GIS空間分析論文-供參考

1、空間分析課程報(bào)告學(xué)院： 專(zhuān)業(yè)：學(xué)號(hào)：姓名： TOC h z t 樣式3,1,樣式4,2,樣式5,3 HYPERLINK l _Toc296521920 引言 PAGEREF _Toc296521920 h 3 HYPERLINK l _Toc296521921 1. 學(xué)校選址研究的意義 PAGEREF _Toc296521921 h 3 HYPERLINK l _Toc296521922 2. 位址選擇準(zhǔn)備 PAGEREF _Toc296521922 h 4 HYPERLINK l _Toc296521923 2.1 位址選擇 PAGEREF _Toc296521923 h 4 HYPERLI

2、NK l _Toc296521924 2.2 學(xué)校選址的一般要求 PAGEREF _Toc296521924 h 4 HYPERLINK l _Toc296521925 2.3 確定權(quán)重 PAGEREF _Toc296521925 h 4 HYPERLINK l _Toc296521926 2.4 學(xué)校選址框架圖 PAGEREF _Toc296521926 h 5 HYPERLINK l _Toc296521927 3. 利用ArcGIS進(jìn)行學(xué)校選址 PAGEREF _Toc296521927 h 5 HYPERLINK l _Toc296521928 3.1 距離制圖 PAGEREF _To

3、c296521928 h 5 HYPERLINK l _Toc296521929 3.2 表面分析 PAGEREF _Toc296521929 h 5 HYPERLINK l _Toc296521930 3.3 重分類(lèi) PAGEREF _Toc296521930 h 5 HYPERLINK l _Toc296521931 3.3.1 新值取代原來(lái)值 PAGEREF _Toc296521931 h 5 HYPERLINK l _Toc296521932 3.3.2 重新組合分類(lèi)原值 PAGEREF _Toc296521932 h 6 HYPERLINK l _Toc296521933 3.3.3

4、 以一種分類(lèi)體系對(duì)原始值進(jìn)行分類(lèi) PAGEREF _Toc296521933 h 6 HYPERLINK l _Toc296521934 3.3.4 指定值空值設(shè)置 PAGEREF _Toc296521934 h 6 HYPERLINK l _Toc296521935 3.4 柵格計(jì)算 PAGEREF _Toc296521935 h 6 HYPERLINK l _Toc296521936 4. 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) PAGEREF _Toc296521936 h 6 HYPERLINK l _Toc296521937 5. 數(shù)據(jù)處理過(guò)程及結(jié)果 PAGEREF _Toc296521937 h 6 HYPER

5、LINK l _Toc296521938 5.1 添加數(shù)據(jù)，并設(shè)置空間分析環(huán)境 PAGEREF _Toc296521938 h 6 HYPERLINK l _Toc296521939 5.2 提取學(xué)校和娛樂(lè)場(chǎng)所直線距離數(shù)據(jù)集 PAGEREF _Toc296521939 h 8 HYPERLINK l _Toc296521940 5.2 從DEM 數(shù)據(jù)提取坡度數(shù)據(jù)集 PAGEREF _Toc296521940 h 9 HYPERLINK l _Toc296521941 5.3 重分類(lèi)數(shù)據(jù)集 PAGEREF _Toc296521941 h 10 HYPERLINK l _Toc296521942

6、5.3.1 重分類(lèi)坡度數(shù)據(jù)集 PAGEREF _Toc296521942 h 10 HYPERLINK l _Toc296521943 5.3.2 重分類(lèi)娛樂(lè)場(chǎng)直線距離數(shù)據(jù)集 PAGEREF _Toc296521943 h 11 HYPERLINK l _Toc296521944 5.3.3 重分類(lèi)現(xiàn)有學(xué)校直線距離數(shù)據(jù)集 PAGEREF _Toc296521944 h 12 HYPERLINK l _Toc296521945 5.3.4 重分類(lèi)土地利用數(shù)據(jù)集 PAGEREF _Toc296521945 h 13 HYPERLINK l _Toc296521946 6. 結(jié)論 PAGEREF _

7、Toc296521946 h 16GIS在學(xué)校選址中的應(yīng)用姓名： 學(xué)號(hào)：摘 要：柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、直觀，非常利于計(jì)算機(jī)操作和處理，是GIS常用的空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)格式。基于柵格數(shù)據(jù)的空間分析是GIS空間分析的基礎(chǔ)，也是ArcGIS空間分析模（SpatialAnalyst）的核心內(nèi)容。ArcGIS 空間分析模塊（Spatial Analyst）提供了一個(gè)范圍廣闊且功能強(qiáng)大的空間分析和建模工具集，它允許用戶從GIS數(shù)據(jù)中快速獲取所需信息，并以多種方式進(jìn)行分析操作，包括距離制圖、密度制圖、表面生成、表面分析、統(tǒng)計(jì)分析、重分類(lèi)、柵格計(jì)算，等等。合理的學(xué)?？臻g位置布局，有利于學(xué)生的上課與生活。學(xué)校的選址問(wèn)題需

8、要考慮地理位置、學(xué)生娛樂(lè)場(chǎng)所配套、與現(xiàn)有學(xué)校的距離間隔等因素，從總體上把握這些因素能夠確定出適宜性比較好的學(xué)校選址區(qū)。關(guān)鍵詞：柵格數(shù)據(jù)；空間分析；學(xué)校選址中圖分類(lèi)號(hào)：查中圖分類(lèi)號(hào)手冊(cè) 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：The application of GIS in school locationAbstract: Raster data structure is simple, intuitive,and very easy to computer operation and treatment, it is the commonly used in GIS space based on data format

9、. The space analysis based on the grid data is the fundamental of GIS spatial analysis,also is core content to ArcGIS space analysis module (Spatial Analyst). ArcGIS space analysis module (Spatial Analyst) provides a wide range and powerful Spatial analysis and modeling tool set,which allows users g

10、et the information quickly from GIS data, and to provides various analysis operations, including distance drawing, density drawing, surface formation, surface analysis, statistical analysis,reclassification, and raster calcunation, and so on. Reasonable school space position is good for the students

11、 of study and life. School issues consider the site selection of the geographical position, places of entertainment facilities, and existing school distance interval in general and other factors. Grasping these factors can determine the suitability better school location area.Key words: Raster data；

12、Spatial Analyst；school location引言 社會(huì)的發(fā)展帶動(dòng)了各行各業(yè)的發(fā)展，學(xué)校是培養(yǎng)人才的地方，ArcGIS具有功能強(qiáng)大、應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，在社會(huì)公共安全與應(yīng)急服務(wù)、國(guó)土資源管理、遙感、智能交通系統(tǒng)建設(shè)、水利、電力、石油、國(guó)防、公共醫(yī)療衛(wèi)生、電信等方面和領(lǐng)域都有深入的應(yīng)用。強(qiáng)大的空間分析功能是ArcGIS的特點(diǎn)與核心之一。無(wú)論對(duì)于柵格數(shù)據(jù)還是矢量數(shù)據(jù)、低維的點(diǎn)、線、面對(duì)象還是三維動(dòng)態(tài)對(duì)象，都可以通過(guò)其空間分析功能的實(shí)現(xiàn)得到較為理想的結(jié)果。ArcGIS9的空間分析模塊（ArcGIS Spatial Analyst）功能的實(shí)現(xiàn)主要是基于柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行的，其可以完成常用的數(shù)據(jù)

13、轉(zhuǎn)換、分析、統(tǒng)計(jì)、分類(lèi)和顯示等功能?？臻g分析模塊是Arcgis進(jìn)行空間分析的主要模塊，其他的一些模塊可以幫助用戶進(jìn)行專(zhuān)題性較強(qiáng)、較有特色的空間分析，如統(tǒng)計(jì)分析模塊、三維分析模塊等。ArcGIS Spatial Analyst被緊密的集成在ArcGIS Desktop地理數(shù)據(jù)處理環(huán)境中，因此一些復(fù)雜的分析問(wèn)題的解決比以往更加容易。地理數(shù)據(jù)處理模型不僅易于創(chuàng)建和執(zhí)行，并且是獨(dú)立存檔的，使得用戶能夠迅速理解所進(jìn)行的空間分析處理。位置的選擇是修建學(xué)校的先決條件，地理信息系統(tǒng)依靠強(qiáng)大的空間分析和可視化功能使學(xué)校選址更具直觀性和可行性。本文研究的學(xué)校選址問(wèn)題是利用遺傳算法以最小成本為目標(biāo),在某一給定的計(jì)劃

14、區(qū)域中尋找優(yōu)選位置,從而建立的選址區(qū)域, 實(shí)現(xiàn)選址所需總費(fèi)用最少。1. 學(xué)校選址研究的意義 空間選址是最重要的長(zhǎng)期決策之一，選址的好壞選直接影響到服務(wù)方式、服務(wù)質(zhì)量、服務(wù)效率、服務(wù)成本等，服服即某個(gè)地方發(fā)生的某個(gè)事件及其隨時(shí)間的變化過(guò)程。學(xué)校選址問(wèn)題是城市規(guī)劃中的重要環(huán)節(jié)，選址方案的好壞將直接影響到學(xué)生來(lái)源、學(xué)習(xí)環(huán)境、交通條件、城市發(fā)展等范圍。合理的學(xué)?？臻g位置布局，有利于學(xué)生的上課與生活。學(xué)校的選址問(wèn)題需要考慮地理位置、學(xué)生娛樂(lè)場(chǎng)所配套、與現(xiàn)有學(xué)校的距離間隔等因素，從總體上把握這些因素能夠確定出適宜性比較好的學(xué)校選址區(qū)。并通過(guò)練習(xí)，熟悉ArcGIS柵格數(shù)據(jù)距離制圖、成本距離加權(quán)、數(shù)據(jù)重分類(lèi)、

15、多層面合并等空間分析功能；熟練掌握利用ArcGIS 空間分析功能，分析和結(jié)果類(lèi)似學(xué)校選址的實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題。2. 位址選擇準(zhǔn)備2.1 位址選擇位址選擇是指按照規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)空間分析的方法，確定廠址、電站、管線，或者交通路線等的最佳位址或路徑。位址選擇考慮的標(biāo)準(zhǔn)一般包括環(huán)境、工程和經(jīng)濟(jì)三個(gè)方面1。其中首先考慮的是環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，例如20以上的坡度，主要的農(nóng)業(yè)土壤分布區(qū)、濕地和湖區(qū)、文化活動(dòng)區(qū)、國(guó)有林區(qū)、資源保護(hù)區(qū)，以及體育場(chǎng)和公園等。其次考慮的是工程標(biāo)準(zhǔn)，包括地形條件，土壤的性質(zhì)，氣候因素，以及區(qū)域的生態(tài)特點(diǎn)等。最后是經(jīng)濟(jì)標(biāo)準(zhǔn)，包括開(kāi)發(fā)成本、供水條件、鐵路運(yùn)輸、空氣質(zhì)量等。只有首先考慮環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，才能識(shí)別

16、出一般適合的位置，然后進(jìn)一步研究工程的經(jīng)濟(jì)因素，從中篩選出優(yōu)先考慮的位址，最后通過(guò)詳細(xì)的環(huán)境和工程的綜合論證，確定出1-3 個(gè)最佳的選址方案。一般建立位址選址模型需要數(shù)據(jù)準(zhǔn)備階段，綜合影響的評(píng)價(jià)階段以及選址分析階段三個(gè)階段。在數(shù)據(jù)準(zhǔn)備階段，需要政府和相關(guān)部門(mén)研究位址選擇的要求和特點(diǎn)，明確選址的要求，選擇影響因子，進(jìn)行位址選擇的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。確定位址分析的格網(wǎng)單元的數(shù)據(jù)記錄。根據(jù)土地利用數(shù)據(jù)，首先進(jìn)行位址的初步甄別，將環(huán)境的敏感區(qū)域和保護(hù)區(qū)域，從位址選擇的空間范圍中排除出去。然后利用地形圖和存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，分別計(jì)算影響因子的各個(gè)因素向量，同時(shí)建立影響因子的格網(wǎng)數(shù)據(jù)文件，提供綜合評(píng)價(jià)和分析。綜合影響評(píng)價(jià)階

17、段就是按照工程和經(jīng)濟(jì)可行性的要求，建立選址條件，綜合評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)和算法。位址選擇分析階段是實(shí)施位址的選擇，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，綜合影響的評(píng)價(jià)結(jié)果，建立相鄰單元關(guān)系圖以及權(quán)值和相鄰矩陣，并搜索最短路徑進(jìn)行優(yōu)化分析，最后對(duì)結(jié)果再次評(píng)定直至滿意。2.2 學(xué)校選址的一般要求1） 新學(xué)校應(yīng)位于地勢(shì)較平坦處；2） 新學(xué)校的建立應(yīng)結(jié)合現(xiàn)有土地利用類(lèi)型綜合考慮，選擇成本不高的區(qū)域；3） 新學(xué)校應(yīng)該與現(xiàn)有娛樂(lè)設(shè)施相配套，學(xué)校距離這些設(shè)施愈近愈好；4） 新學(xué)校應(yīng)避開(kāi)現(xiàn)有學(xué)校，合理分布。2.3 確定權(quán)重在進(jìn)行學(xué)校的選址過(guò)程中,我們依據(jù)以上提到關(guān)鍵要素進(jìn)行實(shí)地考察,通過(guò)確定那些影響選址要素的權(quán)重,然后進(jìn)行評(píng)分,最后采

18、用統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法對(duì)各個(gè)選址進(jìn)行計(jì)分排名,確定優(yōu)選地址,其具體操作步驟如下。(1) 對(duì)每個(gè)要素制訂出評(píng)分的標(biāo)準(zhǔn)詳見(jiàn)表1。(2) 在表1上, 每個(gè)評(píng)分人員根據(jù)考察情況如實(shí)對(duì)選址方案進(jìn)行評(píng)分。(3) 將各方案的各選址要素得分匯總, 匯集評(píng)比總分后計(jì)算出加權(quán)平均分; 根據(jù)加權(quán)平均分的多少確定方案的優(yōu)劣,加權(quán)綜合評(píng)分結(jié)果將作為最終選址的重要依據(jù)。權(quán)重越大，選址最優(yōu)。 表1 選址方案評(píng)分表 Penalized location decision要素環(huán)境因素已有學(xué)校地形地勢(shì)土地利用內(nèi)容娛樂(lè)場(chǎng)所學(xué)校分布高程土地利用權(quán)重0.50.250.1250.1252.4 學(xué)校選址框架圖學(xué)校分布圖School娛樂(lè)場(chǎng)所分布圖

19、Rec_sites高程圖dem土地利用圖landuse距離學(xué)校school_dis距離娛樂(lè)場(chǎng)所rec_dis坡度圖dem_Slope距離娛樂(lè)場(chǎng)所重分類(lèi)reclassdisr土地利用重分類(lèi)reclassland坡度重分類(lèi)reclassslope距離學(xué)校重分類(lèi)reclassdiss加權(quán)疊加合并suit3. 利用ArcGIS進(jìn)行學(xué)校選址 3.1 距離制圖距離制圖（Distance）即根據(jù)每一柵格相距其最鄰近要素（也稱(chēng)為“源”）的距離來(lái)進(jìn)行分析制圖，從而反映出每一柵格與其最鄰近源的相互關(guān)系。通過(guò)距離制圖可以獲得很多相關(guān)信息，指導(dǎo)人們進(jìn)行資源的合理規(guī)劃和利用。例如，飛機(jī)失事緊急救援時(shí)從指定地區(qū)到最近醫(yī)院

20、的距離；消防、照明等市政設(shè)施的布設(shè)及其服務(wù)區(qū)域的分析等。此外，也可以根據(jù)某些成本因素找到A地到B地的最短路徑或成本最低路徑。直線距離函數(shù)用于量測(cè)每一柵格單元到最近源的直線距離。它表示的是每一柵格單元中心到最近源所在柵格單元中心的距離。3.2 表面分析表面分析主要通過(guò)生成新數(shù)據(jù)集，諸如等值線、坡度、坡向、山體陰影等派生數(shù)據(jù)，獲得更多的反映原始數(shù)據(jù)集中所暗含的空間特征、空間格局等信息。在ArcGIS中，表面分析的主要功能有：查詢表面值、從表面獲取坡度和坡向信息、創(chuàng)建等值線、分析表面的可視性、從表面計(jì)算山體的陰影、確定坡面線的高度、尋找最陡路徑、計(jì)算面積和體積、數(shù)據(jù)重分類(lèi)、將表面轉(zhuǎn)化為矢量數(shù)據(jù)等。3

21、.3 重分類(lèi)重分類(lèi)即基于原有數(shù)值，對(duì)原有數(shù)值重新進(jìn)行分類(lèi)整理從而得到一組新值并輸出。根據(jù)用戶不同的需要，重分類(lèi)一般包括四種分類(lèi)形式：用一組新值取代原來(lái)值、將原值重新組合分類(lèi)、以一種分類(lèi)3.3.1 新值取代原來(lái)值事物總是處于不斷發(fā)展變化中的，地理現(xiàn)象更是如此，所以為了反映事物的實(shí)時(shí)真實(shí)屬性，需要不斷地去用新值代替舊值。例如，氣象信息的實(shí)時(shí)更新，土地利用類(lèi)型的變更等。3.3.2 重新組合分類(lèi)原值經(jīng)常在數(shù)據(jù)操作中需要將一些具有某種共性的事物合并為一類(lèi)，這時(shí)就可以用重分類(lèi)功能來(lái)進(jìn)行重新組合分類(lèi)。例如可以將商場(chǎng)、超市、餐館等同歸并未服務(wù)場(chǎng)所，也可將麥地、水稻、菜地等同歸并為耕地。3.3.3 以一種分類(lèi)體

22、系對(duì)原始值進(jìn)行分類(lèi)在數(shù)據(jù)的使用過(guò)程中經(jīng)常會(huì)因某種需要將數(shù)據(jù)用一種等級(jí)體系來(lái)進(jìn)行分類(lèi)，或需要將多個(gè)柵格數(shù)據(jù)用統(tǒng)一的等級(jí)體系重新歸類(lèi)。例如，在對(duì)洪水災(zāi)害進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí)，需要分析降雨量數(shù)據(jù)，地形數(shù)據(jù)和植被數(shù)據(jù)等。首先要按照這幾種數(shù)據(jù)對(duì)洪災(zāi)帶來(lái)的影響分別將其分為大概10類(lèi)。每種數(shù)據(jù)中，級(jí)別越高其對(duì)洪災(zāi)的影響度越大。經(jīng)過(guò)分類(lèi)后就可以通過(guò)這些分類(lèi)信息進(jìn)行洪災(zāi)模擬。3.3.4 指定值空值設(shè)置有時(shí)候需要對(duì)柵格數(shù)據(jù)中的某些值設(shè)置空值來(lái)控制柵格計(jì)算。如在設(shè)置分析掩碼的時(shí)候，需要將分析區(qū)域內(nèi)不需要參與分析的數(shù)值設(shè)置為空值來(lái)控制柵格計(jì)算。3.4 柵格計(jì)算柵格計(jì)算是柵格數(shù)數(shù)據(jù)空間分析中數(shù)據(jù)處理和分析中最為常用的方法，應(yīng)用非

23、常廣泛，能夠解決各種類(lèi)型的問(wèn)題，尤其重要的是，它是建立復(fù)雜的應(yīng)用數(shù)學(xué)模型的基本模塊。ArcGIS 9 提供了非常友好的圖形化柵格計(jì)算器，利用柵格計(jì)算器，不僅可以方便的完成基于數(shù)學(xué)運(yùn)算符的柵格運(yùn)算，以及基于數(shù)學(xué)函數(shù)的柵格運(yùn)算，而且它還支持直接調(diào)用ArcGIS自帶的柵格數(shù)據(jù)空間分析函數(shù)，并且可以方便的實(shí)現(xiàn)多條語(yǔ)句的同時(shí)輸入和運(yùn)行。4. 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Schoolsite.mdb：Geodatabase地理數(shù)據(jù)庫(kù)，其中包括：DEM：選址地區(qū)DEM數(shù)據(jù);landuse：土地利用現(xiàn)狀圖;school：已有學(xué)校分布圖;rec_sites：娛樂(lè)場(chǎng)所分布圖。 school.mxd：學(xué)校選址原始數(shù)據(jù)地圖文檔。5. 數(shù)

24、據(jù)處理過(guò)程及結(jié)果5.1 添加數(shù)據(jù)，并設(shè)置空間分析環(huán)境將landuse柵格圖層轉(zhuǎn)為矢量圖形，from raster to polygon；在屬性表中添加字段，名字為“name”,對(duì)應(yīng)著landuse圖層添加屬性，并根據(jù)每塊土地類(lèi)型設(shè)置不同的圖形符號(hào)，如下圖：?jiǎn)螕鬝patial Analyst模塊的下拉箭頭，打開(kāi)Options 對(duì)話框，設(shè)置相關(guān)參數(shù)：打開(kāi)Options 對(duì)話框中的Extent、Cell Size選項(xiàng)卡，在Analysis Extent下拉框中選擇“Same asLayer landuse”； 5.2 提取學(xué)校和娛樂(lè)場(chǎng)所直線距離數(shù)據(jù)集從現(xiàn)有學(xué)校位置數(shù)據(jù)“School”提取學(xué)校直線距離

25、數(shù)據(jù)庫(kù)。選擇School數(shù)據(jù)層，單擊Spatial Analyst模塊的下拉箭頭，選擇Distance 并單擊Straight line命令創(chuàng)建數(shù)據(jù)集，得到 School_ dis數(shù)據(jù)集從娛樂(lè)場(chǎng)所數(shù)據(jù)“Rec_sites”提取娛樂(lè)場(chǎng)直線距離數(shù)據(jù)。選擇Rec_sites 數(shù)據(jù)層，單擊Spatial Analyst 模塊的下拉箭頭，選擇Distance并單擊Straight line，生成rec_dis數(shù)據(jù)集5.2 從DEM 數(shù)據(jù)提取坡度數(shù)據(jù)集選擇DEM數(shù)據(jù)層，單擊Spatial Analyst模塊的下拉箭頭，選擇Surface Analysis并單擊Slope，生成dem_slope數(shù)據(jù)集,如下圖：5.3 重分類(lèi)數(shù)據(jù)集5.3.1 重分類(lèi)坡度數(shù)據(jù)集學(xué)校的位置在平坦地區(qū)比較有利。因此，采用等間距分級(jí)把坡度分為10 級(jí)。平坦的地方適宜性好，賦以較大的適宜性值，陡峭的地賦比較小的值，如下圖設(shè)置：點(diǎn)擊“OK”后得到坡度適宜性數(shù)據(jù)recalssslope,如下圖效果：顏色越淺，坡度越小；反之亦然。5.3.2 重分類(lèi)娛樂(lè)場(chǎng)直線距離數(shù)據(jù)集考慮到新學(xué)校距離娛樂(lè)場(chǎng)所比