基于arcgis的课程设计（共6篇）
专业班级：地信111班 学生姓名：windfly 学 号： 2 5
完成时间：2013年12月15日
志存高远
江西理工大学 责任为先
目
录
《GIS软件应用》课程设计大纲........................................................................................2
1、课程设计目的..............................................................................................2
2、课程设计的主要内容和任务..........................................................................2
3、课程设计要求...............................................................................................3
4、注意事项......................................................................................................3
一、拓扑处理和网络分析.................................................................................................4 课程设计任务：........................................................................................................4 课程设计解决方案.....................................................................................................4 实验步骤...................................................................................................................4
（一）拓扑处理检查与改正................................................................................4
（二）符号化与标注..........................................................................................9
（三）专题图制作............................................................................................13
（四）.新建网络数据集....................................................................................14
（五）最优路径分析........................................................................................15
（六）服务区域分析........................................................................................17
（七）最近服务设施查找.................................................................................18
（八）进行距离成本分析.................................................................................19
二、矢量化和三维建模...................................................................................................21 课程设计任务：...............................................................................................21 课程设计解决方案............................................................................................21 实验步骤..........................................................................................................21
（一）栅格数据矢量化.....................................................................................21
（二）创建三维景观模型.................................................................................23
（三）飞行动画制作........................................................................................26
三、空间查询与分析......................................................................................................28 课程设计任务：...............................................................................................28 课程设计解决方案............................................................................................29 实验步骤..........................................................................................................29
（一）坐标系统设置与海拔以下区域提取.........................................................29
（二）缓冲区分析............................................................................................32
（三）缓冲区合并、求交与选择.......................................................................33
四、水分分析.................................................................................................................36 课程设计任务：...............................................................................................36 课程设计解决方案............................................................................................36 实验步骤（整体）............................................................................................37 课程设计总结.................................................................................................................49 知识体系整理..........................................................................................................50 问题解决办法..........................................................................................................50 感悟........................................................................................................................52
志存高远
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《GIS软件应用》课程设计大纲
1、课程设计目的
本课程设计是GIS专业的技术实践课。本课程设计的目的有：（1）掌握ArcGIS软件的基本功能；
（2）掌握ArcMap显示和编辑空间数据的方法和基本操作；（3）掌握ArcMap查询和分析空间数据方法；
（4）掌握ArcCatalog定位、浏览和管理空间数据的功能；（5）掌握ArcCatalog数据创建和组织的方法；
（6）培养使用ArcGIS Desktop软件进行分析和解决实际问题的能力。
2、课程设计的主要内容和任务
（1）现有赣州市主要道路、河流、学校、医院、酒店、绿地等图层数据（见同目录文件夹内“赣州市地图”），请完成：
① 建立拓扑关系，修改拓扑错误；
② 将各图层数据进行符号化，在地图上标注道路、河流和学校图层； ③ 添加图例、比例尺、图名，实现地图的版面设计，生成一幅赣州市城区交通图；
④ 利用ArcCatalog建立城市道路网络；
⑤ 在ArcMap中进行网络分析（包括最优路径分析、服务区分析、配送路径（以百户超市为例）等）。
通过本课程设计，要求学生完成以下任务：
（2）现有江西理工大学地形图（栅格数据，见Data文件夹内“江西理工大学校本部图”），请将栅格数据进行矢量化，矢量化时要分多个图层（如：道路、学生宿舍、教师宿舍、教学楼、办公楼、体育场、绿地、池塘等），然后利用矢量数据在ArcScene中建立江西理工大学校本部三维景观模型，设定一飞行路径进行飞行，保存飞行动画数据。
（3）利用ArcGIS的查询和分析等功能，完成下面的工厂选址项目（数据见Data文件夹内Project文件夹）。志存高远
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某市要建一污水处理厂，欲利用ArcGIS进行选址，现有城市街道、高程格网、居民地、公园、河流以及城市用地等图层数据和相关属性数据，污水处理厂选址的要求是: ① 海拔低于365米，将抽水费用降至最低； ② 不能建在河漫滩上，避免在暴雨时受淹； ③ 距离河流1000米以内，使污水排放管道最短；
④ 距居民区和公园500米以外，使其对城市居民的影响最小； ⑤ 尽可能在可开发的荒地上，使土地征用和工厂建造费用最小； ⑥ 距污水结合点1000米以内（500米以内更好）； ⑦ 距道路50米以内；
⑧ 工厂面积大于等于50 000M2。
请根据以上要求，进行项目分析和数据分析，为污水处理厂进行选址。（4）已知某区域DEM，利用ArcGIS水文分析模块进行如下分析： ① 提取在集水流域内汇流量大于2ｋｍ2的河网，并对河网进行分级； ② 以提取出的河网为出水口，提取出汇流量小于１０ｋｍ2的小流域。
3、课程设计要求
（1）每位学生必需亲自完成上述全部任务；
（2）课程设计结束时提交课程设计报告书电子稿和打印稿各一份，内容至少包括：任务实现方法、阶段性成果和最终成果、课程设计中遇到的问题及解决途径、心得体会等。
4、注意事项
在课程设计过程中注意及时做好数据备份工作，以免意外原因使数据丢失。志存高远
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一、拓扑处理和网络分析 课程设计任务：
现有赣州市主要道路、河流、学校、医院、酒店、绿地等图层数据（见同目录文件夹内“赣州市地图”），请完成：
① 建立拓扑关系，修改拓扑错误；
② 将各图层数据进行符号化，在地图上标注道路、河流和学校图层； ③ 添加图例、比例尺、图名，实现地图的版面设计，生成一幅赣州市城区交通图；
④ 利用ArcCatalog建立城市道路网络；
⑤ 在ArcMap中进行网络分析（包括最优路径分析、服务区分析、配送路径（以百户超市为例）等）。课程设计解决方案
在要素数据集中建立拓扑，然后添加各种拓扑关系，然后运行拓扑检查，将有拓扑错误进行改正，然后再对各图层要素进行符号化（单一符号、唯一值、分级色彩和分级符号），可设置符号和颜色等样式来使图像更美观合理，然后使用自动标注和手动绘图标注方式将文本标注添加到图层，添加图例、比例尺和图名到地图的布局中，新建百户超市点要素类，然后地图上根据实际情况拾取并且新增字段名称，将无拓扑错误的要素数据集进行新建网络要素数据集，然后以百户超市为设施点或者事件点进行最优路径分析、服务区分析。
实验步骤
（一）拓扑处理检查与改正 1.打开arccatalog，的文件夹；，然后打开连接文件窗口，选择存在数据 志存高远
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2.在连接的文件夹下面新建一个个人数据库，新建要素数据集并且选择相应坐标系统和高程系统，将原始数据导入;志存高远
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3．新建拓扑关系，将各个要素的拓扑规则添加，包括点拓扑规则、线拓扑规则和面拓扑规则。志存高远
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4．打开arcmap 来；，将数据库中的数据拓扑和要素类加载进
5.打开自定义-工具条—拓扑工具条，点击拓扑错误，可显示所有拓扑错误；
6.对拓扑错误进行处理：
（1）合并处理（面重叠）
选择拓扑错误的对象，右键单击，可选择合并到其中的一个要素中； 志存高远
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（2）拉伸延伸处理
通过拓扑处理锁定缩放到图层，并且打开编辑；
可通过拾取有拓扑错误的线，点击编辑器中的编辑折点，可通过拾取端点进行拉伸；
同时也可以拾取要延伸到的线，点击延伸工具，拾取要延伸的线，然后单击拓扑验证即可；
（3）删除折点处理 志存高远
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拾取拓扑错误的对象，单击编辑器中编辑折点，然后拓扑验证即可；
（4）标记为异常处理
选中错误对象，单击拓扑中修复拓扑错误工具—右键单击选中标记为异常，或者在拓扑检索中选中错误对象，然后右键单击选择标记为异常；
（二）符号化与标注
1.符号化处理
（1）唯一值符号化（以事业单位为例）（可对学校，车站，事业单位等分类单一的符号化）
选择事业单位图层，右键单击，单击属性—选择符号系统—类别下的唯一值，选择学校图层中的字段，然后添加所有值，进行唯一值符号化，可以对所有值前面的符号进行编辑替换； 志存高远
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（2）单一符号化（以学校为例）
需要单一符号化的数据有（学校，道路，桥梁、绿地、酒店）；
选择学校图层，单击右键选择属性，然后在符号系统—要素下的单一符号化，选择相应的符号 志存高远
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2.标注
（1）自定义标注（以学校和车站为例）
选择需要自动标注的图层，单击右键选择属性—标注——以相同的样式为所有的要素标注，设置相关参数后，选择该图层右键单击选择标注要素；
车站标注需要定义要素类并且为每一个类加不同的标注，新建两个要素类（汽车站和火车站），并且用sql查询，对每一个要素类进行设置参数，然后选择标注要素即可；
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（2）手动标注（以章贡江为例）
A ．单击主菜单“自定义”→“工具”→“绘图”，窗口出现绘图工具条。
B ．单击注记工具
中的曲线注记设置按钮，分别沿着赣江，贡江，章江画一条弧线，双击结束操作。
C ．在文本框中分别输人“赣江”，“贡江”“章江”。
D ．双击赣江打开属性对话框，单击改变样式按钮，打开属性对话框，选择宋体，12号，倾斜和暗红色。点击OK，确定。
E．贡江同上将颜色设置为橘黄色。
F ．双击章江打开属性对话框，单击改变样式按钮，打开 属性对话框，选中 CJK将字设置为纵向，将字体设置为15号宋体黑色。
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（三）专题图制作
1、新建格网。右键单击图层选择属性—选择格网项，单击，选择参考格网，并且根据需求并设置相关参数；
2、插入标题、指北针、图例和比例尺。单击菜单中的插入，选择标题、指北针、图例和比例尺进行插入。
3、最后效果图如下： 志存高远
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（四）.新建网络数据集
1.创建百户超市数据要素类（给的数据中没有）。在网上在线地图查询和拾取百户超市点位信息，建好要素类后，打开编辑器，然后单击编辑器下拉中编辑窗口——创建要素，然后选择百户超市，构造工具为点，然后就可以在图上根据真实位置绘画百户超市的点。
2.给百户超市点要素添加名称属性。打开百户超市图层的属性表，然后再表项下拉中选择添加字段名称类型为文本，并且再打开编辑状态，然后可以添加这个字段的信息； 志存高远
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3.新建网络数据集。
①.在新建网络数据集之前，先关闭arcmap（锁的问题），然后打开arccatalog，将新建的拓扑删除（拓扑的存在会影响网络数据集的创建）；
②.打开arcmap，在arcmap中的catalog模块中自建的数据库下单击右键选择创建网络数据集，选择参与的要素类百户超市和道路，连通性选择道路为任意节点和百户超市为依边线连通，其他参数根据需要设置；
4.将网络数据集添加到arcmap中；
（五）最优路径分析 志存高远
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1.在网络分析工具栏选择【network analyst】|【新建路径】，生成新的路径图层，单击network analyst 工具栏上（显示/隐藏 network analyst window）按钮，显示【network analyst 窗口】，该窗口将显示停靠点、路径、点路障、线路障、面路障的相关信息。
2.添加停靠点。选择【network analyst 工具栏】上（创建网络位置）按钮，在地图的街道网络图层的任意位置上点击以形成停靠点，停靠点按钮点击的顺序编号，第一个停靠点被认为出发点，最后一个停靠点被认为是目的地，经停的顺序可以在【network analyst窗口】中更改。
3.在【network analyst】|【选项】，进入【位置捕捉选项】标签，可以用于 志存高远
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设置加载位置的捕捉环境。在分析中使用路边通道时，捕捉并偏移停靠点以确保它们位于街道的正确一侧。但是，当一个停靠点离道路的距离，大于捕捉范围的距离时，将无法定位于道路的网络上，显示出一个“未定位”的符号，可用选择移动网络位置工具将未定位到道路网络上。
4.设置路径分析属性。点击【network analyst 窗口】中路径属性按钮，打开图层属性对话框，进入【分析设置】选项页，对【阻抗】进行设置，若要进行最短路径分析【阻抗】设置为距离metres，若要进行最快路径分析则设置为分钟minutes。
5.添加带你障碍、线障碍和面障碍。点击【求解】工具，得到了设置了障碍后的路径分析结果。
（六）服务区域分析
1.在网络分析工具栏中选择【network analyst】|【新建服务区】，生成新的服务区图层。添加服务设施点，在【network analyst窗口】中，选中【设施点】 志存高远
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单击右键，选择【加载位置】，从【加载自】对话框中加载设施点图层。
2.单击，打开【图层属性】，进入【分析设置】，对阻抗进行设置，按照长度来查找服务区范围，在【默认中断】中输入框中输入条件250,500（为服务区范围），按执行得到效果图
（七）最近服务设施查找
1.在【network analyst】|【新建最近设施点】，生成新的最近设施图层，加载设施点信息，添加事件点； 志存高远
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2．点击件点；，打开图层属性进入分析设置，对阻抗等参数进行设置，并编辑事
（八）进行距离成本分析
1.单击【network analyst】|【新建OD成本矩阵】，生成新的成本矩阵图层，加载起始点（百户超市）和设置目的地（学校）点数据； 志存高远
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2．单击，进入分析设置中设置阻抗，按照长度来计算成本矩阵，在【默认中断值】中设置中断属性，在【要查找的目的地】中输入要查找的目的地数量，设置是否允许【交汇点的U形转弯】。志存高远
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二、矢量化和三维建模 课程设计任务：
现有江西理工大学地形图（栅格数据，见Data文件夹内“江西理工大学校本部图”），请将栅格数据进行矢量化，矢量化时要分多个图层（如：道路、学生宿舍、教师宿舍、教学楼、办公楼、体育场、绿地、池塘等），然后利用矢量数据在ArcScene中建立江西理工大学校本部三维景观模型，设定一飞行路径进行飞行，保存飞行动画数据。课程设计解决方案
加载栅格数据到arcmap中，进行对栅格图像中地物的判读，然后根据后期三维建模等的要求进行图层要素的设计（包括点线面要素），然后新建各要素类（点线面），然后打开arcscene，将所有矢量化后的数据加载到里面，对相应要素进行相应的拉伸和变换样式，就可以建成整块区域的三维景观模型，然后再arcmap中新建飞行路线线要素，然后加载到arcscene中，创建动画，选择该路线为飞行路线并设置飞行的各项参数，实现动画演示。实验步骤
（一）栅格数据矢量化
1.新建shapefile文件。将栅格数据矢量化。根据需要可以新建road、building等shapefile格式图层；
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2．二值化。将江西理工大学的tif格式文件数据加载进arcmap，右键单击选择属性—符号系统——唯一值，添加所有值，就可将栅格数据二值化。
3.矢量化。打开编辑器，在编辑器下拉选项中选择编辑窗口—创建要素，然后再创建要素中选择要创建的要素，然后在下面的构造工具中选择面，矩形和圆形等。重复操作这个矢量化，直至将所有需要矢量化的都矢量化。志存高远
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4.完全矢量化后图像如下：
（二）创建三维景观模型
1.打开ArcScene软件，加载矢量化的所有数据；
2．对各个图层进行更换符号样式。可以单击图层下的符号，然后再弹出来 志存高远
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3．如果符号库中没有该符号，可以从外部导入到列表中，在符号选择器中单击样式应用，在弹出框中单击”将样式添加到样式表”，然后再打开的窗口中找到样式文件，打开后便可以在选择框中查到相关符号样式。
符号更换后的效果图如下： 志存高远
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4．拉伸（以教学楼为例）。选择教学楼图层，右键单击选择属性——拉伸项中，设置拉伸表达式和拉伸方式，这里设置教学楼拉伸为1，拉伸方式为”将其添加到各要素的最小高度”，对其他类似拉伸的按照此方法拉伸即可；
5．对特殊部分的拉伸（以校门为例）。校门是一个不规则的形状，不是简简单单直接拉伸，需要设置图层基本高度，然后设置拉伸高度值，使校门完全，最少需要两个图层，一个门顶和下面的柱体图层，门顶需要设置基本高度然后拉伸，门柱只需拉伸； 志存高远
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符号化和拉伸后效果图如下：
（三）飞行动画制作
1．打开飞行动画工具条。菜单中自定义—工具条—动画。
2．选择飞行路径。先在arcMap中新建一个折线图层作为设计飞行路线图层，然后arcmap中保存编辑然后在arcscene中添加该飞行路线图层； 志存高远
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3．打开三维编辑器，选择
（选择要素）在图层中选择该飞行路线，然后再动画工具条下拉项中选择”根据路径创建飞行动画”，在弹出来的窗口中设置垂直偏移量，简化因子，路径目标等；
然后在动画工具条中单击动画按钮，然后弹出的动画控制器中设置持续时间等参数； 志存高远
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动画截图
三、空间查询与分析 课程设计任务：
利用ArcGIS的查询和分析等功能，完成下面的工厂选址项目（数据见Data文件夹内Project文件夹）。
某市要建一污水处理厂，欲利用ArcGIS进行选址，现有城市街道、高程格网、居民地、公园、河流以及城市用地等图层数据和相关属性数据，污水处理厂选址的要求是: ① 海拔低于365米，将抽水费用降至最低； ② 不能建在河漫滩上，避免在暴雨时受淹； ③ 距离河流1000米以内，使污水排放管道最短；
④ 距居民区和公园500米以外，使其对城市居民的影响最小； ⑤ 尽可能在可开发的荒地上，使土地征用和工厂建造费用最小； ⑥ 距污水结合点1000米以内（500米以内更好）； ⑦ 距道路50米以内；
⑧ 工厂面积大于等于50 000M2。
请根据以上要求，进行项目分析和数据分析，为污水处理厂进行选址。志存高远
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课程设计解决方案
用重分类 提取海拔低于365米的区域，然后用两块宗地合成并且根据landuse的值提取居民区和空地，建立居民区、公园、街道、污水结合点和河流的缓冲区，然后对污水结合点缓冲区、河流缓冲区和海拔低于365米区域进行求交，然后按位置（求交后图层与空地图层）相交选择然后新建图层，对居民区缓冲区、公园缓冲区和河漫滩进行合并，然后按位置用刚才新建图层对合并的图层进行擦除，然后用擦除后的图层与街道缓冲区进行按位置相交进行选择后新建图层，从这个图层中用属性选择出面积大于50000m²的宗地块。实验步骤
（一）坐标系统设置与海拔以下区域提取
1．设置坐标系统和高程系统，也可以导入坐标投影系统。打开ArcMap，加载elevation栅格数据
2．栅格数据重分类。【spatial analyst 工具】|【 重分类】|【 重分类】，对该栅格数据进行重分类，分类方法手动，分类类别2，中断值为365，773，设置365—773为NoData； 志存高远
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3．栅格转面。【转换工具】|【栅格转面】，输入elevation栅格数据，设置字段和输出地址。
4．融合：地理处理→融合将刚才转换好的lowland_01.shp；经融合得到的图形即是海拔低于365的地方，可将抽水费用降至最低。志存高远
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5．合并数据（合并parcel1和parcel2）。菜单栏—地理处理—合并,输入parcel1和parcel2，输出数据为parcel；
6．选出空地（space）和居民地（resident）。菜单栏选择—按照属性选择，输入图层parcel，字段landuse=510；
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7．将所选的区域创建图层，图层名字为space，按照这步字段值为landuse<>510为居民地，创建resident图层；
（二）缓冲区分析
1． 接下来就是缓冲区分析了，在工具栏上单击
→打开Arctoolbox工具条→分析工具→领域分析的 →缓冲区，在输入要素中选择要进行缓冲区分析的要素，而后点选线性单位并输入缓冲区范围，并选择融合入字段为ALL。（以河流建立1000米范围内的缓冲区为例步骤如下：首先在输入要素中选择river ,并输入1000的范围，选择融合的字段为ALL,而后单击确定即可。）
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2．对所有需要进行缓冲区分析的图层按照上面的步骤和各自要求进行分析，分析结果如下：
街道缓冲区（street_arc_buffer）
公园缓冲（parks_polygon_Buffer）
居民区缓冲区（resident_buffer）
污水点缓冲区（polution_buffer）
（三）缓冲区合并、求交与选择
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1．合并出不满足条件的区域。输入数据集为,resident_buffer和park_polygon_buffer,输出图层为notfit_merge.2．相交出初步合适区域。输入图层为lowland，river_buffer和polution_buffer,相交输出图层为fit01.3．位置选出合适空地。菜单选择—按位置选择—设置目标图层为space，源图层为fit01，目标图层要素的空间选择方法为与源图层相交，然后将所选新建图层为fit02；
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4．擦除掉不合适区域。在arctoolbox工具箱【分析工具】|【叠加分析】|【擦除】，输入要素为fit02，擦除要素为notfit_merge,输出要素为fit03；
5．按位置选出离道路50米内的合适空地。目标图层为fit02，源图层为street_arc_buffer,空间选择方法为与与源图层相交，然后将所选新建图层fitroad；
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为AREA>50000.6.按属性选择面积大于50000 m² 适宜空地。图层为fitroad，字段为AREA,条件
四、水分分析 课程设计任务：
已知某区域DEM，利用ArcGIS水文分析模块进行如下分析：
① 提取在集水流域内汇流量大于2ｋｍ2的河网，并对河网进行分级； ② 以提取出的河网为出水口，提取出汇流量小于１０ｋｍ2的小流域。课程设计解决方案
对DEM数据进行水流方向的提取、洼地的填充、洼地的计算，还有汇流量的计算，用栅格计算生成河网，生成河网结点和这块全区域的集水区域，然后新建
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点要素在地形图上拾取出水口作为倾泻点，生成赣江上游整块集水区域，将全区域的集水区域和赣江上游整块集水区域栅格转面，然后使用质心在源图层中位置选择出赣江上游的所有集水区域；
将生成的全区域的河网矢量化（栅格转折线），用赣江上游整块集水区域位置相交提取出赣江上游河网；
用属性提取赣江上游的小流域并且创建报表；用赣江上游集水区域、赣江上游河网和小流域进行制作专题图。
实验步骤 无洼地DEM生成
1.水流方向的提取。Arctoolbox中选择【spatial analyst工具】|【水文分析】|【流向】，打开流向计算工具，设置输入表面栅格数据位dem，设置输出的栅格为FlowDir
2.洼地计算
（1）洼地提取。【水文分析】|【汇】，打开窗口中设置输入栅格数据为流向栅格数据flowdir，设置输出栅格数据为sink，生成的栅格数据便是洼地。
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（2）洼地深度计算。【水分分析】|【分水岭】，打开分水岭工具，设置输入栅格数据为flowdir，倾斜点字段为value，输入数据或要素倾泻点数据为sink _flowdir，输出栅格数据为watersink。得到洼地的贡献区域。
（3）计算每个洼地所形成的贡献区域的最低高程。【区域分析】|【分区统计】，设置输入栅格数据或要素区域数据为watersink，输入赋值栅格为源数据，输出栅格为zonalmin；统计类型为MINIMUM(最小值)
（4）计算每个洼地贡献区域出口的最低高程即洼地出水口高程。【区域分析】|【区域填充】，设置栅格数据为watersink，输入权重栅格数据为源数据，输出栅格数据为zonalmax
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（5）计算洼地深度。【地图代数】|【栅格计算器】，打开栅格计算器。文本框中输入sinkdep=（”zonalmax”—“zonalmin”）.输出栅格为sinkdep，与文本框中的名称保持一致。
3.洼地填充。【水文分析】|【填洼】，设置输入表面栅格数据为源数据，输出表面栅格为filldem。Z值限制为洼地填充法制，系统默认为不设阀值，所有的洼地区域将被填平。
4.提取流向。ArcToolbox—【Spatial Analyst工具】|【水文分析】|【流向】。设置
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输入的栅格数据为filldem。设置输出栅格数据路径和名称为fdir_fill。
5．计算汇流累积量。【水文分析】|【流量】，设置输入流向栅格数据位flowdir，输出蓄积栅格数据为flowacc，无权重。
6．盆域分析。Arctoolbox中选择【spatial analyst工具】|【水文分析】|【盆域分析】，设置输入水流方向栅格数据为fdirfill；输出为basin；
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7．水流长度计算（顺流计算和溯流计算）。【水文分析】|【水流长度】，设置流向栅格数据为flowdir，设置输出栅格数据路径和名称为flowdirdown，测量方向选择downstream（顺流计算）或upstream（溯流计算），输入权重栅格数据（可选）。
8．河网的生成。【地图代数】|【栅格计算器】，表达式为汇流积累量图层数据flowacc>100000,提出的图层为河网streamnet_10w。
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9．栅格河网矢量化。【水文分析】|【栅格河网矢量化】。输入栅格数据为streamnet，流向栅格数据为fdirfill；输出折线要素为streamfea。
streamnet；输入流向栅格数据为fdirfill，输出栅格为streamlinkall。
10．河网结点的生成。【水文分析】|【河流连接】，设置输入河流栅格数据为
11．全区域集水流域的生成。【水文分析】|【分水岭】，设置流向栅格数据为flowdir_fill,输入栅格数据或要素倾泻点数据为streamlinkall；输出栅格为watershedall；
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12．将集水区域watershedall转换为面要素。【转换工具】|【由栅格转出】|【栅格转面】，选择字段为count，设置输出位置。
13．生成赣江上游的集水区域（整体）。新建点要素类riverkou（shapefile格式），利用河网然后拾取章贡江合流处的节点（两个）作为riverkou的数据；
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14．赣江上游整块集水区域生成。新建这两个点的也就是赣江上游的集水区域。【水文分析】|【分水岭】，设置流向栅格数据为flowdir_fill,输入栅格数据或要素倾泻点数据为riverkou，输出栅格为gzwatershed；
因为这是一整块无法拾取小流域的结点作为倾泻点，所以属性表这块为一个记录；
15．将赣江上游集水区（整块）域栅格转面。【转换工具】|【栅格转面】，设置参数输入栅格为gzwatershed，字段为count，输出面要素为
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gzwatershedarea；
16．位置选择出赣江上游的集水区域。可以用赣江上游的集水区域这个面积去按位置选择所有集水区域中的赣将上游所有集水区域，目标图层为watershedallarea，源图层为gzwatershedarea，选择方法为质心在源图层要素内（此方法最接近），将选择的对象新建为图层赣江集水区域；
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17．赣江上游河网的提取。用赣江上游集水区域图层按位置选择出赣江集水区域内的河网。目标图层为河网矢量数据streamfea_10w,源图层为赣江集水区域gzwatershedarea，选择方式为相交，然后将选择要素新建为赣江上游河网；
18．将赣江上游河网（矢量）转为栅格。【转换工具】|【转栅格】，设置输入要素为赣江上游河网，输出为GJstreamnet，像元大小为900；
志存高远
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19.赣江上游河网分级。输入栅格数据为GJstreamnet，输入流向数据为flowdir_fill，输出为GJdgreestr，方式为strahler（或者shreve）
20．提取赣江上游小流域。右键单击打开属性表，然后用属性选择，条件为志存高远
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gridcode<11111,然后将选择的对象新建图层为GJriverall;
21．小流域创建报表。菜单栏→报表→创建报表，图层选择smallriver，字段为ID和gridcode，然后进行样式设置；
22．编辑报表。新增一个标题，和其他内容。
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23．制作专题图。创建参考格网，添加比例尺，指南针，标题和图例，成果图附录：
专题图效果图
课程设计总结
在两个星期的一步一步的实践中，一次又一次的碰到问题，然后又一次又一次的解决了问题，最后终于在规定的时间内完成了课程设计，在这次课程设计中若没有同学们一起讨论一起解决碰到的问题，没有老师及时的难点指导，我们的课程设计也没办法如期完成，在此感谢我们这个班集体和老师。
此次课程设计让我对arcgis操作以及分析解决问题得到了很大的锻炼和提升，伴随着消化汤国安的arcgis空间分析教程，结合这次课程设计，小小的对这两个星期的课程设计中的学习和实践操作进行总结。
1 系统总体框架
地籍图形信息系统是土地管理信息系统的重要组成部分, 是国土资源业务信息化的重要标志。在系统建设的过程中, 按照土地业务的相关性、土地管理的特点, 结合济南市的具体实际, 建设济南市城镇地籍管理信息系统。系统平台总体框架如图1所示。
从图1中可以看出, 该系统充分考虑了图形管理与办公系统的集成, 把业务流程与办公自动化流程有机结合, 形成一体化的政务信息管理。该系统有两条重要的主线 (子系统) 。
(1) 办公子系统, 主要是图形管理的流程, 只有制定好了科学的图形管理的工作流程, 才能最大程度的管理好这些图形, 根据各个流程中的分工, 做好相应的工作, 把图形数据一步一步的传下去, 只要各个流程 (岗位) 严格按照制定的分工操作, 就能完全管理好图形数据.设计的流程依次为:项目接件、属性信息、图形编辑、质量检查、数据入库。
(2) 图形管理子系统:就是指图形管理的平台, 这个平台上要能快速简洁的实现图形的操作, 可以进行图形的输入、编辑、管理, 以及图形数据的应用, 比如输出, 统计分析等。
2 系统功能设计
基于ARCGIS的济南城镇地籍图形信息系统充分地把地籍数据与GIS结合到了一起, 将图形与属性相结合, 能很方便地控制宗地划分、数据控制等。系统功能包括以下几点。
(1) 地图编辑。
对空间数据和属性数据的编辑和合并。空间数据的编辑包括对矢量图形文件的复制、粘贴、剪切、移动、增加、删除、撤销, 以及针对图斑的输入、分割、合并、删除等功能, 对栅格图像的裁剪、投影转换;属性数据的编辑包括属性数据的录入、修改、删除, 属性数据结构的修改, 以及根据属性数据信息修改图形文件参数等功能。
(2) 属性数据管理。
对各种表格进行查看、添加、编辑、删除以及导入已经备份的文件和导出文件表格, 同时可以对各种表格进行各种条件的查询打印以及绘制各种图表及根据不同的属性字段进行统计等。
(3) 查询统计模块。
查询功能主要实现按图形查询、属性查询、条件查询并浏览的功能。
包括地籍日常管理中有关图件的快速查询及由图形到数据表格或宗地属性的快速查询和制图与量算功能。地籍的统计汇总、综合分析及相应图表的输出。
(4) 参数设置。
包括中央经线、指北针、图例位置及大小、系统年度、数据路径及公里网颜色等的设置。
(5) 管理维护。
包括地籍档案管理, 地籍档案有关信息的录入、修改、查询、删除、输出和历史资料的查询性等。
(6) 规范输出。
严格按标准规范输出各类图、表、卡、证及专题图件, 如:1∶500标准分幅地籍图、宗地图、土地使用证等, 还可以输出用户自定义的图表, 如:自定义幅面的地籍图、宗地附图、表格等, 另外还可以输出各种专题图件, 并且这些图件均可按标准制图规范输出。
3 系统开发平台选择
3.1 开发平台
GIS应用系统的二次开发主要有以下几种方式。
(1) 在GIS桌面版上进行VBA开发; (2) 利用GIS软件商提供的GIS组件进行开发, 但是需要有GIS桌面版的支持; (3) 全GIS组件方式开发, 可以完全独立于GIS桌面版环境。国内外的许多GIS系统都提供了进行二次开发的方法和开发工具, 国外的有ESRI公司的MapObjects、和ArcGISEngine以及ArcGISServer, Intergraph公司的GeoMedia二次开发组件等;国内的有超图公司的SurperMapObjects, 中地公司的MAPGIS二次开发组件。
由于ArcGIS二次开发组件具有功能完备、开发方便、易于集成等特点, 因此在综合考虑各种可选方案的基础上决定采用ArcGISEngine作为二次开发底层组件, 开发C/S的系统体系。
3.2 数据库平台
数据是地籍管理信息系统的核心, 采用安全、高效的数据库技术来管理海量地籍数据是成功开发地籍信息管理系统的重要环节。当前GIS技术发展的最新趋势是通过空间数据引擎 (如ESRI的ArcSDE、Oracle的Spatial、Informix的Spatial Database、MapInfo的SpatialWare) 连接到关系数据库或对象关系数据库来管理空间数据, 可以充分利用RDBMS数据管理功能, 利用SQL语言对空间与非空间数据进行操作, 同时可以利用关系数据库的海量数据管理、事务处理 (Transaction) 、记录锁定、并发控制、数据仓库等功能, 使空间数据与非空间数据一体化集成, 实现真正的Client/Server结构。OpenGIS联盟己提出了 (《SQL的简单空间特征规范》 (“Op en GISSimple Features Specification F or S Q L”) , 以上所述的GI S软件开发商都遵从该规范。
采用关系数据库管理空间数据库将成为GIS发展潮流, 这将增加空间数据的互操作性, 并使GIS融入IT技术的主流。系统将采用关系数据库管理空间数据和属性数据, 确保空间和非空间数据的一体化集成。在综合考虑各种可选方方案的基础上, 选用Oracle9i/10g数据库管理系统, 来实现数据的物理存储。数据库引擎选择ESRI公司的ArcSDE。
本系统采用大型数据库管理工具ORA CLE作为海量数据存储的数据库, 采用美国ESEI公司的ArcSDEforOracle作为GIS服务器, 选用Oracle作为空间数据存储平台, 并通过Oracle与SDE的集成对空间数据库进行管理, Oracle关系数据管理系统提供数据服务, 空间数据存储在Oracle数据库中, SDE服务器进程作为应用服务器, 对客户端应用软件发出应用请求, 进行处理并转换为对Orac leDBMS请求, 然后将OracleDBMS返回的数据, 经处理后提交给客户端应用程序。
4 子系统结构设计
4.1 图形管理子系统
图形管理子系统通过ArcSDE和ADO.NET对Oracle数据库进行访问, 在数据库中读取和存储数据。而后, 再经过ArcSDE和ADO.NET构造合适的计算和数据模型.通过数据的控制部分及数据的显示部分对图形进行管理。图形管理包括:图像纠正、数据编辑、系统初始化、专题图制作、坐标转换、符号管理、图属互查、时态管理元数据管理, 出图、权限管理、数据检查等。其中数据编辑中又包括:基本数据编辑、拓扑编辑、宗地编辑、版本编辑、测绘编辑等。图形管理子系统的流程图如图2所示。
4.2 办公子系统
办公子系统通过单点登录可以对土地登记部分、统计查询部分及系统设置部分进行访问操作。其中, 土地登记部分包括:申请、变更、地籍调查、审批、公告、登记卡、打印证书、归档等流程;统计查询部分包括:按地类分级统计、按使用权类型统计、宗地查询、历史宗地查询等;系统设置部分包括:系统初始信息设置、系统代码表设置、部门用户管理、流程设置等。用户可以通过不同的权限对这些流程进行操作。办公子系统的流程图如图3所示。
5 结语
本章根据GIS的特点, 充分考虑地籍信息的特点, 将两者的特点相结合, 制定出了济南市城镇地籍图形管理信息系统的建设原则和总体的框架, 利用ARCGIS平台, 对地籍信息进行整合, 实现地籍信息的现代化管理。
参考文献
[1]潘雨青, 陈天滋.基于GML的地理空间数据模型[J].江苏大学学报 (自然科学版) , 2002 (11) :82～85.
关键字：土地确权发证；ArcGIS；数据处理
一、引言
土地发证是土地确权发证，土地所有权均需登记后才能办理使用证，以此规范土地的使用。具体实施程序为：权利人申请—地籍调查—权属审核—登记造册—颁发或更换土地证书。为保证土地发证工作的严格和真实，在权利人申请之后，需要相关工作人员对采集到的信息，通过合适的平台，进行数据核实、处理、保存和及时更新，稳步推进全国土地登记信息动态监管查询系统建设，提升土地监管能力和社会化服务水平，因此选择一款合理的数据处理工具显得尤其重要。
二、技术支持
随着数字地球的深入研究，地理信息系统利用计算机处理空间相关信息技术，在国防、城市规划、交通运输和环境监测等方面得到成功应用，推动GIS技术的迅速发展。ArcGIS作为一个可伸缩的平台，无论是在桌面，在服务器，在野外，还是通过Web，都能满足用户所需的GIS功能，且其功能强大，处理效果更完美，因此在土地发证工作中创新采用ArcGIS作为数据处理平台。积极推进土地登记数据库建设，进一步完善地籍信息系统。
CASS地形地藉成图软件是基于AutoCAD平台技术的GIS前端数据处理系统。在空间数据建库的前端数据质量检查和转换上提供更灵活更自动化的功能，而建立地理信息系统数据库的关键点，涉及到空间数据和属性数据的组织。新技术ArcGIS能够将空间数据与属性数据融合为一体。
三、应用研究
土地发证是以土地地籍调查为前提，包括地籍测绘和土地权属调查。测绘人员实地考察土地所有权和土地使用权，并将调查结果通过“读取全站仪数据”或手工输入CASS，建立数据库的前期参考数据，为土地确权登记发证工作提供准确的基础数据。
地籍测绘是以宗地为基本单元，宗地是土地权属界线封闭的地块或者空间。根据要求需将宗地、宗地界址线和宗地界址点三个图层在ArcGIS中进行存储，相关属性数据入库采用统一格式。
1. 宗地属性入库
宗地作为面结构，在CASS软件中对宗地面图层进行图面清理后，输出宗地.SHP数据，添加进ArcGIS中，此时的宗地属性是空的，需根据宗地属性结构要求填写各个宗地的属性，进行宗地属性统一入库。
其中，用于区分宗地的宗地代码尤为重要，具有唯一性，能够完全表示该宗地的地理位置信息，其由县级行政区、地籍区、地籍子区、土地权属类型和宗地号组成。宗地、界址线和界址点都需用宗地代码明确其位置，所以编写宗地代码必须严谨，不能重复使用。权利人名称则显示该宗地的所有人信息，数据入库后，查阅起来非常方便直观。
在CASS中已经录入的属性，可通过转换由CASS输出.SHP数据，链接需要的.SHP层。如将CASS中编辑好的宗地编码对应到ArcGIS宗地属性表中的宗地代码列中，首先需要经CASS输出宗地代码字段属性，再链接ArcGIS中的宗地层属性表，然后赋值于属性表中的宗地代码字段中。
2. 宗地界址线入库
界址线是宗地周围的权属界线，可通過ArcGIS的数据转换管理工具中的面转线功能实现。界址线需要赋予其相关宗地的宗地代码，相邻两宗地的界址线会标明宗地代码A和B以确认其准确位置，宗地界址线入库属性类似图1，只是界址（ZD）换为界址点（JZX）。
3. 宗地界址点入库
界址点指宗地权属界线的转折点，即拐点，它是标定宗地权属界线的重要标志。入库只需重要拐点和不同界址的分界点，需根据实地信息仔细考证。录入的界址点在宗地中从小到大进行编号以为区分，相邻宗地共用点需重复加载，宗地界址点入库属性类似图1，只是界址（ZD）换为界址点（JZD）。
CASS采用骨架线和实体扩展属性来组织实体的技术，既保证图形编辑的灵活性，又保证了与GIS数据转换的完整性，但图形数据最终进入GIS系统的形势下，对于实体本身的一些属性还必须作一些更多更具体的描述和说明，因此给实体增加了一个附加属性，如将居民地中的建筑物加上名称、高度、结构、用途、地理位置等，该属性可以由用户根据实际的需要进行设置和添加。大量的附加属性信息手工录入工作量繁重，新版CASS 9.0可直接输出Arcinfor数据，对于旧版本的用户也可以通过新式FME软件转换提取。FME提供大量的转换功能，输出格式比输入的格式类别要大得多，并且允许数据从一种类别（如CAD）转化为其它类型（如GIS）。
四、结论
在土地发证工作的数据入库中，本文创新使用ArcGIS数据处理功能，结合CASS的前端处理，从基础数据的采集，到宗地的属性添加、宗地界址线与界址点的入库，将土地所有权信息数据进行采集、处理、创建、保存、管理，以便核对和更新。ArcGIS应用与土地发证工作，将稳步推进全国土地登记信息动态监管查询系统建设，提升土地监管能力和社会化服务水平，对有效发挥土地登记成果资料服务于经济社会的发展起到积极作用。
参考文献
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[3]秦昆，朱文锋。吴欢. 基于ArcGIS的房产测绘信息系统的设计与实现[J]. 智能计算机与应用，2011，2（6）：67-70.
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[5]穆增光，刘慧慧. 基于ArcGIS的省级基础地理信息数据库系统研究[J]. 测绘与空间地理信息，2012（6）：122-124.
[6]冯欣欣，李明昱，刘乾. ArcGIS空间数据库的创建及应用[J]. 西部探矿工程，2011， 185 （23）：157-158.
本文首先从ArcGIS的空间数据模型(GeoDatabase)入手,在ArcGIS的版本管理方案基础上提出基于工作流的分层存储的`数据管理方案,以实例介绍这一方案的基本情况.
作 者：邱文 崔蓓 袁森林 Qiu Wen Cui Bei Yuan Senlin 作者单位：邱文,Qiu Wen(武大吉奥信息工程技术有限公司,湖北,武汉,430223)崔蓓,Cui Bei(南京市规划编制研究中心,江苏,南京,210029)
近些年来,三维地质建模一直是地质、采矿、 测绘、GIS、岩土工程和工程勘察等众多领域的研究热点[2,3]。所谓三维地质建模,就是运用现代空间信息理论研究地质体及其环境的信息处理、数据组织、空间建模及数字表达,并运用科学可视化技术进行真三维再现和可视化交互的一门科学技术。 国外已开发出Sur Pac、Micro Mine、GOCAD、C-Tech和Micro Lynx等专业矿山或地质建模系统[2,3,6],国内学者采用三维图形包( 如Open GL、VRML、IDL、 Java3D和VTK等) 和GIS系统( 如Map GIS) 也自主研发了一些建模系统[2~10]。
通过对现有地质建模系统的操作和分析,三维地质建模主要包括三个关键技术环节: 数据预处理、建模和可视化。其中,数据预处理可采用GIS软件或编写程序进行,尤其是建模和可视化阶段往往需设计算法和编写程序,实现技术相对复杂、周期较长。目前,随着三维GIS技术的飞速发展,利用GIS的数据处理并结合其三维功能的二次开发快速构建三维地质模型系统已成趋势。Arc GIS Engine是美国ESRI公司开发的一套GIS二次开发产品, 是当前GIS行业广泛采用的组件式GIS开发产品。 它支持不同的集成开发环境( 如. NET、Eclipse) 的开发,并支持不同语言( 如C + + 、Java) 编写程序代码。尤其是它可通过调用Arc Toolbox工具实现数据的批处理功能,可大大提高地质数据的处理效率。而且,通过其内嵌的Multi Patch几何对象可支持任何复杂地质对象的表达。此外,它还提供了一系列可以在Arc GIS Desktop系统之外使用的GIS组件和可视化控件,可极大提高系统二次开发效率。本文从矿山、地质等行业迫切需要自行三维地质模型系统,以提升其技术装备水平的实际需求出发,采用面向对象C#语言结合Arc GIS Engine调用Arc Toolbox批量生成地层表面三角网, 同时结合Multi Patch几何对象构建地层三维实体模型,通过开发三维地质模型系统,实现钻孔数据的预处理、 自动建模和可视化。最后,以南京仙林地区三维城市地质调查项目获取的钻孔数据进行实际建模实验,取得了较好的建模及可视化效果。
1系统设计
系统设计的主要思路是将地质建模与可视化过程分解为一系列GIS空间分操作,通过C#语言结合Arc GIS Engine调用Arc Toolbox的批处理功能实现模型的自动构建,同时结合Arc GIS Engine的二维和三维可视组件( Map Control和Scene Control) 快速构建出三维地质建模原型系统。
1. 1建模和可视化流程
主要操作步骤为: 通过程序读取GIS空间数据库中的钻孔数据, 并结合Arc GIS Engine调用Arc Toolbox,经过栅格插值、栅格转点、 创建TIN和TIN转三角形等工具的处理批量生成地层三角网格,最后利用Multi Patch结合Scene Control实现模型的可视化,如图1所示。
1. 2系统目标和功能
系统的目标是构建一个集数据预处理、建模和可视化于一体的全自动化地质建模系统。为简化建模流程,将系统分为数据预处理、建模和可视化三个模块,如图2所示。
1. 3数据库设计
采用Power Designer设计钻孔关系数据库,同时将钻孔基本信息表和钻孔岩层信息表分别转换成Shpfile文件,连同钻孔数据保存至GIS空间数据库,系统包含的Shpfile文件数据结构,如图3所示。
2系统实现
2. 1开发技术
( 1) 面向对象编程和组件GIS
采用面向对象编程( Object Oriented Programming, OOP ) 结合Arc GIS Einge组件( Component,COM) 技术构建三维地质模型系统。
( 2) GIS空间数据库
GIS空间数据库是GIS系统开发的基础,由于地质勘查获取的资料类型较多且结构庞杂,利用空间数据库集中储存钻孔空间数据和属性数据,便于后续GIS软件的数据处理、制图、分析和程序的读写。
2. 2数据预处理
数据来源于南京仙林地区三维地质勘查获取的钻孔数据( 包括地质、浅震、高密度电法和工程钻) 。由于钻孔数据分散存储于不同的Excel文件中,不便于程序的读取。先将其分别导入GIS空间数据库进行集中存储,并对地层的亚层或岩层相似的地层进行合并。此外,对于地层局部缺失的情况,采用填加 “虚地层”的方法对钻孔数据进行预处理,如图4所示。
2. 3数据分析和建模方案
考虑到建模方法与钻孔数据密切相关,在建模之前,利用Arc GIS Engine编写钻孔数据提取程序, 同时结合Scene Control组件进行钻孔数据的可视化和空间分析,以弄清空间分布密度和空间分布形态情况( 见图5 ( a) ) 。通过钻孔数据的可视化分析,可以清晰地观察到浅震钻孔采样点数据较密且呈线状排列,而地质或工程钻孔空采样点数据较少且空间分布较分散,这与TIN模型的特点相吻合。因此, 本文采用多层TIN模型构建地层体的三维表面,并结合三棱柱体元模型构建地层的三维实体模型。
同时,考虑钻孔数据覆盖的区域范围较广且高程差大,本文提出一种局部重建的方案。首先将利用Fishnet工具将整个建模区域划分为独立的网格, 每个网格代表一个建模区域。通过人机交互选择网格区域内的钻孔( 见图5 ( b) ) ,然后生成该区域的最小外包围矩形,从而实现该区域地质体的三维重建。
2. 4地层表面的构建
采用钻孔离散点( 见图6 ( a) ) 生成地层表面三角网,该功能采用Arc GIS Engine调用Arc Toolbox的3D分析和文件转换工具实现。Arc GIS Engine调用Arc Toolbox分为两种方式: 一种方式支持程序循环批处理功能,另一种方式不支持程序循环批处理功能。为实现整个建模过程的自动化,本文采用编程批处理的方式批量生成地层三角网,调用克里金插值工具的程序代码如下:
通过程序循环调用Geo Processor类执行栅格插值( 见图6 ( b) ) 、栅格转点( 见图6 ( c) ) 、创建TIN ( 见图6 ( d) ) 和TIN转三角形( 见图6 ( e) ) 等工具批量生成地层表面三角网,地层表面三角网构建程序执行过程中产生的中间文件及其处理结果如表1和图6所示。
2. 5构建地层体模型
前一步构建的只是各地层的三维表面,还不是三维实体。考虑各地层三角面的三角形之间存在拓扑连接关系,即分别连接上下三角形的三个顶点可构建一个三棱柱模型,相邻地层每个三角形组( 包括上三角形、下三角形) 的三个矩形侧面的三角形,如图7 ( a) 所示。
同时, 采用Arc GIS Engine的Polyline类、 Triangles Class类和ISegment Collection集合来生成地层实体模型,主要操作步骤为: 先利用Polyline类和ISegment Collection接口提取出同一地层三角网格单元的上下三角面对应的三条边及其顶点; 然后, 从每两条( 上下) 对应边提取出地层体三棱柱一个侧面的两个三角形; 进一步提取出其三棱柱体元三个侧面的六个三角形; 最后,利用IPoint Collection集合结合Triangles Class类构通过循环程序建出该地层全部三棱柱体元的三角形集合,如图7 ( b) 所示。
2. 6地层体模型可视化
采用IGeometry Collection集合将之前提取出的IPoint Collection三角形集合存入Multi Patch Class类, 并通过一个二重循环将全部地层的三棱柱体元三角形集合添加至IGraphics Container3D容器,最后采用Scene Control控件实现地层体模型的可视化,如图7 ( c) 所示。
在构建地层体模型的基础上,系统实现了模型的剖面、切割和开挖等可视功能操作,利用人机交互提取剖面和开挖多边形,采用TIN拉伸空间分析工具循环处理各地层表面三角网, 并结合Multi Patch Class类保存切割、 剖面和开挖体模型, 然后结合Scene Control组件进行可视化,如图8所示
3应用实例
为验证本文方法的可靠性和系统的稳定性,采用南京仙林地区三维城市地质勘查获取的钻孔数据进行了建模实验,系统采用二维和三维联动的用户人机交互界面,实现了钻孔预处理及其二维、三维可视化、空间查询,同时实现了地质体的自动建模与可视化,系统的功能界面如图9所示。
4结论
近些年来,三维地质模型系统开发一直是矿山、地质、测绘、GIS、岩土工程以及工程勘察等领域迫切需要解决的问题,已提出多种开发方法。 本文提出基于Arc GIS Engine的三维地质模型系统开发方法,它可充分发挥GIS空间分析、制图、批处理和二次开发功能,能够在有效提高系统开发效率的同时,保证系统的稳定性和可靠性。进一步采用二维、三维联动的人机交互界面,提供全自动化的建模与可视化方法,是对现有三维建模方法的丰富和完善。
关键词：ArcGIS；Modelbuilder；衰减函数；识别模型；快速有效
中图分类号： R123；S127 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2014）03-0312-04
随着我国村镇饮水安全问题日益突出，村镇饮用水源地的保护问题亟待解决，而污染因子识别是水源地保护工作的基础。目前，针对水源污染因子识别方法进行了很多研究，其中陈敏鹏等运用清单法计算了CODCr、总氮（TN）和总磷（TP）的产生量、排放量和排放强度，并分析其空间分布特征[1]；陈仪等运用农村环境污染识别方法，识别各类型农户生产和生活过程的污染源与污染强度[2]；陈海洋等通过贝叶斯推理和二维水质模型建立水体污染识别反演算模型，确定污染源强度、污染源位置以及污染泄漏时间[3]；苏保林等用经过参数率定和模型验证的密云水库流域非点源SWAT模型系统，识别了非点源污染的时空变化和负荷关键区[4]。这些研究依赖于大量的现场检测数据，需要确定的参数较多，试验周期长，且未对污染因子进入水源前的自然衰减过程予以考虑。 为缩短识别周期和减少对监测数据的依赖，本研究以遥感遥测的影像和数据为基础资料[5-6]，运用ArcGIS中的模型构建器“Modelbuilder”[7-11]，模拟在地表环境下污染因子随时间的衰减过程，对污染因子进入饮用水源时的浓度进行识别，为相关保护区的控制和治理工作提供技术支持。
1 识别对象与依据
1.1 识别对象
村镇饮用水源地污染因子识别的对象是经过衰减后在到达水源边界前的污染因子浓度。污染因子经过沟渠、水塘和前置库等滞水区，需经过一段时间的衰减后再进入饮用水源[12-14]，因此，将衰减后的污染因子浓度作为村镇饮用水源地污染因子识别的对象，将更加有效地反映污染因子对水源的污染程度。
1.2 识别依据
村镇饮用水源地污染因子识别依据即相关的评价依据，目前我国主要参照GB 3838—2002《地表水环境质量标准》[15]以及GB 5749—2006《生活饮用水卫生标准》[16]，包括微生物指标、毒理指标、感官性状和一般性化学物质、放射性指标等。
2 识别方法与步骤
2.1 识别方法
利用ArcGIS将污染因子识别地区的遥感影像加载到软件中，数字化村镇饮用水源地及周边污染源所在地的地理空间要素[12]，并将收集到的污染源的微生物指标、毒理指标、感官性状和一般化学物质等属性数据资料导入其中，与对应的空间数据进行关联，建立村镇饮用水源地数据库。
根据村镇饮用水源地数据库中的基础信息判断污染因子在地表流经的不同初始和边界条件，选择与之对应的污染因子浓度的衰减曲线，调用数据库中的原始数据，运用ArcGIS自带的ArcToolBox和Modelbuilder功能，将衰减曲线放入“Modelbuilder”中，经过一系列地理工具处理和计算，最终得到衰减后的污染因子浓度图层[17-18]，并与识别依据中的相关指标进行比较，从而识别哪些污染因子超标。
2.2 识别步骤
2.2.1 拟合衰减函数 为反映污染因子的浓度在到达水源边界前的衰减情况，在村镇饮用水源地毗邻区水田，试验共设计3个地块，除灌溉方式不同外（试验地块1为淹水灌溉，试验地块2为间歇灌溉，试验地块3为间歇+浅蓄雨水灌溉），施肥量等其他影响作物生长的因素保持一致。每个小区规格为3 m×2 m，水稻品种为赣晚籼37号，行株距26.7 cm×233 cm，施肥水平为：纯氮135 kg/hm2，施肥方式为：基肥。采样时期为：返青期，采样频次为施肥后的连续9 d内都进行取样，采样地点为每个试验地块对应的排水水塘。由试验观察发现返青期内每次施肥后氮浓度都在2 d后达到峰值，因此从此时开始记录氮污染因子的浓度，试验数据如表1所示。
对试验地块1和试验地块2灌溉后的氮污染因子浓度变化数据进行拟合，拟合系数取平均值，得到污染因子浓度随时间推移的衰减曲线，并获得衰减曲线的拟合函数（图1）。
3.2 数据分析
将模拟值与实测的数据进行比较，结果如表4所示。
经过配对样本t检验分析可以看出实测数据与模拟数据的P值大于0.05，且t值大于零，说明2组数据间的差异性很小，认为模拟数据能够代表实测数据。
4 结论与讨论
通过试验模拟与实例验证，比较由模拟模型计算得到的污染因子衰减浓度与实测的衰减浓度，结果表明两者对于识别标准的识别结果是一致的。研究表明：（1）本识别方法基于遥感遥测影像和数据，与传统的取水样化验分析相比较，具有效率高、成本低、识别区域广等特点。（2）将影响污染因子浓度衰减的因素通过衰减函数反映，识别区域的物理、化学、生物特征要与衰减模型的构建条件一致。（3）污染因子浓度初始条件要进行调整，使其满足衰减函数常数项的要求。
在今后的应用中，应逐步完善在不同边界条件下（包括不同地形、不同植物生态环境和不同工程治理措施）污染物衰减曲线的拟合及衰减模型的构建，为村镇饮用水水源地的保护提供快捷有效的污染因子识别技术。
参考文献：
[1]陈敏鹏，陈吉宁，赖斯芸. 中国农业和农村污染的清单分析与空间特征识别[J]. 中国环境科学，2006，26（6）：751-755.
[2]陈 仪，夏立江，于晓勇. 农村环境污染识别方法与应用研究[J]. 农业环境科学学报，2010，29（11）：2221-2227.
[3]陈海洋，滕彦国，王金生，等. 基于Bayesian-MCMC方法的水体污染识别反问题[J]. 湖南大学学报：自然科学版，2012，39（6）：74-78.
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