GIS实验报告 王若柔实验六 空间插值与栅格数据运算分析 王若柔

实验 王若柔07508138 实 验 报 告 实验名称：_ 空间插值与栅格数据运算分析 任课教师：__刘百桥 _ 专业班级： 07级3班(地信专业)_ 姓名：_王若柔 __ 学号：__07508138 完成日期：__09.05.29 _______ 成绩：_________ 一、实验目的： 本实验旨在(1)引导学生建立对空间插值与栅格数据代数的感性认识，了解空间插值与栅格数据代数中主要参数的含义，增进学生对空间插值与栅格数据代数运基本原理的理解。(2)在此基础上，模拟实际需求，设计空间插值与栅格数据运算分析的应用和具体流程，提供分析结果。 本实验的教学要点主要是让学生能利用离散数据生成栅格图层，并能进行栅格图层运算。 二、实验仪器及主要设备： (1)硬件：计算机； (2)软件：地理信息系统应用软件（ArcGIS） (3)实验资料：ArcGIS自带矢量数据。 三、实验内容：（实验流程） 首先利用ArcGIS自带矢量数据进行空间插值与栅格数据运算分析练习实验，在熟练掌握方法基础上，模拟实际需求，设计空间插值与栅格数据运算分析的应用方案和具体流程，并开展实验。实验内容包括： (1)空间插值与栅格数据运算分析过程实验。 离散数据显示；空间插值；栅格图层显示；等值线提取；栅格数据平滑；栅格图层代数运算区域统计分析。 (2)空间插值与栅格数据运算分析应用设计 研究课题设计；空间数据整理与组织；空间插值与栅格数据运算分析方案设计；参数分析与设计；空间插值与栅格数据运算的结果与和实际用途分析。 具体流程记载到附页。 四、实验要求 (1)完成空间插值与栅格数据运算分析练习以及应用设计的全部流程； (2)把设计并实现的流程和步骤记载入实验报告； (3)完成全部实验内容，保存应用设计方案的分析结果； (4)下一个实验开始前提交实验报告。 六、教师 (1)是否完成空间插值与栅格数据运算分析练习实验 A.优 B.良 C.中 D.差 (2)应用方案和具体流程设计是否合理 A.优 B.良 C.中 D.差 (3)是否完成应用方案的实现过程 A.优 B.良 C.中 D.差 (4)流程记载是否具体 A.优 B.良 C.中 D.差 (5)流程记载是否认真 A.优 B.良 C.中 D.差 (6)实验是否按期完成 A.优 B.良 C.中 D.差 实验记载 1、 实验设计：进行空间插值与栅格数据运算分析练习实验，在熟练掌握方法基础上，模拟实际需求，设计空间插值与栅格数据运算分析的应用方案和具体流程 2、 实验过程： （1） 空间插值与栅格数据运算分析过程实验 1、 离散数据显示 1.1、查看栅格数据 查看图层属性可以了解栅格数据的相关信息 右键-properties： source选项卡-raster information（投影信息） source选项卡-spatial reference（空间参考信息） source选项卡-statistics（栅格统计信息） 选择颜色显示等级（双击晕色带） 1.2、显示栅格数据 根据栅格单元数值分类，可以修改图例 1.3、查询栅格数据 栅格单元的属性可以通过查询按钮获取 2、 空间插值 2.1、加载空间分析模块 Tools -> extensions 选择 spatial analyst 2.2 空间插值 反距离权重（Inverse Distance Weighted） 样条函数内插（Spline） 克里金（ Kriging ）内插－－基于统计方法 3、 等值线提取 3.1 在Spatial Analyst下拉菜单中选择Surface analysis，在弹出的下一级菜单中点击Contour，出现Contour对话框 参数设置： 在Contour interval栏中设置等高线间距； 在Base contour栏中指定等高线基准高程； 在Z factor栏中设定高程变换系数； 在Output feature栏中指定输出等高线的存放路径与文件名 点击OK按钮。 参数设置： 在Contour interval栏中设置等温线间距； 在Base contour栏中指定等温线起始温度； 在Z factor栏中设定温度变换系数； 在Output feature栏中指定输出等温线的存放路径与文件名。 点击OK按钮。 3.2等高线提取（15米&75米） 3.2.1 等高距15米 3.2.2 等高距75米 4、 栅格图层代数运算 & 区域统计分析 4．1栅格图层代数运算 原图： 4.2区域统计分析 5、栅格数据平滑：邻域分析也称为窗口分析 窗口分析是指对于栅格数据系统中的一个、多个栅格点或全部数据，开辟一个有固定分析半径的分析窗口，并在该窗口内进行诸如极值、均值等一系列统计计算，从而实现栅格数据有效的水平方向扩展分析。 应用设计：以3×3的格网，对“有机质含量图”栅格中的单元运用均值（Mean）算子 步骤： （1）在ArcMap中新建地图文档，加载栅格数据：“有机质含量图”, 打开“空间分析”工具栏，执行“邻域统计”命令，按如下所示指定参数 （2）将得到一个经过邻域运算操作后的栅格：NbrMean of 有机质含量图 ，这是以3×3的格网，对“有机质含量图” 栅格中的单元运用“均值”（Mean）算子进行邻域运算后得到的结果。 （2） 空间插值与栅格数据运算分析应用设计 【一】学校选址 1、实验要求： (1) 新学校选址需注意如下几点： 1） 新学校应位于地势较平坦处； 2） 新学校的建立应结合现有土地利用类型综合考虑，选择成本不高的区域； 3） 新学校应该与现有娱乐设施相配套，学校距离这些设施愈近愈好； 4） 新学校应避开现有学校，合理分布。 (2) 各数据层权重比为：距离娱乐设施占0.5，距离学校占0.25，土地利用类型和地势位置因素各占0.125。 (3) 实现过程运用ArcGIS的扩展模块（Extension）中的空间分析（Spatial Analyst）部分功能，具体包括：坡度计算、直线距离制图功能、重分类及栅格计算器等功能完成。 (4) 最后必须给出适合新建学校的适宜地区图，并对其简要进行分析。 2、实验步骤 (1) 运行ArcMap，加载Spatial Analyst模块，如果Spatial Analyst模块未能激活，点击Tools菜单下的Extensions，选择Spatial Analyst，点击Close按钮。 (2) 单击File菜单下的Open命令，打开加载地图文档对话框，加载所需数据。 elevation： landuse rec_sites schools (3) 设置空间分析环境。点击Spatial Analyst模块的下拉箭头，打开Options对话框，设置相关参数： 1) 打开Options对话框中的General选项卡，设置默认工作路径 2) 打开Options对话框中的Extent选项卡，在Analysis Extent下拉框中选择“Same as Layer landuse”。 3) 打开Options对话框中的Cell Size 选项卡，在Analyst Cell Size下拉框中选择“Same as Layer landuse”。 (4) 从DEM数据提取坡度数据集。选择DEM数据层，点击Spatial Analyst模块的下拉箭头，选择Surface Analysis并点击Slope，生成slope数据集。 (5) 从娱乐场所数据“Rec_sites”提取娱乐场直线距离数据。选择Rec_sites数据层，点击Spatial Analyst模块的下拉箭头，选择Distance并点击Straight line，生成dis_recsites数据集。 （6）从现有学校位置数据“school”提取学校直线距离数据库。选择school数据层。点击Sptial Analyst模块的下拉箭头，选择Distance并点击Straight line命令创建数据集得到dis_School数据集。 (7) 重分类数据集 1) 重分类坡度数据集 学校的位置在平坦地区比较有利，比较陡的地方适宜性比较差。采用等间距分级分为10级，在平坦的地方适宜性好，赋以较大的适宜性值；陡峭的地区赋比较小的值，得到坡度适宜性数据recalssslope 2) 重分类娱乐场直线距离数据集 考虑到新学校距离娱乐场所比较近时适应性好，采用等间距分级分为10级，距离娱乐场所最近适宜性最高，赋值10；距离最远的地方赋值1。得到娱乐场所适宜性图reclassdisr 3) 重分类现有学校直线距离数据集 考虑到新学校距离现有学校比较远时适宜性好，采用分级分为10级，距离学校最远的单元赋值10，最近的赋值1.。得到重分类学校距离图reclassdiss 4）重分类土地利用数据集 在考察土地利用数据时，容易发现各种土地地利用类型对学校适宜性也存在一定的影响。如在有湿地、水体分布区建学校的适宜性极差，于是在重分类时删除这两个选项，实现如下： 按ctrl键，选择“water”、“wetland” 、“grass”，点击“delete entries”，删除“water”、“wetland” 、“grass”。然后 根据用地类型给各种类型赋值，得到reclassland,深色部分为比较适宜区，浅色部分示适宜性比较差，白色表示该处不允许建学校。 （8）适宜区分析 重分类后，各个数据集都统一到相同的等级体系之内，且每个数据集中那些被认为比较适宜性的属性都被赋以比较高的值，现在开始给四种因素赋以不同的权重，然后合并数据集以找出最适宜的位置。 点击Spatial Analyst下拉列表框中的Raster Calculator命令对各个重分类后数据集的合并计算，最终适宜性数据集的加权： Suit(最终适宜性）= reclassdisr（娱乐场所）* 0.5 + reclassdiss（现有学校）* 0.25 + reclassland（土地利用数据）* 0.125 + reclassslope（坡度数据）* 0.125 得到最终适宜性数据集，适宜性较高区域（深色部分）为推荐学校选址区域 【二】等高线提取 提取山顶点、凹陷点 1. 设置工作路径 (1) 应用栅格数据空间分析模块中的等高线提取功能，分别提取等高距为15米和75米的等高线图，并按标准地形图绘制等高线方法绘制等高线,作为山顶点、凹陷点空间分布的背景图 (2) 通过邻域分析和栅格计算器提取山顶点、凹陷点。 2. 实验步骤 (1) 运行ArcMap，加载Spatial Analyst模块，如果Spatial Analyst模块未能激活，点击Tools菜单下的Extensions，选择Spatial Analyst，点击Close按钮。在Options中的General页面中在设置默认工作路径。 (2) 单击File菜单下的Open命令，打开加载地图文档对话框。 (3) 点击Spatial Analysis下拉箭头，选择Sueface Analysis子菜单并点击Contour，参数设置，提取等高距为15米的等高线； (4) 修改Contour interval为75米，提取等高距为75米的等高线，输出文件名为Contour75 (5) 单击Contour15数据层图例，选择显示颜色为灰度60%，点击OK按钮。 (6) 点击Spatial Analysis下拉箭头，选择Sueface Analysis子菜单并点击Hillshade，设置输出文件名为Hillshade，其它参数取默认值，提取该地区光照晕渲图，作为等高线三维背景； (7) 点击Spatial Analysis下拉箭头，选择Raster Calculator…，输入计算公式：Back = [DEM] >= 0，点击OK。提取有效数据区域，作为等高线三维背景掩模； (8) 选择Back 数据层，在弹出的属性对话框的Display属性页设置透明度60%，在Symbology属性框中设置其显示颜色为Gray50%，点击OK按钮； (9) 按 Contour75、Contour15、Back、Hillshade次序放置数据层，生成三维立体等高线图 (10) 点击Spatial Analysis下拉箭头，选择Neighborhood Statistics,设置参数，点击OK按钮，提取11*11分析窗口最大值，计算最大值。 (11) 修改Statistic type为Mininum，Output Raster（输出文件名）为MinPoint，其它参数不变，点击OK，提取11*11分析窗口最小值； (12) 点击Spatial Analysis下拉箭头，选择Raster Calculator…，输入计算公式：SD = [Maxpoint] - [DEM] == 0，提取山顶点区域； (13) 选择SD数据层，点击Spatial Analysis下拉箭头，选择Reclassify，设置参数，重分类SD数据。 (14) 选择RE_SD数据层，点击Spatial Analysis下拉箭头，选择Convert子菜单并点击Raster to Features…，设置参数，输出矢量山顶点数据。 (15) 点击Spatial Analysis下拉箭头，选择Raster Calculator…，输入计算公式：GD = [Minpoint] - [DEM] == 0，提取凹陷点区域； (16) 选择GD数据层，点击Spatial Analysis下拉箭头，选择Reclassify，设置参数输出文件名改为Re_GD，重分类GD数据。 (17) 选择RE_SD数据层，点击Spatial Analysis下拉箭头，选择Convert子菜单并点击Raster to Features…，设置参数，输出文件名改为SL_GD，输出矢量凹陷点数据 (18) 按Sl_SD、Sl_GD、Contour75、Contour15、Back、Hillshade从上到下依次放置上述数据层，合并显示山顶点、凹陷点提取结果 空间插值 离散数据显示 空间插值与栅格数据运算分析过程实验 栅格图层显示 等值线提取 栅格数据平滑 栅格图层代数运算区域统计分析 空间插值与栅格数据运算分析应用设计 研究课题设计 空间数据整理与组织 空间插值与栅格数据运算分析方案设计 参数分析与设计 空间插值与栅格数据运算的结果与和实际用途分析 � EMBED PBrush ��� � EMBED PBrush ��� � EMBED PBrush ��� � EMBED PBrush ��� � EMBED PBrush ��� � EMBED PBrush ��� 第 1 页 共 42 页