地理信息系统实验报告docx.docx

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地理信息系统实验报告docx

实验报告

实验名称：

地理信息系统原理A课程实验

所属课程：

地理信息系统原理A

开课学期：

2014－2015第一学期

所在专业：

所在班级：

学号：

姓名：

完成时间：

实验一：

地理信息系统基本构成…………………………3-7

实验二：

地理信息系统数据结构…………………………8-16

实验三：

地理信息系统数据管理………………………17-19

实验四：

地理信息系统数据处理………………………20-25

实验五：

空间操作及其空间分析………………………26-34

实验六：

地理信息系统数据输出………………………35-42

实验一　地理信息系统基本构成

一、实验目的

了解GIS的组成和软硬件平台，熟悉平台软件的界面环境、基本操作，理会GIS的基本功能

二、实验分组

每人一组，独立完成

三、实验内容

启动MapInfo

MapInfo界面结构

菜单命令

MapInfo的工具条

读取栅格图像并使用绘图工具

打开表

完成实验结果、体会指定项目，和个人收获。

四、方案设计（要求）

略

五、实验结果

1．快速启动项

2．系统界面情况

3．点数据层

4．线数据层

5．面数据层

六、实验体会（结论）

1．地理信息系统的基本构成

1.系统硬件：

数据处理设备（包括从服务器到图形工作站、个人计算机等各种形式的计算机），输入设备（数字化仪，大幅面图形扫描仪，数字摄影测量工作站，全球定位系统），输出设备（显示器、投影仪、绘图仪、打印机）

2.系统软件：

系统软件（操作系统和数据库软件）、GIS基础软件平台（如MapInfo）、GIS应用软件

3.地理空间数据和信息逻辑上分为矢量和栅格两种数据结构

4.应用人员（系统开发人员和最终用户）

5.应用模型（是和专业知识连接的纽带，模型的实现一般是在平台软件基础上进行二次开发的）

2．MapInfo的主要功能

①测量分析

②缓冲区分析

③地图代数

④多边形操作

⑤数字高程模型（DEM）分析

3．地理信息系统应具备的基本功能

1.数据采集与编辑:

……

2.数据存储与管理

3.数据处理和变换

4.空间分析和统计

5.产品制作与显示

6.二次开发和编程

实验二　　地理信息系统数据结构

一、实验目的

熟悉图象处理方法，明确数据结构构建原理，掌握图象配准、屏幕数字化、属性数据输入方法，理解物理坐标和用户坐标的转换关系及数据输入环境，体会图层概念

二、实验内容

栅格图象处理

在MapInfo环境下用不同方式进行栅格图象配准

矢量数据输入

属性数据输入

实验结果的指定内容及其它个人体会

三、实验步骤

略

四、结果

（一）栅格图象处理

1.图象配准提示框（你想简单地显示未配准的图象，或配准它使它具有地理坐标）截图

2.单位选择对话框截图

3.投影选择对话框截图

4.输入控制点坐标对话框截图

5.4个控制点坐标输入完毕的图象配准对话框截图

6.配准后的结果（文件\另存窗口\插入）

7.方法2的步骤结果截图（选做）

（二）屏幕矢量化（图形数据输入）

（三）属性数据输入

五、结论（体会）

1.关于图象配准的功能

配准一幅栅格图象时，要输入地图坐标（如经度／纬度），并指定栅格图象上与该坐标对应的点。

要在MapInfo中显示栅格图象前必须进行配准，以使MapInfo在显示图象时能够完成地理计算，如计算距离和面积等。

2.对物理坐标和用户坐标的概念及转换关系的理解

物理坐标系：

在设计、描述图形对象的时候，用户使用的通常是对象所在的世界坐标系。

在图形输出时，往往使用与设备物理参数有关的设备坐标系。

设备坐标系是物理设备的输入输出空间。

因此，设备坐标系又称为物理坐标系。

用户坐标系：

用户坐标系又称为世界坐标系。

由于图形坐标数据来自于GIS空间数据库，所以通常也采用世界坐标系。

其空间一般为实数域，理论上是连续的，无限的。

大地坐标系是地理坐标系的一种，也可以看作一种世界坐标系。

在用户坐标与物理坐标之间定义一个与设备无关的规范化坐标系。

这种坐标系每一位坐标的取值范围可以为【0，1】之间的实数，也可以是0到65535之间的整数。

为了与物理坐标系相区别，这种坐标系又称为逻辑坐标系。

绘图输出时，可以将世界坐标系坐标统一转换成逻辑坐标，逻辑坐标与设备坐标的映射由设备驱动程序完成。

3.控制点的选取

手工输入坐标值地图配准的方法需要事先确定控制点的经度与纬度坐标值，一般在经纬线的交点处容易确定；而应用已有矢量地图传递坐标值地图配准的方法则需要事先在地图上确定有明显标志的控制点位置，二者的方法不同。

无论何种方法，先需要确定控制点，而且控制点越多，误差越小。

4.图层的理解，图层的最基本文件应该是哪两个

栅格图像文件（JPEG）和图层文件（TAB）

5.本实验涉及的数据结构及其实现原理

（1）矢量数据结构

利用几何学中的点、线、面及其组合体来表示地理实体空间分布的数据组织方式。

其数据按点、线或多边形为单位进行组织，每个多边形都以闭合线段存储，多边形的公共边界被数字化两次和存储两次；点、线和多边形有各自的坐标数据；岛或洞只作为一个单个图形，没有与外界多边形的联系。

（eg.province）

（2）拓扑数据结构

点是相互独立的，点连成线，线构成面。

每条线始于起始节点，止于终止节点，并于左右多边形相连接。

（eg.river）

实验三　地理信息系统数据管理

一、实验目的

掌握数据组织、管理与维护方法，理解数据库连接技术，辨析MapInfo的数据管理模式

二、实验分组

每人一组，独立完成

三、实验内容

文件格式

数据结构

文件组织

表管理

ODBC接口

集成管理实现方式

远程数据库访问

MapInfo的数据管理模式

地理信息系统数据管理模式

四、方案设计（要求）

略

五、实验结果（结论）

1．快速启动并打开矢量数据（每一结果拟定一个标题，华文中宋，小四）

2．删除表

3．表的维护和管理

六、体会（收获）

1．MapInfo数据管理涉及数据库管理软件吗？

如何管理的？

MapInfo数据管理涉及到数据库管理软件。

空间数据以操作系统的文件形式保存在计算机中，具有代表性的有MapInfor使用的.WOR和.TAB文件。

空间数据文件存储和管理的特点是一个GIS软件可以同时直接使用多个空间数据文件，一个空间数据文件也可以同时为多个GIS软件共享。

为了避免不同文件之间的数据的冗余存储，相同的数据一般只能存储一次。

由此，发展出了采用数据库进行空间数据存储和管理的方法。

一个完整的数据库系统应该包括数据库存储系统、数据库管理系统和数据库应用系统三个组成部分。

数据库管理系统提供数据库建立、使用和管理工具的软件系统。

而数据库应用系统则是为了满足特定的用户数据处理需求而建立起来的，具有数据库访问功能的应用软件，从而提供给用户一个访问和操作特定数据库的用户界面。

2．地理信息系统现有的数据管理模式。

（1）初级式的管理模式

（2）混合式的管理模式

（3）扩展式的管理模式

（4）集成式的管理模式

实验四　地理信息系统数据处理

一、实验目的

熟悉投影变换、数据变换、数据融合、格式转换等基本数据处理手段，明确数据处理的原理。

二、实验分组

每人一组，独立完成

三、实验内容

空间数据的变换：

几何纠正，投影转换，坐标转换

数据结构的转换：

矢栅转换

数据融合：

文件转换与输入，不同格式数据的融合

数据编辑：

图形处理（整形、剪裁、分割、合并、擦除、转换、对齐节点）

属性表处理（操作重分类、列合并对象）

连接关系处理（对应关系编辑）

数据插值：

线对象平滑处理

四、方案设计（要求）

略

五、实验结果（结论）

1．数据编辑

调整对象式样

对象整形

对齐节点（自动捕捉）

对象转换

擦除对象

分割对象

增加对象

合并对象

裁剪

平滑

2．属性数据处理

六、体会（收获）

1．数据处理的主要目的

（1）由于地理信息系统涉及的数据类型多种多样，同一种类型的质量也可能有很大的差异。

数据处理作为地理信息系统的基础功能之一，能有效的保证系统数据的规范和统一，使数据满足用户需求。

（2）数据处理包括数据变换、数据重构、数据提取等内容。

数据变换包括纠正和地图投影转换等，以实现空间数据的几何配准。

数据重组，包括刚结构转化、格式转化、类型替换等，以实现空间数据在结构、格式和类型上的统一，多源和异构数据的联结与融合。

数据提取包括类型提取、窗口提取、空间内插等，以适应不同用户对数据的特定要求。

2．用重庆市（行政区）擦除四川（老行政区）时，对象指标分解的实际含义。

在研究四川省经济发展，如GDP的增长、居民可支配收入等等时，就可以将其与重庆市脱离开来独立研究，从而更容易发现发展中的弊端和问题，使政府的措施更有针对性和目的性。

3.平滑处理的实现原理

（1）线性平滑，是对每一个像素点的灰度值用它的领域值来代替，领域大小为N*N，N一般取奇数。

（2）非线性平滑，是对线性平滑的一种改进，即不对所有像素都用它的领域平均值来代替，而是取一个阈值，当像素灰度值与其领域平均值之间的差值不大于阈值时取其本身的灰度值。

（3）自适应平滑，一种根据当时当地情况来进行控制的方法，考虑到图像中目标物体和背景一般都具有不同的均值和方差，为保留一定的边缘信息，可采用自适应的局部平滑的滤波。

实验五　　空间操作与空间分析

一、实验目的

掌握空间操作方法，理解空间分析的基本原理

二、实验内容

选择查询

重分区

几何量算

空间统计

叠压节点

缓冲区分析

Voronoi

创建点

地理编码

DEM

三、实验步骤

略

四、结果

（一）选择与查询

1.从屏幕选择

2.选择查询

3.SQL查询

（二）重新分区

（三）空间量算

（四）空间统计（表统计）

（五）创建缓冲区

（六）Voronoi

（七）叠压节点（OverlayNodes）

五、体会

1.关于空间操作的算法原理

计算两个顶点之间的最短路径，空间网络分析中最常见的的问题。

Dijkstra算法是求单源最短路径的有效方法。

其原理描述如下：

由Dijkstra提出的该算法是按路径长度递增顺序产生各顶点的最短路径。

设最短距离已确定的顶点集合称为红点集，短距离尚未确定的顶点集合称为蓝点集。

初始时，只有源点的最短距离是已知的，所以红点集包含源点，蓝点集包含其他顶点。

重复以下过程，按路径长度递增顺序产生各蓝顶点的最短路径：

在当前蓝点集中选择一个距离最小的蓝点来扩充红点集，以保证算法按路径长度递增的顺序产生个顶点的最短路径。

每扩充一个蓝点到红点集中，则将蓝点集中剩余的蓝点的路径按照新加入的红点作为中间顶点进行修正，一旦加入新红点使得蓝点的路径长度变短，则用变短的路径代替原来的蓝点路径长度。

直到蓝点集中仅剩下最短距离为无穷大的蓝点，或者所需求的蓝点已扩充到红点集时，算法结束。

2.空间分析的统一工作流程

基于空间数据的分析技术，它是以地球科学原理为依托，通过分析算法从空间数据中获取有关地理对象的空间位置、空间分布、空间形态、空间形态、空间构成、空间演变等信息。

3.空间分析的意义

空间网络分析是GIS空间分析的重要组成部分。

通常用来描述某种资源或物质沿着路径在空间上的运动。

例如城市道路系统、各类地下管网系统、流域的水网等，都可用网络来表示，形成各类物质、能量和信息流通的通道。

空间网络分析的应用很广泛，如公共交通运营的线路选择和紧急救援行动线路的选择等；选择网络最佳路径；当估计排水系统在暴雨期间是否溢流及河流是否泛滥时，需要进行网流量分析或负荷；城市消防站分布和医疗保健机构的配置等。

可以看成是利用网络和相关数据进行资源的分配等。

实验六　地理信息系统数据输出

一、目的

明确地理信息系统输出的技术原理和基本的输出形式，掌握地图生成、专题地图制作方法。

二、内容

1.制作各省市教职工统计图。

2.用范围图法＋饼图法制作中国教职工分布图。

3.用柱状图法制作中国城镇及农村人均收入分布图。

4.用等级符号法制作中国主要城市人口图。

5.制人口密度专题地图

6.制人口密度3D地图

7.报表制作

8.布局窗口

三、步骤

略

四、结果

（1）

饼图

（2）柱状图

（3）等级符号

（4）3D地图

五、体会

1.地理信息系统生成图形（地图）的技术手段

（1）图形坐标系统

地球表面的世界坐标系：

世界坐标系也称用户坐标系。

由于图形坐标数据来自于GIS空间数据库，所以通常也采用世界坐标系。

其空间一般为实数域，理论上是连续、无限的。

大地坐标系：

是地理坐标系的一种，也可看作一种世界坐标系。

大地原点是大地坐标系的起算点，大地坐标系采用由大地测量方法决定的的大地纬度大地经度。

输出设备物理坐标系：

在设计、描述图形对象时，用户使用的通常是对象所在的世界坐标系。

在图形输出时，往往使用与设备物理参数有关的设备坐标系。

（2）颜色模型和颜色空间

RGB颜色模型：

RGB颜色模型是工业界的一种颜色标准，是通过对红（R）、绿（G）、蓝（B）三个颜色通道的变化以及它们相互之间的叠加来得到各式各样的颜色，称为加色法。

CMYK颜色模型：

以红、绿、蓝的补色青、洋红、黄为原色再加上黑色构成的颜色模型。

HSV颜色模型：

RGB和CMYK颜色模型都面向硬件的，而HSV颜色模型是面向用户的。

（3）GIS图形数据结构和数据库

二维矢量图形结构：

根据空间要素种类的不同，GIS中二维矢量图形结构可以有不同的表达方式。

对点状要素而言，可由一个表示几何位置的坐标对（x,y）表达，线状要素则由一串坐标{（x1,y1）,（x2,y2）,—（xn,yn）}表示；面状要素则由一个首尾相连的坐标串或多个坐标串表示。

栅格图像数据结构：

是空间数据的表示方法之一，任何面状分布的对象都可以用栅格数据逼近。

栅格数据的每一个元素都可以用行和列唯一的标识，而行和列的数目则取决于栅格的分辨率和实体的特征。

2.输出时其形式的改变及其在提取隐含信息方面的意义

（1）在GIS的输出过程中，如何实现从用户坐标到屏幕坐标系的变换，涉及几何变换问题。

二维图形的变换类型主要包括比例，旋转，平移和观察变换等。

比例变换就是将平面上任意一点的横坐标放大或缩小s11倍，纵坐标放大或缩小s22倍。

旋转变换就是将平面上任意一点绕原点旋转m角，通常角度逆时针为正，顺时针为负。

平移变换是将平面上任意一点眼x方向移动tx,沿y方向移动ty。

观察变换是把用户坐标系中指定窗口内的图形映射到屏幕上的视图区的过程。

地图投影变换就是从一种地图投影变换为另一种地图投影。

其实质是建立两平面场之间以及领域双向连续点的一一对应关系。

地图投影类型的分类，地图投影基本上可以依外在的特征和内在的性质进行分类。

前者体现投影平面上经纬投影的形状，具有明显的直观性；后者则是投影变形的实质。

常用投影的正反解计算，在GIS中常需要将地理坐标与投影坐标进行相互变换。

把地理坐标转化为投影坐标成为正解计算，将投影坐标反算到地理坐标的变换就是反解计算。

（2）意义

透明图层与影像图层：

地图中的各种要素，如境界线、交通线、居民地等常放在不同图层中。

图层是透明的，各图层叠加在一起构成完整的一幅地图。

专题地图的符号系统：

该系统运用地图符号来实现，不同的地图符号构成专题地图的符号系统。

符号在图上的位置取决于它所表现的实体的位置，符号的形状和大小取决于实体的质量或数量特征。

专题地图符号系统中的符号可以分为点位符号、线状符号和面状符号等。

铁路、公路、界限、堤坝等线状地物都采用线状符号表示。