 实验学时 2 学时 五 实验要求 1 创建一个 File Geodatabase 2 创建一个要素数据集 设置空间坐标系统 3 导入 forest shp 到要素数据集中 设名称为 forest 4 导入小班卡片 dbf 至 File Geodatabase 中 设名称为小班卡片 5 为 forest shp 和小班卡片 dbf 创建唯一吗 6 创建 forest 和小班卡片的关系类 7 依据 forest 的 quhua 区划 字段建立子类型 0 未知 1 禁伐 2 商用 3 限伐 8 依据 quhua 字段创建属性域 类型为 Code Values 9 依据 REALA 真实面积 字段建立属性域 类型为 Range 最小值为 10 最大值 为 10000 将该属性域与禁伐子类关联 即要求禁伐林面积不能小于 10 10 在 ArcMap 中对上规则进行合法验证 四 实验基础知识 1 建立地理数据库 Geodatabase 采用面向对象的技术管理地理空间数据 最早的 Geodatabase 为 Personal Geodatabase 依托于 Microsoft Access 构建 空间数据存储大小受到限制 最大的存储容 量为 2G 不能在 Personal Geodatabase 中创建栅格数据集和网络数据集 在 ArcGIS 9 X 之后 ESRI 推出了 File Geodatabase 该数据库由 ESRI 自行研发 空 20 间数据存储量可达 TB 级 支持栅格数据集和网络数据集的创建 ArcSDE 为空间数据引擎 允许通过 ArcSDE 将空间数据存储于传统的关系型数据库管 理系统如 SQL Server Oracle DB2 Infomix 等 ArcSDE 中也采用 Geodatabase 方式管理 空间数据 称为 ArcSDE Geodatabase 2 建立要素数据集 要素数据集是共享一个空间坐标系统的要素类的集合 在创建要素数据集时 务必设置该数据集的空间坐标系统 思考 两个同区域要素类导入前能在 ArcMap 正确叠放显示 导入到要素数据集后两 新要素类却不能在 ArcMap 叠放 可能原因 3 导入要素类 要素类是具有相同几何类型的要素的集合 21 ArcCatalog 具有两种方法创建要素类 A 新建一要素类 右键要素数据集 New Feature Class B 转换已有的 Feature Class 右键要素数据集 Import Feature Class 4 属性域 属性域是 Geodatabase 种定义字段取值范围的要素 在 ArcCatalog 中 数据库顶部定制属性域 然后在字段中使用 属性域分为 Code Values 和 Range 两种类型 Code Values 用于定义枚举值类表 被赋 予 Code Values 属性域的字段在 ArcMap 中编辑时用户只能从下拉列表中选择 Range 用于 定义数值型字段的取值范围 被赋予 Range 属性域的字段可在 ArcMap 中进行合法验证 属性域的字段类型必须要与关联的字段的类型一致 在 ArcGIS 中 同类型的属性域 才能与相应的字段关联 创建属性域后 右键要素类 Properties Fields 选项卡 选中要关联的字段 设置 Domain 为对应属性域 如下图所示 5 子类型 要素类内部按一个 Short 或 Long Integer 字段划分次一级的组 每个组为一个子类 每 22 个子类可定制自身的规则和行为 如小班根据区划类型分为 4 组 可设置禁伐林最小面积 等 在 ArcCatalog 中 图层右键 属性 弹出属性对话框 切换至 SubTypes 选项卡 可设施子类型依据的字段及其 SubTypes 列表 如下对话框所示 上对话框中 Code 列的取值对应于子类型字段的取值 6 子类型的属性域 以禁伐林面积不能小于 10 为例 新建属性域 设置子类禁伐属性域 在 ArcCatalog 中 图层右键 属性 弹出属性对话框 切换 至 SubTypes 选项卡 选中 REALA 字段 设置属性域 如下图所示 23 合法性验证 ArcMap 导入 Forest Start Editing 全选 Forest 所有要素 Editor 工具条 Validate Features 7 创建唯一码 通过 ArcMap 的字段计算功能创建唯一码 如创建 forest 的唯一码 首先创建长度为 11 的字符串型字段 XiaoBID 选择该字段 通过 Field Calculator 输出如下公式完成计算 CStr lcdm 10 9 zyqdm 10 5 linbh 10 3 xiaobh 24 8 关系类 要素类或表格对象类之间通过公共字段建立起来的关系 简单关系类 生命周期独立 如地块与拥有者 复合关系类 生命周期一致 如道路与路灯 按 PPT 的提示可建立 forest 和小班卡片的关系类 但需要创建 forest 和小班卡片的 唯一码 25 实验五实验五 空间数据库建库综合实验空间数据库建库综合