地理信息系统实习教程

《地理信息系统实习教程》莆田学院环境与生命科学系陈菁实习一、栅格窗口分析一、目的窗口分析是栅格数据由局部向外延扩展分析的主要途径，本实验的目的在于：1、加深对栅格窗口分析基本原理、方法的认识；2、熟练掌握栅格窗口分析的程序设计方法。

3、熟练掌握ARCVIEW栅格窗口分析的技术方法。

4、掌握利用栅格窗口分析方法解决地学空间分析问题的能力。

二、实验准备1、软件准备：ARCVIEW、VB或VC2、数据准备：rclss1和info文件夹（Gridpoint），rclss2和info文件夹（Gridpoint1），rclss3和info文件夹（Gridpoint3），rclss4和info文件夹（Gridpoint2），calc1和info文件夹（有疵点的DEM）三、实验内容1、验证实验(1) 原理验证：A. 对rclss1层面采用3×3矩形分析窗口分别进行Maximum，Minimum，Mean，Sum，Standard Dev.，Majority，Minority的窗口分析。

Neighborhood statistics的操作方法如下：1)从视图目录表中激活点主题(rclss1)。

2)从【Analysis】菜单中选择【Neighborhood statistics】命令(如图1)。

图1 选择Neighborhood Statistics命令3)出现Neighborhood statistics对话框（如图2），在Field列表中选择邻域分析的字段，在Statistics列表中确定统计类型，在Neighborhood列表中选择邻域形状，在Arcview中有四种类型：(a) 圆形Circle (b) 矩形Rectangle (c) 环型Dough Nut (d) 楔型Wedge设置邻域形状参数：Circle：半径，Rectangle：宽度、高度，Dough Nut：内半径、外半径，Wedge：半径、起始角度、结束角度在Units复选框中选择表示邻域范围大小的单位，有两种类型：（1）Map：在View Properties中定义的地图单位；（2）Cell：用栅格数表示邻域分析范围的大小。

单击OK ，即可输出邻域分析新主题。

图2 Neighborhood statistics对话框B.对rclss1层面采用33及2×2矩形分析窗口分别进行Median，Variety和Range的窗口分析，同样对rclss2、rclss3和rclss4层面也作同样的分析，注意观察比较它们的原理。

（如图3、4、5）图3. 采用Median统计类型的窗口分析图4. 采用Variety统计类型的窗口分析在Arcview 中，2×2的分析窗口是以中心点为起算点，向右下方向开辟的窗口。

Median 统计类型是指a 1，a 2，……a n 这n 个数的中数，若n 为奇数，则Med= )1(21-n a ；若n为偶数，则Med=)(21222++n n a a 。

V ariety 统计类型是指，分析窗口范围内统计值的种类。

Range 统计类型是指，分析窗口范围内统计值的范围。

（2）参数验证：分析窗口的形状与大小A. 改变分析窗口的大小对rclss1层面采用矩形分析窗口、平均值Mean 的统计类型进行窗口分析，由3×3、5×5、7×7、25×25分别改变其窗口大小，注意观察窗口大小改变后分析结果有何变化，窗口范围重合时分析结果有何变化。

（如图6）B. 改变分析窗口的形状对rclss1层面采用3×3分析窗口、平均值Mean 的统计类型进行窗口分析，分别改变窗口形状：圆形Circle 、矩形Rectangle 、环型Dough Nut 、 楔型Wedge ，观察其变化，考虑它们在实际中的应用。

对于楔形Wedge 分析窗口，采用13×13的分析窗口，注意观察、判别起始角度与终止角度的位置。

（如图7、图8）图5. 采用Range 统计类型的窗口分析图6. 改变分析窗口的大小图7中楔形的起始角度为45度，终止角度为120度。

图7. 分析窗口为楔形时的分析结果图8. 分析窗口为环形时的分析结果图8中的环形内半径为3个格网，外半径为5个格网。

2、应用实验由calc和info文件夹给出的栅格层面是一个有疵点的DEM，运用窗口分析的方法找出疵点，想办法恢复DEM的正确状态。

解法：（1）由calc1层面进行3×3矩形窗口取Mean值的窗口分析，得到的结果与calc1层面相减，可判断出疵点所在的大概位置以及疵点的性质（突出或凹×陷）；对结果进行Map Query的运算，将远远大于或小于周围值的点提取出来，既是疵点所在位置（Map Query1）。

（2）由calc1层面进行3×3矩形窗口取Maximum值的窗口分析，得到的结果与Map Query1相乘，得到疵点所在位置的高程值（Map Calculation3）。

（3）将原始有疵点的层面calc1与Map Calculation3相减，得到疵点处高程值为0的结果Map Calculation4。

（4）将这一结果进行3×3矩形窗口取Mean值的窗口分析，得到的结果与Map Query1层面相乘，并加以系数8/9，得出疵点处的理论高程值Map Calculation5。

（5）将这一结果与疵点处高程为0的Map Calculation4层面相加，就得到了恢复后的正确的DEM（Map Calculation6），与我们已知的正确DEM（DEM）相减，可看到最大误差为0.033325，均值为0.000002，误差标准差为0.000251。

3、创新实验将窗口分析与遥感中的卷积运算联系起来，思索它们的异同，并根据卷积运算的算法，考虑编程实现3×3矩形窗口取Mean值的窗口分析算法。

四、实习报告要求将所做工作以幻灯片形式做以汇报，内容包括原理、过程、结果。

实习二、缓冲区分析一、目的缓冲区分析是用来确定不同地理要素的空间邻近性和邻近程度的一类重要的空间操作，通过本次实习，我们应达到以下目的：1、加深对缓冲区分析基本原理、方法的认识；2、熟练掌握ARCVIEW缓冲区分析的技术方法。

3、掌握利用缓冲区分析方法解决地学空间分析问题的能力。

二、实验准备1、软件准备：Arcview2、数据准备：文件point.dbf，point.shp，point.shx（点文件），文件line.dbf，line.shp，line.shx（线文件），文件polygon.dbf，polygon.shp，polygon.shx（面文件），三、实验内容1、原理验证实验(1) 点数据的缓冲区分析1)在视图中添加point层面并激活；2)在【Analysis】菜单中选择【Find mapping】命令；3)显示并激活由point.shp产生的新栅格主题，Distance to point.shp（如图1）。

图1. point层面的缓冲区分析在进行分析时，若选中了point层面中的某一个或几个要素，则缓冲区分析只对该要素进行；否则，对整个层面的所有要素进行。

(2)线数据的缓冲区分析1)在视图中添加line层面并激活；2)分别选中line层面中的两条线，进行缓冲区分析，注意比较线的缓冲区分析与点的缓冲区分析有何不同。

3)取消选定，对整个line层面进行缓冲区分析，观察与前两个分析结果的区别（如图2）。

(3)面数据的缓冲区分析添加polygon层面，进行缓冲区分析，观察面的缓冲区分析与点、线的缓冲区分析有何区别。

（如图3）2、应用实验(1) 水源污染防治point层面表示了水源（如：水井）的位置分布，要求利用缓冲区分析提出水源污染防治的方案。

图3. polygon层面的缓冲区分析图2. 对整个line层面所做的缓冲区分析方法：I、添加水源(例如：水井)分布的点主题point.shp。

II、在【Analysis】菜单中选择【Find distance】命令。

III、显示并激活由point.shp产生的新栅格主题，Distance to point.shp（如图4）。

图4. 水源距离制图IV、双击左边的图例，在弹出的Legend Editor对话框中可重新调整分级。

新的栅格主题显示了区域内每个栅格距最近的水井的距离，其中蓝色的栅格距各个井的距离最近，对水源的影响最大；红色的栅格距各个井的距离最远，影响最小。

在本例中认为距各个水井0.1以内的区域对水质的影响和污染最大，因此，在【Analysis】菜单中选择【Map Query】工具，可将Distance to point≤0.1以内的区域提出作为缓冲区进行专项的污染防治。

（如图5）。

图5. 水源污染防治的缓冲区(2) 受污染地区的分等定级point层面表示的是几个点状污染源，距污染源的远近不同，受污染的状况也不同，距污染源越近，受污染越严重，据此对污染源附近地区进行分等定级。

I、对point层面执行【Find distance】命令；II、对得到的新层面Distance to point进行Map Query运算，分别提取Distance to point≤0.1和Distance to point≤0.15 and Distance to point≥0.1的区域，分别得到Map Query1层面和Map Query2层面；III、对Map Query2层面进行重分类运算（【Analysis】菜单中的【Reclassify】命令），使得原来的True（1）值为0，False（0）值为1，得到Reclass of MapQuery2层面。

IV、将Map Query 1层面与Reclass of Map Query 2层面相加（【Analysis】菜单中的【Map Calculator】命令），得到分等定级的结果层面Map Calculation1（如图6）。

图6. 受污染地区的分等定级(3) 城市化的影响范围urban层面表示的是城市化进程中的一些工业小城镇，还包括一个自然生态保护区。

这些小城镇的城市化会对周边地区产生一些扩张影响，但自然生态保护区周围0.05的范围内不能有污染性的工业，因此其城市化的范围就受到限制。

I、对urban层面中的自然保护区图斑执行【Find distance】命令，得到Distanceto Lake of urban层面；对urban层面中的除了自然保护区的所有图斑执行【Find distance】命令，得到except Lake Distance to urban层面；II、对Distance to Lake of urban层面进行Map Query运算，提取Distance to Lake of urban≤0.05的区域，并进行重分类，使得原来的True（1）值为0，False（0）值为1，得到Reclass of Map Query3层面（如图7）；图7. 对自然生态保护区的保护范围III 、对except Lake Distance to urban 层面进行Map Query 运算，提取except Lake Distance to Lake of urban ≤0.06的区域，得到Map Query4层面（如图8）； IV 、 将Map Query4层面与Reclass of Map Query3层面相乘，得到城市化范围Map Calculation2层面（如图9）。