GIS课程设计报告257.pdf
GIS 课程设计报告 GIS 课程设计 学 院:专 业:学 号:学生姓名:指导教师:日 期:课程设计 1 使用 ArcMap 浏览地理数据 一、课程设计目的 GIS 课程设计是在学生学完地理信息系统后，按照教学大纲所进行的一次重要实习。围绕有关 GIS 的空间数据获取、管理、分析、设计、开发和应用等工作，在教师指导下，学生按照 GIS 的原理完成实习内容：1.了解地理数据是如何进行组织及基于“图层”进行显示的；2.认识 ArcMap 图形用户界面；3.通过浏览与地理要素关联的数据表，你可以了解地理数据是如何与其属性信息进行连接的；4.掌握 GIS 两中基本查询操作，加深对其实现原理的理解；5.初步了解设置图层显示方式图例的使用。二Arcgis 9.3 简介 1.GIS：GIS 是 一 个 基 于 数 据 库 管 理 系 统（DBMS）的分析和管理空间对象的信息系统。2.arcgis9.3 平台介绍 ArcGIS 是 ESRI 在全面整合了 GIS 与数据库、软件工程、人工智能、网络技术及其他多方面的计算机主流技术之后，成功地推出的代表 GIS 最高技术水平的全系列 GIS 产品。ArcGIS 是一个全面的，可伸缩的 GIS 平台，为用户构建一个完善的 GIS 系统提供了完整的解决方案。ArcGIS 的基本体系结构能够让用户在任何需要的地方部署 GIS 功能和业务逻辑，无论是在桌面、服务器、网络还是在野外。GIS技术通过提高信息交换和协同处理的水平，在众多的领域如辅助决策、资源及资产管理行业，在强化工作流程等方面极大地体现出其价值，很明显地为使用GIS技术的各种组织节省了费用。目前，为了将空间信息和空间功能扩展到企业的整个组织中去，传统的面向桌面的GIS需要向面向服务的GIS转化。从这层意义上看，GIS专家除了应用桌面软件管理空间数据资源，创建各种地图，组织面向不同需求的分析模型之外，还需要将这样的GIS信息和成果发布出去，使组织内各个层次，各个部门的人员，甚至通过互联网访问的普通大众能够分享到空间信息和空间服务带来的益处。ArcGIS正是以此为目标，为用户提供一套可伸缩而完整的GIS平台。3.arcgis desktop 介绍 ArcGIS Desktop 是 GIS 专业人士的主要工作平台，利用它管理复杂的 GIS流程和应用工程，用于创建数据、地图、模型和应用。它是在机构内部署 GIS应用的起点和基础。ArcGIS 桌面是一系列整合的应用程序的总称，包括ArcCatalog、ArcMap、ArcGlobe、ArcToolBox 和 ModelBuilder。通过通用的应用界面，用户可以实现任何从简单到复杂的 GIS 任务。根据用户的伸缩性需求，ArcGIS 桌面分为 4 个级别产品。ArcGIS Desktop 提供了很多可选的扩展模块，使得用户可以实现高级分析功能，如栅格空间处理以及三维分析功能。所有的扩展模块都可以在 ArcView、ArcEditor 和 ArcInfo 中使用。ArcGIS 空间分析扩展模块提供了众多强大的栅格建模和分析的功能，利用这些功能可以创建、查询、制图和分析基于格网的栅格数据。ArcGIS 空间分析模块还可以进行栅格和矢量结合的分析。使用该模块，用户可以获得数据的衍生信息，识别空间关系、寻址、计算点到点旅行的综合代价等功能。ArcGIS Desktop 主要特点。（1）功能强大；（2）可伸缩性；（3）标准、开放和互操作性；（4）技术成熟、安全稳定；（5）操作简便、易于开发。4.GIS 中两种基本查询的原理是什么？查询，通常是通过语句或表达式来定义的，用以在从地图上及数据库中选择要素。GIS 软件中两种基本查询原理是：根据位置查询要素属性和通过属性来查询要素。最普通的 GIS 查询就是确定在指定的位置有什么。在这类查询中，用户知道他感兴趣的要素的位置，但是想进一步了解与之相关的特征。在 GIS 中，这是很容易实现的，因为地图显示区中的地理要素与它们的属性是(描述性的特征)相互关联的，属性信息是存储在数据库中的。在 GIS 中，你可以在地图上点击一个要素来查看数据库中与之相关联的属性。另一类型的 GIS 查询是确定符合给定条件的要素它的位置在哪里。在这种情况下，用户知道要素的重要特征，他想要找出具有这些特征的那些要素的具体位置。假定你想查找。你应该使用这个限定条件创建一个查询表达式。一旦GIS 找到符合查询限定条件的要素，将会在地图上高亮显示这些要素。三、设计步骤及方法 第 1 步 启动 ArcMap，打开地图数据文档 启动 ArcMap。.执行菜单命令：开始所有程序 ArcGIS ArcMap 当出现 ArcMap 对话框时,点击 an existing map 单选按钮，然后点击 OK.浏览到 Exec1 文件夹,选中 Redlands.mxd 然后“打开”打开地图文档 Redlands 后,我们会看到加州 Redlands 市的地图。地图显示以图层表示的几种地理要素。一个图层表示某种专题信息。在 ArcMap 窗口的左边区域称为图层控制面板（TOC），它显示的是图层列表。窗口的右边区域显示的是图层控制面板中各图层的图形内容。例如,所有油炸圈饼店是点要素(以房屋符号表示)且被组合成名为 Donut Shops 图层。名为 Land use 的图层表示 Redlands 市土地利用现状，在这个图层中，根据 Voronoi 多边形的地类将其组合成不同类型的土地利用多边形。第 2 步 查询地理要素 在 ArcMap 中，通过在地图显示区点击某个要素你就可以查询其属性，了解它是什么东西。首先，你应放大地图，这样你更清楚地查看单个的要素。你可以使用一个先前创建的书签，这个书签存储着包含 ESRI 和附近街道的地理区域。执行菜单命令“视图”(View)“书签”(Bookmarks)“ESRI”当前显示区就被调整到书签 ESRI 所定义的区域。注意到，现在所有街道根据其名称显示了标注信息，你可以很容易找到 ESRI 所处的位置。地图文档的创建已决定了街道及 ESRI 的标注信息只在某个特定的比例尺范围才显示出来，在这个比例尺下它们可以很容易地找到。在“工具”工具栏上，点击 identify 按钮。如果看不到“工具”(Tools)工具栏，在菜单栏点击右键添加。在表示纽约街道（名为 New York）的线要素上点击(就在街道名左边的红色线段)。查询结果窗口打开并显示数据库中名为 New York 的街道的所有属性。你可能需要将查询结果窗口放大，才能看到所有的属性。“NEW YORK”属于 Local street（本地街道）类型的道路。为方便查看，将查询结果窗口移到不碍眼的位置，这样你可以同时看到这个要素在地图上的位置。查询结果窗口的左边，点击 New York(街道的名称)，这时，可以观察到这个要素在地图中“闪现”。从“图层”下拉列表框中选择“所有图层”，然后在在图上再次点击代表“New York”的那条街道。查询结果窗口现在包含了“Land use”图层中与选中的街道相交的地块。在查询结果窗口的左边区域，点 Land use 左边的加号(+),然后点击第一个要素(可能会列出不只一个要素)。这样，选定地块的所有属性都会显示出来。通过在显示区内点击，可以继续查询其它的要素。点击“查询结果窗口”右上角的X 结束查询。第 3 步 检索其它属性信息 在你浏览显示在图层列表（TOC）中某些图层的属性信息之前，你要重置 ArcMap 地图文档的显示区域为原来的显示区域。地图显示区域可以通过地图书签来定义。地图书签是为了防止地图显示变得混乱，可以通过书签恢复到原来的显示区域和显示风格。执行菜单命令“视图”“书签”“Original”。地图显示区将显示这些图层：Donut Shops,Railroads,Streets,及 Land Use.在图层列表（TOC）中，选中 Railroads 然后点击右键执行“打开属性表”命令。这时会显示与“Railroads”图层相关的属性表窗口。这个表中的每一行是一个记录，每个记录表示“Railroads”图层中的一个要素。在 Railroads 图层中有 11 条铁路线。请注意：图层中要素的数目也就是数据表中记录的个数被显示在属性表窗口的底部，在这个例子中，有 11 个记录，其中有一个记录被选中。向右拖动滚动条查看其它的属性。完成后，关闭属性表窗口。同样的方法，查看图层 Donut Shops 的属性表。关闭属性表.最后，打开图层Land Use 的属性表。注意到每个要素(记录)有一个属性(字段)LU_ABV，它是记录的是地类代码(土地类型的缩写)。在地图中，就是根据这个属性字段的值来确定每个地块的渲染方式的。完成后关闭属性表。第 4 步 设置并显示地图提示信息 地图提示以文本方式显示某个要素的某一属性，当你保持将鼠标放在某个要素之上时，将会显示地图提示。使用地图提示是获取指定要素属性信息比较简单的一种方式。将鼠标指针停留在代表圈饼点位置的一个符号的中心位置，可以显示圈饼点的名称。你可以在图层属性对话框中设置，地图提示信息来自于数据表中的哪一个字段。在图层列表中(TOC),右键点击图层 Donut Shops 的名字，然后点击“属性”命令。在出现的属性对话框中，点击“字段”选项页。通过设置主显示字段来设定地图提示信息的对应字段。你可以指定任一个属性字段作为地图提示字段。默认情况下，ArcGIS 使用字段“Name”作为地图提示字段。你可以改变为其它的字段。在主显示字段下拉列表框中，选中字段：Address.。点击 OK 按钮关闭图层属性对话框。将鼠标保持在图层 Donut Shops 中的任意一个要素之上。这个要素的“Address”就为作为地图提示信息显示出来。第 5 步 根据要素属性设置图层渲染样式 现在，图层Streets 是以单一符号进行渲染，每个要素都是同一种符号。你可以根据要素的属性来设置不同的渲染方式。首先，在图层列表(TOC)中反选 Land use 边上的检查框（将去掉），从而关闭图层 LandUse 的显示。然后右键点击图层Streets，点“属性”菜单命令。在出现的图层属性对话框中，点击“符号”选项页在对话框的左边区域，有地图渲染方式列表。点击“类别”，依次点击“唯一值”。在“值字段”下的下拉列表中，选择字段“CLASS”。点击按钮“添加全部值”。点击按钮“应用”(Apply)，先不要击点“确定”，移动图层属性对话框到不碍眼的位置，这样你就可以看到地图的显示发生了变化。现在，图层streets 就以会根据属性字段CLASS 的取值不同而采用不同的符号表示。在图层属性对话框中的渲染方式列表中，点“要素”，然后点“确定”按钮，恢复原先的渲染方式和显示风格。第 6 步 根据属性选择要素 有时，你可能需要显示满足特定条件的哪些要素。在这一步中，你将要选择及定位第 10 号州际公路。在图层列表(TOC)中，反选图层Railroads 边上的检查框，关闭这个图层。因为下面的操作不需要显示这个图层。执行菜单命令。在属性选择对话框中，你可以构造一个查询条件。通过构造表达式：Select*FromStreetWHERE”STR_NAME”=”I 10”,可以从数据库中找出第 10 号州际公路。选中的要素将会在属性表及地图中高亮显示。具体操作如下：在图层下拉列表中，选择 Streets。在方法下拉列表中，确定“创建一个新的选择集”被选中。在字段列表中，调整滚动条，双击“STR_NAME”。然后，点击“”按钮。再点击“得到唯一值”按钮，在唯一值列表框中，找到“I 10”后双击。点击“应用”按钮。将“属性选择”对话框移到不碍眼的益，这样，你将可以方便地看到地图显示效果。注意：在地图显示区中属性为“I 10”的第 10 号州际公路被高亮显示。选中的这些线段是第 10 号州际公路的组成部分。关闭“属性选择对话框”。第 7 步 使用空间关系选择地理要素 现在你将选择处于距 10 号州际公路 1000 米范围内的所有油炸圈饼店，这样如果你开车从帕姆斯普林到洛杉矶，饥肠辘辘时就可以很快找到歇脚的地方，可以美餐一顿。执行菜单命令“选择”“通过位置选择”。在“位置选择”对话框中，对过选择操作，形成如下的一个表达式，“我想要从图层Donut Shops 中选择要素，这些要素位于距图层Street 中被选中的要素 1000 米的区域内”。选中检查框“对要素进行缓冲区操作”，缓冲距离设为 1000 米。点“应用”按钮，点“关闭”按钮。这时，在地图显示区中，处于沿 10 号州际公路 1000 米缓冲区范围内的油炸圈饼点就会被高亮显示。在图层列表(TOC)中，右键点击图层 Donut Shops，然后点“打开属性表”命令。图层donut shops 中被显中的哪些要素就被高亮显示出来。关闭属性表。.上面的操作是通过空间分析实现的。在以后的课程中，你将会学会更多的更深入的空间分析功能的使用。第 8 步 退出 ArcMap 执行菜单命令 File Exit 关闭 ArcMap。点击 No，如果系统提示保存修改(savechanges)。四、课程设计总结 1.GIS 作为空间信息的处理、管理和分析系统，其功能遍历数据采集、分析、决策应用的全部过程，并能回答和解决以下五类问题：位置问题、条件问题、变化趋势问题、模式问题、模拟问题。我们这里只是使用了 GIS 关于数据的浏览和查询功能。GIS 提供的两种查询功能根据位置查询要素属性或通过属性来查询要素是最基础的也很有用的功能，是数据利用的第一步。2.地图显示以图层表示的几种地理要素。一个图层表示某种专题信息。在进行查询操作的时候，以各个图层为基础进行，类似于 Mapinfo。3.GIS 不仅仅是一个地理数据的存贮系统，它还提供了丰富的数据查询功能。更重要的，GIS 有自己的复杂而科学的空间分析模型和工具，使得我们可以通过 GIS 的空间分析功能，获取隐藏在 GIS 数据之中的信息和关系。地理信息系统集成了多学科的最新技术，如关系数据库管理、高效图形算法、插值、区划和网络分析，为空间分析提供了强大的工具，使得过去复杂困难的高级空间分析任务变得简单易行。本章将介绍 GIS 数据查询的基本知识和常用的 GIS 空间分析模型及其算法。课程设计 2 缓冲区分析应用 一、实验目的 缓冲区分析是用来确定不同地理要素的空间邻近性和邻近程度的一类重要的空间操作，通过本次实习，我们应达到以下目的：1.加深对缓冲区分析基本原理、方法的认识；2.熟练掌握距离制图创建缓冲区技术方法。3.掌握利用缓冲区分析方法解决地学空间分析问题的能力。二、实验准备 数据准备：图层文件 point.shp，lline.shp，polygon.shp 三、实验内容及步骤 1.距离制图创建缓冲区 1.1 点要素图层的缓冲区分析 1)在 ArcMap 中新建地图文档，加载图层：StudyArea，point 2)打开 Arctoolbox，执行命令-欧几里德距离(注意：若没有此模块，则需要从安装目录中添加)3)设置各参数。点击“环境设置”按钮，设置“常规选项”中的“输入范围”，使其与 StudyArea 相同。3)显示并激活由 point.shp 产生的新栅格主题，eucdist_poin。在进行分析时，若选中了 point 图层中的某一个或几个要素，则缓冲区分析只对该要素进行；否则，对整个图层的所有要素进行。1.2 线要素图层的缓冲区分析 1)在 ArcMap 中，新建地图文档，加载 line 图层，将地图适当缩小。2)分别选中图层 line 中的两条线，进行缓冲区分析，注意比较线的 缓冲区分析与点的缓冲区分析有何不同。方 法：打 开 Arctoolbox，执 行 命 令 -，设置“环境设置”中“常规选项”中的“输出范围”为“Same As Display”3)取消选定，对整个 line 层面进行缓冲区分析，观察与前两个分析 结果的区别（如下图）。前两个图叠加得到最后一个图。1.3 多边形图层的缓冲区分析 在 ArcMap 中新建地图文档，添加图层：polygon，进行缓冲区分析，观察面的缓冲区分析与点、线的缓冲区分析有何区别。与创建线的缓冲区相同，先将地图适当缩小，将“环境设置”中“常规选项”中的“输出范围”为“Same As Display”2综合应用实验 2.1 水源污染防治 Point 图层面表示了水源（如：水井）的位置分布，要求利用缓冲区分析找 出水源污染防治的重点区域 步骤：(1)在 ArcMap 中，新建地图文档，添加表示水源分布的点图层数据point.shp。(2)打开 ArcToolbox，执行-命令。(3)显示并激活由 point.shp 产生的新栅格图层 eucdist_poi1。(4)右键点击栅格图层 eucdist_poi1，在右键菜单中执行“属性”命令，设置图层显示符号，可调整分类和设置图例显示方式。新的栅格图层显示了区域内每个栅格距最近的水井的距离，其中红色的栅格距各个井的距离最近，对水源的影响最大；蓝色的栅格距各个井的距离最远，影响最小。(5)在本例中认为距各个水井 0.1 以内的区域对水质的影响和污染最大，因此，打开“空间分析”工具栏（首先要确保“空间分析”扩展模块已经加载），执行菜单命令-，将距离0.1 以内的区域提取出作为缓冲区进行专项的污染防治。（如下图）。2.2 受污染地区的分等定级 假定：point 图层表示的是几个点状污染源，距污染源的远近不同，受污染的状况也不同，距污染源越近，受污染越严重，据此对污染源附近地区进行分等定级。(1)在 ArcMap 中，新建地图文档，添加图层：point.、StudyArea。打开ArcToolbox，执行-命令，得到新的栅格图层 Dist_of_Point；注意：指定输出范围为“Same As StudyArea”(2)打开“空间分析”工具栏，执行命令：，基于栅格图层 Dist_of_point 进行栅格计算，分别提取（Dist_of_point0.1）和区域、及（dist_of_point=0.1&dist_of_point=0.15）的区域，分别得到栅格图层：“计算”和“计算 2”；(3)对栅格图层：计算 2”进行重分类运算（执行命令命令）使得原来的 True（1）值为 0，False（0）值为 1，得到新的栅格图层：Reclass of 计算 2。(4)将图层“计算”与“Reclass of 计算 2”相加（执行命令：），得到中间结果：计算 3：执行命令对栅格图层“计算 3”，按分等定级的要求进行分类得到结果栅格图层“Reclass of 计算 3”。(=0.1 的区域污染级别定为 1，)=0.1 且0.15 的区域级别定为 3)说明：本例中，第（2）（4）操作实际可以直接对栅格图层 dist_of_point进行重分类得到。2.3 城市化的影响范围 假定：urban 图层表示的是城市化进程中的一些工业小城镇，还包括一个自然生态保护区。这些小城镇的城市化会对周边地区产生一些扩张影响，但自然生态保护区周围 0.05 的范围内不能有污染性的工业，因此其城市化的范围就受到限制。(1)在 ArcMap 中，新建地图文档，添加图层：urban.shp、UrbanArea，对urban 图层中的自然保护区图斑（属性 Type=”保护区”）执行-命令，得到 Dist_Nature）；对 urban 图层中的除了自然保护区的所有图斑执行-命令，得到 Dist_Res （2）对图层 Dist_Nature 执行栅格计算（使用空间分析工具中的栅格计算器），提取=0.05 的区域，并进行重分类，使得原来的 True（1）值为 0，False（0）值为 1，得到“Reclass of 计算”。(3)对图层 Dist_Res 进行栅格计算提取=0.06 的区域，得到“计算 2”；将图层“Reclass of 计算”与“计算 2”相乘的栅格计算（使用空间分析工具栏中的栅格计算器），得到城市化范围“计算 3”图层。四、课程设计总结
