GIS模型与建模综合性试验汇总

1、 本科学生综合性、 设计性实 验报告 姓名 尹永义 学号 1443206000113 专业 地理科学 班级 2014B 实验课程名称 地理信息系统概论（实验） 实验名称 GIS 模型与建模 指导教师及职称 速绍华 （讲师 ） 开课学期 2014 至 2015 学年下 学期 云南师范大学旅游与地理科学学院编印 、实验准备 实验名称：实验（ GIS 模型与建模 ） 实验时间： 2015/06/04 实验类型： 验证实验 综合实验 1、实验目的和要求： （ 1） 用矢量数据和栅格数据建立二值模型 （ 2） 用矢量数据和栅格数据建立指数模型 （ 3） 熟悉使用矢量数据和栅格数据的相互转换以及学会用矢量

2、数据和栅格 数据建立各种模型 （ 4） 进一步复习及学习 GIS，并进一步熟悉它的特征及其复杂性 （5） 学会建立和处理 GIS 的各种模型以及相互间的转换 2、实验材料及相关设备： 1）附有 GIS 软件的 Windows7 电脑一台 2）指导：地理信息系统导论第 18 章的操作步骤 3）数据来源：地理信息系统导论配套光盘中的 GIS 文件中的 datesets_v7 中的第十 八章（ chap18） .： 4）elevzone.shp，高度带的 shapefile ；stream.shp，河流的 shapefile 。 5）elevzone_gd ，高度带栅格： stream_gd，河流栅

3、格。 3、实验理论依据或知识背景： 模型是一种现象或一个系统的简化表示。 一幅地图就是一个模型 模型可以是描述的或规则的，可以是确定的或随机的，可以是静态的或动态 的，可以是推论的或归纳的。 建模：是构造现实世界与研究对象相关的模型的过程。 GIS 模型的分类 1. 模型可以是描述的或规则的。 2. 模型可以是确定的或随机的。 3. 模型可以是静态的或动态的。 4. 模型可以是推论的或归纳的。 建模过程 1. 明确建模目的 2. 把模型分解成各种元素， 然后用概念定义各种元素的属性和它们之间的相 互作用框图 3. 模型的应用与校准 4. 模型的验证 GIS 在建模中的作用 GIS 是一个能够加

4、工、显示与集成不同数据源的工具，这些数据源包括地 图、数字高程模型（ DEM ）、全球定位系统（ GPS）数据、影像和表格等； 用 GIS 建立的模型可以是基于矢量或基于栅格的； GIS 有将矢量数据与栅格数据相互转换的算法。 GIS建模可以在 GIS环境中进行，或者需要 GIS 与其他计算机程序的链接。 二值模型 用逻辑表达式从一个组合要素图层或多重栅格中选择目标区域。 二值模型的输出结果也是二值格式： 1（为真）表示区域满足选择条件， 0 （为假）则表示不满足。 确定选择指标在创建二值模型过程中可能是最重要的步骤。 基于矢量的方法 要创建基于矢量的二值模型，我们可收集输入图层，叠置和从复合

5、要素图层 执行数据查询。 基于栅格的方法 基于栅格的方法要求输入栅格数据，每种栅格代表一个指标。多重栅格 的局部操作则可用于从输入栅格生成基于栅格的模型。 指数模型 指数模型计算每个像元区域的指数值， 然后根据该指数值生成一个等级地 图。 指数模型和二值模型都包含多重指标评估，且都基于数据处理的叠置操 作。但是指数模型为每个像元区域生成一个指数值，而不是简单的是或不 是。 其他方法 其他方法主要用于解决因子独立性、指标权重、数据集合以及数据标准 化等问题。 回归模型 回归模型是用一个方程式建立一个因变量与多个自变量的关系， 可用于预 测和推算。 回归模型可在 GIS 中用地图叠置运算把分析所需

6、的全部自变量结合起 来。 本节包含三种回归模型：线性回归、局部回归和对数回归。 线性回归模型 局部回归模型 对数回归模型 过程模型 修正的通用土壤流失方程 土壤侵蚀是一个环境过程，包括气候、土壤性质、地形、土表状况和人类 活动。 一个众所周知的土壤侵蚀模型就是修正的通用土壤流失方程（ RUSLE）， 它是通用土壤流失方程（ USLE）的最新版本 。 RUSLE 用于预测在特定 种植和管理系统中的特定田间坡面和山地由径流携带的平均土壤流失量。 临界降雨量模型 临界降雨模型是基于物理的滑坡模型，在指定区域内，综合考虑地形和土壤 特性来评估区域内潜在的滑坡风险 。 、 实验内容、步骤和结果 （要求：

7、详细写清楚本次实验的完成的 主要内容 、 具体实施步骤 和实验结果 。纸张不够可以 自行添加。） 建模过程： （1）明确建模目的。这类似于给一个研究问题进行定义； （ 2）把模型分解成各种元素， 然后用概念定义各种元素的属性和它们之间的相互作用框图（如 流程图）； （ 3）模型的应用与校准。 校准模型是一个重复的过程， 不断地比较模型输出的数据与观察结 果的之间的差异，调整各参数的数值，然后再运行模型。其中模型预测中的不确定性是校准 一个确定模型的主要问题。 一、建立基于矢量的二值模型 所需资料： elevzone.shp，高度带的 shapefile； stream.shp，河流的 shap

8、efile。 1）启动 ArcGatalog ，链接到第 18 章（ chap18）的数据库，打开 ArcMap 。重新命名数据帧为 Task1，添加 stream.shp 和 elevzone.shp 到 Task1.打开 ArcToolbox 窗口。把 18 章数据库设 为当前的工作空间。右击 18 章数据库，指向 NEW ，选择 Toolbox ，将新工具箱重命名为 Chap18.tbx。 2）打开 ModelBuider 窗口。在 General 栏上，把名称和标签改为 Task1。 3）在 ArcToolbox 中，从 Analysis Tools/Proximity 工具箱中能拖拉

9、 Buffer 工具至 Model 窗口。 右击 Buffer 并选择 Open 打开。在 Buffer 对话框，在 Input Features 中通过下拉菜单选择 stream，在 Output Feature Class 中命名为 strmbuf.shp，设定距离为 Linear unit 为 200m ， 选择 ALL 为 dissolve type 。 4）在 Model 窗口中可视物体都用不同色彩标记。输入的呈现蓝色，工具呈现金色，输出的 呈现绿色。模型一次可以使用一个工具（或执行一个功能）或可以作为整个模型。首先 运行 Buffer 工具，右击 Buffer 并选择 Run 运行

10、。处理期间，工具变成红色。完成后，工 具和输出都多了阴影部分。右击 strmbuf.shp ，选择 Add to Display 。 5）从 Analysis Tools/Overlay 工具集拖拉 Intersect 工具到 Model 窗口中。右击 Intersect 并选 择 Open 打开。在 Intersect 对话框的下拉菜单选择 strm.shp 与 elevzone 来输入要素，输出 要素类别上填写 pothab.shp。 6）右击 Intersect 并选择 Run 运行。叠置完成后，右击 pothab.shp 并选择 Add to Display 添加 pothab.shp

11、 使其显示。除 pothab 外，关闭 ArcMap 表格目录里的所有图层。 7）从 Analysis Tools/Extract 工具集里拖拉 Select 工具到 Model 窗口中。右击 Select 并选择 Open 打开。在 Select 对话框里，选择 pothab.shp 来输入要素，在输出要素类别上填写 final.shp ，并单击 SQL来显示表达式。 在表达式框里输入以下 SQL 表达式：“ ZONE ”=2。 单击 OK 退出 Sslect 对话框。右击 Select 并选择 Run 运行。添加 final.shp 。 8）在 Task1 窗口的 View 菜单中选择 A

12、uto Layout 自动输出，并让 ModelBuilder 自动重新排 列模型框图。最后，在 Model 菜单中选择 Save 保存，保存至 Chap18.tbx 中，文件名为 Task1.下次要运行 Task1，可在 18 章工具集中右击 Task1 并选择 Edit 进行编辑。 二、建立基于栅格的二值模型 所需数据： elevzone_gd，高度带栅格： stream_gd，河流栅格。 1）在第 18 章数据库中创建一个新的文件夹，命名为Task2。在第 18 章数据库中将 elevzone_gd 和 stream_gd 复制并粘贴至 Task2。 2）在 ArcMap 中插入一个新的

13、数据帧，重命名为Task2，加载 elevzone_gd 和 stream_gd 至 Task2。 3）单击并打开 Python 窗口。在 Python 窗口输入以下语句（不包括 ）： import arcpy from arcpy import env from arcpy.sa import* env.workspace= “d:/chap18 ” arcpy.CheckExtension( “Spatial ”) outEucDistance=EucDistance( “stream_gd”,200) outExtract=ExtractByAttributes( “elevzone_g

14、d”,”value=2 ”) outExtract2=ExtractByAttributes( “outExtract ”,”outEucDistance ”) outExtract2.save( “outExtract2 ”) 该段自动执行命令的前 5 行语句输入 arcpy 和 Spatial Analyst 工具，并定义工作空间为 d:/chap18/ 。接下来的 3 行语句使用 Spatial Analyst 工具。 EucDistane 工具创建一个距 stream_gd 最大距离为 200m 的距离量测栅格。 Extract By Attributes 工具通过在 elevzone

15、_gd 中选择区域 2 来创建一个栅格( outExtract )。 Extract By Mask 工具用 outEucDistance 作为 掩模从 outExtract 中选择区域，这些区域落在 outEucDistance 边界内，并将输出保存至 outExtract2 。最后， outExtract2 保存在工作空间。 4) 比较 outExtract2 和一中的 final ，两者的覆盖区域应该相同。 三、实验小结 1、实验中出现过的问题（或错误） 、原因分析 在做实验前 ,一定要将课本上的知识吃透 ,因为这是做实验的基础 ,否则 ,在老 师讲解时就会听不懂 ,这将使你在做实验时的难度加大 ,浪费做实验的宝贵时间 .比 如做应变片的实验 ,你要清楚电桥的各种接法 ,如果你不清楚 ,在做实验时才去摸索 , 这将使你极大地浪费时间 ,使你事倍功半 .做实验时 ,一定要亲力亲为 ,务必要将每个 步骤,每个细节弄清楚 ,弄明白,实验后,还要复习 ,思考,这样,你的印象才深刻 ,记得才 牢固 ,否则,过后不久你就会忘得一干二净 ,这还不如不做 . 做实验时 ,老师还会根据自己的亲身体会 ,将一些课本上没有的知识教给我们 , 拓宽我们的眼界 ,使我们认识到这门课程在生活中的应用是那么的广泛 . 通过这次 XXX 的实验,使我学到了不少实用的知识 ,更重要的是 ,