武汉理工空间分析课程设计说明文档(共27页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上课程设计任务书学生姓名: 专业班级:地理信息系统1102班指导教师: 工作单位:资源与环境工程学院 题 目: 1、基于Model Builder的坡向变率提取研究; 2、基于主成分分析的湖北省各城镇综合竞争力评价研究初始条件:1、DEM提取坡向变率数据: 栅格数据:高程数据(dem.dem)2、基于主成分分析的湖北省各城镇综合竞争力评价数据: 矢量数据:单线河(.shp),道路(.shp),高速公路(.shp),行政区划(.shp), 面状河流(.shp),省界(.shp),铁路(.shp),县界(.shp) 属性数据:因子系数表(.xls)要求完成的主要任务: 1、
2、 DEM提取坡向变率: 利用所给dem数据,依据地面坡向变率与原始DEM坡向变率及反地形DEM坡向变率之间的定量公式SOA=( SOA1+ SOA2 )-Abs( SOA1- SOA2 )/2提取该区域坡向变率栅格数据。 2、基于主成分分析的湖北省各城镇综合竞争力评价:获取 湖北省各城镇综合竞争力等级分布图 ;评价指标确定:从已有指标变量中筛选参加主成分分析的变量;综合竞争力衡量标准确定:依据相关理论设置不同权重并加权求和。3、各人独立完成课程设计并书写课程设计报告。具体内容包括:该课程设计的目的、要求,数据,软硬件环境,方案设计,方案的具体步骤(包括相关步骤图表),课程设计成果,总结等。4、
3、各小组ppt答辩。时间安排: 2013.12.30日2014.1.17日指导教师签名: 年 月 日系主任(或责任教师)签名: 年 月 日目录课程设计一:基于Model Builder的坡向变率提取研究课程设计二:基于主成分分析的湖北省各城镇综合竞争力评价研究专心-专注-专业课程设计一:基于Model Builder的坡向变率提取研究1 实验背景及意义坡向变率1是指坡向在水平方向上的变化率,即地形表面上的某点扭曲变化程度的定量化因子在水平方向上的分量,即在提取坡向的基础上,提取坡向的变化率,亦即坡向之坡度(Slope of Aspect,SOA)。它可以很好地反应等高线弯曲程度。由于在一些特征地
4、形要素提取过程中,所需的平面曲率较难获得,而坡向变率(SOA)在一定程度上可以很好地表征平面曲率。因此,在提取过程中以SOA代替平面曲率,在一定程度上能简化实际问题,可为进一步提取地形特征信息(如山谷线、山脊线)提供判断依据和前提条件,对于地形地貌研究及许多工程应用方面都具有很重要的现实意义。2 实验目的 通过本次实验掌握基本地形特征信息的理论及基于DEM数据的地面坡向变率提取方法和原理;同时,熟练掌握ArcGIS 软件中空间分析建模工具的相关理论知识以及利用Model Builder提取坡向变率信息的建模流程。 3 实验基础数据及软硬件环境要求(1)实验基础数据:某区域栅格DEM数据。(2)
5、软硬件环境:装有ArcGIS10.1的计算机。(3)实验要求:利用所给区域 DEM数据,基于空间分析建模工具提取该区域坡向变率栅格数据。4 实验原理介绍 (1)坡向变率是反映地形在水平方向上变化特征的关键指标,在数字地形分析中具有重要作用。基于规则格网 DEM是最主要的坡向变率的提取方法。提取原理是在所提取的地表坡向矩阵的基础上沿袭坡度的求算原理,提取地表局部微小范围内坡向的最大变化情况。但是SOA在提取过程中在北面坡将会有误差产生,所以要将北坡坡向的坡向变率误差进行纠正,其公式1为:SOA=( SOA1+ SOA2 )-Abs( SOA1- SOA2 )/2 其中:SOA1为原始DEM数据层
6、坡向变率,SOA2为反地形DEM数据层坡向变率。 (2)ModelBuilder建模工具,为设计和实现ArcGIS中各种数据处理提供了一个图形化的建模环境。5 实验方案设计 本次实验依据地面坡向变率与原始DEM坡向变率及反地形DEM坡向变率之间的定量公式设计流程图如下:图1-1 坡向变率提取实验方案设计流程6 实验步骤解析6.1 实验准备工作(1)设置原始数据英文路径:在F盘新建一个文件夹“ModelBuilder”,并新建子文件夹“data”,将原始数据拷到“data”中。(2)设置实验相对路径:启动ArcGIS Lisence,双击打开ArcMap,file-map document pr
7、operties-勾选“存储数据源的相对路径”,在文件夹中新建一个geodatabase-应用-确定。(如图1-2)图1-2 设置相对路径(3) 设置工作空间: 右键菜单栏下的Catalog,在弹出的窗口中单击Options按钮,打开Catalog Options对话框,设置浏览路径到“ModelBuilder”文件夹中,点击应用、确定即可完成对Catalog工作空间的设置;(如图1-3) 右键菜单栏下的ArcToolbox,在弹出的窗口中右键“ArcToolbox”Environments,打开环境设置对话框,将Workspace下的路径浏览到“ModelBuilder”文件夹下的geoda
8、tabase中,点击ok即可完成ArcToolbox工作空间的设置。(如图1-4) 图1-3 设置Catalog工作空间 图1-4 设置ArcToolbox工作空间(4) 加载原始数据:单击add data,打开add data 对话框-选中dem数据-单击add即可将所有图层加载到地图中。6.2 新建空白空间分析模型(1)新建dem工具箱:右键“My Toolboxes”NewToolbox,右键重命名为dem; (2)新建空间分析模型:右键demNewModel,右键重命名为SOA;右键SOAEdit即可看到空白空间分析模型。(如图1-5)图1-5 空白的SOA空间分析模型6.3 建立原D
9、EM坡向变率提取模型(1) 拖入分析工具:右击ModelEdit拖入3D分析工具/Raster Surface下的Aspect和Slope工具;(如图1-6)(2) 设置输入输出数据:双击Aspect工具选择dem为输入图层,自定义输出图层名字为Aspect1(如图1-7);双击Slope工具选择Aspect1为输入图层,自定义输出图层名字为SOA1(如图1-8),得到原DEM坡向变率提取模型(如图1-9)。 图1-6 拖入Aspect和Slope工具 图1-7 原DEM坡向提取模型输入输出设置 图1-8原DEM坡向变率提取模型输入输出设置 图1-9原DEM坡向变率提取模型6.4 建立反地形D
10、EM坡向变率提取模型 (1) 属性查找原DEM最大高程值:右键dem图层,打开属性对话框,在Source标签下找到Max即原DEM最大高程值为1153.8,如图1-10;(2) 拖入分析工具:右击ModelEdit拖入空间分析工具/Map Algebra下的Raster Calculator工具以及3D分析工具/Raster Surface下的Aspect和Slope工具,如图1-11;(3) 设置输入输出数据:双击Raster Calculator工具输入公式1153.8 - %dem (2)%,自定义输出图层名字为fanDEM(如图1-12);双击Aspect工具选择fanDEM为输入图层
11、,自定义输出图层名字为Aspect2(如图1-13);双击Slope工具选择Aspect2为输入图层,自定义输出图层名字为SOA2(如图1-14),得到反DEM坡向变率提取模型,如图1-15。 图1-10 属性查找原DEM最大高程值 图1-11 拖入工具 图1-12 计算反地形DEM 图1-13 反DEM坡向提取模型输入输出设置 图1-14反DEM坡向变率提取模型输入输出设置图 图1-15 反DEM坡向变率提取模型6.5 建立地面坡向变率提取模型(1) 拖入分析工具:拖入空间分析工具/Map Algebra/Raster Calculator 工具; (2) 设置输入输出数据:双击Raster
12、 Calculator 工具输入计算公式,自定义输出图层为SOA(如图1-16)即可得到地面坡向变率,并单击Auto Layout自动美化模型布局,最终模型显示如图1-17,最后保存模型。图1-16 计算地面坡向变率 图1-17 地面坡向变率提取模型6.6 模型运行及结果显示 右键单击Raster Calculator(2)工具Run即可运行模型(如图1-18);右键单击SOA结果图层Add to Display即可显示分析结果(如图1-19)。 图1-18 模型运行界面 图1-19 分析结果显示6.7 制作专题图(1) 视图转换:单击菜单栏View下的Layout View完成布局视图的转换
13、;(2) 页面和纸张设置:右键地图空白处-打开页面设置(page and print setup)-纸张大小(size)设置为A4,方向(orientation)设为水平(landscape)-ok;(3) 添加地图要素:通过菜单栏下的Insert添加图名、图例、指北针、比例尺、制图人、制图单位、地图投影和坐标系统等;(4) 地图要素的调整与地图美化和完善;(5) 输出为地图:File-Export Map,生成JPEG或PDF格式的地图,双击可查看结果图效果。见附页彩图“某区域地面坡向变率分布图”。7 实验结果与分析 由专题图可知,坡向变率高坡向在水平方向上的变化率大的地方呈现一种立体的山脊
14、山谷状,这也证明了地面坡向变率代替用于提取山脊线山谷线的平面曲率的正确性及两者的一致性。 ArcGIS中坡向值的取值范围是0,360),致使相邻坡向值之差的取值范围为0,360),超出了正确的范围提取坡度时,就会造成误差。现在许多GIS平台软件中均采用三阶反距离平方权差分算法1提取高精度的坡向变率,但提取过程仍存在一定较小的误差。8 实验讨论与总结 本次实验不同于直接利用空间分析工具一步一步地解决地理问题,而是利用Model Builder建立集合所有分析过程的模型实现地理问题的一次性解决,以提高实验效率。通过查阅相关资料2得知,Model Builder的优势有以下几点:(1) 集合地理处理
15、流程使分析简易化、流程化:Model Builder可以集合一个复杂地理问题中所有分析过程,只要建立集合起来的分析模型即可一步解决相关地理问题。一旦实验结果有误,均可通过查看模型流程是否正确,使得检查效果一目了然,节省时间,提高效率。(2) 模型重用性及分享性高:利用Model Builder建立好分析模型后将之保存为My model,方便下次使用,提高模型重用性,也可移植到他人电脑分享使用。(3) 模型集合度及层次度高:利用Model Builder建立的模型之间可以互相包含,即一个模型中还可以包含子模型,实现更复杂的应用。参考文献1 谢轶群,汤国安,江岭.DEM提取坡向变率中的误差特征与消
16、除方法.国家自然科学基金,2013(2).2 李鸿奎,解鹏,冯晓琳,孔凡强.基于ModelBuilder的农用地图斑地形因子自动提取与应用.国土与自然资源研究,2013(3).课程设计二:基于主成分分析的湖北省各城镇综合竞争力评价研究1 实验背景及意义1.1 实验背景 在全球化及经济快速发展的背景下,区域与国家间的竞争已逐渐演变为城市间的竞争,现代城市只有通过增强自身的竞争力才能在复杂的竞争环境中取得有利地位。城镇综合竞争力强弱综合反映了城镇的生产能力、交流能力、科技创新能力及社会面进步以及对外影响力1等实力,科学评价城市竞争力也是制定城市发展战略的基础。1.2 实验意义 以作为我国中部地区大
17、省之一的湖北省的各城镇为例,对其进行综合竞争力统计分析及结果评价,可以帮助我们发现各城镇在社会生产中存在的问题,以及影响总体发展水平的因素,并依据分析结论为各地区的效益发展提供一种理论依据,从而促进区域健康发展。 2 实验目的 通过本次实验掌握SPSS软件中主成分分析的理论知识及基于主成分分析的相关地理问题评价方法和原理,明确评价类问题的一般流程及指标选择及权重赋予的一般思路;同时,熟练掌握ArcGIS 软件中分级设色的相关操作流程以及利用生成的专题图进行结果评价分析的思路。3 实验基础数据及软硬件环境要求(1)实验基础数据:湖北省各城镇单线河(.shp)、道路(.shp)、高速公路(.shp
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- 武汉理工 空间 分析 课程设计 说明 文档 27
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