091地理信息系统原理实验指导书环科.docx
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091地理信息系统原理实验指导书环科
《地理信息系统原理》
实验指导书
编写
适用专业:
地理信息系统
二O一一年八月
前言
“地理信息系统(GIS)”是资源环境空间数据管理和空间信息分析的实用计算机系统平台,上机操作的目的是使学生进一步了解地理信息系统的数据结构、系统组成及地理空间分析技术在环境科学与环境工程中的应用。
通过MAPGIS软件的使用,培养学生利用计算机辅助软件的能力。
要求学生熟悉环境地理信息系统使用和设计的基本思路及方法,掌握常用地理信息系统专业软件的基本操作技能。
为了使学生更好地理解和深刻地把握这些知识,本课程设计了六项实验。
实验一:
MAPGIS简介与输入编辑。
要求学生初步了解MAPGIS软件的主要功能,掌握MAPGIS中几种主要的文件类型,掌握图像的输入编辑操作。
实验二:
线、点的输入及编辑操作。
使学生掌握线、点的输入操作及对线、点的各种编辑操作。
实验三:
区的输入及编辑操作(造区)。
通过实习操作,掌握MAPGIS中输入区和自动生成区的方法,掌握常用的区操作命令。
实验四:
误差校正。
通过上机操作,初步掌握MAPGIS中误差校正的原理及步骤。
实验五:
标准图框-投影变换。
通过上机操作,使学生掌握MAPGIS中标准图框-投影变换的方法和步骤。
实验六:
图形裁减。
使学生掌握MAPGIS中图形内裁和外裁的方法及步骤。
本课程实验指导书步骤清晰、明了,原理深入浅出,易于学生学习和操作。
目录
1、实验一:
MAPGIS简介与输入编辑···························································4
2、实验二:
点、线的输入及编辑操作·························································9
3、实验三:
区的输入及编辑操作·································································10
4、实验四:
误差校正···················································································13
5、实验五:
标准图框-投影变换···································································16
6、实验六:
图形裁减···················································································21
7、附件一:
实验报告基本内容要求·····························································23
8、附件二:
实验报告格式············································································24
实验一:
MAPGIS简介与输入编辑
实验学时:
2
实验类型:
基础
实验要求:
必修
一、实验目的
初步了解MAPGIS软件的主要功能,掌握MAPGIS中几种主要的文件类型,掌握图像的输入编辑操作。
二、实验内容
常用术语介绍;MAPGIS几种主要文件类型及后缀介绍;MAPGIS总体结构;输入编辑步聚。
三、实验组织运行要求
根据本实验的特点、要求和具体条件,采用集中授课形式。
四、实验条件
硬件:
dell电脑40台,软件:
MapGIS软件
五、实验步骤
1、几个术语介绍
图层:
按照一定的需要或标准把某些相关物体组合在一起。
可以把图层理解为一张透明薄膜,每一层的图元在同一薄膜上,如水系力图层、铁路图层、地质界限图层、断层图层等。
图层的分层有利于地图图元的管理,提高成图速度。
栅格图:
即扫描的图像。
矢量图:
即进行了数字化的图像,图中的每一个点都有相对的X和Y坐标。
图元:
图面上表示空间信息特征的基本单位,分为点、线(孤段)、多边形等三种类型。
点元:
点图元的简称,有时称点。
指其位置只有一组X和Y坐标来控制。
它包括字符串(注释)、子图(专用符号)等。
所有点保存在点文件中(*.wt)
结点:
指某线或孤段的端点或数条线或孤段的交点。
结点平差:
使几条线或孤段成为共用一个结点的过程线图元:
地图中线状物的总称。
如划线、省界、国界、地质界线、断层、水系、公路等。
所有线图元都保存在线文件中(*.wl)区图元(面图元):
由线或孤段组的封闭区域,可以以颜色和花纹图案填充。
如湖泊、地层、岩体分布区等。
所有区图元都保存在区文件中(*.wp)。
工程:
对一系列的点、线、面文件进行管理的描述性文件。
2、MAPGIS几种主要文件类型及后缀
.wp区(面)文件
.pnt控制点文件
.wl线文件
.wt点文件
.tif栅格文件
.rbm光栅求反后文件
.mpj工程文件
.cln图例板文件
点文件(.wt):
包括文字注记、符号等。
即在输入时,文字和符号都存在点文件中。
在机助制图时,文字注记称为注释(如各种标注等),符号称为子图(矿点符号,泉符号等)。
线文件(.wl):
是由境界线、河流、航空线、海岸线等线状地物组成的图元。
面文件(.wp):
将各个行政区进行普染色后,就得到了区文件。
在理论上,区是封闭的线组成的区域,因此区是基于线生成的。
工程(.mpj):
对一系列的点、线、面文件进行管理的描述性文件。
其主要记录了各个文件的信息,如存放地、可编辑性等。
(如何建立工程,见以后)
3、MAPGIS总体结构
MAPGIS总体结构如下图,其中框线圈中的部分是要学习的部分。
4、输入编辑步聚
主要步骤为:
(1)、将图件进件进行扫描,成灰度、或彩色、或二值。
(2)、建立相应的工作目录,即建立自已的工作文件夹。
如mapgis学习
(3)、将扫描的图像拷入到工作文件夹中。
(4)、将系统库(相当于\mapgis65\slib文件夹)拷到工作文件夹中。
(5)、进行读图分析,看分几层。
如水系层(河流、水库、泉等),交通层(铁路、公路、小路、航空线等),断层层(各种断层),地层层(地层界线,地层区,地层注记等),矿产层(各种矿产符号及注解等)。
(6)、进行系统设置。
单击主菜菜单左侧的按扭
,弹出“MAPGIS环境设置”如下对话框:
(7)、装入光栅文件。
Mapgis65—图形处理—输入编辑—取消—文件—打开工程或文件(或单击打开工程或文件快捷按钮)--弹出对话框—在文件类型中选“MAPGIS图像文件”,选中要装入的光栅文件—打开。
在工作区域中单击,按快捷工具
,也可单击左键,选“更新窗口”。
会发现图已装入。
(8)、编辑层名词典。
单击“图层”菜单——选最下面的
,弹出“修改图层名称”对话框。
如右图。
分别选中相应的图层,如0,1,等等。
在“当前层名”中输入相应的层名称。
在输入层名时,会有输不进的现象,此时,应选用左键将“当前层名”文本框中从左到右进行选中,然后进行输入就可以了。
(9)、输入线操作
拖动操作:
按下鼠标左键不松,拖动鼠标到适当位置后松开鼠标左键的过程。
移动操作:
单击鼠标左键,然后松开,移动到适当位置后再按鼠标左键确认的过程。
取消输入操作:
单击右键。
自动封闭线:
在输入封闭线时,在快封闭时按下Ctrl+鼠标右键。
F5:
放大屏幕
F6:
以鼠标所在位置为中心移动屏幕
F7:
缩小屏幕
F8:
线矢量化时加点(在鼠标所在位置加点)
F9:
线矢量化时退点(一次退一个点)
F11:
改变线方向(即在数字化时,从线的一头转向另一头)
F12:
抓线头,抓线上线,靠近线等操作(MAPGIS特有,十分有用)
单击
,设置好输入线的参数,利用以上操作方法,进行线矢量化操作。
注意一定要不同性质的地物用不同的颜色区分,并根据读图结果,分别赋于不同的图层中。
(10)、输入点
单击工具栏中的
,区分输入的是点注释还是点图元,并赋于不同的参数,进行点的输入。
六、实验报告
实验报告基本内容和格式参见附件。
实验二:
点、线的输入及编辑操作
实验学时:
4
实验类型:
基础
实验要求:
必修
一、实验目的
掌握线、点的输入操作及对线、点的各种编辑操作。
二、实验内容
MAPGIS中线、点的输入及各种编辑操作。
三、实验组织运行要求
根据本实验的特点、要求和具体条件,采用集中授课形式。
四、实验条件
硬件:
dell电脑40台,软件:
MapGIS软件。
五、实验步骤
根据实验一的输入线、点的方法,进行输入线、点。
一定要注意,对于线的操作,要在“线编辑”中找相应的命令。
对于点的操作,要在“点编辑”中找相应的命令。
1、对于点编辑:
输入点
,删除点
,移动点
,拷贝点
,修改文本
,修改点参数
,经常用到,被列于工具栏中。
2、对于线编辑:
输入线
,删除线
,剪断线
,线上删点
,线上移点
,修改线参数
,经常用到,被列于工具栏中。
这些命令大家要牢记,对于“线编辑”,“点编辑”,“区编辑”下的各个功能命令要求大家逐一进行实践,有个感性认识。
六、思考题
完成一幅图件的线、点矢量化。
七、实验报告
实验报告基本内容和格式参见附件。
实验三:
区的输入及编辑操作
实验学时:
4
实验类型:
基础
实验要求:
必修
一、实验目的
通过实习操作,掌握MAPGIS中输入区和自动生成区的方法,掌握常用的区操作。
二、实验内容
在线、点文件者矢量化完后,先进行检查,然后进行造区。
要明白:
区是由四周封闭的弧所围成的区域,弧是区是边界。
三、实验组织运行要求
根据本实验的特点、要求和具体条件,采用集中授课形式。
四、实验条件
硬件:
dell电脑40台,软件:
MapGIS软件。
五、实验步骤
1、检查线是否有错误
(1)、仔细检查是否有遗漏的线。
(2)、放大窗口检查线错误并进行靠近线处理。
(3)、检查是否有重叠线、自相交线、重叠坐标。
“其它”菜单下--
--
,对于重叠坐标,在错误处选中一处错误,击右键,选“清除所有重叠坐标”。
对于自相交线,进行线编辑,用线上移点、线上删点和剪断线等功能进行编辑。
“其它”菜单下—检查重置弧线--
,对于重叠的线,在错误处选中一处,击右键,选“清除所有重叠线”
2、造区
按以下步聚进行:
(1)、将矢量化后的线做一备份,做为造区的线文件。
图形编辑——打开线文件——另存线文件,如起名:
ZQ.WL
(2)、打开造区用的线文件,即ZQ.WL
将不参加造区的线删除,如外图框、部分不造区的水系,公路,交通线等。
保存线文件。
(3)、进行其它——自动剪断线处理——线转弧段处理——存区文件(给文件名,如ZQ.wp,不要存线文件),关闭窗口,系统提示是否存线文件,选否。
(4)、打开区文件(ZQ),装入线文件(原文件,非ZQ)。
进行其它——拓扑错误检查。
(5)、针对拓扑错误对线进行修改(每一个错误)。
(6)、存线文件
重复1-6步聚,至无错误为止。
(7)、造区。
(其它——拓扑重建。
)
3、需熟知的几种区操作
(1)、输入弧段
(2)、线工作区提弧
(3)、弧上加点
(4)、弧段上移点
(5)、删除弧段
(6)、剪断弧段
(7)、延长缩短弧段中的靠近弧段、延长弧段
(8)、弧段结点平差
(9)、区编辑中的输入区、挑子区、删除区合并区、分割区等。
(10)、修改参数
(11)、统改参数等操作。
六、思考题
思考线和弧段的区别?
七、实验报告
实验报告基本内容和格式参见附件。
实验四:
误差校正
实验学时:
4
实验类型:
基础
实验要求:
必修
一、实验目的
通过上机操作,初步掌握MAPGIS中误差校正的原理及步骤。
二、实验内容
矢量数据的误差校正。
三、实验原理、方法和手段
MAPGIS软件使用了分块校正方法,其校正过程如下.
(1)原图数字化.即从地图编稿图或地理底图上采集数据数字化,包括扫描矢量化、数字化仪数字化,形成图形数据文件.
(2)图形编辑处理.对于由于操作员跟踪线迹和线划时,出现重叠、漏采、输入差错等个别错误,借助编辑系统的功能,进行交互式编辑修改.对于由于纸张变形、定点误差、设备精度等引起整幅图形出现偏差,进行误差校正.(3)为了对输入的图元文件进行校正,首先得确定图形的控制点,通过采集控制点功能输入校正图形所用的控制点.控制点的采集要均匀,而且采集的控制点越多,控制越精确.(4)装入图形文件,键盘输入或直接在图上采集图形中控制点的实际值.(5)直接从键盘输入理论值或从标准数据文件中采集理论值.(6)根据采集的控制点构造格网,并计算每个格网的校正参数,然后进行相应文件校正.(7)显示校正后的图元文件,检查校正效果,若仍未达到要求的精度,继续前述步骤.
四、实验组织运行要求
根据本实验的特点、要求和具体条件,采用集中授课形式。
五、实验条件
硬件:
dell电脑40台,软件:
MapGIS软件。
六、实验步骤
在图形的描扫输入或矢量化过程中,由于操作的误差、扫描设备的精度及图纸的变形等因素,使输入后的图形存在着局部或整体的变形。
为了消除图形的变形,达到图形的精度。
图形输入后必须进行误差校正。
我们主要讲矢量数据的误差校正。
按以下步聚进行:
第一步:
采集较正控制点
1、将矢量化好图框(包括坐标网)单独提出,存一文件(如TK.wl),注意图框内的坐标线要和内图框靠近或出头,不要外图框,并且进行线文件的重叠线和重点坐标及自相交检查。
2、打开“误差较正”子模块,利用座标网进行较正点的采集。
(实用服务—误差校正)
3、打开tk.wl(文件—打开文件,选tk.wl)或单击打开图标打开tk.wl.
4、通过“控制点—设置控制点参数,弹出对话框如图,点确定。
5、控制点—选择采文件,选择打开的tk.wl文件。
6、控制点—自动采集控制点”进行控制点实际值的采集
7、根据采集情况和实际情况决定采集点是否有用,对其进行编辑修改(添加或删除)。
添加控制点:
控制点—添加校正控制点,在需要添加地方进行添加。
删除控制点:
控制点—删除校正控制点
8、通过“控制点—修改较正控制点”将修改的控制点拉框逐行、逐列框住,进行其理论值的输入。
(注意比例尺和坐标线间的距离值)
9、输入理论值后,“控制点”—“浏览控制点文本”进行浏览,看是否没有输入理论值的控制点。
10、“文件—保存控点”或
对控制点进行保存(如kzd.pnt)。
第二步:
数据较正
1、打开点、线、面文件(“文件—打开文件,在对话框中选取要进行较正的点、线、面文件,Ctrl+鼠标)
2、如果在采集完控制点并输入理论值后,并闭了“误差校正”模块,要进行此步操作,否则,可不进行,直接进行步聚3。
装入较正控制点(“文件—打开控制点,或
,选取控制点文件kzd.pnt)。
3、分别对点线面文件进行较正(如点文件较正,“数据较正—点文件较正转换”)
4、保存较正后的点、线、面文件(“文件—另存文件—选中new?
?
?
.?
?
?
文件进行保存,弹出对话框,输入相应文件名,如线文件?
?
?
cor.wl)”)
采集控制点时易出错和需注意地方
1、坐标网多处被剪断。
(出现在断点处采集了控制点)
2、坐标网有重叠部分线。
(出现重叠处被多处采集控制点)
3、装入控制点时不显示控制点
(1)、如果没有装入线文件时,不显示。
(2)、控制点显示开关没有打开。
4、存校正后文件时,被点成蓝色为要存的文件。
七、实验报告
实验报告基本内容和格式参见附件。
实验五:
标准图框-投影变换
实验学时:
2
实验类型:
基础
实验要求:
必修
一、实验目的
通过上机操作,初步掌握MAPGIS中标准图框-投影变换的方法和步骤。
二、实验内容
投影系统及坐标系简介;投影变换需注意的;标准图框生成。
三、实验原理、方法和手段
投影变换,是将图形从一种坐标系下转化为另一种坐标系下,或从一种投影系统下转换为另一种投影系统下。
四、实验组织运行要求
根据本实验的特点、要求和具体条件,采用集中授课形式。
五、实验条件
硬件:
dell电脑40台,软件:
MapGIS软件。
六、实验步骤
1、投影系统及坐标系简介
(一)、常用的投影类型
(1)、兰伯特等角园锥投影用于小比例尺的地图投影(小于1:
50万)
(2)、高斯—克吕格投影(等角横切椭圆柱投影)用于中大比例尺投影(大于1:
50万投影),如1/5万、1/1万。
(二)、坐标系(椭球参数)
我国有两种,1954年北京坐标系和1980年西安坐标系。
1980年西安坐标系国目前常用坐标系。
地理坐标:
单位是度、分、秒。
没有比例尺
大地坐标:
单位是米,有比例尺,为1
图纸坐标(平面直角投影坐标):
单位是毫米,有比例尺,根据比例尺不同选不同的投影类型。
(三)、高斯—克吕格投影
是采用分带办法控制地图的变形。
也是常用的投影方式。
我国1/2.5万—1/50万地图采用6度分带,1/万地图采用3度分带。
具体每个带的投影中央经度见参考书。
根据图上大地坐标判断中央经线:
6度带:
中央经线=带号*6-3,3度带:
中央经线=带号*3
如:
19340000,前面两位数19是带号,且表示6度带,此时该幅图的中央经线是19*6-3=111度。
又如:
38340000,前两位38是带号,表示3度带,则其中央经线是:
38*3=114度。
2、投影变换需注意的
(1)、高斯坐标系中的X、Y轴正好对应MAPGIS坐标系中的Y、X,即高斯坐标系中的X值在MAPGIS系统中应为Y值。
(2)、高斯坐标系中的横向(东西向)坐标最多为6位,纵向(南北向)最多为7位。
在MAPGIS中,若横向为8位,则前两位为带号,在使用时要记着去掉前边的带号,将带号填入相应的参数中,单位是米。
3、标准图框生成(两种方法)
(一)已知图的四个角的经、纬度,生成标准图框。
1、打开“投影变换”子模块,“投影转换—绘制投影经纬网”或
图标。
弹出如下对话框。
输入起始和结束的经纬度值,以DDMMSS格式
2、单击角度单位,弹出对话框如下。
角度单位即是设置输入的数值坐标的坐标系和投影类型。
因为我们输入的是DDMMSS,是地理坐标,因此,坐标系类型就选地理坐标,椭球体参数据图的需要选54或80,坐标单位为DDMMSS.ss。
点确定。
3、单击投影参数按钮,弹出对话框如下。
投影参数即是设置结果输出图框的坐标系和投影类型。
因为我们要的结果是成图坐标,坐标系类型就选投影平面坐标,椭球体参数据图的需要选54或80,坐标单位是毫米,定适当的比例尺。
确定和输入投影中心经度和任一点纬度,确定。
4、输入生成图框的线、点参数。
点击确定,弹出如下对话框:
将“图廓上画标尺刻度”打勾后,主间隔和次间隔变成可编辑状态。
输入相应的值(DDMMSS格式)上图表示隔5分画一个主间隔,隔1分画一个次间隔,主间隔长为5mm,则次间隔为2.5mm。
输入相应的图名,点确定。
5、这时小表一阵飞转,生成图框
6、保存生成的图框。
文件——另存文件,选中要存的文件,起名即可。
(二)已知图的四个角的大地坐标,生成标准图框
1、打开“投影变换”子模块,“系列标准图框——键盘生成矩形图框”或相应图标。
弹出对话框:
2、先选“矩形分幅方法”为任意公里矩形分幅,然后将“图廓参数”和“图廓内网参数”,“网线类型”,“比例尺”,“坐标系”,“起始带号”等参数输入,如上图。
3、输入生成图框的线、点参数。
4、点“确定”,生成图框。
5、保存生成的图框,文件——另存文件。
七、实验报告
实验报告基本内容和格式参见附件。
实验六:
图形裁减
实验学时:
2
实验类型:
基础
实验要求:
必修
一、实验目的
掌握MAPGIS中图形内裁和外裁的方法和步骤。
二、实验内容
图形裁减的方法和步骤。
三、实验原理、方法和手段
在图形输入完毕之后,在不同应用场合,经常只需要利用整个图形中的一部分或某一块,这就要求系统能根据不同需要将图形裁剪为任意形状。
就用到了图形裁剪功能。
内裁:
将剪裁框内部东西裁出来用。
外裁:
将剪裁框外部东西裁出来用。
四、实验组织运行要求
根据本实验的特点、要求和具体条件,采用集中授课形式。
五、实验条件
硬件:
dell电脑40台,软件:
MapGIS软件。
六、实验步骤:
1、先确定一个剪裁框。
要在图形编辑下,得到一条封闭的多边形线。
并且线没有重叠点,没有自相交,没有重叠线等错误存在。
将其单独存为一个线文件,如cjk.wl。
2、进行图形裁剪模块。
装入要剪裁的文件。
在文件菜单下,选择“装入点(线或面)文件”,装入需要裁剪的点、线、面文件。
3、装入剪裁框。
在“编辑裁剪框”菜单下,选“装入裁剪框”,选中在图形编辑模块中编辑好的裁剪框,如cjk.wl。
4、建裁剪工程:
在“剪裁工程”菜单下,选择“新建”,弹出如下“编辑裁剪文件”对话框。
其中,裁剪框文件:
是装入的裁剪框。
其中,裁剪框文件:
是装入的裁剪框。
被剪裁文件:
是下面列表框中被选中的文件。
结果文件名:
裁剪后的文件路径及命名。
(注意不要和被剪裁文件同路径和同名。
)
类型:
是选择是内裁还是外裁。
方式:
分制图裁剪和拓扑裁剪两种方式,其主要区别是在于对区文件的剪裁。
使用制图裁剪裁两个相邻的区时,系统会将它们共同的弧段一分为二,使两个区相互独立,拓扑关系发生变化。
而拓扑裁剪的方式则使它们共同的弧段保持原来的拓扑关系。
对于列表框中的文件一一选中,选择相应的结果文件名,类型,方式后,单击“修改”就可以了。
5、这样每个列表文件都要进行上述操作后,单击“OK”,建立了裁剪工程。
6、裁剪:
选择“裁剪工程”菜单下的“裁剪”。
或单击工具栏中的
,系统开始进行裁剪。
这样,选中的文件就被进行了裁剪。
七、实验报告
实验报告基本内容和格式参见附件。
附件一:
实验报告基本内容及要求
实验报告的基本内容及要求
实验报告应体现预习、实验步骤记录和实验报告,要求这三个过程在一个实验报告中完成。
1.实验预习
在实验前每位同学都需要对本次实验进行认真的预习,并写好预习报告,在预习报告中要写出实验目的、要求,需要用到的软件设备以及简要的实验步骤,形成一个操作提纲。
对实验中的安全注意事项及可能出现的现象等做到心中有数,但这些不要求写在预习报告中。
2.实验记录
学生开始实验时,应该将记录本放在近旁,将实验中所做的每一个操作步骤、每个步骤所对应的操作界面,以及操作界面中的参数选择如实地记录下来。
实验记录中应有指导教师的签名。
3.实验总结
主要包括对实验操作步骤、实现结果、实验的关键点等内容进行整理、解释、分析总结,回答思考题,提出实验结论或提出自己的看法等。
附件二:
实验报告格式
实验报告(小三号,加黑)
学院:
专业:
班级:
姓名
学号
实验组
实验时间
指导教师
成绩
实验项目名称
实验目的
实验要求
实验原理
实验步骤
实验内容
实验数据
实验总结
指导教师意见
签名:
年月日
注:
各学院可根据
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- 关 键 词:
- 091 地理信息系统 原理 实验 指导书