基于ArcGIS的課程設計

1、CHANG CHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY長春工程學院勘查與測繪工程學院課程設計基于ArcGIS的長春工程學院湖東校區(qū)地理信息系統(tǒng)設計姓 名： 專 業(yè)： 測 繪 工 程 班 級： 測 繪 指導教師： 職 稱： 年 月 日長春工程學院勘查與測繪工程學院地理信息系統(tǒng)課程設計評分表班級： 學號： 姓名： 項 目比例評價標準得分出勤情況10%缺勤一次扣2分，扣滿為止（10分）口頭答辯成績20%回答問題是否準確，思路是否扼要清晰。（20分）電子成果30%成果整理是否清晰，命名是否規(guī)范，地理數(shù)據(jù)是否完整；數(shù)據(jù)庫設計是否完整、合理、規(guī)范，是否存在拓撲錯誤 （30分）報告40%報告內(nèi)

2、容結構是否完整、全面、合理，論證是否充分，方案是否合理，層次是否清楚，結論是否嚴謹；設計計算及圖表表達是否正確，表述是否精練，思路是否清晰，圖文是否工整、規(guī)范，技術用語是否準確，格式是否規(guī)范。（40分）總 分評分教師：2015年1月 日目 錄1 引言12 校園地理信息系統(tǒng)研究現(xiàn)狀33 長春工程學院湖東校區(qū)地理信息系統(tǒng)設計33.1 系統(tǒng)分析：33.2 系統(tǒng)設計43.3 系統(tǒng)實施103.4 編輯123.5 地形圖的配準183.6 系統(tǒng)運行與維護204 課程設計總結21 參考文獻21 1 引言 1.1 課程設計的來源 地理信息系統(tǒng)課程設計是在完成地理信息系統(tǒng)的課堂教學后進行的，通過學生在課堂上所學到

3、的知識進行課程設計。 1.2 課程設計目的 地理信息系統(tǒng)課程設計的目的是加深學生對地理信息系統(tǒng)基本概念、基本原理的理解，提高學生的地理信息系統(tǒng)的理論水平和分析問題、解決問題能力以及編寫實習報告的能力。并且鍛煉學生使用軟件進行成圖以及進行相關的分析能力。 1.3 課程設計要求 利用流行GIS軟件進行數(shù)據(jù)采集，存儲地理數(shù)據(jù)。建立較完整的基于GIS平臺軟件的一個小型地理信息系統(tǒng)。 1.4 課程設計應解決的主要問題 應用軟件描繪出長春工程學院東校區(qū)地形圖并對圖形進行各種處理 1.5 課程設計時間 時間：2015年12月20日到2015年12月31日 1.6 地理信息系統(tǒng)概述 概念 地理信息系統(tǒng)（Geo

4、graphicInformationSystem或GeoInformationsystem，GIS）有時又稱為“地學信息系統(tǒng)”或“資源與環(huán)境信息系統(tǒng)”。它是一種特定的十分重要的空間信息系統(tǒng)。它是在計算機硬、軟件系統(tǒng)支持下，對整個或部分地球表層（包括大氣層）空間中的有關地理分布數(shù)據(jù)進行采集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述的技術系統(tǒng)。 組成 地理信息系統(tǒng)包括硬件設備和軟件系統(tǒng)兩大部分。地理信息系統(tǒng)主要硬件設備有： 數(shù)據(jù)采集裝置，有各種類型的數(shù)字化儀； 人機圖形交互裝置，可采用高分辨率的彩色圖形顯示器和輸入部件； 中央處理裝置，通常使用不同類型的數(shù)字計算機； 數(shù)據(jù)存儲設備，作為計算機的外存設備，

5、主要是大容量的磁盤和磁帶機； 圖形輸出設備，有矢量式或光柵式繪圖機、靜電式符號打印設備等。 地理信息系統(tǒng)軟件分為系統(tǒng)軟件和應用軟件。系統(tǒng)軟件包括計算機系統(tǒng)提供的操作系統(tǒng)、語言編譯系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和數(shù)學庫，還有數(shù)字化操作軟件、基本的顯示繪圖軟件等。應用軟件范圍廣泛，功能多樣，如處理多邊形信息和網(wǎng)格信息的各種程序、多元統(tǒng)計分析程序、各種地理分析程序以及應用繪圖程序等。 發(fā)展空間 許多學科受益于地理信息系統(tǒng)技術?；钴S的地理信息系統(tǒng)市場導致了GIS組件的硬件和軟件的低成本和持續(xù)改進。這些發(fā)展反過來導致這項技術在科學、政府、企業(yè)和產(chǎn)業(yè)等方面更廣泛的應用，應用包括房地產(chǎn)、公共衛(wèi)生、犯罪地圖、國防、可持

6、續(xù)發(fā)展、自然資源、景觀建筑、考古學、社區(qū)規(guī)劃、運輸和物流。地理信息系統(tǒng)也分化出定位服務(LBS)。LBS使用GPS通過所在地與固定基站的關系用移動設備顯示其位置(最近的餐廳,加油站,消防栓),移動設備(朋友,孩子,一輛警車)或回傳他們的位置到一個中央服務器顯示或作其他處理。隨著GPS功能與日益強大的移動電子(手機、pda、筆記本電腦)整合，這些服務繼續(xù)發(fā)展。 行業(yè)概況 作為數(shù)字地理信息系統(tǒng)行業(yè)領軍者的北京傲唯刃道科技有限公司認為：供求關系是一個地理信息系統(tǒng)行業(yè)能否快速發(fā)展的前提。目前來看，市場需求是很大的，而供應方面卻略顯不足，尤其是擁有核心知識產(chǎn)權，專利產(chǎn)品及服務質(zhì)量過硬的企業(yè)并不多，行業(yè)整

7、體缺乏品牌效應。在需求旺盛的階段，行業(yè)需求巨大，發(fā)展前景好，這是毋庸置疑的。傲唯刃道號召業(yè)內(nèi)企業(yè)共同努力，尤其需要發(fā)揮盡善盡美的研發(fā)精神，進一步提高研發(fā)技藝，降低成本，真正解決客戶的實際困難，嚴把質(zhì)量關，提供最可靠的產(chǎn)品及服務。 指導思想 地理信息系統(tǒng)地理信息系統(tǒng)是一門綜合性的應用學科，它對于學生的地理科學及信息科學、計算機科學基礎要求比較高。同時，地理信息系統(tǒng)目前發(fā)展非常迅速，應用越來越廣泛，因而盡管本課程是一門基礎課程，其內(nèi)容的更新速度確實非常迅速的。結合這些特點，基于課程目的和課程定位，本課程建設的基本指導思想是： 第一：堅持理論與實踐相結合。本課程作為本科生的入門課程，對相關的基礎概念

8、、基礎知識及基本原理需要進行充分、翔實的講解，使學生牢固的予以掌握 第二：堅持基礎理論體系與最新進展相結合。本課程講授地理信息系統(tǒng)的完整的理論體系與框架，以便為學生的后續(xù)學習研究打好基礎。 第三：堅持個性化教育的原則。地理信息系統(tǒng)是一個交叉學科，需要的專業(yè)背景知識較多，包括地理科學、信息科學及計算機科學等，同時其應用方向又非常廣泛。 第四：積極運用新型的教學手段。針對課程中的重點與難點，本課程積極采用文字、圖片、視頻、動畫等新型教學手段，以提高課程的趣味性，提高學生的參與程度，幫助學生進行理解和記憶。由于地理信息系統(tǒng)本身就是軟件系統(tǒng)，因而課堂教學講授中還采用了現(xiàn)場操作、現(xiàn)場演示的教學方法，并大

9、力鼓勵學生走上講臺進行操作，大大提高了學生的參與程度。2 校園地理信息系統(tǒng)研究現(xiàn)狀隨著地理信息系統(tǒng)(GIS)技術、網(wǎng)絡技術的快速發(fā)展,數(shù)字城市、數(shù)字小區(qū)、數(shù)字校園的建設有了顯著的成果。數(shù)字校園系統(tǒng)的研究與開發(fā)對提高校園管理水平有著重要意義。 在探討了GIS國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢的基礎上,研究了ArcGIS的概念和特點、體系結構、實現(xiàn)形式,同時對ArcGIS的發(fā)展、實現(xiàn)技術以及開發(fā)平臺等重要技術特征進行系統(tǒng)的分析和比較。通過需求分析和功能分析,確定校園地理信息系統(tǒng)的主要功能:數(shù)據(jù)的存儲與更新功能,信息檢索、查詢與分析功能,空間信息可視化功能,空間信息共享功能等。數(shù)據(jù)的規(guī)范通過數(shù)據(jù)編碼來實現(xiàn),根據(jù)一

10、定的組織原則對數(shù)據(jù)格式進行了統(tǒng)一,并設計出了相應的校園地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫。論文探討了基于ArcGIS10.1地圖服務器的具體實現(xiàn)技術方案,詳細的論述了系統(tǒng)的運行環(huán)境和體系結構以及ArcGIS的工作原理,在收集了現(xiàn)有校園的地理數(shù)據(jù)的基礎上,矢量化了各種校園地理圖件,并建立了數(shù)據(jù)庫來存儲空間數(shù)據(jù)庫和屬性數(shù)據(jù)數(shù)據(jù),實現(xiàn)基于ArcIMS平臺的校園地理信息系統(tǒng)。 論文取得的主要成果包括:研究建立了校園地理信息系統(tǒng)的領域模型、系統(tǒng)架構和結構設計;建立了通用的校園地理信息分類編碼模型和數(shù)據(jù)組織模型;實現(xiàn)了大學校園地理信息系統(tǒng)實例,提供了高效率的數(shù)字化校園管理平臺。3 長春工程學院湖東校區(qū)地理信息系統(tǒng)設計

11、 3.1 系統(tǒng)分析： 本系統(tǒng)的觀點時間里一個長春工程學院湖東校區(qū)地理信息系統(tǒng)，通過對校園整體情況的分析，綜合校園實地的基礎與資料情況，針對本次課程設計我們提出了一些方法，例如，建立一個簡單地校園地理信息數(shù)據(jù)庫，運用本學期學習的ArcGIS軟件進行處理和編輯。主要是對長春工程學院湖東校區(qū)的校區(qū)概況進行分析調(diào)查，綜合實地情況進行的設計。 本次調(diào)查需求的主要內(nèi)容有一下幾點： 建庫數(shù)據(jù)的來源與測繪12級在大二數(shù)字化測圖實習中的測圖成果。 獲取數(shù)據(jù)的主要內(nèi)容包括：校區(qū)內(nèi)的各種建筑物、各種地物（路面、操場、草坪）。 本次實踐主要是為了為長春工程學院湖東校區(qū)的學生提供一些校區(qū)詳細信息，為了學校的發(fā)展提供一定

12、的基礎。 本次實踐所獲取的數(shù)據(jù)資料質(zhì)量合格，完全能夠適應本次實踐，能建立一個合格長春工程學院湖東校區(qū)地理信息數(shù)據(jù)庫。 可行性分析： (a) 數(shù)據(jù)庫僅對本校學生有一定的認識作用，經(jīng)濟效益不明顯，如果面向社會只能起到一個簡單的演示作用。 (b) 本次實踐都是我們自己通過所學習的知識進行的數(shù)據(jù)處理和建庫，完全能夠保證完成后任務的質(zhì)量。 (c) 技術上的關鍵問題在于，如何對學校進行建庫、屬性的建立、拓撲關系的確定，以及影像的校正等。解決的計劃主要是通過詢問老師以及查詢相關的輔導教材。解決的計劃較為成功，大多數(shù)問題通過這些方法都已基本的得到了改善的完善。 (d) 本次實踐獲取的數(shù)據(jù)資料有以下： 一份校區(qū)

13、cass數(shù)字化地形圖 一份校區(qū)正射影像圖 (e) 軟件系統(tǒng)和開發(fā)能力只能保證數(shù)據(jù)庫中現(xiàn)有的一些查詢能力，但為了以后的有效補充分別在個各種查詢中留有備用，以便為以后的進一步優(yōu)化提供空間，但是開發(fā)能力可以完成系統(tǒng)的各項要求。 (f) 所提供的經(jīng)費能有余地地保證任務完成及新系統(tǒng)產(chǎn)生效益估計。 (g) 任務的實踐計劃表合理并有適度的余量。 3.2 系統(tǒng)設計 3.2.1 總體設計 本次數(shù)據(jù)庫的建立主要是滿足同學對于本校大體情況的查詢，目標是讓本校同學能夠在最短的時間和最簡單直觀的方法快速了解學校的情況。 數(shù)據(jù)庫的總體結構是首先建立一個長春工程學院地理信息數(shù)據(jù)庫，其次在數(shù)據(jù)庫的基礎上添加屬性類，在進行地物

14、的描繪工作，本次實踐選用的ArcGIS 9.3。 本次實踐設計的系統(tǒng)功能有：查詢功能緩沖區(qū)建立拓撲的建立 3.2.2 詳細細化 該系統(tǒng)的查詢功能建立初期應先建立一個長春工程學院數(shù)據(jù)庫，然后在庫中建立如下要素類：體育場、圍欄、宿舍樓、教學樓、雜物樓、石磚路、草坪、路燈、道路、食堂等。表1 體育場要素類屬性字段設計字段名數(shù)據(jù)類型別名OBJECTID對象ID體育場name文本名字面積短整型面積備注文本備注學號長整型學號SHAPE-Length雙精度型長度SHAPE-Area雙精度型面積用途文本用途表2 電線要素類屬性字段設計字段名數(shù)據(jù)類型別名OBJECTID對象ID電線name文本名字SHAPE-L

15、ength雙精度型長度備注文本備注學號短整型學號長度短整型長度表3 宿舍樓要素類屬性字段設計字段名數(shù)據(jù)類型別名OBJECTID對象ID宿舍樓name文本名字結構文本結構備注文本備注學號短整型學號SHAPE-Length雙精度型長度SHAPE-Area雙精度型面積房間數(shù)短整型房間數(shù)表4 教學樓要素類屬性字段設計字段名數(shù)據(jù)類型別名OBJECTID對象ID教學樓name文本名字房間數(shù)短整型房間數(shù)備注文本備注學號短整型學號結構文本結構SHAPE-Length雙精度型長度SHAPE-Area雙精度型面積表5 行樹要素類屬性字段設計字段名數(shù)據(jù)類型別名OBJECTID對象ID行樹name文本名字樹種文本樹種

16、備注文本備注學號短整型學號SHAPE-Length雙精度型長度棵樹短整型棵樹 表6 石磚路要素類屬性字段設計字段名數(shù)據(jù)類型別名OBJECTID對象ID石磚路name文本名字SHAPE-Area雙精度型面積備注文本備注學號長整型學號SHAPE-Length雙精度型長度材質(zhì)文本材質(zhì)用途文本用途表7 路燈要素類屬性字段設計字段名數(shù)據(jù)類型別名OBJECTID對象ID路燈name文本名字備注文本備注學號長整型學號高度雙精度型高度表8 草地要素類屬性字段設計字段名數(shù)據(jù)類型別名OBJECTID對象ID草地name文本名字SHAPE-Area雙精度型面積備注文本備注學號短整型學號SHAPE-Length雙精度

17、型長度面積短整型面積表9 道路要素類屬性字段設計字段名數(shù)據(jù)類型別名OBJECTID對象ID道路name文本名字SHAPE-Area雙精度型面積備注文本備注學號長整型學號SHAPE-Length雙精度型長度表10 食堂要素類屬性字段設計字段名數(shù)據(jù)類型別名OBJECTID對象ID食堂name文本名字SHAPE-Area雙精度型面積備注文本備注學號長整型學號SHAPE-Length雙精度型長度表11 排水井蓋要素類屬性字段設計字段名數(shù)據(jù)類型別名OBJECTID對象ID排水井蓋name文本名字備注文本備注學號短整型學號材質(zhì)文本材質(zhì)表12 排污井蓋要素類屬性字段設計字段名數(shù)據(jù)類型別名OBJECTID對象

18、ID排污井蓋name文本名字備注文本備注學號短整型學號材質(zhì)文本材質(zhì)表13 球場要素類屬性字段設計字段名數(shù)據(jù)類型別名OBJECTID對象ID球場name文本名字備注文本備注學號長整型學號用途文本用途SHAPE-Length雙精度型長度SHAPE-Area雙精度型面積表14 花壇要素類屬性字段設計字段名數(shù)據(jù)類型別名OBJECTID對象ID花壇name文本名字備注文本備注學號短整型學號SHAPE-Length雙精度型長度SHAPE-Area雙精度型面積用途文本用途表15 花棚要素類屬性字段設計字段名數(shù)據(jù)類型別名OBJECTID對象ID花棚name文本名字備注文本備注學號短整型學號SHAPE-Leng

19、th雙精度型長度SHAPE-Area雙精度型面積用途文本用途 3.3 系統(tǒng)實施 3.3.1 ArcCatalog簡介 ArcCatalog是瀏覽、組織、分配、管理一個組織機構所有GIS數(shù)據(jù)的工具。 啟動ArcCatalog。 單擊工具欄上的ArcCatalog按鈕，啟動ArcCatalog。圖1 數(shù)據(jù)庫的建立 ArcCatalog窗口左側的Catalog目錄樹用來瀏覽和組織GIS數(shù)據(jù)，當前目錄中的內(nèi)容則顯示在Catalog窗口的右面。在窗口中進行圖層的編輯，分別輸入地圖中所要描繪的圖形名稱。 3.3.2 打開地圖文檔并瀏覽圖2 瀏覽地圖文檔 地圖文檔打開后，左邊的稱為內(nèi)容列表，可以進行數(shù)據(jù)圖層

20、的管理，右邊的區(qū)域可以進行數(shù)據(jù)的編輯。圖層是對數(shù)據(jù)的引用，圖層記錄的是數(shù)據(jù)存放的路徑以及數(shù)據(jù)的顯示特性，用TOOLS工具條上的相應工具可以進行瀏覽地圖。 3.4 編輯 在工具欄上點擊EDITOR按鈕下的“START STARING EDITORING”工具條開始進行編輯狀態(tài)。 3.4.1 點擊EDITOR工具條上的畫筆，參照地圖上所有建筑物的樣式，用畫圖工具沿著建筑物的外輪廓線進行描繪。分別在上面所加載的各個圖層下進行描繪，選擇相應的符號，可進行線條的加粗，改變顏色等編輯。（如圖14所示）圖3 勾勒地物 3.4.2 完成了建筑物輪廓的繪制后，還要更改建筑物的屬性。選中該建筑物，點擊編輯菜單中的

21、屬性對話框按鈕可以打開屬性對話框，分別進行編輯。圖4 打開屬性 3.4.3 重復上面的步驟，依次完成各個建筑物的屬性編輯圖5 地物屬性編輯 3.4.4 點擊編輯菜單下的停止編輯按鈕結束編輯，并選擇保存編輯成果。 3.4.5 設置數(shù)據(jù)顯示 3.4.5.1 在內(nèi)容列表里，單擊相應的圖層，在彈出的有右鍵菜單中選擇PROPERTIES， 更改其所對應的相應數(shù)據(jù)。圖6 查看圖層信息 3.4.5.2 在彈出的圖層屬性對話框中，選擇“LABEL”選項卡，在該選項卡下更改相應的內(nèi)容，既可以顯示圖層的標注。 3.4.5.3 設置標注文本的字體、顏色、大小等。圖7 標注樣式修改 3.4.6 由線生成面把我們根據(jù)地

22、圖所描繪的建筑的線生成相應的面，在CATALOG下的自己所創(chuàng)建的文件中，右鍵選擇由線生成面這個命令，會出現(xiàn)相應的對話框，在對話框中分別選擇我們想要生成面的建筑物所在的圖層，并更改相應的名字我們可以更改該面所在圖層的顏色，對其進行編輯，依次選擇所要生成的面，把所有能生成面的建筑物都生成面。圖8 畫完的數(shù)據(jù)庫圖 3.4.7 進行拓撲編輯 在CATALOG中創(chuàng)建一個拓撲文件，保存在相應的位置，打開圖形文件，加載拓撲關系，這時如有拓撲錯誤，則相應的線不會生成面，切會顯示錯誤所在地方，即所畫圖形不對，沒有閉合，這時要進行改正，把其所在的面和圖層刪除，重新開始編輯，畫出其輪廓線，注意線條一定要閉合，然后在

23、按照相應的由線生成面的方法進行生成，直至所有的圖形都生成完畢。 在ArcCatalog中查看地理數(shù)據(jù)庫時可以看到數(shù)據(jù)庫表是由一系列的要素數(shù)據(jù)集和要素類構成，或僅由單一要素類構成。圖9 建立拓撲圖10 數(shù)據(jù)庫圖層顯示拓撲 3.4.7.1 緩沖區(qū)的建立 利用ArcMap中的地圖處理功能，在子選項中選擇緩沖區(qū)的編輯，出現(xiàn)如圖22的編輯窗口，然后根據(jù)自己的要求填寫所需要緩沖區(qū)編輯，編輯完成后形成如圖23形式，我所建立的路燈燈光影響范圍緩沖區(qū)。圖11 緩沖區(qū)建立圖12 建立的緩沖區(qū)模型 3.4.8 地圖整飾并輸出 3.4.8.1 點擊INSERT菜單，選擇標題命令。即在地圖上插入標題，輸入標題內(nèi)容，長春

24、工程學院東校區(qū)地形圖，然后確定，雙擊標題，可以進行標題的編輯，例如設置大小、顏色，選中標題來回托動，可以更改標題的位置。 經(jīng)過以上操作后，長春工程學院東校區(qū)地形圖已經(jīng)制作完成了，可以點擊FILE菜單下的保存命令進行存盤。更改相應的文件名。并和拓撲關系文件一起保存，以保證文件能打開。 3.5 地形圖的配準 3.5.1 將校區(qū)衛(wèi)星影像加載到arcgis中，使其與地形圖重合，可以用來對比制作的地形圖是否正常。圖13 衛(wèi)星影像加載 3.5.2 影像與地形圖校正，點擊工具欄中的ArcToolbox，展開Data Management Tools，再展開Projections and transformations雙擊define projection，將衛(wèi)星影像定義坐標系，我選取的是西安1980 3度 105E。圖14 定義坐標系 3.5.3 進行校正點位采集，將影像圖上與地形圖中的同名像點添加控制