第一届全国大学生GIS应用技能大赛（下午）解答步骤

日期： 2020-09-01 分类：跨站数据测试 270次阅读

首届全国大学生GIS技能大赛内容及规程

一、 技能大赛内容

题目：空间分析技术的应用与GIS系统设计

某一地区引进X型经济作物，该作物的生长环境需要满足一定的地形及气象条件。现有该地区的地形及气象数据，请你根据X型作物的生长条件，为该地区进行X型作物适宜区分析，并制作专题图。同时，梳理上述问题及其解决过程，规划出科学合理的GIS应用系统，进行系统功能及界面设计。

相关信息说明如下：

① 数据中，dem为数字高程模型数据，gully.shp为主沟谷数据；climate.txt为气象观测表数据（包含坐标、温度/℃及降雨/ mm等）。

② dll中，DevComponents.DotNetBar2.DLL为工具控件库，IrisSkin2.DLL为皮肤控件库，titlerectangle.ssk为皮肤文件。

③ X型作物生长的条件为：

l 作物喜阳；

l 作物一般生长在该山区主沟谷两侧区域，一般不超过800米；

l 作物生长的年平均温度为9.5-11.5℃；

l 作物生长的年总降雨量为600-720mm。

④ 坡向为90～270为阳坡。

⑤ 可根据数字高程模型数据提取出坡向、水系等信息。

具体竞赛要求如下：

① 请就以上条件确定此地区适合种植这种作物的范围，并制作专题图。专题图内容要求以地形和水系作为背景，且给出适宜种植面积（投影面积即可）。

② 基于问题的解决方案，进行GIS应用系统的功能及界面设计。系统功能模块原则上不要求代码实现，但地图加载、放大、缩小、漫游、全图等功能要求实现。

③ 提交文件包括：专题图文件（含数据），GIS应用系统源码及技术文档。

④ 技术文档应包括解题思路、解题过程、系统设计等内容。技术文档中，请尽可能附图说明。附图请使用Word图片裁剪工具使附图内容仅为说明区域。

二、 技能大赛规程

1、参赛团队现场抽签，按抽签上的标号到指定机位就座。

2、所有决赛试题都已存放在每台参赛计算机，由组委会人员现场抽取题号作为决赛试题。

3、比赛时间3小时，中间休息时间由各团队自己掌握。

4、比赛过程中请各位选手注意以下事项（若违反则团队成绩记为零分）：

1) 参赛选手必须服从工作人员安排，不得干扰比赛进行。

2) 所有选手不得离开指定的区域范围。

3) 同组选手之间可以小声讨论，不得大声喧哗，影响到其他参赛团队。

4) 不同组选手之间严禁任何交流，不得开启手机。

5) 决赛时所有资料已存放计算机，参赛时的过程文件和结果文件存放在指定目录，严禁参赛选手使用移动设备拷贝资料。

6) 参赛过程中，网络仅限于互相访问同组成员计算机，不得访问他人计算机。

解答步骤：

摘要：【目的】根据X型作物生长条件，进行某地区X型作物适宜区分析，并制作专题图。【方法】基于ArcGIS平台，对该地区地形及气象数据进行插值分析、缓冲区分析、水文分析、叠加分析等，规划出X型作物科学合理的种植区域，并设计一个GIS应用开发系统实现以上功能。【结果】某地区X型作物适宜耕作面积为170480800㎡；该作物生长严重依赖水环境。【结论】基于ArcGIS平台可进行农作物适宜性分析，为当地经济规划提供参考与技术支持。

1 生长条件分析

1.1 提取坡向

（1）提取坡向。点击【Spatial Anayst】/【表面分析】/【坡向】，在打开的窗口中输入dem数据，设置输出路径并命名为“aspect”(图1.1)，得到的坡向数据如图1.2所示。

图1.1 坡向对话框

图1.2坡向

（2）提取阳坡。点击【Spatial Anayst】/【重分类】/【重分类】，将90-270重分类为1（阳坡），设置输出路径并命名为“Reclass_aspect”（图1.3），提取的阳坡如图1.4所示。

图1.3 重分类对话框

图1.4 阳坡

1.2提取水系

（1）填挖。点击【Spatial Analyst Tools】/【水文分析】/【填挖】，在打开的对话框中，输入dem.tif数据，设置输出路径并命名为“fill” (图1.5)，填挖结果如图1.6所示。

图1.5 填洼过程图

（1）填挖前（2）填挖后

图1.6 填洼结果图

（2）提取流向。点击利【Spatial Analyst Tools】/【水文分析】/【流向】，在打开的对话框中，输入数据上一步填挖后的数据，选择输出路径并命名为： “flowdirec” (图1.7)，得到流向数据如图1.8所示。

图1.7 流向对话框

图1.8流向提取结果图

（3）提取流量。点击【Spatial Analyst Tools】/【水文分析】/【流量】，在打开的对话框中，输入上一步提取的流向数据，选择输出路径并命名为“flowacc” (图1.9)，得到的流量结果如图1.10所示。

图1.9 流量提取对话框

图1.10 流量提取结果

（4）栅格计算器。点击【Spatial Analyst Tools】/【地图代数】/【栅格计算器】，在打开的窗口中，输入公式： “flowacc”>=500，选择输出路径并命名为“acc500” （图1.11），得到结果如图1.12所示。

图1.11 栅格计算器计算过程图

图1.12 栅格计算器计算结果图

可以发现，当阈值为500时，提取河网过于密集不符合实际情况，需重新选择阈值继续试验：

（1）阈值=1000 （2）阈值=10000

图1.13 不同阈值提取河网图

在阈值为10000时，所提取河流较符合实际，利用阈值为10000时提取河流继续后续过程。

（5）河网矢量化。点击【Spatial Analyst Tools】/【水文分析】/【栅格河网矢量化】，在打开的对话框中，输入上一步提取的河流数据及流向数据，设置输出路径并命名为“stream” (图1.14)，选中矢量后“GRID_CODE=1”数据并导出，利用【融合】工具将其融合为一整条河流，得到河流数据如图1.15所示。

图1.14 转矢量对话框

图1.15 河网图

1.3 气象条件

（1）导入Excel点数据并将其转化为shp数据。点击【文件】/【添加数据】/【添加XY数据】，在打开的窗口中，X字段选择X，Y字段选择Y，设置其投影及地理坐标为：WGS_ 1984 _ transverse _Mercator、GCS_WGS_1984(图1.16)。

图1.16 导入气象数据对话框

右击导入的数据，将其导出为shp格式文件，命名为“采样点.shp”（图1.17）。

图1.17 导出为shp数据

（2）温度空间插值。点击【Spatial Analyst Tools】/【插值分析】/【克里金法】，在打开的窗口中，输入采样点.shp数据，Z值选择Temperature，设置输出路径并命名为“Temp”(图1.18)，得到温度空间插值结果如图1.19所示。

图1.18 克里金插值对话框

图1.18 温度插值（克里金）结果

注：点击【Spatial Analyst Tools】/【插值分析】/【反距离权重法】也可得到温度插值结果（图1.19），经对比分析，克里金插值结果更符合实际，故采用克里金插值结果进行后续步骤。

图1.19 温度插值（IDW）结果

（3）重分类温度插值结果。点击【Spatial Anayst】/【重分类】/【重分类】，输入上一步温度插值数据，按照题目适宜植物生长温度（9.5-11.5℃）进行重分类，设置输出路径并命名为“Reclass_Temp”（图1.20），重分类结果如图1.21所示。

图1.21 重分类对话框

图1.22 温度重分类结果

（4）降雨空间插值。点击【Spatial Analyst Tools】/【插值分析】/【克里金法】，在打开的窗口中，输入采样点.shp数据，Z值选择Rainfall，设置输出路径并命名为“Rain”(图1.23)，得到降雨空间插值结果如图1.24所示。

图1.23 空间插值对话框

图1.24 降雨空间插值（克里金）结果

注：点击【Spatial Analyst Tools】/【插值分析】/【反距离权重法】也可得到温度插值结果（图1.25），经对比分析，克里金插值结果更符合实际，故利用克里金插值结果进行后续步骤。

图1.25 降雨空间插值（IDW）结果

（5）重分类降雨插值结果。点击【Spatial Anayst】/【重分类】/【重分类】，输入上一步降雨插值数据，按照题目适宜植物生长降雨（600-720mm）进行重分类，设置输出路径并命名为“Reclass_Rain”（图1.26），重分类结果如图1.27所示。

图1.26 重分类对话框

图1.27 降雨重分类结果

1.4 主沟谷

（1）缓冲分析。点击【分析工具】/【领域分析】/【缓冲区】，输入主沟谷数据，缓冲距离为800m，设置输出路径并命名为“gully_buffer”（图1.28），缓冲后的结果如图1.29所示。

图1.28 缓冲区对话框

图1.29 沟谷缓冲结果

（2）面转栅格并裁剪沟谷缓冲数据。点击【转换工具】/【转为栅格】/【面转栅格】，输入缓冲后的沟谷数据，设置输出路径并命名为“gull_buf_ras”（图1.30），利用【数据管理工具】/【栅格】/【栅格处理】/【裁剪】（图1.31），将转换后的栅格数据进行裁剪，得到的主沟谷数据如图1.32所示。

图1.30 面转栅格对话框

图1.31 裁剪对话框

图1.32 沟谷缓冲数据

（3）重分类。点击【Spatial Analyst Tools】/【重分类】/【重分类】，输入缓冲后的沟谷栅格数据，设置数据路径并命名为“Reclass_Gully_buffer”（图1.33），重分类后的结果1.34所示。

图1.33 沟谷重分类对话框

图1.34 沟谷重分类结果

2 X型作物适宜区分析

（1）栅格计算器。点击【Spatial Analyst Tools】/【地图代数】/【栅格计算器】，在打开的对话框中，输入公式：“Reclss_Gully_buffer”*0.25+“Reclass_Rain” *0.25+“Reclass_Temp” *0.25+“Reclass_aspect” *0.25，设置输出路径并命名为“result_栅格计算器”（图2.1），得到X 型作物适宜区分布图如图2.2所示。

图2.1 栅格计算器对话框

图2.2 X型作物适宜区分布图

注：题目未给出植物生长条件各部分权值值，经讨论，采取等值法，将各生长条件权值均赋值为0.25。且此处用【栅格计算器】得到最终适宜区分布图，【加权总和】可得到同样结果，为节省时间，此处不再重复。

（2）重分类。点击【Spatial Analyst Tools】/【重分类】/【重分类】，输入上一步栅格计算后的结果图，经多次反复试验，最终确定值大于0.8的区域为适宜种植区，设置输出路径并命名为“result”（图2.3）。

图2.3 重分类对话框

（3）计算适应种植区面积。由于一个单元栅格分辨率为140m*140m，利用其乘以栅格个数，即可得到该作物适宜种植面积，利用【栅格计算器】（图2.4）计算出的适宜种植区面积为170480800㎡。

图2.4 计算适宜区面积

（4）切换至【布局视图】，依次添加标题、指北针、比例尺、图例、经纬网，得到结果如图2.5所示。

图2.5 X型经济作物种植适宜区

可以发现，该作物适宜区均分布均在河流附近，表明该作物生存严重依赖于水环境，河流对其影响较大。

3 基于问题解决方案，进行GIS应用系统的功能及界面设计

（1）打开VS2015，新建一个窗体应用程序，命名为ArcMapViewer；

（2）输入代码及窗体布局设置

a. 在工具箱中分别双击ArcGIS Windows Forms下的 “ToolBarControl”，“TOCControl” ，“MapControl”， LicenseControl控件以及菜单和工具栏下的MenuStrip控件，将其加载到窗体上，并调整其在窗体中的布局。

b. 右键“ToolBarControl”控件和“TOCControl”控件，设置其属性，“Buddy Control”为“axMapControl1”。

c. 在工具箱中分别双击MenuStrip上，输入“File”作为菜单的名称，在其下拉框中点击，输入“New”菜单项、“Open”菜单项、“Save”菜单项、“Save As”菜单项及“Exit”等菜单项。在其同级菜单中输入“放大”、“缩小”、“漫游”、“全图”、“打开地图文档”、“加载数据”等菜单项，选中相应菜单项，在属性框中点击“Events”按钮，在事件列表中双击“Click”事件或者直接双击该菜单项，并在方法中输入处理代码。定义全局变量int flag = 0;标记地图操作，其余代码如下图3-1所示。