地理信息系统暑期大实习实习报告.docx
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地理信息系统暑期大实习实习报告
地理信息系统暑期大实习实习报告
外业部分
1.1外业点的环境和基本植被特征:
2011/7/10——2011/7/28,首钢森林公园位于北京石景山区,北京市石景山老山西里,地处石景山区老山西里居民区西侧,是一座以园林绿化为主的村办公园。
公园里建筑独特,环境清幽自然,有种未经人工的雕琢的质朴之美。
园中绿树成荫、草坪如毯,树种以油松,构树为主,早本植物丰富,树木保护较好。
林子里蚊子比较多,在北部山体,地势起伏较大,形成一些不联系的大型凹地。
油松林生长茂密,构树生长较为普遍,很多地方的通视不太好,给测量带来了一些麻烦。
1.2外业的工作:
我所在的第二组负责从八角公园的从门口北方向一直沿公园的边缘向里延伸直到公园的北门,然后向南方向继续推进直到靠近火车道的地方为止。
我们每个人的工作不是固定的,所以组员没人都对全站仪的作业操作,定向,测量,跑尺,记录,cass处理都掌握的很好,我们互相配合,在酷热的环境下最终测量了近两千棵树,并在外业归校的同时处理外业留下的内业,最后用cass处理以后生成了成果图。
1.3全站仪的整平及正确调平仪器的方法:
1.3.1架设:
将仪器架设到稳固的三脚架上,旋紧中心螺旋。
1.3.2粗平:
看圆气泡(精度相对较低,一般为1分),分别旋转仪器的3个脚螺旋将仪器大致整平。
1.3.3精平:
使仪器照准部上的管状水准器(或者称长气泡管)平行于住意一对脚螺旋,旋转两脚螺旋使气泡居中(最好采用左拇指法,即左右手同时转动两个脚螺旋,并且两拇指移动方向相向,左手大拇指方向与气泡管气泡移动方向相同。
);然后,将照准部旋转90°,旋转另外一个脚螺旋使长气泡管气泡居中。
1.3.4检验:
将仪器照准部再旋转90°,若长气泡管气泡仍居中,表示已经整平;若有偏差,请重复步骤(3)。
正常情况下重复1~2次就会好了。
1.3.5校正方法:
1)按照检验的步骤进行到第(3)步,确定偏差量即气泡偏离中间的差量。
2)用改针调整长气泡管的校正螺钉,使气泡返回偏差量的1/4。
若前面的差量无法精确知道,这里可大概改正;然后重复检验步骤的第(3)步骤。
3)重复前面步骤,一般重复1~2次即可调好。
调好后,再按照整平步骤进行仪器整平。
这里提及一下,在长气泡管调整后最好再确认一下圆气泡,若有偏差也调一下。
1.3.6气泡管气泡为什么会出现偏差?
1)圆气泡管一般由3个螺钉固定,内部有一个波形弹簧。
若3个螺钉受力不均匀时,当仪器在车辆运输过程中受颠簸就会引起受力小的螺钉松动,最好引起偏差。
2)长气泡管一般是一端固定,另外一端可调(校正螺钉)。
可调端下面有弹簧,固定端里面应该有凸形内垫圈。
无论是生产装配还是维修校正,若在长气泡管调整时没有注意校正螺钉的螺纹间距,使螺钉受力不均衡,在仪器受大的颠簸后螺钉会稍微旋转、引起气泡偏差。
1.4全站仪的测量操作步骤
1.4.1第一步:
在确定整平的条件下,选择测量,新建作业,我们按照日期建立了相应的文件夹,然后对文件夹进行一些备注,例如设置一个2011713的文件夹。
见图1.
图1
图2
1.4.2第二步:
按F1(输入测站点)键,即显示原有数据。
接下来在这个文件夹下,设置测站点1,测站点命名为BJ1,N/X设置为5000,Y/E设置为5000,高程H设置为50,并用卷尺测量仪器高,并输入仪器高。
见图3.
图3
1.4.3第三步:
后视点及定向,首先确定一个后视点来用于初始的定向,保持南北方向不变,然后通过全站仪的测距,在选定的后视点BJ2处立下棱镜,通过测量中的测距功能得出BJ1到BJ2的距离S,并用5000-S得到Y/E的坐标,然后将得到的坐标记录在外业纸上,然后采用直接键入后视点坐标的方法,将上述得到的坐标在坐标定向中输入并保存为点号为BJ2的后视点,然后在BJ2点立下棱镜,进行定向。
见图4
图4
图5
1.4.4第四步:
通过回测BJ2后视点的坐标的方法来验证,测量的误差,以防出现个人误差或者机器的设置失误等情况,就得到的坐标与BJ2这个后视点的坐标进行比较,检查误差。
图6
1.4.5第五步:
在回测检查正确的情况下,就可以进行测量了,一人负责观测,一人负责用胸径尺测量胸径,并用自己的步子粗测南北冠幅和东西冠幅,然后估计出树高和活枝下高,报数给负责记录的同学。
在完成树木的测量以后,另外准备一张外业纸用于绘制道路地形,为晚上的内业做好准备。
图7
1.4.6第六步:
在完成了区域了所有符合测量的树以后,开始准备搬站。
首先,一个同学负责仪器,两个同学带着棱镜去找下一个通视良好的地方,并且要充分的考虑能测量的范围,以及高程差,和接下来的下一个测站的位置,一定要找到一个前后兼顾,并且通视良好的地方,然后用钉子给这个点做下标记,然后用油漆在标记旁边写下标记的编号,为以后的后视及检查做好准备,在搬站前做好最后的检查工作,在确保无误以后就可以进行搬站了。
图8
1.4.7第七步:
以上工作完成以后,将仪器拆卸后,安稳的装入仪器箱,接下来进行搬站。
在新的测点进行架站,并再一次进行整平对中。
在仪器的架设完成以后就可以开始着手进行测量了。
首先,将新点作为测站点录入,输入仪器高,在测量选单,用F2选中坐标定向,然后输入在BJ2点得到的当前的站点的坐标,在检查无误以后,由一个同学带着棱镜去BJ2进行定向,用全站仪对准棱镜十字丝以后,按下测存,在定向完以后,依然进行回测检查,在检查无误以后就可以进行新站点的树木及地形测量了。
图9
1.5外业的内业部分处理
1.5.1记录数据整理、录入:
回到学校的时候去102将数据从全站仪里导出,然后没人将白天记录下的外业纸带回宿舍用excel录入到电脑里。
如果存在不能确定物种的植物就将标本带回学校找老师确认植物类型。
1)首先把全站仪用串口数据线与电脑连接,然后开机:
首先,按MENU按钮,然后按F3然后按两次F4,到(存储管理)界面然后按F1GTS格式,然后按F1发送数据,然后按F2坐标数据,然后按F2(12位),然后按F2(调用)出你需要导出的作业文件夹,按F4回车,此时不动
图10
2)打开电脑上的南方CASS软件,打开菜单(数据)项下的(读取全站仪数据)出现,如图10,
3)把界面参数选择与全站仪通讯设置相同,然后点击(CASS坐标文件)后的(选择文件)按钮,输入导出数据的文件名2008,如图11
4)然后先在电脑上按回车键,再在全站仪上按F3(是)键,之后数据开始导出。
数据全部导出后,软件左下角出现如下,如图12
5)然后在CASS(绘图处理)菜单项下选展野外测点点号,如图13然后输入比例尺按回车,如图14将记录的数据录入到计算机中,并计算冠层高度和径阶。
冠层高度的计算方法:
树高-活枝下高。
境界的计算方法:
径阶是衡量树木胸径的单位,数值均为2的倍数,例如胸径在1.0~2.9的树木,径阶为2,胸径在3.0~4.9的树木,径阶为4;其余依次类推。
1.6测站改正:
接下来用cass展点,如果发现测站点角度问题,即使用测站改正的办法进行纠正。
操作过程:
执行此菜单后,见命令区提示。
具体操作过程:
选择地物编辑/没站改正,按命令提示:
1请指定纠正前第一点:
输入改正前测站点,也可以是某已知正确位置的特征点,如房角点。
指图上位置。
2请指定纠正前第二点方向:
输入改正前定向点,也可以是另一已知正确位置的特征点。
指图上位置。
3请指定纠正后第一点:
输入测站点或特征点的正确位置。
4请指定纠正后第二点方向:
输入定向点或特征点的正确位置。
5请选择要纠正的图形实体:
用鼠标选择图形实体。
系统将自动对选中的图形实体作旋转平移,使其调整到正确位置,之后系统提示输入需要调整和调整后的数据文件名,可自动改正坐标数据,如不想改正,按“Esc”键即可。
然后保存工程文件,并对全站仪的电池进行充电。
1.7树种分布图制作
1.7.1点数据生成
1)使用Excel将坐标数据与记录数据整合成一张表
2)打开ArcGIS,在arcgistoolbox中layersandtableviews----makexyeventlayer,在打开的对话框中xytable中找到excel表格Xfield、Yfield分别对应excel中的x,y
3)设置数据坐标系为Xian_1980_GK_CM_117E
4)转换成功,保存为点图层(在图层上右键DATA---ExportData,在弹出的对话框中选择存储的地方和改好自己的文件名,确定即可)
5)设置点图层属性,由树种区别点状符号的显示方式。
6)进入Layout页面,进行图面配置,添加标题、图例、指北针、图框、比例尺、制图时间、坐着等信息。
最后将地图输出。
1.8DEM制作
1.7.1高程空间差值:
选择toolbox->3DAnalysisTools->RasterInterpolation->Kriging工具,选择点数据作为插值对象,选择“高程”作为插值字段,进行空间差值。
得出插值结果Kriging。
1.7.2使用首钢松林公园边界对插值结果进行裁剪:
在Arctoolbox中,选择spatialtool>extract>clip工具在InputFeatures中选择被裁剪的图层,在ClipFeatures中选择裁剪形状,得出裁剪结果。
1.9三维树种分布图制作
打开ArcScene,加载DEM数据和点状数据,调整DEM数据属性,把baseheight选项卡下的zvalueconversation值改为2;在调整DEM数据属性,把baseheight选项卡下的zvalueconversation值改为2,再树种区别点状符号的显示方式,为每种树在模型库中寻找一种显示模型,即可完成三维树种分布图的制作。
1.10地形图制作
在绘等高线之前,必须先将野外测的高程点建立数字地面模型(DTM),然后在数字地面模型上生成等高线。
1.10.1建立数字地面模型(DTM)
数字地面模型(DTM),是在一定区域范围内规则格网点或三角网点的平面坐标(x,y)和其地物性质的数据集合,如果此地物性质是该点的高程Z,则此数字地面模型又称为数字高程模型(DEM)。
这个数据集合从微分角度三维地描述了该区域地形地貌的空间分布。
借助计算机和地理信息系统软件,DTM数据可以用于建立各种各样的模型解决一些实际问题,主要的应用有:
按用户设定的等高距生成等高线图、透视图、坡度图、断面图、渲染图、与数字正射影像DOM复合生成景观图,或者计算特定物体对象的体积、表面覆盖面积等,还可用于空间复合、可达性分析、表面分析、扩散分析等方面。
在使用CASS9.0自动生成等高线时,应先建立数字地面模型。
在这之前,可以先“定显示区”及“展点”,要求输入文件名时找到该如下路径的数据文件“C:
\CASS9.0\DEMO\DGX.DAT”。
展点时可选择“展高程点”选项。
首先选择建立DTM的方式,分为两种方式:
由数据文件生成和由图面高程点生成,如果选择由数据文件生成,则在坐标数据文件名中选择坐标数据文件;如果选择由图面高程点生成,则在绘图区选择参加建立DTM的高程点。
然后选择结果显示,分为三种:
显示建三角网结果、显示建三角网过程和不显示三角网。
最后选择在建立DTM的过程中是否考虑陡坎和地性线。
1)注记高程点的距离(米):
根据规范要求输入高程点注记距离(即注记高程点的密度),回车默认为注记全部高程点的高程。
这时,所有高程点和控制点的高程均自动展绘到图上。
移动鼠标至屏幕顶部菜单“等高线”项,按左键,出现如图3-36所示的下拉菜单。
图11
“等高线”的下拉菜单
2)移动鼠标至“建立DTM”项,该处以高亮度(深蓝)显示,按左键,出现如图3-37所示对话窗。
图12
图3-37选择建模高程数据文件
1.10.2点击确定后生成三角网
1)绘制等高线
等高线的绘制可以在绘平面图的基础上叠加,也可以在“新建图形”的状态下绘制。
如在“新建图形”状态下绘制等高线,系统会提示您输入绘图比例尺。
用鼠标选择下拉菜单“等高线”—“绘制等高线”项,弹出如图3-40所示对话框:
图13
绘制等高线对话框
对话框中会显示参加生成DTM的高程点的最小高程和最大高程。
如果只生成单条等高线,那么就在单条等高线高程中输入此条等高线的高程;如果生成多条等高线,则在等高距框中输入相邻两条等高线之间的等高距。
最后选择等高线的拟合方式。
总共有四种拟合方式:
不拟合(折线)、张力样条拟合、三次B样条拟合和SPLINE拟合。
观察等高线效果时,可输入较大等高距并选择不光滑,以加快速度。
如选拟合方法2,则拟合步距以2米为宜,但这时生成的等高线数据量比较大,速度会稍慢。
测点较密或等高线较密时,最好选择光滑方法3,也可选择不光滑,过后再用“批量拟合”功能对等高线进行拟合。
选择4则用标准SPLINE样条曲线来绘制等高线,提示请输入样条曲线容差:
<0.0>容差是曲线偏离理论点的允许差值,可直接回车。
SPLINE线的优点在于即使其被断开后仍然是样条曲线,可以进行后续编辑修改,缺点是较选项3容易发生线条交叉现象。
当命令区显示:
绘制完成!
,便完成绘制等高线的工作。
2)整饰等高线
a)注记等高线
用“窗口缩放”项得到局部放大图如图3-42,再选择“等高线”下拉菜单之“等高线注记”的“单个高程注记”项。
b)命令区提示:
选择需注记的等高(深)线:
移动鼠标至要注记高程的等高线位置,如图3-42之位置A,按左键;依法线方向指定相邻一条等高(深)线:
移动鼠标至如图3-42之等高线位置B,按左键。
等高线的高程值即自动注记在A处,且字头朝B处。
图14
等高线高程注记
1.10.3等高线修剪
1)左键点击“等高线/等高线修剪/批量修剪等高线”,弹出如图3-43所示对话框:
图15
等高线修剪对话框
首先选择是消隐还是修剪等高线,然后选择是整图处理还是手工选择需要修剪的等高线,最后选择地物和注记符号,单击确定后会根据输入的条件修剪等高线。
2)切除指定二线间等高线
命令区提示:
选择第一条线:
用鼠标指定一条线,例如选择公路的一边。
选择第二条线:
用鼠标指定第二条线,例如选择公路的另一边。
程序将自动切除等高线穿过此二线间的部分。
3)切除指定区域内等高线
选择一封闭复合线,系统将该复合线内所有等高线切除。
注意,封闭区域的边界一定要是复合线,如果不是,系统将无法处理。
1.11实习结果:
通过全站仪对校园内的所有乔木进行测量,得到了树木的精确坐标,能够明确的得到树木的分布情况,为校园三维建模、校园绿地规划等提供重要的数据保障。
1.12实习总结与分析:
在测量过程中,棱镜的角度对全站仪的测量有着很大的影响,如果在全站仪测量时,棱镜能够正对着全站仪,那么测量的成功率很大,速度会很快,反之,若棱镜正面与全站仪的角度过大,则可能会导致全站仪测量失败或者需要较长时间的测量。
在选择支站的过程中,在确保支站点在全站仪测量范围内的前提下,支站点的选取对测量的进度有着决定性的作用,确定支站点的原则就是全站仪在这一点的通视度最好,即全站仪在该点能够测量到最多的树木,在这个角度,树木之间或树木与其他地物之间的遮掩度最低。
树号
树种
树高
活枝下高
冠幅东西
冠幅南北
胸径
235
国槐
13.4
3.7
6.4
7.2
29.7
236
油松
5.3
4.1
3.8
4.6
17.4
237
油松
6.9
3.9
7.2
6.4
18.4
238
油松
7.3
4.8
6.2
5.8
19.4
239
油松
8.2
5.9
5.7
5.3
14.6
240
油松
7.9
4.6
6.9
5.7
17.9
241
油松
8.5
4.9
5.9
4.8
19.4
242
油松
4.9
2.7
4.8
5.4
14.8
243
侧柏
9.1
1.3
3.2
4.1
17.8
244
油松
6.4
3.9
4.6
3.8
14.2
245
油松
6.9
4.3
5.7
4.5
16.8
2.内业北京市三维绿量建模
本项目对北京市的树木、建筑、道路等地物建立三维模型,主要用以展示北京地区的三维绿量。
对于北京市五环内,建立每个建筑的模型,大概形状和高度相近,无需贴图。
对于树木,区分针叶树,阔叶树;在北京市五环外,只需大面积的贴上草地、林地。
2.1数据准备
选用Googleearth和GEtScreen软件,获取所需数据。
首先,打开Googleearth和GEtScreen软件,软件自动调入界面(附录:
图1),放大到要定位的区域。
点击两点定位,在图中左键定位,截图高度0.5千米,延迟时间1000毫秒。
点击开始截屏,选择存放最终截图的文件地点,在截屏过程中不能开其他软件的窗口。
把截图的文件单拷到一个独立的文件夹下,打开Photoshop文件。
文件,自动,联系表Ⅱ,出来的界面中,图片文件名必须从左到右依次命名,宽度=单张影像的宽*相片张数,高度=单张影像的高*相片张数,列和行按照文件夹里有的相片数与下载的一致。
在右边估算的宽、高与单张影像的一致,确定,以合并所在列命名。
2.2软件选择
ArcMap是一个可用于数据输入、编辑、查询、分析等等功能的应用程序,具有基于地图的所有功能,实现如地图制图、地图编辑、地图分析等功能。
ArcMap包含一个复杂的专业制图和编辑系统,它既是一个面向对象的编辑器,又是一个数据表生成器。
ArcMap提供两种类型的地图视图:
数据视图和布局视图。
在数据视图中,用户可以对地理图层进行符号化显示、分析和编辑GIS数据集。
数据视图时任何一个数据集在选定的一个区域内的显示窗口。
在布局视图中,用户可以处理地图的页面,包括地理数据视图和其他数据元素,比如图例、比例尺、指北针等。
GoogleSketchup是一套直接面向设计方案创作过程的设计工具,其创作过程不仅能够充分表达设计师的思想而且完全满足与客户即时交流的需要,它使得设计师可以直接在电脑上进行十分直观的构思,是三维建筑设计方案创作的优秀工具。
2.3任务分工
所在小组为第2小组,主要负责北京二环内的三维建模,任务划分见附录:
图2。
我所负责的部分为图中第2部分,北至地安门东西大街,南至前门东西大街、宣武门东大街,西至西四南北大街、西单北大街、宣武门内大街,东至南北河沿大街、正义路。
本地域内位居北京市中心,少有高层建筑,以平房、低楼为主。
此外,故宫、国家大剧院、人民英雄纪念碑等复杂建筑物均在此区域内,故需要很多特殊模型。
2.4.1图像配准
在ArcMap中,以北京市五环内数据.img为参考影像,对拼好的Googleearth图像进行校正,并另存导出为工作底图。
打开ArcMap,调入北京市五环内数据.img,建立点图层。
在图中均匀选取大概20个特征点。
调入在Googleearth上截取的拼接后影像,使用Addcontrolpoints工具寻找与特征点相对应的同名地物点,直至与参考影像完全重合(附录:
图3)。
选用Georeferencing/Recify工具,选择存放校正后影像地址,完成校正。
这样,即得到了工作底图数据z21.img。
2.4.2对工作底图z21.img进行数字化
在ArcMap中调入z21.img,以数据模板文件夹中的点,线,面图层作为模板,建立自己的点线面工作图层(附录:
图4)。
点状地物-周昕:
(主要包括绿化树、景观树、街旁树等)
特殊点状地物-周昕:
(包括国家大剧院、故宫、人民英雄纪念碑等)
线状地物-周昕:
(包括道路、河流、围墙等)
面状地物-周昕:
(建筑、草坪、水域、体育场、停车场等)
各图层包含字段如下:
2.4.2.1点图层(附录:
图5)
Name
Type
Height
Angle
Memo
Text,50
Text,50
Float
Float
Text,100
绿化树
树
8
中南海附近
故宫树
树
10
故宫内和附近
景观树
树
5
景山公园
街旁树
树
8
长安街街旁
点状图层以Name字段来区分,对于每一种,根据树种会再细分成不同类,用以添加不同模型。
2.4.2.2线图层(附录:
图6)
Name
Type
Width
Memo
Text,50
Text,50
Float
Text,100
西长安街
一级道路
20
西单北大街
二级道路
15
府右街
三级道路
10
东斜街
三级道路
10
灵境胡同
四级道路
5
对于线状地物,可以在工具条中用尺子量宽度,输入整数的宽度值(单位:
米)。
2.4.2.3面图层(附录:
图7)
Name
Type
Height
Memo
Text,50
Text,50
Float
Text,100
北海
水域
0
西单银座中心
高楼
19
中楼
中楼
13
低楼
低楼
5
四合院
平房
1
草坪
草坪
0
故宫东墙
围墙
2
体育场
体育场
0
对于标准的方形楼房,需画出直角的多边形。
在arcgis9.3中,editor/moreeditingtools/advancedediting工具条有各种标准形状可以选择。
楼房的Type为:
1层为平房,2-5层为低楼,6-15层为中楼,16-25层为高楼,25层以上为摩天楼。
2.4.2.4特殊点状地物图层
Name
Type
Height
Angle
Memo
Text,50
Text,50
Float
Float
Text,100
国家大剧院
国家大剧院
人民英雄纪念碑
人民英雄纪念碑
毛主席纪念堂
毛主席纪念堂
正阳门
正阳门
神武门
神武门
午门
午门
西华门
西华门
东华门
东华门
天安门
天安门
人民大会堂
人民大会堂
景山公园
景山公园
特殊点状地物图层以Name字段来区分。
2.4.3在ArcScene中建立三维模型
2.4.3.1点图层地物建模
(1)在ArcScene中打开点状地物-周昕,LayerProperties/Symbology/Categories/Uniquevalues,对于点图层以Name字段唯一值显示,AddAllValues,则不同树木可以用不同符号显示(附录:
图8)。
(2)SymbolSelector/MoreSymbols加载3DTrees模型,设置各种地类的三维显示符号。
为了得到更好的三维模拟效果,在Options选项卡中可以选择Color,Size,Angle等参数(附录:
图9)。
2.4.3.2线状地物建模
在ArcScene中打开线状地物-周昕,LayerProperties/Symbology/Categories/Uniquevalues,对于线图层以Type字段唯一
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