GIS模型與建模(綜合性實驗)

1、本科學生綜合性、設計性實驗報告姓名 尹永義 學號 1443206000113 專業(yè) 地理科學 班級 2014B 實驗課程名稱 地理信息系統(tǒng)概論（實驗） 實驗名稱 GIS模型與建模 指導教師及職稱 速紹華 （講師 ） 開課學期 2014 至 2015 學年下 學期 云南師范大學旅游與地理科學學院編印一、實驗準備實驗名稱：實驗（GIS模型與建模 ） 實驗時間：2015/06/04實驗類型： 驗證實驗 綜合實驗 1、 實驗目的和要求：（1） 用矢量數據和柵格數據建立二值模型（2） 用矢量數據和柵格數據建立指數模型（3） 熟悉使用矢量數據和柵格數據的相互轉換以及學會用矢量數據和柵格數據建立各種模型（4

2、） 進一步復習及學習GIS，并進一步熟悉它的特征及其復雜性（5） 學會建立和處理GIS的各種模型以及相互間的轉換2、 實驗材料及相關設備：1) 附有GIS軟件的Windows7電腦一臺2) 指導：地理信息系統(tǒng)導論第18章的操作步驟3) 數據來源：地理信息系統(tǒng)導論配套光盤中的GIS文件中的datesets_v7中的第十八章（chap18）.：4) elevzone.shp，高度帶的shapefile；stream.shp，河流的shapefile。5) elevzone_gd，高度帶柵格：stream_gd，河流柵格。3、 實驗理論依據或知識背景：n 模型是一種現(xiàn)象或一個系統(tǒng)的簡化表示。 一幅地

3、圖就是一個模型模型可以是描述的或規(guī)則的，可以是確定的或隨機的，可以是靜態(tài)的或動態(tài)的，可以是推論的或歸納的。建模：是構造現(xiàn)實世界與研究對象相關的模型的過程。GIS 模型的分類 1. 模型可以是描述的或規(guī)則的。 2. 模型可以是確定的或隨機的。 3. 模型可以是靜態(tài)的或動態(tài)的。 4. 模型可以是推論的或歸納的。 建模過程 1. 明確建模目的 2. 把模型分解成各種元素，然后用概念定義各種元素的屬性和它們之間的相互作用框圖 3. 模型的應用與校準 4. 模型的驗證 GIS 在建模中的作用 n GIS是一個能夠加工、顯示與集成不同數據源的工具，這些數據源包括地圖、數字高程模型（DEM）、全球定位系統(tǒng)（

4、GPS）數據、影像和表格等； n 用GIS建立的模型可以是基于矢量或基于柵格的； n GIS 有將矢量數據與柵格數據相互轉換的算法。 n GIS建模可以在GIS環(huán)境中進行，或者需要GIS與其他計算機程序的鏈接。 n 二值模型用邏輯表達式從一個組合要素圖層或多重柵格中選擇目標區(qū)域。二值模型的輸出結果也是二值格式：1（為真）表示區(qū)域滿足選擇條件，0（為假）則表示不滿足。 n 確定選擇指標在創(chuàng)建二值模型過程中可能是最重要的步驟。 基于矢量的方法 要創(chuàng)建基于矢量的二值模型，我們可收集輸入圖層，疊置和從復合要素圖層執(zhí)行數據查詢。 基于柵格的方法 基于柵格的方法要求輸入柵格數據，每種柵格代表一個指標。多重

5、柵格的局部操作則可用于從輸入柵格生成基于柵格的模型。 指數模型 n 指數模型計算每個像元區(qū)域的指數值，然后根據該指數值生成一個等級地圖。 n 指數模型和二值模型都包含多重指標評估，且都基于數據處理的疊置操作。但是指數模型為每個像元區(qū)域生成一個指數值，而不是簡單的是或不是。 其他方法 其他方法主要用于解決因子獨立性、指標權重、數據集合以及數據標準化等問題。 回歸模型 n 回歸模型是用一個方程式建立一個因變量與多個自變量的關系，可用于預測和推算。 n 回歸模型可在GIS中用地圖疊置運算把分析所需的全部自變量結合起來。 n 本節(jié)包含三種回歸模型：線性回歸、局部回歸和對數回歸。 線性回歸模型 局部回歸

6、模型 對數回歸模型 過程模型 修正的通用土壤流失方程 n 土壤侵蝕是一個環(huán)境過程，包括氣候、土壤性質、地形、土表狀況和人類活動。 n 一個眾所周知的土壤侵蝕模型就是修正的通用土壤流失方程（RUSLE），它是通用土壤流失方程（USLE）的最新版本 。RUSLE 用于預測在特定種植和管理系統(tǒng)中的特定田間坡面和山地由徑流攜帶的平均土壤流失量。 臨界降雨量模型 臨界降雨模型是基于物理的滑坡模型，在指定區(qū)域內，綜合考慮地形和土壤特性來評估區(qū)域內潛在的滑坡風險 。 二、 實驗內容、步驟和結果（要求：詳細寫清楚本次實驗的完成的主要內容、具體實施步驟和實驗結果。紙張不夠可以自行添加。）建模過程：（1）明確建模

7、目的。這類似于給一個研究問題進行定義；（2）把模型分解成各種元素，然后用概念定義各種元素的屬性和它們之間的相互作用框圖（如流程圖）；（3）模型的應用與校準。校準模型是一個重復的過程，不斷地比較模型輸出的數據與觀察結果的之間的差異，調整各參數的數值，然后再運行模型。其中模型預測中的不確定性是校準一個確定模型的主要問題。一、建立基于矢量的二值模型所需資料：elevzone.shp，高度帶的shapefile；stream.shp，河流的shapefile。1) 啟動ArcGatalog，鏈接到第18章（chap18）的數據庫，打開ArcMap。重新命名數據幀為Task1，添加stream.shp和

8、elevzone.shp到Task1.打開ArcToolbox窗口。把18章數據庫設為當前的工作空間。右擊18章數據庫，指向NEW，選擇Toolbox，將新工具箱重命名為Chap18.tbx。2) 打開ModelBuider窗口。在General欄上，把名稱和標簽改為Task1。3) 在ArcToolbox中，從Analysis Tools/Proximity工具箱中能拖拉Buffer工具至Model窗口。右擊Buffer并選擇Open打開。在Buffer對話框，在Input Features中通過下拉菜單選擇stream，在Output Feature Class中命名為strmbuf.sh

9、p，設定距離為Linear unit為200m，選擇ALL為dissolve type。4) 在Model窗口中可視物體都用不同色彩標記。輸入的呈現(xiàn)藍色，工具呈現(xiàn)金色，輸出的呈現(xiàn)綠色。模型一次可以使用一個工具（或執(zhí)行一個功能）或可以作為整個模型。首先運行Buffer工具，右擊Buffer并選擇Run運行。處理期間，工具變成紅色。完成后，工具和輸出都多了陰影部分。右擊strmbuf.shp，選擇Add to Display。5) 從Analysis Tools/Overlay工具集拖拉Intersect工具到Model窗口中。右擊Intersect并選擇Open打開。在Intersect對話框的

10、下拉菜單選擇strm.shp與elevzone來輸入要素，輸出要素類別上填寫pothab.shp。6) 右擊Intersect并選擇Run運行。疊置完成后，右擊pothab.shp并選擇Add to Display添加pothab.shp使其顯示。除pothab外，關閉ArcMap表格目錄里的所有圖層。7) 從Analysis Tools/Extract工具集里拖拉Select工具到Model窗口中。右擊Select并選擇Open打開。在Select對話框里，選擇pothab.shp來輸入要素，在輸出要素類別上填寫final.shp，并單擊SQL來顯示表達式。在表達式框里輸入以下SQL表達式：

11、“ZONE”=2。單擊OK退出Sslect對話框。右擊Select并選擇Run運行。添加final.shp。8) 在Task1窗口的View菜單中選擇Auto Layout自動輸出，并讓ModelBuilder自動重新排列模型框圖。最后，在Model菜單中選擇Save保存，保存至Chap18.tbx中，文件名為Task1.下次要運行Task1，可在18章工具集中右擊Task1并選擇Edit進行編輯。二、建立基于柵格的二值模型所需數據：elevzone_gd，高度帶柵格：stream_gd，河流柵格。1) 在第18章數據庫中創(chuàng)建一個新的文件夾，命名為Task2。在第18章數據庫中將elevzon

12、e_gd和stream_gd復制并粘貼至Task2。2) 在ArcMap中插入一個新的數據幀，重命名為Task2，加載elevzone_gd和stream_gd至Task2。3) 單擊并打開Python窗口。在Python窗口輸入以下語句（不包括）：import arcpyfrom arcpy import envfrom arcpy.sa import*env.workspace=“d:/chap18”arcpy.CheckExtension(“Spatial”)outEucDistance=EucDistance(“stream_gd”,200)outExtract=ExtractByAt

13、tributes(“elevzone_gd”,”value=2”)outExtract2=ExtractByAttributes(“outExtract”,”outEucDistance”)outExtract2.save(“outExtract2”)該段自動執(zhí)行命令的前5行語句輸入arcpy和Spatial Analyst工具，并定義工作空間為d:/chap18/。接下來的3行語句使用Spatial Analyst工具。EucDistane工具創(chuàng)建一個距stream_gd最大距離為200m的距離量測柵格。Extract By Attributes工具通過在elevzone_gd中選擇區(qū)域2來

14、創(chuàng)建一個柵格（outExtract）。Extract By Mask工具用outEucDistance作為掩模從outExtract中選擇區(qū)域，這些區(qū)域落在outEucDistance邊界內，并將輸出保存至outExtract2。最后，outExtract2保存在工作空間。4) 比較outExtract2和一中的final，兩者的覆蓋區(qū)域應該相同。 三、實驗小結1、實驗中出現(xiàn)過的問題（或錯誤）、原因分析在做實驗前,一定要將課本上的知識吃透,因為這是做實驗的基礎,否則,在老師講解時就會聽不懂,這將使你在做實驗時的難度加大,浪費做實驗的寶貴時間.比如做應變片的實驗,你要清楚電橋的各種接法,如果你不清楚,在做實驗時才去摸索,這將使你極大地浪費時間,使你事倍功半.做實驗時,一定要親力親為,務必要將每個步驟,每個細節(jié)弄清楚,弄明白,實驗后,還要復習,思考,這樣,你的印象才深刻,記得才牢固,否則,過后不久你就會忘得一干二凈,這還不如不做.做實驗時,老師還會根據自己的親身體會,將一些課本上沒有的知識教給我們,拓寬我們的眼界,使我們認識到這門課程在生活中的應用是那么的廣泛.通過這次XXX的實驗,使我學到了不少實用的知識,更重要的是,做實驗的過程,