实验指导四空间大数据处理与地图投影
地理信息系统中的地理数据处理与空间分析实验报告
地理信息系统中的地理数据处理与空间分析实验报告一、引言地理信息系统（GIS）是一种基于计算机技术的地理信息处理系统，其可用于收集、存储、管理、分析以及展示各种地理数据。
本实验的目的是探索地理数据的处理方法和空间分析技术在地理信息系统中的应用。
二、数据预处理在地理信息系统中，地理数据的质量对后续分析的准确性和可靠性至关重要。
因此，我们首先对原始数据进行预处理。
该过程包括数据的清洗、匹配以及转换。
1. 数据清洗数据清洗是指对原始数据进行剔除、修改或填补，以去除重复、错误和不完整的数据。
在本实验中，我们使用数据清洗技术来去除数据中的噪声和异常值，确保数据的一致性和准确性。
2. 数据匹配数据匹配是指将来自不同数据源的数据进行关联，以便进行集成和分析。
在这一步骤中，我们使用地理编码或空间位置信息将不同数据源的数据进行匹配。
3. 数据转换数据转换是指将原始数据转换为地理信息系统所需的格式和结构。
这可以包括数据类型的转换、坐标系统的转换以及数据单位的转换等。
三、空间分析与处理地理信息系统中的空间分析是指对地理数据和地理现象进行定性和定量分析的过程。
在本实验中，我们使用空间分析技术来研究地理数据之间的关系、趋势以及模式。
1. 空间关系分析空间关系分析是指通过计算地理数据之间的距离、邻近性和覆盖关系等，研究地理现象之间的相互关系。
例如，我们可以使用空间关系分析来确定两个地理要素之间的最短路径或最近邻。
2. 空间趋势分析空间趋势分析是指对地理数据的空间分布和变化进行统计和分析的过程。
通过空间趋势分析，我们可以识别地理现象的空间规律和趋势，进而为决策制定提供有力的支持。
3. 空间模式分析空间模式分析是指对地理数据的分布模式进行研究和分析的过程。
通过空间模式分析，我们可以发现地理现象的集聚性、离散性以及随机性等特征，为城市规划和资源管理等领域提供可靠的参考。
四、实验结果与讨论在本实验中，我们使用某地区的地理数据进行了地理信息系统的地理数据处理与空间分析实验。
实验指导四 空间数据处理与地图投影
实验四空间数据处理与地图投影一、实验目的1．掌握空间数据处理（融合、拼接、剪切、交叉、合并）的基本方法，原理。
2．掌握地图投影变换的基本原理与方法。
3．掌握ArcGIS中投影的应用及投影变换的方法、技术，同时了解地图投影及其变换在实际中的应用。
二、实验准备1．软件准备：ArcGIS 10.22．数据准备：（1）stationsll.shp（美国爱达荷州轮廓图）（2）idll.shp（美国爱达荷州滑雪场资料）以上两个数据是以十进制表示经纬度数值的shapefile（3）snow.txt（美国爱达荷州40个滑雪场的经纬度值）（4）stations.shp，一个已投影的shapefile，用于检验习作2的投影结果（5）idoutl.shp，基于爱达荷横轴墨卡托坐标系的爱达荷州轮廓图，用于检验习作3投影的正确性三、实验内容与步骤1. 空间数据处理1.1 裁剪要素在ArcMap中，添加数据“云南县界.shp”、“Clip.shp”（Clip 中有四个实体）开始编辑，激活Clip图层。
选中Clip图层中的一个实体（注意不要选中“云南县界”中的实体！）图4-1 编辑Clip点击按钮，打开ArcToolBox；选择“Analysis Tools->Extract”，双击“Clip”，弹出窗口剪切窗口，指定输入实体为“云南县界”，剪切实体为“Clip”（必须为多边形实体），并指定输出实体类路径及名称，这里请命名为“云南县界_Clip1”如图4-5；图4-2 工具箱图4-3 剪切窗口依次选中Clip主题中其它三个实体，重复以上的操作步骤，完成操作后将得到共四个图层——“云南县界_Clip1”，“云南县界_Clip2”，“云南县界_Clip3”，“云南县界_Clip4”）；操作完成后，一定要“Save Editors”。
图4-4 生成四个剪切图层1.2 拼接图层✓在ArcMap中新建地图文档“File->New”，加载在剪切实体操作中得到的四个图层；✓在工具箱中选择“Data Management Tools->General”，双击“Append”，在追加窗口中，设置输入实体和输出实体，如图4-7；图4-5 拼接图层窗口图4-6 拼接效果✓右键点击图层“云南县界_Clip1”，在出现的右键菜单中执行“Data”->”Export Data”，弹出窗口，将输出图层命名为“YNOK.shp”，如图4-9；图4-7 导出数据窗口✓通过以上操作我们就完成了将4个图层拼接为一个图层的处理；✓新建一地图文档，加载数据YNOK.shp，查看图层并打开其属性表查看与“云南县界”中的属性表有何区别（为什么有这些区别？）。
第四章坐标系统与地图投影-中国科学院测量与地球物理研究所
空间参照系统和地图投影导读：正如上一章所描述的，一个要素要进行定位，必须嵌入到一个空间参照系中，因为GIS所描述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）可以作为所有要素的参照系统。
因为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，必须进行坐标变换。
本章讲述了地球椭球体参数、常见的投影类型。
考虑到目前使用的1：100万以上地形图都是采用高斯——克吕格投影，本章最后又对该种投影类型和相关的地形图分幅标准做了简单介绍。
1．地球椭球体基本要素1．1地球椭球体1．1．1地球的形状为了从数学上定义地球，必须建立一个地球表面的几何模型。
这个模型由地球的形状决定的。
它是一个较为接近地球形状的几何模型，即椭球体，是由一个椭圆绕着其短轴旋转而成。
地球自然表面是一个起伏不平、十分不规则的表面，有高山、丘陵和平原，又有江河湖海。
地球表面约有71%的面积为海洋所占用，29%的面积是大陆与岛屿。
陆地上最高点与海洋中最深处相差近20公里。
这个高低不平的表面无法用数学公式表达，也无法进行运算。
所以在量测与制图时，必须找一个规则的曲面来代替地球的自然表面。
当海洋静止时，它的自由水面必定与该面上各点的重力方向（铅垂线方向）成正交，我们把这个面叫做水准面。
但水准面有无数多个，其中有一个与静止的平均海水面相重合。
可以设想这个静止的平均海水面穿过大陆和岛屿形成一个闭合的曲面，这就是大地水准面（图4-1）。
图4-1：大地水准面大地水准面所包围的形体，叫大地球体。
由于地球体内部质量分布的不均匀，引起重力方向的变化，导致处处和重力方向成正交的大地水准面成为一个不规则的，仍然是不能用数学表达的曲面。
大地水准面形状虽然十分复杂，但从整体来看，起伏是微小的。
它是一个很接近于绕自转轴（短轴）旋转的椭球体。
所以在测量和制图中就用旋转椭球来代替大地球体，这个旋转球体通常称地球椭球体，简称椭球体。
1．1．2地球的大小关于地球椭球体的大小，由于采用不同的资料推算，椭球体的元素值是不同的。
艾廷华-大数据处理的地图学方法
社交媒体数据
POI数据
轨迹数据
签到数据
空间大数据类型丰富
网 络 众 源 地 理 信 息
签到轨迹数据
众源OSM数据（Open Street Map）
网民标注POI点数据
用户上传车载GPS轨迹
贡献作用显著
揭示社 会行为 时空规 律
发现空 间模式 特征
诠释地 理过程 机理
预测时 空演变 趋势
更新空 间基础 设施
除了5个V 大数据分析的共性
数据功效的转移 —— 面向A目标的数据发挥了B目标的功效
数据尺度跨界：从个体到群体 Linus’ law（开源社区的莱纳斯定律） Given enough eyeballs, all bugs are shallow 众目睽睽，所有问题很快就能发现 数据领域跨界：从A领域到B领域
一个例子—— Co-location共位规则挖掘
色彩混合地图符号可视化挖掘法
+
绿弱占优 强相关
=
弱相关
加色法原理
红强占优 红弱占优
绿强占优
两 种 现 象 共 位 色 谱
道路上的POI点共位色谱
餐馆
深圳POI点
美容美发
罗湖,商店、便利店POI
ATM
出租车轨迹实 时获取 城市VGI绿色 行动（树木） 犯罪专业数据 库
通过轨迹数据的抽象概括
交通流量模式提取
最新道路设施更新
船行主航道分析
技术路线
— 将空间统计分析与尺度变换结合 — 同时顾及时间尺度和语义特征的影响
f (s)
空间聚类
d ( s, ci ) h i 1 h 核密度分析
1 k 2
n
空 间 统 计
地理信息系统——实验四演示文稿——空间数据的处理
在内容列表中添加“Union_PRJ_BJ1954.shp”，右击，选择“属性”，选择“源” 标签，查看其数据源中的投影坐标信息
问题1
（a）相交
（b）西双版纳森林覆盖
三者属性对比表 西双版纳森林覆盖 _InterSect.shp 西双版纳森林覆盖 .shp 7
（c）联合
西双版纳县界 _Union.shp 21
打开ArcToolbox，在ArcToolbox执行“分析工具”->“叠加分析”->“联 合”命令。
在弹出的“联合”对话框中，设置：输入要素：依次添加 “西双版纳森 林覆盖”“西双版纳县界”两个图层；输出要素类：设置为 西双版纳县 界_Union.shp。
勐海县的总面积求解
• 在“内容列表”中的“西双版纳县界.shp”图层上右击，选择“查看 属性表”，如图图3-4-4，在“CHINESE”列中找到“勐海县”，该行 对应的“AREA”就是勐海县的面积，为5498.34771平方公里。
空间数据的处理
目录
• 不同命名坐标的含义 • 图层的剪裁 • 图层的拼接 • 要素的融合
• 图层的合并
• 图层的相交 • 定义投影 • 投影变换
不同命名坐标的含义
命名 Xian 1980 3 Degree GK CM 117E.prj Xian 1980 3 Degree GK Zone 39.prj Xian 1980 GK CM 117E.prj Xian 1980 GK Zone 20.prj Beijing 1954 3 Degree GK CM 117E.prj Beijing 1954 3 Degree GK Zone 39.prj Beijing 1954 GK Zone 20.prj Beijing 1954 GK Zone 20N.prj 地理坐标系 分带法 投影方式 高斯-克吕格投 影 高斯-克吕格投 影 分带位置 横坐标前是否 加带号
测绘技术中的空间大数据处理和分析方法介绍
测绘技术中的空间大数据处理和分析方法介绍随着信息时代的快速发展，各行各业都面临着海量数据的挑战，测绘技术也不例外。
空间大数据处理和分析方法成为了解决这一问题的关键。
本文将介绍测绘技术中的空间大数据处理和分析方法，希望能为相关领域的研究者和从业者提供一些有用的参考。
一、空间大数据的特点空间大数据一般包含着大量的地理空间信息，具有四个特点：规模大、维度高、速度快和多样化。
规模大即数据量大，主要表现为传感器技术的快速发展和遥感数据的大规模获取，这使得传统方法难以处理这么大规模的数据。
维度高指数据不仅包含空间维度，同时还包含时间维度、属性维度等多个维度。
这就要求我们需要引入多维分析的方法。
速度快意味着数据的获取和更新频率很高，例如移动设备的地理定位信息和社交媒体上的地理标签，这需要我们能够实时处理和分析。
多样化则要求我们能够处理和融合来自不同来源和不同格式的数据，例如卫星遥感、航空摄影、地理信息系统（GIS）等。
二、空间大数据处理的挑战面对这些特点，空间大数据处理和分析面临着一些挑战。
首先是数据的存储和访问问题。
海量的数据需要有高效的存储和访问方法，以保证数据的安全和高效利用。
其次是数据的质量和一致性问题。
不同数据来源的质量和精度往往不一致，这就需要我们能够进行数据清洗和校正，保证数据的准确性和一致性。
另外，数据的处理速度也是一个重要的挑战，我们需要寻找高效的算法和并行计算方法来提高数据的处理速度。
三、空间大数据处理和分析方法针对这些特点和挑战，研究者们提出了一些空间大数据处理和分析方法。
1. 数据存储和访问方法传统的关系型数据库往往无法满足空间数据的存储和访问需求。
近年来，一些新兴的数据库技术如NoSQL数据库和分布式文件系统得到了广泛应用。
这些数据库技术具有良好的可扩展性和高性能，能够满足空间大数据的存储和访问需求。
2. 数据清洗和校正方法数据清洗和校正是保证数据质量和一致性的关键步骤。
传统的数据清洗方法主要包括缺失值填补、异常值检测和去重等。
地理信息系统实验报告
《地理信息系统原理》课程Principle of Geographic Information System实验报告适用专业：测绘工程、地理信息系统、遥感科学与技术学期： 2013-2014（二）专业班级：测绘12-4班学生姓名：黄嘉佳学号：20120286指导教师：王延亮黑龙江工程学院·测绘工程学院2014年目录/CONTENTS实验报告一地理空间信息基础/Report1 The base of GeographicSpatial Information ······································································································实验报告二数据输入/Report2 Data Input·································································实验报告三空间数据编辑/Report3 Spatial Data Editing ··········································实验报告四空间数据分析/Report4 Spatial Data Analysis ········································实验报告五空间分析/Report5 Spatial Analysis ························································实验报告六数据显示与地图编制/Report6 Data Display and Cartography ·················································································································一、实验目的了解 ArcGIS 的体系结构和数据模型了解 ArcGIS Desktop 的基础模块及主要功能掌握 ArcMap 的一些基本操作掌握 ArcCatalog 的一些基本操作TIN：适合于表达连续表面。
实验四空间大数据查询与分析报告（ArcGIS）
实验四空间⼤数据查询与分析报告（ArcGIS）实验四空间数据查询与分析⼀、实习⽬的1.掌握空间数据查询与分析的原理与⽅法。
2.掌握空间数据查询与分析的容与技术。
3.结合实际，掌握利⽤叠加、缓冲和⽹络分析⽅法解决地学空间分析问题的能⼒。
⼆、实验准备预备知识空间数据的查询与分析是GIS的基本操作功能，数据探查包含属性数据查询，空间数据查询，地理可视化。
空间数据分析包括⽮量数据分析，如缓冲、叠加、地图操作等；栅格数据分析，如局域、领域等分析；地形制图和分析；空间插值；基于区域的分析；⽹络分析等。
空间数据及其表达空间数据（也称地理数据）是地理信息系统的⼀个主要组成部分。
空间数据是指以地球表⾯空间位置为参照的⾃然、社会和⼈⽂经济景观数据，可以是图形、图像、⽂字、表格和数字等。
它是GIS所表达的现实世界经过模型抽象后的容，⼀般通过扫描仪、键盘、光盘或其它通讯系统输⼊GIS。
在某⼀尺度下，可以⽤点、线、⾯、体来表⽰各类地理空间要素。
有两种基本⽅法来表⽰空间数据：⼀是栅格表达;⼀是⽮量表达。
两种数据格式间可以进⾏转换。
实验数据Data4数据或学⽣⾃⼰准备于该实验相关的数据三、实验容及步骤本实验⽅法是学⽣⾃主实验，实习⼿册只简绍涉及到空间查询与分析部分软件的操作，具体试验容采取学⽣⾃问⾃答的⽅式进⾏，即学⽣根据所学知识，⾃⼰设计有关空间查询与分析的实际问题，并通过实验来回答问题。
要求⾄少列举⼀个空间缓冲分析的案例，⼀个⽹络分析的案例，然后通过实验来分析解决。
1、空间查询1）利⽤图形查询属性直接点击图形查询属性（Identify）选取Identify ⼯具。
⽤这个⼯具点取要素（点、线、⾯状）时，弹出IdentifyResult（查询结果）对话框，显⽰该要素的属性值。
如下图：2）框选图形查询属性（Select feature）●然后点击⼯具栏上的Select feature图标点取想要选择的要素，被选择的要素颜⾊改变，在快捷菜单上选择Open Attribute Table ,可以看到属性表被选择的要素的属性记录也改变了颜⾊。
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实验四空间数据处理与地图投影
一、实验目的
1．掌握空间数据处理（融合、拼接、剪切、交叉、合并）的基本方法，原理。
2．掌握地图投影变换的基本原理与方法。
3．掌握ArcGIS中投影的应用及投影变换的方法、技术，同时了解地图投影及其变换在实际中的应用。
二、实验准备
1．软件准备：ArcGIS 10.2
2．数据准备：
（1）stationsll.shp（美国爱达荷州轮廓图）
（2）idll.shp（美国爱达荷州滑雪场资料）
以上两个数据是以十进制表示经纬度数值的shapefile
（3）snow.txt（美国爱达荷州40个滑雪场的经纬度值）
（4）stations.shp，一个已投影的shapefile，用于检验习作2的投影结果
（5）idoutl.shp，基于爱达荷横轴墨卡托坐标系的爱达荷州轮廓图，用于检验习作3投影的正确性
三、实验容与步骤
1.空间数据处理
1.1 裁剪要素
➢在ArcMap中，添加数据“县界.shp”、“Clip.shp”（Clip 中有四个实体）
➢开始编辑，激活Clip图层。
选中Clip图层中的一个实体（注意不要选中“县界”中的实体！）
图4-1 编辑Clip
➢点击按钮，打开ArcToolBox；
➢选择“Analysis Tools->Extract”，双击“Clip”，弹出窗口剪切窗口，指定输入实体为“县界”，剪切实体为“Clip”（必须为多边形实体），并指定输出实体类路径及名称，这里请命名为“县界_Clip1”
如图4-5；
图4-2 工具箱
图4-3 剪切窗口
➢依次选中Clip主题中其它三个实体，重复以上的操作步骤，完成操作后将得到共四个图层——“县界_Clip1”，“县界_Clip2”，“县界_Clip3”，“县界_Clip4”）；
➢操作完成后，一定要“Save Editors”。
图4-4 生成四个剪切图层
1.2 拼接图层
✓在ArcMap中新建地图文档“File->New”，加载在剪切实体操作中得到的四个图层；
✓在工具箱中选择“Data Management Tools->General”，双击“Append”，在追加窗口中，设置输入实体和输出实体，如图4-7；
图4-5 拼接图层窗口
图4-6 拼接效果
✓右键点击图层“县界_Clip1”，在出现的右键菜单中执行“Data”->”Export Data”，弹出窗口，将
输出图层命名为“YNOK.shp”，如图4-9；
图4-7 导出数据窗口
✓通过以上操作我们就完成了将4个图层拼接为一个图层的处理；
✓新建一地图文档，加载数据YNOK.shp，查看图层并打开其属性表查看与“县界”中的属性表有何区别（为什么有这些区别？）。
1.3 要素融合
➢在拼接图层的基础上继续，执行“Dissovle”（融合）命令；
图4-8工具箱
➢输入实体：指定为YNOK；融合字段：选择为“所属州”，将根据这个字段的值对实体进行融合，YNOK图层中“所属州”相同的实体将合并成一个实体；
图4-9 融合窗口
➢以上操作，根据指定字段的值，对现有图层中的实体进行融合，产生新的图层――YNOK_Dissovle，打开并查看其属性表；
图4-10 融合图层
图4-11 融合后属性表
➢类似地，重复以上过程，并将融合字段指定为：CHINESE ，看看结果有何不同。
1.4 图层合并
✓在ArcMap中新建一个地图文档，加载数据“西双版纳森林覆盖.shp ”和“西双版纳县界.shp”；
调整图层顺序，将西双版纳县界置于下方；
✓在ArcToolbox执行“联合”命令；
图4-12 “联合”工具
✓在联合对话框中输入实体：依次添加“西双版纳森林覆盖”“西双版纳县界”两个图层；输出实体类：设置为Union.shp；
图4-13 联合窗口
✓查看Union的的属性表，并检查属性“Type”，其中为“Y”的表示有植被覆盖的区域。
右键点击图层Union，修改属性－>符号（设置为唯一值图例，字段设置为TYPE）
图4-14 合并图层效果
思考题：勐海县的总面积是多少平方公里？其中有森林覆盖的区域面积是多少？没有森林覆盖的区域面积是多少？
1.5 图层相交
➢在图层合并练习的基础上继续
➢在ArcToolbox中，执行“相交”命令
图4-15 相交工具
➢在“相交对话框”中，输入实体依次添加“西双版纳森林覆盖”“西双版纳县界”两个图层；输出实体类设置为Intersect.shp；
图4-16 相交对话框
➢查看Intersect，并与“西双版纳森林覆盖”及“图层合并”操作所得结果――“Union”进行比较，并进一步思考这类操作适合求解哪一些现实问题。
图4-17 相交效果
2. 地图投影
2.1 定义投影
✓在ArcMap中新建地图文档，添加第4步成生成的图层Union.shp；
✓在TOC中，右键点击图层“Union”，查看属性,在属性对话框中，点击“源”选项页，查看这图层是什么坐标系；
✓打开ArcToolbox，执行命令“定义投影”命令，见图4-20；
✓定义投影对话框，如图4-21；选择实体类Union，点击坐标系输入框右边的按钮，出现的“空间参考属性”对话框，如图4-22；
✓在“空间参考属性”对话框中，点击“选择按钮”，从预定义的坐标系中选择“Geographic Coordinate Systems\Asia\Beijing 1954.prj”（注意：前提是我们已知图层Union使用的是1954地理坐标系）；✓在TOC中，右键点击图层“Union”，查看属性,在属性对话框中，点击“Source”选项页，查看这个图层的坐标系是否已经被指定为“1954地理坐标系”，如图4-23。
图4-18 定义投影工具
图4-19 定义投影对话框
图4-20 空间参考属性
图4-21 图层属性对话框
2.2 投影变换――地理坐标系－>1954坐标系转换－>80坐标系－>国家2000大地坐标系
❖在第6步的基础上进行；
❖打开ArcToolbox，执行命令“投影”命令；
图4-22 投影命令
❖在“投影”对话框中，依次设定输入实体类为――Union，输出为――Union_PRJ_BJ54.shp，输出坐标系选择“Projected Coordinate Systems\Gauss Kruger\Beijing 1954\Beijing 1954 GK Zone 17N.prj”；
图4-23 投影对话框
❖确定后，完成由地理坐标系GCS_BEJING_1954 到投影坐标系BEJING_1954_GK_ZONE_17N 的变换。
四、实习报告要求
解决1.4中的思考题，将操作步骤及结果写入实验报告。
将实验报告以电子版和打印版的形式提交，包括原理、步骤、结果。
将实验结果数据压缩成“学号__实验4”.rar上交。
提示：
（1）面积单位是什么？如何转换成平方公里？
用图层相减功能（西双版纳县界图层减去西双版纳森林覆盖图层）求出没有植被的区域，得到一个图层；检查此图层的坐标系是否已是投影坐标系（地图单位是米？），如果不是则将其转换为投影坐标系。
图4-24 擦除工具
（2）查找ArcMap中的联机帮助，以了解如何计算多边形的面积。