GIS课程设计实验报告
小组: 第五组
组员: 钟蕾，邢磊，张成，
乃古色拉，司宝元
班级: 测绘试验班1101
指导老师: 李光强，赵玲
一、课程设计数据
中南大学校本部CASS数字地形图数据文件（csu.dwg）
中南大学校本部遥感地图
二、实验所使用的平台
ArcGIS 10.1(自己的电脑)
三、课程设计的任务、性质与目的
本课程设计是GIS专业的技术实践课，是在完成地理信息系统的课堂教学后进行的，旨在加深学生对地理信息系统基本概念、基本原理的理解，提高学生的地理信息系统的理论水平和分析问题、解决问题能力以及编写设计报告的能力。
（1）掌握ArcGIS软件的基本功能，学习AutoCAD数据（DWG）向SHAPE文件转换的基本流程，掌握显示、查询和编辑空间数据的方法和基本操作；
（2）掌握影像数据处理和校准的基本方法；
（3）掌握ArcCatalog管理空间数据的基本功能，学习ArcSDE建立空间数据库和数据入库的基本流程和操作；
（4）掌握ArcMap修饰地图文件的基本方法；
（5）掌握ArcGIS Server部署和发布空间数据的流程与基本方法；
（6）掌握由高程点生成TIN，再转换生成DEM的方法和流程；
（7）学习掌握利用DEM生成坡向、坡度图的方法，以及重分类的方法和原理；
（8）学习2.5维数字地表模型DTM的创建方法；
（9）掌握ArcScene建立三维模型的基本方法；
四、课程设计基本要求
1、课程设计分小组进行，组内要有明确分工与合作，本设计的具体上机操作步骤由学生独立完成。
2、在课程设计的教学过程中，指导教师应分阶段对学生完成的工作及所得结果进行检查。
3、学生要按照课程设计任务的要求，按时按量按质地完成课程设计。在课程设计过程中，凡累计旷课时间达到或超过课程设计全过程1/3或未完成课程设计任务要求者，按不及格处理。
4、每位学生认真填写课程（实习）日志，每小组需编写课程设计报告，课程设计报告内容应包括封面（设计题目、班级、指导教师姓名、设计者班级、姓名）、课程设计任务、摘要、目录、原理、设计方案、实验方法（步骤）及结果分析、课程设计总结、参考文献和附录等。
5、课程设计最后一天由各小组对所做工作进行总结并做报告，报告时间8~10分钟，少于或多于规定时间，均将扣除一定成绩分数；报告完成以后，由老师向根据分工，向每位同学提问，视问题回答情况给出一定的汇报成绩。
6、课程设计的总成绩根据平时成绩、汇报成绩、实习日志和课程报告综合评定。
五、课程设计的内容
（1）收集有关基础地理数据、地形图制图等相关标准或规范，学习CASS的地形图制图规范，掌握地形图常用分层方法和图层结构，掌握DWG数据向SHP数据转换的方法和数据质量控制的基本方法；
① 打开中南大学（本部）DWG地形图（CSU.dwg），理解地图的分层方法与命名；
地图分层方法：地图分层的主要依据是地物类型，将相同地物归类到同一图层，有助于我们编辑、使用、存储和管理；
分层命名的方法：在CASS中，层名为地物名称拼音首字母组合，这样对于操作人员来说简洁易懂；
②利用ArcGIS完成DWG文件向SHP文件的转换，并确保原DWG中的图层和数据不丢失，参考CASS的分层方法将图层分为道路、学生宿舍、教师宿舍、教学楼、办公楼、体育场、绿地、池塘等；
在将DWG文件向SHP文件转换的过程中，我们首先利用ArcCatalog，在文档内建立个人数据库，并建立一个数据集，之后展开DWG文件，首先选中POLYLINE图层，右键打开EXPORT——TO DATABASE（SINGLE），在对话框下选择文件保存路径为刚才建立的数据集，之后点击公式按钮，编写公式“layer”=“road”，完成后，点击OK，即可将POLYLINE文件中的所有道路提取出来，并保存为一个SHP文件，其余图层的添加方式相同，面属性的地物需要在POLYGON文件中导出。
③建立拓扑关系，检查面状地物是否存在拓扑错误，并修改拓扑错误；检查同一条道路中心线是否分段，并合并分段道路；利用ArcMap中的ModelBuilder工具建立不同地物拓扑结构检查模型，并用该模型检查道路与面状地物的拓扑结构是否存在错误（如道路穿过房屋、池塘等），并修改错误；
首先右键点击数据集，选择NEW——TOPOLOGY，建立所有地物的拓补关系，并根据经验和实际情况，为拓补检查添加规则，拓补检查中最重要的对象是等高线，添加的规则有：不能相交、不能自交，不能互相重叠。道路的规则有：不能自交。建筑物的规则有：不能重叠。在添加完成后，地物拓补关系就生成了。
将拓补关系图拖入ARCMap中，开始对拓补关系的错误进行检查和改正，首先开始编辑，对拓补关系图进行编辑，之后点击ERROR INSPECTER，这时在客户区下方会弹出错误检查列表，所有的拓补关系错误都会显示出来，一般的错误是房屋会有重叠，一部分原因是绘制错误，这要根据实际情况做相应改正；一部分错误是房屋立柱，在绘制过程中线条不连续，这时只需右击错误，选择MERGE，是房屋变为一个整体。等高线的错误主要是线条有相交和间断，将多余线条阶段，将不连续的线条连接到一起。
（2）影像数据的处理和校准；
①从百度地图中分幅截取我校影像数据，并分幅存为png或jpg文件；
②利用Photoshop软件或其它图像处理软件拼接截取的影像图；
在百度地图中，选取一个合适的比例尺，截取几张相片，要全部覆盖本部，将截取的相片用PHOTOSHOP拼接在一起，制作一张覆盖校本部的影像图；
③在ArcMap中，利用任务（1）转换出的SHP文件，校准影像数据，要求校准的均方根误差（RMSE）小于1。
将拼接后的影像导入ARCMap中，这时会发现影像图与地形图的空间位置不一致，点击开始编辑，在工具栏中viewàToolbarsàGeoreferencing，将Auto Adjust去掉，然后手动选择同名点，在遥感图像中选中一个点，再在dwg图像中选择对应的点连接起来，然后点击GeoreferencingàTransformationàAdjust,进行配准，然后Update display即可。
均方差：0.796413
20个控制点
1114.389069 -1254.520640 43765.385071 96145.633118
1136.293398 -1245.519944 43783.539673 96153.030701
913.444877 -1055.453628 43586.201111 96326.801880
566.119582 -665.844225 43285.602112 96666.932312
586.162575 -826.324631 43304.107483 96517.966309
583.736666 -1110.459724 43298.374329 96272.632324
192.385082 -624.037287 42949.904114 96708.238892
305.507898 -928.372681 43054.430908 96432.580078
1157.008955 -514.275540 43809.942322 96793.227905
1007.898477 -511.011406 43674.810730 96803.072083
1136.275370 -966.187155 43780.065125 96405.976074
574.817062 -1157.971230 43296.026672 96232.430725
1014.808419 -1095.350165 43669.936096 96292.676086
1154.505923 -1154.266709 43802.875305 96234.618713
1080.468956 -1163.589493 43730.611877 96225.495117
625.586107 -902.094881 43334.074280 96460.418884
765.021405 -1293.849911 43456.863098 96107.215088
1095.944959 -749.801406 43751.797485 96589.170288
1089.951128 -1270.530484 43742.325928 96129.944275
1065.462842 -1108.862141 43723.994080 96272.415100
我选择的控制点总共有20个，最后的均方根误差为0.796413
（3）利用ArcSDE建立空间数据库；
这一步因为没有人的电脑能连接数据库，所以无法使用SDE建立企业级数据库，最后老师要求我们只需建立个人数据库即可，而个人数据库在我们导入SHP文件时就已建立，在我们使用过程中，ARCMap只是一个工具而已，我们在ARCMap中打开数据库中的文件
，再编辑的过程中，文件中的任何改动都会保存在数据库中，在后续的试验中，我们会发现使用数据库的优点，它便于管理和存储，尤其是保存，不需要操作者花费过多心思。
（4）添加注记
在ArcMap中加载数据，并在图层中添加名称字段（Name），并输入相应名称；
首先为每一个图层添加一个字段，打开字段表，点击第一个菜单按钮，在列表中选择ADD FILED，将字段名命名为NAME，字段类型设置为TEXT，添加完毕后后，在图层中的每一个地物的属性表里添加名称，其他图层的添加方式相同，添加完毕后，字段名称并不会显示在图像上，这是需要右键选择图层属性，打开LABELS，勾选LABEL FEATURE IN THIS LAYER，并在LABEI FIELD中选中刚才添加的字段，这样我们添加的注记就显示在图层上了。
（5）地图整饰；
①在ArcMap中加载空间数据库中的各图层，并将各图层数据依据相关标准进行符号化；
③依据地形图制图规范，添加图例、比例尺、图名，实现地图的版面设计，生成一幅中南大学校园地形图，并存为CSU.mxd文件；
点击客户区LAYOUT VIEW按钮，将图像切换到地形图展示区，这时我们会发现软件会生成一个地图图框，我们要做的就是在图框中按照规范添加地图要素，在菜单栏种选择INSERT，首先添加TITLE，名称为“中南大学校本部地形图”，再添加LEGEND（图例），图例形式的选择要尽量简单，明了。最复杂的是添加比例尺，由于我们在一开始的拓补关系中没有重视参照坐标系的选择，这里我们在添加比例尺时，由于与图像比例尺的参照基准不一致，会导致比例尺失调，无法正确显示实际距离，后来在老师的指导下，我们重新改正地形图参照坐标为GUASS投影下的北京54坐标，投影带为114E带。这样，比例尺就可以正确的显示实地长度了。
（6）利用ArcGIS Server部署和发布中南大学校园地形图；
安装IIS和ArcGIS Server 10.1软件，并配置ArcGIS Server相关参数；
1、从开始菜单启动ArcMap，新建一个空文档。
2、点击Add Data按钮 ，定位到要添加的数据选中该点击，将数据加载到ArcMap中。
3、选择File->ShareAs->Service...
4、选择Save a service defintion file,下一步；
5、可以选择文件保存位置
6、保存后出现如下界面，选择右上角Stage按钮
7、出现如下界面，等待success
（7）采集调高程数据，并生成TIN和DEM；利用手机中的GPS程序。
①采集测区内的高程数据(WGS84系)，并存为EXCEL文件；
6月24号早晨，我们组因为在之前的试验是接到了一台RTK，利用长沙CORS站，我们组花费了一个上午的时间获取了我们测区的高程点，由于RTK具有导出多种文件格式的功能，我们可以直接将测量数据导出为CSV格式的文件，这样节省了我们很多时间。CSV文件可以直接导入ARCCATALOG中查看。首先我们将CSV格式的文件另存为XLS格式的文件，之后再重新导入CATALOG中，打开PREVIEW就可以查看点的列表，我们需要将点的第一列的字段名保留，这样才有利于我们选取所需数据，查看确认表格无误后，就可以直接拖入ARCMAP中，这时我们还无法直接查看表格，右键选择DISPLAY XY DATA，将表格中对应的X,Y坐标展绘，这样我们就可以直接查看测点的空间分布了。
②将高程点EXCEL文件得用ARCMAP转换为SHP文件；
右键点击选择DATA——EXPORT DATA，选择SHAPEFILE文件格式，就可以将展绘后的点文件转换为SHP文件格式了。
③利用ArcMap中的矢量校准工具（Spatial Adjustment）将WGS84系的高程点转换为与校区DWG一致坐标系的数据；
由于RTK测量时我们的参考坐标系选择不一致，所以我们需要对点的SHP文件进行矢量几何校正，右键点击工具栏空白处，选择SPATIAL ADJUSTMENT，就可以打开校正工具了，首先选择开始编辑，对刚才的高程点文件进行编辑，之后再SPATIAL ADJUSTMENT中选择SET ADJUST DATA，将高程点文件设置为待编辑数据，设置完成后，开始进行控制点选取，至少选择三个控制点，最后开始ADJUST就完成校正了。
④利用ArcScene中的TIN生成工具，将校准后的高程点生成TIN，再由TIN转换生成DEM数据。
校正后的高程点在ARCSCENE中打开，选择ARCTOOLBOX——3D ANALYST TOOLS——DATA MANAGEMENT——TIN——CREATE TIN，在对话框中选择高程点文件，并将编辑字段设置为Z坐标，TIN就生成了。
选择3D ANALYST TOOLS——CONVERSION——FROM TIN——TIN TO RASTER，选中刚才做好的TIN，即可生成DEM。
（8）利用DEM生成坡向、坡度专题图，并将坡度重分为5类；
①利用Raster Sufface工具，将DEM转换生成坡度专题图；
选择3D ANALYST TOOLS——RASTER SURFACE——SLOPE，选中刚才生成的DEM，生成坡度专题图。
②利用Raster Reclass工具，对生成坡度专题图重分为5类。
选择3D ANALYST TOOLS——RASTER RECLASS——RECLASSIFY，选中刚才生成的SLOPE，并将坡度分为五类，生成坡度专题分类图。
（9）利用DEM数据，结合校准后的影像图，生成2.5维数字地表模型DTM；
在ArcScene中，加载校准后的影像数据和DEM数据，在影像属性中，设置基底高度为DEM的高程。
加载已经校准过的影像图，右键点击属性，选择BASE HEIGHT，将基底高度选为DEM。
（10）利用ArcScene建立三维模型的基本方法。
①在ArcMap中，打开房屋图层的属性表，增加Height字段（Float类型）；
②编辑房屋图层，根据采集的房屋楼层数，为每个房屋设置Height=4*层数；
同添加注记的方法，为建筑物添加另一个属性字段HEIGHT，并将之前考察过的楼层高度添加进去并保存。
③在ArcScene中加载房屋、影像和DEM数据，设置影像、房屋的基底高为DEM数据高程，建立2.5维地表模型；右键选择属性，在BASE HEIGHT中设置房屋基底高度为DEM。
④在房屋图层属性的Extrusion面板中，设置房屋高度；还是在属性对话框中，选中EXTRUSION，打开EXPRESS BULIDER，将编辑字段设置为HEIGHT。
⑤打开Fly工具，对生成的三维模型进行三维飞行漫游。
六、实验中遇到的问题
1、安装ARCGIS10.1的时候，我们组没有人安装过ARCGIS软件，在安装的过程中，有一些人的电脑无法安装ARCGIS10.1，在这里我们花费了一定的时间；
2、在DWG文件导出为SHP文件时，某一个图层上的一些地物会出现丢失的情况，这主要是由于该地物是面状地物，但是却没有闭合，导致最后无法转换；
3、影像几何纠正时，我们使用ADJUST纠正时，由于是一次性纠正，如果均方根误差不满足条件，我们只能重做，这样费时又费力，所以最后我们选择AUTO ADJUST进行校正；
4、在获取数据的过程中，高程点的采集比较费时费力，而且由于是我们第一次使用高程点进行坡度专题图的生成，由于经验不足和高程点采集密度不够，我们的坡度图效果不好。最后我们队测量区域进行了高程点的加密。
七、实验总结
为期两周的课程设计结束了，在这两周的时间里，我们利用GIS软件设计制作了校本部的2.5维地图模型，之前的专业课学习中，我们学习了数据库管理、GIS基础、GIS工程与应用，但是我们只是单纯的学习这些理论知识，并没有理解知识的精华，通过这次实习，我们将之前学习的知识都联系了起来，制作了2.5维影像地图，也是对我们知识的扩展和应用。
在实习的过程中，我们也暴露了很多问题，比如专业知识不够扎实，态度不够端正，知识的运用能力欠缺，这就是说我们的实践能力还有待挖掘，所以我们还要在今后的学习中，培养自己的动手能力，改正自己的懒散的态度，完善自己的任务，再接再厉。
八、个人心得
乃古色拉：在这两周的实习中，从对ArcGIS的一知半解到全面了解此软件的功能，从GIS的理论知识到实践能力，从无处起笔到成果的精彩呈现，通过老师的悉心教导，自己的勤奋努力，和同学的热心帮助理解到了GIS的实际应用，巩固了GIS理论知识，对GIS有了更全面的认识。
在此次的课程设计中，我也遇见了不少问题，如：在刚开始的DWG文件向SHEP文件的转换过程中始终出现难以转换的问题，在由DWG文件向SHEP文件转换时转换了线文件的问题，在第一次进行影像的校准时精度不够的问题，由于采集的高程点的密度不够出现的DEM模型不正确的问题等。遇到这类问题，我都会像老师同学请教，亦或与同组同学积极交流讨论，直到找到解决办法，从中我也学会了在学习与实践中寻找问题、解决问题的方法。
司宝元：两周的课程设计，从刚开始的完全无从下手到进一步的熟悉，我们学到了很多很多，老师出于苦心给的大纲只有骨架，为的就是让我们自主学习，分组讨论，养成自己解决问题的能力，如此不但自己掌握了知识，还培养了能力。我们也不负众望，积极讨论，上网查做每一步的原因等等，很认真的完成了数字高程模型的建立。其中遇到了很多问题，在dwg文件转成shp文件时出现了部分图形的缺失（老师提醒后发现）原来是有些面图形未闭合，我们还按面去转格式；实验室做的成果转自己电脑上找不到，究其原因是路径的问题；为了保证图像校准时均方差0.5左右，要求控制点数目合理，不集中分布四方等等，皆是实验中遇到的问题。态度放好，不畏惧，我们解决了。两周下来我觉得自己对GIS的兴趣更浓了，能力也提高了。
张成：两周的GIS课程设计，不仅是对ArcGIS的学习过程，也是进一步加强我们课堂上学习知识的过程。这次的课程设计我们付出了很多，因为以前的课程设计都是按照指导书一步步做的，很少有自己的思考在里面。这次两位老师准备的实验指导书只有大纲，目的就是培养我们自主解决问题的能力，很多问题需要我们去发现并找到解决的办法，或通过询问老师，或通过网上查阅资料。
在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知，通过亲自动手操作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。例如在进行图像校准的时候，指导书上建议使用的是Google Earth上的遥感数据，但是我们在下载数据进行比较的时候，发现图像较为模糊且丢失了很多信息。经过多方比较，我们发现百度地图上有我们学校区域的航拍影像，并且图像清晰信息全面。但是同样存在问题的地方是，截图下来的图片是一张一张的，比例尺不合适，所以最后我们通过Photoshop的拼图功能对图像进行了拼接，再通过Arcgis进行图像校准。 回顾起此课程设计，至今我仍感慨颇多，从理论到实践，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，理论与实践结合，才是最有效的学习方式。
邢磊：为期两周的课程设计让我学到了很多东西，在这两周的时间里，我们利用GIS软件设计制作了校本部的2.5维地图模型，之前的专业课学习中，我们学习了数据库管理、GIS基础、GIS工程与应用，但是我们只是单纯的学习这些理论知识，并没有理解知识的使用方法，而且作为一名测绘的学生，对于地信的专业认识还不够充分，所以，借此次实习的机会，我们能够在一个连续的、系统的设计中领略地信专业的魅力，通过和我们测绘完全不一样的视角，拓展我们的视野，丰富我们的实践经历。
在实习的过程中，我们也暴露了很多问题，比如专业知识不够扎实，态度不够端正，知识的运用能力欠缺，这就是说我们的实践能力还有待挖掘，所以我们还要在今后的学习中，培养自己的动手能力，改正自己的懒散的态度，完善自己的任务，再接再厉。
钟蕾：虽然不是第一次使用ArcGIS软件了，但是本次课程设计是我们第一次系统地
使用ArcGIS进行实践，由于我们对软件的操作不是很熟练，加上我自己对所做的事情不了解，有疑惑，所以刚开始的几天我比较迷惑，一直是在等待别人的帮助，虽然如此，我也没有完全依赖别人，我逐步地学习和掌握操作方法，还有实践的基础理论，慢慢地，我也能够按照自己的思路进行制作了。
两周的实践对于我来说，最大的意义在于学到了运用知识的能力，还有自助学习的能力，我们女生在这方面不是很积极，但是成功后的喜悦是令人难忘的，所以今后我还要继续努力，从这次实践中汲取经验，完善自我。