【景观生态学实验】实验一 ArcGIS地理数据处理及制图基础

实验目的

1.掌握ArcGIS软件基本操作：通过实验操作与学习，熟练掌握ArcGIS软件相关的基本操作，包括界面熟悉、工具栏使用、数据的加载和保存、基本数据处理操作等;

2.掌握如何使用ArcGIS进行影像拼接及裁剪：通过实验操作与学习，学习使用ArcGIS软件中的影像处理工具，掌握遥感影像拼接和裁剪工具的使用方法，能够熟练处理不同区域的遥感影像数据，并确保数据的准确性和连续性;

3.掌握如何使用ArcGIS制作土地利用现状专题地图：通过实验操作与学习，熟练掌握使用ArcGIS制作专题地图的方法，具体包括数据视图的切换、图上信息的添加、数据的符号化等操作，最终制作得到清晰、美观的土地利用现状专题地图;

4.掌握ArcGIS分区统计方法：通过实验操作与学习，熟练掌握使用ArcGIS的相关数据处理工具，进行空间统计分析等，从而能够深入了解不同区域内地理现象的差异性与其基本特征，为决策提供支持。

实验内容

（1）“计算机印刷地图”制图实习

（2）利用ArcMap制作土地利用分类图

（3）单一土地利用类型空间分布图的制作

实验过程

（1）“计算机印刷地图”制图实习

具体步骤：

1. 我们需要制作的地图分为三个部分，乡镇人口密度图、学生分布密度图、实景图片与报表，为得以上结果我们分别进行制作，首先制作乡镇人口密度图：打开Arcgis，在图层中添加【乡镇人口密度】图层，并选择菜单【View】—>【Layout View】，从数据视图进入布局视图：

2.调整地图布局中地图页面尺寸的大小：在布局视图中右键，选择【页面和打印设置】，在弹出的选项框中，大小选择【A4】，方向选择【横向】；

3.设置地图单位与比例尺：在地图目录表中，鼠标右键单击【乡镇人口密度】图层，在快捷菜单中选择【属性】，在出现的对话框中的【常规】下，设定地图单位和显示单位均为千米；在Data Frame下的extent中，确定比例尺为1：500000：

4.地图配色：我们首先打开【乡镇人口密度】图层的属性表，右键字段【POPDEN】，选择【属性】，在弹出的字段属性选项框中，将字段名改为【密度分类】：

随后右键图层【乡镇人口密度】，选择【属性】，在图层属性选项框中选择【符号系统】，在左处的显示中选择【数量】—>【分级色彩】，根据图层美观需要自我调节符号颜色，同时在字段中值选择【密度分类】，并且将标注改为低、较低、中、较高、高：

5.添加地图其它信息：在Arcgis主页面中，选择【插入】，即可看到其中各个选项，我们选择为当前数据添加【图例】、【指北针】与【比例尺】，添加图例，并依次设定图例名、图例外框线、背景色、图例区大小和形状等参数：

与上述步骤相同添加比例尺与指北针，但与图例不同，无需再设置过多参数：

6.添加第二幅地图：如今我们依然停留在布局视图，因此我们在Arcgis主页面中选择【插入】选择【数据框】，即可在页面布局中新增一个数据框，右键我们这个新建的数据框【添加数据】，添加student.shp、sub_con.sh和view.jpg 三个新数据：

7.制作报表：与上述制作第一幅地图的操作相同，我们为第二幅同样添加图例、比例尺与指北针并且根据地图美观需要，利用图层属性中的符号系统更改地图配色，但除此之外，此次我们还需要为地图制作报表，具体操作如下所示：

选中底图【县域乡镇】所在的数据框，随后在Arcgis主页面中选择【视图】—>【报表】—>【创建报表】，在图层/表中选择sub_con，报表字段则根据我们制图需要选择【FID】，【AREA】，【POPDEN】：

分组级别选择默认不变，在字段排序的选择中，依次添加字段如下右图所示，bing且将排序方式都改为升序：

上述操作点击完成后，即会弹出报表查看器让我们预览报表结果，在报表查看器中，我们点击编辑后我们可以修改报表的相关属性，包括将报表头与数据居中展示，修改布局打印宽度等，此类操作可以帮助我们使得报表在地图中的展示效果更为美观：

最终结果展示：

最后将上述复合地图打包输出为“乡镇人口与学生分布” JPG格式的地图如下图所示，作为地信学子，我在老师实验内容要求的基础上做了部分自我的修改、增加与删减，以使地图达到更为美观更符合个人审美的效果：

（2）利用ArcMap制作土地利用分类图

1. 加载原始遥感影像并拼接：首先打开Arcgis软件，将4幅影像数据（.tif）和Hubei_Xian.shp文件添加到图层中加载影像，随后打开工具箱，选择【数据管理工具】—>【栅格】—>【栅格数据集】—>【镶嵌至新栅格】,打开参数框后设置参数如下图所示：

2.裁剪湖北省遥感影像：【系统工具箱】—>【数据管理工具】—>【栅格】—>【栅格处理】—>【裁剪】，但Arcgis中有关裁剪的工具十分之多，涉及裁剪不同属性的图层，不同的工具也有不同的适用范围，在此次实验中我们也可使用【按掩膜提取】工具进行遥感影像的裁剪，设置参数框如下图所示：

3.利用裁剪数据进行制图：与上述实验过程中所描述的相同，为了得到图例较为美观直接明了的地图，我们首先右键图层【Extract】，选择【属性】，在图层属性选项框中选择【符号系统】，在左处的显示中选择【唯一值】，根据图层美观需要自我调节符号颜色，同时在字段中值选择【密度分类】，并且将标注根据值的大小进行更改（依据如下右图所示）：

其它在地图中插入图例、比例尺、指北针等操作与上述实验过程所描述的基本相同，仅【图例】的插入我们需要额外注意，在插入后将图例列数设置为2列。

最终结果展示：

最后将上述地图打包输出为“2010年湖北省土地利用现状图” JPG格式的地图如下图所示，作为地信学子，我在老师实验内容要求的基础上做了部分自我的修改、增加与删减，以使地图达到更为美观更符合个人审美的效果：

 （3）单一土地利用类型空间分布图的制作

1.以土地利用类型——耕地为例，为将耕地这个土地利用类型与其它土地利用类型区分开来，我们首先点击打开裁剪好的图层的【图层属性】，选择左处的【显示】—>【唯一值】，在符号字段中仅保留值为10，即耕地的数据，通过此种方法我们可以在数据视图与布局视图中仅显示耕地这一土地利用类型的数据：

2.与上述实验过程相同，最终制作得到专题地图如下图所示：

思考题

问题1：地图制图过程中需要注意哪些事项？

1. 地图数据符号化显示：在我们Arcgis制图中，地图数据的符号化显示是我们得到地图的第一眼中最为重要与最为关注的信息。首先对于地图数据我们要使用适当的分类方法和分级方案，这一步骤的选择必须符合我们的数据分布特点与地图展示需要，以便在地图中更好的呈现数据空间分布与大小数量；其次，使用适当的符号化颜色，许多符号颜色已经是Arcgis制图中所默认的，例如水体为蓝色，植被为绿色等等，我们不宜进行别具一格的更改；
2. 地图设计的基本原则：地图设计的基本原则为地图中必须包含各类必不可少的基本要素，包括添加图例，解释地图中使用的符号和颜色确保图例清晰明了而不引起歧义；添加指北针和比例尺，加入指北针可以帮助用户了解地图的方向，而比例尺则用于显示地图上不同地理距离之间的比例关系；添加标注和注释，添加清晰可读的标注和注释，应该使用适当的字体大小和颜色，以及合适的位置，避免重叠；
3. 地图布局设计的恰当：正如上文中所提到的，在布局视图下一幅地图中所包含的要素是十分之多的，因此精心设计地图的具体布局，包括地图的标题、图例、指北针、比例尺等元素的位置和样式，确保这些元素的布局整齐、清晰、美观，使得地图易于我们的阅读和理解，以达到大众美观的效果是非常必要的。

问题2：仿照前述的方法，提取制作其他土地类型空间分布图（不少于4种土地利用类型），形成对应图层文件，展示结果。

问题3：如何计算出每个县的单一土地利用类型（如耕地）面积？

以土地利用类型中的耕地为例，我们计算各个县中耕地的面积，具体步骤如下所示：

1.首先我们需要获得裁剪的遥感影像中仅包括耕地这一土地利用类型的图层，与上述实验中把其它土地利用类型在符号系统中删除不同，这仅仅只是把其它土地利用类型不在图层中显示，而我们需要的是删除图层中其它土地利用类型的所有数据，在属性表中进行删除也是行不通的，因此我们需要借助【栅格计算器】这一工具，点击工具箱中【Spatial Analyst】—>【地图代数】—>【栅格计算器】，设置参数如下图所示，其含义为将图层中值不为10的赋值为空，其它保留：

2.选择工具箱中【Spatial Analyst】—>【区域分析】—>【以表格显示分区统计】，输入参数如下图所示，即可得到我们想要的结果！！特别注意！！文件后缀名一定要改为.dbf，即可输出表文件，若未修改文件后缀名，也可通过【表转Excel】工具输出结果：

补充

（1）ArcGIS中分区统计计算面积的方法总结：

1. 利用【以表格分区统计】工具：此类方法也是我们此次在实验过程中使用的方法。使用该方法的过程较为曲折，首先想到它是因为在近期的实验中我们经常使用该工具提取某一区域内的光谱反射率，但在此次实验中，我们没有考虑到被提取图层中含有的数据并不单一（即除耕地还存在众多土地利用类型），因此遇到了一些困难，但这并不能否认此工具的强大之处，与【栅格计算器】工具相结合，我们依然得到了我们希望的结果；
2. 利用【面积制表】工具：选择【Spatial Analyst】—>【区域分析】—>【面积制表】，此类方法是我通过课堂后的网络搜索与经过课下实验实践后，发现的同样可以实现我们实验目的的一种方法，与第一个实验方法不同，【面积制表】工具可以根据我们需要分区统计的图层的属性表中的各个土地利用类型，自动得到不同县，不同土地利用类型的面积，如下图所示，十分便捷与方便直接，不需要先通过栅格计算器的计算，因此也是我们最为推荐的方法：

（2）ArcGIS中自定义符号：

1.创建新样式库：点击Arcgis主页面中的【自定义】—>【样式管理器】—>【样式】，在打开弹出的数据框中我们即可以引用我们电脑上已下载的其它软件的符号系统，同样也可以点击【创建新样式】，根据我们自己的需要创建我们想要的样式库：

 2.直接修改符号：除上述方法外，我们还有另外一种直接改变符号图形的简单方法，双击符号，打开【符号选择器】数据框，选择【编辑符号】—>【图片填充符号】，即可直接在电脑上选择我们希望更改为什么样式的图形：

 实验心得

1. 作为一名地信学子，对于已经接触Arcgis这个软件两年多的我们来说，此次实验课的相关内容与操作都较为轻松，因此许多较为基本基础的实验过程与实验步骤在实验报告中我都并未赘述但作为追求进步积极上进的大学生来说，我们需要在有限的时间与宝贵的机会中抓住一切提升自我的机会。因此在此次实验中，乘着时间充裕我通过网络搜索与自主学习，尝试了在地图中自定义符号库，在提升自我制图水平的同时，达到了更好的地图效果；
2. 除此之外，随着自我学习的不断深入，我发现自我对Arcgis这一软件的理解也在不断进步之中。在大一时我所有实验目的、过程、步骤也都较为直接简单，因此那时的我仅认为Arcgis是一个简单的实现功能的工具。而通过后续的学习对原理有了真正的理解，我逐渐发现在Arcgis中许多的问题并不是只有一个答案，例如：图像的裁剪，我们既可以使用【裁剪】工具，也可以使用【按掩膜提取】工具；分区统计，我们既可以使用【面积制表】工具，也可以使用【以表格分区统计】工具；
3. 因此我认为，在我们Arcgis软件接触、学习、使用的过程中，最为忌讳的就是依照前人已有的实验步骤一板一眼步步照搬的简单执行，从不去思考其背后的原因。真正正确的实验思路应该是：首先明确我们需要得到什么样的实验结果；然后了解Arcgis工具箱中的各个工具可以实现什么样的效果，这就需要我们清楚理解各个工具的执行原理，有时许多步骤的反复操作，可能一个工具就能轻松解决；最后确定清晰的操作思路，选择最为恰当的实验工具方法；
4. 作为一个已经使用了Arcgis两年的学生，我能熟练利用Arcgis进行基本的数据制图操作，也能利用Arcpy工具进行大量数据的批处理操作。我曾认为自己对于Arcgis的掌握已经是十分足够的了，然而在此次实验中，我依旧是学到了报表的制作、图例列数的选择等等的新知识，这也使我认识到学习是永无止境不进则退的，我也将在平时的学习中从拓宽自我视角的角度进行更为深入的学习。