地理信息系统课程实验系列自编教材 地理信息系统实习指导 主编：王玲刘月兰 石河子大学师范学院地理系 2007年9月
地理信息系统课程实验系列自编教材 地理信息系统实习指导 主编：王 玲 刘月兰 石河子大学师范学院地理系 2007 年 9 月
实习参考教材 黄杏元，马劲松等.《地理信息系统概论》，北京：高等教育出版社，2001 年12月第二版 张超。地理信息系统实习教程.北京高等教育出版社，2000年8月第1版 实习共包括九个实验 实习一地图数字化.3 实习二GIS数据库的建立.6 实习三学习Arc View的操作.9 实习四缓冲区分析.16 实习五多层面叠合分析.19 实习六网络分析.24 实习七DE建立与应用.29 实习八三维建模.35 实习九综合实验. .39
实习参考教材 黄杏元，马劲松等.《地理信息系统概论》，北京： 高等教育出版社，2001 年 12 月第二版 张超. 地理信息系统实习教程.北京高等教育出版社，2000 年 8 月第 1 版 实习共包括九个实验 实习一 地图数字化. 3 实习二 GIS 数据库的建立. 6 实习三 学习 Arc View 的操作. 9 实习四 缓冲区分析. 16 实习五 多层面叠合分析 . 19 实习六 网络分析. 24 实习七 DEM 建立与应用 . 29 实习八 三维建模. 35 实习九 综合实验. 39
实习一地图数字化 一、实验目的 l、初识MapInfo 2、利用MapInfo进行地图数字化 二、实验内容 先用扫描仪将地图扫描成栅格图像，然后以栅格图像为背景，手工或利用自 动跟踪软件进行屏幕数字化是目前较为普遍的一种地图数字化方法。许多GIS 和图形软件都有对栅格图像的自动矢量化功能。这里MapInfo为例，说明对栅格 图像在屏幕上进行手工矢量化的基本步骤。 (一)准备扫描图像 选择要数字化的地图，识别该图的投影和坐标系统，在图上选取至少4个控 制点并获取控制点的实际地理坐标，然后将地图扫描成Mapinfo可以识别的栅格 图像格式保存。本次课准备了文件1.tif和2.jpg (二)栅格图像配准 在Mapinfo中打开文件l.tif 选择“file”一一”打开表”，在对话框的“文件类型”中选择“栅格图像” 或”，然后选择“2.tif”,出现对话框，要求对文件进行配准 点击“配准”。 输入控制点 可把图框的四个角的点（坐标是实际量算的经纬度坐标）作为四个控制点， 选择对话框中的“新建”（控制点编辑）移动鼠标，会出现一个十字光标，把这 个光标分别对准四个控制点，点击鼠标左键就会出现如下对话框 让输入经纬度坐标，其中x坐标为经度，y坐标为纬度。 输入四个控制点时应注意：其中任意三个点不能在一条直线上
实习一 地图数字化 一、实验目的 1、初识 MapInfo 2、利用 MapInfo 进行地图数字化 二、实验内容 先用扫描仪将地图扫描成栅格图像，然后以栅格图像为背景，手工或利用自 动跟踪软件进行屏幕数字化是目前较为普遍的一种地图数字化方法。许多 GIS 和图形软件都有对栅格图像的自动矢量化功能。这里 MapInfo 为例，说明对栅格 图像在屏幕上进行手工矢量化的基本步骤。 （一）准备扫描图像 选择要数字化的地图，识别该图的投影和坐标系统，在图上选取至少 4 个控 制点并获取控制点的实际地理坐标，然后将地图扫描成 Mapinfo 可以识别的栅格 图像格式保存。本次课准备了文件 1.tif 和 2.jpg （二）栅格图像配准 在 Mapinfo 中打开文件 1.tif 选择“file”——”打开表”,在对话框的“文件类型”中选择“栅格图像” 或”,然后选择“2.tif”,出现对话框，要求对文件进行配准 点击“配准”。 输入控制点 可把图框的四个角的点（坐标是实际量算的经纬度坐标）作为四个控制点， 选择对话框中的“新建” (控制点编辑)移动鼠标，会出现一个十字光标，把这 个光标分别对准四个控制点，点击鼠标左键就会出现如下对话框 让输入经纬度坐标，其中 x 坐标为经度，y 坐标为纬度。 输入四个控制点时应注意：其中任意三个点不能在一条直线上
编辑控制点 如果控制点输入有误，可以对其进行修改，选择对话框中的“编辑”就可以 进行修改。 (三)新建数字化图层 打开已经配准文件“2.jpg” 这时，就可以以2.jpg为背景数字化地图了。 新建数字化图层，选择“文件”一一新建表（新建图层）一一在新建图层对话 框中的“添加到当前的地图窗口”前打“√”，为了和打开的背景图在一个窗口 (特征类型)的下拉列表中，然后点击“创建”，出现： 输入新表的字段信息，如想建立“河流”图层，第一个字段可以输入名字“河 流名称”，属性为“字符”型，第二个字段可以输入“河流长度”，属性为“十 进制，小数点”2位“，其它字段照这两个字段输入。然后点击创建： 建立新建表的名称为“河流“存入你的文件夹中，就会创建好数字化的空白 图层， 打开“地图“菜单，选中”图层控制“，在”无标题“的图层中在可编辑栏 方框中打”√“，使该图层设为可编辑状态，这时就可以利用工具栏内的点、线、 面等绘图工具进行数字化和编辑，数字化的内容保存在新建图层中。如果不能 次性完成数字化工作，在退出时请”另存为工作空间“，下次就可以直接打开工 作空间继续数字化工作。 (四)屏幕矢量化地图 屏幕矢量化的基本步骤包括： 1、激活地图窗口并确保使一个图层可编辑 2、选择地图>改变视图放大地图窗口，使地图窗口的视野满足适合于屏幕跟 踪的宽度
编辑控制点 如果控制点输入有误，可以对其进行修改，选择对话框中的“编辑”就可以 进行修改。 （三）新建数字化图层 打开已经配准文件“2.jpg” 这时，就可以以 2.jpg 为背景数字化地图了。 新建数字化图层，选择“文件”——新建表(新建图层)——在新建图层对话 框中的“添加到当前的地图窗口” 前打“√”，为了和打开的背景图在一个窗口 (特征类型)的下拉列表中，然后点击“创建”，出现： 输入新表的字段信息，如想建立“河流”图层，第一个字段可以输入名字“河 流名称”，属性为 “字符”型，第二个字段可以输入“河流长度”，属性为“十 进制，小数点”2 位“，其它字段照这两个字段输入。然后点击创建： 建立新建表的名称为“河流“存入你的文件夹中，就会创建好数字化的空白 图层， 打开“地图“菜单，选中”图层控制“，在”无标题“的图层中在可编辑栏 方框中打”√“，使该图层设为可编辑状态，这时就可以利用工具栏内的点、线、 面等绘图工具进行数字化和编辑，数字化的内容保存在新建图层中。如果不能一 次性完成数字化工作，在退出时请”另存为工作空间“，下次就可以直接打开工 作空间继续数字化工作。 （四）屏幕矢量化地图 屏幕矢量化的基本步骤包括： 1、激活地图窗口并确保使一个图层可编辑 2、选择地图>改变视图放大地图窗口，使地图窗口的视野满足适合于屏幕跟 踪的宽度
3、开始跟踪地图 三、实验要求 要求初步做出数字化的地图，并打印出来
3、开始跟踪地图 三、实验要求 要求初步做出数字化的地图，并打印出来
实习二GIS数据库的建立 一、实习目的 主要掌握用Mapinfo来建立GIS属性数据库 二、实习过程 对各个图层分别建立属性库，如对乌鲁木齐市郊区图分层进行了数字化，如 建立了河流、行政区域、道路等图层。 对这些图层分别建立属性库，具体属性项为： 1、河流图层：河流编码(ID)、河流名称、河流类型、河流长度等 2、行政区域图层：行政区域编码(D)、行政区域名称、行政区域的面积等 3、道路图层：道路编码(D)、道路名称、道路类型、道路长度。 首先要学握Arc view的table中的操作 具体的操作 要想利用Mapinfo来建立属性数据库，就必须熟悉学握Mapinfo对表格的操 作。 (一)表管理 1、创建新表 在上一个实验中己经讲过 2、查看或修改表结构 (1)首先要确定要查看或修改的表已打开 (2)选择[表]一[维护]一[表结构]菜单项目 (3)弹出[修改表结构]对话框。在该对话框中可以看到所有的字段，还可 以对这些字段进行各种操作，包括增加、删除、重命名、对字段重新排序、增 加或删除索引、使表可地图化或对表撤消地理编码等操作。 3、保存表 (1)使用保存表：[文件]一[保存表]
实习二 GIS 数据库的建立 一、实习目的 主要掌握用 Mapinfo 来建立 GIS 属性数据库 二、实习过程 对各个图层分别建立属性库，如对乌鲁木齐市郊区图分层进行了数字化，如 建立了河流、行政区域、道路等图层。 对这些图层分别建立属性库，具体属性项为： 1、河流图层：河流编码（ID）、河流名称、河流类型、河流长度等 2、行政区域图层：行政区域编码(ID)、行政区域名称、行政区域的面积等 3、道路图层：道路编码（ID）、道路名称、道路类型、道路长度。 首先要掌握 Arc view 的 table 中的操作 具体的操作 要想利用 Mapinfo 来建立属性数据库，就必须熟悉掌握 Mapinfo 对表格的操 作。 （一）表管理 1、创建新表 在上一个实验中已经讲过 2、查看或修改表结构 （1）首先要确定要查看或修改的表已打开 （2）选择[表]—[维护]—[表结构]菜单项目 （3）弹出[修改表结构]对话框。在该对话框中可以看到所有的字段，还可 以对这些字段进行各种操作 ，包括增加、删除、重命名、对字段重新排序、增 加或删除索引、使表可地图化或对表撤消地理编码等操作。 3、保存表 （1）使用保存表：[文件]—[保存表]
(2)把表的副本另存为新表 (3)使用另存副本的方法，可以保存为不同的路径和文件名、不同的投影 方式以及不同的文件类型 4、重命名表 [表]一[维护]一[重命名表]、 5、删除表 表]一[维护]一[删除表]，删除表可以从磁盘上永久地将此表删除，删除表 的操作可以将单个表的多个文件全部删除 6、紧缩表 (1)在很多表中，很多记录虽然已经被删除，但是被删除的记录的空间仍 然保留着，没有释放出来，这是可以用紧缩表命令。 (2)[表]一[维护]一[紧缩表] (3)[紧缩表格数据]删除已作删除记号的记录，使表更小 (4)[紧缩地图数据]本项只紧缩图形信息 (5)[紧缩以上两种数据]既紧缩图形数据，又紧缩表格数据。 7、复原表 (1)当对表做了并不想永久保存的变化且还没有保存表时，可以复原表的 操作将表恢复到前一版本，用上次保存的版本替换内存中的当前选中表。 (2)[文件]一[复原表] (二)修改表数据 1、表结构在创建完成之后，就需要向表中输入数据，可以通过信息工具 边在图中绘制图形数据一边输入表格数据，也可以通过浏览窗口之间输入表格数 据。 (1)使用信息工具数据信息 (2)使用信息工具查看修改信息 (3)在浏览窗口中修改属性信息 (4)单击[窗口]菜单，选择[新建浏览窗口]菜单项或[常用]工具栏的[新建 浏览窗口]按钮
（2）把表的副本另存为新表 （3）使用另存副本的方法，可以保存为不同的路径和文件名、不同的投影 方式以及不同的文件类型 4、重命名表 [表]—[维护]—[重命名表]、 5、删除表 表]—[维护]—[删除表]，删除表可以从磁盘上永久地将此表删除，删除表 的操作可以将单个表的多个文件全部删除 6、紧缩表 （1）在很多表中，很多记录虽然已经被删除，但是被删除的记录的空间仍 然保留着，没有释放出来，这是可以用紧缩表命令。 （2）[表]—[维护]—[紧缩表] （3）[紧缩表格数据]删除已作删除记号的记录，使表更小 （4）[紧缩地图数据]本项只紧缩图形信息 （5）[紧缩以上两种数据]既紧缩图形数据，又紧缩表格数据。 7、复原表 （1）当对表做了并不想永久保存的变化且还没有保存表时，可以复原表的 操作将表恢复到前一版本，用上次保存的版本替换内存中的当前选中表。 （2）[文件]—[复原表] （二）修改表数据 1、表结构在创建完成之后，就需要向表中输入数据，可以通过信息工具一 边在图中绘制图形数据一边输入表格数据，也可以通过浏览窗口之间输入表格数 据。 （1）使用信息工具数据信息 （2）使用信息工具查看修改信息 （3）在浏览窗口中修改属性信息 （4）单击[窗口]菜单，选择[新建浏览窗口]菜单项或[常用]工具栏的[新建 浏览窗口]按钮
(5)可使用Tb键使光标在同一记录的不同字段间切换。 (6)在表中添加行 [表]一[在表中添加行] (7)用[更新列]来自动赋数据 (8)使用[更新列]命令可以为列指定值、用其他表中的数据增加列、在列 行之间移动数据以及向描述性数据的列中输入图形信息等，更新列操作允许通过 基于一张表自身的数据值或另一张表的数据来更新表中的列值。 三、练习 l、掌握利用MapInfo建立GIS数据库 2、熟习MapInfo的空间SQL查询 四、作业 要求上面两个练习上交实验报告
（5）可使用 Tab 键使光标在同一记录的不同字段间切换。 （6）在表中添加行 [表]—[在表中添加行] （7）用[更新列]来自动赋数据 （8）使用[更新列]命令可以为列指定值、用其他表中的数据增加列、在列 行之间移动数据以及向描述性数据的列中输入图形信息等，更新列操作允许通过 基于一张表自身的数据值或另一张表的数据来更新表中的列值。 三、练习 1、掌握利用 MapInfo 建立 GIS 数据库 2、熟习 MapInfo 的空间 SQL 查询 四、作业 要求上面两个练习上交实验报告
实习三学习Arc View的操作 一、实习目的 I、熟悉Arc view的界面风格 2、熟练掌握Arc view各个功能模块的操作， 3、学会使用Arc view进行地图数字化和建立GIS数据库 二、实习内容： (一)Arc view的界面介绍 1、Arc view的简介 Arc View是美国ESRI(环境系统研究所)的GIS产品，ESRI是地理信息系 统业界的巨子，其发展基本上代表了国际地理信息系统技术的最前沿水平，ESI 另一与Arc View相蓖美的GIS产品即著名的Arc/Info,它们都以技术可靠、算 法先进、实用性强而著称于世。相对于Arc View,Arc/Info更专业化和适于解 决更复杂、更专业化的空间分析问题，而Arc View却是新一代桌面地理信息系 统的代表，其方便、灵活、操作简单、通用性强，特别适用于地理信息系统应用 的普及和对传统信息系统的GIS化。 2、Arc View的基本功能模块及其扩充 Arc View采用了可扩充的结构设计，整个系统由基本模块和可扩充功能模 块构成。其基本模块包括对视图(Views)、表格(Tabbies)、图表(Charts)、 图版(Layouts入、和脚本(Scripts)的管理。这些基本功能模块，可以完成： (1)创建基于GIS的电子地图 Arc View的矢量数据模型，支持创建基于GIS的电子地图，电子地图中的 任何图元对象，都具有系统赋予的唯一内部标识，从而可以对其进行各种访问。 (2)电子地图中的地理对象连接属性信息 Arc View对电子地图中具有内部标识的任一图元对象，都可以组织和建立 与其相关的属性信息，从而形成完整地图对象的信息结构：
实习三 学习 Arc View 的操作 一、实习目的 1、熟悉 Arc view 的界面风格 2、熟练掌握 Arc view 各个功能模块的操作。 3、学会使用 Arc view 进行地图数字化和建立 GIS 数据库 二、实习内容： （一）Arc view 的界面介绍 1、Arc view 的简介 Arc View 是美国 ESRI（环境系统研究所）的 GIS 产品，ESRI 是地理信息系 统业界的巨子，其发展基本上代表了国际地理信息系统技术的最前沿水平，ESRI 另一与 Arc View 相蓖美的 GIS 产品即著名的 Arc/Info，它们都以技术可靠、算 法先进、实用性强而著称于世。相对于 Arc View，Arc/Info 更专业化和适于解 决更复杂、更专业化的空间分析问题，而 Arc View 却是新一代桌面地理信息系 统的代表，其方便、灵活、操作简单、通用性强，特别适用于地理信息系统应用 的普及和对传统信息系统的 GIS 化。 2、Arc View 的基本功能模块及其扩充 Arc View 采用了可扩充的结构设计，整个系统由基本模块和可扩充功能模 块构成。其基本模块包括对视图（Views）、表格（Tabbies）、图表（Charts）、 图版（Layouts）、和脚本（Scripts）的管理。这些基本功能模块，可以完成： （1）创建基于 GIS 的电子地图 Arc View 的矢量数据模型，支持创建基于 GIS 的电子地图，电子地图中的 任何图元对象，都具有系统赋予的唯一内部标识，从而可以对其进行各种访问。 （2）电子地图中的地理对象连接属性信息 Arc View 对电子地图中具有内部标识的任一图元对象，都可以组织和建立 与其相关的属性信息，从而形成完整地图对象的信息结构；
(3)图空间数据与属性数据的交叉查询 在Arc View所创建的电子地图中，可以通过地图对象查询得到其相应的属 性信息，也可以通过属性值或属性值的范围，通过SQL(结构化查询语言)查询 操作，构造符合查询条件的逻辑表达式，在地图中查找到相应的空间数据对象 从而实现地图空间数据与属性数据的交叉查询： (4)建立基于空间数据与属性数据的分析图表 Arc View支持六种类型的图表：面图(area),水平直方图(bar),柱状图 (column),线图(line),饼图(pie)和坐标散点图(X Y Scatter)。且每种 类型的图表均有几种变型可供选择。ArcView图表实现了对表格数据的动态与直 观显示，图表将信息快捷直观地传递给用户，而这些信息用其它方法获取，则需 花很长时间进行统计和综合。 图表可利用己有的ArcView表格数据，图表的类型决定显示的方式。使用图 表可以显示、比较、查询属性信息，如点击饼图中某一扇片，则可以自动查询出 其表达的记录数或其它信息。另图表也是动态的，因为图表表达的是表格数据的 当前状态，对表格数据的改动，会自动反映到图表中。 (5)作地图图版 图板是一个文档，ArcView通过图板设计，可以创建和输出高质量的地图。 图板可以由各种文档、图形和文本组成，项目中的视图、表格、图表也可以放在 图板之中。图板的设计是在ArcView GIS的图形用户接口(GUI)中完成的。在 图板的GUI中，有按钮和其他工具以供绘制、拖放和编辑图板选用。图板设计完 成后，可以将之保存为图板模版供日后使用，也可以将图板打印或绘制成硬拷贝。 除了这些基本模块之外，ArcView还包括大量可扩充功能模块，正是籍助于 这些可扩充的功能模块，ArcView可以完成大量的空间分析任务。 这些可扩充的功能模块包括： 1、空间分析(Spetial Analyst)模块：使桌面用户可以创建、查询、分析 基于栅格的光栅地图，通过多数据层查询信息。基于栅格的光栅数据的空间分析 和可视化工具与ArcView的基于矢量的操作的结合，提高了ArcView在分析、建 模、可视化、制图方面的能力：
（3）图空间数据与属性数据的交叉查询 在 Arc View 所创建的电子地图中，可以通过地图对象查询得到其相应的属 性信息，也可以通过属性值或属性值的范围，通过 SQL（结构化查询语言）查询 操作，构造符合查询条件的逻辑表达式，在地图中查找到相应的空间数据对象， 从而实现地图空间数据与属性数据的交叉查询； （4）建立基于空间数据与属性数据的分析图表 Arc View 支持六种类型的图表：面图（area），水平直方图（bar），柱状图 （column），线图（line），饼图（pie）和坐标散点图（X Y Scatter）。且每种 类型的图表均有几种变型可供选择。ArcView 图表实现了对表格数据的动态与直 观显示，图表将信息快捷直观地传递给用户，而这些信息用其它方法获取，则需 花很长时间进行统计和综合。 图表可利用已有的 ArcView 表格数据，图表的类型决定显示的方式。使用图 表可以显示、比较、查询属性信息，如点击饼图中某一扇片，则可以自动查询出 其表达的记录数或其它信息。另图表也是动态的，因为图表表达的是表格数据的 当前状态，对表格数据的改动，会自动反映到图表中。 （5）作地图图版 图板是一个文档，ArcView 通过图板设计，可以创建和输出高质量的地图。 图板可以由各种文档、图形和文本组成，项目中的视图、表格、图表也可以放在 图板之中。图板的设计是在 ArcView GIS 的图形用户接口（GUI）中完成的。在 图板的 GUI 中，有按钮和其他工具以供绘制、拖放和编辑图板选用。图板设计完 成后，可以将之保存为图板模版供日后使用，也可以将图板打印或绘制成硬拷贝。 除了这些基本模块之外，ArcView 还包括大量可扩充功能模块，正是籍助于 这些可扩充的功能模块，ArcView 可以完成大量的空间分析任务。 这些可扩充的功能模块包括： 1、空间分析（Spetial Analyst）模块：使桌面用户可以创建、查询、分析 基于栅格的光栅地图，通过多数据层查询信息。基于栅格的光栅数据的空间分析 和可视化工具与 ArcView 的基于矢量的操作的结合，提高了 ArcView 在分析、建 模、可视化、制图方面的能力；