云南省降水量时空分布图讲解.docx

1、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

2、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。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。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。地理底

3、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_KrugerFalse_Easting: 500000.000000False_Northing: 0.000000Central_Meridian: 102.000000Scale_Factor: 1.000000Latitude_Of_Origi

4、n: 0.000000Linear Unit: Meter (1.000000)Geographic Coordinate System: GCS_Xian_1980Angular Unit: Degree (0.017453292519943299)Prime Meridian: Greenwich (0.000000000000000000)Datum: D_Xian_1980Spheroid: Xian_1980Semimajor Axis: 6378140.000000000000000000Semiminor Axis: 6356755.288157528300000000Inver

5、se Flattening: 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

6、：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

7、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

8、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，

9、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：数据准备通过查阅2001年云南省统计年鉴、2006年云南省

10、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。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。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、

11、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

12、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。先用分级统计法根据各州市的降水量进行分级，对底色

13、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。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）

14、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”

15、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Join and Relates-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-Expor

16、t Data，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ArcToolboxData Management Tools-Features-Feature to Point 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Data Management Tools- -Dissolve 。1.6、设置边界可见，背景

17、透明。单击目录表中的“云南省各县”图层的图例，打开Symbol Selector对话框。单击Fill Color下拉箭头，然后点击No Color，在Symbol Selector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Geostatistical Analyst复选框，单击Close按钮。2.2、添加Geostatistical Analyst工具条到ArcMap中。单击View菜单，光标指向T

18、oolbars，然后单击Geostatistical Analyst。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Trend Analysis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

19、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Geostatistical Analyst工具条，然后点击地统计向导Geostatistical Wizard。 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

20、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Order of Trend Removal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。Output layer information 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

21、等。4.2、得到插值的结果，即图层“Ordinary Kriging”将预测表面限制在云南省边界内。目录表中右键点击图层“Ordinary Kriging”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Set the extent to框中选择a custom extent entered below,在Visible Extent 区域中输入下面的值，Left（

22、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Data Frame标签，选中Enable复选框，而后点击Specify Shape按钮，在弹出对话框中单击Outline of Features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

23、择Data Management Tools- -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Join and Relates-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-

24、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-Export Data，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：将图层“云南省各县区行政边界”合并成一个多

25、边形，只保留云南省省界。在ArcToolBox下选择Data Management Tools- -Dissolve。然后将得到的面状图层转变为线状图层。在ArcToolboxData Management Tools-Features-Feature to line 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Layout View，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

26、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（Arc GIS 9.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

27、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

28、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Data Frame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