长白山沟谷地带珍贵药材选址设计实习

 

 

实验报告□     实践报告☑

 

 

课程名称：  地理信息系统软件与应用     

 

实践名称：长白山沟谷地带珍贵药材选址设计实习 

 

实践地点：   太原市西山万亩生态园    

 

专业班级： 地信1501  学号：2015004169

 

学生姓名：           张思仪            

 

指导教师：    隋 刚       王建明       

 

 

2018年  1 月 21日

 

目录

一、实习目的………………………………………………………2

二、实习任务………………………………………………………2

三、实习内容………………………………………………………2

四、实习过程………………………………………………………2

第一个阶段：野外数据的采集和处理 ………………………………3

 

采集：在西山生态园利用手机app进行采点 ………………………………3

    

处理：利用ArcGis对采集数据进行处理编辑 ………………………………3

 

第二个阶段：专题的确定，实习数据的寻找与处理 ………………3

  

 专题的确定：确定实习专题与完成的基本思路………………………………3

 

    数据寻找：从地理空间数据云上下载数据……………………………………4

 

    数据处理：运用工具完成数据处理，达到专题目的…………………………5

 

第三个阶段：成图 ……………………………………………………14

   

精细化成图 ……………………………………………………………………14

 

选择数据，添加标题，比例尺，北方向，数据框等最后成图 ……………16

 

五、实习成果及评价………………………………………………17

六、对照指导书要求完成任务的情况……………………………17

七、分析叙述实习过程中产生的主要问题及其解决方法………17

八、实习期间遵守纪律情况………………………………………18

九、提出实习的改进建议或相关合理化建议和实习体会………18

长白山沟谷地带珍贵药材选址设计实习报告

专业：地理信息科学姓名：张思仪 班级：地信1501 学号：2015004169

一、实习目的：

1.通过野外采集了解平时我们用到的空间数据和资料是如何获取的。

2.了解地理数据是如何进行组织及基于“图层”进行显示的。

3.通过浏览与地理要素关联的数据表，了解地理数据是如何与其属性信息进行连接的。

4.掌握GIS两中基本查询操作，加深对其实现原理的理解。

5.初步了解设置图层显示方式－图例的使用。

6.利用ArcCatalog管理地理空间数据库，理解Personal Geodatabse空间数据库模型。

7.掌握根据GPS数据文件生成矢量图层的方法和过程。

8.了解基于矢量数据和栅格数据基本空间分析的原理和操作。

9.掌握矢量数据与栅格数据间的相互转换、栅格重分类(Raster Reclassify)、 栅格计算－查询符合条件的栅格(Raster Calculator)、 面积制表（Tabulate Area）、分区统计(Zonal Statistic)、 缓冲区分析(Buffer)    、采样数据的空间内插(Interpolate)、栅格单元统计（Cell Statistic）、 邻域统计（Neighborhood）等空间分析基本操作和用途。

二、实习任务：

1.跟随老师去西山生态园采集空间数据，并对其进行处理。

2.构思实习专题，并寻找相应的数据。

3.对数据进行处理加工，完成专题内容。

4.成图，并记录实习报告。

三、实习内容：

本次实习的内容为完成空间数据的采集与组织，并运用ArcGIS软件对空间数据进行处理与变换，对基于矢量数据和栅格数据的进行空间分析、空间建模。完成基于空间分析结果的选址问题专题地图的制作。（注：通过采集获取到的空间数据，对空间数据进行组织和整理。充分考虑选题内容，合理组织准备数据及空间处理方法。结合空间建模对不同地理要素的空间邻近性和邻近程度等作重要的空间操作。应用DEM模型、TIN模型对地形进行表达，计算坡度、坡向及以此为基础进行可视性及可视域的分析。最后设计一幅专题地图，专题地图中需要提供必要的要素文件、栅格数据等。）

四、实习过程：

本次实习过程共分为三个阶段：

第一个阶段：野外数据的采集和处理

             采集：在西山生态园利用手机app进行采点

野外数据

            处理：利用ArcGis对采集数据进行处理编辑

第二个阶段：专题的确定，实习数据的寻找与处理

     专题的确定：确定实习专题与完成的基本思路

     数据寻找：从地理空间数据云上下载数据

     数据处理：运用工具完成数据处理，达到专题目的

第三个阶段：成图

     精细化成图

     选择数据，添加标题，比例尺，北方向，数据框等最后成图

第一个阶段：

1.      野外数据采集：

跟随老师去西山生态园采点收集数据，如图1-1，本次采集数据是通过沿路采点和图纸描点相结合的方法记录点的坐标和高程信息。

图1-1 西山采点

2.      野外数据处理：

回到学校后对比采点时的描点图纸，运用arcgis软件对数据进行了配准，创建要素文件、空间数据库，添加控制点，选择坐标系统和编入数据库等操作，最后结果如图1-2。

图1-2 采点数据处理结果

第二个阶段：

1.专题的确定：确定实习专题与完成的基本思路

（1）专题：

某种珍贵药材生长于山区，通过研究了解到这种药材生长具有严格的生长条件。为了能更好地保护该药材的生长环境，现在需要使用GIS空间分析方法，将药材适合生长区域找出来，以便为该物种保护提供依据。 

（2）思路：

a. 这种药材喜阳；

b. 这种药材一般生长在沟谷两侧较近的区域（一般不超过500m）； 

c.生长气候环境为年平均温度10~12度； 

d.年总降水量为550~680mm。 

以上为专题完成的四个条件，本次实习的目的就是利用arcgis软件里的工具，完成对收集数据的处理，得出满足四个条件的生长适宜区。

2. 数据寻找：从地理空间数据云上下载数据

（1）根据选题进行数据获取：

要做专题数据处理，首先需要通过互联网下载相关地区的数字高程数据，而本次实习数据是通过“地理空间数据云”官方网站下载得到，“地理空间数据云”的高程数据下载的入口如下图2-1所示.

 

 

 

 

 

 

 

图2-1 地理空间数据云入口

在“BigMap”或“Googleearth”等地图浏览器中通过选择地区名称查找到相应的地理坐标，如图2-2，将坐标输入“地理空间数据云”进行查找，能得到包含相关地块的矩形空间数据，如图2-3，点击下载得到相应的DEM数据及数据说明文档，如图2-4，DEM数据打开后如下图2-5，文档数据打开如下图2-6。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

图2-2 查询地理坐标                      图2-3  查找并下载数据

图2-4 下载得到数据与文档

 

图2-5 打开的DEM数据                     图2-6  打开的文档数据

3.      数据处理：运用工具完成数据处理，达到专题目的

A.前提：完成数据的精细化处理

（1）掩膜提取：

在ArcToolbox中选择Spatial Analyst Tools->Extraction->Extract by Rectangle，打开Extract by Rectangle对话框，设置如图所示,输入需要区域的经纬度信息，生成“原始栅格”既需要区域的DEM数据。结果如图所示。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

图3-1  掩膜设置                      图3-2 掩膜生成原始栅格

（2）生成50米等高线：

在ArcToolbox中选择3D Analyst->Raster Surface->Coutour，打开Coutour对话框，设置如图3-3所示,输入“原始栅格”，选择等高线间距为50米，生成“等高线”。结果如图3-4所示。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

图3-3  等高线设置                      图3-4  生成等高线

（3）卫星采点：

因为互联网获得数据不满足精度要求，将采用卫星采点的方式增加精度，如下图3-5利用“BigMap”地图器查询相应点的坐标，在arcgis里建立点要素文件，并将坐标点的高程数据输入空间数据库，本次实验共采集128个点数据，如图3-6所示。

图3-5  查询点坐标                    图3-6  采集点数据

（4）生成精化TIN：

在ArcToolbox中选择3DAnalyst->Convertion->TIN->From TIN->TIN to Raster，打开TIN to Raster对话框，输入自己采集的点数据和原始DEM生成的粗略等高线，设置如图3-7所示，生成精度更高的TIN模型，结果如图3-8所示。

图3-7  转换设置                        图3-8  精化TIN

（5）配准：

之前所用数据是从数据云上下载的带有经纬度信息的数据，但后来的处理要建立在平面上，所以下面通过经纬度换算出投影坐标，再利用配准工具将对应点坐标的xy数据输入，如图3-9，检查残差后配准成功，使所在区域具有投影坐标，如图3-10.

图3-9  输入xy数据                      图3-10  配准后坐标

（6）生成栅格：

在ArcToolbox中选择3DAnalyst->Convertion->TIN->From TIN->TIN to Raster，打开TIN to Raster对话框，输入精化后的TIN数据，设置如图3-11所示，最后生成新的精化后的DEM栅格数据，结果如图3-12所示

图3-11  转换成栅格设置                     图3-12  精化后栅格

B.条件一：这种药材喜阳

（1）提取坡向数据 ：

ArcToolbox中，打开Spatial AnalystTools->Surface->Aspect，输入精化后的DEM数据，设置输出路径，点击ok，如图所示。最后生成坡向数据，结果如图所示。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

图3-13  设置坡向数据                    图3-14  生成坡向

（2）重分类得到阳坡数据：

在ArcToolbox打开SpatialAnalyst Tools->Reclass->Reclassify工具，对坡度数据进行重分类。点击Reclassify对话框中的Classify按钮，在弹出的Classifica tion对话框中选择分为4类，间隔点分别为-1,90,270,360如图3-15设置。点击ok回到Reclassify对话框将90到270（阳坡）的权重设为1，其他的均不显示，如3-17图。得到阳坡的栅格数据，结果如图3-16所示。

 

图3-15  分级设置                         

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

图3-16 阳坡数据               图3-17 重分类对话框设置

C.条件二：这种药材一般生长在沟谷两侧较近的区域（一般不超过500m）

（1）填洼：

由于数据存在高程过于凹进的高程点，对沟谷的提取存在影响，所以在确定水流方向前先填平DEM中的洼地。在ArcToolbox中打开Spatial Analyst Tools->Hydrology->Fill工具，在弹出的Fill对话框中输入DEM数据进行填平，如图3-18。点击ok生成填洼后的DEM数据，结果如图3-19所示。 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

图3-18  填洼设置                       图3-19  填洼后DEM

（2）提取水流流向数据 ：

在ArcToolbox中打开SpatialAnalyst Tools->Hydrology->Flow Direction工具，在弹出的Flow Direction对话框中输入填洼后的DEM数据。得到流向数据。设置如图3-20，结果如图3-21所示。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

图3-20  流向设置                       图3-21  流向数据

 

（3）提取流量数据：

在ArcToolbox中打开SpatialAnalyst Tools->Hydrology->Flow Accumulation工具，在弹出的Flow Accumulation对话框中输入流向数据，设置如图3-22，得到汇流累积量后的流量数据，结果如图3-23所示。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

图3-22  流量设置                        图3-23  流量数据

 

（4）截取沟谷栅格数据：

在ArcToolbox中打开SpatialAnalyst Tools->Math->Logical->Greater than Equal工具，在弹出的Greater than Equal对话框中输入汇流累积的数据，以5000为目标截取，如图3-24进行设置，得到沟谷的栅格数据，结果如图3-25。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

图3-24  截取设置                      图3-25  沟谷栅格数据

（5）提取矢量沟谷数据：

在ArcToolbox中打开Conversion->FromRaster->Raster to Polyline工具，输入沟谷栅格数据，如图3-26进行设置，得到沟谷的矢量数据，结果如图3-27。

图3-26  转矢量设置                    图3-27  沟谷矢量数据

（6）对沟谷进行缓冲区分析：

在ArcToolbox中打开SpatialAnalyst Tools->Distance->Euclidean Distance工具，在弹出的EuclideanDistance对话框中输入刚刚得到的矢量数据，并输入100为输出栅格像素大小，如图3-28，生成最终缓冲区数据，结果如图3-29所示。

图3-28  缓冲区设置                      图3-29  生成缓冲区

（7）提取缓冲区：

在ArcToolbox中打开SpatialAnalyst Tools->Math->Logical->Less than Equal工具，在弹出的Less thanEqual对话框中输入缓冲区并输入500米为界限，提取缓冲区，如图3-30，最后得到适宜的沟谷两侧区域，结果如图3-31所示

 

图3-30 提取设置                       图3-31  提取缓冲区

D.条件三：生长气候环境为年平均温度10~12度

（1）建立温度与降雨点数据：

新建点要素，均匀采点，并输入点的坐标与温度降水数据到数据库中，如图3-32

图3-32  温度与降雨点数据

（2）内插生成年平均温度：

在ArcToolbox中打开3DAnalyst Tools->Raster Interpolation-> IDW工具，点击IDW对话框上的Enviornments，将处理范围设置与DEM数据一致。如图3-33，回到IDW对话框，选择内插字段为温度，设置如图3-34，生成内插后的年平均温度，结果如图3-35所示。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

图3-33  设置边界                        图3-34 温度内插设置

图3-35  温度内插图

（3）根据药材生长条件，提取满足条件的温度区：

在ArcToolbox中打开Spatial Analyst Tools->MapAlgebra->Raster Caculator工具，提取公式  满足，“10<=温度<=12”,设置如图3-36，生成满足条件的温度区数据，结果如图3-37。

图3-36  栅格温度设置                   图3-37  温度适宜区

E.条件四：年总降水量为550~680mm

（1）内插生成降水表面数据 ：

同理在ArcToolbox中打开3D Analyst Tools->Raster Interpolation-> IDW工具，点击IDW对话框上的Enviornments，将处理范围设置与DEM数据一致，回到IDW对话框，这次选择内插字段为降雨，设置如图3-38，生成内插后的降水表面数据，结果如图3-39所示。

图3-38  降水内插设置                     图3-39  降水内插图

（2）根据药材生长条件，提取满足条件的降水区：

同理在ArcToolbox中打开SpatialAnalyst Tools->Map Algebra->Raster Caculator工具，提取满足条件的降水区“550<=降水<=680”，设置如图3-40所示，生成满足条件的降水区数据，结果如图3-41所示。

图3-40 栅格降水设置                    图3-41  降水适宜区

F.最后：生成适宜区

（1）提取满足适合药材生长条件的4个区域 交集：

在ArcToolbox中打开SpatialAnalyst Tools->Map Algebra->Raster Caculator工具。如图3-42输入公式，得到满足条件的栅格区域，如图3-43所示。

 

图3-42  栅格计算适宜区                     图3-43  适宜区

（2）众数滤波：

在ArcToolbox中，打开SpatialAnalyst Tools->Generalizition->Majority Filter工具，进行众数滤波，将过小区域滤波，设置如图3-44所示，生成滤波后的适宜区域，结果如图3-45。 

 

图3-44  众数滤波设置                  图3-45  滤波适宜区设置

（3）重分类出适宜区：

在ArcToolbox中打开SpatialAnalyst Tools->Reclass->Reclassify工具，对滤波数据进行重分类，使权重为1的适宜区显示，为0的不显示，如图3-46，生成最终适宜区，如图3-47。

 

图3-46  重分类设置                  图3-47  最终适宜区

第三个阶段：

1.精细化成图

A.立体晕染图层

黑白DEM数据在成图时过于单调死板，应配上山体阴影数据做出立体晕渲图，并对其进行分层设色，和透明度叠加调整，这样可以很好的反映区域的地形。

（1）根据DEM生产山体阴影（HIllshade）：

为了使晕渲图具有一定的立体效果，需要生成立体阴影，在ArcGIS的ArcToolbox中操作如下：按照顺序ArcToolbox -> 3DAnalyst Tools - > Raster Surface ->Hillshade，打开生成山体阴影的对话框，如图4-1所示，设置各项参数后点击OK，生成山体阴影图，如图4-2所示。

图4-1  山体阴影设置                  图4-2山体阴影成图     

 （2）对DEM数据进行分层设色

为了尽可能显示不同高程的变化，对DEM进行分类，此处采用ArcGIS自带的自然间隔分类方法，将其分为32类，且选用ArcGIS自带的色带对他们进行着色，选择如图4-3，效果如图4-4所示。

图4-3  分层设色选择                     图4-4  分层设色效果

（3）山体阴影与DEM数据叠加：

为了使晕渲图具有立体效果，且色彩丰富，在ArcGIS中同时添加上述生成的山体阴影图和DEM分层设色图，且将DEM分层设色图放在上面，将其透明度设置为30%，如图4-5，叠加的效果如图所示。从图4-6中可以看出，晕渲图的立体效果较好。

图4-5  透明度设置                  图4-6  晕染成图

B.河流分级

沟谷河流的数据为矢量数据，线条粗细一致，颜色一致，无法分辨河流的走向和流量的大小，因此，对河流数据进行的河网分级处理，使其看起来更为直观。

（1）    对河流进行河网处理：

在ArcToolbox中，打开Spatial Analyst Tools->Map Algebra->Raster Calculator工具，在弹出的RasterCalculator对话框中将汇流累积值大于10000的设为真，像元值为1，如图4-7，生成河流河网数据，如图4-8。

图4-7  栅格计算流量                         图4-8  河网数据

 

（2）将河流分级：

在ArcToolbox中，打开Spatial Analyst Tools->Hydrology->Stream Link

工具，在弹出的Stream Link对话框中输入刚刚生成的河网数据和流向数据，如图4-9，最后得到河流分级数据，如图4-10，它的河流粗细不同，颜色也有区分，能更好的体现出河流的流向及流量情况。

图4-9  分级设置                         图4-10  分级成图

2.选择数据，添加标题，比例尺，北方向，数据框等最后成图：

点击视图区左下角布局视图按钮，点击山体阴影_k、栅格_k、分级_k、适宜区四个数据，调整到合适位置。 点击菜单栏上的Insert，分别插入图名，指北针、比例尺、图例等要素。调整位置和大小，结果如图4-11所示。

图4-11  最终成图

 

五、实习成果及评价：

通过本次实习，我熟练掌握了ArcToolbox中各项工具的使用方法，也对处理空间数据形成自己的思路与想法。在不断地动手实践和互联网查询中获取了知识，提升了能力，最终完成了自己一开始的构思，做出了一副自己较为满意的成图成果。总的来说，这次实习是成功的，这不仅仅是对课堂知识的应用，更是对课堂知识的延伸，让我明白了学无止境的道理和互联网信息的强大，所以，这是一次非常好的实习体验。

六、对照指导书要求完成任务的情况：

1.     完成了空间数据的采集与组织任务：根据实习地点选择采集空间数据，并整理数据，在ArcCatalog中创建要素文件、空间数据库，添加控制点，选择坐标系统。

2.完成了根据选题进行影像数据的配准，要素的矢量化，分层分类型的任务。

3.因为我的实习是在地形分析的基础上建立的选址问题，所以对选址主题和地形分析的主题内容都有兼顾，对于选址主题，注意数据之间的空间分析处理，完成了合理选择处理工具，并通过Model Builder进行模型构建，对模型构建过程中的运行进行反复调试的任务。对于地形分析主题，根据采集的数据构建TIN模型、DEM模型，完成了坡向，流向，河网，分级，填洼，等高线，山体阴影等数据的处理任务。

4.完成了输出专题地图任务 。

七、分析叙述实习过程中产生的主要问题及其解决方法：

1. 对于阳坡的处理，一开始想不到如何从坡向数据中单独提取阳坡数据，后来通过查阅资料了解到重分类在确定权重的时候可以使某些数据呈现NoData状态，所以顺利的使用重分类提取了阳坡数据。

2. 对于沟谷的提取，一开始觉得会很简单，但是后来遇到了很多问题，因为课堂上没有接触水文的相关工具，所以自己进行了查阅，了解了如何通过填洼，流向分析和汇流累积提取到沟谷的数据。

3. 对于长白山此处沟谷地带的温度和降雨提取非常困难，没有数据，查阅了非常多的资料和新闻信息后，通过点数据插入和合理内插完成了温度和降水数据的采集。

4. 最后，对于成图，一开始成图效果十分单调，栅格数据色彩单一，没有立体感，河流粗细颜色一致，没有流向流量感，如图5-1，后来通过互联网查询，了解到了很多成图技巧，包括晕渲技术和河流分级技术，以及各种调节数据框，图例的小技巧，很多知识结合起来才完成了最后自己比较满意的成图，如图5-2。

图5-1 初试成图                      图5-2  最终成图

八、实习期间遵守纪律情况：

1.在实习期价，完全听从指导老师要求，从不迟到早退，认真完成每一项任务，实习目的明确，实习态度端正，自觉服从实习的组织及任务安排。

2.严格遵守学校一切规章制度和纪律要求，做到了实习中不迟到、不早退、不无故缺勤，不擅离职守，有特殊紧要的事情须向学院提出申请，经由指导老师和带队老师同意后办理请假手续，方能离岗的要求

3.严格服从指导老师的安排，坚决杜绝了一切安全问题的出现。

4.严格要求自己，高度自律，注意自己的一言一行，自觉维护实习场地的安静。

5.珍惜难得的实习机会，多思考、多请教、多总结，并及时与同学交流实习心得体会。实习结束后形成一份详实的实习总结报告交老师验收、归档。

九、提出实习的改进建议或相关合理化建议和实习体会：

实习总体安排非常好，就是无可避免的和期末考试出现冲突，导致复习和实习相互影响，都没有达到最好的效果。

实习体会是在本次实习中，我熟练掌握了ArcToolbox中各项工具的使用方法，也对处理空间数据形成自己的思路与想法。在不断地动手实践和互联网查询中获取了知识，提升了能力，最终完成了自己一开始的构思，做出了一副自己较为满意的成图成果。总的来说，这次实习是成功的，这不仅仅是对课堂知识的应用，更是对课堂知识的延伸，让我明白了学无止境的道理和互联网信息的强大，所以，这是一次非常好的实习体验。

 

 

后附图1：第二阶段model流程

后附图2：最终成图

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

第二阶段所建model