最新最完整的基于ArcGIS的中国2011年降水量分布图制作

GIS 应用技术 课程 课间实验报告 基于基于 ArcGISArcGIS 的中国的中国 20112011 年降水量分布图制作年降水量分布图制作 姓姓 名 名 学学 号号 班班 级 级 指导教师 指导教师 测量与空间信息处理实验 基于 ArcGIS 的中国 2011 年降水量分布图制作 一 实验目的及所用软件版本一 实验目的及所用软件版本 1 1 实验目的 实验目的 1 了解和熟悉 ArcGIS 的基本操作和工作原理 2 了解和熟悉 ArcGIS 底图制作 空间降水插值 地图整饰直到最后成图的 整个过程的基本操作 2 2 实验软件所用版本 实验软件所用版本 实验软件 ArcGIS 10 2 二 实验内容及问题背景二 实验内容及问题背景 1 1 实验内容 实验内容 本次实验主要内容包括以下部分 1 底图的制作 这一部分介绍衬托专题图的底图的制作 这一部分的结果 还可以作为其它专题图的底图 2 中国年降水量插值 这一部分介绍用 ArcGIS 的空间插值方法将气象站点 的降水量数据插值得到全国范围内的降水分布 3 地图整饰 这一部分介绍添加地图要素和美化及最后出图 当前绝大多数的 GIS 软件都能够提供对数据处理的功能 本实验以 ArcGIS 10 2 为例完成以上工作 2 2 实验内容所涉及的问题背景 实验内容所涉及的问题背景 在今年的 Esri 中国用户大会上 我听了几场关于 ArcGIS 用于制图方面的 讲座 也在体验区与 Esri 中国的技术老师有一些交流 一直觉得 ArcGIS 在空 间数据管理和分析方面很强大 而在制图方面却表现得不怎么样 我看到在国 内很多人制图用的是 CorelDraw AI 可能不仅仅是国内 国外的专业制图也 是 诚然这些软件作为专门的图形软件 在很多方面有不可比拟的优势 但 是对于地理信息制图来说 图形不能和地理信息相关联却是这些软件最大的软 肋 而 ArcGIS 越来越注重在制图方面的发展与应用 每年举办的制图大赛就 是推广之一 三 实验原理与数学模型三 实验原理与数学模型 本实验主要从实际要求出发 经过对以中国年降水量分布图的制作为例详 细地介绍了数据的获取 预处理 空间降水插值直到最后成图的整个过程 共 分为三个部分 第一部分 底图的制作 这一部分介绍衬托专题图的底图的制作 这一部分的 结果还可以作为其它专题图的底图 第二部分 中国年降水量插值 这一部分介绍用 ArcGIS 的空间插值方法将气 象站点的降水量数据插值得到全国范围内的降水分布 第三部分 地图整饰 这一部分介绍添加地图要素和美化及最后出图 四 实验过程描述四 实验过程描述 1 制图前准备工作 首先打开制图前准备工作 首先打开 ArcMap 新建本次工作文件夹 新建本次工作文件夹 MySixthJob 具体步骤如下 具体步骤如下 1 1 双击图标 打开 ArcMap 10 2 2 如图 1 1 1 新建工作文件夹 如图 1 1 2 图 1 1 1 图 1 1 2 2 底图制作 具体步骤如下 底图制作 具体步骤如下 2 1 统一坐标 做好数据准备 首先右键单击图层 选择添加数据 选择 china basic map 文件夹 选择所有数据 点击添加 如图 2 1 1 显 示 rivers shp 和 cntry02 shp 数据未知坐标参考 点击确定 效果如图 2 1 2 添加成功效果如图 2 1 3 图 2 1 1 图 2 1 2 图 2 1 3 在本节中 我产生的问题是为什么要将坐标设置为在本节中 我产生的问题是为什么要将坐标设置为 GCS WGS 1984GCS WGS 1984 统一坐标我知道是 统一坐标我知道是 为了数据相容和统一编辑处理 查阅资料后 为了数据相容和统一编辑处理 查阅资料后 GCS WGS 1984GCS WGS 1984 是是世界级地理坐标系世界级地理坐标系 即即 WGS84 WorldWGS84 World GeodeticGeodetic SystemSystem 1984 1984 是为是为 GPSGPS 全球定位系统使用而建立的坐标系统全球定位系统使用而建立的坐标系统 也是全也是全 球所有卫星所用的坐标系统球所有卫星所用的坐标系统 主要参数是地球经纬度主要参数是地球经纬度 因为本次数据中包括世界地图与世界河因为本次数据中包括世界地图与世界河 流 所以采用该坐标 流 所以采用该坐标 2 2 导出数据 首先查看数据框属性 WGS84 如图 2 2 1 将除开 rivers shp 和 cntry02 shp 的数据导出到新建文件夹 S01DataSource 右 击省会城市 数据 导出数据 效果如图 2 2 2 选择输出要素类到 S01DataSource 并保存为省会城市 shp 效果如图 2 2 3 同理导出数 据 bou2 4l shp 为中国线 如图 2 2 4 bou2 4p shp 为中国政区 如图 2 2 5 图 2 2 1 图 2 2 2 图 2 2 3 图 2 2 4 图 2 2 5 接着对 rivers shp 和 cntry02 shp 进行投影 打开 ArcToolbox 数 据管理工具 投影和变换 要素 定义投影 输入要素 rivers shp 坐标设 为 WGS84 点击确定 如图 2 2 6 同理对 cntry02 shp 进行投影 如图 2 2 7 图 2 2 6 图 2 2 7 最后分别导出为河流 国家 shp 如图 2 2 8 2 2 9 最后清空新 建 导入保存数据 如图 2 2 10 至此第一步全部数据坐标统一完成 图 2 2 8 图 2 2 9 图 2 2 10 在本节中 我产生的问题是导出在本节中 我产生的问题是导出 riverriver 和和 countrycountry 数据时 出现如图数据时 出现如图 2 2 112 2 11 错误 不错误 不 能导出 后重新导入原始数据 在能导出 后重新导入原始数据 在 CatalogCatalog 中将这两个文件 中将这两个文件 rivers shprivers shp 和和 cntry02 shpcntry02 shp 的地理坐标系设为的地理坐标系设为 WGS84WGS84 再次导出既成功 再次导出既成功 图 2 2 11 2 3 设置 Albers 投影 首先点击图层 属性 新建投影坐标 设置如 图 2 3 1 图 2 3 1 接着把南海诸岛以及台湾周围的岛屿保留下来 首先选择中国政区 右击 编辑要素 开始编辑 点击选择 按住 shift 选中南海的那些岛屿 以及台湾周边岛屿 右击中国政区 选择 根据所选要素创建新的图层 最 后如图 2 3 2 图 2 3 2 接着选择新生成的图层 导出数据 另命名为南海诸岛及周边岛屿 如图 2 3 3 点击确定 如图 2 3 4 最后效果如图 2 3 5 图 2 3 3 图 2 3 4 图 2 3 5 在本节中 我产生的问题是开始编辑中国政区数据时 出现如图在本节中 我产生的问题是开始编辑中国政区数据时 出现如图 2 3 62 3 6 警告 后重新导警告 后重新导 出数据 然后再次打开 出数据 然后再次打开 图 2 3 6 2 4 删掉面积小的岛屿 点击中国政区 继续进入编辑状态 点击 选择 打开根据属性选择对话框 输入 AREA 0 01 点击 apply 选中 面积为小于 0 01 的多边形 删除 如图 2 4 1 图 2 4 1 接着停止编辑 保存编辑内容 最后效果如图 2 4 2 图 2 4 2 在本节中 我产生的问题是开始删除中国政区数据的条件为什么是在本节中 我产生的问题是开始删除中国政区数据的条件为什么是 AREA 0 01AREA制图综合 光滑线 工具 将河流光滑 Smoothing Algorithm 方法选择 BEZIER INTERPOLATION 完成以后设置河流的符号样式为 颜色 Cretean Blue RGB 0 112 255 线宽 0 5 为了只让它显示长江和黄河 双击 光滑过的河流图层 切换到 Definition Query 选项卡 在 Definition Query 中输入 NAME Huang He OR NAME Yangtze 点击确定 如图 2 8 8 2 8 9 图 2 8 8 图 2 8 9 为数据框设置背景颜色 双击数据框 Layers 打开 Data Frame Properties 对话框 切换到 Frmae 选项卡 在 Background 中选择 Lt Blue 确定 此时效果如图 2 8 10 图 2 8 10 图 2 8 11 为数据框添加经纬线 双击数据框 Layers 打开 Data Frame Properties 对话框 切换到 Grids 选项卡 点击 New Grid 保 持默认一直到 Finish 接下来点击 Properties 打开 Reference System Properties 对话框 在 Axes 选项卡中 取消 Major Division Ticks 和 Subdivision Ticks 中所有的复选框 在 Interior Labels 选项卡中 取消 Show interior grid labels 复选框 在 Labels 选项卡中 设置 Label 的字体为 Times new Roman 8 号 Label Offset 为 2 pts 点击 Additional Properties 打 开 Grid Label Properties 对话框 取消 Show coordinate direction labels 复选框 取消 Show zero minutes 和 Show zero seconds 复选框 在 Lines 选项卡中 点击 Symbol 设置经纬线的符号样式为 颜 色 Moorea Blue RGB 0 169 230 线宽 0 2 点击确定 效果如图 2 8 12 图 2 8 12 添加北回归线 双击数据框 Layers 打开 Data Frame Properties 对话框 切换到 Grids 选项卡 点击 New Grid 保持默认一直 到 Finish 点击 Properties 打开 Reference System Properties 对话框 在 Lines 选项卡中设置线型为 Dashed 4 4 颜色 40 灰度 线宽 0 4 在 Label 选项卡中取消所有复选框 在 Intervals 选项卡中如下设置 如图 2 8 13 图 2 8 13 点击确定 点击菜单 Insert Text 插入 北回归线 四个字 双击这四个字 如下设置 如图 2 8 14 图 2 8 14 到现在为止 我们的底图就基本做完了 效果如图 2 8 15 图 2 8 15 在本节中 我产生的问题是该小节中对于北回归线和经纬网设置有什么不同在本节中 我产生的问题是该小节中对于北回归线和经纬网设置有什么不同 后查阅资 后查阅资 料发现料发现在在地球仪地球仪上或地图上 上或地图上 经线经线和和纬线纬线相互交织 就构成了经纬网 利用它上面标注的经相互交织 就构成了经纬网 利用它上面标注的经 度和纬度 可以确定地球表面上各地点 各地区和各种的地理位置 它在军事 航空 航海度和纬度 可以确定地球表面上各地点 各地区和各种的地理位置 它在军事 航空 航海 等方面很有用处 等方面很有用处 北回归线 北回归线 TropicTropic ofof CancerCancer 是 是太阳太阳的光线在的光线在北半球北半球能够直射到的离能够直射到的离 赤道赤道最远的位置 是一条最远的位置 是一条纬线纬线 也就是地球绕 也就是地球绕太阳太阳公转所绕成平面与地球赤道面所成的最大公转所绕成平面与地球赤道面所成的最大 角度角度 也是 也是黄赤交角黄赤交角的角度 北回归线是经纬网中的一条具体的纬线 的角度 北回归线是经纬网中的一条具体的纬线 3 中国年降水量插值 具体步骤如下 中国年降水量插值 具体步骤如下 3 1 登陆中国气象科学数据共享服务网 在中 国地面国际交换点气候资料日值数据集中下载 2011 年中国气象站 20 20 时降水量数据 包括 66430 条数据 并下载元数据 元数据中包括中国地 面气候资料国际交换站数据集台站信息 其中有区站编号 站名 经纬度 海拔高度等信息 站点的经纬度信息是建立空间关系的基础 国际交换站 从建站到 2007 年资料台站数为 206 个 在下到的数据中 有一些值如 999 9999 32700 等是填充值 要先去掉 接下来 这些数据存放的是 每个台站 365 天的降水量 所以先要统计得到每个站的年降水量数据 在 Excel 中打开降水量数据表 选中所有数据 点击插入 数据透视表 插 入一个新的数据透视表 如图 3 1 1 图 3 1 1 在下载到的站点信息中提供了每个站点的经纬度坐标 利用 ArcMap 文 件 添加数据 添加 XY 数据将站点导入 ArcMap 中 注意导入时设置坐标 系为 WGS84 投影到 Albers 平面 如图 3 1 2 图 3 1 2 用数据 导出数据将站点导出成 shp 文件 命名为 气象站点 shp 如图 3 1 3 图 3 1 3 在气象站点 Project 右击 连接与关联 连接 使用台站号作为关 联 ID 将气象站点与每个站点的降水值关联起来 如图 3 1 4 从关联结 果可以看出 只有 181 个 总共 206 个 关联成功了 这是因为有些气象 站点被废弃不用了 如图 3 1 5 图 3 1 4 图 3 1 5 在本节中 我产生的问题是数据透视表的作用是什么 经查阅资料在本节中 我产生的问题是数据透视表的作用是什么 经查阅资料数据透视表数据透视表 PivotPivot TableTable 是一种 是一种交互交互式的表 可以进行某些计算 如求和与计数等 所进行的计算与数据跟式的表 可以进行某些计算 如求和与计数等 所进行的计算与数据跟 数据透视表中的排列有关 简单扼要就是快速提取计算出自己想要的数据 而不是手工操作 数据透视表中的排列有关 简单扼要就是快速提取计算出自己想要的数据 而不是手工操作 3 2 插值方法研究 接下来我们便要用这 181 个样本点的数据插值得 到全国的年降水量分布 空间降水插值一直是个难题 影响降水的因素很 多 如经度 纬度 高程 坡度 坡向 离水体的距离等 建立一个通用 的降水插值模型几乎是不可能的 空间降水插值方法很多 优缺点和适用 性不同 总体上 降水的空间插值方法有 3 类 整体插值法 趋势面法和多 元回归法等 局部插值法 泰森多边形法 反距离加权法 克里金插值 法和样条法 和混合插值法 整体插值法和局部插值法的综合 何红艳 2005 比较了各种降水插值的优点 在这里 克里金插值能达到较高的精度 而为了能考虑高程的因素 我们选择使用协同克里金插值 协同克里金插值的一个前提是 降水量与 高程应该有相关性 为此 下一步我们要验证年降水量与高程是不是相关 的 3 3 相关性检验 在我们关联的降水量数据以后 气象站点的属性表里 就有了站点的高程和站点的年降水量 把属性表导出 并用 SPSS 检验两 者的相关性 结果如下 结果表明 站点的年降水量与高程显著相关 于是 我们便可以利用 站点本身附带的高程数据对降水量进行插值了 3 4 降水量插值 在工具栏空白处右击打开地理分析工具条 选择地 理向导 每一步的设置如下 第一步 在 Methods 中选择 Kriging CoKriging Dataset 中选择 气象站点 Project DataField 选择 降水量 毫米 Dataset 2 中选择 气象站点 Project DataField 选择 海拔高度 如图 3 4 1 图 3 4 1 第二步 由经验知我国的降水由东南往西北会递减 在这里选择 First 以剔除降水分布的趋势分布 一次 如图 3 4 2 图 3 4 2 第三步 年降水量分布的趋势 一次趋势面 如图 3 4 3 图 3 4 3 第四步 设置 Number of Lags 为 24 如图 3 4 4 图 3 4 4 第五步 设置 Sector Type 为四方向 如图 3 4 5 图 3 4 5 第六步 交叉验证 由交叉验证结果可以看出 插值误差为 0 899 毫米 均方根误差 162 0961 平均标准误差为 156 8678 两者 比较接近 标准均方根误差为 1 点击 Finish 完成插值 如图 3 4 6 图 3 4 6 3 5 插值结果导出 插值所覆盖的范围默认只包含气象点的最小外包 矩形 要把它扩展到整个中国区域 双击插值产生的图层在 Layer Properties 对话框中切换到 Extent 选项卡 在 Set the Extent to 选择 the rectangular extent of 中国政区 如图 3 5 1 图 3 5 1 在插值结果图层上右击 选择数据 导出为栅格 将结果导出成栅格 数据 如图 3 5 2 图 3 5 2 并使用 Spatial Analyst 提取 掩码提取 将中国区域提取出来 结 果如图 3 5 3 最后效果如图 3 5 4 图 3 5 3 图 3 5 4 在本节中 我产生的问题是进行协同克里金插值时候出现错误 提示数据误差太小 无在本节中 我产生的问题是进行协同克里金插值时候出现错误 提示数据误差太小 无 法计算 经过反复查看倒入数据以及原数据信息 发现做数据透视时原数据没有做正确 导法计算 经过反复查看倒入数据以及原数据信息 发现做数据透视时原数据没有做正确 导 致导入后许多数据没有与站点信息符合 最后按着老师的数据重新做了一份数据之后才导入致导入后许多数据没有与站点信息符合 最后按着老师的数据重新做了一份数据之后才导入 成功 最后完成了本小节实验 成功 最后完成了本小节实验 4 地图整殇 具体步骤如下 地图整殇 具体步骤如下 4 1 降水量分级 注意 这一步我们从克里金插值得到的结果做起 而不是从导出的栅格数据做起 因为 ArcGIS 将插值结果导出栅格时会有 一些小小的问题 从图 2 16 的西藏地区的结果可以看出 当然这也可能 是样本点的问题 从插值结果可以看出 年降水量在 1 68 1957 28mm 的范围内 我们按照母 100 毫米分一级的等距分级法进行分级 双击插值 结果图层打开 Layer Properties 对话框 在 Symbology 选项卡中选择 Classified 方法 点击 Classfify 选择 Manual Classes 20 在 Break 中手动输入从 100 2000 如图 4 1 1 图 4 1 1 设置颜色如图 4 1 2 图 4 1 2 最后效果如图 4 1 3 图 4 1 3 4 2 结果导出成矢量文件 右击选择 Data Export to Vector 在 Contour Type 中选择 FILLED CONTOUR 导出文件命名为降水量 如图 4 2 1 图 4 2 1 双击降水量图层 设置如图 4 2 2 图 4 2 2 矢量转栅格 将降水量的矢量数据转为栅格数据 并用 Spatial Analyst Extraction Extract by Mask 将中国区域提取出来 如图 4 2 3 图 4 2 3 最终效果如图 4 2 4 图 4 2 4 用 Spatial Analyst Surface Contour 设置间隔 100 生成等降水 量线 如图 4 2 5 图 4 2 5 并使用 Maplex 引擎对其进行标注 ArcGIS10 1 默认使用 Maplex 标注 引擎 在 ArcGIS10 中 可以通过打开 Data Frame Properties 对话框在 General 选项卡中设置标注引擎为 Maplex 如图 4 2 6 图 4 2 6 双击等降水量线在图层属性对话框中切换到 Labels 选项卡 设置标注 的字体和颜色 点击 Placement Properties 在 Label Position 中设置标注方式为 Contour Placement 在 Label Density 中勾选 Repeat Label 并设置适当的间隔 如图 4 2 7 4 2 8 图 4 2 7 图 4 2 8 最终等值线效果如图 4 2 9 图 4 2 9 在本节中 我产生的问题是等值线数据没有显示出 如图在本节中 我产生的问题是等值线数据没有显示出 如图 4 2 10 4 2 10 反复查看每一步 重反复查看每一步 重 新进行操作 但是仍然还是没有显示成功 一度认为自己数据有问题 最后细心查找 发现新进行操作 但是仍然还是没有显示成功 一度认为自己数据有问题 最后细心查找 发现 设置完