GIS空间分析

GIS空间分析 实习报告

班 级： 2011级测绘工程 姓 名： 马洪卫 学 号： 201111830117 指导教师： 孟晓云

一、 基于GIS的土壤类型专题图制作－以沂蒙山区为例

1、土壤类型专题图的意义：

专题地图（thematic map），又称特种地图，着重表示一种或数种自然要素或社会经济现象的地图。专题地图的内容由两部分构成：

① 专题内容。图上突出表示的自然或社会经济现象及其有关特征。 ② 地理基础。用以标明专题要素空间 位置与地理背景的普通地图内

容，主要有经纬网、水系、境界、居民地等。

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社会经济（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，能够广泛应用于国民经济建设、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。

2、土壤类型专题图制作的常用方法： a. 基于ARC-GIS 的专题图制作 b. 基于MAPGIS 的专题图制作 c. 基于Supermap 的专题图制作 （基于GIS 的专题图制作的优点）:

在ArcMap 中可以把一类相同或相似的要素放在同一个图层中进行编辑. ArcMap 提供了一个完整的地图显示、编辑以及生产环境。相对于以往所有 的GIS 软件，ArcMap 提供了无与伦比的强大功能：

a. 多用户环境下能够处理与产品及比例尺无关数据库的数据模型。 b.人性化设计和所见即所得的界面使得复杂的地图布局和生产易于完成。 c.可定制的用户环境能充分满足制图人员的需要。

d.与Windows 风格协调一致的、即取即用的界面，使用户很容易访问多种数 据源（提供几十种数据读取/显示选项）。

e. 支持复杂的、动态的表达和更多的输出格式。 f.支持动态地图投影。 g.支持智能化的地图标注。

h.强大的地图组合及页面布局工具。 i.自动生成栅格网/经纬网。

j.非常全的地图符号、线形、填充和字体库。

k.支持多种常用的输出格式 （PostScript，PDF，CGM 等）。 3、基于GIS 土壤类型专题图制作方法

1) 图像扫描（分辨率设置、颜色设置） :

图1(图像扫描)

2) 图像配准（配准的原理、步骤）:

第1步 地形图的配准－加载数据和影像配准工具

所有图件扫描后都必须经过扫描配准，对扫描后的栅格图进行检查，以确保矢量化工作顺利进行。

? 打开ArcMap，添加“Georeferencing”工具栏。

? 把需要进行配准的影像—2.jpg增加到ArcMap中，会发现“Georeferencing”工具栏中的工具被激活。 第2步 输入控制点

在配准中我们需要知道一些特殊点的坐标。通过读图，我们可以得到一些控件点――公里网格的交点，我们可以从图中均匀的取几个点。一般在实际中，这些点应该能够均匀分布。

? 在“Georeferencing”工具栏上，点击“Add Conteol Points”按钮。

? 使用该工具在扫描图上精确到找一个控制点点击，然后鼠标右击输入该点实际的坐标位置，如下图所示：

? 用相同的方法，在影像上增加多个控制点（大于7个），输入它们的实际坐标。点击“影像配准”工具栏上的“查看链接表”按钮。

注意：在连接表对话框中点击“保存”按钮，可以将当前的控制点保存为磁盘上的文件，以备使用。

第3步 设定数据框的属性

? 增加所有控制点，并检查均方差（RMS）后，在 “Georeferencing”菜单下，点击菜单，执行菜单命令“View”－Data Frame Propeties，设定Data Frame Propeties

? 更新后，就变成真实的坐标。 第4步 矫正并重采样栅格生成新的栅格文件

? 在” Georeferencing”菜单下，点击“Rectify”，对配准的影像根据设定的变换公式重新采样，另存为一个新的影像文件。

? 加载重新采样后得到的栅格文件，并将原始的栅格文件从数据框中删除。后面我们的数字化工作是对这个配准和重新采样后的影像进行操作的。

通过上面的操作我们的数据已经完成了配准工作，下面我们将使用这些配准后的影像进行分层矢量化。

图2（配准完成）

3) 数字化（建立专题的类型、土壤类型属性表）:

a 打开ArcCatalog.在指定目录下，鼠标右击，在“New”中，选择“个人 Geodatabase”。并修改该Geodatabase数据库的名称（例如201111830123.mdb）。

b 下面将为该Geodatabase创建新的要素类，首先创建一个“土地类型”要素类来存储等高线要素。在ArcCatalog中，鼠标右击201111830123这个个人 Geodatabase,在“New”中选择“要素类”.

c 输入创建的要素类的名称“等高线”，Type中选择“Line features”点击下一步。

d 选择“Import”，选择配准后的“21”，这样土地类型与“21”为同一个坐标系。点击下一步。土地类型新建成功。

e 开始编辑线要素。

图3

4) 投影设置及转换（原理、步骤、选取何坐标系）先定义地理坐标在进行投影转换。具体操作在图像配准和数字化中已作说明。

图4

坐标设置在地图配准中已经完成，向图块中添加属性信息。 5) 专题图属性提取（图斑面积计算、各县区分析和统计） a.属性表：

表1

4、专题地图的制作： （1）专题图包含的要素

地图要素是构成地图的基本内容。分为数学要素、地理要素和辅助要素。

数学要素包括地图投影、制图网、比例尺、大地控制基础以及方位标等。 地理要素是指地图内容，包括自然地理要素与社会经济要素。 辅助要素是有利于读图、用图方面的内容，如图名、图号、图例、略图、插 图、接合表、地图资料、编绘说明等。

地图的数学要素，是具有按一定的数学法则构成的或具有数学意义的地图要素，包括坐标网、控制点、地图比例尺及地图定向要素等。

地图的地理与人文要素是地图内容的主体，据其性质可分为：自然要素，包 括海洋、陆地水系以及地质、地球物理、地貌、气象、水文、土质与植被、动物 等；社会经济要素，包括居民地、交通网、境界以及政治、行政、人口、城市、 历史、文化和经济等方面的现象或物体；环境要素，是指人类生活的环境状况， 包括自然灾害、自然保护、环境污染及其保护与治理、疾病与医疗等。

地图的辅助要素则指位于内图廓以外，为阅读和使用地图而提供的具有 一定参考意义的说明性内容或工具性内容，包括：图名、图号、接图表、接合图号、图廓、图廓间注记、图例、数字比例尺与图解比例尺、坡度尺、三北方向图以及其他附图、资料和成图方法说明等。 （2）制作工具及步骤：

点击layout view 到地图制作界面

1）添加题目：选择菜单栏中的Insert中的Title,输入题目，双击，可通过Change Symbol 改变字体颜色、大小等。

2） 添加图例：选择菜单栏Insert 中的Legend 点击下一步至完成 。 （1）双击图例→Items→点击点或线→Style→properties 选择合适

的表示类型 →General→选择显示类型

（2）在Legend 中选择“图例”的显示方式

3) 添加比例尺选择菜单栏Insert 中的Scale Bar，双击比例尺然后选择properties 可以更改比例尺大小等。

4） 添加指北针：选择菜单栏Insert 中的North Arrow，双击坐标然后通过properties 改变坐标大小

5）输出数字地图：成组图例设置（辅助要素：图例、指北针、比例尺、制作日期、制作者、地图名称等）。

图5

5、总结：

通过这次实习共熟悉了软件，了解掌握了地图数字化、空间分析、专题图的制作等等内容，对于地理信息系统课堂上所学的知识有了进一步的深入了解，使学到的知识能够学以致用。通过这次实习我对GIS 产生了深厚的兴趣，对于GIS 应用，分析一些具体问题等十分感兴趣，实习后我自己也会对这一部分的内容多加研究。希望能够做到不参照指导书自己对一个问题进行分析，选择解决的方法来实现

二、基于GIS的地形因子的自动提取－以老秋峪区为例 1. 地形因子包含的要素及其作用

坡面因子的分类：按照坡面因子所描述的空间区域范围，可以将坡面因子划分为微观坡面因子与宏观坡面因子两种基本类型。

常用的微观坡面因子主要有：坡度、坡向、坡长、坡度变率、坡向变率、平面曲率、剖面曲率等。

常用的宏观坡面因子主要有：地形粗糙度、地形起伏度、高程变异系数、地表切割深度，以及宏观坡形因子（直线形斜坡、凸形斜坡、凹形斜坡、台阶形斜坡）等。

坡度：局部地表的坡度定义为水平面与局部地表之间夹角的角度，也可以看成是局部地表面与周围的地表之间最大的高程变化率。 2. 地形因子提取的方法

提取坡面因子的基本方法：首先将坡面的形态特征或各个坡面因子进行定量化描述，完成求导的数学模型，在此基础 上，建立其以DEM为基本信息源进行提取的技术路线，并通过软件实现形成一套易于计算机操作的方法。

常用方法介绍（介绍DEM）基于DEM的坡度提取通常在3×3 的DEM 栅格分析窗口中，采用几何平面来拟合或差分计算的方法进行。分析窗口在DEM数据矩阵中连续移动完成整个区域的计算工作。 3. 数据准备

图像配准（配准的原理、步骤）

地图配准是指将栅格图像配置到矢量地图上的一个过程，原理是在栅格图像上找一些与矢量地图相同位置的控制点，利用地理信息平台提供的工具，将栅格图像用矢量的坐标来控制，以便作为一个像矢量图层类似的层来使用。

配准步骤和“基于GIS的土壤类型专题图制作－以沂蒙山区为例”相同。此处从略。 步骤：

第1步 地形图的配准－加载数据和影像配准工具：打开ArcMap，添加“影像配准”工具栏。把需要进行配准的影像—2.jpg增加到ArcMap中，会发现“影像配准”工具栏中的工具被激活。

第2步 输入控制点：在”影像配准”工具栏上，点击“添加控制点”按钮。使用该工具在扫描图上精确到找一个控制点点击，然后鼠标右击输入该点实际的坐标位置。用相同的方法，在影像上增加多个控制点（4个），输入它们的实际坐标。

第3步 设定数据框的属性：执行菜单命令“视图”－“数据框属性”，设定

数据框属性。在“常规”选项页中，将地图显示单位设置为“米”。在“坐标系统”选项页中，设定数据框的坐标系统为“Beijing_1954_GK_Zone_20N”，与扫描地图的坐标系一致。

第4步 矫正并重采样栅格生成新的栅格文件：在”影像配准”菜单下，点击“矫正”，对配准的影像根据设定的变换公式重新采样，另存为一个新的影像文件。加载重新采样后得到的栅格文件，并将原始的栅格文件从数据框中删除。

图1

数字化（建立专题类型、建立属性表）

（1）打开 ArcCatalog.在指定目录下，鼠标右击，在“新建”中，选 择“File Geodatabase”。并修改该 Geodatabase 数据库的名称（例如 老秋峪.gdb）。 （2）下面将为该 Geodatabase 创建新的要素类，首先 创建一个“等高线”要素类来存储等高线要素。在 ArcCatalog 中，鼠标右击 老秋峪 这个 文件Geodatabase在“新建”中选择“要素类”.

（3） 输入创建的要素类的名称，点击下一步。

（4） 点击下一步。 点击 Shape 字段。在对话框中将显示详细的选项，我们首先点击“几何类型”，并将要素类型选择为我们需要的类型点击“空间参考”选项后面的按钮，在“空间参考属性”对话框中的“坐标系”选项页下，将选择合适的坐标系统， 点击“选择”按钮。在ProjectedCoordinate Systems

目录下选择Beijing_1954_GK_Zone_20N，点击增加。

（5）从已配准的地图上提取等高线并保存到上面创建的要素类中。切换到 ArcMap 中，将新建的线要素图层，加载到包含已配准地形图的数据框中。打开“编辑器”工具栏，在“编辑器”下拉菜单中执行“开始编辑命令”，并选择前面创建的要素类。设置图层――等高线的显示符号为红色，并设置为合适的宽度。将地图放大到合适的比例下，从中跟踪一条等高线并根据高程点判读其高程，输入该条等高线的高程。

图2

由等高线矢量数据生成TIN。激活“3D Analyst”扩展模块，执行工具栏[3D分析]中的菜单命令[3D分析]>>[创建/修改TIN]>>[从要素生成TIN]。

执行工具栏[3D分析]中的命令[转换]>>[TIN转换到栅格]，指定相关参数：属性：[高程]，像素大小:[50]，输出栅格的位置和名称: [TinGrid]。确定后得到DEM数据：TinGrid, 其中，每个栅格单元表示50m×50m的区域。

图3

4.表面分析

坡度因子（设置的参数及意义、分级方法、面积提取）

（1）新建地图文档，加载图层 [tin]，编辑图层[tin]的属性，在图层属性对话框中，点击[符号] 选项页，将[ 边界类型 ] 和 [ 高程 ] 前面检查框中的勾去掉; 点击 [ 添加 ] 按钮，[添加渲染] 对话框中，选中坡度（Slope），点击 [分类] 按钮，在下面的对框中，将[类] 指定为 5，然后在 [间隔值] 列表中输入间隔值：[ 8, 15，25, 35, 90] 将 [面坡度用颜色梯度表进行渲染] 和 [面坡向用颜色梯度进行渲染] 这两项添加到TIN的显示列表中。

（2）执行[3D分析]工具栏中的命令[转换]>>[TIN转换到矢量]，按所示指定各参数,得到多边形形图层，它表示研究区内各类坡度的分布状况，结果是矢量格式，打开其属性表可以看到属性为 数值[1,2,3,4,5]。查看矢量图层：坡度多边形中要素属性表，其中属性[SlopeCode]1,2,3,4,5分别表示坡度范围（0-8）、(8-15)、（15-25）、（25-35）、(>35)。

（3）Eliminate合并破碎多边形：新建地图文档，加载坡度多边形图层：坡度多边形, 打开坡度多边形的属性表，添加一个字段Area（类型Double），通过[calculate Geometry]操作，计算各个多边形的面积。把面积小于1000平方米的多边形合并到周围与之有最长公共边的多边形中：执行菜单命令[选择]>>[通过属性选择]，查询”Area”<=1000 （平方米）的图斑；打开Arctoolbox，执行 [消除] 命令，指定输入图层：坡度多边形, 输出要素类。

坡度多边形

面积提取（部分）

图4

坡向因子（设置的参数及意义、阴阳坡划分、面积提取）

面积提取：

图5

1. 总结

因子提取过程中应该注意的问题（数据采集精度、分辨率、投影等）数据源质量问题指数据的采集和录入中可能产生的误差，建库所需的各种类型的数据的可靠性和精度。在数据采集时，校准坐标时要校准精确，我们要尽可能的校准到最接近实际真实坐标。制图过程 中，选择正确的投影坐标，输入准确的坐标值，并注意在坐标转换时，将地理坐标换成投影坐标，与真实坐标一致。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/trz.html