地理信息系统原理课程综合实习指导书.docx

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地理信息系统原理课程综合实习指导书

实习目的：

地理信息系统原理课程综合实习》

指导书

本实习是为学习和理解《地理信息系统原理》课程的相关知识而专门设计的。

通过实习，加深学生对理ArcGIS9的基本组成，了解Geoway和ArcGIS9软件的基本组成和了解Geoway和ArcGIS9的文件结构和类型，掌握创建这些文件入方法、数据编辑方法；掌握影像匹配、DEM生成、坐标变换的属性数据的基本分析方法；掌握数据显示的基本方法以及布局地图

地理信息系统的组成、功能、数据库以及数据输入、数据编辑、数据分析、数据显示输出等基本概念、论和方法的理解和掌握。

要求学生了解基本功能；了解GIS数据库的相关知识；的方法；掌握空间数据和属性数据的输基本方法；掌握栅格数据、矢量数据和的制作和输出方法；学习和掌握使用Python2.1Script语言定制工具

实习安排：

“地理信息系统原理课程综合实习”课程共4周，第1、2周安排GIS的Geoway矢量数据采集、

AutoCAD专题分类提取、Arcinfo建库、ArcGIS地理数据空间分析相关软件实习，实习时间共分14个单

元时间进行教学指导。

具体时间分配如下:

第一单元：

了解Geoway软件的结构、框架，帮助文档的使用，并掌握地形图扫描矢量化流程，及具体操作。

第二单元：

通过具体案例掌握，Geoway软件的工程创建、图像配准、数据采集（包括点、线、的采集和编辑），并进行检查与编辑，通过图幅整饰出图。

第三单元：

了解ArcGIS9的组成、功能，帮助文档的使用，并掌握使用ArcCatalog、ArcMap、显示和浏览数据。

第四单元：

学习使用ArcCatalog创建PersonalGeoDatabase数据库，创建数据文件，定义数据属性数据集，向数据库导入和导出数据。

第五单元：

第六单元：

第七单元：

的使用。

第八单元：

第九单元：

第十单元：

第十一单元：

第十二单元：

第十三单元：

第十四单元：

学习和掌握ArcMap的数据编辑方法，影像配准方法、投影和坐标变换方法。

学习DEM的生成方法、DEM内插方法，学习和使用ArcToolBox工具，掌握矢量、

DEM的显示和分析方法。

栅格数据、属性数据的分析方法，学习

学习ArcMap的数据显示方法、符号化、学习和掌握使用Python2.1Script语言定制工具。

学习影像配准的方法、投影和坐标转换、数据显示和布局地图的制作。

通过实际数据，进行图形数字化，编辑整理，符合建库要求。

在ArcGIS下建库，通过编辑和整理达到建库要求。

对数据库数据进行分析、统计及出图。

实习考核

注记等，学习布局地图的制作方法。

面、注记

ArcScene

，创建

ModelBuild

注：

软件具体操作请详见实习电子文档

第一部分Geoway矢量数据采集

实习要求：

学习扫描矢量化软件Geoway,学习时间为两个单元时间，请同学们在实习时使用Geoway电子版实习指导。

实习Geoway，将矢量化底图I49G037012进行矢量化前的准备工作，建立工程，图像配准，学习数据采集方法。

将矢量化底图I49G037012进行矢量化，采集点、线、面，并录入属性（每种类型选取3个完整地物进行矢量化），并进行图幅整饰，检查并将数据的输出格式为DXF矢量格式，可使用AUTOCAD，ARCVIEW等软件检查修改。

1.1扫描矢量化流程

1.2具体操作步骤

1、创建工程及图像配准：

第一步、

第二步、

第三步、

第四步、

第五步、

新建工程设置工程加载作业设置图像图像配准

地图参数

方案与符号库属性

2、点、线、注记、属性采集

点：

对于塔、水井、独立树等无方向无属性的点状地物。

第一步、第二步、第三步、第四步、

设置激活击活符号选择工具采集：

在

图层视图

、在“输入工具栏”中选择工作区内每按下一次鼠标左

“点”工具键，就完成

，输入地物的编码

一次地物的采集。

按下鼠标右键则结束工具

使用。

线：

对于线对象的输入Geoway提供了多种解第一步、设置作业环境：

首先设置“地貌层”二步、选择工具：

在“输入工具栏”中选择这类地物。

第三步、矢量化：

在工作区内每单击鼠标左键使用鼠标右键结束工具使用。

注记的输入：

第一步、设置作业环境：

设置“其它层”为当第二步、选择工具：

在“输入工具栏”中选择接选中这类地物。

第三步、矢量化。

属性的录入与编辑

第一步、设置作业环境：

将要编辑层设为当前

决方案

为当前激活“线”工具，

一次生成一

前激活图层

“注记输入

激活图层。

第二步、选择工具：

在“输入工具栏”中选择

“占”工具

八、、一L-/、

图层，并击活符号视图。

设置方法同上。

第输入地物编码，或在下拉菜单中直接选中

个新的节点，按

。

”工具，输入地物

打开属性输入开关

，输入地物编码,

次F2键取消一个节点,

编码，或在下拉菜单中直

，并显示为“属性”字样。

或在下拉菜单中直接选中

“水准点”这类地物。

第三步、矢量化：

在图上适当位置单击鼠标左键，在图形对象输入后，系统会自动弹出“属性录入”对话框。

在其中输入相应数据，单击“确定”。

系统会将数据保存在与图层名同名的Access数据库中。

并会随图形自动导出。

3、图廓整饰对于不同行业、不同格式的出图数据，Geoway量身定制了多套图幅整饰方案第一步、选择工具：

执行“专业功能地图制图标准图幅整饰”命令。

第二步、设置图层：

在弹出创建整饰层对话框中选择新建图层,点击“确定”。

第三步、设置整饰参数：

系统会根据您

在弹出图幅整饰对话框中修改坐标系统为80系、等高距为2.5米。

使用鼠标选择左侧的类别，在右下角参数输入区，输入相应的数据。

如选择左侧的“图号”，在右下角参数输入区输入本图的图号：

“I49G037012”。

其它参数修改办法与之类似。

最后点击确定，此时设置的参数自动生成所有整饰内容。

4、成果存档和应用

将DXF文

将数据的输出格式为DXF矢量格式，可使用AUTOCAD，ARCVIEW等软件检查修改。

件转换到ARC/INFO的Coverage格式实现数据建库。

第二部分ArcGIS地理数据空间分析

2.1

软件平台概述

邻近查询。

离开某些点状、线状、面状要素的一定距离内，有哪些其他地理要素。

包含查询。

在指定范围内，有哪些地理要素。

相交查询。

某些线状、面状要素在空间上和其他哪些要素相交。

最近距离查询。

为某些地理要素找出离他（们）最近的另一类地理要素。

（4）打印输出。

将查询、分析得到的地图、表格、统计图组合起来，打印输出。

（5）数据输入、编辑。

输入、编辑地理空间数据、表状属性数据。

（6）空间分析。

ArcMap有若干扩展模块，如栅格分析使用SpatialAnalyst，三维地形的生成、显示使用3DAnalyst，网络分析使用NetworkAnalyst等，本教程的大部分内容和空间分析有关。

（7）数据管理、维护、显示。

ArcCatalog对数据源（DataSource）进行的管理，ArcScene显示三维信息。

这二个子系统和ArcMap配合使用。

（8）二次应用开发。

利用内部编程语言VBA（VisualBasicforApplication），或符合MicrosoftCOM标准的其他语言进行二次开发。

2.2ArcGIS使用的数据

ArcGIS处理的数据有矢量型空间数据、关系型属性表、栅格型空间数据、不规则三角网、其他辅助

数据等，前四类属DataSource（数据源）的基本内容，本教材将用到的数据格式主要有：

（1）矢量型Shapefile和对应的要素属性表。

（2）矢量为主的空间数据库Geodatabase。

（3）传统Arcinfo的矢量型Coverage和栅格型Grid（格网）。

ArcGIS专用的不规则三角网（TriangleIrregularNetwork，TIN）。

以Geodatabase为主的几何网络（GeometricNetwork）。

通用影像、图像格式数据（Image）。

CAD图形文件。

（4）基于关系模型的属性表，包括dBASE的DBF表、INFO数据库的表、Access数据库的表。

（5）

（6）

（7）

（8）

2.3ArcMap操作界面

应掌握如下内容：

（1）点、线、面（多边形）是最常用的空间要素，点状要素没有大小（虽然显示时符号有大小），线状要素没有宽度（虽然显示时线型有宽度），面状要素由线围合而成（虽然显示时用颜色填充）。

般显示控制有：

打开、关闭、放大、缩小、平

（2）图层是表达空间事物的基本形式。

对图层的一移、相互调整先后显示次序。

择记录查要素、选择要素查记录，利用键盘中的

（3）要素和属性的简单查询。

单击要素查属性、选

Shift或Ctrl键，选择多个要素或多条记录。

要素和记录之间逻辑上有对应关系要素或记录

ArcMap的操作主要靠菜单、按钮、工具三种方式，辅之键

主窗口称MapDocumentWindow，显示地图的部分称DataView，左侧为目录表（TOC）。

进入、退出ArcMap和Windows的一般操作类似。

2.4要素及其属性查询

空间要素的三种基本查询途径：

（1）单要素点击式查询（Identify）

（2）点击、开窗选择要素查询（SelectFeatures）（3）临时绘图查询（SelectByGraphics）

属性记录的三种基本查询途径：

（1）特定字符串查询（Find）

（2）点击记录查询（SelectRecords）

（3）条件组合查询（SelectByAttributes）

一般情况下，查询的结果是使要素、对应的记录进入选择集，同时也改变了显示颜色。

要素、记录进入了选择集，进一步的操作仅对选择集有效，例如用统计图表达查询结果。

如果选择集是空的，就对全体记录（或要素）有效。

Element）和地理要素（Feature）有显著差异，前者仅用于注记、辅

属性表可以分类汇总。

几何图形（Graphic）中的元素（助表达，后者才用于查询、分析。

2.5专题地图显示

ArcMap的基本应用单元，每个MapDocument中可有若干数据框架中可有若干专题图层（Layer）。

地图文档（MapDocument）是

Attribute）存

Table）的字段（Field）中。

用要素的属性值控制符号，使空间事针对性强，不但是ArcMap也是其他GIS软件的基本功能，和GIS的数据模型相辅相型尚不熟悉的初学者可回顾一下第一章关于空间要素和属性的逻辑关系。

矢量型专题图

（DataFrame），每个DataFrame练习主要围绕专题图的符号设置。

专题图层（Layer）的数据来自要素类（FeatureClass），如何显示靠二个因素：

（1）几何位置、形状，

（2）符号，前者由要素（Feature）决定，后者由属性

（Attribute）决定，要素（Feature）是要素类（FeatureClass）的基本单位，属性（储在要素属性表（FeatureAttribute物的表达灵活、成。

对基本数据模

按要素类（FeatureClass）分为点、线、面、

性定义符号在ArcMap中有5种：

（Categories），（3）按属性值大小分类（

性图（MultipieAttributes）。

对Layer（图层）、Table（属性表）、

注记四种，对应的显示符号（Symbol）也是四类。

（1）单值图（SingleSymbol）,

（2）按

Quantities）

（4）统计指标图

（Charts）

靠属

指定值分类

，（5）多重属

DataFrame

图文档）中，和数据源相互独立，可以反复使用，当数据示的具体内容也会自动跟着变化，不需专门干预。

（数据框架）的定义

源（空间数据、属

保存在Map

性数据）被

Document（地改变，Layer所显

2.6

属性

要素类

符号类型

可控制的形式

特殊形式

点

点状符号

点的式样、大小、颜色

倾斜、多属性统计图

线

线型

线的式样、宽度、颜色

横向偏移、有方向性的线型

多边形~

填充符号

图案式样、密度、颜色、边界线型

多属性统计图、点密度图

注记

字体

字体式样、大小、颜色

倾斜、间距

表的编辑、

连接、

维护

理解的功能:

（1）属性表新建，现有属性表加载，记录和字段的增加、删除，属性值的输入、修改（数据库最基本的功能）。

（2）调整字段的可见性、假名，适应各种应用的需要（和关系型数据库的投影功能相对应）。

（3）

通过条件组合查询，过滤不需要的记录、要素，使属性表、专题图得到精简（利用了关系型

数据库的选择功能）。

（4）二个或更多的属性表可以连接起来，实现对复

Join和Relate所起的作用不同。

（5）超链接使属性成为查询其他媒体信息或实现其功能）。

应掌握、

杂事物的查询（实现关系型数据库的连接功能）

他处理功能的通道（扩展了关

系型数据库的连接

2.7相互位置查询、空间连接

该部分练习的是具有一定特殊性的空间查询功能：

（1）两个图层之间可以相互选择查询：

一个是选择很多，可根据应用的需要选用。

（2）两个图层之间可作空间连接处理，按空间上的

图层，另一个为被选择图层。

选择的条件、关系

相互关系，实现属性字段的连

接、数据添力口、传

递。

注：

ArcMap规定空间连接之前要设置地理坐标参照系,标参照系的练习。

本练习已经设置好，后续章节中将会有设置坐

2.8地图布局与报表

练习了专题地图布局（Layout），主要涉及功能有:

（1）

（2）

（3）

Arrow）、

地图和页面的设置。

DataFrame在页面中的位置、比例、范围设置。

在地图中增加文字及其他元素，包括图例（Legend）、比例尺（ScaleBar）、指北针（North

图片（Picture）、说明文字（Text）、图框线（Neatline）、其他对象等。

在DataFrame范

围内，图例、比例尺、指北针方向和DataFrame中相关特征（Properties）的设置可保持一致。

（4）将布局输出到打印机或中间文件。

（5）将布局保存为模版，供将来反复使用。

利用ArcGIS可以制作格式复杂，变化丰富的各种报表，该部分仅练习了部分基学，适应多种需要。

本功能，可以进一步自

2.9栅格数据生成和显示

练习主要采用SpatialAnalyst扩展模块，主要涉及栅格数据的生成，具体方法有：

（1）空间插值（SpatialInterpolation），除距离倒数权重法，SpatialAnalyst还有其他方法，除用于地形，还可用于自然资源、社会经济等领域。

（2）栅格高程栅格可产生矢量等值线图，转换成栅格坡度图。

（3）密度估计。

（4）邻近区分配。

经练习，初步接触了遥感影像图，这类数据也是典型的栅格模型，当数据量很大时，借助金字塔结构的索引，可以加快显示速度。

遥感影像图（Image）也可以转换成格网（Grid）。

2.10

栅格空间距离计算

2.11

再分类与叠合计算

在地块属性表中增加一个字段，按地块面积计算财产密度。

将地块多边形和高程多边形作叠合处理（Union），生成的叠合多边形（Unionl）具有高程、地基类型、地块财产密度等属性。

计算叠合后的多边形面积。

计算地块损失和损失密度。

将地基―损失参数表（found.dbf）连接到Unionl，以地基类型

2.12邻近区

Zone，直译为缓冲区，可以针对点、线、面三类

该部分内容涉及的邻近区对应英语专业词汇Buffer

要素。

可以是单距离的邻近区，也可以是多重距离的邻近区。

邻近区的距离可以在操作过程中输入，也可以靠要素的属性控制，前者操作起来简便，后者可根据应用的要求灵活控制、调整。

邻近区的结果是多边形，相互交叉、重叠部分可以保留，也可合并、消除。

2.13多边形合并、叠合

1.多边形合并

ArcMap可以按要素的属性进行合并，如将相同类型的点、线、面合并为点簇、线簇、多边形簇。

2.叠合分析过程小结

（1）

（2）土地使用、（3）（4）

（Class）为关键字，使叠合后的多边形属性表获得损失系数字段PARA这样，可以计算：

每个多边形

的估计损失=财产密度X叠合后的多边形面积X损失系数，估计损失密度=财产密度X损失系数。

（5）专题地图表达,指标统计。

在LayerProperties中对Union1的要素进行过滤,只有高程小于等于500、土地使用为住宅的多边形才进入估计其损失的选择集,据此,显示出按损失密度高低分类的地图,统计估计损失值。

2.14地表模型生成、显示

不规则三角形网络是描述三维表面的常用方法,除了地形,还可以用于其他领域。

在不规则三角网上还可以叠加其他要素,同时以三维方式显示。

在ArcScence中能按用户指定的方式产生三维场景动画,可以输出成通用的视频文件,用其他软件播放。

在ArcScence中还能将影像文件叠加到已有的三维表上,达到更好的三维显示效果。

2.15工程中的土方、纵坡

1.填挖方计算

一般情况下，不规则三角网（TIN）是从高程点产生的，如果靠传统地图建立TIN,就要利用等高线，

这时软件就在等高线上取出典型的、关键的样本点，将这些点连起来形成TIN,这比直接从高程点产生TIN

在计算方法上多了一个自动选取样本点的步骤。

一般情况下显示TIN时表达高程,但是也可以直接表达坡度,还可以直接进行简单的填挖方计算。

如果要进行细致的填挖方计算,就要将TIN转换成栅格再计算。

转换、计算过程产生的栅格一般是浮点型,没有属性表,如果需要,可以用Spatial

2.

纵剖面图

3DAnalyst模块提供纵剖面生成功能,绘制

1）先要有“线”,可以临时输入3D

（Feature）是二维的,要将其先转换为3DShapfile

2）纵剖面生成在专门的图形窗口中，根据需要，可以放入Layout，可以用文件方式保存，再利用，

还可以输出到其他应用软件中。

2.16视线、视域

视线分析是判断三维表面上任意两个点之间是否通视。

观察点和目标点可以在三维表面上,用户可指定观察点和目标点相对于三维表面的高程,也可以通过借用生成纵剖面的方法,绘一条直线,产生着该直线的纵剖面图,再观察起点和终点间的视线遮挡状况。

视域分析有观察点和路径两种,所得到的结果是栅格图层,每一栅格单元的取值表示该点被观察到次数。

如果是观察点,计算结果栅格只有0和1两种取值。

如果是路径,表示在观察路径上每前进

累加,因此

步（移动的距离相当于一个栅格单元）,作一次观察点分析,走完全部路径,每个栅格单元的取值累计相加,结果还是一个栅格,观察到的次数累加,因此路径视域分析也是多个单点分析的叠合、计算时间较长。

2.17最佳路径、最近设施、服务区

析，网络数据

一般的线状空间数据必须经处理产生网络数据集（NetworkDataset）才能用于网络分

集中必须有运行成本属性,最简单的方法是用线要素的原始长度代替。

Barrier），以

路径（Route）是网络分析的基础，路径必须经过有关站点（Stop），必须避开障碍（

交通成本最低产生分析结果。

站点、障碍可以手工输入,也可来自已有数据源中的图层要素。

路径所经过站点的先后顺序会影响计算结果,可以靠软件自动调整站点顺序、优化路径,也可以手工人为调整站点顺序,按指定的顺序优化路径。

最近设施（ClosestFacility）的原理和路径相似，设施（Facility）和事件（Incident）之间的关系相当于2个站点之间的关系。

可以为每个事件查找单个最近设施,也可以同时查找多个设施,得到同一事件和不同设施之间的最佳路径。

方向的最远路

服务区（ServiceArea）是对路径分析的扩展，给定交通成本，产生离开服务点的所有

径，将路径最远点连接起来，形成最大范围的外边界，为多边形形状的服务区。

基于网络的服务区范围比同心圆式的邻近区要小。

在同样的距离条件下，

图层一样。

网络分析产生一个临时的特殊图层，可以按需要调整显示符号，方法和普通

证质量。

只有反复实践、切身体会，才能积累编辑的经验和技巧。

掌握线状要素的输入、编辑是关键；学会了线要素的输入、编辑，再处理多边形就不太难了。

点状要素的输入、编辑相对容易。

2.19线、多边形要素的高级编辑

以Geodatabase为例，练习线要素、多边形要素的高级编辑方法。

对于Geodatabase和Shape两种主要的数据格式，ArcMap的编辑处理方法基本相同，点、线、面空间数据基本编辑方法也适用于Geodatabase的编辑。

学习使用的线要素的高级编辑方法，也同时适用于Geodatabase和Shape两种主要的数据格式。

ArcGIS具有地图拓扑（MapTopology）数据结构，本章利用地图拓扑结构进行的编辑操作适用于Shapefile和PersonalGeodatabase，是在编辑状态下的简单拓扑关系，特别适用于共享边界的多边形要素

编辑、某些特殊形状的多边形（如岛状多边形、开洞多边形）。

地图拓扑关系是临时的、隐含的，仅仅在编辑、修改时临时产生、起作用。

2.20拓扑规则

Geodatabase可以建立多种点、线、多边形的拓扑规则，用于控制要素类之间特定的空间关系