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1、GIS实习报告地理信息系统原理课程综合实习 实习报告 班 级： 姓 名： 学 号： 指导老师： 孙朝晖 武汉大学遥感信息工程学院 1. 实习目的 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。 1. 通过实习加深对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、理论和方法的理解和掌握。 2. 要求学生了解ArcGIS9的基本组成，了解Geoway和ArcGIS9软件的基本组成和基本功能，了解Geoway和ArcGIS9的文件结构和类型，掌握创建这些文件的方法； 3. 了解GIS数据库的相关知识，掌握空间数据和属性数据的输入方法、数据编
2、辑方法； 4. 掌握影像匹配、DEM生成、坐标变换的基本方法； 5. 掌握栅格数据、矢量数据和属性数据的基本分析方法； 6. 掌握数据显示的基本方法以及布局地图的制作和输出方法。 2. 实习内容 1) 栅格地图矢量化 数据是地理信息系统的血液，一个地理信息系统最昂贵的部分往往是数据的来源，如今有多种方式可以获得GIS数据，如遥感，实地测量，GPS数据，但往往原有的地图数据是GIS数据很重要的一种来源。由于地图数据已经成图，要在GIS中使用这些数据主要是将地图数字化。 地图数字化有手扶式数字化仪和数字扫描仪两种形式，在此次实习中我们便是将扫描后的地图即数字栅格地图进行矢量化，并对其进行注记。本次
3、实习中我们通过辨认DRG中的地图符号表达，使用Geoway软件将其进行矢量化。主要包括点状、现状和面状要素的矢量化和添加注记两步。实习中最关键的部分还是符号的辨认，在准确识别地物的前提下，精确地将其进行矢量化。 2) ArcGIS数据建库 从合适的dwg文件中采集10个独立房屋，10组有公共边界的房屋，10个池塘，将其转换为dxf文件，利用arcedit将dxf文件转换为coverage，并进行拓扑建立，将建立后的coverage添加属性，并将其转换为shapefile文件。利用生成后的shapefile文件进行报表生成，利用数据生成专题图。 建立personal geodatabase，从d
4、wg文件中选择合适的层，将其导入到要素集，对导入后的要素添加拓扑，利用ArcMap修改拓扑错误，将修改后的线性文件生成为面状文件，并进行添加属性操作。 3) AcgGIS地理数据空间分析 利用上一步生成的shapefile文件或Geodatabase，自己添加相关属性数据，并进行空间分析，空间分析的内容可以为缓冲区分析、叠置分析等。 3. 实习实现思路和方法 1) 栅格地图矢量化 栅格地图进行矢量化是利用Geoway软件进行的，首先建立工程，进行图像配准，图像配准是将地图从设备坐标转换为地理坐标系。具体做法是在选择地图上的有坐标参考点，然后输入其地理坐标，在此过程中需要注意坐标的单位的转换，以
5、及选择已知坐标点的的准确性。 由GIS基础知识的学习知道在矢量数据中有点、线、面和注记四个基本的组成部分，以下分别说明它们的矢量化方法。 点状地物是指一些无形状、无大小只有坐标位置的独立地物，一般有水井、独立树、塔等。以水井为例说明基本步骤： 第一步、设置作业环境： 设置激活图层：在窗口左侧的“工程管理器”中的“水系”层上单击鼠标右键，选择“设置为激活图层”命令。 击活符号视图：点击窗口右下角“状态栏”上原本灰色的“符号”标签，使之变成黑色。在这种视图下，我们输入的所有对象都将以制作数据的形式显示，否则只会显示“母线”数据。 第二步、选择工具：在“输入工具栏”中选择“点”工具，并选择其地物编码
6、。 第三步、采集：在工作区内每按下一次鼠标左键，就完成一次“水井”地物的采集。按下鼠标右键则结束工具使用。 对于点要素还需特别注意有向点和高程点的采集。不同于以上的一般点对于有向点还需要通过鼠标拖动旋转，使其方向符合要求。对于高程点在进行采集时需要输入其高程，在此过程中需要注意输入高程和进行数字化的顺序，在操作过程中发现，只有在输入某一高程点高程后，进行点的采集才能使其具有正确的高程。 线要素和面要素的数字化过程类似于点要素的采集，但在线要素和面要素采集过程中需要灵活使用Geoway给出的工具，在进行线的采集时可以根据线的形状灵活使用不同的线条类型如样条曲线、折线，以使其形状更贴合原数据。还可
7、以使用线跟踪工具，能够加快线条数字化的速度，但某些情况下线跟踪的精度不如手工数字化，如当线出现分叉时。对面要素的数字化分两步，首先是将其数字化为闭合的线要素，然后在其属性中将其选择为面状要素。 对于注记的生成，虽然文档中所说的为新建一个注记层，并且在新建注记的时候需要将注记与地物类型相匹配，但在实际操作过程中发现，当新建了注记层之后无法将其与相应地物类型联系，只有将注记记在相同层中才能满足。 2) ArcGIS数据建库 利用ArcGIS进行数据建库过程中，首先进行的是在AUTOCAD中选择合适数目的地物，在本次实习中选择了10个独立房屋，10组具有公共边界的房屋和10个水系地物如池塘。将选择的
8、地物保存在独立的层中，利用Arcedit进行编辑，将选择出的地物导成的dxf文件转换为coverage文件。并对其添加适当的图层作为背景。对生成coverage文件建立拓扑，更改拓扑错误后，转换为shapefile文件。利用shapefile文件添加属性，生成报表，并生成地图。在本部分实习中，因为使用ArcEdit使用的是命令行，因此使用起来效率不高，但如果能够掌握相关的命令行技巧便可以极大提高速度。如对于熟悉的输入可以几条命令同时输入后点击表示面状地物的标志点进行赋予属性：sel;cal DKBH = 11;对于所有地物类都相同的属性可以一次性全部输入，如图号属性：sel all; cal
9、TH = GIS105;使用ArcEdit对coverage建立拓扑使用的是clean命令，对文件操作要注意，每次操作结束都需要重新建立拓扑并保存。 建立Geodatabase数据库，在数据集中导入dwg文件的特定图层，得到一个要素类，在本次实习中我选择了B100和H022两层，分表表示房屋和水系。建立拓扑，根据图形特点定义拓扑规则为多边形不能重叠和不能存在悬挂结点，其容差设为0.01，使用ArcMap提供的功能修个拓扑错误。利用修改拓扑错误后的线状要素类生成一个面状要素类，对该面状要素赋予属性。在使用ArcMap赋予属性时需要注意保存。 3) GIS空间分析 关于矢量数据的空间分析主要是缓冲
10、区分析和叠置分析，但可以将矢量分析和一些栅格操作想结合，将其进行再分类，使用直线距离分析得到距离矢量实体的不同距离范围内分为不同的类型，利用几个类似的再分类栅格图形可以进行运算得到所需的结果。 在使用缓冲区分析时需要注意具体的设置问题，如缓冲区的半径大小，对于面状实体缓冲区是在其轮廓外还是在轮廓内，还是轮廓外及内部所有区域。缓冲区是单独的一个环还是几个环行程的多层缓冲区。对于我创建的属性进行的鸟类生存区域分析的缓冲区我只需要使用单个轮廓外的缓冲区。 对于直线距离分析前需要设置相关属性，其中要注意的是关于栅格大小的设计，在练习时使用的数据使用的栅格固定大小是50，但在我实际操作的地图中如果使用5
11、0则无法进行直线分析，因为对于栅格的大小会影响栅格生成的结果，故将栅格设置为最大值，由系统默认生成某一大小。且进行直线距离分析之后，生成的栅格文件会被分为很多类，因此需要进行Reclassfy操作将其进行重新分类获得需要的类型以及每一类型的范围。 4. 实习成果图 Shapefile制成专题地图 Geoway截图 缓冲区分析 再分类学校选址分析 5. 总结与体会 1) 栅格地图矢量化 在栅格地图矢量化的过程中了解到数据源获取的方法，即可以使用纸质地图的扫描得到DRG再使用Geoway将其矢量化，在实习过程中主要是理解矢量数据格式的各个组成部分，正确阅读地图上的地物，以及分别了解点、线、面要素构
12、建是该实习的关键。在实习中最麻烦的部分便是等高线的绘制，需要正确判断等高线的高程，且需要正确绘制，不能偏离原图。 在矢量化完成之后，利用Geoway的专业和拓展功能，使用其拓扑构建功能，尝试建立拓扑。建立拓扑后正确闭合的面对象的中心出现了一个标识点，该点往往是用来记录面对象的属性的。同时使用检查工具将某些悬挂点进行连接。但因为对Geoway的拓扑功能不熟悉，不知道它的拓扑构建规则，在尝试之后出现了一些问题，如对于像池塘这样的面状地物在进行拓扑构建之后无法显示成原来的面状而只有其轮廓。 本次矢量化过程通过两天的操作了解到，灵活运用软件所给的各种编辑功能可以加快处理速度，提高效率。Geoway软件
13、提供了丰富的线段操作功能，如对结点的添加、删除、移动等操作，以及线的打断、平滑、连接等操作。在正确阅读地图符号，并能正确使用Geoway提供的功能时，便可以提高操作的速率。 对于矢量化过程中，因为要提高精度，所以需要将图形放大，且对于一条曲线往往是用很短的一条折现去毕竟，使用线跟踪工具的操作精度往往也不高，通过查阅资料知道在进行矢量化时如果需要进行线跟踪，可以先进行线的细化操作，以提高其跟踪精度。 2) GIS数据建库 在生成coverage文件时利用Arcedit进行操作时，因为使用的全都是控制行的命令，所以对于不熟悉的新手来说效率会低于使用图形操作界面，但如果能够数量掌握使用命令行的技巧则
14、能很好得提高效率。在实习的时候我们输入的速度都很慢，而且很容易出现错误的输入，但随着使用次数的增多渐渐可以提高效率。在实习时给数据增加属性时，对于每个实体都不同的属性，如地块编号这个属性时，效率较低，但在老师的指导下，一次性将几行命令同时输入后，点击相应的实体点可以很大的节省时间。但关于coverage的操作，我有一些文件，从ESRI公司生产ArcGIS软件以来，coverage是它最早支持的数据格式，但为什么在ArcGIS几十年的发展里coverage的一系列操作包括拓扑创建，属性操作等不提供图形界面，以适应更多人的需求。 在进行了coverage文件的操作之后，将其转为shapefile格
15、式的文件，该shapefile文件具有coverage文件的属性，但从学习中可以知道coverage文件是支持拓扑的，而shapefile格式是非拓扑的矢量格式文件，因此从coverage转换为shapefile之后应该会有拓扑信息的丢失，但这在shapefile文件中却无法检验出来，那么在什么情况下应该将coverage文件转换为shapefile文件，学习时我们了解到非拓扑文件较拓扑文件而言显示更快，但不利用空间分析的进行，因此在不进行一些空间分析时存储为非拓扑文件更为便利。 随着空间应用的复杂化，原来的一些格式的空间数据库已经无法满足要求，ArcGIS软件提供Geodatabase用来管
16、理空间数据库，它是基于对象-关系的空间数据库，实现了将属性数据和空间数据放在同一个数据库中存储的功能，支持拓扑，为各种空间分析应用提供了便捷。在进行数据库建库时，很重要的一步就是建立一个Geodatabase。 在本次实习中需要建立一个Personal Geodatabase，建立一个要素集，导入dwg数据合适的层，生成一个要素类。对该要素类建立拓扑关系并修改拓扑错误。在实习时我导入了dwg中的B100和H022两层，分别表示的是房屋和水系。建立的拓扑关系主要利用了多边形不能覆盖，不能存在悬挂结点两个规则，对悬挂结点使用容差为0.01。针对建立的拓扑，可以看到主要会存在错误： 1. 具有公共边
17、的多边形，其公共边被数字化多次； 2. 为闭合多边形存在悬挂结点。 利用ArcMap提供的功能去除其拓扑错误，主要有利用将线条延长的工具，截去多余线段或者相交节点的工具。在修改时主要是一些重复的工作，利用一个多边形其实是一条未闭合的线段，因此会存在两个很接近的悬挂结点，在使用软件时我们往往希望能简化要做的工作。因此不知道ArcGIS是否存在一些能够批量修改拓扑错误的工具。如对于两个悬挂结点如果它们之间的距离小于某一阈值便将其连接。对于多次数字化的多边形公共边也能够通过某种算法可以直接将其去除。 实习时老师说，使用数据源更改其数字化的错误应该是少量的，如果过多则会造成修改的工作量过大，ArcGI
18、S应该是用来进行空间分析等操作的，而不是用来修改数据的。可能这也是ESRI公司并未开发批量修改拓扑错误的原因。但我希望这回事ArcGIS下一步改进的地方。 通过查阅资料可以知道，对于通过数字化获得的数据源往往需要计算其RMS，来衡量其是否符合要求，联系上一步的Geoway数字化操作，我认为可以通过将Geoway的成果输出，利用ArcGIS计算其与原图见的RMS来衡量数字化的精度。 总之，数据是地理信息系统的血液，而合理组织这些数据是正确使用它们的前提，因此对于GIS数据建库的熟练掌握很有必要。 3) GIS空间分析 本次实习主要涉及的是矢量数据，对于矢量数据的空间分析最重要的是缓冲区分析和叠置
19、分析，利用ArcGIS还可以进行一些更栅格数据相联系的再分类分析操作，本次实习中我完成了两个空间分析操作，分别是利用上一步生成的shapefile数据进行一个缓冲区分析以获得图示地区最适合鸟类生活我的区域，和利用Geodatabase中导入的的要素类进行一个距离分析得到最适合的学习选址。 对于缓冲区分析，我利用的shapefile文件中有两种地物类型，居民地和池塘，对于鸟类其生活位置应该远离人类，并接近水源。在池塘中我赋予了属性污染，用于表示池塘受到的污染程度。鸟类的生存地应该符合条件：距离居民地50km以外，并距离污染度为1的池塘5km以内。对居民地即房屋进行缓冲区分析，半径为50km，对池
20、塘首先利用SQL语句选择污染度为1以下的部分，进行缓冲区分析，半径为5km。利用erase工具擦除房屋缓冲区和池塘缓冲区相交的部分，仅留下池塘的缓冲区部分即可以选择的鸟类生存区。 在进行缓冲区分析时充分了解到缓冲区分析的目的，即获得目标实体附近可选择其内或外的一定区域进行操作。缓冲区分析可以分为点、线和面三种，对于点缓冲区如有毒物质泄漏可以使用，对于线缓冲区如道路拓宽的拆迁范围可以使用，对于面类如本例。对于矢量数据进行空间分析时往往需要使用缓冲区分析，它给我们提供了某一地理实体作用的空间范围，是进行选址等其他决策的依据。因为我们知道地理实体间往往具有很强的空间相关性。 对于一些空间分析决策如选
21、址，往往对于距离某一地物不同距离可有不同的等级，如选择某学校位置时，距离居民地3km以内为1级，35km为2级，510km为3级，大于10km为4级，ArcGIS很好的为我们提供了这个功能。因为选址时涉及到多个条件。在本次实习中我使用了Geodatabase里建立的要素类进行分析，在上一步操作中给该要素类赋予了一些属性，其中的地物类可以在本次分析中使用。 在这里我选择的是学校的选址分析，根据日常生活经验学校的地址应该接近居民地，接近已有学校，远离水源，远离工厂和商业区，对于每一地物类型学校与其距离可以将地址分为几个等级，在本次实习中因为不了解该地图的大小，故只是将其分为几个子类型，而未严格规定
22、其数值范围。使用距离分析能够生成一个栅格图形，再使用再分类工具将其分为合适的类型。最后利用分好的类进行计算即可得到需要的结果。 从实习操作可以看出该分析可以看成是矢量分析和栅格分析的结合，将距离特定地物的直线距离范围生成栅格图像，没一部分的栅格图像都具有一个统一的值，而矢量图像之间是不能直接进行数学操作的，但对于栅格图像中每一像元值表示其类型因此可以直接进行数学操作以获得符合要求的数值。从这个例子也可以看出矢量和栅格格式各有千秋，利用各自特点可以更好地进行空间分析。在学习时我们了解到矢栅结合是地理信息系统发展的一个趋势之一，像遥感影像这样的栅格图像也是地理信息系统的重要数据源之一。虽然这个分析只是一个很简单的例子，但我们可以直观看到矢量表示的精确性以及栅格对连续数据表示的优势，联系已学知识可以看到栅格图像对某些空间分析有着矢量格式文件不可取代的优势。 总之，本次GIS实习是对学习的GIS理论知识的一次巩固，通过亲身实践学习了地理信息系统的主要功能，从数据的来源、存储管理到空间分析，最后到产品的输出。虽然本次实习中我们做的内容都不是很多，也不是很深，对于ArcGIS还有很多没了解的地方，但本次实习更像是打开了一扇学习的大门，为以后的学习做了更好的铺垫。
