北京交通大学地理信息系统-课程设计实验报告.docx

《地理信息系统》课程设计实验报告

课程名称： 地理信息系统
专 业： 城市轨道交通
作 者： 张 研
班 级： 运 输1204
序 号： 5 8
学 号： 1 2 2 5 1 2 0 3
指导教师： 梁 艳 平

2014年11月11日

1地理信息系统（GIS）介绍
1.1简介
地理信息系统（GIS）有时又称为“地学信息系统”或“资源与环境信息系统”。它是一种特定的十分重要的空间信息系统。它是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。它作为集计算机科学、地理学、测绘遥感学、环境科学、城市科学、空间科学、信息科学和管理科学为一体的新兴边缘学科而迅速地兴起和发展起来。
1.2 概述
完整的GIS主要由四部分构成，即硬件系统、软件系统、地理空间数据和系统管理操作人员。
GIS 硬件配置一般包括四部分：计算机主机；数据输入设备，如数字化仪，图像扫描仪、手写笔、光笔、键盘、通讯端口等；数据存储设备，如磁盘阵列、光盘刻录机、磁带机、光盘塔等；数据输出设备，如笔式绘图仪，激光打印机等。
软件系统是指GIS 运行所必须的各种程序，通常包括计算机系统软件、地理信息系统软件和其他支撑软件、应用分析程序等。
空间数据库反映了GIS 的地理内容。
管理人员和用户则决定系统的工作方式和信息表达方式。
2 实验介绍
2.1 实验目的
培养学生适应交通运输智能化和信息化建设需要，掌握应用GIS基本的软件操作，使学生能够将空间信息技术应用于交通运输领域相关问题的分析与处理。学生结合专业知识，通过自行设计GIS应用案例，完成从数据采集、存储、空间分析以及制图输出的完整流程，培养知识的灵活应用以及分析、解决专业问题的能力。
2.2 实验任务
熟练掌握某个GIS软件的基本操作，本次试验活动选用Mapinfo Professional 7.0，在深入理解GIS基本概念、原理、方法的基础上，以北京交通大学、西直门立交桥邻近区域为对象，完成：
（1）收集北京交通大学周边区域的卫星或航拍影像资料；
（2）根据影像资料，对其进行矢量化工作，建立区域内部的建筑物的图符及式样数据库、图层划分标准及图层划分，学习地图文件及工作空间的管理；
（3）属性数据标准及交通设施属性数据库的建立；
（4）熟练操作软件，设计空间分析方法，通过创建缓冲区的方式，分析交大的学生和老师到达公交车站的便利程度；
（5）根据分析操作结果制作交大内部建筑专题图输出；
（6）完成实验报告，对整个操作流程以及分析结果进行解释说明。
总结来说，本实验空间设计的任务是，以交大内部为主要研究对象，用建立缓冲区的方式分析交大的学生和老师到达公交车站的便利程度，并提出相应的改进意见。
3 实验一：影像数据矢量化
说明：由于课程老师已经提供了交大周边的卫星影像，故直接使用
3.1创建栅格数据以及坐标配准
进入MapInfo，打开所给的卫星影像，按照所给的坐标表对地图四个顶点进行配准，同时配准完毕之后选择投影，将栅格影像的投影类型选择为Longitude / Latitude (WGS 84),并将坐标单位选择为度，这样既完成了栅格数据的打开和坐标配准。如下图所示：

按照表3-1对地图四个顶点进行配准，同时配准完毕之后选择投影，将栅格影像的投影类型选择为Longitude / Latitude (WGS 84),并将坐标单位选择为度，这样即完成了栅格数据的打开和坐标配准。
表 3-1 地图顶点坐标
点位置
X值
Y值
左上角
116.30950927734372
39.970805680527725
右上角
116.35620117187497
39.970805680527725
右下角
116.35620117187497
39.93606595478707
左下角
116.30950927734372
39.93606595478707

3.2建立基础地理信息图层及数据库
根据实验要求及目的，共建立交大主校区内部建筑物、道路线层、道路面层、娱乐活动场所点层共四个图层。具体情况如下：
1）交大内部建筑物
编号 Char (5) ;名称 Char (30) ;面积 Float ;
房屋类型 Char (20) ;建筑物用途 Char (20) ;备注 Char (100) ;
说明：交大内部的建筑物我主要选择的是主校区的教学楼、宿舍楼以及食堂，在下面图像表示：

通过收集的数据建立数据库如下：

2）道路线层和道路面层
道路线层：
道路名称 Char (20) ;道路等级 Char (20) ;
宽度 Float ;长度 Float ;

道路面层：
道路名称 Char (20) ;道路等级 Char (20) ;
宽度 Float； 长度 Float ;

这是通过查找资料找到的交大主校区内部道路数据:

（3）点层：

编号 Char (5) ;名称 Char (20) ; 属性 Char (20)；等级 Char (5)
数据库如下：

4 实验二：建立道路交通设施图符及式样数据库
4.1 自定义图符数据库
根据实验指导书，本次实验二利用MapInfo自带符号制作器进行自定义符号的添加。
考虑手绘图符过于简陋，决定直接采用以及通过图形编辑软件直接将现有交通图符裁剪，并导入相应路径。以下是根据收集到的图符按照指导书所示程序建立的图符数据库：

4.2 道路交通设施图符矢量化
通过选择不同的图符，查看路网上的具体设施分布情况，通过新建图符图层，选择符号，在路网上安放交通设施图符。以信号灯为例，可以参考上述建立红绿灯的数据库，设置位置、时间等属性。
注：由于设计的是道路交通设施图符，涉及面积较大，为表现方便，故我又大致制作了交大周边整个区域的粗略道路线层，在其基础上进行交通设施图符的矢量化。
这是建立的交通信号灯、公交地铁站点的矢量化图：由于背景色会遮挡一些图符的标注故直接显示图层。

5 实验三：交通设施图层加工
根据上述实验二的交通设施图层，给图形数据以及属性数据加工。
（1）交通信号灯图层：

数据库：（这里由于资料的不足，只能显示部分）

（2）公交及地铁站点图层：
由于地铁站点数量较少，故与公交站点一同表现：

6 实验四：空间分析案例制作
利用上述实验结果，这里计划针对其进行空间分析
6.1 缓冲区分析
这里利用缓冲区分析的方法，创建交大内部超市的缓冲区，分析所有超市在研究区域内的服务范围，探究其服务半径是否可以覆盖整个交大，通过结果分析是否应该增加超市的设定数量以及解决增加位置问题。
如下图所示：选取超市点层的所有超市作为对象

6.1.1选择缓冲区
这里说明，根据超市规模等级的不同，其服务水平也不同，故满足的服务范围也会不同，这里通过查找资料并结合交大实际情况粗略确定以下可利用数据：
中型超市：服务范围150m
小型超市：服务范围100m
杂货店：服务范围50m
制成的缓冲区图如下

6.1.2分析
可以看到现有的超市服务范围基本可以覆盖交大校区的整个区域，不足之处在于思源楼、思源东楼以及其北部一大块区域尚未被覆盖，建议在一教与二教周边增设一个服务半径在100m范围左右的小型超市或杂货店，这样可以确保同学们无论是在宿舍抑或是在教室自习，都可以方便在周边找到便利店购买商品。
另外，可以看到逸夫后超市与四食堂杂货店服务范围严重重合，建议进行改革，比如将四食堂杂货店向南边迁移。
6.2 Voronoi图分析
通过建立泰森多边形分析超市杂货店与交大内部建筑之间的临近度关系，并分析比较
以超市为基准建立的Voronoi图：

以宿舍楼为基准建立的Voronoi图：

以教学楼为基准建立的Voronoi图：

以食堂为基准建立的Voronoi图：

总结：
以超市杂货铺为基准建立的V图可以较清晰地反映出超市的服务范围，可以较直观地看出学生日常工作学习的场所距离超市的距离，可以看到整个交大区域包括自习室、宿舍、食堂都在超市的存在范围之内；
以宿舍为基准建立的V图则可以在学生日常生活的角度分析学生的日常出行范围区域内是否与其他建筑有较为紧密的联系；
以食堂、自习室为基准构建的V图则可以较为清晰地反映出各食堂、自习室的服务范围，以此可以作为同学们选择食堂、自习室的评价指标之一。
6.3 交大内部建筑物专题图制作
这里主要制作的是交大内部建筑物的面积专题图

7 实验总结
本次实验旨在通过对GIS软件MapInfo的实际操作，了解MapInfo的基本功能和具体动手操作，能够掌握基本的图形编辑和数据处理等技术手段。在实验过程中遇到了很多困难，例如对数据库的批量输入不了解，对面积、长度等属性从软件中自动导入的方法陌生等等，在老师的帮助下，和同学一起探讨交流，终于克服了这些困难。
通过本次实验，从形式上来讲是对MapInfo这个软件有了较好的了解与熟悉，可以利用它做一些关于地理信息系统的简单操作；从理论上来讲，通过实际操作更加明白了这门课程里边的一些概念，比如说栅格数据、矢量数据等的概念，明白了矢量化具体是怎么一回事。我更加深刻地体会到GIS的综合性，结合了地理学与地图学以及遥感和计算机科学，在交通运输管理的应用意义非常重大。随着实验的过程，应用Mapinfo熟悉掌握了地理数据处理的输入、存储、查询、分析和显示。
在这八周的学习中，我学会了很多有关GIS的知识和技能，我觉得实践可以帮助自己更深地理解课上的知识我希望自己以后在学习的过程中，结合实践，真正地掌握一些知识。为今后的学习、工作、生活奠定基础。