地理信息处理与建模实验五
实验五 地统计分析
一、实验内容：
实验分为两个部分：加州臭氧分布、华南地区的傣族地名分布。第一个部分将详细介绍ArcMap地统计相关内容，介绍了地统计向导 以及创建插值模型的过程；第二部分用于提高能力，很多地方需要同学们自行完成。
二、实验目标：
掌握ArcGIS地统计的方法，熟悉ESDA过程，在其他软件的辅助下，能够具体分析某一问题。
PART 1 加州臭氧浓度研究
练习1：使用缺省参数创建一个表面
练习2：数据检查
练习3：制作臭氧浓度图
练习4：模型比较
练习5：制作超出某一临界值的臭氧概率图
练习6：生成最终成果图
预备知识：
利用地统计分析模块，你可以根据一个点要素层中已测定采样点、栅格层或者利用多边形质心，轻而易举地生成一个连续表面。这些采样点的值可以是海拔高度、地下水位的深度或者污染值浓度等。当与ArcMap一起使用时，地统计分析模块提供了一整套创建表面的工具，这些表面能够用来可视化、分析及理解各种空间现象。
美国环保局负责对加利佛尼亚州的大气臭氧浓度进行监测。臭氧浓度值是通过遍布全州的监测站来测定的。已经知道所有监测站的臭氧值浓度，但是我们还想知道加利佛尼亚州其他任一地方的臭氧浓度值，但是考虑到费用以及实用性问题，我们不可能在任何地方都建立监测站。地统计分析模块提供了许多工具，通过检测所有采样点之间的关系，生成一个关于臭氧浓度值、预测标差（不确定性）以及超出临界值的概率的连续表面，从而使对其他点的浓度值进行最佳预测成为可能。
数据路径：...\sy5\Geostatistical Analyst
包括：
数据集 描述
Ca_outline 加州轮廓图
Ca‐ozone‐pts 臭氧采样点数据（单位：ppm）
Ca‐cities 加州主要城市位置图
Ca_hilshade 加州山体阴影图
臭氧数据集（O3_Sep06_3pm）表示的是1996年中每八个小时时段内的臭氧平均浓度的最大值，以ppm为单位。根据这些臭氧采样点的测量值，你可以生成两个连续表面（或地图），以现有的采样点数据为基础来预测加洲任意地方的臭氧浓度值。创建第一张图时你只需要简单地使用缺省选项即可，你会看到根据采样点数据生成表面是多么容易的事情。生成第二张图时，你可以较多的考虑采样点之间存在的空间关系，这时，你将要用到ESDA（空间数据探索分析）工具来检查你的数据。你还会学习到一些地统计选项，利用这些选项，你可以创建诸如剔除趋势并且模拟空间自相关的表面。利用ESDA 工具，通过对各种地统计参数的操作，你可以创建出更加精彩的表面。
很多时候，我们关心的并不是那些有损于健康的风险的实际值，而是它是否超出某一有毒水平，如果确实超出，必须采取行动。你创建的第三个表面将用来评估臭氧浓度超过临界值的概率。
对于本次实验，临界值规定如下：如果最大值超过0.12ppm，那么这个地方就应该被严密监测。利用这个标准，你可以利用地统计分析模块来预测臭氧浓度超出临界值的概率大小。本实验被分为各个单独的任务，你可以根据自己的学习进度来逐步熟悉地统计分析模块个各项功能。
练习1带你进入地统计分析模块，通过创建臭氧浓度表面的过程，你会发现使用缺省参数创建表面是一件很容易的事情。
练习2教你创建表面之前如何对数据进行检查。数据检查的目的是为了找出数据中那些离群值并且发现数据中存在的趋势。
练习3你将创建第二个表面，这个表面更多地考虑了练习2中数据分析发现的空间
关系，并且对练习1中生成的表面进行了改进。该练习还将向你介绍地统计学中的一些基本概念。
练习4教你如何对练习1和练习3中创建的表面进行比较，并判断哪个表面对未知值的预测更好。
练习5指导你创建臭氧浓度超出临界值的概率图，从而生成第三个表面。
练习6需要你利用ArcMap的功能将你在练习3和练习5中创建的表面放在一起做最终的显示。
练习1：利用缺省参数创建一个表面
1.1 启动ArcMap并激活地统计分析模块（Geo-statistical Analyst）
1.2 添加Geostatistical Analyst工具条到ArcMap中。
1.3在ArcMap中添加数据层
一旦数据加入后，你就能利用ArcMap来显示数据，而且如果需要，你还可以改变每一层的属性设置（如符号等等）
1．添加O3_Sep06_3pm 和 ca_outline 数据集。
2．单击目录表中的ca_outline图层的图例，将此图层改为透明（无颜色），只显示轮廓即可，以便让你看见在在后面所要创建的其他图层。
3．双击内容列表中 O3_Sep06_3pm 图层的名称，在图层属性 对话框中，单击符号系统选项卡；在“显示”对话框中，单击数量，然后单击分级色彩。
4. 在“字段”对话框中，将“值”设置为 OZONE。
5. 选择“黑色到白色”色带，以便这些点可以在本教程将要创建的颜色表面之上凸显出来。
6．将地图保存。新建一个本地工作目录（如F:\sy5\Geostatistical）,建议将地图命名为Ozone Prediction Map.mxd。建议你在每个练习之后都要讲将地图保存。
1.4 利用缺省值创建表面
下一步你将利用地统计分析模块的缺省设置来创建一个臭氧浓度表面。将使用默认 Geostatistical Analyst 设置创建（插值）臭氧浓度表面。臭氧点数据集 (O3_Sep06_3pm) 将用作输入数据集，并采用普通克里金法对值未知的位置处插入臭氧值。在许多对话框中你可以直接单击下一步按扭 ，接受缺省参数设置。你不必考虑本练习中的对话框细节，在后续练习中这些对话框你还会接触到。本练习的目的正是利用缺省选项来创建一个表面。
1．单击Geo‐statistical Analyst，然后单击地统计向导。
2. 在方法列表框中，单击克里金法/协同克里金法。
3. 单击源数据集箭头，然后单击 O3_Sep06_3pm。
4. 单击数据字段箭头，然后单击 OZONE 属性。
5．单击Next按扭。
默认情况下，普通（克里金法）和预测（地图）在对话框中处于选中状态。
6.单击下一步将显示半变异函数/协方差模型，这样便可检查测量点之间的空间关系。可假设距离较近的事物比距离较远的事物更相似。通过半变异函数可探索该假设。通过拟合半变异函数模型来获得数据中空间关系的过程被称为变异分析。
7. 单击下一步。
十字光标显示没有测量值的位置。要预测出十字光标处的值，可利用已测量位置的值。你知道，对于尝试预测未测量位置的值而言，距它最近的已测量位置的值与其最为相近。下图中为红点赋予的权重（或对未知值的影响）将大于绿点，因为红点更接近预测位置。通过使用周围的点以及之前拟合出的半变异函数/协方差模型，可预测出未测量位置的值。
8.单击下一步。
交叉验证图可以了解模型对未知位置的值所做预测的准确程度。
9. 单击完成。
生成方法报告，对话框用于汇总与创建输出表面所用方法（及其相关参数）有关的信息。
10. 单击确定。
预测的臭氧地图以置顶图层的形式添加到内容列表中。
11. 在内容列表中双击图层打开图层属性对话框。单击常规选项卡，将该图层名称更改为 Default Kriging，再单击确定。更改该图层名称有助于将该图层与后面实验中将要创建的图层相区别。
12.对多余的部分进行裁剪
要将预测表面的范围限制在加利福尼亚州之内
（1）右键单击 Default Kriging 图层，然后单击属性。单击范围选项卡。
（2）单击将范围设置为箭头 ‐> ca_outline 的矩形范围 ‐> 确定。插值区域会扩展以覆
盖整个加利福尼亚州。
（3）右键单击内容列表里的图层数据框，单击属性，然后单击数据框选项卡。
（4）单击裁剪选项箭头，选择裁剪至形状，然后单击指定形状按钮。
（5）在数据框裁剪 对话框中，单击要素的轮廓按钮，单击图层箭头，然后单击 ca_outline。 （6）单击确定，然后再次单击确定。
预测的表面被裁剪，从而不会显示州界以外的数据，而是显示整个州内的区域，如上所示。
1.5预测
1.将O3_Sep06_3pm 图层拖动至内容列表的顶部。
2.右键单击内容列表中的 Default Kriging 图层，然后单击验证/预测。
会打开“GA 图层至点”地理处理工具，同时 Default Kriging 图层被指定为输入地统计图层。
输入地统计图层应会自动设置为 Default Kriging。对于观测点位置，导航至sy5，然后单击 ca_cities 数据集。保持要验证的字段(可选) 为空，因为我们只想生成对主要城市的臭氧预测，并不想使用测量值来验证预测值。为了输出点位置处的统计数据，导航至为输出创建的文件夹并将输出文件命名为 CA_cities_ozone
“GA 图层至点”地理处理工具对话框应如下所示：
3.将CA_ozone_cities.shp通过添加至ArcMap，右键单击此图层，打开属性表即可观察预测值。
现在，你已经创建了一幅臭氧浓度地图并完成了练习 1。尽管使用“地统计向导”所提供的默认选项来创建表面地图是一项简单的任务，但遵循如下所示的结构化过程非常重要：
你将在本次实验后续练习中练习使用该结构化过程。此外，在练习 5 中，你还将创建一个显示臭氧浓度超出指定阈值的概率的表面。请注意，练习 1 中已执行该过程的第一步，即“表现数据”。在练习 2 中，将探索该数据。
在本练习里，介绍了地统计向导 以及创建插值模型的过程。下面的练习将通过从数据中尽可能多地提取相关信息来细化该过程，以创建出更好的模型。
练习2：数据检查
在本练习中，你可以用三种方式对数据进行检验：
☆ 检测数据分布
☆ 发现数据可能存在的趋势
☆ 找出数据间的空间自相关以及方向效应
打开Ozone Prediction Map.mxd
2.1 检查数据的分布
当数据服从正态分布时，插值方法生成表面的效果最佳。如果你的数据是偏态分布的，即向一边倾斜，则你可以选择数据变换使之服从正态分布。因此在创建表面之前了解你的数据分布非常重要。Histogram（直方图）工具描绘了数据属性的频率直方图，使你能够针对数据集的每一种属性检测其单变量分布。接下来，你就是要检查图层O3_Sep06_3pm的臭氧分布情况。
1．单击 O3_Sep06_3pm，并将它移到目录表的顶层，然后将ca_outline置于O3_Sep06_3pm图层的下面。
2. 在 Geostatistical Analyst 工具条上，单击 Geostatistical Analyst > 探索数据 > 直方图。
3. 在直方图 对话框中，单击属性箭头，然后单击 OZONE。
4. 为了便于阅读，x 轴上的值已经按系数 10 重新进行了调整。可能要重新调整“直方图”对话框的大小并移动其位置，以便可同时看到地图。
5. 在直方图中，臭氧值的分布以分成 10 个级别的臭氧值范围加以描述。每个级别中数据的频数以各条块的高度表示。通常，分布的重要特征包括其中心值、偏离程度和对称度。作为一种快速检查手段，如果平均值和中值近似相同，则初步证明数据可能呈正态分布。
6. 该臭氧数据直方图表示数据为单峰（一个高峰）并且向右偏移。分布图的右侧尾部表示存在的采样点相对较少但臭氧浓度值较高。似乎该数据不接近于正态分布。
7. 通过单击并在其上方拖动光标来选择那两个臭氧值大于 0.10 ppm 的直方图条块（别忘了这些值已经按系数 10 做过重新调整）。
同时地图上会对应选择处于此范围内的采样点。注意到，这些采样点中的大多数位于加利福尼亚州的中央谷中。
8. 单击工具 工具条上的清除所选要素按钮 以清除地图和直方图上的所选点。
9. 单击“直方图”对话框右上角的关闭按钮。
2.2 正态QQ图
QQ图提供了另外一种度量数据正态分布的方法，利用QQ图你可以将现有数据的分布与标准正态分布对比，如果数据点接近一条直线，则它们越接近于服从正态分布。
1.在 Geostatistical Analyst 工具条上，单击 Geostatistical Analyst > 探索数据 > 正态 QQ
图。
2.单击属性箭头，然后单击 OZONE。
3.常规的 QQ 图是两个分布的分位数对照绘制出的一种图。对于两个相同的分布，QQ 图将是一条直线。因此，可以通过对照绘制数据的分位数与标准正态分布的分位数来检查臭氧数据的正态分布。从上述的正态 QQ 图中，你可以看到该图并不是非常接近于一条直线。与此线的主要偏离发生在低臭氧浓度值处（在上图中选中并以绿色显示，已通过在这些臭氧浓度值的上方单击并拖动光标来选择它们）。
4.如果这些数据在直方图或正态 QQ 图中未呈现正态分布，可能必需对这些数据进行转换使其符合正态分布，然后再应用某些克里金法插值技术。
5.单击位于正态 QQ 图 对话框右上角的关闭按钮。
2.3识别数据中的全局趋势
如果在数据中存在趋势，则该趋势就是可以通过数学公式表示的表面的非随机（确定性）组成部分。例如，可以通过平面表示一个平缓的山坡。山谷可以使用更复杂的公式（二阶多项式）通过创建 U 形来表示出来。通过此公式可以生成所需表面的制图表达。但是，多数情况下公式生成的表面过于平滑，而无法准确地描述实际情况，因
为没有山坡是理想的平面，也没有任何山谷是理想的 U 形。通过以下步骤可以将局部变化添加到表面，即，使用其中某个平滑函数为趋势建模、从数据中移除趋势并通过为残差（移除趋势后的剩余部分）建模继续进行分析。为残差建模时，分析表面中的短程（局部）变化。通过“趋势分析”工具可以识别输入数据集中存在的/不存在的趋势，并且可以识别出最佳拟合此趋势的多项式阶数。
1在 Geostatistical Analyst 工具条上，单击 Geostatistical Analyst > 探索数据 > 趋势分析。 2单击属性箭头，然后单击 OZONE。
趋势分析图中的每个垂直杆对应表示一个臭氧测量的位置和值（高度）。这些数据点都投影到垂直平面上，即，东西向平面和南北向平面。穿过这些投影点绘制出一条最佳拟合线（多项式），显示特定方向上的趋势。如果此线是平的，则表示不存在趋势。但是，如果观察下图中浅绿色的线，可以看到该线从低值开始，其值随着该线向 x 轴的中心移动而增加，随后下降。与此类似，蓝线的值随着此线向北移动而增加，并且从该州的中心开始下降。这就说明数据似乎从数据值域的中心向所有方向都呈现了很强的趋势。
3单击旋转位置滚动条并且向左滚动直到旋转角度为 90 度。
4可以看到在旋转这些点时，趋势始终呈现为倒置的 U 形。此外，对于任何特定的旋转角度，该趋势似乎并未表现出更强的趋势（更明显的 U 形），再次印证了之前的观察结果，即从数据值域的中心向所有方向都呈现了很强的趋势。由于此趋势为 U 形，因此将二阶多项式用作全局趋势模型是不错的选择。产生此趋势的可能原因是：海岸地区的人口较少，而较远的内陆地区人口众多，通往山区时人口又逐渐减少。在练习 4 中，将移除这些趋势。
5单击位于趋势分析 对话框右上角的关闭按钮。
2.4检查空间自相关和方向影响
1在 Geostatistical Analyst 工具条上，单击 Geostatistical Analyst > 探索数据 > 半变异函数/协方差云。
2单击属性箭头，然后单击 OZONE。
通过半变异函数/协方差云可以检查测量样本点之间的空间自相关。通常假定，相互之间越接近的事物就越相似。通过半变异函数/协方差云可以检查此关系。为此，在 y 轴上相对于分隔每对测量值的距离（在 x 轴上绘制）绘制半变异函数值（每个位置对的值的差值平方）。
在半变异函数/协方差云中的每个红色圆点表示一个位置对。因为相互之间越接近的位置就应该越相似。在半变异函数图中，相互之间最接近的位置（在 x 轴的最左侧）应该具有较小的半变异函数值（y 轴上的低值）。随着位置对之间的距离增加（在 x 轴上向右移动），半变异函数值也应该增加（在 y 轴上向上移动）。但当到达某个距离时云会变平，这表示相互间的距离大于此距离的点对的值不再相关。
观察半变异函数图，如果出现某些非常接近的数据位置（在 x 轴上接近零）却具有高于预期的半变异函数值（在 y 轴上的高值），则应该调查这些位置对，看一下是否存在不准确的数据。
3在工具 工具条上单击通过矩形选择要素按钮 ，然后在半变异函数/协方差云 对话框中某些具有较大的半变异函数（y 轴）值的点的上方单击并拖动光标以选择这些点。（使用左侧的图作为指导。选择的点不需要与下图所示的点完全相同。）
4在半变异函数图中选择的采样位置对高亮显示在地图上，连线位置对的线指示配对关系。正如可从默认的克里金预测地图预想到的，在某个位置对中的各点之间特定距离上具有高的半变异函数值的连线与臭氧值中最大梯度相对应。
5下图显示了具有典型半变异函数值的位置对，其点对之间的距离大致相同。
6其中的大多数连线与海岸线大致平行。我们可以看到数据受到方向因素的影响。当地的环境科学家可能了解这些方向影响的原因，并且可在不知道高空大气污染的来源的情况下，通过统计方式对其进行量化。这些方向影响因素将会影响到下一个练习中创建的表面的准确性。但是，只要知道其中存在一些影响因素，Geostatistical Analyst 便可提供工具以便在表面创建过程中将其考虑进来。使用“搜索方向”工具，可浏览半变异函数云中的方向影响。
7选中显示搜索方向。
8单击并将方向光标移动到任一角度。
9光标所指向的方向决定了将在半变异函数图上绘制的数据位置对。例如，如果光标指
向东西方向，将仅在半变异函数上绘制其相互之间处于东或西方向上的数据位置对。这
样可以排除你不感兴趣的位置对并且可以浏览施加于数据上的方向影响。
10单击并沿着具有最高半变异函数值的位置对拖动通过矩形选择要素工具，以便在半变
异函数图和地图中选择这些位置对。（以下图作为指导。不必选择与下图中相同的点，
也无需使用相同的搜索方向。）
11请注意，大多数连接的位置（用于表示地图上的点对）对应于加利福尼亚州中部区域
的采样点之一。这是因为此区域的臭氧值高于加利福尼亚州的任何其他地区。
12单击位于该对话框右上角的关闭按钮。单击工具 工具条上的清除所选要素按钮 ，
以清除地图上的所选点。
练习3：制作臭氧浓度图
在练习1中，你已经利用缺省参数生成了臭氧浓度图。然而你并没有把采样数据的 统计属性考虑进去。举例说，在练习2中进行数据检查时发现，数据显示出一种趋势。
这种趋势可以在插值过程中表现出来。
本练习你将学习：
对练习1中生成的臭氧浓度图进行改进。
学习一些基本的地统计思想。
你将再一次使用普通克里格插值法，并且在你的模型中加入趋势因素以便进行更好
的预测。
3.1基础工作
1.如果已关闭前一次 ArcMap 会话，则再一次启动该程序并打开 Ozone Prediction
Map.mxd。
2.确保未选择任何表示臭氧测量值的点。如果选择了一些这样的点，那么请在基础
工具 工具条上单击清除所选要素按钮 ，以清除选择。
3.在 Geostatistical Analyst 工具条上，单击 Geostatistical Analyst > 地统计向导。
4.在“方法”列表框中，单击克里金法/协同克里金法。
5.单击输入数据下拉箭头，然后单击 O3_Sep06_3pm。
6.单击属性下拉箭头，然后单击 OZONE 属性。
7.单击下一步。
默认情况下，选择“普通克里金法”类型和“预测”输出类型。
在练习 2 的数据探索过程中，发现了全局趋势。利用“趋势分析”工具进行细化后，确定二阶多项式似乎比较合理。这种趋势可由数学公式表示，并且可以从数据中移除。 趋势移除后，将对表面的残差或短程变化分量进行统计分析。在最后一个表面创建之前，趋势将自动添加回去，以便预测生成有意义的结果。
8.单击趋势的移除阶数下列箭头，然后单击二阶。
9.将对二阶多项式进行拟合，这是因为在练习 2 中的“趋势分析”对话框内检测到
U 形曲线。
10.单击下一步。
11.默认情况下，Geostatistical Analyst 将绘制数据集的全局趋势图。表面表明西北‐
东南方向的变化最快，东北‐西南方向的变化较为平缓（所以是椭圆形）。
12.仅在合理的情况下移除趋势。西南‐东北方向的空气质量趋势可归因于山地与海
岸之间臭氧的增加。高程和盛行风方向也是山地和海岸处出现相对低值的因素。
人口密度过大也会导致山地与海岸之间的污染等级较高。因此，在合理的情况下，可移除这些趋势。
13.在“去除趋势”对话框中，单击下一步。
3.2半变异函数/协方差建模
在练习 2 中，利用“半变异函数/协方差云”工具，探索了测量点的总体空间自相关。为此，检查了半变异函数值，其中，半变异函数值显示出从相隔不同距离的采样位置对获取的臭氧测量值的差值的平方。半变异函数/协方差建模的目标是为模型确定经过半变异函数中的点的最佳拟合曲线（在下图中以蓝色线表示）。半变异函数是一种图形表示法，用于展示数据集的空间相关性。
通过“半变异函数/协方差建模”对话框，可以将模型与数据集的空间关系进行拟合。Geostatistical Analyst 首先确定对半变异函数值进行分组所需的合适的步长大小。步长大小是指距离类的大小，位置对按其进行分组，以减少大量的可能组合。在练习 2 中，“半变异函数/协方差云”为数据集中的每个点对显示一个红点。我们现在的目标就是拟合出一条经过那些点的曲线。为了对半变异函数值有一个较为清晰的描述，根据经验半变异函数值所关联的间距，对经验半变异函数值（红点）进行分组。这些点被分割为条柱（或步长），而步长大小则确定每个间距（条柱）的宽度。此过程称为分组 (binning)。
请注意：由于分组，此半变异函数中的点少于练习 2 中见到的半变异函数云中的点。“半变异函数/协方差建模”对话框将半变异函数值显示为一个表面（对话框左下方的地图）和一个将半变异函数值与间距相关联的散点图。默认情况下，将计算最佳的参数值，以得到一个全向的（所有方向）稳定半变异函数模型。还可以使用其他类型的半变异函数模型，具体取决于模型与数据的拟合程度。全向稳定半变异函数模型的参数值有：块金、变程、偏基傣和形状。你将会注意到在较短距离处，半变异函数模型（蓝色线）骤然上升，然后趋于平稳。变程是半变异函数模型开始趋于平稳的距离。半变异函数趋于平稳表明变程以外的属性（臭氧）值几乎不存在自相关。
拟合算法实际上使用的是可变的步长大小，这种可变的步长大小使得臭氧浓度的空间自相关可以被很好地捕获，尤其是在短距离处（对于插值尤为重要）。例如，通过选择对话框的导出 > 变异分析部分中的将几何值另存为表可导出这些步长大小的半变异函数值，还可利用 Excel 显示这些半变异函数值。
通过移除趋势，半变异函数将对数据点的空间自相关建模，而无需考虑数据的趋势。在生成最后一个表面之前，趋势将自动添加回计算中。
表示通过计算得到的半变异函数值的色标可提供图上的经验半变异函数值与半变异函数表面上的经验半变异函数值之间的直接连接。半变异函数表面中的每个像元的值都是经过颜色编码的，其中，蓝色和绿色表示较小的值，橙色和红色表示较大的值。半变异函数表面的每个像元的平均值都绘制在半变异函数图上，并表示为红点。每个步长（包含许多像元）的平均值也都绘制在半变异函数图上，并表示为蓝色的十字。半变异函数图上的 x 轴表示像元的中心与半变异函数表面的中心之间的距离。对于臭氧数据，半变异函数开始时在短距离处的值较小（在距离较近的位置测得的臭氧值彼此类似），随着距离的增大，半变异函数的值也随之增大（测量臭氧值的位置离得越远，臭氧值的差异越大）。注意：从半变异函数表面可看出，与南北方向相比，臭氧值在东西方向上的相异性增加得更快。之前，移除了一个粗尺度趋势。现在，自相关似乎仍然存在方向分量，所以需要将该方向分量插入下一个模型中。
3.3方向半变异函数
方向影响将影响半变异函数的点以及要拟合的模型。在某些方向上，彼此距离较近的事物比在其他方向上更相似。Geostatistical Analyst 可以考虑方向影响或半变异函数模型中的各向异性。风、径流、地质构造或其他各种因素都可以导致各向异性。绘制地图时，方向影响可通过统计的方式进行量化和计算。
可利用“搜索方向”工具浏览某个方向的数据点的相异性。可以在半变异函数图上检查方向影响。它不会影响输出表面。下列步骤说明了如何完成上述操作。
步骤:
1.输入新的步长大小值 15000。减小步长大小意味着放大以便对局部空间数据变化
的详细信息进行建模。
2.将“显示搜索方向”选项从 False 更改为 True。
注意半变异函数值的数量的减少。图中仅显示搜索方向上的那些点。
3.单击并使鼠标指针停留在“搜索方向”工具的蓝色中心线上。
拖动中心线更改搜索方向。更改搜索方向时，请注意半变异函数图的改变。只有搜索方向上的半变异函数表面值将绘制在上面的半变异函数图上。
要想确切考虑表面计算结果的半变异函数模型受到的方向影响，必须计算各向异性的半变异函数或协方差模型。
4.将各向异性选项从 False 更改为 True。
5.半变异函数表面上的蓝色椭圆表示半变异函数在不同方向上的变程。在这种情况
下，长轴近似位于 NNW–SSE 方向。现在，各向异性将被纳入模型中以针对输出表面中自相关的方向影响进行调整。
6.在视图设置下将搜索方向的角度从 0 更改为 61.35，以便方向指针与各向异性椭
圆的短轴重合。
7.注意：半变异函数曲线的形状更加快速地增大到其基傣值。由于 x 坐标和 y 坐
标以米为单位，所以该方向上的变程接近 110 千米。
8.在视图设置下将搜索方向的角度从 61.35 更改为 151.35，以便方向指针与各向
异性椭圆的长轴重合。
9.半变异函数模型更加平缓地增大，然后达到稳定状态。该方向的变程大约为 180
千米。半变异函数模型在步骤 13 和步骤 14 中达到的稳定值是相同的，称为基傣。变程是半变异函数模型达到其极限值（基傣）的距离。在变程以外，随着步长距离的增加，点与点之间的相异性趋于恒定。彼此之间的距离大于变程的点在空间上不具有相关性。
10.块金表示测量误差和/或微刻度变化（空间刻度小至无法检测的变化）。如果每个
位置都设有多个观测点，则可以估计测量误差；或者可以利用“误差测量”控件将块金分解为测量误差和微刻度变化。
11.单击下一步。
12.现在，可以利用拟合的模型描述空间自相关，而且还可将数据的趋势和方向影响
纳入考虑范围。该信息以及预测位置周围的位置的配置和测量值用于进行预测。
可是该如何利用测量值进行预测呢？
3.4搜索邻域
一般的做法是限制使用的数据，具体为定义一个圆（或椭圆）将用于预测未测量位置的值的点包围起来。此外，为避免特定方向出现偏差，可以将圆（或椭圆）分成若干个扇形，在每个扇形中都选择了相同数量的点。利用“搜索邻域”对话框，可以指定点的数量（最多 200 个）、半径（或长轴/短轴）以及要用于预测的圆（或椭圆）的扇形的数量。 “数据视图”窗口中选择的点表示权重，这些权重将要与每个测量值相关联，以便对标有十字光标的位置的值做出预测。在本示例中，有五个测量值（以红色显示）的权重超过 10%。权重越大，该值对标有十字光标的位置的预测的影响就越大。
步骤:
1.单击“表面预览”以选择预测位置（十字光标所在处）。注意在要用于计算预测位
置的值的数据位置（连同其关联的权重）的选择中发生的变化。
2.为完成本练习，请在预测值下，对 X 输入 66000，对 Y 输入 ‐220000。
3.将从变异函数中复制更改为 False，然后在角度文本框中输入 90。
注意搜索椭圆的形状是如何变化的。
地理信息系统知识点大全
绪论 简述GIS的理解（需具体说明） 地理信息系统、地理信息科学、地理信息服务、地理信息解决方案 GIS的概念 GIS是由计算机硬件、软件、用户、空间数据和不同方法组成的系统，该系统用来支持空间数据采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题。 GIS是以一种全新的思想和手段来解决复杂的规划、管理和地理相关问题，例如城市规划、商业选址、环境评估、资源管理、灾害监测、全球变化。 地理信息的定义 理解1：地理信息是有关地理实体的性质、特征和运动状态的表征和一切有用的知识； 理解2：表征地理系统诸要素的数量、质量、分布特征、相互联系和变化规律的数字、文字、图像和图形等的总称； 理解3：一切与空间位置有关的信息都叫做地理信息。它起源于地图，地图是地理信息的载体，具有存储、分析与显示地理信息的功能。 地理信息的特点 空间分布性：地理信息的定位特征多维性：单点多重属性信息动态性（时间性）：随时间动态变化数据量大：具有空间特征、属性特征、时间特征 地理信息含义 “有地理参照的信息”(Geographically Referenced Information)或者，“与地理位置有关的信息”GIS的定义、特点 地理信息系统就是具有采集、存储、查询、分析、显示和输出地理数据功能的计算机软硬件系统。地理信息系统是一种以地理坐标为骨干的信息系统。 GIS的组成 ①系统硬件 GIS主机：大型、中型、小型机，工作站/服务器、微型计算机 GIS外部设备：输入设备：数字化仪、扫描仪、解析和数字摄影测量设备、全站仪等；输出设备：绘图仪、打印机、图形显示终端等；数据存贮与传送设备：磁带机、光盘机、活动硬盘、U盘、MP3等 GIS网络设备：布线系统、网桥、路由器、交换机等 硬件的三种应用模式 单机模式： 由基本外设、处理设备和输出设备构成 适用于小型GIS建设 数据传输与资源共享不方便 局域网模式： 部门或单位内部GIS建设 专线连接 资源共享较方便 广域网模式： 用户分布地域广泛，不适合专线连接 公共通讯连接 资源共享方便 局部范围为局域网，通过若干通道与广域网连接 ②系统软件 系统软件主要是计算机的操作系统以及各种标准外设的驱动软件，目前流行的有DOS、Windows98/Nnt/2000/XP、UNIX 等。系统软件关系到GIS软件和开发语言使用的有效性，是GIS软硬件环境的重要组成部分。 基础软件 数据库软件 流行数据库软件主要有Oracle、Sybase、Informix、DB2、SQL Server、Ingress等。 Oracle、Informix、Ingress等关系数据库管理软件都相继增加了空间数据类型。而ESRI公司的SDE（Spatial Database Engine）也是基于关系数据库的空间数据管理平台。 图形平台 某些GIS软件中图形处理平台。如AutoDesk公司开发的基于AutoCAD的AutoMap GIS软件、Intergraph公司的基于MicroStation的MGE GIS软件 ③空间数据是GIS的血液 GIS的操作对象为空间数据 空间数据特征：空间参考、属性、时间数据； 空间数据组织：矢量结构、栅格结构。 ④管理人员 GIS的开发是以人为本的系统工程。 业务素质与专业知识是GIS工程及应用成功的关键。 不但对GIS的技术和功能有足够的了解，而且要具备组织管理管理的能力。 技术培训、硬件维护与更新、系统升级、数据更新、文档管理、数据共享建设等。 GIS 功能：采集、处理、分析、查询、管理、显示、输出空间查询：位置查询、属性查询、拓扑查询 空间查询是最基本的分析功能，包括从空间位置检索空间物体和从属性条件检索空间物体 空间分析：地形分析、网络分析、缓冲区分析、几何量测、地图分析、叠置分析、统计分析、决策分析 缓冲区分析：解决近邻度问题 缓冲区分析就是对一组或一类地物按缓冲的距离条件，建立缓冲区多边形图，然后将这个图层与需要进行缓冲区分析的图层进行叠加分析，得到所需要的结果。 网络分析：解决路径分析和资源优化配置的问题 GIS中的网络由一系列相互联系的线状要素组成的，是对城市网络的抽象。 叠加分析：解决设施的选址问题 把同一地区的两幅或两幅以上的图层重叠在一起进行图形运算和属性运算，产生新的空间图形和属性的过程。 GIS的产生和发展（选择或判断） 1963年加拿大测量学家Tom linson创造了GIS系统 ①60年代起步阶段②70年代巩固阶段③80年代突破阶段④90年代产业化阶段⑤21世纪网络化阶段 简述GIS的建模过程：了解目的（实际问题）；准备所需数据，建立所需空间数据库；建模；查询和分析；生成报表。 举例说明GIS可应用的行业 所谓地理信息系统的应用就是人们应用GIS对地球表层人文经济和自然资源及环境等多种信息进行管理和分析，以掌握城乡和区域的自然环境和经济地理要素的空间分布、空间结构、空间联系和空间过程的演变规律，使它成为国家宏观决策和区域多目标开发的依据，从而为区域经济发展服务。 气象部门、环境评估、宏观决策、规划决策、A VHRR、城市土地利用信息系统、电信资源管理、铁路地理信息系统、公安警用地理信息系统、医疗机构信息查询 GIS的地学基础 GIS中为什么要考虑地图投影 地理坐标为球面坐标，不方便进行距离、方位、面积等参数的量算与分析。 地球椭球体为不可展曲面 地图为平面，符合视觉心理，并易于进行距离、方位、面积等量算和各种空间分析 地球椭球体是不可展曲面，而地图是一个平面，当球面展开为平面时必然产生破裂或褶皱。“地图投影”就是要解决球面不可展的矛盾。 地图投影 由于球面上一点的位置是用地理坐标(经度、纬度)表示，而平面上是用直角坐标(纵坐标、横坐标)或者极坐标(极径、极角)表示，所以要想将地球表面上的点转移到平面上，必须采用一定的数学方法来确定地理坐标与平面直角坐标或极坐标之间的关系。这种在球面和平面之间建立点与点之间函数关系的数学方法，称为地图投影。地图投影是保证地图精确度的重要的数学基础之一。 地图投影变形：面积变形、角度变形、长度变形 地图投影分类 投影面及球面的位置：圆锥投影、圆柱投影、方位投影
《地理信息系统原理与应用》期末试题
《地理信息系统原理与应用》期末试题 1、如果写一篇关于GIS系统设计的文章，大体思路？ GIS的系统设计包括四个阶段：开发计划，系统分析，系统设计、系统实验。 ①在对现行系统进行调查分析的基础上，确定用户需求和系统的设计开发目标和总要求，制定并筛选出最佳方案，编制可行性研究报告。 ②系统分析工作内容主要包括：详细系统调查、功能需求分析、数据分析，提出系统开发设计的逻辑模型和系统报告的编制。 ③提出一个物理模型，在各种技术手段和处理方法中权衡利弊，选择最合适的方案，实施物理模型，解决“如何做”的问题。 ④系统设计完成，经调试、组织验收，通过后实施。在运行过程中，要注意系统的维护，以保证系统的可持续使用。 2、GIS某一研究热点的发展现状？ 3、GIS在某一方面的具体应用？ 利用GIS的数值分析方法来估算土壤水土流失程度，首先确定土壤流失的数字分析模型，根据模型确定影响土壤流失的因子，这些因子必须能够反映不同的土壤的性质，不同的坡面形态，以及不同的植被条件；然后选择格网尺寸，建立各个影响因子的栅格数据；最后将多种信息加以复合，确定研究地区土壤流失量的各种不同等级，为制定区域的水土保持规划提供依据。应用模型的步骤：1）明确分析目的评价准则2）准备分析数据3）空间分析操作4）结果分析5）解释评价结果。4、空间数据管理的难点是什么？为什么？在Arcgis等软件中如何管理？ 由于地理实体或地理现象的非结构化特征，决定了地理空间数据存在非结构特征。如一条弧段可能只有两个坐标对，也可能有千百个坐标对，因此弧段记录的长度是不定的；此外，一个多边形可能只由一条弧段封闭组成，也可以由若干弧段首尾相连而成，因此多边形记录是多条弧段的嵌套。这种变长记录和不定结构的特征，是一般关系型数据库不能满足的，也是空间数据管理的难点。ArcGIS软件使用geodatabase数据库管理空间数据。 5、空间数据处理的内容？ 空间数据处理包括：坐标转换、数据格式转换、投影转换、数据压缩处理、图幅拼接以及拓扑关系的生成。 坐标转换包括：平移、缩放、旋转。 数据格式转换的内容包括：空间定位信息、空间拓扑关系、属性信息。转换方式有三种：外部数据交换、标准空间数据交换、空间数据互操作方式。 投影转换可由三种途径实现：①直接转换，通过建立一种投影变换为另一种投影的严密或近
地理信息系统-指导书
地理信息系统建设 作业指导书 编制： 审核： 批准: 受控状态：受控 发布日期：实施日期： 一、总则 1、目的与意义 为保证本公司地理信息系统建设工作的规范化管理，统一测绘技术标准采用和测绘成果格式的一致性，使工作做到质量可靠、经济合理、技术先进，故特根据现有法律法规以及国家和行业技术规范制定本作业指导书。 2、适用范围 适用于我公司承接的所有地理信息系统建设项目。 3、技术依据 1）《第二次全国土地调查技术规程》TD/T 1014-2007； 2）《土地利用现状分类》GB/T 21010-2007； 3）《城镇地籍数据库标准》TD/T1015—2007； 4）《地籍调查规程》TD/T 1001-2012； 5）国土资源部发布的其他相关技术规范。 4、技术路线 1）收集资料：收集项目区已有各类控制点资料、现状图、行政区划图及影像图等资料。2）实地踏勘：对项目区的已有国家大地点、勘测范围、权属情况、地形地貌、主要村庄及交通状况进行踏勘，并充分了解当地气候、通讯、供电等情况。 3）技术设计：对前期所收集资料和踏勘情况进行整理分析，依据行业规程规范及本项目的特殊要求编制技术设计书。 4）人员培训：按照质量保证体系的要求，依据本项目涉及的规程规范对参与本项目的所有人员进行技术交底和技术培训。 5）控制测量：在项目区内分级合理布设控制点，平面控制用静态GPS观测，高程控制使用电子水准仪观测。 6）碎部测量：采用RTK配合全站仪的方法进行数据采集。 7）建立数据库：采用MAPGIS、ArcGIS软件对采集的数据进行编辑入库。 8）总结报告：对本项目勘测过程及成果进行分析总结。 9）质量检查：在作业过程中，依据公司质量保证体系对每道工序进行严格检查。 10）验收提交：经甲方验收合格后，将成果提交甲方。 二、地理信息系统建设 1、数学基础 1）平面坐标系统：采用1980西安坐标系或1954北京坐标系 2）高程系统：采用1985国家高程基准
GIS10.0的基本操作
红色的我不会， 会的告诉我， 错了告诉我。 操作题 1、创建文件地理数据库。打开arccatalog→右击目标文件夹→新建→文件地理数据库。 2、在文件地理数据库中创建要素集。右击文件地理数据库→新建→要素类→填写新建要素 类对话框→点击下一步→选中所需的坐标系→下一步→下一步→下一步→完成。（右击生成的要素类→属性可以修改刚刚的设置） 3、在文件地理数据库中创建点、线、面要素。操作同上 4、在个人地理数据库中创建栅格数据集，在创建的栅格数据集中，加载栅格数据。右击目 标文件→新建→个人地理数据库→右击该个人地理数据库→新建→栅格数据集→弹出 创建栅格数据集对话框→填写内容→确定。生成。右击生成的栅格数据集→加载→加载数据→打开镶嵌对话框→填写→确定。 5、新建点，多点，线，面类型的shapefile文件，加载，新建、编辑要素。右击目标文件 →新建→shapfile→弹出对话框→填写→确定。加载要素。新建→同上。编辑→在 内容列表框中右击该要素的图层→编辑要素→开始编辑。 6、将shapefile导入到文件地理数据库。右击文件地理数据库→导入→要素类多个。 7、在文件地理数据库中，新建表：举例说明表的字段类型含义？右击文件地理数据库→新 建→表→打开新建表对话框→填写→下一步→下一步→添加所需字段和数据类型→完成。 8、编辑新建表的字段。右击该表→属性→字段选项卡。或者在内容列表框中右击该表→打 开→左上角下拉→添加字段。 9、以下操作如需要数据，使用world、worldcap地图 10、加载数据，操作并说明内容列表窗口的主要功能。点击加载数据。 第一个为按绘制顺序列出。 第二个为按源列出。 第三个为按可见性列出。在按源列出中打勾的为可见，没打勾的为不可见。表示该图层可选，可以再涂上选择要素。表示该图层不可选。点击可以切换。 第四个为按选择列出。表示清除选择。表示该图层可选，已经选中了5个 要素。 第五个为选项。点击弹出内容列表选项对话框。按需设置。 11、打开图层“属性”对话框，简介图层属性对话框的主要功能。右击该图层→属性 →打开图层属性对话框。 常规选项卡→显示图层的基本信息。 源选项卡→显示数据源信息。 选中选项卡→可以改变选择的符号和颜色。
地理信息系统原理与方法期末考试题目及答案--复习资料
2.操作尺度：对空间实体、现象的数据进行处理操作时应采用最佳尺度，不同操作尺度影响处理结果的可靠程度或准确度 3.地理网格：是指按一定的数学规则对地球表面进行划分而形成的网格。 数据模型：对现实世界进行认知、简化和抽象表达，并将抽象结果组织成有用、能反映形式世界真实状况数据集的桥梁。 4.数据模型：对现实世界进行认知、简化和抽象表达，并将抽象结果组织成有用、能反映形式世界真实状况数据集的桥梁。 5.对象模型：将研究的整个地理空间看成一个空域，地理现象和空间实体作为独立的对象分布在该空域中。 6.地图数字化：根据现有纸质地图，通贯手扶跟踪或扫描矢量化地方法，生产出可在技术机上进行存储、处理和分析的数字化数据。 7. 拓扑关系：图形在保持连续状态下的变形但图形关系不变的性质。 8.空间数据结构：对空间逻辑数据模型描述的数据组织关系和编排方式。 9.影像金字塔结构：在同一的空间参照下，根据用户需要以不同分辨率进行存储与显示，形成分辨率由粗到细，数据量由小到大的金字塔结构。 10.空间索引：依据空间对象的位置和形状或空间对象之间的某种空间关系按一定的顺序排列的一种数据结构。 11.空间数据查询：其属于空间数据库的范畴，一般定义为从空间数据库中找出所有满足属性约束条件和空间约束条件的地理对象。 12.空间分析：以地理事物的空间位置和形态特征为基础，异空间数据运算、空间数与属性数据的综合运算为特征，提取与产生新的空间信息的技术和过程。13.栅格数据的追踪分析：对于特定的栅格数据系统，有某一个或多个起点，按照一定的追种法则进行追踪目标或者追踪的空间分析方法。 14.数字高程模型：是通过有限的地形高程数据实现对地形曲面的数字化模拟，高程数据通常采用绝对高程。 15.数字地形分析：是指在数字高程模型上进行地形属性计算和特征提取的数字信息处理技术。 二、填空题 1、地理空间数据的概念模型分为：对象模型、场模型、网络模型。
地理信息系统名词解释大全(整理版本)
地理信息系统名词解释大全 地理信息系统Geographic Information System GIS作为信息技术的一种，是在计算机硬、软件的支持下，以地理空间数据库（Geospatial Database）为基础，以具有空间内涵的地理数据为处理对象，运用系统工程和信息科学的理论，采集、存储、显示、处理、分析、输出地理信息的计算机系统，为规划、管理和决策提供信息来源和技术支持。简单地说，GIS就是研究如何利用计算机技术来管理和应用地球表面的空间信息，它是由计算机硬件、软件、地理数据和人员组成的有机体，采用地理模型分析方法，适时提供多种空间的和动态的地理信息，为地理研究和地理决策服务的计算机技术系统。地理信息系统属于空间型信息系统。 地理信息是指表征地理圈或地理环境固有要素或物质的数量、质量、分布特征、联系和规律等的数字、文字、图像和图形等的总称；它属于空间信息，具有空间定位特征、多维结构特征和动态变化特征。 地理信息科学与地理信息系统相比，它更加侧重于将地理信息视作为一门科学，而不仅仅是一个技术实现，主要研究在应用计算机技术对地理信息进行处理、存储、提取以及管理和分析过程中提出的一系列基本问题。地理信息科学在对于地理信息技术研究的同时，还指出了支撑地理信息技术发展的基础理论研究的重要性。 地理数据是以地球表面空间位置为参照，描述自然、社会和人文景观的数据，主要包括数字、文字、图形、图像和表格等。 地理信息流即地理信息从现实世界到概念世界，再到数字世界（GIS），最后到应用领域。 数据是通过数字化或记录下来可以被鉴别的符号，是客观对象的表示，是信息的表达，只有当数据对实体行为产生影响时才成为信息。 信息系统是具有数据采集、管理、分析和表达数据能力的系统，它能够为单一的或有组织的决策过程提供有用的信息。包括计算机硬件、软件、数据和用户四大要素。 四叉树数据结构是将空间区域按照四个象限进行递归分割（2n×2n，且n ≥1），直到子象限的数值单调为止。凡数值（特征码或类型值）呈单调的单元，不论单元大小，均作为最后的存储单元。这样，对同一种空间要素，其区域网格的大小，随该要素分布特征而不同。 不规则三角网模型简称TIN，它根据区域有限个点集将区域划分为相连的三角面网络，区域中任意点落在三角面的顶点、边上或三角形内。如果点不在顶点上，该点的高程值通常通过线性插值的方法得到（在边上用边的两个顶点的高程，在三角形内则用三个顶点的高程）。 拓扑关系拓扑关系是指网结构元素结点、弧段、面域之间的空间关系，主要表现为拓扑邻接、拓扑关联、拓扑包含。根据拓扑关系，不需要利用坐标或距离，可以确定一种地理实体相对于另一种地理实体的位置关系，拓扑数据也有利于空间要素的查询。 拓扑结构为在点、线和多边形之间建立关联，以及彻底解决邻域和岛状信息处理问题而必须建立的数据结构。这种结构应包括以下内容：唯一标识，多边形标识，外包多边形指针，邻接多边形指针，边界链接，范围（最大和最小x、y坐标值）。 游程编码是逐行将相邻同值的网格合并，并记录合并后网格的值及合并网
地理信息系统软件ArcGIS应用课程
中国人民大学社会与人口学院 地理信息系统软件ArcGIS应用课程学习班（第一期） 课程简介： 地理信息系统是构建、采集、存储、管理和分析空间数据的应用技术，又是跨越地理科学、信息科学和空间科学的应用交叉学科。地理信息系统的应用领域非常广泛，主要有国土规划、公共安全、公共交通、电力供应、税收财政、工商管理、水利、农业、环境、土地管理、矿业、医疗卫、防震减灾、城市供水、邮电通讯、煤气燃气供应、房地产管理、中介服务、金融保险、商业服务、国防建设等。 ArcGIS 是Esri功能最强大的GIS软件产品。本课程是掌握和应用该软件基本工具的入门篇。学员将学习GIS的基础知识，软件的基本功能和基本操作。主要内容包括：空间数据可视化、创建地图、编辑地理数据、GIS查询与空间分析、Geodatabase构建。通过典型案例分析练习，学员将学会如何为GIS项目准备和处理数据，并使用常见的分析工具来分析地理数据。主讲教师： 张耀军中国人民大学社会与人口学院副教授、人口资源环境经济学教研室主任，中国科学院地理科学与资源研究所博士。研究方向为区域经济，人口资源环境可持续发展，文化与区域发展，区域人力资源开发。主要开设课程：《中国区域发展》，《生态经济学》、《应用生态学》、《管理心理学》、《社会调查研究方法》、《社会工作》。已在国内期刊上发表论文30多篇，主持或参加课题20余项，独著1部，参与编写5部。 培训方式及培训内容（共三天）： 培训方式 理论与实践相结合，强调操作技能，注重软件实现 培训内容（三天ArcGIS学习班教学计划）： （一）ArcGIS应用基础 1. ArcMap基础：新地图创建、数据加载、数据层操作与保存等 2. ArcCatalog应用基础：文件夹连接、文件类型显示和增删、目录内容的浏览与检索、图层管理、数据转换与输出 3. Geoprocessing：Geoprocessing地理处理的基本介绍、Toolbox的新建与管理、Toolbox 内容的基本介绍 （二）空间数据的采集与组织
地理信息系统-空间数据的转换与处理
第4章 空间数据的转换与处理 空间数据是GIS 的一个重要组成部分。整个GIS 都是围绕空间数据的采集、加工、存 储、分析和表现展开的。原始数据往往由于在数据结构、数据组织、数据表达等方面与用户自己的信息系统不一致而需要对原始数据进行转换与处理，如投影变换，不同数据格式之间的相互转换，以及数据的裁切、拼接等处理。以上所述的各种数据转换与处理均可以利用ArcToolbox 中的工具实现。在ArcGIS9中，ArcToolbox 嵌入到了ArcMap 中。本章就投影变换、数据格式转换、数据裁切、拼接等内容分别简单介绍。 4.1 投影变换 由于数据源的多样性，当数据与我们研究、分析问题的空间参考系统（坐标系统、投影方式）不一致时，就需要对数据进行投影变换。同样，在对本身有投影信息的数据采集完成时，为了保证数据的完整性和易交换性，要对数据定义投影。以下就地图投影及投影变换的概念做简单介绍，之后分别讲述在ArcGIS 中如何实现地图投影定义及变换。 空间数据与地球上的某个位置相对应。对空间数据进行定位，必须将其嵌入到一个空间参照系中。因为GIS 描述的是位于地球表面的信息，所以根据地球椭球体建立的地理坐标（经纬网）可以作为空间数据的参照系统。而地球是一个不规则的球体，为了能够将其 表面的内容显示在平面的显示器或纸面上，就必须将球面的地理坐标系统变换成平面的投 图4.1椭球体表面投影到平面的微分梯形 Y
影坐标系统（图4.1）。因此，运用地图投影的方法，建立地球表面和平面上点的函数关系，使地球表面上由地理坐标确定的点，在平面上有一个与它相对应的点。地图投影的使用保证了空间信息在地域上的联系和完整性。 当系统使用的数据取自不同地图投影的图幅时，需要将一种投影的数字化数据转换为所需要投影的坐标数据。投影转换的方法可以采用： 1. 正解变换: 通过建立一种投影变换为另一种投影的严密或近似的解析关系式，直接由 一种投影的数字化坐标x 、y 变换到另一种投影的直角坐标X 、Y 。 2. 反解变换: 即由一种投影的坐标反解出地理坐标(x 、y →B 、L)，然后再将地理坐标代 入另一种投影的坐标公式中(B 、L →X 、Y)，从而实现由一种投影的坐标到另一种投影坐标的变换(x 、y →X 、Y)。 3. 数值变换: 根据两种投影在变换区内的若干同名数字 化点，采用插值法，或有限差分法，最小二乘法、或有限元法，或待定系数法等，从而实现由一种投影的坐标到另一种投影坐标的变换。 图4.2 投影变换工具 目前，大多数GIS 软件是采用正解变换法来完成不同投影之间的转换，并直接在GIS 软件中提供常见投影之间的转换。 借助ArcToolbox 中Projections and Transformations 工具集中的工具（图4.2），可以实现对数据定义空间参照系统、投影变换，以及对栅格数据进行多种转换，例如翻转（Flip）、旋转（Rotate）和移动（Shift）等操作。 4.1.1 定义投影 定义投影（Define Projection），指按照地图信息源原有的投影方式，为数据添加投影信息。具体操作如下： 图4.3 Define Projection 对话框 1. 展开Data Management Tools 工具 箱，打开Projections and Transformations 工具集，双击Define Projection 工具，打开Define Projection 对话框（图4.3）。 2. 在Input Dataset or Feature Class 文本 框中选择输入需要定义投影的数据。 3. Coordinate System 文本框显示为Unknown ，表明原始数据没有坐标系统。单击 Coordinate System 文本框旁边的 图标，打开Spatial Reference 属性对话框（图4.4），
地理信息系统教程与地理信息系统概论课后题
地理信息系统概论 第一章 1:什么是地理信息系统？它与一般的计算机应用系统有哪些异同点？ 答：geographicalhical information system，它是一种特定的十分重要的空间信息系统，是 在计算机软硬件支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）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，以便解决复杂的规划和管理问题。 GIS脱胎于地图学，是计算机科学、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等众多学科交叉融合而成的新兴学科。但是，地理信息系统与这些学科和系统之间既有联系又有区别。 （1）GIS与机助制图（数字地图）系统 机助制图是地理信息系统的主要技术基础，它涉及GIS中的空间数据采集、表示、处理、可 视化甚至空间数据的管理，主要功能是强调空间数据的处理、显示和表达，有些数字制图系统包含空间查询功能。地理信息系统和数字制图系统的主要区别在于空间分析方面。一个功能完善的地理信息系统可以包含数字制图系统的所有功能，此外它还应具有丰富的空间分析 功能。 （2）GIS与DBMS(数据库管理系统) 数据库管理系统不仅是一般数据管理系统，而且通常也是地理信息系统中属性数据管理的基 础软件。GIS除需要功能强大的空间数据的管理功能之外，还需要具有图形数据的采集、空 间数据的可视化和空间分析等功能。因此，GIS在硬件和软件方面均比一般事务数据库更加 复杂，在功能上也比后者要多得多。 （3）GIS与CAD系统 二者都有坐标参考系统，都能描述和处理图形数据及其空间关系，也都能处理非图形属性数据。区别在于CAD系统处理的多为规则几何图形及其组合图形功能较强，属性库功能弱， 缺乏分析和判断能力，而GIS处理的多为地理空间的自然目标和人工目标,图形关系复杂，需要有丰富的符号库和属性库，较强的空间分析功能，图形与属性的相互操作频繁，具有专业化的特征且CAD多在单幅图上操作，海量数据的图库管理能力不如GIS。 （4）GIS 与遥感图像处理的系统 遥感图像处理的系统是专门用于对遥感图像数据处理进行分析处理的软件，强调对遥感栅格数据的几何处理、灰度处理和专题信息提取，是GIS的重要信息源，遥感数据经过遥感图像 处理系统处理之后，或是进入GIS系统作为背景影像，或是与经过分类的专题信息系统一道 协同进行GIS与遥感的集成分析。这种系统一般缺少实体的空间关系描述，难以进行某一实体的属性查询和空间关系查询以及网络分析等功能。 2：地理信息系统有哪几部分组成？它的基本功能有哪些？试举目前广泛应用的两个地理信 息系统软件为例，列出它们的功能分类表，并比较其异同点。 GIS 主要有以下五部分： （1）系统硬件：用以存储、处理、传输和显示地理信息系统或空间数据。 （2）系统软件：是系统的核心，用于执行GIS功能的各种操作，包括数据输入、处理、数 据库管理、空间分析和数据输出等。 （3）空间数据：地理信息系统的操作对象，它具体描述地理实体的空间特征、属性特征和 时间特征。 （4）应用人员：GIS应用人员包括系统开发人员和GIS的最终用户，他们的业务素质和专业知识是GIS 工程及其应用成败的关键。 （5）应用模型：GIS 应用模型是为某一特定的实际工作而建立的运用地理信息系统的解决 方案，其构建和选择也是系统应用成败至关重要的因素，是GIS技术产生社会经济效益的关
地理信息系统模拟题
《地理信息系统》模拟题 一．单项选择题 1、世界上地理信息系统的普遍发展和推广应用的阶段是20世纪（）年代 A.60年代 B.70年代 C.80年代 D.90年代 2、以下不属于GIS输出设备的为（）。 A.绘图仪 B.数字化仪 C.打印机 D.高分辨率显示装置 3、在地理信息系统中，空间线对象是（）。 A.0维特征 B. 1维特征 C. 2维特征 D. 3维特征 4、空间图形的不同类元素之间的拓扑关系称为：（）。 A．拓扑邻接B．拓扑关联C．拓扑包含D．拓扑相交 5、获取栅格数据的方法有：（）。 A．手扶跟踪数字化法B．屏幕鼠标跟踪数字化法 C．扫描数字化法D．人工读取坐标法 6、栅格结构的特点是：（）。 A．定位明显、属性隐含B．定位明显、属性明显 C．定位隐含、属性明显D．定位隐含、属性隐含 7、在空间数据库概念模型中，下面不属于传统数据模型的是：（）。 A．层次数据模型B．网络数据模型C．关系数据模型D．面向对象数据模型 8、描述图形在保持连续变化状态下，图形关系保持不变的性质．或空间实体之间的关系的数据为：（）。 A．属性数据B．拓扑数据C．几何数据D．统计数据 9、在栅格数据获取过程中，为减少信息损失提高精度可采取的方法是：（）。 A.增大栅格单元面积 B.缩小栅格单元面积 C.改变栅格形状 D.减少栅格总数 10、GIS区别于其它信息系统的一个显著标志是：（）。 A.空间分析 B.计量分析 C.属性分析 D.统计分析 11、数据处理是GIS的基本功能之一，对数据从一种数据格式转换为另一种数据格式，包括结构转换、格式转换、类型转换等，这种数据处理为（）。 A.数据重构 B.数据变换 C.结构转换 D.数据抽取 12、以下不属于拓扑数据结构的特点为（）。 A.点是相互独立的，点连成线，线构成面； B.弧段是数据组织的基本对象； C.每个多边形都以闭合线段存储，多边形的公共边界被数字化两次和存储两次； D.每条线始于起结点，止于终结点，并与左右多边形相邻接。 13、以线性四叉树表示8*8的栅格矩阵时，第6行第5列位置处的栅格的十进制MORTON
地理信息系统教程
地理信息系统教程 第一章概论第一节GIS概念 （一）地理信息 1．数据 2．信息 3．地理信息 4．地理数据 5．地理信息特征 （1）空间相关性（2）空间区域性（3）空间多样性（4）空间层次性 （二）信息系统 1．概念 2．类型 （三）地理信息系统 1．定义基本内涵（4）2．基本特征 （1）数据的空间定位特征（2）空间关系处理的复杂性（3）海量数据管理能力，来自：1）地理数据2）空间分析 （四）外延 第二节GIS功能 （一）基本功能需求 1．位置2.条件3.趋势4.模式5.模拟 （二）GIS基本功能 1．数据采集功能 2．数据编辑处理 3．数据存储、组织与管理功能 4．空间查询与空间分析功能 5．数据输出功能 第三节GIS组成 （一）硬件系统 （二）软件系统 （三）网络 （四）空间数据 1．数据类型：（1）某个已知坐标系中的位置 （2）实体间的空间相关性 （3）与几何位置无关的属性 （五）人员 第四节GIS类型 1
（一）与相关学科关系 （二）与其他信息系统区别与联系1．GIS与机助制图系统的区别与联系2．GIS与数据库系统的区别与联系3．GIS与CAD的区别与联系 4．GIS与遥感图像处理系统的区别与联系（三）GIS应用范畴 1．测绘、地图制图2．资源管理3．灾害监测4．环境保护5．精细农业6．电子商户7．电子政务 （四）地理信息系统发展历程 1．地理信息系统的开拓期（20世纪五六十年代） 2．地理信息系统的巩固发展期（20世纪70年代） 3．地理信息系统技术大发展时期（20世纪80年代） 4．地理信息系统的应用普及时代（20世纪90年代至今） 第二章地理空间数学基础 第一节地球空间参考 （一）三类地球表面几何模型 1．地球的自然表面 2．相对抽象的面:大地水准面大地体 3．地球椭球面：地球椭球 4．数学模型 （二）坐标系统 1．坐标系统的分类及基本参数 2．球面坐标系统建立 （1）天文地理坐标系 （2）大地地理坐标系 （3）空间直角坐标系 3．平面坐标系 （1）高斯平面直角坐标系 （2）地方独立平面直角坐标系 （三）高程基准 1．概念高程是表示地球上一点至参考基准面的距离，就一点位置而言，它和水平量值一样是不可缺少的。它和水平量值在一起，统一表达点的位置。 2．我国主要高程基准 （1）1956年黄海高程系 （2）1985年国家高程基准 2
《地理信息系统》课程大纲
《地理信息系统》课程大纲 一、课程概述 课程名称（中文）：地理信息系统 （英文）：geographical information system 课程编号：19371087 课程学分：2 课程总学时：32 课程性质：专业选修课 二、课程内容简介（300字以内） 地理信息系统是集计算机科学、地理科学、测绘学、遥感学环境科学、信息科学、管理科学等学科为一体的新型边缘学科。它从20世纪60年代问世，至今已跨越了50多个春秋，现已广泛用于资源、环境、交通、城市、农业、林业、海洋、军事等领域。本课程的主要内容是介绍地理信息系统的基本概念、原理、基本组成，地理信息系统的结构与功能，空间数据结构的类型、数据的处理方法与空间分析以及在林业和相关专业中的基本应用等。 三、教学目标与要求 《地理信息系统》课程是林学专业的专业选修课。通过本课程的学习，使学生了解地理信息系统的产生背景、功能、应用领域及发展方向；掌握GIS的基本概念、GIS的基本功能、GIS的数据结构、GIS 数据的采集与处理方法、GIS空间分析的原理与方法、GIS产品等知识点；掌握如何利用GIS去解决实际的相关专业问题。 在学完本课程后，学生应对GIS有一个较全面的了解，提高利用GIS解决相关专业实际问题的能力。
四、教学内容与学时安排 第一章导论（4学时） 1. 教学目的与要求：了解什么是地理信息系统？地理信息系统有哪些内容构成？地理信息系统能做什么？ 2. 教学重点与难点：重点掌握地理信息系统的概念、地理信息系统的基本构成基本功能和应用功能；难点是区别数据与信息的概念及关系、地理信息系统与其他管理系统的区别。 第一节、地理信息系统基本概念（1学时） 一、数据与信息 二、地理信息与地理信息系统 第二节、地理信息系统的基本构成（1学时） 一、系统硬件 二、系统软件 三、空间数据 四、应用人员 五、应用模型 第三节、地理信息系统的功能简介（1学时） 一、基本功能 二、应用功能 第四节、地理信息系统的发展概况（1学时） 一、发展概况 二、基础理论 第二章地理信息系统的数据结构（6学时） 1. 教学目的与要求：通过本章内容的学习，让学生了解地理信息系统的核心是空间数据，掌握空间数据的来源、空间数据的分类、空间数据结构的类型。
实验一、GIS软件基本功能及操作
《地理信息系统原理》 实验一、GIS软件基本功能及操作 1实验目的 1）熟悉ArcGis Desktop 10的主要模块功能 2）熟悉ArcMap、ArcCatalog的基本操作 3）了解ESRI软件的Geodatabase、Shapefile、Coverage矢量数据结构及栅格数据结构 2实验软件及数据 2.1实验软件 ArcCatalog 10、ArcMap 10 2.2实验数据 1）高程栅格文件emidalat、河流shapefile文件emidastrm.shp 文件； 2）land（Coverage文件） 3）emidatin，数字高程模型TIN 3实验步骤 3.1ArcCatalog的基本操作 1）启动ArcCatalog，建立与数据源的联系； 使用文件菜单“连接文件夹”功能或“”工具连接到实验文件夹。
2）点击目录树中的emidalat，通过“预览”查看数据高程值，通过“描述”查看数据元数据等相关信息； 3）通过“自定义”菜单中“ArcCatalog项目”功能，切换到“元数据”选项卡，修改“元数据样式”。
再通过描述查看数据的ArcGIS元数据信息、FGDC元数据信息。 问题：元数据主要有哪些内容，元数据有什么作用？FGDC是指什么？ 4）同3，查看emidastrm.shp文件元数据相关信息，在“预览”时，在下方选择中选择“预览选项”。 问题：预览选项中，如果选择的是表，则预览窗口中显示的是什么？ 5）创建一个个人geodatabase，并将emidalat、emidastrm.shp 导入该geodatabase中。右键点击目录树中的目录，选择“新建”、“个人地理数据库”，点击新建的数据库，重命名为“mytest.mdb”。
地理信息系统概论——知识点总结
地理信息系统概论 第一章导论 数据与信息的关系： 数据：是通过数字化或记录下来可以可以被鉴别的符号，不仅数字是数据，而且文字、符号、图象也是数据，数据本身没有意义； 信息：是对数据的解释、运用与解算，数据即使是经过处理以后的数据，只有经过解释才有意义，才成为信息。 数据（data）是信息(information)的表达，而信息是数据的内容。数据是未经加工的原始材料，地理信息系统的设计和建立，首先是收集数据和处理数据。就本质而言数据是客观对象的表示，而信息则是数据内涵的意义，只有数据对实体行为产生影响时才成为信息。 信息是用数字、文字、符号、语言等介质来表示事件、事物、现象等的内容、数量或特征，以便向人们（或系统）提供关于现实世界新的事实的知识，作为生产、管理和决策的依据。 数据处理：是指对数据进行收集、筛选、排序、归并、转换、存储、检索、计算，以及分析、模拟和预测等操作。 信息的特点：客观性、适用性、传输性、共享性。 地理信息：是指表征地理圈或地理环境固有要素或物质的数量、质量、分布特征、联系和规律等的数字、文字、图象和图形的总称。地理信息属于空间信息，它具有空间定位特征、多维结构特征和动态变化特征。地理信息系统（Geographical Information System）：地理信息系统既是管理和分析空间数据的应用工程技术，又是跨越地球科学、信息科学和空间科学的应用基础学科。其技术系统是由计算机硬件、软件和不同的方法组成的系统，该系统设计支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题。 GIS的基本构成： GIS一般包括以下5个主要部分：系统硬件、系统软件、空间数据、应用人员和应用模型。1、系统硬件： （1）GIS主机：包括大型、中型、小型机，工作站∕服务器和微型计算机，其中各种类型的工作站∕服务器成为GIS的主流。 （2）GIS外部设备：包括各种输入（如图形数字化仪、图形扫描仪、解析和数字摄影测量设备等）和输出设备（如各种绘图仪、图形显示终端和打印机）。 （3）GIS网络设备：包括布线系统、网桥、路由器和交换机等。 2、系统软件：按功能分为GIS专业软件、数据库软件和系统管理软件。 3、空间数据：在地理信息系统中，空间数据是以结构化的形式存储在计算机中的，称为数据库。 4、应用人员：包括系统开发人员和GIS技术的最终用户。 5、应用模型 GIS的功能： 基本功能是数据的采集、管理、处理、分析和输出。 1、基本功能：包括数据采集与编辑、数据存储与管理、数据处理与变换、空间分析和统计、产品制作与显示、二次开发和编程 2、应用功能：包括资源管理、区域规划、国土监测、辅助决策、定位服务 数据库：在地理信息系统中，空间数据是以结构化的形式存储在计算机
gis地理信息系统及rs遥感学习教材(最全)
Remote SensingGeographical Information System （RS & GIS ） 遥感及地理信息系统 (讲稿)
第一章GIS 概述 §1.1 地理信息系统的产生与发展 一、GIS产生的背景： 地理学——地图绘制（手工、计算机）——世界上第一个地理信息系统： CGIS（1963年） 二、GIS的发展 1. 计算机技术的发展 2. 空间技术的发展 卫星定位技术 卫星定位的特点 1.全球地面无缝覆盖，全天候定位。2.定位精度高，实时定位速度快。3.观测时间短。4.提供三维坐标。5.使用简便。 GPS系统：美国于1978－1993年发射，共24颗卫星。其中21颗工作卫星，3颗备用卫星。GPS卫星向用户发送用于导航定位的调制波，它含有：载波（L1和L2）、测距码（C/A码和P码）和数据码（导航电文）。C/A码伪距，精度约为20米左右（民用）P码伪距，精度约为2米左右（军用） GLONASS系统：苏联于20世纪70年代开始建设，并于1993年启用由24颗卫星组成。目前在轨14颗卫星；预计于2010年左右使卫星数量达到“满员”状态。民用信号定位精度：30米。 “伽利略”系统：30颗卫星组成欧空局和欧盟合作于1999年启动。2005年12月28日，首颗试验卫星Glove-A成功发射；预计2008年底前全部发射入轨。民用信号精度：1米。 “北斗”系统： “北斗1代”：2000－2003年发射3颗静止轨道试验导航卫星，组成了“北斗”区域导航系统（2颗工作卫星、1颗备用卫星）。 北斗2代：“北斗”全球卫星导航系统。空间段由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成。定位精度为10米。 卫星遥感技术 卫星遥感的特点：能够快速、大范围获取地面影像和地表专题数据 ?SRTM计划——航天飞机雷达地形测绘任务（2000年） (Shuttle Radar Topography Mission) 覆盖范围在北纬60度至南纬56度之间。10天内，有99.968%被一次覆盖，94.59%两次，49.25%三次，24.1%四次。 DEM高程数据间隔为1弧秒，约30米，所包含的信息内容相当于1∶5万地形图 SRTM由三部分组成：主雷达天线、桅杆、机外雷达天线（Outboard radar antenna） 现代GIS的相关技术: 地理学、遥感技术、测量学、数学和统计学、制图技术、计算机科学、专家系统、计算机图形学、计算机辅助设计、数据库技术、软件工程 §1.2 GIS的相关概念 1、数据：是客观事物的属性、数量、位置及其相互关系等的抽象表示，如数字、文字、符号、
GIS基本功能
1.1 GIS基本功能 1.1.1图形基本操作 图形基本操作包括图形的放大、缩小、漫游、全图、前一视图、后一视图、量测点坐标、量测距离、量测面积。如下图所示： 图1 图形基本操作 1.1.2地图辅助功能 地图辅助功能包括指北针、比例尺、鹰眼图、比例分级滑块（做地理缓存出现）、图层图例等功能。如下图所示：
图2 地图辅助功能 1.1.3空间查询 空间查询包括地图上设定一个点位进行查询、地图上在指定的位置画一个圆查询圆内的地物要素、地图上在指定的区域绘制一个矩形框查询相关的地物要素。如下图所示： 图3 空间查询
1.1.4热点定位 所谓热点就是在地图上点定位后，这个点就具备了鼠标操作的各种事件；例如：一个污染源企业在图形上定位后，鼠标移动到这个企业上，点击热点图标，弹出这个企业相关的信息，用户可以方便的查看这些信息。如下图所示： 图4 热点定位 1.1.5关注要素检索 关注要素检索就是对用户所关注的污染源企业、河流、监测点等信息进行查询搜索的功能，查询的结果可以在图形上定位，同时也可以展示相关的属性信息。如下图所示：
图5 关注要素检索 1.1.6空间分析 空间分析包括缓冲区分析和叠加分析两种。缓冲区分析就是以某一要素为源、周边多少米范围的地物信息，例如一个企业发生爆炸事故，现在通过系统可以分析出该企业周边1公里范围的医院、学校、居民区等信息，为管理者提供辅助决策的依据。叠加分析功能就是基础地理数据与环境保护业务数据叠合进行空间分析，达到辅助决策的目的。 1.2 业务应用功能 1.2.1专题图展示 环境地理信息系统专题图展示分析功能包括两种。一种是地理分布专题，如污染源企业分布专题、河流专题、河流断面专题、空气质量监测点分布专题、饮用水源地分别专题等。另一种是专题统计图表，直观分析展示出各种指标信息以及对比结果情况。