地理信息系統(tǒng)實驗報告

1、實驗報告實驗名稱：地理信息系統(tǒng)原理 A課程實驗所屬課程：地理信息系統(tǒng)原理A開課學(xué)期： 2014 2015第一學(xué)期所在專業(yè)：所在班級：學(xué) 號：姓 名：完成時間：目錄實驗一：地理信息系統(tǒng)基本構(gòu)成 3-7實驗二：地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 8-16實驗三：地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理 17-19實驗四：地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理 20-25實驗五：空間操作及其空間分析 26-34實驗六：地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)輸由 35-42實驗一地理信息系統(tǒng)基本構(gòu)成了解GIS的組成和軟硬件平臺，熟悉平臺軟件的界面環(huán)境、 基本操作，理會GIS的基本功能二、實驗分組每人一組，獨立完成三、實驗內(nèi)容啟動 MapInfoMapInfo界面結(jié)構(gòu)菜單命令

2、MapInfo的工具條讀取柵格圖像并使用繪圖工具打開表完成實驗結(jié)果、體會指定項目，和個人收獲四、方案設(shè)計（要求）五、實驗結(jié)果1 .快速啟動項2 .系統(tǒng)界面情況性:*m訂涯隹國gur隗b心 ： .、-初工7M IR 012*21 N.L 同當(dāng)上 + -.JIj -q酷MKfi “Mi b MKL:BMS可|，卅b.次易iru -刁m ff.ri niiDiiwas m wi上事m 和屋中23 h3點數(shù)據(jù)層 4線數(shù)據(jù)層5面數(shù)據(jù)層六、 實驗體會（結(jié)論）1地理信息系統(tǒng)的基本構(gòu)成1. 系統(tǒng)硬件：數(shù)據(jù)處理設(shè)備（包括從服務(wù)器到圖形工作站、個人計算機(jī)等各種形式的計算機(jī)） ，輸入設(shè)備（ 數(shù)字化儀，大幅面圖形掃描

3、儀，數(shù)字?jǐn)z影測量工作站，全球定位系統(tǒng) ） ，輸出設(shè)備（ 顯示器、投影儀、繪圖儀、打印機(jī)）2. 系統(tǒng)軟件：系統(tǒng)軟件（操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫軟件）、GIS基礎(chǔ)軟件平臺（如MapInfo）、GIS 應(yīng)用軟件3. 地理空間數(shù)據(jù)和信息邏輯上分為矢量和柵格兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)4. 應(yīng)用人員（系統(tǒng)開發(fā)人員和最終用戶）5. 應(yīng)用模型 （是和專業(yè)知識連接的紐帶，模型的實現(xiàn)一般是在平臺軟件基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)的）2 MapInfo 的主要功能 測量分析 緩沖區(qū)分析 地圖代數(shù) 多邊形操作數(shù)字高程模型（DEM分析3地理信息系統(tǒng)應(yīng)具備的基本功能1. 數(shù)據(jù)采集與編輯：2. 數(shù)據(jù)存儲與管理3. 數(shù)據(jù)處理和變換4. 空間分析和統(tǒng)計5. 產(chǎn)品

4、制作與顯示6. 二次開發(fā)和編程實驗二地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1、 實驗?zāi)康氖煜D象處理方法，明確數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)建原理，掌握圖象配準(zhǔn)、屏幕數(shù)字化、屬性數(shù)據(jù)輸入方法，理解物理坐標(biāo)和用戶坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換關(guān)系及數(shù)據(jù)輸入環(huán)境，體會圖層概念2、 實驗內(nèi)容柵格圖象處理在 MapInfo 環(huán)境下用不同方式進(jìn)行柵格圖象配準(zhǔn)矢量數(shù)據(jù)輸入屬性數(shù)據(jù)輸入實驗結(jié)果的指定內(nèi)容及其它個人體會實驗步驟三、四、結(jié)果（一）柵格圖象處理1.圖象配準(zhǔn)提示框（你想簡單地顯示未配準(zhǔn)的圖象，或配準(zhǔn)它使它具有地理坐標(biāo)）截圖2.單位選擇對話框截圖3.投 影選 擇對 話框 截圖Ely M *4 .輸入控制點坐標(biāo)對話框截圖5 . 4個控制點坐標(biāo)輸入完畢的圖象配準(zhǔn)

5、對話框截圖6.配準(zhǔn)后的結(jié)果（文件另存窗口插入）Mild；陽1Si二 IHFi(V 種irt a *hii7.方法2的步驟結(jié)果截圖（二）屏幕矢量化（圖形數(shù)（選做）據(jù)輸入） （三）屬性數(shù)據(jù)輸入五、 結(jié)論（體會）1. 關(guān)于圖象配準(zhǔn)的功能配準(zhǔn)一幅柵格圖象時，要輸入地圖坐標(biāo)（如經(jīng)度緯度），并指定柵格圖象上與該坐標(biāo)對應(yīng)的點。要在MapInfo 中顯示柵格圖象前必須進(jìn)行配準(zhǔn)，以使MapInfo在顯示圖象時能夠完成地理計算，如計算距離和面積等。2. 對物理坐標(biāo)和用戶坐標(biāo)的概念及轉(zhuǎn)換關(guān)系的理解物理坐標(biāo)系：在設(shè)計、描述圖形對象的時候，用戶使用的通常是對象所在的世界坐標(biāo)系。在圖形輸出時，往往使用與設(shè)備物理參數(shù)有關(guān)的

6、設(shè)備坐標(biāo)系。設(shè)備坐標(biāo)系是物理設(shè)備的輸入輸出空間。因此，設(shè)備坐標(biāo)系又稱為物理坐標(biāo)系。用戶坐標(biāo)系：用戶坐標(biāo)系又稱為世界坐標(biāo)系。由于圖形坐標(biāo)數(shù)據(jù)來自于GIS空間數(shù)據(jù)庫，所以通常也采用世界坐標(biāo)系。其空間一般為實數(shù)域，理論上是連續(xù)的，無限的。大地坐標(biāo)系是地理坐標(biāo)系的一種，也可以看作一種世界坐標(biāo)系。在用戶坐標(biāo)與物理坐標(biāo)之間定義一個與設(shè)備無關(guān)的規(guī)范化坐標(biāo)系。這種坐標(biāo)系每一位坐標(biāo)的取值范圍可以為【 0， 1 】 之間的實數(shù)，也可以是0 到 65535之間的整數(shù)。為了與物理坐標(biāo)系相區(qū)別，這種坐標(biāo)系又稱為邏輯坐標(biāo)系。繪圖輸出時，可以將世界坐標(biāo)系坐標(biāo)統(tǒng)一轉(zhuǎn)換成邏輯坐標(biāo)，邏輯坐標(biāo)與設(shè)備坐標(biāo)的映射由設(shè)備驅(qū)動程序完成。3

7、. 控制點的選取手工輸入坐標(biāo)值地圖配準(zhǔn)的方法需要事先確定控制點的經(jīng)度與緯度坐標(biāo)值，一般在經(jīng)緯線的交點處容易確定；而應(yīng)用已有矢量地圖傳遞坐標(biāo)值地圖配準(zhǔn)的方法則需要事先在地圖上確定有明顯標(biāo)志的控制點位置，二者的方法不同。無論何種方法，先需要確定控制點，而且控制點越多，誤差越小。4. 圖層的理解，圖層的最基本文件應(yīng)該是哪兩個柵格圖像文件（JPEG和圖層文件（TAB5. 本實驗涉及的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其實現(xiàn)原理（ 1）矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)利用幾何學(xué)中的點、線、面及其組合體來表示地理實體空間分布的數(shù)據(jù)組織方式。其數(shù)據(jù)按點、線或多邊形為單位進(jìn)行組織，每個多邊形都以閉合線段存儲，多邊形的公共邊界被數(shù)字化兩次和存儲兩次；點、

8、線和多邊形有各自的坐標(biāo)數(shù)據(jù)；島或洞只作為一個單個圖形，沒有與外界多邊形的聯(lián)系。（ vince ）（ 2）拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)點是相互獨立的，點連成線，線構(gòu)成面。每條線始于起始節(jié)點，止于終止節(jié)點，并于左右多邊形相連接。（ eg.river ）實驗三 地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理1、 實驗?zāi)康恼莆諗?shù)據(jù)組織、管理與維護(hù)方法，理解數(shù)據(jù)庫連接技術(shù)，辨析 MapInfo 的數(shù)據(jù)管理模式2、 實驗分組每人一組，獨立完成3、 實驗內(nèi)容文件格式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)文件組織表管理ODB援口集成管理實現(xiàn)方式遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫訪問MapInfo 的數(shù)據(jù)管理模式地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理模式4、 方案設(shè)計（要求）略5、 實驗結(jié)果（結(jié)論）1快速啟動并

9、打開矢量數(shù)據(jù)（每一結(jié)果擬定一個標(biāo)題，華文中宋，小四）2.刪除表JH03M4 M7,U1 U LW &UJ3解”*但* *I KLJft2.49U4 .W* 72的維護(hù)和管理BMjt4JB3M暗E1.125. 77I CUI723 3S 2f-l3EiJiB.!* zracLf 14用泉帆*4 -i.UL-U 工。41 上Jg|f 力占否 MJbL省 2MLH kH】“ -4E-TUSTjSB. MMt 1rz+F igk VI A. 14 注 觸 l-HT.W 1 milUM imstVMJ5J3 第 144 IM Q laa.VKa swi3 Z9 lit MFMt Z廿7 Wd：gs -*

10、色 1 1P Ml!T H 99 IE XKH13E /E*M I M4M 皿陽 43 1 B3 MT 過 jFhiF* TH UN4M4U|六、體會(收獲)1 . MapInfo數(shù)據(jù)管理涉及數(shù)據(jù)庫管理軟件嗎？如何管理的？MapInfo數(shù)據(jù)管理涉及到數(shù)據(jù)庫管理軟件?？臻g數(shù)據(jù)以操作系統(tǒng)的文件形式 保存在計算機(jī)中，具有代表性的有MapInfor使用的.WORK.TAB文件。空間數(shù)據(jù) 文件存儲和管理的特點是一個 GIS軟件可以同時直接使用多個空間數(shù)據(jù)文件，一 個空間數(shù)據(jù)文件也可以同時為多個 GIS軟件共享。為了避免不同文件之間的數(shù)據(jù)的冗余存儲，相同的數(shù)據(jù)一般只能存儲一次。由此，發(fā)展出了采用數(shù)據(jù)庫進(jìn)行

11、空間數(shù)據(jù)存儲和管理的方法。 一個完整的數(shù)據(jù)庫 系統(tǒng)應(yīng)該包括數(shù)據(jù)庫存儲系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)三個組成部 分。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)庫建立、使用和管理工具的軟件系統(tǒng)。而數(shù)據(jù)庫應(yīng) 用系統(tǒng)則是為了滿足特定的用戶數(shù)據(jù)處理需求而建立起來的，具有數(shù)據(jù)庫訪問功能的應(yīng)用軟件，從而提供給用戶一個訪問和操作特定數(shù)據(jù)庫的用戶界面。2 .地理信息系統(tǒng)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)管理模式(1)初級式的管理模式（ 2）混合式的管理模式（ 3）擴(kuò)展式的管理模式（ 4）集成式的管理模式實驗四 地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理1、 實驗?zāi)康氖煜ね队白儞Q、數(shù)據(jù)變換、數(shù)據(jù)融合、格式轉(zhuǎn)換等基本數(shù)據(jù)處理手段，明確數(shù)據(jù)處理的原理。2、 實驗分組每人一組，

12、獨立完成3、 實驗內(nèi)容空間數(shù)據(jù)的變換：幾何糾正，投影轉(zhuǎn)換，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換：矢柵轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)融合：文件轉(zhuǎn)換與輸入，不同格式數(shù)據(jù)的融合數(shù)據(jù)編輯：圖形處理（ 整形、剪裁、分割、合并、擦除、轉(zhuǎn)換、對齊節(jié)點）屬性表處理（ 操作重分類、列合并對象）連接關(guān)系處理（ 對應(yīng)關(guān)系編輯）數(shù)據(jù)插值：線對象平滑處理4、 方案設(shè)計（要求）實驗結(jié)果（結(jié)論）五、1 .數(shù)據(jù)編輯 調(diào)整對象式樣對象整形對齊節(jié)點（自動捕捉） U ZKn Eg1 30 M*JHl- EM 的河1- A A -t口$94日事-R/Maia J才 f 1，LkktaflbHL1 wriaijijv *1T-BUw bvm f kMvIMpENl)WM

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14、 ISHIlA2 3IDEta mt電石映MM4徇川IW beU問國 心皿*41W is. taiE,畤財 g r 鼬EWFW i UAalHMBWi?,WTIfH1 RW城蟠記MRE4金大M 紇UM?1的.皿1 2 DOJI3 IM FI 劉！I II IW1TJ 1血.13 1 JB|fB 螃3 UK XM. 合并對象裁剪平滑2 .屬性數(shù)據(jù)處理六、體會（收獲）1.數(shù)據(jù)處理的主要目的（ 1）由于地理信息系統(tǒng)涉及的數(shù)據(jù)類型多種多樣，同一種類型的質(zhì)量也可能有很大的差異。數(shù)據(jù)處理作為地理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)功能之一，能有效的保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)的規(guī)范和統(tǒng)一，使數(shù)據(jù)滿足用戶需求。（ 2）數(shù)據(jù)處理包括數(shù)據(jù)變換、數(shù)據(jù)

15、重構(gòu)、數(shù)據(jù)提取等內(nèi)容。數(shù)據(jù)變換包括糾正和地圖投影轉(zhuǎn)換等，以實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的幾何配準(zhǔn)。數(shù)據(jù)重組，包括剛結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化、格式轉(zhuǎn)化、類型替換等，以實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)在結(jié)構(gòu)、格式和類型上的統(tǒng)一，多源和異構(gòu)數(shù)據(jù)的聯(lián)結(jié)與融合。數(shù)據(jù)提取包括類型提取、窗口提取、空間內(nèi)插等，以適應(yīng)不同用戶對數(shù)據(jù)的特定要求。2用重慶市（行政區(qū)）擦除四川（老行政區(qū)）時，對象指標(biāo)分解的實際含義。在研究四川省經(jīng)濟(jì)發(fā)展，如GDP勺增長、居民可支配收入等等時，就可以將其與重慶市脫離開來獨立研究，從而更容易發(fā)現(xiàn)發(fā)展中的弊端和問題，使政府的措施更有針對性和目的性。3. 平滑處理的實現(xiàn)原理（ 1）線性平滑，是對每一個像素點的灰度值用它的領(lǐng)域值來代替，領(lǐng)域大小

16、為N*N, N一般取奇數(shù)。（ 2）非線性平滑，是對線性平滑的一種改進(jìn)，即不對所有像素都用它的領(lǐng)域平均值來代替，而是取一個閾值，當(dāng)像素灰度值與其領(lǐng)域平均值之間的差值不大于閾值時取其本身的灰度值。（ 3）自適應(yīng)平滑，一種根據(jù)當(dāng)時當(dāng)?shù)厍闆r來進(jìn)行控制的方法，考慮到圖像中目標(biāo)物體和背景一般都具有不同的均值和方差，為保留一定的邊緣信息，可采用自適應(yīng)的局部平滑的濾波。實驗五空間操作與空間分析一、 實驗?zāi)康恼莆湛臻g操作方法，理解空間分析的基本原理實驗內(nèi)容選擇查詢重分區(qū)幾何量算空間統(tǒng)計疊壓節(jié)點緩沖區(qū)分析Voronoi創(chuàng)建點地理編碼DEM三、實驗步驟略四、結(jié)果（一）選擇與查詢1 .從屏幕選擇卬一看兀h/上口 餐X

17、49F瓦；AIM-GIXMM a，P*r1 H，谷泡31 HiH5 Ht-uCOOA后 1*4 bki.4.r點U&ii工事 UFKLUVJifiJi 4嶼加 上，np0 苑IMEED14? JST冊13 H35.1 K HM .Mi4CB22翔冬配,匐DOii * *4匕*。m m 4tmM Em1T.W3卡司1工 1J4JI 4HV1JMC (O*頓iWIm 5*iiti SIT & KE5療產(chǎn)及加疆hl4M4，學(xué)，的 上用聚內(nèi)懶地川51M制恪福士I際TW.iECflM5O.Pi57值iXSKH：*MJJ4Wrrw4 nm”抬ju 上*冷a長11TI,H5 K7.352 4!亡4 ： I

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22、MaX d淞（七）疊壓節(jié)點（Overlay Nodes）五、體會1.關(guān)于空間操作的算法原理計算兩個頂點之間的最短路徑，空間網(wǎng)絡(luò)分析中最常見的的問題。Dijkstra 算法是求單源最短路徑的有效方法。其原理描述如下：由Dijkstra 提出的該算法是按路徑長度遞增順序產(chǎn)生各頂點的最短路徑。 設(shè)最短距離已確定的頂點集合稱為紅點集，短距離尚未確定的頂點集合稱為藍(lán)點 集。初始時，只有源點的最短距離是已知的，所以紅點集包含源點，藍(lán)點集包含 其他頂點。重復(fù)以下過程，按路徑長度遞增順序產(chǎn)生各藍(lán)頂點的最短路徑：在當(dāng)前藍(lán)點集中選擇一個距離最小的藍(lán)點來擴(kuò)充紅點集，以保證算法按路徑長度遞增 的順序產(chǎn)生個頂點的最短路

23、徑。每擴(kuò)充一個藍(lán)點到紅點集中，則將藍(lán)點集中剩余 的藍(lán)點的路徑按照新加入的紅點作為中間頂點進(jìn)行修正，一旦加入新紅點使得藍(lán)點的路徑長度變短，則用變短的路徑代替原來的藍(lán)點路徑長度。直到藍(lán)點集中僅 剩下最短距離為無窮大的藍(lán)點，或者所需求的藍(lán)點已擴(kuò)充到紅點集時，算法結(jié)束。2 .空間分析的統(tǒng)一工作流程基于空間數(shù)據(jù)的分析技術(shù)，它是以地球科學(xué)原理為依托，通過分析算法 從空間數(shù)據(jù)中獲取有關(guān)地理對象的空間位置、空間分布、空間形態(tài)、空間形態(tài)、 空間構(gòu)成、空間演變等信息。3 . 空間分析的意義空間網(wǎng)絡(luò)分析是GIS空間分析的重要組成部分。通常用來描述某種資源或 物質(zhì)沿著路徑在空間上的運動。例如城市道路系統(tǒng)、各類地下管網(wǎng)

24、系統(tǒng)、流域的水網(wǎng)等，都可用網(wǎng)絡(luò)來表示，形成各類物質(zhì)、能量和信息流通的通道。空間網(wǎng)絡(luò)分析的應(yīng)用很廣泛，如公共交通運營的線路選擇和緊急救援行動線路的選擇等；選擇網(wǎng)絡(luò)最佳路徑；當(dāng)估計排水系統(tǒng)在暴雨期間是否溢流及河流是否泛濫時，需要進(jìn)行網(wǎng)流量分析或負(fù)荷；城市消防站分布和醫(yī)療保健機(jī)構(gòu)的配置等?？梢钥闯墒抢镁W(wǎng)絡(luò)和相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行資源的分配等。實驗六 地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)輸出1、 目的明確地理信息系統(tǒng)輸出的技術(shù)原理和基本的輸出形式，掌握地圖生成、專題地圖制作方法。2、 內(nèi)容1. 制作各省市教職工統(tǒng)計圖。2. 用范圍圖法餅圖法制作中國教職工分布圖。3. 用柱狀圖法制作中國城鎮(zhèn)及農(nóng)村人均收入分布圖。4. 用等級符號法

25、制作中國主要城市人口圖。5. 制人口密度專題地圖6. 制人口密度3D 地圖7. 報表制作8. 布局窗口3、 步驟四、結(jié)果(2)柱狀圖(4) 3D地圖五、 體會1. 地理信息系統(tǒng)生成圖形（地圖）的技術(shù)手段（ 1）圖形坐標(biāo)系統(tǒng)地球表面的世界坐標(biāo)系：世界坐標(biāo)系也稱用戶坐標(biāo)系。由于圖形坐標(biāo)數(shù)據(jù)來自于GIS空間數(shù)據(jù)庫，所以通常也采用世界坐標(biāo)系。其空間一般為實數(shù)域，理論 上是連續(xù)、無限的。大地坐標(biāo)系：是地理坐標(biāo)系的一種，也可看作一種世界坐標(biāo)系。大地原點是大地坐標(biāo)系的起算點，大地坐標(biāo)系采用由大地測量方法決定的的大地緯度大地經(jīng)度。輸出設(shè)備物理坐標(biāo)系：在設(shè)計、 描述圖形對象時，用戶使用的通常是對象所在的世界坐標(biāo)系。在圖形輸出時，往往使用與設(shè)備物理參數(shù)有關(guān)的設(shè)備坐標(biāo)系。 （ 2）顏色模型和顏色空間RGB色模型：RGB色模型是工業(yè)界的一種顏色標(biāo)準(zhǔn)，是通過對紅（R）、綠（G）、藍(lán)（B）三個顏色通道的變化以及它們相互之間的疊加來得到各式各樣 的顏色，稱為加色法。CMY微色模型：以紅、綠、藍(lán)的補(bǔ)色青、洋紅、黃為原色再加上黑色構(gòu)成 的顏色模型。HSV色卞g型：RGBffi CMY顏色模型都面向硬件的，而HSV色模型是面向 用戶的。（3） GIS圖形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)庫二維矢量圖形結(jié)構(gòu)：根據(jù)空間要素種類的不同，GIS中二維矢量圖形結(jié)構(gòu)可以有不同的表達(dá)方式。對點