GIS原理实习二操作指南.docx

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GIS原理实习二操作指南

GIS原理实习二操作指南

实验三、空间数据处理一、实验目的1.掌握空间数据处理（融合、拼接、剪切、交叉、合并）的基本方法，原理。

领会其用途。

2.掌握地图投影变换的基本原理与方法。

3.熟悉ArcGIS中投影的应用及投影变换的方法、技术4.了解地图投影及其变换在实际中的应用。

二、实验准备预备知识：

ArcToolbox是ArcGISDesktop中的一个软件模块。

内嵌在ArcCatalog和ArcMap中，在ArcView、ArcEditor和ArcInfo中都可以使用。

ArcToolbox具有许多复杂的空间处理功能，包括的工具有：

数据管理数据转换Coverage的处理矢量分析地理编码统计分析空间间数据处理是基于已有数据派生新数据的一种方法。

是通过空间分析方法来实现的。

是基于矢量数据进行的，包括如下几种常用的操作：

融合，剪切，拼接，合并（并集），相交（交集）。

地理坐标系（GeogrpahicCoordinateSystem）地理坐标系使用基于经纬度坐标的坐标系统描述地球上某一点所处的位置。

某一个地理坐标系是基于一个基准面来定义的。

基准面是利用特定椭球体对特定地区地球表面的逼近，因此每个国家或地区均有各自的基准面。

椭球体长半轴a（米）轴短半轴b（米）Krassovsky（北京54采用）63782456356863.0188IAG75（西安80采用）63781406356755.2882WGS8463781376356752.3142在ArcGIS中基于这三个椭球，建立了我国常用的三个基准面和地理坐标系：

GCS_WGS1984（基于WGS84基准面）GCS_BEIJING1954（基于北京1954基准面）GCS_XIAN1980（基于西安1980基准面）投影坐标系（ProjectedCoordinateSystems）投影坐标系使用基于X,Y值的坐标系统来描述地球上某个点所处的位置。

这个坐标系是从地球的近似椭球体投影得到的，它对应于某个地理坐标系。

投影坐标系由以下参数确定地理坐标系（由基准面确定，比如：

北京54、西安80、WGS84）投影方法（比如高斯－克吕格、Lambert投影、Mercator投影）在ArcGIS中提供了几十种常用的投影方法北京1954投影坐标系和西安1980坐标系都是应用高斯－克吕格投影，只是基准面、椭球、大地原点不同。

地理变换地理变换是一种在地理坐标系（基准面）间转换数据的方法，当将矢量数据从一个坐标系统变换到另一个坐标系统下时，如果矢量数据的变换涉及基准面的改变时，需要通过地理变换来实现地理变换或基准面平移。

主要的地理变换方法有：

三参数和七参数法。

投影变换当系统所使用的数据是来自不同地图投影的图幅时，需要将一种投影的地理数据转换成另一种投影的地理数据，这就需要进行地图投影变换。

实验数据：

云南县界.shp;Clip.shp西双版纳森林覆盖.shp西双版纳县界.shp三、实验内容及步骤空间数据处理步骤：

将所需要的数据下载后，解压到e:

\gisdata,设定工作区:

在ArcMap中执行菜单命令：

工具－选项，在空间处理选项页里，点击环境变量按钮，在环境变量对话框中的常规设置选项中，设定临时工作空间为e:

\gisdata第第1步裁剪要素在ArcMap中，添数据GISDATA\云南县界.shp，添加数据GISDATA\Clip.shp（Clip中有四个要素）激活Clip图层。

选中Clip图层中的一个要素，注意确保不要选中云南县界中的要素！

点击打开ArcToolbox，指定输出要素类路径及名称，这里请命名为云南县界_Clip1指定输入类：

云南县界指定剪切要素：

Clip（必须是多边形要素）依次选中Clip主题中其它三个要素，重复以上的操作步骤，完成操作后将得到共四个图层（云南县界_Clip1,云南县界_Clip2，云南县界_Clip3，云南县界_Clip4）。

第2步拼接图层在ArcMap中新建地图文档，加载你在剪切要素操作中得到的四个图层点击打开ArcToolbox在ArcToolbox中执行追加命令输出要素：

设定为云南县界_Clip1,输入要素：

依次添加其它三个图层右键点击图层云南县界_Clip1，在出现的右键菜单中执行数据-导出数据指定导入数据的路径和名称:

YNOK.shp通过以上操作我们就完成了将4个图层拼接为一个图层的处理。

新建一地图文档，加载数据YNOK.shp，查看图层及打开其属性表看看与云南县界中的属性表有何区别。

第第3步要素融合在拼接图层的基础上继续执行融合命令输入要素：

指定为YNOK融合字段：

选择为所属州，将根据这个字段的值对要素进行融合，YNOK图层中所属州相同的要素将合并成一个要素以上操作，根据指定字段的值，对现有图层中的要素进行融合，产生新的图层――YNOK_Dissovle,打开并查看其属性表类似地，重复以上过程，并将融合字段指定为：

CHINESE，看看结果有何不同属性表类似地，重复以上过程，并将融合字段指定为：

CHINESE，看看结果有何不同第第4步图层合并在ArcMap中新建一个地图文档，加载数据GISDATA\西双版纳森林覆盖.shp和GISDATA\西双版纳县界.shp调整图层顺序，将西双版纳县界置于下方打开ArcToolbox，在ArcToolbox执行联合命令在联合对话框中输入要素：

依次添加西双版纳森林覆盖西双版纳县界两个图层输出要素类：

设置为Union.shp查看输出要素类：

Union的的属性表，并检查属性Type，其中为Y的表示有植被覆盖的区域，右键点击图层Union,修改属性－符号（设置为唯一值图例，字段设置为TYPE）的属性表，并检查属性Type，其中为Y的表示有植被覆盖的区域，右键点击图层Union,修改属性－符号（设置为唯一值图例，字段设置为TYPE）思考题：

勐海县的总面积是多少平方公里？

其中有森林覆盖的区域面积是多少？

没有森林覆盖的区域面积是多少？

没有森林覆盖的区域面积是多少？

第第5步图层相交在图层合并练习的基础继续在ArcToolbox中，执行相交命令在相交对话框中输入要素：

依次添加西双版纳森林覆盖西双版纳县界两个图层输出要素类：

设置为Intersect.shp查看输出要素类InterSect，并与西双版纳森林覆盖及图层合并操作所得结果――Union进行比较，并进一步思考这类操作适合求解哪一些现实问题。

输出要素类InterSect，并与西双版纳森林覆盖及图层合并操作所得结果――Union进行比较，并进一步思考这类操作适合求解哪一些现实问题。

定义地图投影第第6步定义投影

（1）在ArcMap中新建地图文档，添加第4步成生成的图层:

Union.shp

（2）在TOC中，右键点击图层Union，查看属性,在属性对话框中，点击源选项页，查看这图层是什么坐标系（3）打开ArcToolbox，执行命令定义投影命令在定义投影对话框中，选择要素类：

Union，点击坐标系输入框右边的按钮，在出现的空间参考属性对话框中，选择一个地理坐标系，GCS_BEJING_1954（注意：

前提是我们已知道图层Union是使用北京1954地理坐标系）点击选择按钮，从预定义的坐标系中选择（坐标系统\GeographicCoordinateSystems\Asia\Beijing1954.prj）（4）在TOC中，右键点击图层Union，查看属性,在属性对话框中，点击源选项页，查看这个图层的坐标系是否已经被指定为北京1954地理坐标系第第7步投影变换――地理坐标系－北京1954坐标系转换－西安80坐标系

（1）在第6步的基础上进行

（2）打开ArcToolbox，执行命令定义投影命令（3）在投影对话框中，依次设定输入要素类为――Union，输出要素类为――Union_PRJ_BJ54.shp,输出坐标系选择为――BEJING_1954_GK_ZONE_17N从预定义的坐标系中选择（坐标系统\ProjectedCoordinateSystems\GaussKruger\Beijing1954\Beijing1954GKZone17N.prj）（4）确定后，完成由地理坐标系GCS_BEJING_1954到投影坐标系BEJING_1954_GK_ZONE_17N的变换。

（5）请参照以上过程，完成由投影坐标系－BEJING_1954_GK_ZONE_17N到投影坐标系四、实验报告要求回答第4步中的问题―――没有森林覆盖的区域面积是多少？

说明原理并给出结果。

提示：

面积单位是什么？

如何转换成平方公里？

，

（1）基于第4步的结果，用图层相减功能求出没有植被的区域，得到一个图层，检查此图层的坐标系是否已是投影坐标系（地图单位是米？

），如果不是则将其转换为投影坐标系

（2）查找ArcMap中的联机帮助，以了解如何计算多边形的面积提示：

用字段计算器实验四、空间分析基本操作一、实验目的1.了解基于矢量数据和栅格数据基本空间分析的原理和操作。

2.掌握矢量数据与栅格数据间的相互转换、栅格重分类（RasterReclassify）、栅格计算－查询符合条件的栅格（RasterCalculator）、面积制表（TabulateArea）、分区统计（ZonalStatistic）、缓冲区分析（Buffer）、采样数据的空间内插（Interpolate）、栅格单元统计（CellStatistic）、邻域统计（Neighborhood）等空间分析基本操作和用途。

3.为选择合适的空间分析工具求解复杂的实际问题打下基础。

二、实验准备预备知识：

空间数据及其表达空间数据（也称地理数据）是地理信息系统的一个主要组成部分。

空间数据是指以地球表面空间位置为参照的自然、社会和人文经济景观数据，可以是图形、图像、文字、表格和数字等。

它是GIS所表达的现实世界经过模型抽象后的内容，一般通过扫描仪、键盘、光盘或其它通讯系统输入GIS。

在某一尺度下，可以用点、线、面、体来表示各类地理空间要素。

有两种基本方法来表示空间数据：

一是栅格表达;一是矢量表达。

两种数据格式间可以进行转换。

空间分析空间分析是基于地理对象的位置和形态的空间数据的分析技术，其目的在于提取空间信息或者从现有的数据派生出新的数据，是将空间数据转变为信息的过程。

空间分析是地理信息系统的主要特征。

空间分析能力（特别是对空间隐含信息的提取和传输能力）是地理信息系统区别与一般信息系统的主要方面，也是评价一个地理信息系统的主要指标。

空间分析赖以进行的基础是地理空间数据库。

空间分析运用的手段包括各种几何的逻辑运算、数理统计分析，代数运算等数学手段。

。

空间分析可以基于矢量数据或栅格数据进行，具体是情况要根据实际需要确定。

空间分析步骤根据要进行的空间分析类型的不同，空间分析的步骤会有所不同。

通常，所有的空间分析都涉及以下的基本步骤，具体在某个分析中，可以作相应的变化。

空间分析的基本步骤:

a）确定问题并建立分析的目标和要满足的条件b）针对空间问题选择合适的分析工具c）准备空间操作中要用到的数据。

d）定制一个分析计划然后执行分析操作。

e）显示并评价分析结果空间分析实际上是一个地理建模过程，它涉及：

问题的确定、使用哪些空间分析操作、评价数据、以合适的次序执行一系列的空间分析操作、显示及评价分析结果。

实验数据：

实验数据包括：

Slope1（栅格数据），Landuse（栅格数据）,landuse92,r5yield,emidalat街道图层AIOStreets和城市地籍图层：

AIOZonecov气温.shp,YNBoundary.shp（云南省的边界）下载地址http:

//www.geo-三、实验内容及步骤空间分析模块本章的大部分练习都会用到空间分析扩展模块，要使用空间分析模块首先在ArcMap中执行菜单命令工具－扩展，在扩展模块管理窗口中，将空间分析前的检查框打勾。

然后，在ArcMap工具栏的空白区域点右键，在出现的右键菜单中找到空间分析项，点击该项，在ArcMap中显示空间分析工具栏。

执行空间分析工具栏中的菜单命令空间分析－选项设定与空间分析操作有关的一些参数。

这里请在常规选项中设定一个工作目录。

因为在空间分析的过程种会产生一些中间结果，默认的情况下这些数据会存储在Windows系统的临时路径下（C:

\temp），当设置了工作目录后，这些中间结果就会保存在指定的路径下。

空间分析工具栏1.了解栅格数据在ArcMap中，新建一个地图文档，加载栅格数据：

Slope1，在TOC中右键点击图层Slope1，查看属性在图层属性对话框中，点击数据源选项，可以查看此栅格图层的相关属性及统计信息。

打开空间分析工具栏，点击图标，查看栅格数据的统计直方图：

新建ArcMap地图文档：

加载离散栅格数据：

Landuse，在TOC中右键点击Landuse，打开属性表查看字段Count可以看到每种地类所占栅格单元的数目2.用任意多边形剪切栅格数据（矢量数据转换为栅格数据）在ArcCatalog下新建一个要素类（要素类型为:

多边形），命名为：

ClipPoly.shp在ArcMap中，加载栅格数据：

Landuse、和ClipPoly.shp打开编辑器工具栏，开始编辑ClipPoly，根据要剪切的区域，绘制一个任意形状的多边形。

打开属性表，修改多边形的字段ID的值为1，保存修改，停止编辑。

打开空间分析工具栏执行命令：

空间分析－转换--要素到栅格指定栅格大小：

查询要剪切的栅格图层Landuse的栅格大小，这里指定为25指定输出栅格的名称为路径执行命令:

空间分析-栅格计算器构造表达式：

[Landuse]*[polyClip4-polyclip4]，执行栅格图层：

Landuse和用以剪切的栅格polyClip4之间的相乘运算得到的结果即是以任意多边形剪切的Landuse数据3.栅格重分类（RasterReclassify）通过栅格重分类操作可以将连续栅格数据转换为离散栅格数据在ArcMap中，新建地图文档，加载栅格数据Slope1，打开空间分析工具栏，执行菜单命令重分类将坡度栅格重新分为5类：

08、815、1525、2535、35度以上。

4.栅格计算－查询符合条件的栅格（RasterCalculator）在找出坡度在25度以下的区域在上一步的基础上进行，执行空间分析工具栏上的命令：

空间分析－栅格计算器构造表达式[Slope1]=25满足条件的栅格赋值为1，其余的栅格赋值为05.面积制表（TabulateArea）在上一步的基础上进行。

加载Landuse92栅格图层，打开ArcToolbox在ArcToolbox中，执行SpatialAnalystTools-Zonal下的面积制表工具按上图所示，指定分区数据和输入栅格数据打开得到的交叉面积数据表，观查其中的记录，理解本操作的意义是什么？

6.分区统计（ZonalStatistic）在ArcMap中新建地图文档，加载栅格图层r5yield（粮食产区分类图）、栅格Organic（土壤有机质含量分布图）在r5yield中，根据产量不同分为5个粮食产区打开ArcToolbox，执行SpatialAnalystTools-Zonal下的区域统计到表分析工具，按上图所示指定参数，确认后得到如下一个数据表：

仔细研究上面的数据表，理解本操作的意义是什么？

点击上面数据表中的[选项]按钮，执行创建图形命令根据向导提示，设定参数，生成不同粮食产区土壤有机质含量（平均值）的统计图表从统计图中可以看出，产量最低区有较低的有机质含量，中产区有机质含量较高，这表明较高的有机质含量会带来较高的产量。

最高产量区有机质含量较低可能是其他因素的影响。

7.缓冲区分析（Buffer）添加缓冲区向导到菜单中在ArcMap中，执行命令：

工具-定制在出现的对话框中的命令选项页。

在左边栏中，目录列表框中，选择工具在右边栏中，命令列表框中，选择缓冲区向导拖放缓冲区向导图标到菜单工具中，或者拖放到一个已存在的工具栏上。

关闭定制对话框创建街道的线状缓冲区新建地图文档，加载街道图层AIOStreets和城市地籍图层：

AIOZonecov（地图单位为：

米）执行菜单命令：

选择－通过属性选择构造表达式：

[STR_NAME]=CYPRESS，从图层AIOStrees中，选择街道名称为CYPRESS的街道执行工具菜单中的缓冲区向导命令，或点击缓冲区向导图标，打开缓冲区向导对话框：

通过缓冲区向导，建立所选择街道的50米缓冲区（一个多边形图层）得到沿街道CYPRESS的50米缓冲区8.空间关系查询SelectByLocation：

根据位置选择在上一步的基础上进行，找出与街道CYPRESS的50米缓冲区相交的地块。

9.采样数据的空间内插（Interpolate）空间插值常用于将离散点的测量数据转换为连续的数据曲面，以便与其它空间现象的分布模式进行比较，它包括了空间内插和外推两种算法。

空间内插算法是一种通过已知点的数据推求同一区域其它未知点数据的计算方法；空间外推算法则是通过已知区域的数据，推求其它区域数据的方法。

数据：

气温.shp中有两个字段Y01Y02记录的是16个气象观测站，2019年和2019年的年平均气温，下面要通过空间内插的方法将点上的数据扩展到连续的空间上，得到气温空间分布图。

YNBoundary.shp是云南省的边界新建地图文档，加载图层：

气温.shp、YNBoundary,打开空间分析工具栏，执行菜单命令空间分析-内插成栅格-样条在样条函数内插对话框中，按下图所示指定参数确定后，得到如下的气温空间分布图（通过修改图例得到相同的效果）2019年平均气温样条函数空间内插参考以上操作，生成2019年的平均气温空间分布图：

2019年平均气温样条函数空间内插执行菜单命令空间分析-选项，通过设置相关选项和参数，重新进行空间插值，得到如下的结果（用距离权重倒数内插方法）10.栅格单元统计（CellStatistic）在上一步的基础上进行现在我们要根据2019年和2019年的年平均气温得到多年平均气温空间分布图，打开空间分析工具栏，执行菜单命令空间分析-像素统计2019、2019年间平均气温空间内插11.邻域统计（Neighborhood）邻域分析也称为窗口分析，主要应用于栅格数据模型。

地理要素在空间上存在着一定的关联性。

对于栅格数据所描述的某项地学要素，其中的（I，J）栅格往往会影响其周围栅格的属性特征。

准确而有效地反映这种事物空间上联系的特点，是计算机地学分析的重要任务。

窗口分析是指对于栅格数据系统中的一个、多个栅格点或全部数据，开辟一个有固定分析半径的分析窗口，并在该窗口内进行诸如极值、均值等一系列统计计算，从而实现栅格数据有效的水平方向扩展分析。

支持的几种分析窗口类型：

ArcMap中，邻域统计功能所支持的各类算子多数（Majority）最大值（Maximum）均值（Mean）中值（Median）最小值（Minimum）少数（Minority）范围（Range）标准差（StandardDeviation）总数（Sum）变异度（Variety）高通量（HighPass）低通量（LowPass）焦点流（FocalFlow）原始栅格（总数Sum）邻域统计栅格在ArcMap中新建地图文档，加载栅格数据：

emidalat,打开空间分析工具栏，执行邻域统计命令，按如下所示指定参数，将得到一个经过邻域运算操作后的栅格：

NbrMeanofemidalat，这是以33的格网，对emidalat栅格中的单元运用均值（Mean）算子进行邻域运算后得到的结果。

通过设置图例，使图层：

NbrMeanofemidalat和emidalat有如下的效果，将地图适当放大，并在TOC面板中通过交替进行打开和关闭图层NbrMeanofemidalat的操作，观察NbrMeanofemidalat和原始栅格间的差别。

四、实验报告要求做出书面报告，包括原理、过程和结果。