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《GIS软件应用》课程标准一、课程定位通过本课程的学习，使学生更好地认识GIS，并熟练掌握GIS软件的使用，加深对地理信息的认识和空间数据的可视化表达方法，并了解各种软件的空间数据转换关系，了解空间数据的采集、编辑和空间数据的分层处理方法、空间数据的分析功能等。
二、课程目标通过《GIS软件应用》课程的学习，使学生具备地理信息数据采集、储存、处理、分析、地图制作所必需的专业知识和技能，培养勤于思考的工作习惯、严谨的工作作风以及团队协作精神等基本素质，并在教学中通过专题交流和知识拓展训练，逐步培养可持续发展能力。
具体的课程教学目标分解如下：1.知识目标（1）掌握GIS的基本原理；（2）了解ArcGis产品体系及结构；（3）掌握空间数据的管理与编辑方法（4）掌握对空间数据可视化处理的方法（5）掌握空间数据的编辑方法（6）掌握空间数据的转换方法（7）掌握空间数据的基本处理（8）掌握软件的空间分析方法；2.能力目标（1）会安装GIS软件；（2）具备GIS数据库建立与维护能力（3）利用GIS空间分析工具解决实际问题的能力（4）能够自主收集、查阅专业技术资料（5）会进行CAD和GIS软件之间数据格式的转换；（6）会对矢量地图和栅格地图进行几何纠正和投影变换；（7）会对空间数据进行插值处理；（8）利用GIS软件制作地图符号库的能力；3.素质目标（1）具备实践动手能力；（2）具备利用网络、文献等获取信息（行业规范）能力；（3）具备良好的人际沟通和团队协作能力；（4）具备勤于思考、做事认真的良好作风；（5）具备良好的职业素养（职业道德、习惯、素质）和质量服务意识；（6）具有能够吃苦耐劳精神并服从管理；（7）具有主动学习能力，分析问题解决问题能力。
三、课程设计1.设计思想高职学生应当具有扎实的实践操作能力。
因而本课程在教学设计时，注重动手能力的培养，因此要求课程可操作性和实践性强。
当今市场上GIS软件体系中，以ArcGis软件最为成熟和流行。
地理信息系统中的空间数据分析方法和使用教程地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）是一种集地理空间数据收集、存储、管理、分析和展示于一体的综合性工具。
其中，空间数据分析是GIS的核心功能之一，它帮助人们了解和解释地理现象，并为决策提供支持。
本文将介绍地理信息系统中的空间数据分析方法和使用教程。
一、空间数据分析方法1. 空间查询分析地理信息系统中的空间查询分析是通过对地理空间数据进行查询和筛选，从而获取特定的空间信息。
空间查询可以通过属性查询和空间关系查询实现。
属性查询是基于地理空间数据的属性，在数据库中执行条件查询。
空间关系查询是根据地理对象之间的空间关系，如相交、包含、邻近等进行查询分析。
2. 空间缓冲分析空间缓冲分析是一种常用的地理信息系统中的空间分析方法，它以某一地理空间对象为中心，根据设定的缓冲距离，生成一系列缓冲区域。
空间缓冲分析可以用于分析地理要素的覆盖范围、相互作用范围以及对环境的影响等。
3. 空间插值分析空间插值分析是通过已知的点数据，推算未知地点的数值。
它使用插值算法，根据给定的空间数据点，在空间上生成连续的表面。
空间插值分析用于补充缺失数据、推算未来趋势以及对地理现象进行模拟和预测。
4. 空间聚类分析空间聚类分析是通过对地理要素进行分类和聚类，揭示地理现象的空间集聚特征。
它可以帮助我们发现空间上的热点区域、人口分布密度等。
常用的空间聚类分析方法有基于密度的聚类方法和基于网格的聚类方法。
5. 空间统计分析空间统计分析是通过计算地理要素的空间分布和相互关系，揭示地理现象的统计特征。
它可以帮助我们理解地理数据的空间相关性、局部差异性和空间自相关性等。
常用的空间统计分析方法包括空间自相关分析、热点分析和空间回归分析等。
二、空间数据分析使用教程1. 数据准备在进行空间数据分析之前，首先需要对数据进行准备。
这包括收集和整理地理空间数据，将其转换为GIS所支持的数据格式，如shapefile、GeoJSON等。
GIS名词解释GIS（地理信息系统）名词解释地理信息系统（Geographic Information System），简称GIS，是一种集成了空间数据获取、存储、管理、分析和可视化等功能的计算机系统。
它旨在帮助人们更好地理解和利用地理信息，包括地理位置、地形、地势、气候、人口、资源等各种地理现象和现实问题。
GIS的核心概念是“地理”。
地理信息系统将地理信息与空间位置相关联，通过电子化的方式进行存储、处理和展示。
利用GIS，人们可以通过空间分析和地理建模来解决空间问题、制定规划、辅助决策、优化资源利用、提升生活质量等。
在GIS中，有许多重要的名词需要解释和理解。
1. 空间数据（Spatial Data）：指以空间位置为基础的数据，可以表示为二维或三维的矢量数据或栅格数据。
空间数据是GIS的基本组成部分，包括点、线、面等几何要素及其属性信息。
2. 数据采集（Data Collection）：是指获取和收集地理信息数据的过程。
常见的数据采集方法包括GPS定位、数字化、遥感技术等。
数据采集的质量、准确性和全面性直接影响到GIS分析和决策的结果。
3. 数据存储（Data Storage）：是指将采集到的地理信息数据存储在计算机系统中的过程。
常见的数据存储形式包括数据库、文件系统和云存储等。
4. 数据管理（Data Management）：是指对地理信息数据进行组织、分类、存储、更新、查询和维护等操作的过程。
数据管理旨在提高数据的可访问性、有效性和一致性，确保数据的完整性和安全性。
5. 空间分析（Spatial Analysis）：是指对空间数据进行操作、计算和分析，以发现地理模式、相互关系和隐含规律。
常见的空间分析方法包括缓冲区分析、叠置分析、网络分析、地形分析等。
6. 地理可视化（Geovisualization）：是指通过图形化的方式将地理信息呈现给使用者。
地理可视化可以是简单的静态地图，也可以是交互式的动态地图、三维场景或虚拟现实等形式。
空间数据模型空间数据模型可以分为三种：场模型：用于描述空间中连续分布的现象；要素模型：用于描述各种空间地物；网络模型：可以模拟现实世界中的各种网络；在各种模型中，又介绍了相关的概念，如空间划分，空间关系，以及拓扑关系的形式化描述——9交模型等。
最后讲述了普通的二维数据模型在空间上和时间上的扩展，时间数据模型和三维数据模型。
值得注意的是，本章谈到的场模型和要素模型类同于后面提及的栅格数据和矢量数据，但是前者是概念模型；后者是指其在信息系统中的实现。
1．空间数据模型的基本问题人类生活和生产所在的现实世界是由事物或实体组成的，有着错综复杂的组成结构。
从系统的角度来看，空间事物或实体的运动状态（在特定时空中的性状和态势）和运动方式（运动状态随时空变化而改变的式样和规律）不断发生变化，系统的诸多组成要素（实体）之间又存在着相互作用、相互制约的依存关系，表现为人口、物质、能量、信息、价值的流动和作用，反映出不同的空间现象和问题。
为了控制和调节空间系统的物质流、能量流和人流等，使之转移到期望的状态和方式，实现动态平衡和持续发展，人们开始考虑对其中诸组成要素的空间状态、相互依存关系、变化过程、相互作用规律、反馈原理、调制机理等进行数字模拟和动态分析，这在客观上为地理信息系统提供了良好的应用环境和重要发展动力。
1．1概念地理数据也可以称为空间数据（Spatial Data）。
地理空间是指物质、能量、信息的存在形式在形态、结构过程、功能关系上的分布方式和格局及其在时间上的延续。
地理信息系统中的地理空间分为绝对空间和相对空间两种形式。
绝对空间是具有属性描述的空间位置的集合，它由一系列不同位置的空间坐标值组成；相对空间是具有空间属性特征的实体的集合，由不同实体之间的空间关系构成。
在地理信息系统应用中，空间概念贯穿于整个工作对象、工作过程、工作结果等各个部分。
空间数据就是以不同的方式和来源获得的数据，如地图、各种专题图、图像、统计数据等，这些数据都具有能够确定空间位置的特点。
1计算机地图制图：计算机地图制图又称机助地图制图或数字地图制图，它是以传统地图制图原理为基础，以计算机及其外围设备为工具，采用数据库技术和图形数据处理方法，实现地图信息的采集，存储，处理，显示和绘图的应用学科。
2地图数据：计算机地图制图系统的操作对象是地图数据，它描述了地理实体的空间特征，属性特征，时间特征和地理实体之间的相互联系。
3地图：地图是现实世界的模型，它按照一定的比例和投影原则，有选择的将复杂的三维地理空间的某些内容投影到二维平面介质上，并用符号将这些内容要素表现出来。
4地图投影：地图是一个平面，而地球椭球面是不可展曲面，将地球椭球面上的点映射到平面上的方法称地图投影。
5空间数据：空间数据是描述地图要素中空间特征部分的数据，也称几何数据，及描述地理现象或地理实体的空间位置、形状、大小等的数据。
6关系数据：关系数据是描述空间数据之间的空间爱你关系的数据。
7属性数据：属性数据是描述实体属性特征的数据，也称为非几何数据，及描述地理现象或地理实体的定性或定量指标，包括语义与统计数据，如类型、等级、名称，状态等。
8地图数据结构：主要是指地图数据中空间数据的结构，即指空间数据适合于计算机存储管理及处理的几何数据的逻辑结构。
9矢量数据结构：是表达地图空间数据的一种常见的数据结构，它通过记录坐标值的方式尽可能精确地表示呈点、线或面状分布的地理实体。
10栅格数据结构：可将地图区域的二维平面表象按行和列作规则划分，形成一个栅格阵列，其中各栅格阵列元素又称为像元，各个像元可用不同灰度值来表示相应的属性值。
11数据编码：是指确定属性数据代码的过程。
12数据质量：用该数据来表达数据三大特征时所能达到的准确性、一致性和完整性，以及它们之间统一性的程度。
13数据模型：是对现实世界部分现象的抽象，它描述了数据的基本结构及其相互之间的关系以及在数据上的各种操作。
14层次模型：层次模型是把数据按自然的层次关系组织起来，以反映数据之间的隶属关系，它是一种树结构模型。
空间数据分析方法空间数据分析方法导语：空间数据分析的方法有什么呢？以下是小编为大家分享的空间数据分析方法，欢迎借鉴！空间数据分析1. 空间分析：（spatial analysis，SA）是基于地理对性的位置和形态特征的空间数据分析技术,其目的在于提取和传输空间信息,是地理信息系统的主要特征,同时也是评价一个地理信息系统功能的主要指标之一,是各类综合性地学分析模型的基础,为人们建立复杂的空间应用模型提供了基本方法.2. 空间分析研究对象：空间目标。
空间目标基本特征：空间位置、分布、形态、空间关系（度量、方位、拓扑）等。
3. 空间分析根本目标：建立有效地空间数据模型来表达地理实体的时空特性，发展面向应用的时空分析模拟方法，以数字化方式动态的、全局的描述的地理实体和地理现象的空间分布关系，从而反映地理实体的内在规律和变化趋势。
GIS空间分析实际是一种对GIS海量地球空间数据的增值操作。
4. ArcGIS9中主要的三种数据组织方式：shapefile，coverage和geodatabase。
Shapefile由存储空间数据的dBase表和存储属性数据和存储空间数据与属性数据关系的.shx文件组成。
Coverage的空间数据存储在INFO表中，目标合并了二进制文件和INFO表，成为Coverage要素类。
5. Geodatabase是面向对象的数据模型，能够表示要素的自然行为和要素之间的关系。
6. GIS空间分析的基本原理与方法：根据空间对象的不同特征可以运用不同的空间分析方法，其核心是根据描述空间对象的空间数据分析其位置、属性、运动变化规律以及周围其他对象的相关制约，相互影响关系。
方法主要有矢量数据的空间分析，栅格数据的空间分析，空间数据的量算与空间内插，三维空间分析，空间统计分析。
7. 栅格数据在数据处理与分析中通常使用线性代数的二维数字矩阵分析法作为数据分析的数学基础。
栅格数据的处理方法有：栅格数据的聚类、聚合分析，复合分析，追踪分析，窗口分析。
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实习九 空间数据的可视化表达
1. 实验目的
空间数据往往带有很多专题属性，这些专题信息来自于各类统计数据、实验数据、观察数据、地理调查资料，通过对专题信息的分类、分级处理，选择适当的视觉变量以专题地图的形式表示出来，如单值图、分类符号图、分级统计图、分区统计图、直方图等。
具体要求：
(1) 掌握利用ArcMap ，进行专题信息分类分级等处理方法；
(2) 掌握利用ArcMap ，进行专题符号化图例的编辑修改方法；
(3) 掌握利用ArcMap ，进行地图标注的方法。
2. 实验环境与数据准备
(1) 软件准备： ArcMap 、ArcCatalog （ArcGIS9.2平台）
(2) 数据准备：河北省基于县域单元的行政辖区多边形数据、河北省各县市点要素、铁路公路等交通线要素，河流线要素、经纬网坐标框架等；某区域地形数据、土地利用栅格数据。
3. 实验步骤
3.1 矢量数据的符号化方法
3.2.1. 分类符号设置
ArcMap 提供了三种分类方法：
Unique Value ：按照一个属性值来进行分类；
Unique Value ，Many fields ：按照多个属性值的组合进行分类来确定符号类型；
Match to symbols in a style ：按照事先确定的符号类型通过自动匹配来表示属性分类。
（1）在ArcMap 中打开河流图层，在该图层上点右键打开Layer Properties 对话框，选择Symbology 选项卡（图9-1）；
（2）点击【Categories 】，选择【Unique Value 】选项，在Value Field 中选择河流分级字段；
（3）点击Add All Value 按钮，系统将加载所有的河流分级类型，并赋予默认的分类符号样式，如果对分类符号模式不满意，可以通过双击Value 名称前面的符号，打开Symbol Selector 窗口（图9-2），选择新的符号样式、颜色、宽度等；
（4）最后点击确定按钮，即可完成河流等级的符号化渲染，渲染结果如图9-3所示。
图9-1图层属性设置（单一值符号化） 图9-2符号选择器
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3.2.2. 分级符号设置
分级符号可视化方法，包括4种类型：分级色彩（Graduated colors ）、分级符号（Graduated symbols ）、比例符号（Proportional symbols ）、点密度符号（Dot density ）。
下面以分级色彩为例，说明分级符号渲染方法。
（1）加载河北省县域行政单元多边形数据，其中包含年径流深数据；
（2）打开县域图层的Layer Properties 对话框，选择Symbology 选项卡（如图9-4所示）；
（3）单击Quantities ，选中Graduated Colors ，在Fields 框中的Value 下拉菜单，年径流深度相关字段；
（4）如果对系统选择的颜色模板不满意，可以重新选择Color Ramp 下拉菜单，选择新的颜色系列，另外可以通过双击Symbol 列里的符号块儿，打开Symbol Selector 窗口，选择新的颜色样式；
（5）如果需要修改分级符号的标注风格，可以右键点击任意一个分级系列，选择【Format Labels 】菜单项，弹出Number Format 对话框，对标注风格进行修改（如图9-5所示）；
（6）最后点击确定按钮，即可完成年径流深度的分级颜色渲染，结果如图9-6所示。
另外，系统默认是Natural Breaks 分级方案，如果认为数据的分级方案不符合要求，可以点击Classify 按钮，打开Classification 对话框，重新定义数据分级方案（如图9-7所示）。
图9-3河流级别分类符号化结果
图9-4图层属性设置（分级符号化） 图9-5标注风格设计
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3.2 栅格数据符号化
3.2.1. 分类栅格符号设置
分类栅格符号表示法类似于矢量数据的分类
色彩符号法，是利用不同的颜色来表示不同的专
题类别。
具体实现流程如下：
（1）在ArcMap 中加载栅格图像图层（土地
利用）；
（2）在内容表中需要分类符号化处理的栅格
图像层上单击右键，选择Properties 菜单项，弹出
Layer Properties 对话框（如图9-8），选择Symbol
选项卡；
（3）在Show 列表框中选择Unique Value ，Value Field 下拉列表框中选择分类字段；
（4）点击OK 按钮，即可完成对该栅格数据的专题分类渲染。
用户可以根据需要改变各个分类图例的颜色。
图9-9为符号化后的效果。
图9-6各县年径流深度分级符号化结果
图9-7数据分级方案定义
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3.2.2. 分级栅格符号设置
分级栅格符号表示方法用于表示栅格数据类型分级，可用于制作地势图，植被指数图等。
（1）打开地形数据栅格图像；
（2）在内容表中需要分级符号化处理的栅格图像层上单击右键，选择Properties 菜单项，弹出Layer Properties 对话框（如图9-10），选择Symbol 选项卡；
（3）在Show 列表框中选择Classified ，在Classification 部分，选择8级，或者单击Classification 按钮，在Classification 对话框中调整分级级数及分级方法；
（4）用户可以根据需要，选择Color Ramp 下拉列表，选择不同的颜色系列，或单独点击每个级别的颜色符号，改变各个分类图例的颜色；
（4）点击OK 按钮，即可完成对该栅格数据的专题分类渲染。
图9-11为地形数据分级符号化以后的结果。
3.3 地图标注
可以将数据库存储的属性信息利用地图标注的方式，标注在地图上，地图标注在地图专题表达、地图制版过程中，非常有用，注记可以帮助制图者和用图者之间有效地传递地图信息。
本例将河北省行政区划多边形要素中的县市名称标注在地图上。
(1) 在ArcMap 内容表中，在存储有待标注属性信息的图层上点击右键，选择Properties ，打开图层属性对话框，切换至Labels 选项卡（图9-12）；
图9-8栅格图层属性设置（单一值符号化） 图9-9土地利用栅格分类符号化
图9-10栅格图层属性设置（分级符号化） 图9-11地形栅格数据分级符号化
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(2) 选择Label features in this layer ，选择标注字段（Label Field ）MC ，同时为标注风格选择字体、字大小、字色等设置；
(3) ArcMap 还提供了标注放置规则设置，可以点击Placement Properties 按钮，调出Placement Properties 对话框，调整标注放置风格和重复标注设置（图9-13），切换到Conflict Detection 选项卡，可以对标注之间的冲突规则进行定义（图9-14）
(4) 如图9-15为添加县市名称标注以后的河北省地图。
ArcMap 还提供了可以自定义标注内容的方法：点击图层属性对话框Label 选项卡中标注字段设置旁边的Expression 按钮，可以调出Label Expression 对话框（图9-16），可以进行标注内容自定义设计。
本例设计的同时标注各县市1990年人口数与县市名称的结果如图9-17所示。
图9-12图层属性设置（地图标注）
图9-13地图标注配置规则 图9-14地图标注冲突配置规则
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图9-17自定义设计的复合标注
图9-16自定义标注设计
图9-15添加县市名称标注后的地图。
