GIS基础课程实验指导书.docx
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GIS基础课程实验指导书
江西理工大学
《地理信息系统基础》课程实验指导书
主审人：
主撰人：
兰小机陈淑婷
前言
《地理信息系统基础》课程是地理信息系统本科专业的核心、基础课程，课程总学时为56，分理论课（48）与实验课（8）两部分。
通过本课程的学习，使学生掌握地理信息系统的基本概念、空间数据的采集、处理与存储组织、GIS空间分析的原理方法、空间数据符号化方法等内容，并了解常用GIS软件的操作，为后续其它GIS课程的学习打下基础。
本课程的实验教学要求学生掌握：
ArcCatalog的基本操作、使用ArcScan进行扫描矢量化、ArcMap空间数据符号化、空间分析、网络分析和地形分析。
目录
第一部分绪论3
第二部分实验指导4
实验项目1ArcCatalog的基本操作4
实验项目2利用ArcScan进行扫描矢量化19
实验项目3综合实验—空间分析31
实习项目4ArcMap空间数据符号化51
实验项目5网络分析89
实验项目6地形分析89
第一部分绪论
本实验指导书是根据《地理信息系统基础》课程实验教学大纲编写，适用于地理信息系统、城市规划、测绘工程专业。
一、本课程实验的作用与任务
本课程的实验教学要求学生掌握：
1、ArcCatalog的基本操作
2、使用ArcScan进行扫描矢量化的方法、步骤
3、ArcMap空间数据符号化的方法、步骤
4、空间分析的方法、步骤
5、网络分析和地形分析的方法、步骤。
二、本课程实验的基础知识
每一实验项目的基础知识为课堂教学的相关内容。
三、本课程实验教学项目及要求
序
号
实验项目名称
学
时
实验类别
实验要求
实验类型
每组人数
主要设备名称
目的和要求
1
ArcCatalog的基本操作
2
1
1
计算机
掌握ArcCatalog的基本操作
2
使用ArcScan进行扫描矢量化
2
2
1
计算机
掌握如何使用ArcScan进行扫描矢量化
3
ArcMap空间数据符号化
2
1
1
计算机
掌握ArcMap空间数据符号化
4
空间分析
2
2
1
计算机
结合实例，掌握空间分析方法的使用
5
网络分析
2
2
1
计算机
掌握网络分析的方法、步骤
6
地形分析
2
2
1
计算机
掌握地形分析的方法、步骤
第二部分实验指导
实验项目1ArcCatalog的基本操作
一、实验目的
掌握ArcCatalog数据浏览、维护、管理等基本操作。
二、实验原理
ArcCatalog是地理数据的资源管理器，帮助你组织和管理你所有的GIS信息，比如地图，数据集，模型，元数据，服务等。
它包括了下面的工具：
1、浏览和查找地理信息。
2、记录、查看和管理元数据。
3、定义、输入和输出geodatabase结构和设计。
4、在局域网和广域网上搜索和查找GIS数据。
5、管理ArcGISServer。
GIS使用者使用ArcCatalog来组织、管理和使用GIS数据，同时也使用标准化的元数据来描述数据。
GIS数据库的管理员使用ArcCatalog来定义和建立geodatabase。
GIS服务器管理员则使用Arccatalog来管理GIS服务器框架。
三、主要仪器及耗材
要求安装ArcGIS桌面软件。
四、实验内容和步骤
1、实习数据的准备
将ArcGIS自带的..ArcGIS/ArcTutor目录拷贝实习目录，为了描述的方便，我们假定实习目录为“D：
/practice”。
2、启动ArcCatalog
[1]. 运行“启动\程序\ArcGIS\ArcCatalog”，或者运行桌面上的快捷方式。
3、熟悉ArcCatalog用户界面
当ArcCatalog启动之后，缺省方式的用户界面包括主菜单和“Standard”工具条。
我们可以通过菜单“tools->Customize…”或者在菜单区或者工具条区按鼠标右键进行界面的定制。
这些菜单和工具条可以停靠在窗口的任意位置。
图表1ArcCatalog用户界面的定制
图表2ArcCatalog用户界面
4、建立/取消文件夹连接
1）建立文件夹连接
为了操作的方便，我们可以创建实习数据所在位置的一个连接。
数据可以位于本地磁盘或者网络的其他位置。
[1]. 在菜单中选择“File->ConnectFolder…”或者运行“Standard”工具条中的
工具，或者在Catalog窗口内鼠标右键点击“Catalog”，并选择ConnectFolder…；
[2]. 在显示的窗口中选择“D:
\practice”;
[3]. 选择“确定”。
我们注意到：
在Catalog树中增加了“D:
\practice”。
在Contents标签中包含ArcTutor子目录。
2）取消文件夹连接
[1]. 选择要取消连接的文件夹；
[2]. 在菜单中选择“File->DisconnectFolder”或者运行“Standard”工具条中的
工具，或者点击右键，并选择DisonnectFolder。
5、浏览地图和数据
1）内容浏览
象Windows一样，我们可以在“Contents”标签中察看一个文件夹或者数据库中的内容。
我们可以采用小图标、大图表、列表以及缩略图的方式察看地理内容。
[1]. 在Catalog树中依次展开文件夹，直到YellowSton；
[2]. 选择YellowStone；
[3]. 如果“Contents”标签没有被选择的话，选择“Contents”标签；
[4]. 通过更改显示方式
，察看相应的结果
图表3地理数据内容-大图标方式
图表4地理数据内容-小图标方式
图表5地理数据内容-列表方式
图表6地理数据内容-缩略图方式
通过以上的浏览，试通过图标的类型了解对应数据的类型。
2）数据预览
缩略图方式浏览可以查看到数据的地理范围。
然而，为了更仔细地察看数据，我们可以使用Preview标签。
[1]. 在Catalog树中选择“states”;
[2]. 选择Preview标签。
我们可以看到如下的图形，包含了各个state的边界矢量数据。
图表7地理数据的预览
进一步，我们可以使用“Geography”工具条
中的相应工具进行放大、缩小、漫游、全图显示和查询等操作。
[1]. 在Geography工具条中选择
；
[2]. 在窗口中按住鼠标左键拖动产生一个矩形，察看结果；
[3]. 选择
，在窗口中按住鼠标左键拖动，察看结果；
[4]. 选择
，在窗口中点击鼠标左键，察看结果；
[5]. 选择
，察看结果；
[6]. 选择
，在窗口中多边形的内部点击鼠标左键，察看结果。
图表8图形放大
图表9目标查询
6、浏览、创建Geodatabase数据库
在Catalog中找到地理数据库D:
\ArcTutor\EditingWithArcGIS\Montgomery_full.mdb，浏览数据库中的内容，包括要素数据集、要素类、关系类、几何网络、拓扑关系、属性域、子类型、坐标参考系等。
练习创建Geodatabase数据库，创建要素数据集、要素类、关系类、几何网络、拓扑关系、属性域、子类型等。
7、操作属性表
1）浏览属性表
如果数据中即包含图形，又包含属性，我们可以切换图形显示方式到表格显示方式，察看地理数据相关的属性信息。
[1]. 在
选择Table，察看结果。
图表10地理数据预览-表格方式
除了可以对属性表进行简单的浏览之外，我们还可以对属性表进行一系列的操作。
2）更改属性表的设置
为了改善属性的可读性，我们可以改变属性表的缺省设置。
[1]. 在属性表中，选择“Shape”字段；
[2]. 在菜单中选择“Tools-Options…”；
[3]. 在显示的对话中，选择“Tables”；
[4]. 改变缺省的设置；
[5]. 选择“确定”，察看结果。
图表11属性表设置
3）改变列的宽度
由于属性表中字体、字大以及记录的长度不同，有可能不能同时看到所有的信息，这是就需要改变列的宽度。
[1]. 准确地定位鼠标在列标题的右边线；
[2]. 双击鼠标左键，列的宽度自动调整为与本列内容的最大长度相适应；
[3]. 拖动列标题的边线到相应的位置。
4）改变列的位置
有时属性表中包含很多列，为了高效率的工作，我们需要调整列的显示顺序。
[1]. 点击列标题（整列改变颜色）；
[2]. 再点击列标题，拖动列标题到相应的位置，释放鼠标。
5）冻结/解冻列
有时为了比较一列与其他列的差别，我们希望它的位置不随属性表的水平滚动而改变。
这个过程叫做“冻结”一列。
[1]. 右键点击列标题；
[2]. 点击“Freeze/Unfreeze”，察看结果；
[3]. 移动水平滚动条察看结果；
如果一列已经冻结，对此列采用以上的方法，可以“解冻”次列；
另外，一个属性表中可以存在多个冻结列，冻结列的顺序也是可以调整的，具体方法参照“冻结/解冻列”和“改变列的位置”。
6）统计列
图表12多边形面积的统计
如果想了解某一列（属性）属性的信息，我们可以使用统计功能。
[1]. 右键点击列标题：
AREA；
[2]. 在显示的列表框中选择Statistics….
我们可以看到如下的对话框：
在这个列表框中，我们可以看到如下的统计信息：
目标数目、最小值、最大值、总和、平均值、标准偏差和频率分布图标等，尽管有些信息对此字段没有太多的意义。
图表13多边形周长的统计
另外还我们可以更改统计的属性。
[1]. 在统计对话框中的Field列表框中选择PERIMETER；
[2]. 察看结果。
7）排序列
我们可以按照字母或者数字对某一列中的数据进行升序或者降序排列。
[1]. 右键点击列标题：
AREA；
[2]. 在显示的列表框中选择SortAscending，察看结果;
[3]. 右键点击列标题：
PERIMETER；
[4]. 在显示的列表框中选择Sort的Decending，察看结果。
8）增加列（属性或字段）
如果有其他的信息要加入到表中另外的列中，这时就涉及到了增加列的操作。
我们可以在ArcCatalog环境中增加列，同时定义列的一系列属性，但是不能在这里输入属性值。
属性值的录入工作在ArcMap环境下完成。
[1]. 在Preview窗口右下角点击Options，选择AddField;
[2]. 在显示的对话框输入属性项的名称，选择属性项的类型，输入属性项的特性；
[3]. 选择“OK”。
图表14增加列（属性或字段）对话框
8、浏览、创建和编辑元数据
元数据是关于数据的数据。
元数据越详细，用户对数据了解的越多，那么用户对数据质量依赖的程度越大。
因此在使用数据之前研究元数据是非常重要的。
元数据包含属性和文件。
属性从数据源派生得到，如数据类型（如shape文件）、几何类型（如Polygon）。
文件是描述数据的附加信息，一般由数据的创建人员产生。
包括文件名称、数据创建日期、数据格式、坐标系统、数据精度、建议使用数据的比例尺、属性描述信息等内容。
1）浏览元数据
[1]. Catalog树中选择“states”;
[2]. 选择Metadata标签；
[3]. 分别选择“Description”、“Spatial”和“Attributes”标签，察看对应的内容。
图表15元数据浏览
2）改变元数据的浏览方式
在ArcCatalog环境中，我们可以使用不同的方式浏览元数据。
[1]. 在Metadata工具条中的Stylesheet列表框中选择FGDC;
[2]. 察看结果。
3）编辑元数据
有时候我们需要对元数据进行增加或者修改，“Metadata”工具条提供了编辑元数据的功能。
[1]. 在Metadata工具条中中选择
;
[2]. 在显示的对话框中相应的位置输入信息。
图表16元数据编辑
4）创建、更新元数据：
在数据不存在的情况下，或者对数据元进行了编辑修改，这时就需要生成或者更新与元数据。
[1]. 在Metadata工具条中中选择
;
另外，还可以在“Metadata”工具条中进行元数据倒入和倒出等操作。
8、管理数据源
ArcCatolog也包含组织数据的功能，如创建、复制、删除和重命名数据源的功能，具体操作类似于WindowsExplorer，在后续的实习中我们会陆续地掌握这些功能。
1）创建新文件夹
[1]. 在Catalog树中，选择“D:
\Practice”;
[2]. 在主菜单中选择“File->New->Folder”；
[3]. 输入新的文件夹名称，如“my_folder”；
2）文件（夹）的拷贝、粘贴、删除和重命名
[1]. 在Catalog树中，选择要操作的文件（夹），点击鼠标右键;
[2]. 执行操作。
实验项目2利用ArcScan进行扫描矢量化
ArcScan是ArcGIS中一个把扫描栅格转化为矢量GIS图层的工具，这个过程可以交互式或自动进行。
ArcMap环境下扫描矢量化的主要步骤：
1）利用ArcCatalg创建必要的数据层（shapefile）
2）在ArcMap中利用Georeferencing进行图像校正
3）使用ArcScan进行矢量化
一、图像校正
所有图件扫描后都必须经过扫描纠正，对扫描后的栅格图进行检查，以确保矢量化工作顺利进行。
对影像的校准有很多方法,下面介绍一种常用方法。
1． 打开ArcMap，增加Georeferncing工具条。
2． 把需要进行纠正的影像增加到ArcMap中，会发现Georeferncing工具条中的工具被激活。
3． 在校正中需要知道一些特殊点的坐标，如控制点、图廓点。
一般在实际中，这些点应该能够均匀分布。
4． 首先将Georeferncing工具条的Georeferncing菜单下AutoAdjust不选择。
5． 在Georeferncing工具条上，点击AddControlPoint按钮。
6． 使用该工具在扫描图上精确到找一个控制点点击，然后鼠标右击输入该点实际的坐标位置，如下图所示：
7． 用相同的方法，在影像上增加多个控制点，输入它们的实际坐标。
8． 增加所有控制点后，在Georeferencing菜单下，点击UpdateDisplay。
9． 更新后，就变成真实的坐标。
10．在Georeferencing菜单下，点击Rectify，将校准后的影像另存。
二、利用ArcScan进行矢量化
2.1激活ArcScan扩展模块
ArcMap桌面上选择Tools>Extensions，在弹出的Extensions对话框中，将ArcScan的复选框勾上。
在激活ArcScan后，便可以将其显示到ArcMap桌面上。
选择View>toolbars>ArcScan，将ArcScan勾上。
2.2将需要矢量化的栅格图添加到ArcMap中
如果有必要，将该栅格数据二值化。
2.3选择目标图层，进行矢量化
对于简单的栅格图像，可以直接点击ArcScan>Vetorization>GenerateFeatures生成矢量要素。
对于较复杂的栅格图像，可以采用下列方法进行矢量化。
利用ArcScan进行矢量化有两种选择
练习一显示的是怎样去设置栅格捕捉选项和环境，捕捉栅格像元并跟踪栅格像元来创建线状要素和面状要素。
练习二显示的是怎样去编辑栅格图层，删掉不必要的像元，应用矢量化设置和利用批量矢量化模式来生成矢量要素。
练习一：
栅格跟踪
在本练习中，可以从扫描地图中通过跟踪栅格像元来生成矢量要素。
启动ArcMap
在作这个练习之前你必须先启动ArcMap并导入练习数据。
1、在开始菜单中或桌面上双击ArcMap的快捷方式来启动ArcMap。
2、单击标准工具栏上的Open按钮
3、在ArcScan目录中选择ArcScanTrace.mxd，这个文件一般在安装的练习数据中（默认在C:
\ArcGIS\ArcTutor）
4、点击Open.
栅格图像二值化处理
在ArcMap的TableofContents中选择ParcelScan.img栅格图层，右击并选择Properties，在Properties对话框中单击Symbology页面；在Show框中，单击Classified。
决定跟踪范围
空间书签可以被保存在地图文档中，为经常浏览的范围创建一个书签将节省时间，对于怎么样创建和管理空间书签请参考UsingArcMap文档。
缩放到本次练习中创建好书签的区域。
1、点击菜单View—>Bookmarks—>Tracelines来设置当前区域为本次练习的区域范围。
当显示刷新后，你就可以看到跟踪区域了。
开始编辑
ArcScan扩展模块必须在编辑状态下才能激活，StartEditing命令可以使你开始编辑工作。
1、点击Editor工具栏中的StartEditing来开始编辑。
设置栅格捕捉选项
栅格捕捉设置影响跟踪过程，这些设置在RasterSnappingOptions对话框进行设置
1、在ArcScan工具栏上点击RasterSnappingOptions按钮来打开对话框。
2、设置maximumlinewidth为7，这个设置将使得能捕捉边界的栅格像元。
3、点击OK。
4、点击Editor工具栏中Snapping来打开SnappingEnvironment对话框
5、点击+号展开。
6、选择Centerlines和Intersection来进行捕捉。
跟踪栅格像元来建立线要素
现在已经设置好了栅格捕捉环境了，准备开始跟踪栅格像元，这将利用VectorizationTrace工具。
1、在ArcScan工具栏上点击VectorizationTrace按钮。
2、移动指针到捕捉到边界交点然后点击来开始跟踪。
3、利用VectorizationTrace工具向下并点击来开始创建线要素。
4、继续利用VectorizationTrace工具来跟踪外部边缘。
5、当跟踪完成了整个边界，按F2完成草图。
跟踪栅格像元来创建面要素。
改变编辑的目标层：
你必须通过改变编辑目标层从ParcelLines到ParcelPolygons来创建面状要素。
1、在Editor工具栏上点击Target下拉框并选择ParcelPolygons。
2、在ArcScan工具栏上点击VectorizationTrace工具。
3、移动鼠标到捕捉到地块061的左下角并点击开始跟踪。
4、点击地块的右下角，创建面的一段边线。
5、逆时针方向继续跟踪地块。
6、当指针回到开始点按F2完成创建面。
完成编辑过程
如果完成了栅格像元的跟踪要屏蔽VectorizationTrace工具，可以通过保存来停止编辑并完成此练习。
1、点击Editor菜单并点击StopEditing。
2、点击Yes来保存你的编辑成果。
在本练习中学到了怎么样设置栅格捕捉选项和环境，捕捉栅格像元并跟踪栅格像元来创建线状要素和面状要素。
这几个步骤覆盖了整个栅格跟踪的过程，在下一个练习中将显示怎么样去编辑栅格图层并利用批处理矢量化工具来对整图进行自动产生要素。
练习二：
批处理矢量化
在本练习中，你将编辑一个扫描的地图，删除不需要矢量化范围的像元，栅格被处理后，将利用批处理矢量化模式来生成要素，你开始必须启动ArcMap和导入一个包含栅格数据、两个shape文件的地图文档。
启动ArcMap并开始编辑
在作这个练习之前你必须先启动ArcMap并导入练习数据。
1、在开始菜单中或桌面上双击ArcMap的快捷方式来启动ArcMap。
2、单击标准工具栏上的Open按钮
3、在ArcScan目录中选择ArcScanBatch.mxd，这个文件一般在安装的练习数据中（默认在C:
\ArcGIS\ArcTutor）
4、点击Open.
栅格图像二值化处理
在ArcMap的TableofContents中选择ParcelScan.img栅格图层，右击并选择Properties，在Properties对话框中单击Symbology页面；在Show框中，单击Classified。
确定清除的区域
空间书签可以被保存在地图文档中，为经常浏览的范围创建一个书签将节省时间，对于怎么样创建和管理空间书签请参考UsingArcMap文档。
现在将缩放到本次练习中创建好书签的区域。
1、点击菜单View—>Bookmarks—>Rastercleanup来设置当前区域为本次练习的区域范围。
当显示刷新后，你就可以看到编辑区域了。
开始编辑
ArcScan扩展模块必须在编辑状态下才能激活，StartEditing命令可以使你开始编辑工作。
1、点击Editor工具栏中的StartEditing来开始编辑。
清理矢量化的栅格
当执行批处理矢量化，在生成要素之前必须编辑栅格影像，这个过程ArcScan提供了rastercleanup工具来清理不需要矢量化的内容。
现在利用rastercleanup工具从ParcelScan影像上清除不想要的注记。
1、点击RasterCleanup菜单并点击StartCleanup来开始清理工作。
2、点击RasterCleanup菜单并点击RasterPaintingToolbar来打开RasterPainting工具栏。
3、点击在RasterPainting工具栏上的擦除工具。
4、点击并按住鼠标左键来擦除地块顶上的注记。
5、继续使用擦除工具一直到完全擦除此注记。
除了擦除工具以外，RasterPainting工具栏还提供了另一个工具叫做MagicErase工具，允许你通过单击并画框的方式来擦除连续的一系列像元。
6、点击在RasterPainting工具栏上的MagicErase工具。
7、围绕着地块中间的注记画一个框来删除这个注记。
利用cellselection工具来帮助清理栅格。
在前面的步骤中，你学习到了怎么样利用擦除工具和魔法
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