ArcGIS空间分析教程汤国安实习报告.doc

《地理信息系统原理》期末实习报告

专 业： 资源环境与城乡规划专业
班 级： 1201班
姓 名： xxxxxx
学 号： xxxxxxxxxx
指导教师： xxxxxxxxxxxxxxxx

二零一五年一月

目录
1.重要概念··············································1
2.实验目的··············································2
3.数据来源··············································2
4.要求··················································2
5.实验内容··············································2
6.附图··················································3
实验一：数据处理——白水县··························3
实验二：寻找最佳路径································10
实验三：土壤稳定性评估······························20
实验四：土壤侵蚀性分析建模··························32
实验五：水文分析····································44
实验六：找出某种珍贵药材的生长区域··················46
实验七：地形鞍部的提取······························48
实验八：沟谷网络的提取······························49
实验九：TIN及DEM的生成与应用·······················50
实验十：缓冲区分析的应用····························57
7.实习心得··············································61

1.重要概念
缓冲区：缓冲区是地理空间目标的一种影响范围或服务范围，具体指在点、线、面实体周围一定范围。
空间叠置分析：指用来提取空间隐含信息的方法之一。它是将代表不同主题的各个数据层面进行叠置产生一个新的数据层面，叠置结果综合了原来两个或多个层面要素所具有的属性。
通用土壤侵蚀方程：是结合了美国20世纪30年代起的8000多个土壤侵蚀试验观测点资料统计总结提出的一种用于计算土壤侵蚀强度的公式。
水文分析：是DEM数字地形分析的一个重要方面，使用水文分析工具，基于DEM对地形进行分析。
地图：指依据一定的数学法则，使用制图语言，通过制图综合在一定载体上，表达地球或其他天体上各种事物的空间分布、联系及时间中的发展变化状态而绘制的图形。
栅格数据空间分析方法：是指针对于栅格数据的空间分析方法，具有自动分析处理较简单，分析处理模式化很强的特征。
TIN：是一种复合矢量模型，它采用一组互不叠置的三角形来近似表示地形。
DEM：是一种数字模型，等间距高程数据以栅格格式排列。
空间分析：是基于地理对象的空间布局的地理数据分析技术。
土地信息系统：土地信息系统是综合应用地理信息系统和管理信息系统，对人类在土地利用过程中产生的土地数据进行采集、存储、检索、分析和管理的信息系统。
2.实验目的
掌握ARCGIS10空间分析方法，熟练掌握Model Builder的创建和使用，掌握利用ARCGIS进行水文分析，缓冲分析，空间叠置分析，邻域分析、重分类等方法与技术。掌握利用ARCGIS进行DEM及TIN的创建，掌握地图的编制、整饰及输出。
3.数据来源
汤国安地理信息系统空间分析实验教程，西安科技大学测绘学院地理信息系统实习教案。
4.要求
（1）部分实验需要写出步骤，步骤要图文并茂的反映操作流程，截图并用文字说明。
（2）所有附图均需添加姓名、学号、班级。
（3）实验报告A4纸正反面打印，左侧装订。
（4）重要概念查阅相关文献，电脑输入，不用手工填写。
（5）附图黑白打印即可。
（6）实习报告后附实习心得体会，1000左右，手写。
（7）此部分内容占总成绩25%。
5.实验内容
实验一：用Model Builder进行数据处理与分析，实例：汤国安P130。
实验二：汤国安地理信息系统空间分析实验教程（P290寻找最佳路径）
实验三：土壤稳定性评估
6. 附图
实验一：数据处理——白水县
1:25万的矢量数据vector
一、流程图：
2幅1:25万数据DEM1和DEM2

合并
提取

白水县行政区划范围
1幅1:25万DEM数据

白水县DEM数据
裁接

投影

投影数据

图1 白水县数据更新变换流程图
二、 步骤：
（1）数据加载与环境设置：
1）打开Arcmap，添加图层vector，如下图:
图2
2）打开Arctoolbox，右击，点击“环境”，设置工作空间如图3：

图3
（2）利用模型构建器构建模型：
1）模型环境设置：点击打开模型构建器，执行菜单命令模型属性，设置如图4。选择环境→处理范围→范围→与图层vector相同，如图5所示：
图4

图5
2）白水县行政范围提取：将Arcmap目录下的vector拖至ModelBuilder中，在Arctoolbox中，选择分析工具→提取→筛选工具，将其拖至ModelBuilder窗口中，双击筛选框，在出现的对话框中选择输入栅格为vector，输出栅格命名为Vector_Select1.shp，如图6所示，确定，结果如图7：

图6

图7
3）白水县DEM数据的拼接：在ModelBuilder中点击添加数据DEM1和DEM2，选择数据管理工具→栅格→栅格数据集→镶嵌至新栅格工具，将其拖至ModelBuilder窗口，双击镶嵌至新栅格，在出现的对话框中设置如图8，确定，结果如图9所示：

图8 图9
4）利用白水县范围对DEM裁切：在Arctoolbox中选择spacial analyst→提取分析→按掩膜提取工具，将其拖至ModelBuilder中，如图10所示。双击按掩膜提取工具框，在出现的对话框中将DEM作为输入栅格，输入栅格数据或要素数据选为vector-select.shp，输出栅格为Extract-DEM1,如图11，裁切结果如图12：

图10 图11

图12
5）白水县DEM的投影变换：选择数据管理工具→投影与变化→栅格→投影栅格工具，将其拖至ModelBuilder窗口中，双击打开投影栅格对话框，将Extract-DEM1设为输入栅格，输出栅格命名为Ext-DEM1-Prj，点击输出栅格右边的按钮，进入空间参考属性对话框，点击选择按钮，浏览坐标系，选择Projected Coordinate Systems→Gauss Kruger→Xian 1980→Xian 1980 GK Zone 19.prj，重采样技术选择NEAREST,如图13所示，确定。

图13
6）运行模型:点击运行按钮运行模型，如图14所示：

图14
三、实验结果
（1）最终模型：

图15白水县数据更新变换模型图

（2）专题地图：

图16 白水县DEM图

实验二：寻找最佳路径
一、流程图：

小流域分布图river
高程数据DEM

起伏度数据

坡度数据

起伏度重分类数据
坡度重分类
重分类图

分配
权重
0.4
0.6
＋

成本数据

回溯连接图
成本距离图

最佳路径图

图1寻找最佳路径流程图
二、实验步骤：
（1）激活工具：打开Arctoolbox，激活spacial analyst空间分析和3D分析扩展模块（如图2）：自定义→扩展模块
图2
（2） 设置环境，加载数据：
1）打开Arcmap，添加river.shp、startpot、endpot和DEM数据，如图3；打开Arctoolbox，右击选择环境，设置工作空间如图4：

图3 图4
2）点击按钮打开模型构建器，执行菜单模型→模型属性→常规，设置模型名称及标签，如图5左所示，确定。菜单模型→图属性→符号系统→样式2，如图5右，确定。将数据river.shp、startpot、endpot和DEM数据拖至模型构建器窗口中，如图6：

图5

图6
（3） 利用modelbuilder构建模型：
1）生成坡度成本数据集：选择Spacial Analyst工具→表面分析→坡度，将坡度工具拖拽至模型构建器窗口中，双击坡度工具框，在出现的对话框中，输入dem，输出栅格命名为slope，如图7左所示，确定。运行如图7右：

图6
‚选择Spacial Analyst工具→重分类→重分类，将其拖至模型构建器，双击重分类对话框，输入slope，字段为Value，点击分类按钮，分类方法为相等间隔，类别为10，如图8所示，确定。

图8
2）生成起伏度成本数据集：选择Spacial Analyst工具→邻域分析→焦点统计，将其拖至模型构建器中，双击焦点统计工具框，输入dem输出栅格命名为QDF，具体设置如图9所示，确定。右击重分类工具框，选择运行。

图9
‚选择Spacial Analyst工具→重分类→重分类，将其拖至模型构建器中，双击重分类对话框，输入QDF数据层，点击分类按钮，选择相等间隔分类方法，类别选为10，如图10，确定。分类结果如图11，输出栅格为Reclass-QDF，确定。

图10

图11
3）生成河流成本数据集：选择Spacial Analyst工具→重分类→重分类，将其拖至模型构建器中，双击重分类工具框，选择river数据层，其他设置如图12，确定。

图12
4）加权合并单因素成本数据，生成最终成本数据集：选择Spacial Analyst工具→地图代数→栅格计算器,并将其拖至模型构建器中，双击栅格计算器，计算公式为cost=Recriver（重分类流域数据）+（Reclassslop（重分类坡度数据）*0.6+ReclassQFD（重分类起伏度数据）*0.4），如图13所示，确定。

图13
5）计算成本权重距离函数：选择Spacial Analyst工具→距离分析→成本距离，将其拖至模型构建器中，双击成本距离，输入栅格为startpot，输入成本栅格为cost，输出距离栅格为CostDis-star1，输出回溯连接栅格为blanklink，如图14所示：

图14
6）求取最短路径：选择Spacial Analyst工具→距离分析→成本距离，将其拖至模型构建器中，双击成本路径工具框，在出现的对话框中输入栅格为endpot，目标字段为Id，输入成本距离栅格为CostDis-star1，输入回溯连接栅格为blanklink，输出栅格为CostPat-endP1，如图15所示，确定。

图15
7）运行模型：点击运行按钮运行模型如图16：

图16
（4）加载模型运行结果图：在Arcmap中加载模型运行后的结果，如图18所示：

图17
三、 实验结果
（1）模型：

图18 最佳路径模型图
（2）专题图：

图19最佳路径专题图

实验三：土壤稳定性评估
一、流程图：
DEM
土地利用矢量图

坡向图
坡度图
土地利用栅格图

重分类
重分类
重分类

阴、阳坡等级图阴阳坡等级图
级土地利用等级图
坡度等级图

权重
赋予

土壤稳定性数据（加权平均）

土壤稳定性专题图

图1土壤稳定性评估流程图
二、 实验步骤：
（1）激活工具：打开Arctoolbox，激活spacial analyst空间分析和3D分析扩展模块（如图2）：自定义→扩展模块

图2
（2）设置环境，加载数据：
1)打开Arcmap，添加DEM和landuse.shp数据，如图3。打开Arctoolbox，右击选择环境，设置工作空间如图4所示：

图3 图4
2)点击按钮打开模型构建器，执行菜单模型→模型属性→常规，设置模型名称及标签，确定。菜单模型→图属性→符号系统→样式2，确定，如图5所示；将Arcmap中的DEM及laduse.shp数据拖至模型构建器窗口中，如图6：

图5

图6
（3） 构建模型：
1）提取坡度：打开spacial analyst工具→表面分析→坡度，将坡度工具拖拽至模型构建器窗口中，双击坡度工具框，在出现的对话框中将dem设为输入栅格，输出栅格为slope，如图7，确定。右击坡度工具框，选择运行，如图8所示：

图7 图8
2）坡度重分类：选择spacial analyst工具→重分类→重分类工具并将其拖拽至模型构建器中，双击重分类工具框，在出现的对话框中选择slope作为输入栅格，值字段选择value，如图9，点击分类按钮，类别选为6,方法选为手动，修改中断值如图10，确定。
图9 图10
打开将重分类对话框中的新值一栏依次改为10、8、7、5、3、1，输出栅格命名为Re-slope，如图11所示，确定。模型如图12。

图11

图12

3）提取坡向：打开spaciaal anlyst工具→表面分析→坡向，将坡向工具拖至模型构建器窗口，双击坡向工具框，在工具对话框中输入l，dem，输出栅格命名为Aspect，如图13，确定。右击坡向工具框，选择运行，如图14所示：

图13

图14
4）坡向重分类：选择spacial analyst工具→重分类→重分类工具并将其拖拽至模型构建器中，双击重分类工具框，在出现的对话框中选择Aspect作为输入栅格，值字段选为Value，点击分类，类别选为4，方法选为手动，中断值改为0、90、270、360，如图15，确定。将新值一栏改为5、10、1、10，输出栅格命名为Re-Aspect，如图16所示。模型如图17：

图15

图16

图17
5）土地利用图的转换：选择转换工具→转为栅格→面转栅格，将其拖至模型构建器，双击面转栅格工具，在其对话框中输入landuse，值字段LANDUSE,输出栅格命名为landusegrid，像元大小设为100，如图18，确定。右击面转栅格，运行，结果如图19：

图18 图19
6）对landusegrid重分类：选择spacial analyst工具→重分类→重分类工具并将其拖拽至模型构建器中，双击重分类工具框，在出现的对话框中选择landusegrid作为输入栅格，值字段选为LANDUSE,新值分别改为2、8、6、10，输出栅格命名为Re_land，如图20，确定。模型如图21：

图20 图21
7)空间叠加分析：选择spacial analyst工具→叠加分析→加权总和，并将其拖至模型构建器窗口中，双击打开加权总和对话框，逐个添加Re-slope、Re-Aspect和Re_land，字段均选为VALUE,Re-slope的权重为0.3,Re-Aspect的权重为0.3，Re_land的权重为0.4，输出栅格为stability，如图22所示，模型如图23，点击菜单中的按钮运行。

图22

图23
(4) 添加模型运行结果数据：在Arcmap中加载叠加分析结果stability数据，如图24：

图24
（5）土壤稳定性的分级显示：在Arcmap中右击stability打开属性对话框，选择符号系统，显示选为已分类，点击分类，设置分类方法为手动，类别为3，将中断值设为4、7、10，如图25所示；将每个范围对应的标注分别改为“不稳定”“较稳定”和“很稳定”，并选择合适的拉伸色带，如图26：

图25

图26
三、 实验结果

图27土壤稳定性专题图

实验四：土壤侵蚀性分析建模
一、流程：
DEM矢量数据
土壤类型栅格数据
植被类型矢量数据

DEM栅格数据
植被类型栅格数据

坡度图

重分类坡度图

50%
25%

25%

加权叠加

土壤侵蚀栅格图

图1土壤侵蚀性分析建模流程图
二、实验步骤：
（1）加载数据：打开Arcmap并添加数据studyarea.shp 、vegetation.shp、soilsgrid.shp,如图2所示：

图2
（2） 激活工具：打开Arctoolbox，激活spacial analyst空间分析和3D分析扩展模块（如图3）：自定义→扩展模块；

图3
（3） 数据前期处理：
1）右击vegetation打开属性properties→symbology →Unique value，值字段选择vegtype,选择好色带，点击Add All Values，如图4所示，点击ok；

图4
2）调整图层顺序为studyarea，vegtation，soilsgrid如图5，保存地图文档；

图5
（4） 利用ModelBuilder构建模型：
1）设置属性与环境：点击打开模型构建器ModelBuilder如图6所示，执行菜单命令model→modelpropertis设置如图7，选择environment，设置如图8，点击value设置处理范围为Same As Layer StudyArea,如图9，确定；

图6 图7

图8 图9
‚在modelbuiler窗口中执行菜单Model→Diagram Propertis,选择style2，如图10；

图10
2）加载数据：将ArcMap中的vegtation，soilsgrid拖至ModelBuilder窗口中。
3）将DEM数据转为栅格数据：从Arctoolbox中将Conversiontools →to raster下的DEM to Raser拖至ModelBuilder窗口中，如图11所示。在modelbuilder中双击DEM to raser,在出现的工具设置对话框中指定输入USGS DEM文件为：elevation.dem,选择输出路径，确定，如图12：

图11

图12
4）生成坡度数据：将Arctoolbox中3D Analyst Tools→Raster Surface→slope拖至modelbuilder窗口中在 ModelBuilder 窗口中，点击添加连接按钮将派生数据图框DEMToRa_elev1与工具图框slope连接在一起。完成后效果如下图13所示：

图13
※右键点击图框[output raster]将其改名为: [坡度图]
5）坡度数据重分类：将Arctoolbox中Spatial Analyst Tools→ Reclass下的工具Reclassify 拖放到ModelBuilder窗口中，点击按钮将派生数据图框[坡度图]与工具图框Reclassify连接在一起，如图14所示：

图14
在 ModelBuilder窗口中，双击工具图框Reclassfy，对坡度图重分类，输入栅格为坡度图，字段为value，点击load装入数据表，将坡度分为10级，具体设置如图15所示：
图15
8）植被类型矢量数据转栅格：将Arctoolbox的Conversion Tools→TO Raster→feature to raster拖放到ModelBuilder窗口中，在 ModelBuilder窗口中，点击按钮将数据图框vegetaion与工具图框feature to raster连接在一起，如图16所示：

图16
双击与Vegetaion相连的工具图框Feature to Ratser，在出现的对话框中，设置字段为VEGTYPE,选择输入栅格Vegetaion和输出路径，确定，如图16；右击Feature to Raster，执行命令Run，如图17；

图16 图17
9）加权叠加分析：
<1>添加工具：将Arctoolbox中Spatial Analyst Tools→ Overlay→Weighted Overly拖至modelbuilder中，如图18；

图18
<2>添加数据：双击Weighted Overly，在出现的设置框中点击按钮，在出现的框中输入soilsgrid，字段选为S-value，如图19，确定；同理，添加植被栅格（字段值为vegtype，如图20）和Reclass-slop1（字段值为value，如图21），添加结果如图22所示：

图19 图20

图21 图22
<3>设置因子（如图23所示）：
Soilsgrid：根据不同土壤类型对土壤侵蚀危险性的影响力，不同的土壤类型给定不同的的数值，数值1表示改天土壤侵蚀危险度较低，9表示较高；
‚植被栅格：根据不同植被类型对土壤侵蚀危险性的影响力，不同的植被类型给定不同的的数值，数值1表示改天土壤侵蚀危险度较低，9表示较高（water设为restrieted）；
ƒReclass-slop1：根据不同坡度低的区域发生土壤侵蚀的危险系统较小，坡度较大的区域发生土壤侵蚀的危险系数较大，不同坡度对应不同数值，数值1表示改天土壤侵蚀危险度较低，9表示较高(第10级也设置为9)；

图23
<4>权重配置：将上述三个因子的权重分别设置为soilsgrid 25%，植被栅格25%，Reclass-slop1为50% ，如图24所示：

图24
（10）最终模型如图25：

图25

三、实验结果：
xxxxx

图26土壤侵蚀危险性专题图

实验五：水文分析
流量分析

DEM数据
无洼地的DEM
一、流程图
提取河流网络
填洼
流向
分析

流域分析

图1 水文分析流程图
二、 实验结果
xxxxxx

图2 水流方向专题图

图3 流水累积量专题图

图4 流域专题图

实验六：找出某种珍贵药材的生长区域
采样点
等高线数据

一、 流程：

数据降雨量分布
温度分布
生成DEM数据

550=<降雨量<=680
10=<温度<=12
洼地填充
坡向数据

水流方向
提取阳坡

水流累积量

沟谷

沟谷缓冲区

数据药材分布区域图（叠加分析、专题制图、求算面积）

图1 寻找某种珍贵药材的生长区域流程图
二、 模型

图2 寻找某种珍贵药材的生长区域模型图

三、专题图

图3 某种珍贵药材的生长区域专题图
实验七：地形鞍部的提取
山脊
一、 流程图
DEM数据
求交
鞍部点

山谷

图1 地形鞍部的提取流程图
二、实验结果

图2 地形鞍部点专题图

实验八：沟谷网络的提取
栅格河网
程无洼地流向
流向
分析
沟谷网络
矢量河网
流量分析
洼地计算
DEM数据
一、 实验流程
剔除伪沟谷

洼地填充

图1 沟谷网络的提取流程图
二、实验结果

图2 沟谷网络专题图

实验九：TIN及DEM的生成与应用
实验结果：

图1 TIN图

图2 DEM图
3. TIN的显示：

图3 TIN的显示
（4）TIN转矢量：

图4 TIN转为矢量

（5）DEM的应用——坡度栅格图

图5 坡度栅格图
（6）DEM的应用——坡度剖面曲率

图6 坡度剖面曲率图
（7）DEM的应用——坡向栅格图

图7 坡向栅格图
（8）DEM的应用——坡向剖面曲率图

图8 坡向剖面曲率图
（9）DEM的应用——提取等高线

图9 等高线图
（10）DEM的应用——地表阴影图

图10 地表阴影图
（11）DEM的应用——通视性分析

图11 通视性分析图
（12）DEM的应用——可视区分析

图12 可视性分析图
（13）DEM的应用——地形剖面分析

图13 地形剖面分析图

实验十：缓冲区分析的应用
（1）点要素图层的缓冲区分析

图1 点要素图层的缓冲区分析图
（2）线要素缓冲区的分析

图2 线要素图层的缓冲区分析图
（3）面要素缓冲区的分析

图3 面要素图层的缓冲区分析图
（4）水源污染防治

图4 水源污染防治重点区域图
（5）受污染地区的分等定级

图5 距污染源小于等于0.1的区域图

图6 距污染源大于等于0.1小于等于0.15的区域图

图7 污染区的分级图
（距污染源小于等于0.1为1级，小于等于0.15为2级，大于0.15为3级）

（6）城市化的影响范围：

图8 城镇化影响范围专题图
7. 实习心得

60