云南省降水量时空分布图讲解.docx

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云南省降水量时空分布图讲解

本科学生综合性、设计性实验报告

姓名赵艺淞学号104130138

专业地理信息系统班级2010级地信班

实验课程名称专题地图编制

指导教师及职称何云燕

开课学期2012至＿2013学年＿第二学期

云南师范大学旅游与地理科学学院编印

一、实验设计

实验名称：

云南省降水量动态分析图

实验时间：

2013年5月20日—6月28日

实验类型：

□验证实验□综合实验■设计实验

小组合作：

■是□否

小组成员：

赵艺淞尹文姣

1、实验内容（含实验原理介绍）：

（1）研究背景：

云南省全省129个县降水量的时空分布分析（以2000年，2005年，2010年三年数据为例），分析比较同一年限降水量在整个云南省的空间分布格局，不同年限降水量的差异和变化趋势。

（2）一幅完整的专题地图由三个大的方面构成，即专题地图的数学要素、专题要素和地理底图要素。

①专题地图的数学要素包括坐标网、比例尺和地图定向等内容。

次幅专题地图是反映人文经济现象的专题图，在云南省行政区域范围内比较各个地州市的农业发展和组成情况，采用较小比例尺1：

oooo，在这里坐标网为地理坐标网也就是经纬网。

地图的定向以中央经线为正北方向。

②专题要素是专题地图的主体。

此次的专题图采用了利用分区和分级统计方法配合进行制图，两种方法配合使用，用分级统计图作为背景，在图上每一分区内描绘统计图表，从而使得地图的主题内容更加的全面。

③地理底图要素：

采用云南省行政区划图作为地理底图，人文经济专题图主要是考虑研究区域的等面积性，和各研究区划分正确性。

适当添加河流道路山峰等自然地理要素，可以帮读图者定位，原则是简洁适当，底图颜色要浅淡，不能喧宾夺主。

●数学基础：

地图投影是“高斯克吕格投影”，地理坐标系统是“西安1980”。

具体参数如下：

地图投影

地理坐标系统

Projection:

Gauss_Kruger

False_Easting:

500000.000000

False_Northing:

0.000000

Central_Meridian:

102.000000

Scale_Factor:

1.000000

Latitude_Of_Origin:

0.000000

LinearUnit:

Meter（1.000000）

GeographicCoordinateSystem:

GCS_Xian_1980

AngularUnit:

Degree（0.017453292519943299）

PrimeMeridian:

Greenwich（0.000000000000000000）

Datum:

D_Xian_1980

Spheroid:

Xian_1980

SemimajorAxis:

6378140.000000000000000000

SemiminorAxis:

6356755.288157528300000000

InverseFlattening:

298.257000000000010000

●地图的地理基础要素：

基础要素有各州市行政区划边界，河流，道理，山峰等

●地图的专题内容：

专题是云南省2011年各州市农林牧渔业总产值分布，显示方式是以分区三维柱状图加分级设色显示。

●图例设计：

图例设计以出图时排版为依据来设计

●图面配置与整饰原则：

图面配置要考虑整幅图的平衡问题，主图要放人眼的视觉中心，即几何中心偏左上位置，图名，图例，比例尺，附图和说明图表等要根据主图的位置做出合理的配置。

而地图整饰要考虑各种颜色的搭配问题，使让人看起来协调舒畅

●统计数据：

数据是通过查阅云南省统计局的云南省统计数据库，然后下载的到的，

●地图配准数据：

地图配准的坐标是在网络上查找的一部分州市在西安1980坐标系下的坐标值。

●地图的打印要求：

本专题地图采用A3纸打印

2、实验目的和要求：

专题地图所反映的主题内容十分广泛，从自然地理现象到社会经济等人文地理现象无所不容，既能表示各种具体有形的事物和现象又能表现抽象无形的事物现象。

专题地图还具有地理基础和专题要素双重内容的层面的特性，它表现方法多样，图面配置灵活。

学会专题地图的制作对于我们GIS专业的学生是十分重要的。

本次实验的目的是进一步加强对专题地图的理解和认识，特别是对专题地图的表现方法和图例设计的理解和操作。

本次实验是基于ArcGIS软件的专题地图制作，将所学知识付诸实践，对巩固专题地图编制和地图学的理论知识，加深对ArcGIS软件的理解和认识，增强动手能力，提高制图水平都有很大意义。

3、实验材料及相关设备：

实验数据:

（1）查阅《云南统计年鉴》获取2000年，2005年，2010年云南省各县的年均降水量数据。

（2）云南省行政区划图一张，用于云南省省界的数字化。

制图软件：

ArcGIS软件（ArcCatolog、ArcMap、ArcView）

相关辅助：

Excel、Word等。

4、理论依据

（1）专题图的优势：

专题地图是指突出而尽可能完善、详尽地表示制图区内的一种或几种自然或经济（人文）要素的地图。

专题地图的制图领域宽广，凡具有空间属性的信息数据都可用其来表示。

其内容、形式多种多样，能够广泛应用与国民经济建设、教学和科学研究、国防建设等行业部门。

专题地图和普通地图相比，具有独特的特征。

（1）地统计（Geostatistics）又称地质统计，也可以称为空间统计分析，其实统计学的一个分支，地统计学于20世纪50年代初开始形成，60年代在法国著名统计学家G..Matheron的大量理论研究工作基础上，形成的一门新的统计学分支。

ArcGIS地统计分析模块主要由三个功能模块组成：

探索性数据分析、地统计分析向导以及生成数据子集利用这些基本功能模块，可以方便的完成多种地统计分析创建完善的专题地图。

（3）利用分区和分级统计方法配合进行制图

①分区统计图法是在制图区域各个区划内，按其相应的统计数据，描绘不同形式的统计图表，以表示并比较各个区划单位内现象的总和、构成及动态的方法。

②分级统计图法是在整个制图区域的若干个小的区划单位内（行政区划或其他区划单位），根据各分区资料的数量（相对）指标进行分级，并用相应色级或不同疏密的晕线，反映各区现象的集中程度或发展水平的分布差别。

分区统计图表法与分级统计图法均是以统计资料为基础的表示方法。

他们都能反映个区划单位之间的数量差别，但不能反映每个区划单元内部的具体差异。

两种方法配合使用，用分级统计图作为背景，在图上每一分区内描绘统计图表，从而使得地图的主题内容更加的全面。

4、实验方法步骤及注意事项：

数据准备

①通过查阅《2001年云南省统计年鉴》、《2006年云南省统计年鉴》、《2011年云南省统计年鉴》资料分别获取2000年、2005年、2010年云南省129个县区的年平均降水量数据，并制作成Excel表格的形式保存。

②下载JPG格式的云南省县区行政区划图一份，并进行数字化，并在属性表添加县名、所属州市、周长、面积等属性值，得到一幅云南省县区行政区划电子地图。

③将Excel表格中的降水量数据链接导入到数字化好的地图里，完成数据的前期准备工作。

步骤:

地图数字化，编制与成果输出。

■地图数字化以及属性的添加

（1）在ArcMap中添加底图，建立地理坐标系统，选控制点进行配准，选择投影方式

（2）在ArcCatolog创建所需图层，面状元素包括州市级的行政区划、县级行政区划、云南省边界，点状元素包括各测站点的位置。

坐标投影信息一定要和原底图匹配。

（3）创建好的图层加载到ArcMap，调用Editor工具进行编辑，根据底图信息分别进行数字化跟踪，得到需要的各图层数据并进行拓扑检查

（5）完善属性信息。

联接属性：

将云南省降水量数据表在Excel中进行编辑，将编辑好的数据另存为＊.DBF的数据格式。

在属性表中进行属性关联，连接文件和被连接文件的关键字一定要一致。

■专题地图编制

（1）为数字化好的个图层（各州市点，国界线等）设置颜色、大小。

（2）利用分区和分级统计方法配合进行制图

分级统计图法是在整个制图区域的若干个小的区划单位内（行政区划或其他区划单位），根据各分区资料的数量（相对）指标进行分级，并用相应色级或不同疏密的晕线，反映各区现象的集中程度或发展水平的分布差别。

分区统计图发是在制图区域各个区划内，按其相应的统计数据，描绘不同形式的统计图表，以表示并比较各个区划单位内现象的总和、构成及动态的方法。

分区统计图可以显示现象的内部结构。

两种方法配合使用，用分级统计图作为背景，在图上每一分区内描绘统计图表，从而使得地图的主题内容更加的全面。

本次实验的数据是云南省2000年降水量的统计数据。

分区统计图表法与分级统计图法均是以统计资料为基础的表示方法。

他们都能反映个区划单位之间的数量差别，但不能反映每个区划单元内部的具体差异。

①先用分级统计法根据各州市的降水量进行分级，对底色进行分层设色。

分级统计图则按照各个地州市的农业总产值划分为6个等级，并用不同的颜色来区分。

②然后再用分区统计法根据2000、2005、2010三年的降水量数据分别的产值生成柱状图。

在这里分区统计图以地州市级行政区域为划分依据

③根据每个地州市在全省各地州年平均降水量的生成折线图，作为附图插入在地图上，进行补充说明。

■图面设计

点击view-layout添加各种地图要素

（1）添加地图名称，图名图廓作者日期

（2）添加图例（颜色）

（3）添加指北针

（4）添加比例尺

（5）对整图进行整饰

选择landscape进行版面设计,对指北针、图例、比例尺等各部分进行修改调整。

■输出地图

（1）先数值化云南省区划图

（2）对数值化后的底图进行属性赋值

（3）分区和分级统计方法配合进行专题地图编制

（4）利用Excel辅助成图

（5）图面设计

（6）输出地图

二、实验内容、步骤和结果

（要求：

详细写清楚本次实验的完成的主要内容、具体实施步骤和实验结果。

纸张不够可以自行添加。

）

1、地图数字化以及属性的添加

1.1、数字化云南省县区行政区划地图，得到一个命名为“云南省县区行政区边界”的面图层，并在属性表中添加字段名为“县名-缩”、“县名-全”“所属州市”、“周长”、“面积”等属性值。

1.2、将2000年、2005年、2010年云南省129个县区的三年的年平均降水量数据制作成Excel表格的形式保存，建立县名的字段名为“县名-缩”使之与属性表的字段名相匹配。

1.3、打开面图层“云南省县区行政区划图”的属性表，点击Options按钮，使用"JoinandRelates"-"Join"工具，打开对话框，  在打开的对话框里面选择要Join的表，并选择相对应的字段。

这里地图数据使用的是“县名-缩"字段,Excel数据选择的也是"县名-缩"字段,因为它们含有相同的内容.  点击OK,然后再打开地图数据的属性表就可以看到Excel数据已经导入到ArcGIS地图数据里面了.

因为Join后的属性表只保存在内存中，要是关掉程序再打开地图数据，Excel里的数据又没有了，所以需要将地图数据导出保存。

方法也是在地图数据上右键，选择Data-ExportData，选择保存位置即可。

加载刚保存的数据，这时候Excel里的数据就已经导入到地图数据里面了。

1.4、面图层向点图层转化。

地统计分析需要点图层进行内插，从而得到连续的表面，我们现有数据为行政区界的面图层，采用多边形质心的方法（面转为几何中心点）来把面图层转为点图层。

在ArcToolboxDataManagementTools-Features-FeaturetoPoint

得到如下结果

1.5、将图层“云南省各县区行政边界”合并成一个多边形，只保留云南省省界。

在ArcToolBox下选择DataManagementTools--Dissolve。

1.6、设置边界可见，背景透明。

单击目录表中的“云南省各县”图层的图例，打开SymbolSelector对话框。

单击FillColor下拉箭头，然后点击NoColor，在SymbolSelector对话框中单击OK按钮。

使图层酒杯透明显示，只是有轮廓可见，以便看见在后面所要创建的其他图层。

2、基于空间插值方法，对云南省全省的平均降水量进行分级

2.1、激活地统计分析模块。

在ArcMap中，单击Tools,再单击Extensions,选中GeostatisticalAnalyst复选框，单击Close按钮。

2.2、添加GeostatisticalAnalyst工具条到ArcMap中。

单击View菜单，光标指向Toolbars，然后单击GeostatisticalAnalyst。

2.3、在创建表面之前对数据进行检查，为了找出数据中那些离群值并且发现数据中存在的趋

势。

用ESDA（空间数据探索分析）工具检查数据我们对数据已经有如下了解：

2.3.1、降水量数据不符合正态分布，不过在经历了LOG数据变换之后，数据近似的符合了正态分布，平均值和中值大致相等，在直方图中，变换后的数据呈单峰且在平均值/中值两侧有较好的对称性。

2.3.2、正态QQ图中再次证实数据不符合正态分布，LOG变换后，QQ图中的点构成了一条近似的直线。

3、利用TrendAnalysis工具可以看到数据显示出某种趋势，还趋势提取后可以是一个二阶多项式对其进行最佳拟合。

4、半变异函数表面表明数据中存在空间自相关。

4.1、创建连续表面（克立格插值）

结合上述数据分析发现的空间关系，根据降水量的样本点，进行空间内插，创建剔除趋势并模拟空间自相关的连续表面。

Arcgis的地统计分析有一个地统计向导，按照这个向导一步一步就可以实现空间插值值。

单击GeostatisticalAnalyst工具条，然后点击地统计向导GeostatisticalWizard。

选择输入的数据和属性，选择的插值模型，这里选择kriging方法，如图，然后点击Next即可。

选择插值方法和数据预处理方法选择克里金插值法。

云南省各个县区的平均降水量并不符合正态分布，而且在趋势分析中存在明显的抛物线特征，“u”型曲线，所以这里选择通过二阶多项式拟合对其预处理，在OrderofTrendRemoval下拉箭头选择Second，比较插值结果的精度，然后next。

这一步对插值的精度影响很大。

根据左上角的半变异函数云图，在右边模型栏内，选择对其拟合较好的模型，通过可以通过调整搜寻角度和搜寻半径（左下），最终确定一个合适的模型，该模型的参数在左下角蓝色条框内给出。

单击Finish按钮，会首先给出这个过程的一个总结Summary。

Outputlayerinformation对话框显示了用于创建表面的模型的信息摘要。

例如，数据预处理过程，采用的模型等。

4.2、得到插值的结果，即图层“OrdinaryKriging”

将预测表面限制在云南省边界内。

目录表中右键点击图层“OrdinaryKriging”再单击Properties,在Properties对话框中点击General标签，将图层名改为“云南省年平均降水量分布”

由于预测到的降水分布图并不能覆盖云南省全部地理范围（图层“市区面积”），要解决这个问题，需要对表面进行外推值（即预测边界之外的点的值），点击Extent标签，在Settheextentto框中选择acustomextententeredbelow,在VisibleExtent区域中输入下面的值，Left（左）：

97,Right（右）：

107，Top（上）：

30，Bottom（下）：

21，然后点击确定按钮。

在目录中右击Layer,然后单击Properties，在对话框里选择DataFrame标签，选中Enable复选框，而后点击SpecifyShape按钮，在弹出对话框中单击OutlineofFeatures按钮，在Layer下拉框中单击“云南省边界”。

点击OK,关闭窗口，完成整个裁剪过程。

最终得到裁剪后的分级图如下图所示：

5、在每个地州市上生成柱状图，进行分区显示。

5.1、将图层“云南省各县区行政边界”按照“州市”字段合并成多边形，只保留云南省各地州市边界。

在ArcToolBox下选择DataManagementTools--Dissolve。

改名为“云南省地州行政边界”

5.2、在Excel中，将2000年、2005年、2010年云南省129个县的降水量数据以地州为单位进行汇总，并建立新的各个地州市的三年的年平均降水量数据制作成Excel表格的形式保存，建立县名的字段名为“州市”使之与属性表的字段名相匹配。

5.3、打开面图层“云南省地州行政边界”的属性表，点击Options按钮，使用"JoinandRelates"-"Join"工具，打开对话框，在打开的对话框里面选择要Join的表，并选择相对应的字段。

这里地图数据使用的是“县名-缩"字段,Excel数据选择的也是"县名-缩"字段,因为它们含有相同的内容.  点击OK,然后再打开地图数据的属性表就可以看到Excel数据已经导入到ArcGIS地图数据里面了.

5.4、将地图数据导出保存。

方法也是在地图数据上右键，选择Data-ExportData，选择保存位置即可。

加载刚保存的数据，这时候Excel里的数据就已经导入到地图数据里面了。

5.5、右键点击图层“云南省地州行政边界”，在下拉菜单中选择Properties,在Symbology进行如下选择，制作一个反映每个地州三年的降水量变化的柱状图。

5.6、将背景颜色设为无色，使得上一步得到的分级图能够显示在图上。

6、国界线制作：

①将图层“云南省各县区行政边界”合并成一个多边形，只保留云南省省界。

在ArcToolBox下选择DataManagementTools--Dissolve。

②然后将得到的面状图层转变为线状图层。

在ArcToolboxDataManagementTools-Features-Featuretoline

③制作边界线符号：

右键单击该线状图层的符号，在打开的窗口Properyies中进行设置，制作边界线。

7、添加昆明的位置，把云南省行政中心添加上

8、添加地图要素，完成专题地图的输出。

在主菜单上单击View下的LayoutView，然后单击Insert下的相应模块进行添加，地图显示：

最后将制作好的专题地图转化为JPG格式并输出成图

实验结果：

参考文献：

[1]刘湘南，黄方，王平等.2008.GIS空间分析原理与方法（第二版）[M].北京.科学出版社

[2]宋小冬，钮心毅.2007.地理信息系统实习教程（ArcGIS9.x）（第一版）[M].北京.科学出版社

[3]黄杏元.马劲松.2008.地理信息系统概论（第三版）[M].北京.高等教育出版社

[4]云南省统计局，国家统计局云南省调查总队.2012.云南省统计年鉴[M]中国统计出版社

[5]黄仁涛，庞小平等.2003.专题地图编制.（第一版）[M].武汉.武汉大学出版社

[6]袁勘省.2007.现代地图学教程.（第一版）[M].北京.科学出版社

三、实验小结

1、实验中出现过的问题（或错误）、原因分析

（1）在进行全省降水量分级设色时，划分等级的标准不是很规范。

因为就整个云南区域而言，决大部分处于湿润区和半湿润区，分级出来对比效果不明显，所以没有严格按照干旱区、半干旱区、半湿润区、湿润区的分级标准来划分。

另外，由于分级统计图法是按阶梯状分级的，有时差别不大的两个数据可能被分在两个级别内，而另外两个差异较大的数值可能分在同一级别内。

实验分级结果精准性可能会有一定的影响。

（2）在制作国界线和边界线时，我们想做成的样式是晕线在图的外侧往外晕，可是用线条编辑工具制作的结果只能是在中间，然后，我们尝试用建立多层缓冲区的方法，生成外部的渐变晕线，可是没有成功。

（3）出图设计时，边框设计出现问题。

本来，经过多次尝试和反复调整，我们已经在ArcGIS中设计好了一个边框，想作为地图的边框输出。

但是，因为我们在做内插表面生成的时候，在DataFrame下设置了预测表面范围是以云南省边界为界的，而此时边框设置的范围位置则是要在整个图幅的外围，两个地方设置发生冲突，我们没有找到分开设置范围的方法，无奈之下，我们选择了放弃边框的设计。

（4）同样的，也是因为范围界限的原因，我们的经纬网也只能显示在云南省边界范围内，这是我们只到成图输出都没有解决的问题。

以上问题是我们实验中遇到的没能解决的问题，也是我们这次实验的不足，望老师帮助解决。

2、对实验自我评价：

通过这次综合性的专题地图设计实验，经历了主题定向，找原始数据，数字化，符号设计，图面配置，最终出图等完整的专题地图制作过程。

对专题地图编制的整个流程有一个详尽的体验，对所学的知识有了一次系统的实际运用。

在实践中才发现有很多细节的问题是自己预先没有想到的，很多东西也是用到了不会了，才去网上现学的，自己的基本知识还是掌握得不扎实，实践不够，多练习多实践才能发现自己的缺陷。

指导教师评语及得分：

得分：

签名：

年月日