实验空间答案

空间滤波实验

0引言

《光信息技术》是光信息科学与技术、测控技术与仪器、电子信息工程专业的一门专业课。光学信息处理技术是近20多年来发展起来的新的研究领域，在现代光学中占有重要的位置。光学信息处理可完成对二维图像的识别、增强、恢复、传输、变换、频谱分析等。从物理光学的角度，光学信息处理是基于傅里叶变换和光学频谱分析的综合技术，通过在空域对图像的调制或在频域对傅里叶频谱的调制，借助空间滤波的技术对光学信息（图像）进行处理。即通过有意识地改变像的频谱，使像实现所希望的变化。

在阿贝成像理论的教学中，单纯依靠数学推演来讲解，效果不好，特别是空间频率、空间滤波等概念的形成有一定的困难。虽然可以通过空间滤波实验来加强教学效果，但由于受仪器、场地等方面的限制，实验现象不太理想。为此，我们在原有的实验基础上设计出空间滤波实验与计算机模拟实验相结合, 可以获得较好的教学效果。

1.设计原理及思想

1）设计原理

光学信息处理的理论基础是阿贝（Abbe）二次衍射成像理论和著名的阿贝－波特（Abbe－Porter）实验。

根据阿贝成像原理，相干光学成像过程可分为两步：第一步称为分频过程，即从物平面到光源的共轭像平面或称频谱面，由输入的物作为衍射屏对照射光波产生夫琅

二、矢量数据的空间分析实验 1、clip 要求：提取研究范围内的土地利用图。 数据：北京土地利用图（bj_landuse.shp）；研究区域图（roi.shp） 2、intersect_union 要求：获取洪水灾害区和低高程区的空间交集区域与空间并集区域 数据：洪水灾害区域图（riverbuf.shp），低高程区域图（lowland.shp） 3、merge_dissolve 要求：地图拼接与边界融合 数据：parcel1.shp和parcel2.shp

4、市区择房分析（house.rar） （1）背景

如何找到环境好、购物方便、小孩上学方便的居住区地段是购房者最关心的问题，因此购房者就需要从总体上对商品房地信息进行研究分析，选择最适宜的购房地段。

（2）目的

熟练掌握ArcGIS缓冲区分析和叠置分析操作，综合利用各项空间分析工具解决实际问题。

（3）数据

1）城市市区交通网络图（network.shp） 2）商业中心分布图（Marketplace.shp） 3）名牌高中分布图（school.shp）

4）名胜古迹分布图（famous place.shp） （4）要求

1）离主要交通干道200m之外，以减少噪音污染（ST

空间分析原理

及应用 上机实验

练习1：利用缺省参数创建一个表面

1．1 启动ArcMap并激活地统计分析模块

单击窗口任务栏的Start按扭，光标指向Programs，再指向ArcGIS，然后单击ArcMap。在ArcMap中，单击Tools，在单击Extensions，选中Geostatistical Analyst复选框，单击Close按扭。

1.2 添加Geostatistical Analyst工具条到ArcMap中。

单击View菜单，光标指向Toolbars，然后单击Geostatistical Analyst。 1．3 在ArcMap中添加 数据层

一旦数据加入后，就能利用ArcMap来显示数据，而且如果需要，还可以改变没一层的属性设置（如符号等等）

1. 单击Standard工具条上的Add Data按扭。

2. 找到安装练习数据的文件夹（缺省安装路径是C:\\ArcGIS\\ArcTutor\\Geostatistics）,

按住Ctrl键，然后点击并高亮显示Ca_ozone_pts和ca_outline数据集。 3. 单击Add按扭。

4. 单击目录表中的ca_outline图层的图例，打开Symbol Selecto

空间分析原理

及应用 上机实验

练习1：利用缺省参数创建一个表面

1．1 启动ArcMap并激活地统计分析模块

单击窗口任务栏的Start按扭，光标指向Programs，再指向ArcGIS，然后单击ArcMap。在ArcMap中，单击Tools，在单击Extensions，选中Geostatistical Analyst复选框，单击Close按扭。

1.2 添加Geostatistical Analyst工具条到ArcMap中。

单击View菜单，光标指向Toolbars，然后单击Geostatistical Analyst。 1．3 在ArcMap中添加 数据层

一旦数据加入后，就能利用ArcMap来显示数据，而且如果需要，还可以改变没一层的属性设置（如符号等等）

1. 单击Standard工具条上的Add Data按扭。

2. 找到安装练习数据的文件夹（缺省安装路径是C:\\ArcGIS\\ArcTutor\\Geostatistics）,

按住Ctrl键，然后点击并高亮显示Ca_ozone_pts和ca_outline数据集。 3. 单击Add按扭。

4. 单击目录表中的ca_outline图层的图例，打开Symbol Selecto

实验一 状态空间的Matlab描述

实验目的：

1、 熟悉Matlab中矩阵的基本输入与运算（包括加、减、乘、求逆、转置等运算） 2、 熟练掌握利用Matlab建立控制系统的数学模型及进行线性变换的方法

实验内容：

1、 矩阵的基本输入与运算。

给定两个矩阵，求其加、减、乘、逆阵(求取矩阵逆阵的函数为inv（）)及转置，进行乘、逆阵运算时，注意行列限制。

2、 利用Matlab建立系统的各种数学模型各种模型之间如何进行转换 A、 传递函数模型

Y(s)bmsm?bm?1sm?1???b1s?b0W(s)??n

U(s)s?an?1sn?1???a1s?a0用以下命令建立传递函数模型：sys?tf(num,den)

num?[bm,bm?1,?,b0] 表示传函分子向量，各元素为分子多项式中各项系数，阶

次由高到低；

den?[1,an?1,an?2,?,a0] 表示传函分母向量，各元素为分母多项式中各项系数，

阶次由高到低。

注意：若多项式中有缺项，则向量中相应位置处系数为0；若为多输入-多输出系统，则bi为m?r实系数矩阵，num的行数与输出变量的个数相等。

B、 零极点增益模型

W(s)?Kg?(s?z)im?(s?pj?1

中南大学

本科生课程设计(实践)任务书、设计报告

(摄影测量与遥感概论)

题 目 学生姓名 指导教师

空间后方-前方交会

邹峥嵘

学 院 地球科学与信息物理学院 专业班级 学生学号

测绘0902班

一、 实验目的

通过对数字影像空间后交前交的程序设计实验，要求我们进一步理解和掌握影像外方位元素的有关理论、原理和方法。利用计算机程序设计语言编写摄影测量空间交会软件进行快速确定影像的外方位元素及其精度，然后通过求得的外方位元素求解未知点的地面摄影测量坐标，达到通过摄影测量量测地面地理数据的目的。

二、 实验要求

? 用C、VB或者Matlab编写空间后方交会-前方交会计算机程序。 ? 提交实验报告：程序框图，程序源代码、计算结果及体会。 ? 计算结果：地面点坐标、外方位元素及精度。 ? 完成时间：2011年11月17日。

三、 实验数据

左片 点号 x y x y X Y Z 右片 地面摄影测量坐标 GCP1 16.012 79.963 -73.93 78.706 5083.205 5852.099 527.925 GCP2 88.56 81.134 -5.252 78.184

实验四用MATLAB求解状态空间模型

1、实验设备

MATLAB软件

2、实验目的

①学习线性定常连续系统的状态空间模型求解、掌握MATLAB中关于求解该模型的主要函数；

②通过编程、上机调试，进行求解。

3、实验原理说明

Matlab提供了非常丰富的线性定常连续系统的状态空间模型求解(即系统运动轨迹的计算)的功能，主要的函数有：

初始状态响应函数initial()、阶跃响应函数step()以及可计算任意输入的系统响应数值计算函数lsim()和符号计算函数sym_lsim()。

数值计算问题可由基本的Matlab函数完成，符号计算问题则需要用到Matlab 的符号工具箱。

4、实验步骤

①根据所给状态空间模型，依据线性定常连续系统状态方程的解理论，采用MATLAB编程。

②在MATLAB界面下调试程序，并检查是否运行正确。

习题1：试在Matlab中计算如下系统在[0,5s]的初始状态响应，并求解初始状态响应表达式。

Matlab程序如下：A=[0 1; -2 -3];

B=[]; C=[]; D=[];

011 232????

==

????

--

????x x x

x0=[1; 2];

sys=ss(A,B,C,D);

[y,t,x]=initial(sys,x0,0:5);

实验五、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

空间统计分析实验报告

一、空间点格局的识别 1、平均最邻近分析

平均最邻近距离指点间最邻近距离均值。该分析方法通过比较计算最邻近点对的平均距离与随机分布模式中最邻近点对的平均距离，来判断其空间格局，分析结果如图1所示。

最邻近比率小于1，聚集分布，Z值为-7.007176，P值为0，即这种情况是随机分布的概率为0

图1 平均最邻近分析结果图

计算结果共有5个参数，平均观测距离，预期平均距离，最邻近比率，Z得分，P值。

P值就是概率值，它表示观测到的空间模式是由某随机过程创建而成的概率，P 值越小，也就是观测到的空间模式是随机空间模式的可能性越小，也就是我们越可以拒绝开始的零假设。最邻近比率值表示要素是否有聚集分布的趋势，对于趋势如何，要根据Z值和P值来判断。

本实验中的最邻近比率小于1 ，聚集分布，Z值为-7.007176，P值为0，即这种情况是随机分布的概率为0，该结果说明云南省详细居民点的分布是聚集分布的，不存在随机分布。 2、多距离空间聚类分析

基于 Ripley's K 函数的多距离空间聚类分析工具是另外一种分析事件点数据的空间模式的方法。该方法不同于此工具集中其他方法（空间自相关和热点分析）的特征是可汇总一定距离范围内

实验一 线性系统状态空间描述

一、 实验目的

(1) 掌握线性系统的特征值标准型、约当标准型的建立方法。

(2) 掌握线性系统的可控标准型、可观标准型的建立方法。

二、 实验设备

计算机、MATLAB软件。

三、 实验内容

四、 实验步骤

打开计算机，运行MATLAB软件。 将上述内容写入程序编辑窗口并运行。 分析结果，写出实验报告。