GIS实习指导书.docx
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GIS实习指导书.docx
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GIS实习指导书
地理信息系统
实习指导书
一、实习目的
1、熟悉GIS软件——ArcGIS的体这种系结构,掌握ArcMap用于地图数据的编辑、显示、查询和分析等功能,了解ArcCatalog对数据的管理,在此基础上进一步理解GIS软件应具备的基本功能。
2、掌握地图扫描矢量化的基本原理、方法和步骤,并通过图像配准,进一步理解坐标变换的原理与方法。
3、掌握利用ArcMap对数据的获取及存储,熟悉ArcMap的空间查询、叠加、缓冲区分析等常用的地图分析功能,能有效解决一些实际问题。
4、掌握地图渲染方法及制图输出。
5、根据野外采集的离散点数据集,建立DEM,并进行三维可视化,了解虚拟现实的构建过程。
二、实习任务
(1)完成给定区域的地图矢量化,建立数据库。
数据共分10层,分别为:
高程点(点:
高程)、电力线(点)、散坟(点)、桥(点)、道路(线:
类别)、陡坎(线)、地类线(多边形:
类别)、地类界(多边形:
类别)、村组界(多边形:
村名)、池塘(多边形)、建筑物(多边形:
类别、拆迁指标)等
注:
地类分为:
农用地(耕地、园地、其它)、建设用地(庄台、道路)、未利用土地。
如图上绿色线所示。
(2)统计图幅内各村组内各类用地面积所占的比例。
(3)测算因道路扩建而带来的房屋拆迁费用。
(4)进行地图编制,制作专题地图并进行渲染输出。
(5)以卫星遥感影像地图为纹理,建立研究区域的三维可视化地图,并以楼层为高度构建虚拟村组。
三、实习内容
1、shp文件的创建
2、图像配准及矢量化
3、空间查询
4、缓冲区分析
5、地图渲染
6、制图输出
7、构建TIN
8、在TIN的基础上,粘贴卫星遥感影像地图,建立三维可视化地图。
四、实习时间
2015.3.23——2015.4.3
编号
时间
内容
1
3.23
动员、熟悉ArcGIS各功能模块、图像配准、建立要素层
2
3.24—3.27
矢量化
3
3.30-4.2
查询、分析、地图渲染、制图输出、三维建模
4
4.3
验收,交实验报告
五、实习地点及时间安排
雁塔校区2号教学楼5楼实验室
六、实习要求
(1)纪律要求
Ø按时参加各项实习工作,请病假要有医生证明,一般不批准请事假的情况。
特殊情况请假者1天以内(含1天)必须实习队批准,2天以内(含2天)必须系主任批准,3天以内(含3天)必须学院批准,缺勤累计超过3天(不含3天)者没有实习成绩。
Ø严禁在实习机房上网,打游戏。
(2)工作量要求
每人各自完成一份。
(3)成果要求
Ø在自己的文件夹(用自己的名字)下完成指定内容、规定要求的实习科目;
Ø提交最终实习成果与实习报告。
七、成绩评定
平时考核30%;
操作考试40%;
成果与实习报告30%。
注意事项:
1、各图层坐标系严格一致,均为Xian_1980_Degree_GK_CM_102E;
2、拆迁标准:
楼房:
1000元/m2;简易房500元/m2;棚房200元/m2;廊房200元/m2;
3、每加一图层,最好至少矢量化一个要素,否则很难保证在一个视窗范围内显示;
4、在数字化过程中,打开自动蒱捉功能,以确保各点的严密重合。
八、操作说明
1.创建shp文件
(1)打开ArcCatalog,选择要保存文件的路径,点击右键New->shapefile,如下图所示,创建
shp文件。
(2)在弹出的对话框中,设置要创建shp文件的名称、类型及坐标系等特征。
(3)为shp文件添加属性字段。
右击要添加属性字段的shp文件,选择Properties中的Fields选项卡,在FieldsName中添加所需字段名,在DataType中选择相应的类型。
2.影像配准及矢量化
第1步加载数据和影像配准工具
(1)打开ArcMap:
…/ArcGIS/ArcMap,在弹出的对话框中选择Anewemptymap,进入ArcMap界面。
(2)添加影像配准工具栏:
在菜单栏选择View->Toolbars->Georeferencing,将影像配准工具栏加入。
(3)把需要进行配准的影像-xxx.tif添加到ArcMap中:
在工具栏上右击AddData,选择影像所在路径添加,此时Georeferencing工具栏中的工具被激活。
第2步输入控制点
在配准中,我们需要知道一些特殊点的坐标,此处选择公里网格的交点。
(1)首先务必Georeferncing工具条中Georeferncing菜单下AutoAdjust处于不选中状态。
(2)在Georeferencing工具栏上,点击AddControlPoints
,后在影像上找到精确控制点(即公里网格的交点),用鼠标点击交点处,并点击右键,选择PutXandY,输入该点的实际坐标值。
。
(3)用同样的方法,在影像上添加多个控制点,后在Georeferenceing工具栏上点击ViewLinkTable
,可查看影像坐标及其对应的实际坐标值,数据的最后一列表示残差。
对于残差很大的项,可以选中并删除。
(4)完成后,在Georeferenceing工具栏的下拉菜单中,选择UpdateDisplay,进行更新显示,此时影像坐标与实际坐标值一致。
第3步设定数据框的属性
(1)更新显示后,执行菜单命令View->DataFrameProperties,打开数据框属性对话框。
(2)在General选项卡中,将地图显示坐标Display设置为对应类型,此处设置为Meters。
(3)在CoordinateSyatem选项卡中,将数据框的坐标系统设置为“Xian_1980_Degree_GK_CM_102E”(西安80投影坐标系,3度分带,东经102度中央经线)。
第4步矫正并重采样生成新的栅格文件
执行Georeferencing工具栏下拉菜单中的Recify,在弹出的对话框中,对配准的影像根据设定的方式进行重采样,提供有NearestNeighborhood-最近邻域内插法、BilinearInterpolation-双线性内插法和CubicConvolution-三次卷积内插法三种采样方法,并可设定影像文件的保存路径、文件名及文件类型等。
至此,影像配准工作完成。
第5步分层矢量化
(1)在ArcCatalog中创建一个图层。
打开ArcCatalog,在指定目录下,点击右键,选择New->Shapefile,在弹出的对话框中,设置该要素类的名称及类型、坐标系等特征。
例如,首先建立“河流”要素,即Name为“河流”;FeaturesType为Polyline;在Edit中,选择Select->ProjectedCoordinateSystem->GaussKruger->Xian1980->Xian19803DegreeGKCM102E.prj(同于前面设置的数据框的坐标系统)->确定->OK,此时,已建立一个名为“河流”的线要素类的文件。
(2)从已配准的影像中,提取河流要素。
切换至ArcMap,将新建的“河流”加载至已配准的地图数据框中,双击“河流”下的线符号,或者右击“河流”->Properties->Symbology,设置河流的线型及宽度、颜色等。
(3)添加Editor工具栏:
在菜单栏选择View->Toolbars->Editor,将编辑工具栏加入;点击Editor工具栏下拉菜单中的StartEditing,Editor工具栏被激活,此时可以根据影像图提取河流要素。
(4)重复上述步骤,将影像中所需地物全部提取,可自己按照需要进行图层的分类等,便于以后的修改与使用。
第6步为矢量化要素输入属性
方法1、选择要输入属性的图层,右击选择OpenAttributeTable,对其中的对应项进行属性的添加及修改。
方法2、在Editor工具栏上,选择
,然后在图面上点击需要添加或修改属性的要素,在弹出的对话框中选择对应项,进行修改即可。
3.拓扑检查
拓扑关系(topology)是指图形要素之间几何上的相互关系,图形在保持连续状态下即使变形,相互之间的关系依然不变。
反应拓扑关系的数据结构就是拓扑数据结构,利用拓扑关系的数据结构,不仅可以记录要素的空间位置还可以记录不同要素在空间上的相互关系。
Geodatabase用一系列的拓扑规则(topologyrule),在空间要素之间建立起相互关系,即拓扑关系。
在矢量化的过程中,两个多边形的边界很容易产生重叠或者漏隙,这时就可以利用拓扑检查来修改矢量化以后的数据使之拥有正确的拓扑关系。
本次实习中主要涉及两种基于拓扑规则的检查,第一种是mustnotoverlap(即同类多边形要素间不能有重叠);另一种是mustnothavegaps(即多边形之间不能有空隙)。
主要涉及的数据有建筑物、地类界、地类线及村组界。
首先打开ArcCatalog,在自己的文件下点击右键,建立一个persenalgeodatabase,右键单击刚刚建立的gdb,新建一个featuredataset,输入名字及坐标系(第三项zcoordinates不用选择),容差值设定为系统默认值即可,按finish即建立好一个dataset。
在dataset下右键选择Import——featureclass,选择要进行拓扑检查的图层。
在dataset下右键选择new——topology,建立一个新的拓扑。
键入自己的拓扑名称,容差值默认0.001即可。
点击下一步,选择要导入的矢量数据
在specifytherulesforthetopology这一步,点击窗口右侧的AddRule按钮,在弹出的窗口中,选择要建立拓扑关系的数据,并选择相应的拓扑规则。
点击finish完成拓扑的建立,在随口跳出的窗口中点击yes使新建的拓扑生效。
选择刚才建立的topology,在preview窗口下即可预览图中红色部分即为发生重叠错误的区域。
关闭Catalog,打开ArcMap,点击
加入刚建立的topology。
出现提示时选Y加载相关数据。
在Editor工具条下选择startediting开始编辑,然后点击snapping工具设置捕捉,再在editor工具条下选择moreeditingtools/topology,调出拓扑编辑工具条。
点击errorinspector按钮
,选择相应的拓扑规则,点击searchnow,窗口中就会出现有的符合拓扑规则的拓扑错误。
点击每一行内容,可以看到被选中的错误在arcmap窗口中由红色变成黑色。
编辑修改拓扑错误可以大致分两种办法。
第一种方法是当错误的数量不是很多并且错误都比较明显的时候,我们可以用topology工具条上的topologyedittool按钮
选中出错的地方逐个进行编辑。
当错误数量庞大并且编辑修改有一定的难度时,我们可以先利用errorinspector查找到所有当前规则的错误,全部选中,点击右键选择createfeature,这一步操作的意思是将这些错误都生成新的小多边形。
然后打开相关数据的属性表,
属性表中最后一栏即为多边形的面积,可以看到由拓扑错误产生的多边形面积都很小且类型和Id都为空(null),接下来将这些属性为空的小多边形全部选中,然后激活Arctoolbox,datamanagement——generalization——eliminate,输入要进行消除的图层并设置输出的文件名,点击OK开始进行“消除”操作。
本次实习中我们将两种办法结合使用。
可以首先利用第一种办法对一些明显的错误进行增删节点拖拽节点等矢量编辑,然后对剩下一大部分的较难修改的错误运用第二种办法批量修改。
在此过程中可以选择topology工具条上的validatetopologyinspecifiedarea
按钮,该按钮可以在选定的范围内验证拓扑关系。
本次实习中我们首先完成对mustnotoverlap(多边形要素之间不能有重叠)的拓扑检验,然后完成mustnothavegaps(多边形之间不能有空隙)的拓扑检验。
两种检验都可以依据上述步骤进行。
注意:
1.一个数据集(dataset)下不允许出现多个拓扑关系,所以当我们完成第一个重叠错误检验的以后,需要在ArcCatalog中删除第一个拓扑关系,重新建立一个新的拓扑关系,并注意拓扑规则的选择。
2.进行多边形之间是否有空隙这项检查时,当我们在errorinspector窗口下选择拓扑错误并生成新的多边形后,可能会产生一些不合理的多边形产生。
需要打开数据的属性表,查看属性为空的多边形中是否有不符合实际的不合理多边形,删除后再进行eliminate操作。
4.空间查询
利用sql语句进行查询
(1)单击Selection菜单,并单击SelectByAttribute。
(2)单击Layer下拉箭头,点击需要选择的要素所在的图层;单击Method下拉箭头,并单击一种选择方式;双击一个字段,将字段名添加到表达式框中;单击一个运算符,将其添加到表达式中;单击GetUniqueValues来查看选中的字段的值,双击某个值,将其添加到表达式中。
(3)要检查语法是否正确或者输入的条件是否会选中要素,单击Verify按钮;单击Apply。
ArcMap窗口底部的状态栏会显示总共有多少要素被选中。
根据位置信息进行查询
(1)单击Selection菜单,然后单击SelectByLocation。
(2)在“Iwantto”下单击下拉箭头,并选定某一选择要素方式,此处选择selectfeaturesfrom;“thefollowinglayers”,选中需要选择的要素所在的图层;“that”,是选择要素方式(3中给出详细介绍);“thefeaturesinthislayer”,选择用来搜索的要素所在的图层;选中“Applyabuffertothefeaturesin”<图层>,可以为搜索要素创建缓冲区。
单击Apply。
ArcMap就选中了符合要求的要素。
(3)“that”选择要素的方式,主要有intersect(相交)、arewithinadistanceof(在…距离范围内)、contain(包含)、completelycontain(完全包含)、arewithin(在…内)、arecompletelywithin(完全在…内)、areidenticalto(与…等同)、touchtheboundaryof(与…接触)、sharealinesegmentwith(与…有公共线段)、arecrossedbytheoutlineof(被…跨界)、havetheircentroidin(中心在…里)等。
5.缓冲区分析
在ArcMap中加载要建立缓冲区的数据,可以是点、线或者面。
(1)加载缓冲区工具:
打开Tools菜单下的Customize命令,选择Command标签,在弹出的对话框中,在左边的Catagorie框中选择Tools,在右边的Commands框中选择BufferWizard,将其拖动到工具栏的空白处,显示为
。
(2)利用选择工具
,选择要建立缓冲区的要素;然后点击BufferWizard
图标,弹出建立缓冲区的对话框,选择要进行缓冲区分析的文件,有选择要素和未选择要素时,在Useonlytheselectedfeature复选框前打勾,单击“下一步”。
(3)之后打开的是缓冲区分析形式对话框,其中有三种方式来进行缓冲区的创建:
Ataspecifieddistance,以一个给定的距离建立缓冲区(普通缓冲区);Basedonadistancefromanattribute,以分析对象的属性值作为权值建立缓冲区(属性权值缓冲区);Anmultiplebufferrings,建立一个给定环个数和间距的分级缓冲区(分级缓冲区)。
选择一种缓冲区建立方式,如选择普通缓冲区,给定缓冲范围,在对话框下面选择合适的单位,单击“下一步”。
(4)在之后的对话框中,Dissolvebarriersbetween中,选择是否将相交的缓冲区融合在一起;Createbufferssotheyare中,选择对多边形进行内缓冲或者外缓冲(此项仅限于面文件);Whenyouwantthebufferstobesaved,生成文件的选择,生成图形文件、在原文件上进行添加或者生成新的文件,选择最后一个需要给定其存放路径和文件名。
(5)单击完成,完成缓冲区的建立。
6.图层渲染(专题图的制作)
1、用单一值绘制图层
用单一值绘制图层,是通过某一属性值对要素进行分类,该属性值相同的要素用同一种符号样式来表示。
例如,某一地块有不同的土地利用类型(如住宅区、商业区、公共用地等),可以用不同的颜色符号来表达每一种土地利用类型。
(1)在ArcMap图层列表,选择要进行单一值表示的图层,右键选择Properties->Symbology。
(2)在左边show中,选择Categories->UniqueValue(单一值);在ValueField中选择分类的属性字段;AddAllValues,并且点掉
(3)单击确定,完成单一值的渲染。
2、分级渲染图层
分级渲染图层,是根据某一属性的数值进行分级,可以选择使用颜色、符号大小等来表示不同等级。
(1)在ArcMap图层列表,选择要进行渲染的图层,右键选择Properties->Symbology。
(2)在左边show中,可以选择Quantities下的Graduatedcolors(渐变色)、Graduatedsymbols(渐变符号)、Proportionalsymbols(按比例符号)、Dotdensity(点密度)等项,此处以渐变色为例,说明该用法。
(3)Fields->Values下选择所要分类的属性字段,Normalization(正规化)下选none;Classification下,Classes可以选择分类数,点击Classify,可以选择分类方式(4中给出详细介绍);同样可以直接点击Symbol、Range或Label来修改相应项。
(4)Manual(手工)、EqualInterval(等间隔)、DefinedInterval(定义分类间隔)、Quantile(分位数)、NaturalBreaks(自然间断)、GeometricalInterval(几何分类间隔)、StandardDeviation(标准差);自然间断是基于数值的自然分组分类。
ArcMap通过寻找数据中内在的分组和分类,确认间断点。
要素被分为不同的类型,其边界在数值相对大的地方跳跃。
分位数分类,每种类型中包含相同数目的要素,相近的数据可能会被分在两个相邻的类型内,而差别大的数据也有可能被置于统一类型中,这可以通过增加类型的数目来减小误差。
等间距分类,这种方法按照相等范围大小来划分数据。
自定义间距分类,对属性值的范围按用户定义特定的间距值分类。
标准差分类,根据数据的平均值大小来划分类型,通过平均值中添加或减去标准差来产生类型间距。
(5)
3、图表地图
图表地图可以在一幅地图上表现多个属性以及不同属性间的关系,用直方图和饼图来表示要素的结构。
饼图表示了部分与整体的关系,适合表现比率和比例关系;直方图用以比较相关值间的数量,比较适合显示趋势变化;堆栈直方图可以显示数据间的相关关系并可以进行绝对比较。
(1)在ArcMap图层列表,选择要进行渲染的图层,右键选择Properties->Symbology。
(2)在左边show中,可以选择Charts下的Pie(饼图)、Bar/Column(柱状图)、Stacked(堆栈)等项,此处以直方图为例,说明该用法。
(3)在FieldSelection下选择要相应字段,选择颜色条或者自己定义颜色;点击Size出现对话框,可以调整直方图的大小及其他属性,以使图面显示更加协调美观。
7.添加制图元素及输出
切换视图到版面制图,即LayoutView,可以在菜单栏View下选择LayoutView,也可以点击图形窗口左下角处的
按钮。
(1)插入标题。
执行菜单命令:
Insert>>Title,输入图名;在图名上点右键Properties,可以设置合适的字号、字体、图名位置等属性。
(2)插入图例。
执行菜单命令:
Insert>>Legend,使用图例向导,设置图例各参数。
这样生成的图例是一个整体,如果想对其中一部分进行修改,则在图例上点右键UnGroup。
(3)插入比例尺。
比例尺有两种:
图示比例尺和文字比例尺。
执行菜单命令:
Insert>>ScaleBar/ScaleText,选择合适的比例尺类型。
(4)插入指北针。
执行菜单命令:
Insert>>NorthArrow,选择合适的样式并设定其大小。
(5)此外,还可以向版面中插入图片、数据表、图表等。
(6)在图面内容完成后,在图面空白处右键Properties>>Frame,对数据框架进行设置,可以添加地图边界线、背景。
阴影等效果。
(7)制作好的地图可以导出为多种文件格式:
比如JPG,PDF等。
执行菜单命令:
File>>ExportMap…
8.长度和面积的计算
1、线目标长度的计算
用鼠标右键打开待计算图层的属性表,如道路(点击快捷菜单中的OpenAttributeTable选项),在“Attributeof道路”属性表窗口的右下侧选用按钮Options/AddField…,在随后的Field
definition对话框中定义所增加的字段:
Name:
Length(字段名)
Type:
Double(双精度浮点类型)
Precision:
8(字段宽度)
Scale:
1(保留小数点位数)
按OK键返回。
属性表增加了以Length命名的字段,用鼠标右键点击字段名Length,在快
捷菜单中选择CalculateGeometry,系统提示:
Youareabouttodoacalculateoutsideofaneditsession.thismethodisfasterthancalculating
inaneditsession,butthereisnowaytoundoyourresultsoncethecalculationbegins.Doyouwish
tocontinue?
选择“是(Y)”应答,出现对话框
在Property:
下拉式对话框中选Length,点击ok,可以观察到属性表中字段Length的取值为每条路段的长度,关闭属性表窗口。
2、面要素周长与面积的计算
用鼠标右键打开待计算图层的属性表,如地类界(点击快捷菜单中的OpenAttributeTable选项),在“Attribute
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