ARCGIS地理信息系统空间分析实验教程

第一章

1.地理信息系统：是在计算机软硬件支持下，对整个或者部分地球表层空间中的有关地理分布数据进行采集、存储、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。

2.地理信息系统的主要组成部分：硬件系统、软件系统、地理空间数据和系统管理操作人员。

3.GIS功能分为以下五个方面：

①数据采集与输入； ②数据编辑与更新；

③数据存储与管理； ④空间数据分析与处理；

⑤数据与图形的交互显示。

4.21世纪GIS应用新的发展趋势：网络GIS、组件式GIS、虚拟现实GIS、时态GIS、互操作GIS、3S集成。

5.对基于GIS的空间分析的理解不同的角度和层次：

①按空间数据结构类型； ②按分析对象的维数；

③按分析的复杂性程度。

第二章

1.ArcGIS的基础模块：ArcMap、ArcCatalog、Geoprocessing。

2.Geoprocessing地理处理框架：具有强大的空间数据处理和分析工具，包括地理处理工具的集合和模型构建器。

第三章

1.空间数据采集：是指将现有的地图、外业观测成果、航空相片、遥感图像、文本资料等转成计算机可以识别处理的数字形式。

2.数据组织：就是按照一定的方式和规则对数据进行归并、存储、处理的过程，

3.ArcGIS中主要有Shapefile、Coverage和Geodatabase三种数据组织方式。

4.地理数据库：是按照层次型的数据对象来组织地理数据。

5.要素类：是具有相同几何类型和属性的要素的集合，即同类空间要素的集合。

6.地理数据库建立的一般过程：

①地理数据库设计； ②地理数据库建立；

③建立地理数据库的基本组成项； ④向地理数据库各项加载数据；

⑤进一步定义地理数据库。

7.地理数据库的基本组成项：对象类、要素类和要素数据集

8.要素类的分类：简单要素类和独立要素类。

9.创建拓扑的优势： ①根据拓扑关系，不需要利用坐标或距离，就可以确定一种空间实体相对于另一种空间实体的位置关系；

课程：ArcGIS空间分析

实验目的：利用GIS空间分析方法，结合等高线及温度和降水数据，在充分分析某药材的生长习性的情况下，找到其生长区域，从而能够更好的保护该药材的生长环境。

数据来源：本实验所采用的数据均来自ArcGIS地理信息系统空间分析实习教程，数据有：山区等高线数据contour.shp和山区观测点采集的年平均温度和年总降水数据climate.txt.

实验要求：根据所给条件，确定某区域适合种植这种药材的范围，求出适合种植的面积。

(1) 这种药材一般生长在沟谷两侧较近的区域（不超过500m）

(2) 这种药材喜阳

(3) 生长气候环境为年平均温度10度-12度

(4) 年总降水量为550-680mm

实验流程：利用该山区等高线数据生成DEM，基于DEM进行水文分析，提取沟谷网络；基于DEM提取坡向数据，重分类划分阴阳坡。

利用观测点采集的年平均温度和年总降水数据分别进行表面内插，生成年平均温度栅格数据和年总降水栅格数据。提取年平均温度10度-12度的区域和年总降水为550mm-680mm的区域。 综合叠加分析满足上述4个条件的区域，得到适合该药材生长的区域，并制作专题图，计算该适合区域的面积。

实验步骤：

1. 利用等高线，构建DEM。首先打开ArcMap，加载等高线数据，在ArcToolbox中，选择【3D Analyst】|【Tin管理】|【创建Tin】工具，打开工具对话框，生成tin。空间参考依然导入contour相同的坐标系统。

2. 将Tin转换成格网DEM，以便于进行表面分析和与其他数据的叠加分析。选择【3D Analyst工具】|【转换】|【由Tin转出】|【Tin转栅格】工具，打开工具对话框。

3. 提取坡向数据。选择【Spatial Analyst工具】|【表面分析】|【坡向】工具，【输入栅格】选择dem,【输出栅格】选择aspect,点击确定生成坡向数据。

地理信息系统(GIS)具有很强的空间信息分析功能，这是区别于计算机地图制图系统的显著特征之一。利用空间信息分析技术，通过对原始数据模型的观察和实验，用户可以获得新的经验和知识，并以此作为空间行为的决策依据。

空间信息分析的内涵极为丰富。作为GIS的核心部分之一，空间信息分析在地理数据的应用中发挥着举足轻重的作用。

叠置分析(Overlay Analysis)

覆盖叠置分析是将两层或多层地图要素进行叠加产生一个新要素层的操作，其结果将原来要素分割生成新的要素，新要素综合了原来两层或多层要素所具有的属性。也就是说，覆盖叠置分析不仅生成了新的空间关系，还将输入数据层的属性联系起来产生了新的属性关系。覆盖叠置分析是对新要素的属性按一定的数学模型进行计算分析，进而产生用户需要的结果或回答用户提出的问题。

1)多边形叠置

这个过程是将两层中的多边形要素叠加，产生输出层中的新多边形要素，同时它们的属性也将联系起来，以满足建立分析模型的需要。一般GIS软件都提供了三种多边形叠置：

(1)多边形之和(UNION)：输出保留了两个输入的所有多边形。

(2)多边形之积(INTERSECT)：输出保留了两个输入的共同覆盖区域。

(3)多边形叠合(IDENTITY)：以一个输入的边界为准，而将另一个多边形与之相匹配，输出内容是第一个多边形区域内二个输入层所有多边形。

多边形叠置是个非常有用的分析功能，例如，人口普查区和校区图叠加，结果表示了每一学校及其对应的普查区，由此就可以查到作为校区新属性的重叠普查区的人口数。

2)点与多边形叠加

点与多边形叠加，实质是计算包含关系。叠加的结果是为每点产生一个新的属性。例如，井位与规划区叠加，可找到包含每个井的区域。

3)线与多边形叠加

将多边形要素层叠加到一个弧段层上，以确定每条弧段(全部或部分)落在哪个多边形内。

网络分析(Network Analysis)

对地理网络(如交通网络)、城市基础设施网络(如各种网线、电力线、电话线、供排水管线等)进行地理分析和模型化,是地理信息系统中网络分析功能的主要目的。网络分析是运筹学模型中的一个基本模型，它的根本目的是研究、筹划一项网络工程如何按排，并使其运行效果最好,如一定资源的最佳分配，从一地到另一地的运输费用最低等。其基本思想则在于人类活动总是趋向于按一定目标选择达到最佳效果的空间位置。这类问题在生产、社会、经济活动中不胜枚举，因此研究此类问题具有重大意义。

1 ArcGIS地理信息系统教程第四版课程设计

概述

本文档主要为ArcGIS地理信息系统教程第四版的课程设计提供具体的指导和实现方法。通过本次课程设计，学生将能够全面掌握ArcGIS软件的功能和操作，能够完成地图制作、空间分析等基本操作。同时，还将提高学生对地理信息系统应用的认知和实际能力。

课程设计内容

1. 地图制作

– 利用ArcMap制作一幅基础地图

– 利用ArcScene制作一个三维地图

2. 空间分析

– 空间查询：对某个区域内的物体或属性进行查询

– 缓冲区分析：定义一个区域并确定此区域内和区域外的地物之间的关系

– 空间交叉分析：确定多个图层之间的空间关系，如叠置、联合、差异等

3. 属性表管理

– 数据导入和导出

– 筛选、排序和分组操作

4. 地图设计与制图

– 利用ArcMap进行地图设计和制图

– 利用Python语言编写ArcGIS脚本实现批量地图制作 2 课程设计实施步骤

1.使用ArcMap制作一幅基础地图

1.1 在ArcMap中选择创建一个新的地图

1.2 新建一个数据框，将需要使用的图层数据添加进来

1.3 设计地图主题和颜色样式

1.4 保存地图，输出为pdf或img文件

2.利用ArcScene制作一个三维地图

2.1 在ArcScene中选择创建一个新的地图

2.2 新建一个场景，将需要使用的图层数据添加进来

2.3 设计地图主题和颜色样式

2.4 调整场景视角，添加照明等效果

2.5 保存场景，输出为pdf或img文件

3.空间分析

3.1 针对某一具体问题，确定需要进行的空间分析操作

3.2 在ArcMap中打开需要分析的图层数据，并选择需要使用的分析工具

3.3 运行分析工具，生成分析结果，并将结果输出为shp文件

4.属性表管理

4.1 在ArcMap中打开需要进行管理的图层

4.2 点击“打开属性表”按钮，进入属性表页面

4.3 进行所需属性操作，如筛选、排序和分组 3 4.4 导出属性表，输出为csv或excel文件