supermap52(栅格数据与窗口分析)

1《地理信息系统B》上机实验3——实验指导书PartA（栅格数据与窗口分析）实验名称：SuperMap空间分析实验实验代码：G1215403实验日期：2015年10月27日（周二）3、4节实验地点：12号楼建筑工程学院机房（223、317）一、实验目的1.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。2.掌握矢量数据与栅格数据间的相互转换、栅格重分级、栅格代数计算、邻域统计等栅格数据空间分析基本操作和用途。3.为选择合适的空间分析工具求解复杂的实际问题打下基础。二、实验准备预备知识：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内容，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。空间分析空间分析是基于地理对象的位置和形态的空间数据的分析技术，其目的在于提取空间信息或者从现有的数据派生出新的数据，是将空间数据转变为信息的过程。空间分析是地理信息系统的主要特征。空间分析能力（特别是对空间隐含信息的提取和传输能力）是地理信息系统区别与一般信息系统的主要方面，也是评价一个地理信息系统的主要指标。空间分析赖以进行的基础是地理空间数据库。空间分析运用的手段包括各种几何的逻辑运算、数理统计分析，代数运算等数学手段。空间分析可以基于矢量数据或栅格数据进行，具体是情况要根据实际需要确定。空间分析步骤根据要进行的空间分析类型的不同，空间分析的步骤会有所不同。通常，所有的空间分析都涉及以下的基本步骤，具体在某个分析中，可以作相应的变化。空间分析的基本步骤:a)确定问题并建立分析的目标和要满足的条件b)针对空间问题选择合适的分析工具2c)准备空间操作中要用到的数据。d)定制一个分析计划然后执行分析操作。e)显示并评价分析结果空间分析实际上是一个地理建模过程，它涉及：问题的确定、使用哪些空间分析操作、评价数据、以合适的次序执行一系列的空间分析操作、显示及评价分析结果。实验数据：ex3A.sdb数据源：dem高程数据、AWS气象采样点数据、china省界、sd_cities山东城市点数据、国界、slope1坡度计算结果数据；三、实验内容及步骤1.了解栅格数据在SuperMap中，打开ex3A.sdb，加载栅格数据：Slope1，在工作空间管理器中右键点击数据集Slope1，查看属性：3在上图中，“金字塔”处显示未建立，在工作空间管理器中右键点击该数据集名称，再点击“创建影像金字塔”菜单，为其建立影像金字塔。请回忆课堂讲授内容：什么是影像金字塔？为何要为栅格数据创建影像金字塔？2.矢量/栅格数据互转在工作空间管理器窗口中用点击“china”数据集，在地图窗口中打开，并将其填充符号设置为无填充符号：4点击“分析栅格分析矢量栅格互换矢量-栅格”菜单，将china矢量数据集转为栅格数据集：5在“矢量数据栅格化”窗体上设置输出数据集名称为“chinaRaster”，像素类型选择“BYTE”，高程字段选择“SmID”，分辨率选择默认值，点击确定。得到结果后将其加载到当前地图窗口进行显示：将china矢量数据集放置到地图的最上层进行显示，观察地图窗口的变化。6同上，选择“栅格-矢量”菜单，将chinaRaster栅格数据集转回成矢量数据：得到结果数据集chinaVector后，将china数据集提到地图最上层，并修改线颜色为蓝色，进行叠加显示，如下：7查看山东省所在区域的图形细节：思考为何会产生锯齿状边界？如何进行改善？重新执行上述过程，并在进行矢量转栅格操作时请将“分辨率”修改为更小的数字进行试验。3.用任意多边形剪切栅格数据新建一个地图窗口，将china数据集和上一步生成的chinaRaster数据集添加并叠加显示，矢量数据集在上层，且设填充符号为空，栅格数据在下，缩放至山东省区域，并选中山东省的矢量图形，在其上点击鼠标右键，选择“选中对象区域裁剪”，如下图：8此时在“地图裁剪”界面选中目标栅格层：chinaRaster，输入结果数据集名称为“chinaRaster_sd”，点击确定：查看结果：9在ex3A.sdb数据源中新建一个名为polyClip的多边形数据集，加载到当前地图窗口显示后，设为当前可编辑图层，绘制一个任意形状的多边形，如下图所示。将该多边形选中，执行与上述过程类似的地图裁剪功能，观察裁剪结果：10得到的结果即是以任意多边形剪切的Landuse数据4.栅格重分级（Reclassify）功能菜单位置如下：通过栅格重分级操作可以将连续栅格数据转换为离散栅格数据。打开ex3A.sdb数据源中的dem数据集，并加载到地图窗口，打开“分析栅格分析”菜单，执行菜单命令“重分级”将高程栅格重新分为5类：220–486、486–752、752–1018、1018–1284、1284-1550，11重分类后的数据集名称为：demReclassify，结果如下。再次执行栅格重分级操作，将dem数据集作为源数据集，以1000m为界限分为两级，0-999设置新值0，1000及以上设置新值为1，重分级结果数据集名称为demReclassify2，结果如下：125.栅格代数运算－查询符合条件的栅格在第3步的结果基础上继续操作，找出高程在1000m以上的区域执行“分析栅格分析”菜单下的：栅格代数运算子菜单：构造表达式[ex3A.dem]*[ex3A.demReclassify2]结果如下：13上图中，蓝色背景为原始DEM中高程低于1000m的区域，保留了原始栅格值的区域为高程值大于1000m的区域。请使用“栅格统计”功能，重复计算找出高程高于800m，但低于1200m的区域，打印结果并附于实验报告中提交。6.栅格数据重采样（Resample）在新的地图窗口内打开dem数据集，首先配置为如下图所示的专题图，对其进行重采样至新的分辨率。打开dem数据集的属性界面，查看原始分辨率：原始分辨率为60，现在将其重采样至120，方法如下：采用“分析栅格分析重采样”工具实现。14按下图所示参数进行栅格重采样，分别选取三种重采样算法，并结合课堂所学的关于栅格数据重采样算法的特点，比较并体会不同重采样算法的计算结果的差异：示例：最近邻居法重采样结果：157.空间关系查询（SpatialQuery）操作目标：查找与河南省相邻的省份。打开ex3A.sdb数据源中的china数据集，选中河南省的图形，如下图：点击查询-空间查询菜单：在空间查询界面设置查询参数：点击查询按钮，结果如下：168.邻域统计（Neighborhood）邻域分析也称为窗口分析，主要应用于栅格数据模型。地理要素在空间上存在着一定的关联性。对于栅格数据所描述的某项地学要素，其中的(I，J)栅格往往会影响其周围栅格的属性特征。准确而有效地反映这种事物空间上联系的特点，是计算机地学分析的重要任务。窗口分析是指对于栅格数据系统中的一个、多个栅格点或全部数据，开辟一个有固定分析半径的分析窗口，并在该窗口内进行诸如极值、均值等一系列统计计算，从而实现栅格数据有效的水平方向扩展分析。支持的几种分析窗口类型：SuperMap中，邻域统计功能所支持的各类算子众数（Majority）最大值（Maximum）平均数（Mean）中数（Median）最小值（Minimum）值域（Range）标准差（StandardDeviation）和（Sum）方差（Variance）17原始栅格（和Sum）邻域统计栅格在SuperMap中新建地图窗口，加载栅格数据dem，打开分析-栅格分析-栅格统计-邻域统计，执行“邻域统计”命令：将得到一个经过邻域运算操作后的栅格：demMean，这是以3×3的格网，对dem栅格中的单元运用“均值”（Mean）算子进行邻域运算后得到的结果。通过设置图例，使图层：dem和demMean有如下的效果：18将地图适当放大，并在图例面板中通过交替进行打开和关闭图层demMean的操作，观察NbrMeanofemidalat和原始栅格间的差别。请分别使用不同的邻域窗口、不同的计算函数进行邻域统计计算，观察：（1）相同计算函数下，选用不同的窗口时，计算结果间的差别；（2）相同的窗口下，不同计算函数间计算结果的差异。四、考核要求（1）理解实验的原理、方法，实验记录应包括必要的实验过程和结果；（2）按要求提供相关的实验结果图件。（3）实验结论和你的思考。