空间信息系统实验

2015学年-2016学年第2学期实验报告空间信息系统基础专 业： 计算机科学与技术 班 级： 计算机 姓 名： 学 号： 任课教师： 二零一 六 年 五 月 十 日【实验基本情况】实验地点N01实验环境ArcGIS10.0实验题目实验一 ArcGIS的基本操作实验内容1. 了解ArcGIS的体系结构、桌面GIS的模块构成2. ArcGIS10的安装3. ArcMap的基本操作：新地图文档创建、数据层的加载、数据层的基本操作、数据层的保存；ArcCatalog的基本操作：文件夹链接、文件类型显示和增删、栅格数据的显示、目录内容浏览、数据搜索、地图与图层操作、地理数据输出；ArcToolBox的功能了解。4. 投影转换5. 数字化：点状、线状、面状地物的输入，地图的注记1. 正文部分要求中文字体：宋体，小四；英文字体：Times New Roman，小四；1.25倍行距2. 5月13日之前提交到ftp上作业文件夹下。3. 压缩包形式提交，以“学号+姓名”命名。提交的材料包括：（1）实验报告;（2）实验结果。【实验关键步骤】练习1：所需数据：高程栅格文件emidalat，河流Shapefile文件emidastrm.shp。（1） 启动ArcCatalog，建立与数据源的联系：单击Connect To Folder按钮，浏览至“data”文件夹，单击OK。目录树中出现data文件夹，打开该文件夹查看其数据集。（2）单击Catalog目录树中的emidalat，单击Preview查看该高程栅格。单击目录树中的emidastrm.shp，可在预览表中浏览emidastrm.shp的地理数据或表格。（3）右键单击emidalat出现快捷菜单，选择Properties，弹出Properties对话框显示数据集信息。此栅格数据集属性对话框显示emidalat的投影坐标是Universal Transverse Mercator（UTM）坐标系统。（4）创建个人Geodatabase并导入文件。右键dataNewPersonal Geodatabase，重命名为Task1.mdb。方法一：右键单击Task1ImportRaster Datasets，浏览至emidalat，添加其为输入栅格，单击OK。方法二：利用ArcToolbox将emidastrm.shp导入Task1。单击Show/Hide ArcToolbox Windows打开ArcToolbox。右键ArcToolboxEnvironmentsGeneral Settings，浏览至data将其设置为作业空间。Conversion Tools/To GeodatabaseFeature Class to Feature Class，选择emidastrm.shp为Input Feature Class，选择Task1.mdb为Output Location，指定emidastrm为Output Feature Class，单击OK。查看导出操作是否完成。练习2：把一个Shapefile从地理坐标系统投影到投影坐标系统。所需数据：idll.shp（以地理坐标和十进制表示经纬度值的Shapefile文件）。idll.shp是爱达荷州轮廓图。选择预定义坐标系统定义idll.shp，再将idll.shp投影成爱达荷通用横轴墨卡托投影（IDTM）。IDTM参数： 投影：横轴墨卡托 大地基准：NAD83 单位：m 参数：比例系数：0.9996中央经线：-114.0参考维度：42.0横坐标东移假定值：2500000纵坐标北移假定值：1200000（1）启动ArcCatalog，连接data。在目录树中右击idll.shp，在属性对话框中，XY Coordinate System的name显示为unknown。关闭对话框。（2）定义idll.shp的坐标系统：双击Data Management Tools/Projections and TransformationsDefine Projection，选择idll.shp为Input Feature Class。单击Coordinate System（），打开Spatial Reference Properties，单击Geographic Coordinate SystemsNorth America（NAD1927）North American Datum 1927.prj，单击OK：查看idll.shp的空间参照信息。XY Coordinate System栏应显示为GCS_North_American_1927。（3）把idll.shp投影到IDTM坐标系：Data Management Tools/Projections and TransformationsFeatureProject。选择idll.shp为Input Feature Class，指定idtm.shp为Output Feature Class。单击Output Coordinate SystemsAdd Coordinate SystemNewProjected Coordinate System。进入New Projected Coordinate System：图 1 定义新投影坐标系对话框Name输入idtm。在Projection框中，NameTransverse_Mercator，输入IDTM的各项参数值。单击Geographic Coordinate SystemsChangeNorth AmericaNAD 1983.prj，单击OK。Save As idtm83.prj，关闭对话框。（4）Project对话框的Geographic Transformation旁边有一绿点，提示投影需要进行地理转换（idll.shp基于NAD27，而IDTM基于NAD83）。单击下拉箭头选择NAD_1927_To_NAD_1983_NADCON，单击OK。（5）查看idll.shp是否已经成功投影到idtm.shp。【实验结果】问题1：ArcGIS的三种版本(Basic、Standard、Advanced)是否都有用于练习1的Feature Class to Feature Class工具？（进入ArcGIS Desktop Help/ArcGIS Desktop 10 help/Help Library/Geoprocessing/Tool reference/Conversion toolbox/ Conversion toolbox licensing。答：是问题2：ArcMap是首先绘出位于目录表最上方的图层吗？答：是问题3：用自己的语言总结习作1的步骤。答：开始启动ArcCatalog，连接data，将idll.shp的XY Coordinate System的name改为unknown。然后定义idll.shp的坐标系统，将XY Coordinate System设置为GCS_North_American_1927。其次把idll.shp投影到IDTM坐标系：选择idll.shp为Input Feature Class，指定idtm.shp为Output Feature Class。新建idtm投影，输入IDTM的各项参数值。最后选NAD_1927_To_NAD_1983_NADCO，保存并查看idll.shp是否已经成功投影到idtm.shp。问题4：除了Polygon（面）和Auto Complete Polygon，还有哪些Construction工具（构造工具）可用？答：点、折线、面、多点、多面体【体会与心得】在本次实验中，我了解了ArcGIS的体系结构、桌面GIS的模块构成。学会了ArcMap的基本操作：新地图文档创建、数据层的加载、数据层的基本操作、数据层的保存；掌握了ArcCatalog的基本操作：文件夹链接、文件类型显示和增删、栅格数据的显示、目录内容浏览、数据搜索、地图与图层操作、地理数据输出；此外。还对ArcToolBox的功能有所了解。学会了投影转换和数字化的使用。【实验基本情况】实验地点N01实验环境ArcGIS10.0实验题目实验二、空间数据的处理与可视化实验内容1. 数据处理：数据拼接、裁切、提取以及综合处理。2. 几何变换3. 数据符号化：矢量数据符号化、栅格数据符号化4. 专题地图编制：编制坐标网格、地图标注、地图整饰、地图转换输出5. 正文部分要求中文字体：宋体，小四；英文字体：Times New Roman，小四；1.25倍行距6. 5月13日之前提交到ftp上作业文件夹下。7. 压缩包形式提交，以“学号+姓名”命名。提交的材料包括：（1）实验报告;（2）实验结果。【实验关键步骤】练习1：数据更新变换（1）背景：由于空间数据（包括地形图与DEM）都是分幅存储的，造成某一特定研究区域跨越了不同的图幅。而当我们要获取有特定边界的研究区域时，就要对数据进行裁切、拼接、提取等操作，有时还要进行相应的投影变换。（2）目的：获取具有投影坐标系统的特定边界的DEM数据。通过练习，掌握数据提取、裁切、拼接及投影变换的方法。（3）数据：（ex1文件夹） 1幅1：25万矢量数据，为地理坐标系统，其中大地基准是D_North_American_1927,参考椭球体是Clarke 1866。 2幅1：25万DEM数据，为地理坐标系统，大地基准是D_Krasovsky_1940,参考椭球体是Krasovsky_1940。（4）要求：通过两幅给定的DEM数据，提取出白水县县界范围内的DEM数据，并将数据转换成高斯-克吕格投影系统。图 2 练习1的工作流程（5）提交结果：以baishuidem命名的栅格数据。数据裁切：合并：提取：裁切：投影：练习2：对扫描地图做地理参照和校正所需数据：hoytmtn.tif，一个包含扫描的土壤界线的TIFF文件。要求：将二值扫描文件hoytmtn.tif（地图单位：英寸）变换到UTM坐标系。步骤：用4个地面控制点对图像进行坐标匹配；用地理坐标匹配的结果，校正或变换图像。4个控制点的经纬度值以度-分-秒（DMS）表示如下：表 1 地面控制点的经纬度值Tic-id经度纬度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坐标系之后，这4个控制点的坐标如下：表 2 几何变换后的坐标值Tic-idxy1575672.27715233212.61632585131.22325233341.43713585331.33275219450.436045758505730（1） 启动ArcMap，重命名Layers（图层）为Task2，并添加hoytmtn.tif。Customize（自定义）Toolbars（工具条）Georeferencing（地理配准），打开几何校正工具条。（2）4个控制点顺序依次为：1左上角，2右上角，3右下角，4左下角。（3）添加控制点：放大地图，Georeferencing（地理配准）Add Control Point（添加控制点），依次选择四个角，单击两次，出现由绿变红的“+”。（4）更新控制点的坐标值。Georeferencing（地理配准）View Link Table（查看连接表），转换方法（Transformation）选择1st Order Polynomial（仿射变换），单击第一个记录， XMap、YMap数据值分别为575672.2771、5233212.6163，再输入其他3个记录的XMap和YMap值。图 3 Link Table对话框（5）如果总的均方根误差大于4.0（m），选中残差大的记录并删除。返回到扫描图像上，重新输入控制点，直至总的均方根误差在可接受范围内，单击Link Table对话框上的OK按钮。（6）纠正（变换）hoytmtn.tif。Georeferencing（地理配准）下拉菜单，Rectify（纠正），以rect_ hoytmtn.tif命名保存变换后的图像。（7）提交结果：以rect_ hoytmtn.tif命名的图像。练习3：绘制世界人口密度分布图所需数据：country.shp，一个包括200多个国家人口和面积属性的世界shapefile文件。要求：（1） 用country.shp中的POP_CNTRY（人口）和SQMI_CNTRY（面积，单位为平方英里）生成人口密度字段POP_DEN，并用公式POP_CNTRY/ SQMI_CNTRY计算人口密度字段值。（2） 自定义类型断点，将POP_DEN分成5个类型。（3）制作一个地图版面，完成以下地图要素：图题“世界人口密度图”、图例（图例说明为“每平方英里的人口数”）和地图的图廓线。（4）以国家的名称（CNTRY_NAME）标注各国家。（5）将生成的地图以“世界人口密度图.jpg”输出。（6）文档保存为ex3.mxd。（7）提交结果：世界人口密度图.jpg以ex3.mxd命名的文件及其相关文件。练习4：绘制北京林业大学地图所需数据：实验一数字化的点、线、面文件。要求：（1） 分别给点、线、面文件添加字段“name”，并赋予相应的属性。（2） 以点、线、面的名称标注。（3） 进行图形形状、颜色、大小的可视化。（4） 地图下方添加制作者姓名。（5） 将生成的地图以“北京林业大学.jpg”输出。（6） 提交结果：北京林业大学.jpg。【实验结果】问题1：利用ArcGIS中提供的Help，将Mosaic to New Raster（镶嵌至新栅格）与Mosaic（镶嵌）进行比较。镶嵌至新栅格,将多个栅格数据集镶嵌到一个新的栅格数据集中。镶嵌,将多个输入栅格镶嵌到现有栅格数据集。问题2：第一次试验的总的均方根误差是多少？答：2.35593问题3：第一项记录的残差是多少？答：2.35836问题4：列出标注可用于面要素的位置选项。问题5：说明你完成本练习的思路与具体步骤。开始添加一个字段为POP_DEN，用公式POP_CNTRY/ SQMI_CNTRY计算人口密度字段值得到人口密度字段POP_DEN；其次自定义类型断点，将POP_DEN分成5个类型；然后制作一个地图版面，添加图题“世界人口密度图”、图例（图例说明为“每平方英里的人口数”）和地图的图廓线等地图要素；最后用国家名称标注各国家，将生成的地图以“世界人口密度图.jpg”格式导出。【体会与心得】在本次实验中，我学会了数据处理操作，可以进行数据拼接、裁切、提取以及综合处理。能够运用几何变换，掌握了数据符号化，包括矢量数据符号化、栅格数据符号化。还可以进行专题地图编制，包括编制坐标网格、地图标注、地图整饰、地图转换输出。【实验基本情况】实验地点N01实验环境ArcGIS10.0实验题目实验三、矢量数据、栅格数据的空间分析实验内容1. 矢量数据的空间分析：缓冲区分析、叠置分析、模式分析2. 栅格数据的空间分析：距离分析、邻域计算、统计分析、重分类、栅格计算4. 正文部分要求中文字体：宋体，小四；英文字体：Times New Roman，小四；1.25倍行距5. 5月13日之前提交到ftp上作业文件夹下。6. 压缩包形式提交，以“学号+姓名”命名。提交的材料包括：（1）实验报告;（2）实验结果。【实验关键步骤】练习1：缓冲区建立和地图叠置所需数据：landuse（土地利用类型数据）、soils（土壤类型数据）和sewers（下水道数据）的Shapefile文件【问题】：为新大学水产养殖实验室找到合适地点【要求】： 土地利用类型以灌木林地为宜（如landuse.shp中的字段LUCODE=300）； 选择适宜开发的土壤类型（如soil.shp中的字段SUIT2）； 必须位于距离下水道300m之内。【步骤】（1） 启动ArcMap，重命名Layers（图层）为Task1。加入landuse、soils和sewers。（2） 建立sewers的缓冲区：Analysis Tools（分析工具）Proximity（邻域分析）Buffer（缓冲区），选择sewers为输入要素集，sewerbuf.shp为输出要素集，300m作为缓冲距离，dissolved type（融合类型）选择ALL，单击OK。打开sewerbuf的属性表，表中只有一条记录对应于已作边界消除的缓冲区。 （3）进行landuse、soils和sewerbuf的地图叠置操作：Analysis Tools（分析工具）Overlay（叠加分析）Intersect（相交），添加landuse、soils和sewerbuf，输出要素类为final.shp，单击OK。（3） 从final中选择符合前两项要求的多边形：Analysis Tools（分析工具）Extract（提取）Select（筛选），输入要素为final，输出要素名为sites.shp，输入SQL语句：“SUIT”=2 AND“LUCODE”=300。（5）查看sites属性表，由于ArcGIS Desktop不能自动更新输出Shapefile文件的面积和周长值，在表中有两套面积和周长数据且存在重复值。下面使用简单的工具来完成字段的添加与更新操作。 Data Management Tools（数据管理工具）Fields（字段）Add Field（添加字段），选择sites作为输入表，输入Shape_Area作为字段名，字段类型：Double，输入11为字段精度，3作为字段小数位数，单击OK。用相同的方法和字段定义，将Shape_Leng作为新字段添加到sites中。 打开sites属性表，右击Shape_AreaCalculate Geometry（计算几何），选择Area（面积）为属性，平方米为单位，单击OK（确定）。Shape_Area就赋予了正确的面积值。 尝试根据上述操作进行周长Shape_Leng的更新，注意Perimeter（周长）为属性，米为单位。（6）提交结果：以sites命名的矢量文件。练习2：执行邻域运算所需数据：emidalat，一个像元大小30m的高程栅格。要求：对emidalat进行邻域运算的平均值操作。在Spatial Analyst Tools/Neighborhood 工具集中双击Focal Statistics工具。在随后的对话框中，选择emidalat 为输入栅格，保存emidamean为输出栅格，默认邻域是一个33矩形，选择mean为统计类型，点击OK。emidamean显示的是emidalat的邻域均值。提交结果：以emidamean命名的文件。练习3：使用高程、坡度和坡向构建一个基于栅格的模型所需数据：emidalat，emidaslope和emidaaspect。（1）用Spatial A