GIS原理与应用

1、GIS原理与应用实验指导书前 言GIS原理与应用是一门理论与实践紧密结合的专业课程.本课程以地理信息系统理论为基础,系统地学习地理数据的采集,处理和科学管理,地理信息的空间分析和地学建模以及地理信息系统的建立和应用.地理信息系统是覆盖领域十分广泛的高新技术,它包括空间数据输入子系统,空间数据存储和检索子系统,数据处理和空间分析子系统,数据和图形输出子系统,具有实践性,操作性强的特点.要掌握该技术,培养学生的创新精神和实践能力,加强GIS上机实习是十分必要的,地理信息系统上机实践是该课程教学的重要环节,通过上机教学,既能培养学生的上机操作能力,又让他们加深 对GIS的基本知识,原理,应用和发展的

2、掌握,并通过上机实习课巩固和拓展课堂讲授的内容.目前实习的场所主要在河海学院仿真实验室,使用的GIS软件主要有MAPGIS和ArcView GIS等,同时在有条件的情况下了解MapInfo和ARCGIS挖填方.由等高线生成不规则三角网启动系统并加载3D分析扩展模块,并新建视图1.将数据Cnt_dsn.shp,Cnt_ext.shp和Bound.shp加入视图1.设置地图单位和距离单位为米.激活Cnt_ext.shp和Bound.shp两个专题,利用Surface/Create Tin from Features.功能项,在出现的对话框中分别设置高程源,可得到基于两个专题的Tin数据文件(Crt

3、in1).按照同样的设置可生成另一个TIN数据文件(Crtin2),不过第二个TIN数据生成的高程源不通,具体选择见PPT课件.计算工程挖填方同时激活专题crtin1和crtin2,选用菜单Surface/Cut-fil,在对话框中按分别选取Crtin1并设置输出的范围和栅格尺寸大小.按OK键后,系统将自动产生填挖方计算栅格数据,并用专题Cut-Fill between Crtin1 and Crtin2显示.该专题图例中的Net Gain表示净填方,Unchanged表示不填不挖,Net Loss表示净挖方,No Data表示缺少合适的数据.4.视域分析所需数据:observer.shp,观

4、察点数据文件; viewroad.shp,道路数据文件; d_tin,TIN高程数据文件.本习作主要包括两个部分:基于观察点的视域分析;基于路径的视域分析.基于观察点的视域分析启动系统并加载3D分析扩展模块,并新建视图.将数据observer.shp,viewroad.shp和d_tin加到视图中,并从视图下拉菜单中选择属性,将地图单位设置为米.同时激活observer.shp和d_tin,利用Surface/Calculate Viewshed.计算可视域,在出现的对话框中设置输出的范围与d_tin相同,栅格尺寸大小为10m,得到的数据中红色不可见,绿色可见,黑色无数据.基于观察点的视域分析

5、需要预先设定部分参数,其中有观察点的高度.在刚刚进行的视域分析中没有作任何特别的设置.在ArcView中,系统默认观察点的高度是比所在位置三维表面高1个距离单位.用户可以在观察点专题的属性表中设置特定的字段,设定观察点的高程.常用的字段有: Spot:指定观察点的绝对高程值;OffsetA:三维表面高度不变,设定观察点的高程偏移值;OffsetB:观察点高程不变,设定三维表面的高程偏移值.前一次不作任何设置,观察点高程仅仅是比对应的三维表面高1米.后一次则是设定了观察点的绝对高程为90米,得到的分析结果略有差异.同样方法也可以在观察点的属性表中增加字段"OffsetA"和&

6、quot;OffsetB",来调整观察点和地形的相互关系. 基于路径的视域分析激活专题"Viewroad.shp",选用菜单Theme/Convert to 3D Shapefile,在出现的对话框中选择"Surface",按OK键确定.激活专题"3D-road"和"Viewroad.shp",选用菜单Surface/Calculate Viewshed,在出现的对话框中设置输出范围和栅格尺寸大小.系统产生栅格视域分析结果专题"Visibility of 3D-road.shp".实习

7、七 空间插值分析一,实习目的该实习项目要求学生:1.掌握空间插值分析的主要方法和基本步骤;2.掌握常用空间插值方法插值结果的比较分析;3.掌握利用Avenue Script程序脚本的基本操作和处理.二,实习准备1.软件准备:ArcView GIS及扩展模块;2.数据准备:该实习项目需要的所有数据全部保存在提供的PAGIS子文件夹DATA的07中.三,实习内容1.用Avenue Script程序脚本进行趋势面分析所需数据:stations.shp,包含爱达荷州105个气象站数据的SHAPE文件;idoutl.shp,一个显示爱达荷州外轮廓的SHAPE文件;trend.ave,进行趋势面分析用的A

8、venue Script程序脚本.该习作要求调用Avenue Script程序脚本,使用stations.shp文件中名为ann_prec的属性表,运行趋势面分析. ann_prec是自1961-1990年的年平均降水量.启动系统并加载空间分析扩展模块.打开一个新视图,将stations.shp和idoutl.shp加到视图中,并从视图下拉菜单中选择属性,将地图单位设置为米.在Project窗口中点击Script和new打开Script1;在Script菜单中点击按钮,浏览到trend.ave的路径并双击它.在按钮栏中点击编译按钮对该脚本程序进行编译.回到视图界面,双击工具或按钮栏空白处,出现

9、对话框,进行相关设置,并返回到视图.点按新建按钮,在出现的窗口中进行相应设置可得到数据文件Grid 1,Grid 1是基于三阶多项式方程输出的趋势面分析网格.激活Grid 1,利用Surface/Create Contours功能项在趋势面分析网格的基础上绘制等值线.按照设置可自动生成等值线专题Contours of Grid1,将其激活并显示出来,并可进行自动标注.2.核密度估算所需数据:deer.shp,一个显示鹿点的点状SHAPE文件.该习作用核估算法依据deer.shp计算每公顷看到的鹿的平均数目.鹿点的数据具有50m的最小分辨距离,因此,有些点多次看到.启动系统并加载空间分析扩展模块

10、.打开新视图并把deer.shp添加到视图中,并设置地图单位为米.双击deer.shp专题,将Legend Type改为Graduated Symbol,Classification Field为Count,点按Apply按钮完成.从分析菜单中选取计算密度菜单项,并进行相关设置,具体见PPT课件.生成所需要的成果图,为了使该图面更简洁,可进行相关的效果设置.3.用IDW进行空间插值所需数据: stations.shp,包含爱达荷州105个气象站数据的SHAPE文件;idoutl.shp,一个显示爱达荷州外轮廓的SHAPE文件;本习作包括三个步骤:首先将idoutl.shp转化成格网idoutl

11、gd;其次用反距离权重法(IDW)并以idoutlgd作为屏蔽掩膜格网创建降水量格网;第三从降水量格网生成等值线图.启动系统并加载空间分析扩展模块.打开一个新视图,将stations.shp和idoutl.shp加到视图中,并从视图下拉菜单中选择属性,将地图单位设置为米.激活专题并打开其属性表,属性表中的ann_prec字段是用于空间插值的Z值.利用Theme/Convert to Grid功能项将idoutl.shp转化为栅格数据文件.利用Surface/Interpolate Grid.进行空间插值,在出现的对话框中设置相应的参数.具体见PPT课件.4.两种薄板样条函数法的比较所需数据:习

12、作3的stations.shp和格网idoutlgd.该习作对两种薄板样条函数产生的结果作比较.本习作有三个部分:用规则样条法创建插值格网;用薄板张力样条法创建插值格网;用局部运算比较这两种格网,从中可以看出两种插值方法产生的不同结果.启动系统,加载空间分析扩展模块.打开一个新视图,并把stations.shp和idoutlgd加到视图中.从视图下拉菜单中选择属性,将地图单位设置为米.利用Surface/Interpolate Grid.进行空间插值,在出现的对话框中设置相应的参数,运行规则薄板样条插值.系统生成格网,然后修改生成的专题名为Regularized.同样利用Surface/Int

13、erpolate Grid.进行空间插值,在出现的对话框中设置相应的参数,运用张力薄板样条法创建插值格网,并按照前述方法查看格网并重命名为Tension.利用Analysis/Map Calculator进行两个空间格网的相减计算可比较两种方式创建的格网.5.用Avenue Script程序脚本进行普通克里金插值分析所需数据:习作3的stations.shp和格网idoutlgd;kriging.ave,运行克里金法的Avenue Script程序脚本.该习作要求用线型模型的kriging.ave运行普通克里金法.启动系统,加载空间分析扩展模块.打开一个新视图,并把stations.shp和i

14、doutlgd加到视图中.从视图下拉菜单中选择属性,将地图单位设置为米.在Project窗口中点击Script和new打开Script1;在Script菜单中点击按钮,浏览到kriging.ave的路径并双击它.在按钮栏中点击编译按钮对该脚本程序进行编译.回到视图界面,双击工具或按钮栏空白处,出现对话框,进行相关设置,并返回到视图.系统自动生成两个格网:Vargrid和grid2,其中Vargrid为估算的离差格网,可以将其改变为估算的标准差格网.实习八 地图输出一,实习目的该项目的实习目的就是要求学生掌握基于ArcView GIS地图布局输出的方法,要求学生能将输入以及分析得到的结果采用多种

15、方式进行布局后输出.二,实习准备1.软件准备:ArcView GIS;2.数据准备:该实习项目需要的所有数据全部保存在提供的PAGIS子文件夹DATA的08中.三,实习内容(1) Layout简介地图布局子系统(Layout)的主要功能:(1)布局的定义,设置;(2)视图(View)在布局中的布置;(3)增加文字及其他图形;包括图例(Legend) ,比例尺(Scale Bar) ,指北针(North Arrow) ,统计图(Chart) ,表格(Table) ,图片(Picture) ,说明文子(Text) ,图框线(Graph)等;(4)布局中各种内容的修改,调整;(5)输出到打印机或中间

16、文件;(6)做好的布局保存为模板,供自己或别人反复使用.模板:就是设计号的布局结构,再次调用时,其内容可以改变,单布局的式样,各种内容的位置仍保持原来的定义,提高制图效率,并使输出的地图标准化.(2)新建布局启动系统,打开指定的项目工程(08-a.apr). 在Project Window窗口中,选择Layouts图标,点击New按钮,建立Layout1.选用菜单Layout/Page Setup,对弹出的页面设置(Page Setup)对话框进行设置.选用菜单Layout/Properties,对弹出的布局特征(Layout Properties)对话框进行设置.注:若不钩选Snap to

17、Grid,该功能将不起作用.(3)添加专题地图在Layout窗口中工具条Frame Tool包括的7个图标对应的图形内容为:View:视图,使用Project中的View;Legend:图例,和View的图例度应;Scale Bar:比例尺,和View的显示大小对应;North Arrow:指北针;Chart:统计图,使用Project中的Chart;Table:表格使用Project中的Table;Picture:图片,使用扫描图像,数字照片,遥感图像.选择视图图标,用鼠标在Layout1中拖动一个视图框,随后在出现的对话框中进行选择设置.其中Live Link的默认状态是使视图框与专题图保

18、持实时链接,在专题图中发生的变化在布局的视图框中立即反映.在布局建立后,还可以在Views子系统中修改,调整专题图.Scale的Automatic选项表示视图框中地图自动设置比例.调整布局中视图框的大小,其中的内容会自动调整比例.弱国要保持固定的比例,应在Scale选项中选择Preserve View Scale.如果要直接设置视图框中地图的比例,则在Scale选项中选择User Specified Scale,并在对话框中键入比例值.Extent的默认选项是Fill View Frame,将地图尽可能的填满图框.如果选择了固定比例(Preserve View Scale),视图框放大,缩小时

19、,其内容会填满视图框.如果选项为Extent to be clipped to View,视图框的范围和专题地图在屏幕上的显示范围保持一致.Display的默认选项时When Active,当布局未激活时,视图框中的内容不会重画,这样在调用一个复杂,实时链接的专题视图时,可节省时间.Quality有Draft(草图)和Presentation(正式表达图)2种选择,使用前者节省计算时间,对复杂的专题图,将布局调整好,满意后,要出图时,再把Quality(质量)设置成Presentation (正式表达图).加入地图后,可以用工具Pointer放大,缩小,平移,删除View Frame,双击后再

20、次进入View Frame Properties对话框,修改原来的设置.(4)添加其他内容添加图例在Layout窗口中选择图标Legend,用鼠标在Layout种拖动出一个Legend Frame,并在弹出的Legend Frame Properties对话框种进行设置,按OK键结束添加图例,对图例进行调整.添加比例尺在Layout窗口中选择Scale Bar工具,用鼠标在Layout中拖动一个比例尺框Scale Bar Frame,在弹出的Scale Bar Properties对话框种进行设置.按OK键返回,如果比例尺没有内容,出现提示"Unknown Units:View1",需在View1中将地图单位设置为"Kilometers",然后再进入Layout1就添加了比例尺.添加指北针在Layout窗口中选择North Arrow工具,用鼠标在Layout中拖动一个比例尺框North Arrow Frame,在弹出的North Arrow Properties对话框种进行设置,按OK键结束添加图例,对图例进行调整.添加说明文字在Layout窗口中选择Text tool工具,用鼠标