地理信息系統(tǒng)實(shí)習(xí)教程第七章

1、第七章 柵格數(shù)據(jù)生成和顯示1 柵格型數(shù)字高程模型的生成打開地圖文檔gis_ex09ex07ex07.mxd，激活 data frame1，可見到二個(gè)圖層： 線狀圖層“邊界”和點(diǎn)狀圖層“高程點(diǎn)”（見圖 7-1），高程點(diǎn)為地形高程的樣本 點(diǎn)，打開要素屬性表“Attribute of 高程點(diǎn)”，該表有 HEIGHT 字段存儲(chǔ)樣本點(diǎn)的 高程值，關(guān)閉屬性表。選用主菜單 Tools / Extensions，勾選 Spatial Analyst，按 Close 鍵結(jié)束，柵格分析模塊 Spatial Analyst 被加載，在主菜單 View / Toolbars 下 勾選 Spatial Analyst，

2、窗口中增加了一個(gè)柵格分析工具條。圖 7-1 data frame1 顯示選用菜單 Spatial Analyst / Options，設(shè)置 Spatial Analyst 的初始化選項(xiàng)，分 別有 General，Extents，Cell Size 三個(gè)標(biāo)簽：（1）General 標(biāo)簽Working：D:gis_ex09ex07temp 鼠標(biāo)展開選擇 Spatial Analyst 的工作路徑Analysis mask：<None> 不選，本練習(xí)暫不考慮Analysis Coordinate System： Analysis output will be saved in the s

3、ame coordinate system as the input (or first raster input if there are multiple 點(diǎn)選上側(cè)，產(chǎn)生柵格的坐標(biāo)系和輸入數(shù)據(jù)相同（2）Extents 標(biāo)簽Analysis extent：Same as Layer：“邊界” 下拉選擇圖層。新產(chǎn)生柵格限定在 該圖層的空間范圍內(nèi)（3）Cell size 標(biāo)簽Analysis cell：As Specified Below 下拉選擇Cell size：25 鍵盤輸入柵格單元的大小Number of Rows: 200 邊界和柵格單元大小確定后，自動(dòng)確定柵格行數(shù)Number of

4、Columns: 280 邊界和柵格單元大小確定后，自動(dòng)確定柵格列數(shù) 按“確定”鍵，完成初始化設(shè)置。選用菜單 Spatial Analyst / Interpolate to Raster/ Inverse Distance Weighted，啟動(dòng)空間插值功能，采用距離倒數(shù)權(quán)重法，出現(xiàn)Inverse Distance Weighted 對(duì)話框：Input points: 高程點(diǎn) 下拉選擇，圖層“高程點(diǎn)”為插值的數(shù)據(jù)來源Z value field: HEIGHT 下拉選擇，Z 坐標(biāo)來自高程點(diǎn)屬性表中 HEIGHT 字段Power：2 距離的權(quán)重加 2 次冪Search radius type:

5、Variable 按距離相鄰進(jìn)行計(jì)算，不設(shè)固定搜尋半徑 Number of points: 10 計(jì)算每個(gè)單元時(shí)搜尋相鄰 10 個(gè)樣本點(diǎn)Maximum distance: 不設(shè)最大搜尋距離，保持空白 Use Barrier polylines: 不勾選，地表沒有特殊障礙物，保持空白Output cell size：25 柵格的單元大小已在初始化時(shí)設(shè)定，默認(rèn)Output raster：surface1 鍵盤輸入產(chǎn)生柵格數(shù)據(jù)的名稱，不指定路徑，使用初始設(shè)置，General 標(biāo)簽中的 Working 項(xiàng)已設(shè)定為 D:gis_ex09ex07temp確定上述空間插值參數(shù)后按 OK 鍵，ArcMap 按

6、距離倒數(shù)權(quán)重法作空間插值 處理，產(chǎn)生一個(gè)新的柵格圖層 surface1，用默認(rèn)的方式顯示，在目錄表中用鼠標(biāo) 右鍵點(diǎn)擊該圖層名，打開 Layer Properties 對(duì)話框，選擇 Symbology 標(biāo)簽，左上角 Show 定義區(qū)中選 Classified，在 Classification 定義區(qū)點(diǎn)擊 Classfy按鈕，調(diào)出分 類定義對(duì)話框：Method: Equal Interval 下拉選擇，等距分類法Classes: 7 下拉選擇或鍵盤輸入，分為 7 類圖 7-2 高程?hào)鸥竦娘@示按 OK 鍵返回，在 Color Ramp 下拉表中選擇一種單色漸變色系，按“確定” 鍵，關(guān)閉圖層特征設(shè)置對(duì)

7、話框（見圖 7-2），將圖層的顯示放大到一定程度，可以 看出柵格的形狀（見圖 7-3）。鼠標(biāo)選擇圖層 surface1，點(diǎn)擊屬性查詢工具，可以在窗口中查詢某個(gè)柵格單元的取值（Pixel Value），處于分類顯示的哪個(gè)區(qū)間內(nèi)（Class）。圖 7-3 柵格圖層放大顯示選用菜單 Spatial Analyst / Surface Analysis / Contour，生成等值線，出現(xiàn)Contour 設(shè)置對(duì)話框：Input surface: surface1 下拉選擇柵格圖層名Contour interval: 0.5 鍵盤輸入，等高線的間距為 0.5Base contour：0 鍵盤輸入，等高線

8、從高程 0 起算Z factor：1 Z 方向比例不夸張 Output features：D:gis_ex09ex07tempcntour 鼠標(biāo)選擇路徑，鍵盤輸入 數(shù)據(jù)名稱，按 Save 鍵確認(rèn)按 OK 鍵后，自動(dòng)生成并加載等高線圖層 cntour。本練習(xí)使用了典型的距離 倒數(shù)權(quán)重法，練習(xí)者可能看到等高線和一般規(guī)律稍有出入（有一些很小的圓），這 是由于選用的計(jì)算方法、相關(guān)參數(shù)對(duì)該地形不是太適合所致（見圖 7-4）。圖 7-4 等高線圖層的顯示2 高程?hào)鸥褶D(zhuǎn)換成坡度選擇菜單 Spatial Analyst / Surface Analysis / Slope，調(diào)出坡度參數(shù)設(shè)置對(duì)話框：Input

9、surface：surface1 下拉選擇產(chǎn)生坡度的柵格Output measurement： Percent 坡度的計(jì)量單位，這里選用百分比Z factor：1 縱向比例不夸張Output cell size：25 柵格單元的大小，初始化設(shè)定Output raster：slope1 只輸入柵格數(shù)據(jù)名稱，路徑為初始設(shè)置中的 Working 項(xiàng)確定上述插值參數(shù)后按 OK 鍵，系統(tǒng)產(chǎn)生一個(gè)新的柵格圖層 slope1，用默認(rèn)方式顯示，選擇柵格圖層 slope1，打開 Layer Properties 對(duì)話框，激活 Symbology 標(biāo)簽，在 Classification 定義區(qū)點(diǎn)擊 Classfy

10、按鈕，調(diào)出分類定義對(duì)話框：Method: Equal Interval 下拉選擇，等距分類法Classes: 4 下拉選擇或鍵盤輸入，分為 4 類Method: Manual 再選分類方法，改為手工方式Break Values 在右下側(cè)屬性框內(nèi)輸入分類界限值0.10.20.30.4按 OK 鍵，返回 Symbology 對(duì)話框，在 Color Ramp 項(xiàng)，下拉選擇一種單色漸變色系，在 Label 項(xiàng)，輸入對(duì)坡度的中文解釋：“平坡，緩坡，中坡，陡坡”（見圖 7-5），按“應(yīng)用”鍵后，可以觀察到顯示效果，按“確定”鍵后，還可調(diào)整顯 示順序，等高線圖層放在最上，坡度放在下面，并擴(kuò)大坡度圖和等高線圖

11、之間的 顏色對(duì)比差異，可以觀察到等高線密的地方坡度大，等高線疏的地方坡度小（見圖 7-6）。圖 7-5 坡度圖圖例表的設(shè)置圖 7-6 從高程?hào)鸥癞a(chǎn)生的坡度圖3 密度圖的生成用矢量數(shù)據(jù)計(jì)算人口密度，除了掌握人口數(shù)的分布，還要確定人口統(tǒng)計(jì)范圍 的邊界，根據(jù)邊界計(jì)算面積，有了面積才可計(jì)算密度，如果人口統(tǒng)計(jì)的邊界不確切，在矢量模型中，可使用泰森多邊形（詳見第 12 章），本練習(xí)使用一種矢量數(shù) 據(jù)向柵格轉(zhuǎn)換的方法，也可認(rèn)為是一種特殊的柵格空間插值法，處理的結(jié)果是使 柵格單元獲得密度值。當(dāng)前地圖文檔中激活 data frame2，可看到矢量點(diǎn)狀圖層“人口調(diào)查”和矢量 線狀圖層“道路”，后者僅用于分析范圍的

12、確定和背景顯示（見圖 7-7），打開屬 性表“Attribute of 人口調(diào)查”，該屬性表字段 POPU 為調(diào)查人口數(shù)。圖 7-7 data frame2 的顯示 鼠標(biāo)雙擊 data frame2 名稱，調(diào)出 Data Frame 特征定義對(duì)話框，激活 General標(biāo)簽，在 units 定義區(qū)用下拉式菜單將 Map Unites 和 Display Units 從 Unknown Units 改為 Meters（米），完成后按“確定”鍵關(guān)閉窗口。如果 Spatial Analyst 擴(kuò)展模塊未加載，用菜單 Tools / Extensions加載，選用菜單 Spatial Analyst

13、/ Options， 作Spatial Analyst 的初始化設(shè)置：（1）GeneralWorking：D:gis_ex09ex07temp 鼠標(biāo)指定工作路徑Analysis mask：<None> 不考慮Analysis Coordinate System： 選擇上側(cè)圓點(diǎn)，用輸入數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系（2）Extents 標(biāo)簽Analysis extent：Same as Layer“道路” 下拉選擇圖層，決定柵格空間范圍（3）Cell size 標(biāo)簽Analysis cell：As Specified Below 下拉選擇Cell size：50 鍵盤輸入柵格單元的大小Number o

14、f Rows: 82 自動(dòng)確定柵格行數(shù)Number of Columns: 136 自動(dòng)確定柵格列數(shù)按“確定”鍵，完成Spatial Analyst 初始化設(shè)置，選擇菜單Spatial Analyst /Density，出現(xiàn)Density 參數(shù)設(shè)置對(duì)話框：Input data：人口調(diào)查 下拉選擇圖層名，該圖層的要素作為樣本點(diǎn)Population field：POPU 下拉選擇“人口調(diào)查”要素屬性表的字段名Density Type： Kernel 用核心式計(jì)算方法Search Radius：600 鍵盤輸入密度計(jì)算的搜索半徑Area Units: Square Map Units 面積單位為地圖

15、單位的平方Output cell size：50 輸出柵格的單元大小，按初始化設(shè)置Output raster：density1 鍵盤輸入柵格數(shù)據(jù)名，路徑使用初始化設(shè)置按 OK 鍵，按既定算法產(chǎn)生大致的人口密度分布圖 density1，讀者可以改變 它的顯示符號(hào)（見圖 7-8），還可參考產(chǎn)生等高線的方法，產(chǎn)生人口等密度線。Spatial Analyst 有 2 種密度圖的計(jì)算方法：Simple：簡單計(jì)算法，由樣本點(diǎn)為圓心，由搜索半徑產(chǎn)生圓，組成該圓的柵 格面積為分母，樣本點(diǎn)的屬性值為分子，兩者相除得到密度值，搜索圓內(nèi)每個(gè)柵 格單元的密度值相同。Kernel：核心式計(jì)算法，由樣本點(diǎn)為圓心，由搜索半

16、徑產(chǎn)生圓，圓心處的柵 格單元密度值最高，離開圓心越遠(yuǎn)，密度越低，邊界處的密度值為零。當(dāng)然，每 個(gè)單元的密度值和自己面積相乘，再累計(jì)起來，等于樣本值。如果多個(gè)搜索圓有重合，不管采用上述哪種方法，重合單元的密度值相加。 圖 7-8 計(jì)算產(chǎn)生的人口密度圖4 鄰近分配41 鄰近單元的生成激活 data frame3，可看到有二個(gè)圖層：點(diǎn)狀圖層“消防站”和線狀圖層“道 路”，后者用于確定分析的范圍和背景顯示，前者則用于產(chǎn)生離開消防站的距離圖（參見圖 7-9）。鼠標(biāo)雙擊 data frame3 名稱，調(diào)出 Data Frame Properties 特征值定 義對(duì)話框，選擇 General 標(biāo)簽，在 Un

17、its 定義區(qū)用下拉式菜單將 Map Unites 和 Display Units 從 Unknown Units 改為 Meters（米），完成后按“確定”鍵關(guān)閉窗口。選用 菜單 Spatial Analyst / Options，作 Spatial Analyst 初始化設(shè)置： 圖 7-9 data frame4 的顯示（1）GeneralWorking：D:gis_ex09ex07temp 鼠標(biāo)選擇工作路徑Analysis mask：<None> 不考慮Analysis Coordinate System： 選擇下側(cè)，參照當(dāng)前激活圖層的坐標(biāo)系（2）Extents 標(biāo)簽Anal

18、ysis extent：Same as Layer“道路” 下拉選擇圖層，決定柵格空間范圍（3）Cell size 標(biāo)簽Analysis cell：As Specified Below 下拉選擇Cell size：100 鍵盤輸入柵格單元的大小Number of Rows: 41 自動(dòng)確定柵格的行數(shù)Number of Columns: 68 自動(dòng)確定柵格的列數(shù)按“確定”鍵返回，選擇菜單Spatial Analyst / Distance / Allocation，出現(xiàn)鄰近分配 Allocation 參數(shù)設(shè)置對(duì)話框：Analysis cell：As SpecifiedBelow下拉選擇cell

19、size：100鍵盤輸入柵格單元的大小Number of Rows: 82 自動(dòng)確定柵格行數(shù)Number of Columns: 136 自動(dòng)確定柵格列數(shù)按“確定”鍵，完成 Spatial Analyst 初始化設(shè)置，選擇菜單 Spatial Analyst / Density，出現(xiàn) Density 參數(shù)設(shè)置對(duì)話框：Assign to：消防站 下拉選擇圖層名，分配服務(wù)區(qū)的參照點(diǎn) Maximum distance： 不設(shè)置，不限定最大計(jì)算范圍，保持空白 Output cell size：100 默認(rèn)，使用初始設(shè)置Output raster：allocation1 鍵盤輸入柵格數(shù)據(jù)名稱，路徑按初始

20、化設(shè)置按 OK 鍵確定，產(chǎn)生柵格圖層 allocation1，為每個(gè)消防站分配了鄰近單元，是按直線距離最近計(jì)算的（見圖 7-10），可以和第 12 章泰森多邊形方法相比較（見圖 7-11）。allocation1 柵格的每個(gè)單元的值是整數(shù)，整數(shù)型柵格有自己的屬性表，用鼠 標(biāo)右鍵點(diǎn)擊圖層名 allocation1，在快捷菜單中選 Open Attribute Table，打開要素屬性表 Attribute of allocation1，可以看到該表內(nèi)容如下：圖 7-10 按距離最近為每個(gè)消防站分配鄰近單元圖 7-11 矢量模型產(chǎn)生消防站的泰森多邊形ObjectID Value Count（系統(tǒng)內(nèi)

21、部編號(hào)） （柵格單元的取值） （取該值的單元共有幾個(gè)） 和被分配點(diǎn)要素的內(nèi)部編號(hào)一致 軟件順序賦值 對(duì)應(yīng)單元累計(jì)得到0145512594235543469745488打開圖層消防站的要素屬性表“Attribute of 消防站”，可以看到有 4 個(gè)字段：FID Shape* FI_ST_ID STATION 系統(tǒng)內(nèi)部編號(hào) 要素類型 要素編號(hào) 消防站簡稱 不可編輯 不可編輯 可編輯 可編輯0Point11C1Point14D2Point15E3Point12F4Point13G產(chǎn)生 allocation1 柵格時(shí)，ObjectID 由消防站屬性表的 FID 決定，兩者的取值 是對(duì)應(yīng)的。在目錄表窗

22、口中暫時(shí)關(guān)閉圖層“道路”、allocation1 的顯示，選擇基本 工具條中的 Identify 按鈕，點(diǎn)擊地圖右下側(cè)的消防站，可以看到該消防站的屬 性：FID 等于 3，再恢復(fù)圖層“道路”、allocation1 的顯示，打開屬性表 Attribute of allocation1，點(diǎn)擊 ObjectID 等于 3 的記錄左側(cè)小框，該條記錄被選中，可以看到地圖上對(duì)應(yīng)的柵格單元也進(jìn)入選擇集，成片改變顏色，也是地圖右下側(cè) FID 等于3 的消防站鄰近范圍。還可用另一種方法檢驗(yàn) FID 和 ObjectID 的對(duì)應(yīng)關(guān)系。目錄表中雙擊圖層名“消 防站”，打開 Layer Properties 對(duì)話框

23、，選 Label 標(biāo)簽： Label Feature in this way 勾選Method：Label all the feature the same way 下拉選擇標(biāo)注方法Label：FID 下拉選擇要素屬性表中的字段名點(diǎn)擊按鈕 Symbol，在 Size 框內(nèi)下拉選擇，字體的大小為 14，按 OK 鍵返 回。按 OK 鍵關(guān)閉圖層特征設(shè)置對(duì)話框，可以看到每個(gè)消防站旁標(biāo)注了 FID 編號(hào)， 暫時(shí)關(guān)閉“道路”的顯示，選擇基本工具條中的 Identify 按鈕，點(diǎn)擊任何柵格 單元，可以看到單元的 ObjectID 和附近的消防站編號(hào)是一致的。42 計(jì)算每個(gè)消防站的鄰近服務(wù)面積打開要素屬性表

24、“Attribute of allocation1”，選用菜單 Options / Clear Selection， 清空選擇集。打開屬性表“Attribute of 消防站”，選用菜單 Options / Clear Selection，清空 選擇集，再選用菜單 Options / Add Field：Name: Sum_AreaType: Long Integer Precision: 8按 OK 鍵返回，消防站要素屬性表增加了一個(gè)字段，鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊圖層名“消 防站”，在快捷菜單中選擇 Joins and Relates / Join，在彈出的 Join Data 對(duì)話框中 指定表連接的條

25、件：What do you want to join to：Join attributes from a table 下拉選擇，執(zhí)行表和表的連接操作1. Choose the field in this layer that the join will take place：FID下拉選擇，“消防站”要素屬性表的 FID 為連接關(guān)鍵字段2. Choose the table to join to this layer or load a table：allocation1 下拉選擇，“Attribute of allocation1”為連接表3. Choose the field in the

26、 table to base the join only：ObjectID 下拉選擇，“Attribute of allocation1”表的ObjectID 為關(guān)鍵字段按 OK 鍵，提問是否要加索引， 回答“No”，連接完成，可以看到“Attribute of 消防站”增加了allocatin1.ObjectID，allocation1.Value，allocation1.Count 三個(gè) 屬性，字段 allocation1.Count 表示每個(gè)消防站分配到了多少個(gè)柵格單元。鼠標(biāo)右 鍵點(diǎn)擊字段名 Sum_Area，選用菜單 Calculate Values，在 Field Calculato

27、r 對(duì)話 框中的 Sum_Area = 提示框內(nèi)，用鼠標(biāo)和鍵盤輸入：allocation1.Count * 100 * 100（每個(gè)柵格單元的大小在初始化時(shí)設(shè)定 100 米乘 100 米），按 OK 鍵返回。各消防 站按鄰近分配的服務(wù)面積如下：FI_ST_ID STATION allocation1.Count Sum_Area（消防站編號(hào)） （消防站簡稱） （分配到的柵格單元數(shù)） （服務(wù)面積）11 C 455 455000014 D 594 594000015 E 554 554000012 B 697 697000013 F 488 4880000在實(shí)際使用中，根據(jù)需要還可以增加其他字段，

28、如果柵格單元的取值不是整數(shù)，是浮點(diǎn)數(shù)，就沒有柵格取值屬性表。 7-12 某遙感圖像的顯示5 遙感影像圖的顯示利用 Windows 資源管理，檢查在gis_ex09ex07路徑下，文件ex_img07.rrd 是否存在，如果存在將該文件刪除（該文件是影像圖的金字塔索引數(shù)據(jù)）?；氐疆?dāng) 前的 Map Document，選用菜單 Insert / New Data Frame，增加新的數(shù)據(jù)框架，名 稱用軟件的默認(rèn)，點(diǎn)擊按鈕（Add Data），在gis_ex09ex07路徑下，加載影像 數(shù)據(jù) ex_img07，軟件提問是否要增加金字塔結(jié)構(gòu)的索引（This raster data source dose not have pyramids，Would you like to create pyramids?），選擇 No，暫 時(shí)不要，影像圖顯示在地圖窗口中（見圖 7-12），可以來回平移該圖像，關(guān)閉、打開影像圖層，如果練習(xí)者使用的計(jì)算機(jī)性能不高，會(huì)感到計(jì)算機(jī)的顯示有些延 遲。用鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊圖層名，選用快捷菜單 Remove，該圖層被刪除后，再次加載該數(shù)據(jù)源，軟件再提示是否要增加金字塔結(jié)構(gòu)的索引時(shí)，選擇 Yes，計(jì)算機(jī)將為該影像數(shù)據(jù)建立金字塔索引，大約需要 13 分鐘