城市地理信息系统实习指导书.doc

城市地理信息系统实习指导书城市地理信息系统实习指导书 Jingxian Ji实验一 常用GIS软件的使用目的 熟悉常用GIS软件的使用方法内容 复习使用过的几种GIS软件的使用方法，熟悉、掌握各种软件的使用特点； 利用机内已安装的ArcGIS、ArcView、Mapinfo及现有学习资料进行操作练习。要求 认真阅读资料，积极动手，熟练掌握各种软件的操作流程（特别是ArcView）资料 见exc1实习报告要求手写实习报告，内容为不同软件的文件格式、功能模块、操作流程、使用特点及体会。实验二 基于GIS 的中学选址研究目的 掌握用GIS空间分析解决实际问题的方法；提高综合利用各种常用软件的能力；了解GIS 在规划中应用的基本原理与方法。实验准备软件准备：ArcINFO, ArcView，EXCEL方法准备：ARCVIEW 地理信息系统空间分析方法数据准备：见exc2现有中学的分布 Scho.shp，现有道路的分布 Road.shp，人口分布 Pop_smp.shp 规划土地使用 Parcel.shp。实验依据 新建中学应离現有中学较远；新建中学应在人口较密集区；新建中学应在居住用地上。实验要求 根据 GIS 的密度图、距离图、将矢量多边形转换成栅格图的功能、栅格数据再分类以及多重栅格数据之间计算、叠合的功能，在Arc/info 或ArcView 软件下完成所给数据的中学选址问题研究。主要步骤 （详细的技术方法请同学们自行设计） 1、产生离开现有中学的距离图、再分类。可以将离开现有中学的距离经再分类分为 4 类，分别赋值如下：0500 米： 0 5001000 米：1 10001500 米：2 1500 米：3 2、产生人口分布密度图、再分类。将人口密度经再分类分为 4 类（人/公顷）：050：0 50100：1 100200：2 200： 33、将矢量的规划土地使用专题转换为栅格图、再分类。将土地使用经再分类分为 3 类：工业或绿地：0 商业：1 居住：24 选址的综合评定新建中学选址的综合评定：专题 专题 专题提示 可参考本目录中的pdf文件实习报告 要求编写实验报告内容包括技术步骤,操作过程及结果。思考 为何选址的综合评定时,各专题用乘法而不用加法?实验三 三维建模目的 加深对三维地形、地貌的认识；熟练掌握ArcView中建立三维模型的技术方法；结合实际，增强三维分析帮助解决地学空间分析问题的能力。三维分析模块是ArcView一个重要的扩展模块，通过三维模型的建立 ，从透视三维的角度对空间数据进行可视化观察，直观地显示和查询数据，实现对表面模型的分析。实验准备 软件准备：ArcView数据准备：见exc32data3文件feapt-clip1.dbf，feapt-clip1.shp，feapt-clip1.shx，文件terlk-clip1.dbf，terlk-clip1.shp，terlk-clip1.shx，文件夹cal2和info。实验内容1、 三维场景的创建方法一：(1) 打开ArcView，点击【File】下的【Extensions】 中的“3D Analyst”复选框来添加三维分析模块。(2) 激活位于工程左侧的3D Scenes（三维场景）图标；(3) 单击NEW打开一个新的三维场景；(4) 按下（Add Theme图标按钮），分别添加并激活terlk-clip1、cal2层面；注意cal2的添加要改变左下 Data Source types图1. 没有对各层面进行三维属性定义之前的三维显示(5) 打开并点击三维场景中的按钮，以显示这几个层面（见图1）；(6) 激活cal2层面，再点击【Theme】菜单下的【3D Properties】，设置【3D Properties】（见图2）下的Base heights为Surface选项，Surface的文件名为cal2层面的文件名，设置高程的偏移量(Offset Heights)为0。(7) 然后激活层面terlk-clip1，点击【Theme】 下的【3D Properties】，因为cal2层面和terlk-clip1层面离的很近，为了显示清楚，可以设置Offset Heights的值为3。图2. 3d Theme Properties对话框图3. cal2和terlk-clip1的三维显示(8) 点击【3D Scene】菜单下的【properties】，修改设置三维场景的属性。设置三维场景的垂直放缩因子（Vertical exaggeration factor）为1，背景色（Background color）为白色，太阳方位角（ Sun azimuth）为Northeast,太阳高度角（ Sun altitude）为Low。图3是这两个层面的三维显示。方法二：(1) 打开ArcView中的已有视图，点击【View】下的【3D Scene】；(2) 在随后出现的对话框中，系统会出现两个选择，询问选择以层面（Themes）方式来添加到三维场景，还是选择以图象（Image）的方式来添加到三维场景。在本例中，选择“层面（Themes）”方式，再点击OK确认。(3) 在创建的三维场景中，激活cal2层面，点击【Theme】 下的【3D Properties】命令，设置【3D Properties】下的Base heights为Surface选项，Surface的文件名为cal2层面的文件名；(4) 同样，激活层面terkl-clip1，点击【Theme】 下的【3D Properties】，设置Offset Heights的值为3。(5) 点击【3D Scene】菜单下的【properties】，修改设置三维场景的属性，包括三维场景的垂直放缩因子、背景色、太阳方位角、太阳高度角。(6) 如果想要修改三维场景的名称，则可以通过点击【3D Scene】菜单下的【properties】，修改Name项则可。2、 二维多边形数据的三维显示(1) 打开ArcView，双击位于工程左侧的3D Scenes（三维场景）图标，打开一个新的三维场景；(2) 按下Add Theme图标按钮，添加二维多边形数据bldg层面及其表面数据dtm-mesh层面；图4. 选择Extrude选项(3) 打开并激活主题，点击【Theme】 下的【3D Properties】命令，编辑多边形主题的3D properties的值：Base Heights的值设为Surface项，Surface的文件名为dtm-mesh层面的文件名，偏移量设为0，延伸值的设定须点击这一项右侧的按钮，则在随后出现的对话框左侧会出现多边形主题的所有属性字段，双击建筑物高度字段，再点击OK确认，Extrude by的选项设为“Adding to base height”（见图4）；(4) 点击【3D Scene】 下的【Properties】命令，设置背景色、垂直缩放因子、太阳高度角、太阳方位角的值；(5) 双击多边形主题的图例，打开图例编辑器，将Legend Type设置为Unique Value，将Value Field设置为ID，点击Apply确认，则每个建筑物的颜色都不同。结果见图5。图5. 多边形数据的三维显示3、 三维形状的建立(1) 用一个点主题的属性字段代表高度创建三维点主题1) 激活点主题A.shp；2) 点击【Theme】菜单下的【convert to 3D shapefile】；3) 选择Attribute为【Get Z values from】 的选项，按Ok确定；4) 从出现的下拉列表中，选择Elev为三维点主题的高程值；5) 在随后出现的对话框中，输入新的点主题的文件名AA.shp，并按OK确认；6) 在询问是否将新建的SHAPE文件添加为一个主题时，选择yes；图6. 三维点层面的显示新生成的点主题，是一个三维的点集，每个点都有三个值（x, y, z），（x, y）表示点的坐标，z 表示其高程值或某一方面的属性值。（见图6）(2) 根据表面模型的值来创建三维线主题1) 激活线主题road.shp；2) 点击Theme菜单下的【convert to 3D shapefile】；3) 选择Surface为【Get Z values from】 的选项，按Ok确定；4) 从出现的对话框中，选择表面模型的文件名；5) 在随后出现的对话框中，输入新的线主题的文件名road3d.shp，并按OK确认；6) 在询问是否将新建的SHAPE文件添加为一个主题时，选择yes。图7. 三维线层面的显示得到的这个三维线主题，因为和表面是同一高程，所以在三维场景显示时，可以把表面主题关闭，或者在设置线主题的三维属性时，给Offset heights选项输入一个小值，将线层面的高程相对于表面提高几个单位。（见图7）实习报告 要求将所做工作做成幻灯片形式，内容包括原理、过程、结果。附 对：exc31 中数据roads，bldg，dtm tin ortho.lan 等进行透视观察、三维浏览实验四 复杂地形中的选址目的 培养利用GIS 空间分析方法解决实际问题的能力；了解GIS 在规划中应用的基本原理与方法；提高学生综合利用各种常用软件的能力。实验准备软件准备：ARCINFO, ARCVIEW，EXCEL方法准备：ARCVIEW 地理信息系统空间分析方法数据准备：見exc4区域范围 Site.shp 多边形 （有城镇、湖泊、森林公园，以及研究范围以外的区域）铁路主线 Rail.shp 线 (区域内已有的铁路主线)煤矿 Mine.shp 点 (区域内的煤矿)地形高程 dx.shp 点 (地形的高程点)实验依据某区域需选址建设一处火电厂，可选范围约 6000 平方公里。区域内有煤矿一处，为火电厂的煤炭来源。区域东侧有湖泊，为火电厂的冷却水源。区域范围内有铁路主线 3 条，需建设火电厂铁路专用线（铁路支线）1 条，用于煤炭运输。区域内已有城镇3 个，森林公园 1 处。尽管火电厂的建设需要考虑许多因素，但是许多因素和位置无关（如电厂的设备、厂房，排放烟气的净化处理，等等），和位置有关的因素中影响较大的有二类：1）环境因素：城镇、森林公园对电厂的位置有限制，研究范围之外的区域不符合环境要求；2）经济因素：水源供应、铁路支线、煤炭运输都对电厂的建设、运营费用有影响。实验要求 1、环境限制分析不能选作电厂的位置有 4 个 ：1）湖泊，2）研究范围之外的区域，3）现有城镇及其周边 3 公里范围之内， 4）森林公园及其周边 5 公里范围之内。2、计算取水费用建立“源”专题湖泊，由于取水口的一级泵站加压能力有限，在输水的过程中，当地面高差大于 100 米，就要建设升压泵站，这样就增加了输水费用。故冷却水的费用，受输水管的长度、地形高差影响，这是一个典型的成本距离问题。高程栅格还不能直接反映水的输送费用，需要进行再分类。规则如下为：地面高程100 米，高程每增加 50 米，成本增加 1，以此类推。有了“源专题”和“成本专题”，就可以计算成本距离。3、计算铁路支线建设费用建立“源”专题铁路，建立“成本”专题坡度。因坡度带来的相对成本为：百分比坡度 角度 相对的工程成本0-2% 0-1.15 12%-5% 1.15-2.86 25%-10% 2.86-5.71 310%-15% 5.71-8.53 4有了“源专题”和“成本专题”，就可以计算铁路支线建设费用。4、煤炭运输费用计算煤炭运输费用主要由运输距离决定，包括铁路主线及支线5、综合总费用可以叠加得到，再结合环境限制，汇总后得最终结论。主要步骤 （详细的技术方法请同学们自行设计） 略 参见exc4中 .pdf 文件实习报告 独立完成报告,内容如常.实验五 基于GIS 的城镇土地分等定级目的 掌握不同数据格式与ARC/INFO 软件之间的数据转换方法；了解城镇土地分等定级的基本原理与方法；提高综合利用各种常用软件的能力。实验准备软件准备：AutoCAD， Arc/INFO, ArcView，EXCEL方法准备：城镇土地分等定级规程数据准备： 见 exc5 dj-lu.dwg (道路分布图)，面状的图形：单元图.dwg；规划条件限制作用分值图.dwg；环境条件作用分值图.dwg；基础设施作用分值图.dwg；公用设施作用分值图.dwg；(下左图)线状的图形： 人口密度作用分值图.dwg；商服繁华1作用分值图.dwg；商服繁华2作用分值图.dwg。道路通达度分值图.dwg；对外交通作用分值图.dwg；(上右图)实验根据中华人民共和国行业标准UDC城镇土地定级规程(2002年7月1日颁布)规定：1根据城镇土地的经济和自然两方面属性及其在社会经济活动中的地位、作用，综合评定和划分城镇土地等级，为全面地、科学地管理土地，合理利用城镇土地，以及为有关部门制订规划、计划和有偿使用土地提供依据。2土地定级的原则* 综合分析原则：定级应对各种经济、社会、自然因素进行综合分析，按差异划分土地级。土地级既要反映土地在经济效益上的差异，也要反映经济、社会、生态等综合效益的差异；* 主导因素原则：土地定级应根据城镇内影响土地优劣的因素种类及其作用的差异，重点分析对土地级起控制和主导作用的因素，突出主导因素的影响，评定土地级；* 地域分异原则：土地定级应掌握土地区位条件和特性的分布与组合规律，并分析各个由于区位条件不同形成的地域分异状况，将类似地域划归同一土地级；* 级差收益原则：土地定级应在初步划分的土地级上对级差收益明显的有关行业进行级差收益测算，测算值作为确定土地级数目和了解行业级差收益的重要参考依据；* 定量与定性结合原则：土地定级应尽量把定性的、经验性的分析进行量化，以定量计算为主，必要时才对某些现阶段难以定量的社会、经济因素采用定性分析，以减少人为任意性，提高土地级精度。 3土地定级的技术方法：a. 因素的作用分计算采用相对值法和距离递减法，按0100分封闭区间赋分，因素指标与作用分的关系按正相关设置，因素条件越好，距离越近，作用分越高；b. 单元划分可选用主导因素均值法、叠置法或动态网格法；c. 权重确定采用特尔菲测定法、因素成对比较法、层次分析法；d. 单元总分值计算采用因素加权分值和法。e. 级别确定采用总分数轴法、总分频率曲线法、总分剖面图法；f. 典型级差收益测算采用典型抽样测定、数理统计检验方法。实验技术方案 见下页 技术方案图 实验要求 根据城镇土地分等定级的原理和方法，利用所提供的数据，在Arc/info 或ArcView软件下完成所给城镇的分等定级工作，其中基本的定级因子及其分值已在所给的图中标明，各因子的权重也在下文中给出。主要步骤1、对所给的单元图、道路图、各定级因子图进行整理，把CAD 格式的数据转到Arc/info或ArcView 下；2、在Arc/info 或ArcView 下，获得单元图中每个单元的各个因子值；3、根据各因子的权重（专家打分得到的），求得各单元的总分值。各因子的权重如下：商服繁华1：0.09商服繁华2：0.07道路通达度：0.11对外交通：0.09基础设施：0.09公用设施：0.11环境条件：0.17规划限制条件：0.17人口密度：0.14、对各单元的分值按照其频数进行分级，得到此城镇的级别图。技术方案图 利用各种参数的权重，进行栅格图层叠加处理，然后再按单元图形进行划分，分等定级转成SHAPE文件，在Arcinfo中重新建立线的拓扑关系，再利用各自对应的参数值建TIN，建立各自的DEM转成SHAPE文件，在Arcinfo中重新建立多边形的拓扑关系，再将多边形文件转成栅格图转化成DXF格式的文件 全部的CAD格式的图形单元图道路通达度分值图对外交通作用分值图公用设施作用分值图规划条件限制作用分值图环境条件作用分值图基础设施作用分值图人口密度作用分值图商服繁华1作用分值图商服繁华2作用分值图单元图矢量图形转化结果图提示1、对所给的单元图、道路图、各定级因子图进行整理，把CAD格式的数据转到Arc/info或ArcView下：（1）在Arcview中将图形打开。打开Arcview后建立工程和视窗view后, 在主菜单的FILE下的Extensions中将阅读CAD格式的模块装入，viewAdd Theme（2）将各个CAD图形转化成shape格式的矢量图形。利用Theme下的Convert To Shape File将图形进行转换成shape文件，在弹出的对话框中确认转换后的文件名和存放地点，进行转换。（3）然后将其在ArcToolBox中转换成Coverage的格式。打开ArcToolBox，选择ConversionTools的下拉菜单中的Export From Shapefile在其中选择Shapefile To Coverage 双击，弹出转换文件的对话框，选择转换的文件和转换后的文件存放位置和相关类别。 待转换的shape文件文件属性类别转换后的文件(4)重建拓扑关系。利用得到的Coverage文件对其进行建立拓扑，也就是进行Clean操作。同样是在ArcToolBox中进行该项操作。选择Data Management Tools的下拉菜单中的Topology在其中选择Clean 双击，弹出转换文件的对话框，选择转换的文件和转换后的文件存放位置和相关类别。 待转换的文件重建拓扑后的文件拓扑的性质选择多边形和线，点的拓扑结构就会建立，而不再是毫无拓扑结构的简单线段了。基本的流程图(如下图所示：) clean转化转化DWG图形shape图形Coverage图形最终的有拓扑结构的图形2.对单元图、道路图和各个定级因子图进行数据的整理。具体的来说，整理的方面如下：A（1）多边形图形的边界的闭合与否，由于闭合与否在多边形建立拓扑后就可以一目了然，尤其是在交接的地方，很容易出现问题。解决的方法是在AutoCAD中进行补漏处理，使其真正的是一个个完整的多边形区域；例如下图：多边形未封闭（2）线状地物和面状地物的属性进行属性的输入，虽然它们的拓扑关系已经明确，但在CAD中的定级因子的属性已经完全的丢失或重组了，所以需要进行属性的完全确认和简核。这项工作主要是在Arcview中进行的。在左边利用按扭选择要输入属性的地块或线段，然后再打开属性列表，进行属性输入。B、在ArcView下，对已经完全处理好的矢量的图形进行栅格化。（1）将线状的图形各自利用其定级因子的属性进行建TIN操作。建TIN时的边界当然是将全部图形的研究区域完全包含的方形区域。这样在最后进行权重的处理时比较容易。选择线状的图形，然后在Surface下面选择Create TIN From Feature。如下左图：然后在弹出的对话框中选择，要进行建TIN的文件，以及依照的字段，建TIN的方式等。如下右图：建成的TIN 如下所示（以道路的通达度为作用的TIN）然后，利用得到的TIN进行Convert To Grid处理，也就是转成栅格，从而建立各种不同定级因子的DEM模型。（如图所示，转成栅格：）由于在转栅格后，在栅格区域的外围是没有值的空白区域，所以还得将这些区域赋零处理。在Transformation菜单下选择Set No Value Label，然后在弹出的对话框中填入0后，单击OK进行转换。如下图：（2）其次，将面状图形进行直接的转栅格操作，以定级因子为栅格的值，并将无数据区域，赋值为零。直接弹亮面状图形文件，在Theme菜单下选择Convert To Grid处理，同时在转换时选择定级因子为转换的栅格值。如图转换后的面状图形：在上述的转栅格操作中，要注意的是，必须使转成的栅格分辨率大小一致，在图层加权时才不会出现错误。3、根据各因子的权重（专家打分得到的），求得各单元的总分值。（各因子的权重见上）.4、得到各个栅格图层加权叠加的数字土地等级分值模型图层在Analysis中选择Map Calulation进行图层操作，对各个定级因子都乘上各自对应的专家权重值后，进行求总和。这样得到的每个栅格值就是最后包含着全部定级因子和专家权重的定级值了在土地定级中是以土地的宗地为土地定级划分单位的，所以需要的是一个宗地一个定级值，在实验中采用的是一个宗地的中心点的值来作为这个宗地块的定级值。最后的土地定级值的分布图 图例例：根据以下的土地定级值的分布的状况图：以及该地区的大小，划分成了四种级别的土地等级，依据上面得到的直方图进行等级划分：第一级：020第二级：2030第三级：30-50第四级：5080最终得到的土地等级分布图：实习报告 要求写出书面报告，包括设计方案、技术方法和结果。具体内容如下：1、本次任务的目的及设计方案；2、方案的具体步骤及方法A、CAD 数据的整理及向Arc/info 或ArcView 的转换方法；B、单元图中每个单元各个因子值的求取方法及结果；C、单元图中各单元总分值