實(shí)驗(yàn)五指導(dǎo)書

1、實(shí)驗(yàn)五 空間分析一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解矢量數(shù)據(jù)空間分析的原理；2. 掌握空間數(shù)據(jù)查詢基本操作和用途；3. 掌握矢量數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)分析、疊加分析等空間分析基本操作和用途。二、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備預(yù)備知識(shí)：空間數(shù)據(jù)及其表達(dá)空間數(shù)據(jù)（也稱地理數(shù)據(jù)）是地理信息系統(tǒng)的一個(gè)主要組成部分?？臻g數(shù)據(jù)是指以地球表面空間位置為參照的自然、社會(huì)和人文經(jīng)濟(jì)景觀數(shù)據(jù)，可以是圖形、圖像、文字、表格和數(shù)字等。它是GIS所表達(dá)的現(xiàn)實(shí)世界經(jīng)過(guò)模型抽象后的內(nèi)容，一般通過(guò)掃描儀、鍵盤、光盤或其它通訊系統(tǒng)輸入GIS。在某一尺度下，可以用點(diǎn)、線、面、體來(lái)表示各類地理空間要素。有兩種基本方法來(lái)表示空間數(shù)據(jù)：一是柵格表達(dá)；一是矢量表達(dá)。兩種數(shù)據(jù)格式間可

2、以進(jìn)行轉(zhuǎn)換?？臻g數(shù)據(jù)查詢空間數(shù)據(jù)查詢有三種：基于屬性數(shù)據(jù)的查詢、基于空間數(shù)據(jù)的查詢、基于屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)的聯(lián)合查詢。基于空間數(shù)據(jù)的查詢主要練習(xí)空間關(guān)系查詢，如距離、方位、拓?fù)潢P(guān)系。空間查詢不改變?cè)械臄?shù)據(jù)集?？臻g分析空間分析是基于地理對(duì)象的位置和形態(tài)的空間數(shù)據(jù)的分析技術(shù)，其目的在于提取空間信息或者從現(xiàn)有的數(shù)據(jù)派生出新的數(shù)據(jù)，是將空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔⒌倪^(guò)程。空間分析是地理信息系統(tǒng)的主要特征?？臻g分析能力（特別是對(duì)空間隱含信息的提取和傳輸能力）是地理信息系統(tǒng)區(qū)別于一般信息系統(tǒng)的主要方面，也是評(píng)價(jià)一個(gè)地理信息系統(tǒng)的主要指標(biāo)?？臻g分析賴以進(jìn)行的基礎(chǔ)是地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)?？臻g分析運(yùn)用的手段包括各種幾何的邏輯

3、運(yùn)算、數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析，代數(shù)運(yùn)算等數(shù)學(xué)手段?？臻g分析可以基于矢量數(shù)據(jù)或柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行，具體是情況要根據(jù)實(shí)際需要確定。空間分析步驟根據(jù)要進(jìn)行的空間分析類型的不同，空間分析的步驟會(huì)有所不同。通常，所有的空間分析都涉及以下的基本步驟，具體在某個(gè)分析中，可以作相應(yīng)的變化?？臻g分析的基本步驟：a) 確定問(wèn)題并建立分析的目標(biāo)和要滿足的條件b) 針對(duì)空間問(wèn)題選擇合適的分析工具c) 準(zhǔn)備空間操作中要用到的數(shù)據(jù)d) 定制一個(gè)分析計(jì)劃然后執(zhí)行分析操作e) 顯示并評(píng)價(jià)分析結(jié)果圖5-1 空間分析步驟空間分析實(shí)際上是一個(gè)地理建模過(guò)程，它涉及：?jiǎn)栴}的確定、使用哪些空間分析操作、評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)、以合適的次序執(zhí)行一系列的空間分析操作、顯

4、示及評(píng)價(jià)分析結(jié)果。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)包括：part1：備選廠址FactorySite，居民地Resident，城市道路Road；part2：街道圖層AIOStreets，城市地籍圖層AIOZonecov；part3：城市市區(qū)交通網(wǎng)絡(luò) network，商業(yè)中心分布Marketplace，名牌高中分布school，名勝古跡分布famous place。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟1空間數(shù)據(jù)查詢已知條件：已知可供選擇的備選廠址（FactorySite圖層中的點(diǎn)所示）問(wèn)題要求：城市道路距離要求：要求候選廠址離城市公路（Road圖層）的距離小于200米居民地距離要求：要求候選廠址離居民地（Resident圖層）的

5、距離大于500米；備選廠址高程要求：要求候選廠址的高程小于250米；備選廠址坡度要求：要求候選廠址的坡度小于2.5度；輸出結(jié)果：符合條件的廠址。（1）打開ArcMap，加載part1中的三個(gè)圖層，為FactorySite圖層設(shè)置標(biāo)注，如圖5-2。圖5-2 加載圖層（2）選擇“高程小于250米，且坡度小于2.5度”的備選廠址菜單“Selection”->“Select By Location”，設(shè)置參數(shù)如圖5-3。圖5-3 屬性查詢基于屬性數(shù)據(jù)查詢：選擇輸入圖層中屬性值滿足查詢條件的實(shí)體，查詢條件通過(guò)SQL語(yǔ)句表示。上圖中圈出部分說(shuō)明如下：輸入圖層：待選擇實(shí)體所在的圖層。選擇方式“Meth

6、od”：Create a new selection - 為此次查詢結(jié)果創(chuàng)建一個(gè)新的選擇集；Add to current selection - 將此次查詢結(jié)果添加到當(dāng)前的選擇集中；Remove from current selection - 將此次查詢結(jié)果從當(dāng)前選擇集中移除；Select from current selection - 從當(dāng)前選擇集中選擇。構(gòu)造查詢條件表達(dá)式。查詢結(jié)果高亮化顯示，如圖5-4：圖5-4 查詢結(jié)果（3）在以上操作的基礎(chǔ)上，繼續(xù)選擇“離城市公路（Road圖層）的距離小于200米”的候選廠址菜單“Selection”->“Select By Location

7、”，參數(shù)設(shè)置如圖5-5：圖5-5 位置查詢基于空間數(shù)據(jù)查詢：菜單“Selection”->“Select By Location”，此操作是選擇“輸入圖層”中符合條件的實(shí)體，查詢條件通過(guò)操作類型、選擇圖層等來(lái)表達(dá)。對(duì)上圖中標(biāo)出各參數(shù)說(shuō)明如下： 選擇方式：select features from - 從圖層中選擇要素；add to the currently selected features in - 添加到當(dāng)前選擇集；remove from the currently selected features in - 從當(dāng)前選擇集中移除；select from the currently

8、selected features in - 從當(dāng)前選擇集中選擇。“輸入圖層”（input layer） 操作類型（對(duì)照聯(lián)機(jī)幫助中的英文解釋進(jìn)行理解）：intersect 與選擇層實(shí)體相交的實(shí)體；are within a distance of 與選擇層實(shí)體在一定距離范圍內(nèi)的實(shí)體，當(dāng)執(zhí)行此操作時(shí)，可在對(duì)話框底部的緩沖距離（buffer distance）處設(shè)置該距離范圍；contain 包含選擇層實(shí)體的實(shí)體；completely contain - 完全包含選擇層中的實(shí)體；are within 被選擇層中的實(shí)體包含的實(shí)體，選擇層必須是面圖層；are completely within 被選擇層

9、中的實(shí)體完全包含的實(shí)體，選擇層必須是面圖層，或者是做過(guò)緩沖區(qū)的點(diǎn)線圖層；are identical to 與選擇層中相同的幾何實(shí)體；touch the boundary of 邊界與選擇層中的實(shí)體邊界有重合的部分的實(shí)體，輸入層和選擇層是線圖層或面圖層；share a line segment with 與選擇層中的實(shí)體共用一個(gè)線段，輸入層和選擇層是線圖層或面圖層； are crossed by the outline of 被選擇層中的實(shí)體輪廓線穿過(guò)的實(shí)體，輸入層和選擇層是線圖層或面圖層；have their centroid in 中心落在選擇層實(shí)體中的實(shí)體。 設(shè)置“選擇圖層”（select

10、ion layer） 是否使用選擇的實(shí)體當(dāng)圖層中已有選中的實(shí)體時(shí)，可使用該限制，只查詢與這些實(shí)體有空間關(guān)系的實(shí)體。 對(duì)選擇圖層中的實(shí)體執(zhí)行緩沖如當(dāng)要查詢與選擇圖層中的實(shí)體相距不超過(guò)50米的實(shí)體時(shí)，則應(yīng)在此處設(shè)為50m。查詢結(jié)果，如圖5-6：圖5- 6 查詢結(jié)果2（4）最后一個(gè)條件是“離居民地（Resident圖層）的距離大于500米”，由于位置查詢中沒(méi)有提供大于的操作，可從當(dāng)前選擇集中去掉“離居民地距離小于500米”的候選廠址，參數(shù)設(shè)置如圖5-7；最終結(jié)果如圖5-8。圖5-7 位置查詢圖5-8 最終結(jié)果（5）符合所有條件的備選廠址為5、11、14；可嘗試先執(zhí)行位置查詢，再執(zhí)行屬性查詢，驗(yàn)證結(jié)果

11、是否一致。2. 緩沖區(qū)分析（1）新建地圖文檔，加載part2中圖層AIOStreets和AIOZonecov（地圖單位為：米）。（2）添加緩沖區(qū)向?qū)У讲藛沃性贏rcMap中，執(zhí)行菜單命令“Tools”->“Customize”（定制），在出現(xiàn)的對(duì)話框中選擇 “Command”選項(xiàng)頁(yè)：在左邊目錄列表框中，選擇“工具”；在右邊命令列表框中，選擇“緩沖區(qū)向?qū)А保⑵渫戏诺讲藛巍癟ools”中（或拖放到一個(gè)已存在的工具欄上）；關(guān)閉“定制”對(duì)話框。圖5-9 定制（3）從圖層AIOStrees中，選擇街道名稱為CYPRESS的街道執(zhí)行菜單命令“Selection”->“Select By A

12、ttributes”，彈出屬性查詢對(duì)話框，參數(shù)設(shè)置如圖5-10；查詢結(jié)果如圖5-11。圖5-10 屬性查詢圖5-11 查詢結(jié)果（4）為選中的街道創(chuàng)建50米線狀緩沖區(qū)執(zhí)行“Tools”菜單中的“Buffer Wizard”（緩沖區(qū)向?qū)В┟睿ɑ螯c(diǎn)擊工具欄中的“緩沖區(qū)向?qū)А眻D標(biāo)），打開緩沖區(qū)向?qū)?duì)話框。第一步，選擇對(duì)象對(duì)話框。選擇要進(jìn)行緩沖區(qū)分析的圖層“AIOStreets”，并選中“Use only the selected feature”，只對(duì)當(dāng)前選中的要素建立緩沖區(qū)，如圖5-12； 圖5-12 對(duì)象選擇第二步，彈出緩沖區(qū)建立類型對(duì)話框。選擇單位為米，建立類型為“At a specified

13、 distance”，并輸入距離為50。圖5-13 緩沖區(qū)建立類型上圖中給出了三種建立緩沖區(qū)的建立方法：At a specified distance 以一個(gè)給定的距離建立緩沖區(qū)，即普通緩沖區(qū)；Based on a distance from an attribute 以分析對(duì)象的某個(gè)屬性的值作為權(quán)值建立緩沖區(qū)，即屬性權(quán)值緩沖區(qū)；As multiple buffer rings 給定環(huán)個(gè)數(shù)和間距，建立一個(gè)分級(jí)緩沖區(qū)。第三步，緩沖區(qū)存放選擇對(duì)話框，如圖5-14。圖5-14 存放選擇該對(duì)話框分為三個(gè)區(qū)域，A 緩沖區(qū)輸出類型，是否將相交的緩沖區(qū)進(jìn)行融合；B 對(duì)多邊形進(jìn)行內(nèi)緩沖和外緩沖的選擇，這里是對(duì)

14、線進(jìn)行緩沖，所以不可選；C 選擇保存方式生成一個(gè)圖形文件；添加到一個(gè)已有的可編輯的圖層上；重新生成一個(gè)圖層文件。在此，選擇最后一項(xiàng)，并設(shè)置保存路徑和文件名。設(shè)置完成，點(diǎn)擊“完成”，該緩沖圖層自動(dòng)加載到當(dāng)前工程中，如圖5-15。圖5-15 緩沖效果（5）找出與街道“CYPRESS”的50米緩沖區(qū)相交的地塊菜單“Selection”->“Select By Location”，參數(shù)設(shè)置如圖5-16，結(jié)果如圖5-17。圖5-16 位置選擇圖5-17 效果3. 疊加分析疊加分析，又稱疊置分析。根據(jù)操作形式不同，疊加分析可分為圖層擦除、識(shí)別疊加、交集疊加、空間關(guān)系連接、對(duì)稱區(qū)別、圖層合并和修正更新

15、。在上次實(shí)驗(yàn)中，已經(jīng)對(duì)部分功能進(jìn)行了練習(xí)，在此只對(duì)這幾種操作進(jìn)行介紹。圖5-18 疊加分析工具位置：“ArcToolBox”->“Analysis Tools”->“Overlay”。Erase：圖層擦除，根據(jù)參照?qǐng)D層的范圍大小，擦除被參照?qǐng)D層所覆蓋的輸入圖層內(nèi)的要素。用邏輯代數(shù)運(yùn)算式表示為：，A為輸入圖層，B為擦除層。圖5-19 圖層擦除Identity：識(shí)別疊加，在圖層交疊的區(qū)域，識(shí)別圖層的屬性，并將屬性賦給輸入圖層在該區(qū)域內(nèi)的地圖要素，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生部分圖形變化。圖5-20 識(shí)別疊加Intersect：交集疊加，通過(guò)疊加處理將到兩個(gè)圖層的交集，并且原圖層所有屬性將同時(shí)在得到的新

16、圖層上顯示出來(lái)。用邏輯代數(shù)運(yùn)算式表示為： ，A、B為輸入圖層。圖5-21 交集疊加Spatial Join：根據(jù)圖層間的關(guān)系將一個(gè)圖層的屬性追加到另一個(gè)圖層，如將包含點(diǎn)的多邊形屬性追加到點(diǎn)的屬性表，或?qū)⒕嚯x線段最近的點(diǎn)的屬性追加到線段屬性表。Symmetrical Difference：對(duì)稱區(qū)別，去掉兩個(gè)圖層的公共區(qū)域，剩余部分生成新的圖層，其屬性綜合了原來(lái)兩個(gè)圖層的屬性。用邏輯代數(shù)運(yùn)算式表示為： ， 輸入圖層A、B必須都是面圖層。圖5-22 對(duì)稱區(qū)別Union：圖層合并，把兩個(gè)圖層的區(qū)域范圍聯(lián)合起來(lái)，保持原有的所有地圖要素。用邏輯代數(shù)運(yùn)算式表示為： ，輸入圖層A、B必須都是面圖層。圖5-23

17、 圖層合并Update：修正更新，對(duì)輸入圖層和修正圖層進(jìn)行幾何相交計(jì)算，輸入圖層中被修正圖層覆蓋的那一部分要素的屬性將被修正圖層中相應(yīng)屬性代替。如果兩個(gè)圖層都是多邊形要素的話，兩者合并后，重疊部分被修正圖層代替。圖5-24 修正更新4. 綜合實(shí)例4.1 背景如何找到環(huán)境好、購(gòu)物方便、小孩上學(xué)方便的居住區(qū)時(shí)購(gòu)房者最關(guān)心的問(wèn)題，因此購(gòu)房者就需要從總體上對(duì)商品房信息進(jìn)行研究分析，選擇最適宜的購(gòu)房地段。4.2 數(shù)據(jù)part3中的四個(gè)圖層：·network.shp：城市市區(qū)交通網(wǎng)絡(luò)圖·Marketplace.shp：商業(yè)中心分布圖·school.shp：名牌高中分布圖

18、83;famous place.shp：名勝古跡分布圖4.3 要求(1) 所尋求的區(qū)域要滿足以下條件 ·離主要交通要道200m之外，以減少噪音污染(ST為道路數(shù)據(jù)中類型為交通要道的要素)。 ·在商業(yè)中心的服務(wù)范圍之內(nèi)，服務(wù)范圍以商業(yè)中心規(guī)模的大小(YUZHI_)來(lái)確定。 ·距名牌高中在750m之內(nèi)，以便小孩上學(xué)便捷。 ·距名勝古跡500m之內(nèi)，環(huán)境幽雅。(2) 對(duì)整個(gè)城市區(qū)域的住房條件進(jìn)行評(píng)價(jià)，即劃分等級(jí)，滿足其中四個(gè)條件的為第一等級(jí)；滿足三個(gè)的為第二等級(jí)；滿足兩個(gè)的為第三等級(jí)；滿足一個(gè)的為第四等級(jí)；完全不滿足的為第五等級(jí)。(3) 對(duì)整個(gè)城市區(qū)域住房的等

19、級(jí)用專題圖表示，并整飾專題圖。4.4 操作步驟(1) 新建地圖文檔，加載part3中的四個(gè)圖層；(2) 選擇交通要道，并建立噪聲緩沖區(qū)；l 選擇交通要道，菜單“Selection”->“Select by Attributes”，參數(shù)設(shè)置如圖5-25；l 對(duì)交通要道建立緩沖區(qū)，選擇Tools中的緩沖區(qū)向?qū)Вɑ螯c(diǎn)擊工具欄上的緩沖區(qū)按鈕），打開緩沖區(qū)生成對(duì)話框，設(shè)置參數(shù)如圖5-265-28：l 效果如圖5-29。圖5-25 選擇交通要道圖5-26 緩沖分析對(duì)象選擇圖5-27 緩沖建立方法圖5-28 緩沖存放選擇圖5-29 交通要道緩沖區(qū)（3）商業(yè)中心影響范圍（緩沖區(qū)）建立選擇Tools中的緩

20、沖區(qū)向?qū)Вɑ螯c(diǎn)擊工具欄上的緩沖區(qū)按鈕），打開緩沖區(qū)生成對(duì)話框：第一步，圖層為Marketplace；第二步，選擇“Based on a distance from an attribute”，屬性字段選擇“YUZHI”，如圖5-30；第三步，指定緩沖區(qū)文件的存放路徑和名稱。效果如圖5-31。圖5-30 緩沖區(qū)建立類型圖5-31 商業(yè)中心緩沖區(qū)（4）名牌高中的影響范圍建立建立名牌高中周邊750m的緩沖區(qū)，與交通要道緩存區(qū)建立類似，效果如圖5-32。圖5-32 名牌高中緩沖區(qū)（5）名勝古跡影響范圍建立建立名勝古跡周邊500m的緩沖區(qū)，與交通要道緩存區(qū)建立類似，效果如圖5-33。圖5-33 名勝古跡

21、（6）疊加分析，求出滿足四個(gè)要求的區(qū)域l 對(duì)后三個(gè)緩沖圖層求交集，結(jié)果為滿足后三個(gè)條件的區(qū)域：打開ArcToolbox，選擇“Analysis Tools”->“Overlay”->“Intersect”，打開交集對(duì)話框，參數(shù)設(shè)置如圖5-34，結(jié)果如圖5-35。圖5-34 交集疊加圖3-35 交集疊加效果l 將上步結(jié)果與交通要道緩沖區(qū)取差集，用前者擦除后者，得到四個(gè)條件均滿足的區(qū)域：“ArcToolbox” ->“Analysis Tools”->“Overlay”->“Erase”，參數(shù)設(shè)置如圖3-36，結(jié)果如圖3-37。圖3-36 擦除圖層圖5-37 滿足所有條件區(qū)域（7）整個(gè)城市住房條件評(píng)價(jià)思考題：對(duì)整個(gè)城市區(qū)域的住房條件進(jìn)行評(píng)價(jià)，即劃分等級(jí)，滿足其中四個(gè)條件的為第一等級(jí)；滿足三個(gè)的為第二等級(jí)；滿足兩個(gè)的為第三等級(jí)；滿足一個(gè)的為第四等級(jí)；完全不滿足的為第五等級(jí)。提示：通過(guò)空間分析操作生成一個(gè)評(píng)價(jià)圖層，其中有一個(gè)屬性字段