地理信息系统应用教案.pdf
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1、资环学院 地理信息系统原理教案吴琳娜编写适用专业:地理信息系统贵州大学二o年刖 百本实验是在 地理信息系统原理的课堂教学中进行的,旨在通过30个学时的实验课程,使学生进一步加深对课堂所学理论知识的理解与认识,增强实际动手能力,培养其理论与实践相结合的能力,锻炼学生利用G IS分析相关问题的思维方式,掌握空间数据处理与分析的操作规程和步骤,基本了解地理信息系统的基础软件。该实验都属于基础实验,通过上机操作,锻炼学生利用G IS进行实际问题分析的能力,让学生充分明白地理信息系统强大的应用分析功能。本实验指导书是针对我院地理信息系统专业本科教学特点而编写的,步骤清晰、明了,原理深入浅出,易于学生学习
2、和操作。主要介绍ArcGIS地理信息系统软件平台,详细阐述了数据采集与编辑、数据处理与变换及数据的空间分析和简单的统计分析功能。通过对该指导书的学习,学生可以尽快掌握这三种软件基本功能的实现过程与步骤,也可作为非地理信息系统专业本科生地理信息系统课程实验参考教材:一、概述实验一 ArcGIS软件认识复习地理信息与地理信息系统概念、加深对拓扑关系、空间对象、要素类、要素数据集概念的理解,掌握基于ArcGIS9.2 软件的空间数据采集编辑、处理变换及空间分析的原理和方法。二、推荐参考书党安荣等.ArcGIS 8 Desktop地理信息系统应用指南,北京:清华大学出版社,2003(2)樊红等.ARC
3、/INFO应用与开发技术(修订版),武汉:武汉大学出版社,2002(3)关泽群等.Arcinfo基础教程,北京:测绘出版社,2002(4)MAPGIS地理信息系统用户教程,中国地质大学(武汉)信息工程学院武汉华地图形数据公司,1998.12(5)MAPGIS地理信息系统实用教程,中国地质大学(武汉)信息工程学院武汉中信息工程有限公司(6)党安荣等.ERDAS IMAGINE遥感图像处理方法,北京:清 华 大 学 版 社,2003(7)汤国安等.ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程,北京:科学出版社,2006三、实验内容实验一 ArcGIS软件认识第一部分数据采集与编辑一、基本概念1、地理信
4、息系统:由计算机硬件、软件和不同的方法组成的系统,该系统设计用来支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示,以便解决复杂的规划和管理问题。2、地理信息系统构成:系统硬件、系统软件、空间数据库、空间模型、应用人员3、地理空间数据:是以地球表面空间位置为参照的自然、社会和人文经济景观数据,可以是图形、图象、文字、表格和数字等。它是由系统的建立者通过数字化仪、扫描仪、键盘或其他系统通讯设备输入G IS,是系统程序作用的对象。4、数据采集与输入:即将系统外部原始数据传输到GIS系统内部的过程,并将这些数据从外部格式转换到系统便于处理的内部格式。地理信息采集(包括地图的输入)可以用数字化仪、图形扫
5、描仪、电子平板测图仪、摄像输入或者从其它系统的磁盘数据文件有选择的输入,计算机通过接口与外部设备连接,获得数据。在利用数字化仪、电子平板测图仪进行地理数据采集时,用户可以随时对输入的地图数据进行修改与编辑,系统能够在任何比例下,在任何地图投影上获得数据,然后将这些数据转换成统-的地图比例尺和相同地图投影的空间数据,存储在数据库中。为了防止地图数字化过程中被移动,系统提供完善的地图位置检测与变换程序,以便保证数据采集的正确性。采用扫描仪采集地图数据时,系统能够通过窗口对地图的任何局部以黑白或者彩色方式扫描,并能把扫描后获得的图象任意裁剪、粘贴与复制,以多种通用的数据存储。在后处理过程中,能够在较
6、小的人工辅助干预下实现线段跟踪与符号的识别,完成图象格式数据向图形格式数据的转换。5、ArcGIS支持文件和数据库中的GIS数据:基于文件的空间数据类型包括对多种G IS数据格式的支持,如coverage,shapefile,grid,image和TIN。Geodatabase数据模型也可以在数据库中管理同样的空间数据类型,这样,可以利用关系数据库已有的优点。基于文件的空间数据基于数据库的空间数据CoveragesOracleShapefilesOracle with SpatialGridsDB2 with its Spatial TypeTINsSQL ServerImages(各种格式的
7、)Personal Geodatabases(微软的 Access)Vector Product Format(VPF)filesC A D文件表(各种格式的)6、什 么 是Geodatabase:Geodatabase是一种采用标准关系数据库技术来表现地理信息的数据模型;是按照层次型的数据对象来组织地理数据,这些数据对象包括 对 象 类(Object Classes)、要 素 类(Feature Classes)和 要 素 数 据 集(Featuredataset)等。7、Geodatabase类型:个 人Geodatabase,对 于ArcGIS用户是免费的,它 将GIS数据存储在小型数据
8、库中。个 人geodatabase更像基于文件的工作空间,数据库存储量最大为2GB。个 人geodatabase使用微软的Access数据库来存储属性表。对于小型的GIS项目和工作组来说,个 人Geodatabase是非常理想的工具。通常,GIS用户采用多用户Geodatabase来存储和并发访问数据。多用户Geodatabase通 过ArcSDE支持多种数据库平台,包 括IBM DB2,Oracle(有或没有Oracle Spatial都可以)和SQLServer。多用户Geodatabase使用范围很广,主要用于工作组、部门和企业。8、对象类:一种特殊的类,它没有空间特征,其实例为可关联某
9、种特定行为的表 记 录(Row in table)。如:某块地的主人。在“地块”和“主人”之间,可以定义某种关系。9、要素:就是带有位置属性的对象。通常,要素由点、线、多边形或者注记来表小。10、要素类:同类空间要素的集合即为要素类。如:河流、道路、植被、用地、电缆等。要素类之间可以独立存在,也可具有某种关系。11、要素数据集:要素数据集由一组具有相同空间参考(Spatial Reference)的要素类组成。12、一般而言,在以下三种情况下,我们考虑将不同的要素类组织到一个要素数据集中:专题归类表示当不同的要素类属于同一范畴。如:全国范围内某种比例尺的水系数据,其点、线、面类型的要素类可组织
10、为同一个要素数据集。创建几何网络在同一几何网络中充当连接点和边的各种要素类,须组织到同一要素数据集中。如:配电网络中,有各种开关、变压器、电缆等,它们分别对应点或线类型的要素类,在配电网络建模时,我们要将其全部考虑到配电网络对应的几何网络模型中去。此时,这些要素类就必须放在同一要素数据集下。考虑平面拓扑(Planartopologies)共享公共几何特征的要素类,如:用地、水系、行政区界等。当移动其中的一个要素时,其公共的部分也要求一起移动,并保持这种公共边关系不变。此种情况下,我们得将这些要素类放到同一个要素数据集下。13、Coverage文件优点:空间数据与属性数据关联。空间数据放在建立了
11、索引的二进制文件中,属性数据则放在D B M S 表(T A B L E S)里面,二者以公共的标识编码关连。矢量数据间的拓扑关系得以保存。由此拓扑关系信.息,我们可以得知多边形是哪些弧段(线)组成、弧段(线)由哪些点组成、两条弧段(线)是否相连以及一条弧段(线)的左或右多边形是谁?这就是通常所说的“平面拓扑”。二、数据采集与编辑操作()s h a p f i l e 文件创建1、创建s h a p f i l e 文件(1)在 A r c C a t a l o g 目录树中,右键单击需要创建S h a p e f i l e 的文件夹,单击N e w,再单击S h a p e f i l
12、e,如图1.1 所示。(2)打开C r e a t e N e w Sha pe f il e 对话框,设置文件名称和要素类型。要素类型可以通过下拉菜单选择 P ol yl ine、P ol yg on,Mu l t iP oint、Mu l t iP a t c h 等要素类型。如图1.2所示。_ l 地理信息系统与遵15 轮 t1 祉B 年i 月e E二一I 教掌囹05学计划chu他 J?20实社大丽指5网 )m u _J AKGIS同单开发9也,J JKCEHCT英在科*=J ictw,buV:二 J Pveri ntflOBAXS O tobiitjV网 创新杯.J q IM实总室展U
13、国 土地管理信月第t;生 _ J 学灯不而示盘明日 口”*)地 照 做 1田 口 地 整 031王 型 四 生 典叫丁.7旭 照卯 所*-J *X g it,口才,.富 a X招a C必女2,3.日-J ”:R Srch生,J 2-NsCtrBC住 _J”1 日 FrprHCrtx xkv shpfilEUrFilFrsonlLrr1fyer.Toolb。笠_J Arelafo Yorkxfm PASI T M回 IVO t MCZTC*.黑 Locator.XML Dom ntName|New_Shape(iieFeature Type I QSEMMHHHMMH.Show Detaikr
14、Coordnates willCox(Snate$willSpat ia l Reference A HC oordin*.Sytta|Vnknovn图1.1图 1.2(3)单击E d it 按钮,定义Sha pe f il e 的坐标系统,打开Spa t ia l Re f e r e nc e 对话框。(4)单 击 Se l e c t 按钮,可以选择一种预定义的坐标系统;单 击 I mpor t 按钮,可以选择想要Slct.Select pr4fmd coordinatt iystM.Import coordint and X/T,Import Z and M domtans frM a
15、 xistin1 codalst(.datMet,Nev I Cr*t a nev coordinate system;Edit th proprtis of th currently_ I tlctd coordinM.iystaSets th coordintt*(yita to VnknowiSave the coordinate syst to 定|浦|复制其坐标系统的数据源;单击N e w 按钮,可以定义一个新的、自定义的坐标系统。(5)如果Sha pe f il e 要存储表示路线的折线,那么要复选C oor d ina t e s w il lc ont a in M V a l
16、 u e s,如果Sha pe f il e 将存储三维要素,那么要复选C oor d ina t e sw il l c ont a in Z V a l u e So(6)单击O K 按钮,新的Sha pe f il e 在文件夹中出现。2、创建新的d B ASE 表在 C a t a l og 目录数中,右键单击需要创建d B ASE 表的文件夹,单击N e w,再单击d B ASE 表,为其输入一个名称,并按回车键。囱3、添加和删除属性在 Ar c C a t a l og 中,可通过添加、删除属性项来修改Sha pe f i l e 和 d B ASE 的结构。可以添加新的具有合适名
17、称和数据类型的属性项,属性项的名称长度不得超过10个字符,多余的字符将被自动截去。Sha pe f il e 文件的F I D 和 Sha pe 列以及d B ASE 表的0I D 列不能删除。0I D 列是Ar c G I S在访问d B ASE 表内容时生成的一个虚拟属性项,它保证了表中每个纪录至少有一个唯一的值。Sha pe f il e 文件和d B ASE 表除F I D、Sha pe 和 0I D 列以外,至少还要有一个属性项,该属性项是可以删除的。在添加属性项之后,必须启动Ar c Ma p的编辑功能才能定义这些属性项的数值。(1)在 Ar c C a t a l og 目录树中
18、,右键单击需要添加属性的Sha pe f il e 或 d B ASE表,单击P r ope r t ie s,如图1.4 所示。(2)打开Sha pe f il e P r ope r t ie s 对话框,单击F ie l d s 标签,如图1.5 所示。在 F il e d N a me 列中,输入新属性项的名称,在 D t a t T ype 列中选择新属性项的数据类型。在下方的F ie l d P r ope r t ie s 选项卡显示了所选数据类型的特性参数,可在其中输入合适的数据类型参数。(3)单击确定按钮,完成属性项的添加。二教 学_ 1 0S1 m 的 T 假 1二)地 理
19、 031一J 地 理 041地 理 任L J 地 理 041软 件 后 1 H g Copy 量C r t*L yrfixpor tRnQ*IIL J 才L J Z 回G电ii 一的i5曹建利外 学,数 字 t毕业:.生 产 实 习电子检02图 1.4 图 1.5在上述Sha pe f il e P r ope r t ie s 对话框中,选中需要删除的属性项,在键盘上按D e l e t e 键,删除所选属性项,单击确定按钮,完成属性项删除。(二)c ov e r a g e 文件创建1 创建新的C ov e r a g e(1)创建新的C ov e r a g e在Ar c C a t a
20、 l og 目录树中,右键单击需要创建C ov e r a g e 的文件夹,单击N e w,再单击C ov e r a g e,如图1.6所示。(2)打开N e w C ov e r a g e 对话框,为新的C ov e r a g e 输入一个名字,选中使用另一个C ov e 作为模板的复选框,并单击B r ow s e 按钮,选择想作为模板使用的C ov e r a g e,如图1.7所示。_ J 纯理041地理信息不&教 B1L/IH WH“WF 11J i)二J T t f B-:_|毕业设计-!_J Jt产实习,)口电子粉笔0 02H _ J 号试“口?等 名 图香 暄值意不熄学
21、生名单,国眩端表S ”文传任务g说明口证件|0-0-6 8-(5)颠添赛T.lbKArclnf*(ork*pcjBASE Tabi*im?I x|H*covragn|nvcovr(TAplt coverys*n existing coverage s template forf tpcfyiac th*n”crrcB tic.boundary endprojectioa infor*tioa(XceMended)T*plat cover4I w|Hx|Ctnc“|图 1.6图 1.7(3)单击N e xt 按钮,打开定义投影对话框,如图1.8所示。单击D e f ine 按钮,定义或修改新建C
22、 ov e r a g e 的投影,单击N e xt 按钮,在下拉式菜单中选择将有拓扑的要素类,如果想创建一单精度的C ov e r a g e,单击Sing l e 按钮。双精度是默选项,如图1.9 所示。单击F inis h按钮,新的C ov e r a g e 出现在C a t a l og 中。图 1.8图 1.92、建新的I N F O 表(1)在Ar c C a t a l og 目录右键单击要新建I N F O 表的文件夹,单击N e w,选择I N F O表。打开I t e m d e f init ion选项组的I t e m t ype 列中,选择表格第一数据列的数据类型,
23、根据所选数据类型、分别输入列的字段名(I t e m na me)、列 宽(I t e mw id t h)显示宽(D is pl a y w id t h)、小数点位数(D e ci m a l p l a ce s)如图 1.10。(2)单击Ne w i t e m 按钮,添加另一数据列字段并对数据列参数进行定义,直至添加了所有的数据列。(3)如果要删除或修改某列,可以使用I t e mn u m b e r 后的箭头,浏览到该列单击0 K 按钮,新建的I NF O 表出现在C a t a l o g 中。(4)R e m o v e i t e m 按钮或进行修改。(5)单击0 K 后,
24、完成操作。3、建立拓扑 IPO T61图 1.10Bu i l d与C l e a n 都是建立拓扑的方法。Bu i I d在确定C o v e r a g e 的同时仍保持原来属性表中的数据项,但C l e a n 依据一定的容限值,建立多边形和弧段结点的拓扑关系,可以完成一些Bu i l d无法完成的工作。(1)在Ar cC a t a l o g 目录树中,右键单击需要建立拓扑关系的C o v e r a g e,单击图 1.11 BuildAnno subclass.Input Coverage:e八科研,环境地理信息系统开发,环保装,.JO-c m c c c1 1 2 S 1OKC
25、ancel|图 1.12图 1.13P r o p e r t i e s 命令,打开C o v e r a g e p r o p e r t i e s 对话框,如图 1.11 所示,进入G e n e r a l选项卡,在f e a t u r e cl a s s e s 中,选择需要建立拓扑关系的地理要素类。单击Bu i l d按钮,打开Bu i l d对话框,如图1.12 所示。根据需要,改变建立拓扑关系的F e a t u r e cl a s s 或者An n o s u b cl a s s0 单击O K 按钮,(2)或单击C l e a n 按钮,打开C l e a n 对
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