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ArcGIS Desktop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：l 数据管理l 数据转换l Coverage 的处理l 矢量分析l 地理编码 l 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（Geogrpahic Coordinate System）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）短半轴b（米）Krassovsky（北京54采用）63782456356863.0188IAG 75（西安80采用）63781406356755.2882WGS 8463781376356752.3142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：l GCS_WGS1984(基于WGS84 基准面)l GCS_BEIJING1954(基于北京1954基准面)l GCS_XIAN1980(基于西安1980基准面)投影坐标系（Projected Coordinate Systems）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l 地理坐标系（由基准面确定，比如：北京54、西安80、WGS84）l 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1步 裁剪要素l 在ArcMap中，添数据GISDATA云南县界.shp，添加数据GISDATAClip.shp （Clip 中有四个要素）l 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u 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u 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3步 要素融合u 在拼接图层的基础上继续u 执行“融合”命令u 输入要素：指定为YNOKu 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 ，看看结果有何不同第4步 图层合并u 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.shpu 调整图层顺序，将西双版纳县界置于下方u 打开ArcToolbox，在ArcToolbox执行“联合”命令u 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）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？第5步 图层相交u 在图层合并练习的基础继续u 在ArcToolbox中，执行“相交”命令u 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。定义地图投影第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Geographic Coordinate SystemsAsiaBeijing 1954.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Projected Coordinate SystemsGauss KrugerBeijing 1954Beijing 1954 GK Zone 17N.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(Raster Reclassify)、 栅格计算查询符合条件的栅格(Raster Calculator)、 面积制表（Tabulate Area）、 分区统计(Zonal Statistic)、 缓冲区分析(Buffer)、采样数据的空间内插(Interpolate)、 栅格单元统计（Cell Statistic）、 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：