最完整的基于ArcGIS的中国降水量分布图制作.docx
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最完整的基于ArcGIS的中国降水量分布图制作
《GIS应用技术》课程
课间实验报告
基于ArcGIS的中国
2011年降水量分布图制作
姓名:
学号
班级:
指导教师:
测量与空间信息处理实验
基于ArcGIS的中国
2011年降水量分布图制作
一、实验目的及所用软件版本
1、实验目的
(1)了解和熟悉ArcGIS的基本操作和工作原理
(2)了解和熟悉ArcGIS底图制作、空间降水插值、地图整饰直到最后成图的整个过程的基本操作
2、实验软件所用版本
实验软件
二、实验内容及问题背景
1、实验内容
本次实验主要内容包括以下部分:
(1)底图的制作。
这一部分介绍衬托专题图的底图的制作,这一部分的结果还可以作为其它专题图的底图;
(2)中国年降水量插值。
这一部分介绍用ArcGIS的空间插值方法将气象站点的降水量数据插值得到全国范围内的降水分布;
(3)地图整饰。
这一部分介绍添加地图要素和美化及最后出图;
当前绝大多数的GIS软件都能够提供对数据处理的功能,本实验以为例完成以上工作。
2、实验内容所涉及的问题背景
在今年的Esri中国用户大会上,我听了几场关于ArcGIS用于制图方面的讲座,也在体验区与Esri中国的技术老师有一些交流。
一直觉得ArcGIS在空间数据管理和分析方面很强大,而在制图方面却表现得不怎么样。
我看到在国内很多人制图用的是CorelDraw、AI(可能不仅仅是国内,国外的专业制图也是),诚然这些软件作为专门的图形软件,在很多方面有不可比拟的优势,但是对于地理信息制图来说,图形不能和地理信息相关联却是这些软件最大的软肋。
而ArcGIS越来越注重在制图方面的发展与应用,每年举办的制图大赛就是推广之一。
三、实验原理与数学模型
本实验主要从实际要求出发,经过对以中国年降水量分布图的制作为例详细地介绍了数据的获取、预处理、空间降水插值直到最后成图的整个过程。
共分为三个部分:
第一部分:
底图的制作。
这一部分介绍衬托专题图的底图的制作,这一部分的结果还可以作为其它专题图的底图;
第二部分:
中国年降水量插值。
这一部分介绍用ArcGIS的空间插值方法将气象站点的降水量数据插值得到全国范围内的降水分布;
第三部分:
地图整饰。
这一部分介绍添加地图要素和美化及最后出图。
四、实验过程描述
1、制图前准备工作,首先打开ArcMap,新建本次工作文件夹MySixthJob,具体步骤如下:
、双击图标,打开,如图,新建工作文件夹,如图图图、底图制作,具体步骤如下:
、统一坐标,做好数据准备。
首先右键单击图层-选择添加数据-选择china_basic_map文件夹-选择所有数据-点击添加,如图,显示和数据未知坐标参考-点击确定,效果如图添加成功效果如图图
图
图在本节中,我产生的问题是为什么要将坐标设置为GCS_WGS_1984,统一坐标我知道是为了数据相容和统一编辑处理。
查阅资料后,GCS_WGS_1984是世界级地理坐标系,即WGS84:
WorldGeodeticSystem1984,是为GPS全球定位系统使用而建立的坐标系统.也是全球所有卫星所用的坐标系统,主要参数是地球经纬度.因为本次数据中包括世界地图与世界河流,所以采用该坐标。
、导出数据。
首先查看数据框属性-WGS84,如图,将除开和的数据导出到新建文件夹S01DataSource,右击省会城市-数据-导出数据,效果如图,选择输出要素类到S01DataSource,并保存为省会城市.shp,效果如图,同理导出数据为中国线,如图,为中国政区,如图图
图
图
图
图接着对和进行投影,打开ArcToolbox-数据管理工具-投影和变换-要素-定义投影,输入要素,坐标设为WGS84,点击确定,如图,同理对进行投影,如图
图
图最后分别导出为河流、国家.shp,如图,.
图
图在本节中,我产生的问题是导出river和country数据时,出现如图错误,不能导出。
后重新导入原始数据,在Catalog中将这两个文件(和)的地理坐标系设为WGS84,再次导出既成功。
、设置Albers投影,首先点击图层-属性-新建投影坐标,设置如图
图接着把南海诸岛以及台湾周围的岛屿保留下来,首先选择中国政区,右击-编辑要素-开始编辑,点击选择,按住shift,选中南海的那些岛屿以及台湾周边岛屿,右击中国政区-选择-根据所选要素创建新的图层,最后如图
图接着选择新生成的图层,导出数据,另命名为南海诸岛及周边岛屿,如图,点击确定,如图,最后效果如图
图图
图在本节中,我产生的问题是开始编辑中国政区数据时,出现如图警告。
后重新导出数据,然后再次打开。
图、删掉面积小的岛屿。
点击中国政区,继续进入编辑状态,点击选择,打开根据属性选择对话框,输入"AREA"<,点击apply,选中面积为小于的多边形,删除,如图图接着停止编辑,保存编辑内容,最后效果如图
图在本节中,我产生的问题是开始删除中国政区数据的条件为什么是AREA<,后来猜想应该是制图时候采用的比例尺寸问题,这个由于无法追踪,只能按着要求做了。
、提取中国轮廓线,这一步的目的是我们要分开中国在陆地上的国界和在海岸线上的国界,因为这两者在制图的时候是不同的。
打开ArcToolbox-数据管理工具-要素-面转线,将输出文件命名为“中国轮廓线雏形.shp”。
确保“识别存储面领域信息”选中(保留每条线段两边的多边形信息是下一步提取轮廓线的关键,点击确定,如图,自动导出,效果如图图图接着点击“中国轮廓线雏形.shp”,点击上方-选择-根据属性选择,选择“中国轮廓线雏形.shp”,选中LEFT_FID=-1的所有要素,点击确定,这个时候边界上的所有线要素就被选中了,如图
图接着点击中国轮廓线雏形-选择-根据所选要素生成图层,如图,接着点击新生成的中国轮廓线雏形图层-数据-导出数据,保存为中国轮廓线,如图,,最后添加到图层,效果如图
图
图
图图在本节中,我产生的问题是为什么选中LEFT_FID=-1或者RIGHT_FID=-1的所有要素,边界上的所有线要素就被选中了。
后来查阅帮助,发现选择识别和储存面领域信息就是识别面邻域关系并将该关系存储在输出中。
如果某个面的不同线段与不同的面共用边界,那么该边界将被分割成各个唯一公用的线段,这些线段的两个邻近面FID值将存储在输出中,所以选中LEFT_FID=-1或者RIGHT_FID=-1的所有要素,边界上的所有线要素就被选中了。
、提取陆上国界和海上国界,新建一个点文件(坐标系设为WGS84),如图,选择中国轮廓线,进入编辑状态。
在辽宁与朝鲜的入海口处、广西与越南的入海口处创建两个点,保存并停止编辑,如图
图
图打开ArcToolbox,选择要素-在点处分割线,输入中国轮廓线,点要素为海陆边界分割点,输出为陆地边界与海域边界雏形,如设置,点击确定,最后生成效果图如
图
图选择陆地边界和海域边界雏形,开始编辑,选择陆地边界,选择合并,如图,同理,选择海域边界,选择合并,如图
图
图最后设置flag字段区分海陆边界,如图,同时分别设置陆为1,海为2,如图,同时打开属性,选择类别,设置颜色,最后效果如图
图
图
图最后导出数据,输出名为
在本节中,我产生的问题是。
、提取九段线,我们从中国政区的线文件中提取出九段线。
名称是叫九段线,但是实际上在现在地图出版物中都是10段的。
这一步比较简单,在编辑状态下选出这10段线,导出成单独的文件,命名为“九段线.shp”,如图,最后效果如图
图
图
图到目前为止,我们已经整理出来我们的底图所需要的要素文件:
省会城市(点)、九段线(线)、中国轮廓线(线)、河流(线)、南海诸岛及其它岛屿(面)、中国政区(面)、国家(面),接下来我们对这些要素进行符号化。
在本节中,我产生的问题是九段线的由来。
后查阅资料九段线是中国对海域权益边界的画法。
在中华人民共和国版图中,在里有条由9条断续线组成的U形线,通常称为九段线,线内区域为中国南海。
因此,九段线区分了南(面积350万平方公里)与中国南海(面积210万平方公里)。
、其他设置:
纸张设置,首先在文件-页面和打印设置中,将纸张调成横向。
进入版面视图,适当调整数据框的大小和位置(上面留出写标题的空间,右边留出说明文字的空间),将地图比例尺改为1:
,效果如图
图设置国家层的符号样式,将国家层的填充颜色设为10%灰度,边框宽度,边框颜色为20%灰度。
这时,效果如图
图设置国界线的符号样式,双击“中国轮廓线”图层打开LayerProperties对话框,在Symbology中选择Categories方式,在ValueField中选择国界类型,点击AddallValues。
双击陆上国界的符号,打开SymbolSelector对话框,随便选择一种线型符号,点击“EditSymbol”,打开SymbolPropertyEditor对话框。
对话框中点击左下的“+”号新建两层。
将线型符号的颜色设为50%灰度,线宽,LineJoins为“Round”。
第二层的颜色设为Mango(RGB255,211,127),线宽2,LineJoins设为“Round”,将LinePropeties中的Offset设为1。
类似地,第三层的颜色设为TopazSand(RGB255,235,175),线宽4,LineJoins设为“Round”,将LinePropeties中的Offset设为2。
点击确定,返回SymbolSelector对话框,可以将刚刚设置的样式保存,效果如图
图点击确定返回LayerProperties对话框,将海上国界的符号样式设置为:
颜色YogoBlue(RGB115,178,255),线宽。
设置完成后国界线的效果如图,效果如图,同时设置海域边界,如图
图
图将九段线的符号样式也设置成陆上国界的样式,效果如图
图设置省会城市符号,将省会城市的符号类型设置为“Circle19”,颜色50%灰度,大小6。
并右击该图层设置“LabelFeatures”,效果如图
图设置河流符号,样式使用ArcToolbox-制图工具->制图综合->光滑线工具,将河流光滑。
”SmoothingAlgorithm”方法选择BEZIER_INTERPOLATION。
完成以后设置河流的符号样式为:
颜色CreteanBlue(RGB0,112,255),线宽。
为了只让它显示长江和黄河,双击光滑过的河流图层,切换到“DefinitionQuery”选项卡,在DefinitionQuery中输入"NAME"='HuangHe'OR"NAME"='Yangtze',点击确定。
如图,
图
图为数据框设置背景颜色,双击数据框“Layers”打开DataFrameProperties对话框,切换到“Frmae”选项卡,在“Background”中选择“LtBlue”,确定,此时效果如图
为数据框添加经纬线,双击数据框“Layers”打开DataFrameProperties对话框,切换到“Grids”选项卡,点击“NewGrid…”,保持默认一直到Finish。
接下来点击“Properties…”打开“ReferenceSystemProperties”对话框。
在“Axes”选项卡中,取消”MajorDivisionTicks”和”SubdivisionTicks”中所有的复选框;
在“InteriorLabels”选项卡中,取消”Showinteriorgridlabels”复选框;
在“Labels”选项卡中,设置Label的字体为TimesnewRoman,8号,“LabelOffset”为“-2”pts。
点击“AdditionalProperties”打开“GridLabelProperties”对话框,取消“Showcoordinatedirectionlabels”复选框,取消“Showzerominutes”和“Showzeroseconds”复选框;
在“Lines”选项卡中,点击Symbol,设置经纬线的符号样式为:
颜色MooreaBlue(RGB0,169,230),线宽;
点击确定,效果如图
添加北回归线,双击数据框“Layers”打开DataFrameProperties对话框,切换到“Grids”选项卡,点击“NewGrid…”,保持默认一直到Finish。
点击“Properties…”打开“ReferenceSystemProperties”对话框。
在“Lines”选项卡中设置线型为“Dashed4:
4”,颜色40%灰度,线宽;
在“Label”选项卡中取消所有复选框;
在“Intervals”选项卡中如下设置:
点击确定。
点击菜单”Insert”->”Text”插入“北回归线”四个字,双击这四个字,如下设置:
到现在为止,我们的底图就基本做完了,效果如图
在本节中,我产生的问题是该小节中对于北回归线和经纬网设置有什么不同。
后查阅资料发现在上或地图上,和相互交织,就构成了经纬网。
利用它上面标注的经度和纬度,可以确定地球表面上各地点、各地区和各种的地理位置。
它在军事、航空、航海等方面很有用处。
北回归线(),是的光线在能够直射到的离最远的位置,是一条。
也就是地球绕公转所绕成平面与地球赤道面所成的最大,也是的角度。
北回归线是经纬网中的一条具体的纬线。
3、中国年降水量插值,具体步骤如下:
、登陆国际交换站从建站到2007年资料台站数为206个。
在下到的数据中,有一些值如999、9999、32700等是填充值,要先去掉。
接下来,这些数据存放的是每个台站365天的降水量,所以先要统计得到每个站的年降水量数据。
在Excel中打开降水量数据表,选中所有数据,点击插入->数据透视表,插入一个新的数据透视表。
如图
图在下载到的站点信息中提供了每个站点的经纬度坐标,利用ArcMap->文件->添加数据->添加XY数据将站点导入ArcMap中,注意导入时设置坐标系为WGS84,投影到Albers平面,如图
图用数据->导出数据将站点导出成shp文件,命名为“气象站点.shp”。
如图
图在气象站点_Project右击->连接与关联->连接,使用台站号作为关联ID,将气象站点与每个站点的降水值关联起来。
如图,从关联结果可以看出,只有181个(总共206个)关联成功了,这是因为有些气象站点被废弃不用了。
如图
图
图在本节中,我产生的问题是数据透视表的作用是什么?
经查阅资料(PivotTable)是一种式的表,可以进行某些计算,如求和与计数等。
所进行的计算与数据跟数据透视表中的排列有关。
简单扼要就是快速提取计算出自己想要的数据,而不是手工操作。
、插值方法研究。
接下来我们便要用这181个样本点的数据插值得到全国的年降水量分布。
空间降水插值一直是个难题,影响降水的因素很多,如经度、纬度、高程、坡度、坡向、离水体的距离等,建立一个通用的降水插值模型几乎是不可能的。
空间降水插值方法很多,优缺点和适用性不同。
总体上,降水的空间插值方法有3类:
整体插值法(趋势面法和多元回归法等)、局部插值法(泰森多边形法、反距离加权法、克里金插值法和样条法)和混合插值法(整体插值法和局部插值法的综合)。
何红艳(2005)比较了各种降水插值的优点
在这里,克里金插值能达到较高的精度,而为了能考虑高程的因素,我们选择使用协同克里金插值。
协同克里金插值的一个前提是,降水量与高程应该有相关性。
为此,下一步我们要验证年降水量与高程是不是相关的。
相关性检验.在我们关联的降水量数据以后,气象站点的属性表里就有了站点的高程和站点的年降水量。
把属性表导出,并用SPSS检验两者的相关性,结果如下:
结果表明,站点的年降水量与高程显着相关,于是,我们便可以利用站点本身附带的高程数据对降水量进行插值了。
降水量插值,在工具栏空白处右击打开地理分析工具条,选择地理向导,每一步的设置如下:
第一步:
在“Methods”中选择“Kriging/CoKriging”,Dataset中选择“气象站点_Project”,DataField选择“降水量_毫米”,Dataset2中选择“气象站点_Project”,DataField选择“海拔高度”,如图
图第二步:
由经验知我国的降水由东南往西北会递减,在这里选择“First”以剔除降水分布的趋势分布(一次),如图
图第三步:
年降水量分布的趋势(一次趋势面),如图
图第四步:
设置NumberofLags为24,如图
图第五步:
设置SectorType为四方向,如图
图第六步:
交叉验证,由交叉验证结果可以看出,插值误差为(毫米),均方根误差,平均标准误差为,两者比较接近。
标准均方根误差为。
点击Finish完成插值。
,如图
图、插值结果导出。
插值所覆盖的范围默认只包含气象点的最小外包矩形,要把它扩展到整个中国区域。
双击插值产生的图层在LayerProperties对话框中切换到“Extent”选项卡,在“SettheExtentto”选择“therectangularextentof中国政区”,如图
图在插值结果图层上右击,选择数据->导出为栅格,将结果导出成栅格数据,如图
图并使用SpatialAnalyst->提取->掩码提取,将中国区域提取出来,结果如图,最后效果如图
图
图在本节中,我产生的问题是进行协同克里金插值时候出现错误,提示数据误差太小,无法计算。
经过反复查看倒入数据以及原数据信息,发现做数据透视时原数据没有做正确,导致导入后许多数据没有与站点信息符合,最后按着老师的数据重新做了一份数据之后才导入成功,最后完成了本小节实验。
4、地图整殇,具体步骤如下:
、降水量分级.注意,这一步我们从克里金插值得到的结果做起,而不是从导出的栅格数据做起,因为ArcGIS将插值结果导出栅格时会有一些小小的问题(从图2-16的西藏地区的结果可以看出,当然这也可能是样本点的问题)。
从插值结果可以看出,年降水量在的范围内,我们按照母100毫米分一级的等距分级法进行分级。
双击插值结果图层打开LayerProperties对话框,在Symbology选项卡中选择Classified方法,点击“Classfify…”,选择“Manual”,Classes:
20,在“Break”中手动输入从100-2000:
如图
图设置颜色如图
图最后效果如图
图、结果导出成矢量文件.右击选择Data->ExporttoVector,在“ContourType”中选择“FILLEDCONTOUR”,导出文件命名为降水量。
如图
图双击降水量图层,设置如图
图矢量转栅格。
将降水量的矢量数据转为栅格数据,并用SpatialAnalyst->Extraction->ExtractbyMask将中国区域提取出来。
如图
图最终效果如图
图用SpatialAnalyst->Surface->Contour,设置间隔100,生成等降水量线。
如图
图并使用Maplex引擎对其进行标注。
默认使用Maplex标注引擎,在ArcGIS10中,可以通过打开DataFrameProperties对话框在General选项卡中设置标注引擎为Maplex。
如图
图双击等降水量线在图层属性对话框中切换到Labels选项卡,设置标注的字体和颜色,点击“PlacementProperties”,在“LabelPosition”中设置标注方式为“ContourPlacement”;在“LabelDensity”中勾选“RepeatLabel”
图
图最终等值线效果如图
图在本节中,我产生的问题是,详细标注到位的,唯有自己亲自去做,细心去发现才会真的学到东西。
、最后整饰。
添加南海诸岛,开始编辑,布局视图中复制一份原图,粘贴,并调整到适当大小。
如图
图添加图例。
在左下角放置图例,导入自己设置的图片。
如图
图同理,在左上角添加比例尺和投影信息。
如图图在右边添加说明和柱形统计信息图片。
图图在右下方附上自己的姓名和学号,最后导出图片,最终效果如图
图本次综合实验终于成功完成了,这次实验花费时间和精力是本课程实验中最多的一次。
不断花费大量时间来实际操作,而且在实验过程中必须得不断地思考。
实验模板中虽然有步骤,但是你如果是一步一步跟着实验做着走的,你会发现它有些步骤仅仅一两句话,但是你要完成它,你得自己去查阅资料和经历很多操作。
学习无止境,GIS确实博大精深,要想学透整个软件,没有长期的艰苦探索和学习是不可能实现的。
在学习中也收获了很多课堂外的知识,如老师所讲的学习习惯、思考方式、基本的技能等。
本学期课程也将结束,收获总体颇丰,技多不压身,学习让我进步。
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