GIS模型与建模(综合性实验)

1、本科学生综合性、设计性实验报告姓名 尹永义 学号 1443206000113 专业 地理科学 班级 2014B 实验课程名称 地理信息系统概论（实验） 实验名称 GIS模型与建模 指导教师及职称 速绍华 （讲师 ） 开课学期 2014 至 2015 学年下 学期 云南师范大学旅游与地理科学学院编印一、实验准备实验名称：实验（GIS模型与建模 ） 实验时间：2015/06/04实验类型： 验证实验 综合实验 1、 实验目的和要求：（1） 用矢量数据和栅格数据建立二值模型（2） 用矢量数据和栅格数据建立指数模型（3） 熟悉使用矢量数据和栅格数据的相互转换以及学会用矢量数据和栅格数据建立各种模型（4

2、） 进一步复习及学习GIS，并进一步熟悉它的特征及其复杂性（5） 学会建立和处理GIS的各种模型以及相互间的转换2、 实验材料及相关设备：1) 附有GIS软件的Windows7电脑一台2) 指导：地理信息系统导论第18章的操作步骤3) 数据来源：地理信息系统导论配套光盘中的GIS文件中的datesets_v7中的第十八章（chap18）.：4) elevzone.shp，高度带的shapefile；stream.shp，河流的shapefile。5) elevzone_gd，高度带栅格：stream_gd，河流栅格。3、 实验理论依据或知识背景：n 模型是一种现象或一个系统的简化表示。 一幅地

3、图就是一个模型模型可以是描述的或规则的，可以是确定的或随机的，可以是静态的或动态的，可以是推论的或归纳的。建模：是构造现实世界与研究对象相关的模型的过程。GIS 模型的分类 1. 模型可以是描述的或规则的。 2. 模型可以是确定的或随机的。 3. 模型可以是静态的或动态的。 4. 模型可以是推论的或归纳的。 建模过程 1. 明确建模目的 2. 把模型分解成各种元素，然后用概念定义各种元素的属性和它们之间的相互作用框图 3. 模型的应用与校准 4. 模型的验证 GIS 在建模中的作用 n GIS是一个能够加工、显示与集成不同数据源的工具，这些数据源包括地图、数字高程模型（DEM）、全球定位系统（

4、GPS）数据、影像和表格等； n 用GIS建立的模型可以是基于矢量或基于栅格的； n GIS 有将矢量数据与栅格数据相互转换的算法。 n GIS建模可以在GIS环境中进行，或者需要GIS与其他计算机程序的链接。 n 二值模型用逻辑表达式从一个组合要素图层或多重栅格中选择目标区域。二值模型的输出结果也是二值格式：1（为真）表示区域满足选择条件，0（为假）则表示不满足。 n 确定选择指标在创建二值模型过程中可能是最重要的步骤。 基于矢量的方法 要创建基于矢量的二值模型，我们可收集输入图层，叠置和从复合要素图层执行数据查询。 基于栅格的方法 基于栅格的方法要求输入栅格数据，每种栅格代表一个指标。多重

5、栅格的局部操作则可用于从输入栅格生成基于栅格的模型。 指数模型 n 指数模型计算每个像元区域的指数值，然后根据该指数值生成一个等级地图。 n 指数模型和二值模型都包含多重指标评估，且都基于数据处理的叠置操作。但是指数模型为每个像元区域生成一个指数值，而不是简单的是或不是。 其他方法 其他方法主要用于解决因子独立性、指标权重、数据集合以及数据标准化等问题。 回归模型 n 回归模型是用一个方程式建立一个因变量与多个自变量的关系，可用于预测和推算。 n 回归模型可在GIS中用地图叠置运算把分析所需的全部自变量结合起来。 n 本节包含三种回归模型：线性回归、局部回归和对数回归。 线性回归模型 局部回归

6、模型 对数回归模型 过程模型 修正的通用土壤流失方程 n 土壤侵蚀是一个环境过程，包括气候、土壤性质、地形、土表状况和人类活动。 n 一个众所周知的土壤侵蚀模型就是修正的通用土壤流失方程（RUSLE），它是通用土壤流失方程（USLE）的最新版本 。RUSLE 用于预测在特定种植和管理系统中的特定田间坡面和山地由径流携带的平均土壤流失量。 临界降雨量模型 临界降雨模型是基于物理的滑坡模型，在指定区域内，综合考虑地形和土壤特性来评估区域内潜在的滑坡风险 。 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。）建模过程：（1）明确建模

7、目的。这类似于给一个研究问题进行定义；（2）把模型分解成各种元素，然后用概念定义各种元素的属性和它们之间的相互作用框图（如流程图）；（3）模型的应用与校准。校准模型是一个重复的过程，不断地比较模型输出的数据与观察结果的之间的差异，调整各参数的数值，然后再运行模型。其中模型预测中的不确定性是校准一个确定模型的主要问题。一、建立基于矢量的二值模型所需资料：elevzone.shp，高度带的shapefile；stream.shp，河流的shapefile。1) 启动ArcGatalog，链接到第18章（chap18）的数据库，打开ArcMap。重新命名数据帧为Task1，添加stream.shp和

8、elevzone.shp到Task1.打开ArcToolbox窗口。把18章数据库设为当前的工作空间。右击18章数据库，指向NEW，选择Toolbox，将新工具箱重命名为Chap18.tbx。2) 打开ModelBuider窗口。在General栏上，把名称和标签改为Task1。3) 在ArcToolbox中，从Analysis Tools/Proximity工具箱中能拖拉Buffer工具至Model窗口。右击Buffer并选择Open打开。在Buffer对话框，在Input Features中通过下拉菜单选择stream，在Output Feature Class中命名为strmbuf.sh

9、p，设定距离为Linear unit为200m，选择ALL为dissolve type。4) 在Model窗口中可视物体都用不同色彩标记。输入的呈现蓝色，工具呈现金色，输出的呈现绿色。模型一次可以使用一个工具（或执行一个功能）或可以作为整个模型。首先运行Buffer工具，右击Buffer并选择Run运行。处理期间，工具变成红色。完成后，工具和输出都多了阴影部分。右击strmbuf.shp，选择Add to Display。5) 从Analysis Tools/Overlay工具集拖拉Intersect工具到Model窗口中。右击Intersect并选择Open打开。在Intersect对话框的

10、下拉菜单选择strm.shp与elevzone来输入要素，输出要素类别上填写pothab.shp。6) 右击Intersect并选择Run运行。叠置完成后，右击pothab.shp并选择Add to Display添加pothab.shp使其显示。除pothab外，关闭ArcMap表格目录里的所有图层。7) 从Analysis Tools/Extract工具集里拖拉Select工具到Model窗口中。右击Select并选择Open打开。在Select对话框里，选择pothab.shp来输入要素，在输出要素类别上填写final.shp，并单击SQL来显示表达式。在表达式框里输入以下SQL表达式：

11、“ZONE”=2。单击OK退出Sslect对话框。右击Select并选择Run运行。添加final.shp。8) 在Task1窗口的View菜单中选择Auto Layout自动输出，并让ModelBuilder自动重新排列模型框图。最后，在Model菜单中选择Save保存，保存至Chap18.tbx中，文件名为Task1.下次要运行Task1，可在18章工具集中右击Task1并选择Edit进行编辑。二、建立基于栅格的二值模型所需数据：elevzone_gd，高度带栅格：stream_gd，河流栅格。1) 在第18章数据库中创建一个新的文件夹，命名为Task2。在第18章数据库中将elevzon

12、e_gd和stream_gd复制并粘贴至Task2。2) 在ArcMap中插入一个新的数据帧，重命名为Task2，加载elevzone_gd和stream_gd至Task2。3) 单击并打开Python窗口。在Python窗口输入以下语句（不包括）：import arcpyfrom arcpy import envfrom arcpy.sa import*env.workspace=“d:/chap18”arcpy.CheckExtension(“Spatial”)outEucDistance=EucDistance(“stream_gd”,200)outExtract=ExtractByAt

13、tributes(“elevzone_gd”,”value=2”)outExtract2=ExtractByAttributes(“outExtract”,”outEucDistance”)outExtract2.save(“outExtract2”)该段自动执行命令的前5行语句输入arcpy和Spatial Analyst工具，并定义工作空间为d:/chap18/。接下来的3行语句使用Spatial Analyst工具。EucDistane工具创建一个距stream_gd最大距离为200m的距离量测栅格。Extract By Attributes工具通过在elevzone_gd中选择区域2来

14、创建一个栅格（outExtract）。Extract By Mask工具用outEucDistance作为掩模从outExtract中选择区域，这些区域落在outEucDistance边界内，并将输出保存至outExtract2。最后，outExtract2保存在工作空间。4) 比较outExtract2和一中的final，两者的覆盖区域应该相同。 三、实验小结1、实验中出现过的问题（或错误）、原因分析在做实验前,一定要将课本上的知识吃透,因为这是做实验的基础,否则,在老师讲解时就会听不懂,这将使你在做实验时的难度加大,浪费做实验的宝贵时间.比如做应变片的实验,你要清楚电桥的各种接法,如果你不清楚,在做实验时才去摸索,这将使你极大地浪费时间,使你事倍功半.做实验时,一定要亲力亲为,务必要将每个步骤,每个细节弄清楚,弄明白,实验后,还要复习,思考,这样,你的印象才深刻,记得才牢固,否则,过后不久你就会忘得一干二净,这还不如不做.做实验时,老师还会根据自己的亲身体会,将一些课本上没有的知识教给我们,拓宽我们的眼界,使我们认识到这门课程在生活中的应用是那么的广泛.通过这次XXX的实验,使我学到了不少实用的知识,更重要的是,做实验的过程,