地理信息系统导论实验指导

地理信息系统导论实验指导实验1桌面GIS的功能与菜单操作一、实验内容了解ArcView、MapInfo、ArcGIS等GIS软件界面、功能与菜单操作。二、实验目的通过GIS软件(如：MapInfo、ArcView、ArcGIS等)的实例演示与操作，初步掌握主要菜单、工具栏、按钮等的使用，加深对课堂学习的GIS基本概念和基本功能的理解。三、实验指导（一）了解主流GIS软件平台基础1.熟悉并标注ArcView的工作界面、菜单及命令功能。2.熟悉并标注MapInfo的工作界面、菜单及命令功能。（二）地理数据可视化操作1.所需数据：GIS_data\Data12.使用软件：MapInfoGIS3.实验内容：①打开中国省区图。②浏览人口数据。③显示人口密度的分布。④创建中国人口年龄结构图。（三）电子地图操作1.所需数据：GIS_data\Data12.使用软件：MapInfoGIS3.实验内容：①使用漫游工具。②使用放大和缩小工具。③使用控制图层在缩放范围内显示。④使用所提供的数据，通过图层控制对话框完成操作。⑤使用Info工具查询地图信息。实验2数据采集一、实验内容数字化操作。投影与坐标系设置。二、实验目的1.通过实践，掌握采集数据的主要过程。2.通过操作，掌握ArcView的Shape文件格式如何通过自身的实用工具创建，以及投影、坐标等设置。三、实验指导（一）构建数据库（1）实验内容：利用ArcView构建GIS数据库。（2）实验目的：进一步了解GIS与一般数据库以及图形软件的区别和联系。（3）实验数据：收集数据或利用身边的数据。（4）实验指导：通过ArcView了解GIS的建库。①ArcViewGIS建库。②数字化。③数据编辑。（二）屏幕跟踪矢量化1.实验内容：屏幕跟踪矢量化。2.实验目的：通过实验，了解数字化的含义和操作步骤。3.所需数据：GIS_data\Data2目录下的FUZHOU.jpg图像。4.实验指导：（1）准备扫描图像。（2）栅格图像配准。（3）新建数字化图层。（4）屏幕跟踪矢量化地图。（5）输入属性值。（三）地图投影和坐标设置实验1.实验内容：利用ArcView进行地图投影、坐标设置。2.实验目的：掌握地图投影、坐标系设置方法。3.所需数据：GIS_data\Data2目录下的Stationsll.shp和Idll.shp,两个以十进制表示经纬度数值的Shape文件。4.实验指导：利用ArcView进行地图投影、坐标系设置的步骤如下：（1）加载数据。shapefile显示该地区的主要河流。（3）实验内容：本实验涉及应用ArcView的"SpatialAnalyst（空间分析）"进行地形制图和分析，主要是面积量算、坡度、坡向及剖面线图的制作。（2）实验目的：通过本实习的练习，掌握由高程格网创建坡度和坡向专题图，并了解重新分类的意义及懂得面积量算的概念，学习剖面图的制作。（4）实验指导：基于ArcView3.3软件的主模块和空间分析模块完成。主要步骤如下。①创建坡度专题图。②创建坡向专题图。③创建河流垂直剖面。3．挖方和填方表达（1）所需数据：GIS_data\Data4\Ex3目录下的三维地面模型crtin1和crtin2，场地边界Bound.shp。（2）实验内容：计算工程的填挖方量。（3）实验目的：通过实验，了解计算填挖方的步骤，并能分析填挖方后结果。（4）实验指导：基于ArcView3.3的主模块和扩展模块中的"3D分析模块和空间分析模块"完成。主要步骤如下：①加载数据，并设置地图单位和距离单位。同时激活三维地面模型，选择"Surface/CutFill"命令计算填挖方。②定义表面为"crtin1"和定义输入范围。③系统将自动产生填挖方计算栅格数据，并用一个名为"cut_fillbetweencrtin1andcrtin2"显示出来。④打开属性表，可查有关填、挖方信息。⑤将Grid转换TIN格式。⑥利用地图计算器工具获取更详细信息。4．三维显示（1）所需数据：GIS_data\Data4\Ex2目录下的高程格网Plne和河流专题Streams.shp.（2）实验内容：在ArcView中进行地图的三维显示，是通过3-D-scenes(三维图景)文档来制作三维透视图，3-D-Scenes文档调用了3-DAnalyst模块而加进的。（3）实验目的：通过创建实验步骤，了解在ArcView中如何进行地图的三维显示操作，从而更好地分析数据。（4）实验指导：基于ArcViewGIS软件的主模块和3D分析模块和空间分析模块完成。主要步骤如下：①加载3D分析模块，选择"3-D-scenes"文档，打开了3-D-Viewer（三维阅读器）和一个单独的目录。②在"3-D-Scene/Addtheme"命令中添加高程格网Plne。③选择"Theme/3-DProperties/Surface"命令把二维的格网转成三维。④选择"3-D-scene/AddTheme"命令，并选择河流专题数据Streams.shp；叠置河流。⑤选择"Theme/Convertto3-DShapefile"命令，选择"Surface"以获取z值，选择面专题Plne，把河流二维专题转化成三维Shape文件。⑥把View中的专题加载到三维阅览器中。实验5缓冲区分析和网络分析一、实验内容1．缓冲区分析：根据地理对象点、线和面的空间特性，自动建立对象周围一定距离的区域范围（缓冲区域），综合分析某地理要素（主体）对邻近对象的影响程度和影响范围。2．网络分析：了解网络的概念，选择最优路径、资源调配以及地址匹配。二、实验目的1．掌握点、线和面缓冲的生成及掌握GIS缓冲区应用。2．掌握线对象的网络分析操作。三、实验指导（一）利用ArcView进行缓冲区分析1．实验内容：假设根据当地情况，沿着铁路的两侧20米、402．实验目的：由简单生成缓冲区的操作，产生数据的缓冲区专题图，为实际应用如环境的整治和规划等提供了决策的支持。3．所需数据：GIS_data\Data5\Ex1目录下的线状专题道路（Road1.shp，仅用于地图显示，不参加分析）和线状专题铁路（Railway.shp，为邻近区的分析对象）。4．实验指导：（1）加载数据，并设置地图单位和距离单位都为"米"。（2）激活铁路专题，选择"Theme/CreateBuffers"命令。（3）利用创建缓冲区对话框，针对专题要素作缓冲分析。（4）选择"Field/Calculation"命令，在字段计算器中完成字段计算。（二）利用MapInfo进行查询和缓冲区分析1.所需数据：GIS_data\Data5\Ex2目录下的PROVINCE.tab、China.tab和CHINCAPS.tab。2.实验内容：基于MapInfo环境实现空间查询和缓冲分析。3.实验目的：掌握空间查询和缓冲分析操作及实际应用。4.实验指导：（1）SQL数据查询。（2）缓冲区查询。（三）利用ArcView进行最短距离（查找最近设施）分析1．实验内容：是查找最近的消防站和从莫斯科市任何地点到消防站的最快途径。旅行时间的估算考虑链路阻抗、转弯阻抗和单行道。2．实验目的：通过该实验，能掌握网络分析模块的应用。并为现实生活提供了决策的支持。3．所需数据：GIS_data\Data5\Ex3目录下的线图层Mosst和点状专题图Firestat.shp。Mosst是爱达荷州莫斯科市的街道图层，该图层最初源于TIGER/Line文件，已经过编辑和更新。firestat.shp显示莫斯科市的两个消防站。4．实验指导：（1）加载"NetworkAnalyst"模块，加载数据并设置地图单位和距离单位。（2）激活街道，选择"Network/FindClosestFacility"命令，单击Properties设置成本字段。（3）确定某一地点。（4）查找到最近的设施和最短路径。（5）激活fac1，打开属性表，读取总成本。（四）利用ArcView进行最佳路径分析1．实验内容：试查找两个城市之间的最佳（最短）路径，以英里或分钟表示。计算旅行时间的时速限制为65mi/h。旅行时间只考虑链路阻抗。2．实验目的：本习作的目的是通过本实验，能掌握网络分析模块的应用及最佳路径的计算，为具体应用提供了决策的支持。3．所需数据：GIS_data\Data5\Ex3目录下的点状专题图Uscities.shp；线状专题Interstates.shp和多变形专题图Lower48.shp、Lower48.shp表示美国本土，Uscities.shp含有城市，Interstates.shp包括州际公路。4．实验指导：（1）加载"NetworkAnalyst"模块，加载数据，并设置地图单位和距离单位。（2）选择两个城市，如"City_Name"为"Helena和Raleigh"，或者选择多个。（3）激活公路专题，选择"Network/FindBestRoute"命令，并设置成本字段。（4）加载站点。（5）计算最佳路径和全程距离。（五）利用ArcView救灾应急（查找服务范围）服务1．实验内容：练习网络分析模块的应用，查找消防站的服务范围，估算莫斯科两个消防站的效率并对其进行分析。2．实验目的：目的是了解网络分析中查找服务范围的操作及应用，为现实生活提供了决策支持。3．所需数据：GIS_data\Data5\Ex3目录下的数据线图层moscowst和点状专题图firestat.shp。数据虽如同（三）一样，但本实验目的则研究定位问题。4．实验指导：（1）加载"NetworkAnalyst"模块，加载数据并设置地图单位和距离单位。（2）激活街道图层，选择"Network/FindServeArea"命令，回答问题定义对话框。（3）加载站点，选择"TravelfromSite/LoadSites"命令。（4）输入响应时间，完成在响应时间的地区为服务范围。（5）单击"SloveNetworkProblem"按钮即可实现。实验6叠加分析一、实验内容1.图层叠加操作实验。要求在统一的坐标系下将同一区域的两个图层进行叠加，产生新的空间图形和属性，以提取具有多重指定属性特征的区域，或者根据区域的多重属性进行分级、分类。2.典型GIS叠加分析应用－－土地适宜性分析。二、实验目的通过实验，掌握GIS图层及图层叠加产生的地理意义及应用。三、实验过程（一）图层叠加分析1．实验内容：为计算洪水淹没区域，假设该问题只与地形高程和土地利用有关，再假设地形高程值大于500米的范围不受洪水淹没，由高程多边形的最大高程属性决定；土地利用为住宅用地的考虑对象，地块多边形的土地利用属性（Landuse＝R*2．实验目的：通过实验掌握图层的叠加并对叠加后的图层进行分析，能在实际中解决问题。3．所需数据：GIS_data\Data6\Ex1目录下的高程（Contour.shp，其中属性表中的字段Height表示该多边形的最大高程）、地块（Parcel.shp，属性表中的字段Landuse，Value，Class分别表示土地利用、估计财产、地基类型等属性）两个多边形专题。4．实验指导：（1）加载地学处理模块（Geoprocessing）。（2）加载数据。（3）选择"View/Geoprocessing"命令，在"Geoprocessing"对话框中选中"UnionTwoTheme"按钮完成叠加。（4）打开工具栏的属性表，利用查询语句，可以查出被洪水淹没的区域。（二）属性计算、分析1．实验内容：利用现有的属性数据，建立和计算新字段。Wp.shp属性表中字段Area（面积）是用平方米度量的，实验者要把面积度量单位转化成英亩；主要是属性的计算和分析及属性表格的关联和链接等。2．实验目的：掌握属性数据的操作，学会简单的数据处理方法，进而解决实际问题。3．所需数据：GIS_data\Data6\Ex2目录下的一个森林立地专题（Wp.shp）、Wpdata.dbf和Wpact.dbf两个可被关联到Wp.shp的属性数据文件，Wpdata.dbf包括了植被与土地类型数据，Wpact.dbf包括了活动记录。4．实验指导：（1）加载数据，并打开其属性表成编辑状态。（2）选择"Table/Starting"命令，开始编辑。（3）选择"Filed/Calculation"命令，对选定字段进行表达式计算。（4）选择"Table/Stoping"命令停止编辑，保存编辑结果。（5）激活项目视窗，选择Table/Add命令，弄清源表和目标表。（6）选择"Table/Link"命令，使用ID码联接两个表。（三）适宜性分析1．实验内容：用指定指标选择寻找一个新的大学水产养殖实验室的适宜地点：要求条件如下：首选土地利用为灌木林地（如Landuse.shp中的Lucode=300）。选择适宜开发的土壤类型（如Soils.shp中的Suit>=2）。地点必须离下水道管线300米2．实验目的：掌握常用的基于矢量的分析，诸如缓冲、地图叠加、边界融合，表格数据处理以及AvenueScript样本的应用，模拟实际项目做GIS分析，为实际应用提供依据。3．所需数据：GIS_data\Data6\Ex3目录下的Sewers.shp（地下水管线图层）、Landuse.shp（土地利用图层）和Soils.shp（土壤图层）。4．实验指导：1)土地实验需求的缓冲分析（1）选中地学处理（Geoprocessing）模块。（2）加载数据，并设置地图单位和距离单位。（3）选择"Theme/CreateBuffers"命令创建缓冲区，完成缓冲分析。2）土地适宜性叠加分析（1）选中地学处理（Geoprocessing）模块。（2）加载数据，并设置地图单位和距离单位。（3）选择"View/Geoprocessing"命令，在"Geoprocessing"对话框中选中"IntersectTwoTheme"，完成叠加分析。3）土地适宜性查询分析打开属性表，在字段定义框中设置字段并赋值完成查询。4）AvenueScript在土地适宜性分析中的应用（1）选择"Edit/DeleteField"命令，把表格中多余的周长和面积删除。（2）选择"Help/HelpTopic"命令，查找宏语言的源代码。复制，粘贴。（3）运行脚本文件。（4）选择"Field/Staticstic"命令，对符合条件的查询。（5）选择"View/Geoprocessing"命令，在"Geoprocessing"对话框中选中"DissolveFeaturesBasedonAnArribute"，进行叠加分析。实验7地图设计与输出一、实验内容1．基础地图的编制。2．专题地图的编制。3．系列图的生成。4.数字地图的输出。二、实验目的1．巩固地图学基础知识。2．掌握用GIS工具实现数字地图布局设计和输出。三、实验指导（一）用ArcView实现1．基础地图的编制（1）实验内容：根据所给数据完成基础地图的编制及设计。（2）实验目的：通过本习作的练习，初步了解基础地图的编制及设计，为地图的出图做准备。（3）所需数据：GIS_data\Data7\Ex1目录下的村庄（Sub_con.shp）。（4）实验指导①加载数据，设置地图单位。②修改图例。③编排地图。④打印地图。2．统计图的制作（1）实验内容：本实验要求依据所给的数据产生选择乡镇的面积统计图。（2）实验目的：通过本实验了解统计图的制作过程，并生成满足条件的统计图，为制图输出做准备。（3）所需数据：GIS_data\Data7\Ex2目录下的乡镇图（Townshp.shp，人口密度专题）。（4）实验指导： ①加载数据，并打开属性表，单击面积字段。②在表中用选择工具加Shift键选择若干条记录（10条左右）。③选择"Table/CreatChart"命令，在"ChartPropertise"对话框中进行设置，生成统计图。④选择"Field/Summarize"命令，对生成的统计图进行分类汇总。⑤选择"File/Print"命令完成输出打印。3．专题地图的制作（1）实验内容：实现等值区域图按行政单元显示统计图。（2）实验目的：掌握专题图的制作及输出，熟悉地图设计中的各种操作，最终能完成专题图的输出。（3）所需数据：GIS_data\Data7\Ex3目录下的Us.shp，一个显示1990-1998年间美国各州人口变化专题的Shape文件，该专题的投影为阿伯斯等积投影，单位是米。（4）实验指导：①打开新视图，加载数据。②选择"View/Properties"命令，在"ViewProperties"对话框中进行地图单位、名字等属性设置。③选择"Theme/Properties"命令，在"ThemePropertie"对话框中进行专题名、图例注释等设置。④选择"Theme/Legend"命令，在"LegendEditor"中进行设置并分类和重分类。⑤在"ColorRamps"对话框中选择颜色。⑥地图布局设计。⑦地图编排。⑧打印地图。4．系列地图生成利用地图数据库中的数据，在GIS软件支持下，可生成时态变化的系列地图。请实验者结合遥感数据处理进行实践。5．地图输出（1）实验内容：练习地图布局的设置和地图的输出。（2）实验目的：通过实验，了解新建布局的设置，并能初步掌握自己制作地图模板及地图输出的设计。（3）所需数据：GIS_data\Data7\Ex1目录下的学生（Student.shp）和村庄（Sub_con.shp）。（4）实验指导：①加载数据，并设置地图单位。②新建布局，返回工程窗口，选择"Layout"图标，单击"New"。③选择"Layout/PageSetup"命令，进行页面设置。④选择"Layo