GIS应用综合实习.docx

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GIS应用综合实习

资源环境学院*******学年第**学期

《GIS应用综合实习》教学实习报告

一、实习学生信息

班级：

地理信息系统专业****级*班

组别：

第*组

实习报告书写者：

********

二、指导教师

********

三、实习时间、地点

实习时间：

********

实习地点：

资源环境学院教学实验中心遥感与地理信息系统实验室。

四、实习目的

加深对GIS原理、方法的理解，更全面了解GIS在各领域的应用。

掌握应用GIS工具进行分析和解决实际问题的能力。

GIS是一门实践性很强的学科，GIS实习以课堂所讲授的GIS的原理、方法为指导，结合GIS通用平台的具体操作和应用，能够让学生更深入的理解GIS的概念、原理和方法，更广泛地了解GIS的应用领域，并且使学生更牢固的掌握GIS课堂教学的相关内容。

更为重要的是，通过本次实习，能够让学生达到以下的目的：

1.熟练运用GIS软件矢量化地形图，掌握扫描矢量化的基本原理、方法和步骤。

2.熟练掌握GIS空间数据输入与输出及图形编辑等功能。

3.了解GIS空间数据的获取和处理的方法。

4.了解GIS相关产业的业务流程，以及发展状况、方向和趋势。

5.了解GIS在具体领域的应用实例，工作的流程和工作原理以及分析需求的方法。

五、实习的内容、方式或方法

一）矢量化部分

对已有地形图进行配准和校正，进行屏幕矢量化.

我矢量化的地物是陡坎，河流，还有少部分等高线。

在之前的矢量化过程中没注意过陡坎的画法，它的示坡线的指示方向不同，画法就不同。

我选择的显示符号是小短线向上的，所以在矢量化陡坎时，示坡线（小短线）是出现在鼠标前进线的左侧，所以在矢量化陡坎时要根据真实底图的示坡线方向选择矢量化起始点和方向。

对于河流就简单多了，一般的小河流就是矢量化成线图层，对于黄河就矢量化成面图层，在矢量化黄河时需要注意的是，黄河中间会有一些名为草地或是泥沙，淤泥等的类似岛的部分，涨潮后就是水了，所以这些部分不用被提出来，他还是属于黄河的。

等高线的矢量化一直都是很费神的，尤其是那种很密的等高线，此次矢量化的等高线确实很密，不过还好的是它比较规则，在矢量化等高线时需要注意的是分辨模糊处与其相接的等高线，有很多等高线隔得很近，很多时候分不清是不是该接过去，在这种情况下我们就可以通过两条计曲线之间首曲线的高程值来推测，不相连的等高线即使是高程值相同也不用将他们连接，为了简单我是一边矢量化一边赋高程值的，首先先根据高程点以及等高距判断地形的大概走势（即高程的变化），以及计曲线的高程值。

再推测两已知高程值的计曲线间的首曲线的高程，等高线一般都比较长，有些地方两计曲线间只有三条或两条首曲线，这种情况下就不能直接得到首曲线的高程值，但可以通过其他地方推测，一般情况下这种情况下的那几条首曲线是很长的，可以从这条线的其他地方（两计曲线间有四条首曲线的地方）得到高程值。

我们组的等高线相对比较规则，还简单不少，有的组的等高线直接找不到相邻的，而且高程点还很少，总是在很多地方莫名的出来几条。

矢量化等高线不仅要细心认真还要发挥自己的常识、推测。

例如：

在一个低洼的地方的里边会有一个鼓起的小山包，它的等高线就和一般的不同了。

二）GIS矢量数据空间分析

各小组矢量化结束后就要开始拼接，先用地理配准中的合并将各图层合并，再对不符合的地方做操作。

有的组把黄河矢量化成了线，而且还与其他组的不相接就不得不在裂缝处重新画面并把原来是线的黄河区域提取出来重新要素转面，再对其进行合并。

为后面操作，需要有一个面状的县界，之前的只是一个线状的，在要素转面时一直出错，当时找不到原因，我就令想了个办法，就是新建一个面状图层，利用编辑器里的追踪按钮

，沿着线状边界追踪，但发现走到一半就过不去了，放大才发现有断口，于是就找出所有断口并根据底图边界对他们做节点编辑，使其完整，再做要素转面就很顺利的成功了。

由于之前每次做DEM,数据总是不能覆盖研究区域，这侧矢量化时就故意把等高线略画出区域界线。

并且暂时不对矢量化数据进行边界裁剪。

三）GIS栅格数据空间分析

（一）DEM的生成

用矢量化好的等高线做DEM，用了两种方法：

一，用创建TIN再TIN转栅格方式，环境的处理范围设置的与显示范围相同，但生成的DEM都不能覆盖合阳全区域，因为某些地方还是缺少数据。

二，用栅格插值，地形转栅格生成的DEM是可以将区域覆盖完全，可总感觉最大最小高程值不对。

如图（左图为方法一结果，右图为方法二结果）：

后来又根据底图将缺少数据部分的高程点画出来，结合着等高线共同生成DEM，得到的DEM数据就是对的了（如下左图），再用边界面数据对此DEM作按掩膜提取，得到合阳县整个范围的DEM数据（如下右图）。

生成的DEM图：

（二）地形分析

1，坡度、坡向图的生成

DEM图生成后，坡度、坡向图就比较简单了，直接通过SpatialAnaly表面分析坡度、坡向，就可以生成。

需要注意的就是在出图时对图例等相关要素的调整，坡度图生成的坡度数据小数位太多，需要将其显示少点，在符号系统里调节就好。

生成的坡度图：

坡向图要注意的是对其进行重分类，直接生成的坡向是有两个北的，需要将他们重分类，分成一个就好了。

生成的坡向图：

2，地形起伏度

是指在一个特定的区域内，最高点海拔与最低点海拔高度的差值。

他是描述一个区域地形特征的一个宏观的指标。

做法：

SpatialAnalysis工具领域分析（选任一统计方式都可以），将统计类型分别设为最大值和最小值各输出一次，再用栅格计算器用最大值减去最小值。

生成的合阳县地形起伏度图：

3，地面粗糙度

利用栅格计算器，对坡度数据进行操作。

成图：

4，正负地形提取

点击领域分析，利用领域分析的方法以11*11的宽口计算平均值，结果记为块统计mean。

在栅格计算器里，对原始DEM数据与块统计mean数据做减法运算，并将运算结果分为两级，分级界线为0.那么大于0的区域在原始DEM上就是正地形区域，小于0的在原始DEM上就是负地形区域。

对得到的二值化区域进行两次重分类，一次将正地形区域属性值赋值为1，负地形区域赋值为0，命名为正地形，另一次将正地形区域属性值赋值为0，负地形区域赋值为1，命名为负地形。

正地形：

负地形：

5，山脊线、山谷线的提取

点击DEM数据，使用【SpatialAnalyst工具】|【表面分析】|【坡向】工具，提取DEM的坡向数据层，命名为坡向。

点击数据层坡向，使用【SpatialAnalyst工具】|【表面分析】|【坡度】工具，提取数据层坡向的坡度数据，命名为坡度1。

求取原始DEM数据层的最大高程值，记为H（可在图层中直接观察得到，在此为1548.1）；使用【SpatialAnalyst工具】|【地图代数】|【栅格计算器】计算，公式为（H-DEM），得到与原来地形相反的DEM数据层，即反地形DEM数据。

基于反地形DEM数据求算坡向值，命名为坡向1。

利用SOA方法求算反地形的坡向变率，记为坡度2。

使用【栅格计算器】计算，公式为SOA=（（[坡度1]+[坡度2]）-Abs（[坡度1]-[坡度2]））/2，即可求出没有误差的DEM的坡向变率SOA。

再次点击初始DEM数据，使用【SpatialAnalyst工具】|【邻域分析】|【焦点统计】工具，设置统计类型为平均值，邻域的类型为矩形，邻域的大小为11X11，即可得到一个邻域为11X11的矩形的平均值数据层，记为焦点统计mean。

使用【栅格计算器】计算，公式为正负地形分布区域=[DEM]-[焦点统计mean]，即可求出正负地形分布区域。

使用【栅格计算器】计算，公式为山脊线=[正负地形分布区域]>0andSOA>55，（一般一步是做不出来的，需要分开来做）即可求出山脊线。

同理，使用【栅格计算器】计算，公式为山谷线=[正负地形分布区域]<0andSOA>55，即可求出山谷线。

得到的合阳县山脊山谷线图：

（三）地貌图

地貌图即可以展现地形起伏，可以通过山体阴影和DEM的叠合效果来表示。

先做山体阴影，通过Spatialanalyst工具表面分析山体阴影，来生成山体阴影图。

再将山体阴影的属性窗口设置图层透明度。

将DEM图层属性设置为最值拉伸，并选择带有晕眩效果的色带。

将山体阴影图放在DEM图上，观察立体效果，通过调节山体阴影

水文分析

由于黄河是面状并且其范围内的高程值不同，所以做水文分析时需要将黄河范围裁减掉，其不能考虑在范围内，否则会出现水流方向与黄河水流方向相反的情况。

之前的数据处理有部分误差，从底图来看合阳县的边界应该是始终穿过黄河的，也就是说黄河的右侧边界应该和合阳县的右侧边界重合，而目前使用的数据不重合，因此我不得不对其做操作，首先我用的方法是采用编辑折点工具，将黄河边界拉到和合阳县边界重合，但发现太麻烦。

我就直接重建图层，用追踪工具沿着黄河边界的左边界，合阳县边界的右边界很快就得到新的黄河图层，再用黄河图层与合阳县的DEM做擦除，得到没有黄河的合阳县DEM数据的，用来做水文分析。

1，流向分析（最好是在无洼地的DEM中做，在此仅在DEM中做是为了后面做汇，已确定该DEM是否是有洼地的DEM）

流向工具的输出是值范围介于1到255之间的整型栅格。

2，汇（Sink）

汇是指流向栅格中流向无法被赋予八个有效值之一的一个或一组空间连接像元。

汇被视为具有未定义的流向，并被赋予等于其可能方向总和的值。

汇工具的输出是一个整型栅格，其中每个汇都被赋予一个唯一值。

汇的编号介于1到汇的数量之间。

3，填洼（Fill）

由上一步的汇可看出该DEM是有汇，即是有洼地的，在此对原始DEM做填洼，已通过填充表面栅格中的汇来移除数据中的小缺陷（洼地）。

得到无洼地（凹陷点）DEM.

凹陷点是指具有未定义流域方向的像元；其周围的像元均高于它。

倾泻点相对于凹陷点的汇流区域高程最低的边界像元。

如果凹陷点中充满了水，则水将从该点倾泻出去。

有关填充的Z限制。

要填充的凹陷点与其倾泻点之间的最大高程差。

如果凹陷点与其倾泻点之间的z值差大于z限制，则不会填充此凹陷点。

默认情况下将填充所有凹陷点（不考虑深度）。

用无凹陷点的DEM做流向分析（真正意义上的流向分析）

4，流量（FlowAccumulation）

在流向的基础上做流量分析。

创建每个像元累积流量的栅格。

流量累积将基于流入输出栅格中每个像元的像元数。

高流量的输出像元是集中流动区域，可用于标识河道。

流量为零的输出像元是局部地形高点，可用于识别山脊。

流量工具不遵循压缩环境设置。

输出栅格将始终处于未压缩状态。

流量从低到高颜色由红到蓝，所以流量图中的红色区域是没有流量的，蓝色区域是相对来说流量最高的，所以可以看出都是大一点的河流。

5，河网

在流量的基础上，应用栅格计算器得到合阳县的河网。

在这过程中，刚开始我根据流量数据里我能看得到河流的像素值来用栅格计算器提取，发现河网太密集，甚至出现类似南山遍野河流的情况，是很不准确的，经过调试，发现选择2500的效果还挺好。

得到河网数据后，再将其转换成矢量数据，直接用水文分析里的栅格河网矢量化工具（栅格河网矢量化工具使用的算法主要用于矢量化河流网络或任何表示方向已知的栅格线性网络的栅格。

该工具使用方向栅格来帮助矢量化相交像元和相邻像元。

可将两个值相同的相邻栅格河网矢量化为两条平行线。

这与栅格转折线（RastertoPolyline）工具相反，后者通常更倾向于将线折叠在一起）。

平滑处理河流网络：

打开[编辑器]工具栏，执行工具栏中的命令[编辑器]>>[开始编辑]，确保目标图层为河流网络图层[Shape1],通过打开[Shape1属性表，并选择属性表的所有行选择图层[Shape1]中的所有要素，也可以通过要素选择按钮选择图层中所有要素，执行[编辑器]工具栏中的命令[编辑器]>>[更多的编辑工具]>>[高级编辑]打开工具条：

[高级编辑]，点击其上的[平滑]按钮。

最终生成的河网图为：

6，河网分级（StreamOrder）

在河网和流向的基础上进行河网分级操作。

河网分级是一种将级别数分配给河流网络中的连接线的方法。

此级别是一种根据支流数对河流类型进行识别和分类的方法。

仅需知道河流的级别，即可推断出河流的某些特征。

河网分级工具有两种可用于分配级别的方法。

这两种方法由Strahler（1957）和Shreve（1966）提出。

在这两种方法中，始终将1级分配给上游河段。

Strahler河流分级方法：

在Strahler法中，所有没有支流的连接线都被分为1级，它们称为第一级别。

当级别相同的河流交汇时，河网分级将升高。

因此，两条一级连接线相交会创建一条二级连接线，两条二级连接线相交会创建一条三级连接线，依此类推。

但是，级别不同的两条连接线相交不会使级别升高。

例如，一条一级连接线和一条二级连接线相交不会创建一条三级连接线，但会保留最高级连接线的级别。

Shreve河流分级方法：

Shreve法考虑网络中的所有连接线。

与Strahler法相同，所有外连接线都被分为1级。

但对于Shreve法中的内连接线，级别是增加的。

例如，两条一级连接线相交会创建一条二级连接线，一条一级连接线和一条二级连接线相交会创建一条三级连接线，而一条二级连接线和一条三级连接线相交则会创建一条五级连接线。

因为级别可增加，所以Shreve法中的数字有时指的是量级，而不是级别。

在Shreve法中，连接线的量级是指上游连接线的数量。

此次操作用的是方法一，Strahler河流分级方法。

将生成的河流分级栅格数据继续用栅格河网矢量化工具将其转换成矢量数据，再将其以唯一值GRID-CODE显示分类级别。

最终生成的河网分级图：

7，河流连接（Streamlink）

向各交汇点之间的栅格线状网络的各部分分配唯一值。

“连接”是指连接两个相邻交汇点、连接一个交汇点和出水口或连接一个交汇点和分水岭的河道的河段。

7，水流长度（FlowLength）

水流长度工具的主要用途是计算给定盆地内最长水流的长度。

该度量值常用于计算盆地的聚集时间。

这可使用UPSTREAM选项来完成。

该工具也可通过将权重栅格用作下坡运动的阻抗，来创建假设降雨和径流事件的距离-面积图。

9，盆域分析（用于划分出研究区所有的流域盆地）

在流向的基础上做盆域分析，流域盆地是由分水岭分割而成的汇水区域，他通过水流方向数据的分析确定出所有相互连接并处于同一流域盆地的栅格。

流域盆地的确定首先是要确定分析窗口边缘的出水口位置，也就是说，在进行流域盆地的划分中，所有流域的盆地出水口均处于分析窗口的边缘，当确定了出水口的位置后，其流域盆地集水区的确定类同于洼地贡献区域的确定，也就是找出所有流入出水口的上游栅格的位置。

生成的盆域分析图：

10，捕捉倾泻点（Snappourpoint）

在河流连接和流量的基础上做。

捕捉倾泻点工具用于确保在使用分水岭工具描绘流域盆地时选择累积流量大的点。

捕捉倾泻点将在指定倾泻点周围的捕捉距离范围内搜索累积流量最大的像元，然后将倾泻点移动到该位置。

11，分水岭（Watershed）

确定栅格中一组像元之上的汇流区域。

合阳县分水岭分析图：