空間分析實驗報告

..空間分析原理及應(yīng)用上機(jī)實驗..練習(xí)1：利用缺省參數(shù)創(chuàng)建一個表面1．1啟動ArcMap并激活地統(tǒng)計分析模塊單擊窗口任務(wù)欄的Start按扭,光標(biāo)指向Programs,再指向ArcGIS,然后單擊ArcMap。在ArcMap中,單擊Tools,在單擊Extensions,選中GeostatisticalAnalyst復(fù)選框,單擊Close按扭。1.2添加GeostatisticalAnalyst工具條到ArcMap中。單擊View菜單,光標(biāo)指向Toolbars,然后單擊GeostatisticalAnalyst。1．3在ArcMap中添加數(shù)據(jù)層一旦數(shù)據(jù)加入后,就能利用ArcMap來顯示數(shù)據(jù),而且如果需要,還可以改變沒一層的屬性設(shè)置〔如符號等等單擊Standard工具條上的AddData按扭。找到安裝練習(xí)數(shù)據(jù)的文件夾〔缺省安裝路徑是C:\ArcGIS\ArcTutor\Geostatistics,按住Ctrl鍵,然后點(diǎn)擊并高亮顯示Ca_ozone_pts和ca_outline數(shù)據(jù)集。單擊Add按扭。單擊目錄表中的ca_outline圖層的圖例,打開SymbolSelector對話框。單擊FillColor下拉箭頭,然后單擊NoColor。在SymbolSelector對話框中單擊OK按鈕。點(diǎn)擊Standard工具條上的Save按扭。新建一個本地工作目錄〔如C:\geostatistical,定位到本地工作目錄。1．4利用缺省值創(chuàng)建表面單擊GeostatisticalAnalyst,然后單擊GeostatisticalWizard。點(diǎn)擊InputData下拉箭頭,單擊并選中ca_ozone_pts。單擊Attribute下拉框箭頭,單擊并選中屬性O(shè)ZONE。在Methord對話框中單擊Kriging.單擊Next按扭。缺省情況下,在GeostatisticalMethodSelection對話框中,OrdinaryKriging和PredictionMap被選中.6．在GeostatisticalMethodSelection對話框中單擊next按扭。7．點(diǎn)擊next按扭。8．點(diǎn)擊Next按扭。9．點(diǎn)擊Finish按扭。10．點(diǎn)擊OK按扭。預(yù)測得到的臭氧圖在目錄表的頂層顯示。練習(xí)2：數(shù)據(jù)檢查2.1檢查數(shù)據(jù)的分布1．單擊ca_ozone_pts,并將它移到目錄表的頂層,然后將ca_outline置于ca_ozone_pts圖層的下面。2．單擊GeostatisticalAnalyst工具條,指向ExploreData,然后單擊Histogram。3．單擊Layer下拉箭頭,點(diǎn)擊并選擇ca_ozone_pts。4．單擊Attribute下拉箭頭,點(diǎn)擊并選擇OZONE。5．單擊直方圖臭氧值在0.162至0.175ppm之間的直方條。6．單擊關(guān)閉對話框。2.2正態(tài)QQ圖1．單擊GeostatisticalAnalyst工具條,指向ExploreData,然后點(diǎn)擊NomalQQplot。2．單擊Layer下拉箭頭,點(diǎn)擊并選中ca_ozone。3．單擊Attribute下拉箭頭,點(diǎn)擊并選中OZONE。4．退出對話框2.3識別數(shù)據(jù)中的全局趨勢單擊GeostatisticalAnalys工具條,鼠標(biāo)指向ExploreData,點(diǎn)擊TrendAnalysis.2.單擊layer下拉箭頭,點(diǎn)擊選中ca_ozone_pts。3．單擊Attribute下拉箭頭,選中OZONE,4．單擊RotateProiection滾動條并向左拖動,使旋轉(zhuǎn)角為30度。5．單擊退山對話框。2.4理解數(shù)據(jù)的空間自相關(guān)和方向效應(yīng)1．單擊GeostatisticalAnalyst工具條,指向ExploreData,點(diǎn)擊Semivariogram／CovarianceCloud。2．單擊Layer框下拉箭頭,點(diǎn)擊選中ca_ozone_pts。3．點(diǎn)市Attribute框下拉箭頭,單擊選中OZONE。4．在這些點(diǎn)上單擊并拖動Selector<選擇>光標(biāo)使之高亮顯示。5．選中ShowSearchDirection復(fù)選框。6．點(diǎn)擊并將方向指針移動到任意角度。7．單擊并拖動選擇工具,選中那些具有最人半變異函數(shù)值的點(diǎn),使之在半變異函數(shù)圖及地圖中高亮顯示。8．點(diǎn)擊退出對話框。9．但擊Selection菜單,然后點(diǎn)擊ClearSelectedFeatures以釋放地圖中高亮顯示的點(diǎn)。練習(xí)3：制作臭氧濃度圖單市GeostatisticalAnalyst—工具條,然斤單擊GeostatisticalWizard。單擊InputData卜拉框箭頭,點(diǎn)擊選中caozonepts。單擊AttributeF拉框箭頭,點(diǎn)擊屬性O(shè)ZONE。在Methods框中選擇Kriging。單擊Next按鈕。OrdinaryKriging和Prediction被缺省選中。6．在GeostatisticalMethodSelection對話框中,單擊OrderofTrendRemoval下拉箭頭,選擇Second。閃為在練習(xí)2的TrendAnalysis對話框中已經(jīng)檢測到一條南西-北東方向的"u"型曲線,所以選擇二階多項式擬合是合適的。7.在GeostatisticalMethodSelection對話框中點(diǎn)擊Next按鈕。8．點(diǎn)擊Detrending對話框中的Next按鈕。3．1半變異函數(shù)／協(xié)方差函數(shù)模型9.輸入—個新步K值12000。10．單擊輸入框,設(shè)定步長組的數(shù)目為10。提出趨勢后,半變異函數(shù)就可以模擬數(shù)據(jù)點(diǎn)間自相關(guān)而不用考慮數(shù)據(jù)中存在的趨勢。該趨勢將在生成最終表面之前添加回來用于計算。3．2方向半變異函數(shù)11．選中ShowSearchDirection復(fù)選框。注意個變異函數(shù)值數(shù)目的減少,因為只有那些位于搜索方向上的點(diǎn)才會得到顯示。12．在SearchDirection的中心線上點(diǎn)擊并按住鼠標(biāo),移動搜索丁具的方向。當(dāng)改變搜索方向時,請注意半變異函數(shù)是如何變化的。只有在搜索方向上的半變異函數(shù)表面圖上的值才會在上面的半變異函數(shù)圖表中顯示山來。選中Anisotropy復(fù)選框。14．為搜索方向輸入下列參數(shù),使方向指針與各向異性橢圓的短軸重合。角度方向：236.0；角度容限值：45.0；帶寬<步長>：3.015．為搜索方向輸入下列參數(shù),使方向指針與各向異性橢圓的長軸重合。角度方向：340．0；角度容限值：45．0；帶寬<步長>：3．0點(diǎn)擊Next按鈕3．3領(lǐng)域搜索17．在圖形視圖窗口內(nèi)單擊選擇一個預(yù)測點(diǎn)<即十字絲處>。注意在選擇那些用廠預(yù)測的點(diǎn)的過程中發(fā)生的變化<以及它們的權(quán)重變化>。18．為了教學(xué)目的,請在TestLocation輸入框中鍵入如F坐標(biāo)：X=2044968；Y=208630.3719．選中Shape復(fù)選框,并在Angle輸入框中輸入90。注意形狀是如何變化的。不過,為了說明方向效應(yīng),請把角度值改回338.1。20．取消Shape復(fù)選框,地統(tǒng)計分析模塊將使用缺省值21．在SearchingNeighborhood對話框中單擊Next按鈕。22．點(diǎn)擊QQPlot標(biāo)簽顯示QQ圖。從QQ圖上可以看出某些值稍微落在直線的上部,而某些值則稍稍落在直線的下部,但是大部分點(diǎn)都接近于一條平直的虛線,這表明預(yù)測誤差近似于止態(tài)分布。23．要想高亮顯示某個特定的點(diǎn),可以在表中單擊與之相關(guān)的行。所選的點(diǎn)在散點(diǎn)圖中以綠色高亮顯示。24,作為可選項,可以單擊SaveCrossValidation按鈕來保存該表以便對結(jié)果做進(jìn)一步的分析。單擊Finish按扭26．點(diǎn)擊OK按扭。預(yù)測得到的臭氧圖就會在ArcMap中作為頂層顯示出來。27．單擊圖層名以高亮顯示圖層,再次單擊,將圖層名稱改為"Trendremoved"。28．在創(chuàng)建的圖層"Trendremoved"上右擊鼠標(biāo),點(diǎn)擊CreatePredictionStandardErrorMap菜單項。29．在Standard工具條上點(diǎn)擊Save按鈕。練習(xí)4：模型對比利用地統(tǒng)計分析模塊,可以對兩種成圖結(jié)果進(jìn)行對比。結(jié)合交叉驗證統(tǒng)計表,可以判斷哪個結(jié)果的預(yù)測更精確。1．在"Trendremoved"層上右擊,在快捷菜單中點(diǎn)擊"Compare…．",就能夠?qū)?Trendremoved"層與在練習(xí)2中創(chuàng)建的"Default"層進(jìn)行比較。因為"Trendremoved"層的均方根預(yù)測誤差較小,其均方根標(biāo)準(zhǔn)預(yù)測誤差接近于1,而平均預(yù)測誤差則接近于0,所以有理由相信"Trendremoved"模犁更優(yōu)更有效。所以現(xiàn)在不再需要"default"層了,可以把它移去。2．在CrossValidationComparison<交叉驗證對話框>中點(diǎn)擊Close按鈕。3．在"Default"層上右擊,在快捷菜單中選擇Remove<移去>。4．點(diǎn)擊"Trendremoved"層,把它移到內(nèi)容列表的底部,這樣就能夠看見采樣點(diǎn)及加州輪廓線。5．在Standard工具條上單擊Save按鈕。練習(xí)5：創(chuàng)建臭氧超出某一臨界值的概率圖在練習(xí)1和練習(xí)3中,使用不同參數(shù)的普通克里格法創(chuàng)建了臭氧濃度圖。在決策階段,利用預(yù)測得到的臭氧圖來識別危險區(qū)域時,務(wù)必要謹(jǐn)慎,因為需要了解預(yù)測中的不確定性。例如,對于一個8小時的時段,假設(shè)臭氧的臨界值是0．12ppm,可能想判斷山那些超出該臨界值的地區(qū)。可以使用地統(tǒng)計分析模塊來生成臭氧濃度超出臨界值的概率圖,這可以對的決策過程給予幫助。盡管地統(tǒng)計分析模塊提供了大量的可以完成此任務(wù)的工具,但在本練習(xí)使用的是指示克里格法。這種方法不要求數(shù)據(jù)集一定要服從某種特定分布。根據(jù)數(shù)據(jù)值是高于或者低于一個臨界值來將數(shù)據(jù)值轉(zhuǎn)換為一系列的0和l。如果利用0,12ppm作為臨界值的話,任何低于它的數(shù)據(jù)值都將被賦予0,而高于它的值則被賦予1。然后指示克里格法使用一個根據(jù)轉(zhuǎn)換后的0—1數(shù)據(jù)集計算得到的半變異函數(shù)模犁進(jìn)行計算。1．點(diǎn)擊GeostatisticalAnalyst工具條,然后單擊GeostatisticalWizard。2．單擊LayerF拉箭頭,選擇ca_ozone_pts。3．單市Attribute下拉箭頭,選擇屬性O(shè)ZONE。4．在Method框中點(diǎn)擊Kriging。5．在ChooselnputDataandMethod對話框中點(diǎn)擊Next按鈕。6．單擊IndicatorKriging,注意在其下一級菜單中,概率圖被選中。7．沒置PrimaryThresholdValue<主臨界值>為0．12ppm。8．點(diǎn)擊選中Exceedradial單選按鈕。9.在GeostatisticalMethodSelection話框中單擊Next按鈕10．在AdditionalCmoffsSelection對話框中單擊Next按鉦11．點(diǎn)擊Anisotropy,說明數(shù)據(jù)的方向性。12．設(shè)定步長大小為25000,步長數(shù)日為10個。13．在Semivariogram／CovarianceModeling對話框中點(diǎn)擊Next按鈕。14．對SearchNeighborhood話框中點(diǎn)擊Next按鈕。藍(lán)線代表臨界值<0．12ppm>,在其左邊的點(diǎn)的指示變換值為0,而其右邊的點(diǎn)的指示轉(zhuǎn)換值則為1。15．單擊并向右滾動窗口,顯示Measured,Indicator,及IndicatorPrediction等欄16．點(diǎn)擊并高亮顯示表中指示值為。的那一行,則該點(diǎn)將在散點(diǎn)圖中以綠色高亮顯示在蘭色臨界值線的左邊。測定和指示欄顯示的是每個樣點(diǎn)的實際的和轉(zhuǎn)換過的值。指示預(yù)測值表示超出臨界值的概率,該值是利用二值<0,1>數(shù)據(jù)的半變異函數(shù)模荊計算得到的,并作為原始數(shù)據(jù)的指示轉(zhuǎn)換。交叉驗證函數(shù)按順序每次省略—個點(diǎn),然后計算該省略點(diǎn)的指示預(yù)測值。舉個例子,假設(shè)最大實測值為o．1736,如果該點(diǎn)實際上沒有被測量,則根據(jù)指示克里格模擬算出的預(yù)測值超山臨界值的可能性約為85％。17．在CrossValidation對話框中點(diǎn)擊Finish按鈕。18．在OutputLayerlnformation對話框中點(diǎn)擊OK按鈕。所得的概率圖將顯示在ArcMap數(shù)據(jù)視圖窗口的頂層。該圖顯示的指示預(yù)測值是指超出臨界值0.12ppm的概率,時間是1996年的某一天或某幾天。從圖中可以消楚看出,在洛杉磯附近,臭氧濃度很有可能超出安全值<一般說來,一年中的任意一個8小時時段的濃度值小于O.12ppm為安全值>。19．點(diǎn)擊并按住IndicatorKriging層,將其拖到ca_outline層和trendremoved層之間。練習(xí)6教如何在ArcMap中,利用在練習(xí)3創(chuàng)建的預(yù)測表面及在本練習(xí)中創(chuàng)建的概率表面圖來生成一幅符合制圖規(guī)范的令人滿意的地圖。練習(xí)6：生成最終成果圖現(xiàn)在可以生成一幅顯示用的最終成果圖。用ArcMap來生成一幅包含預(yù)測表面及概率表面的最終成果圖。6.1顯示兩個表面調(diào)整概率圖的顯示使可以同時看見概率圖和預(yù)測圖。概率值將以等高線的形式濕示。1．在IndicatorKriging層上右擊鼠標(biāo),單擊Properties。2．點(diǎn)擊Symbology標(biāo)簽。3．取消FilledContours復(fù)選框,然后選中Contours復(fù)選框。4．點(diǎn)擊ColorRamp下拉箭頭,選擇一種別的顏色梯度。5．點(diǎn)擊OK按鈕。現(xiàn)在可以同時看見概率圖<等高線>和預(yù)測圖,如下圖所示。6.2外推臭氧值缺省時,地統(tǒng)計分析模塊對落于采樣數(shù)據(jù)的南北和東西范圍內(nèi)的任一位置上的可選變量的值進(jìn)行內(nèi)插。但是,預(yù)測得到的臭氧圖并不能覆蓋加州全部地理范圍<圖層ca_outline>。要解決這個問題,必須對兩個表面進(jìn)行外推求值<即預(yù)測缺省邊界之外的點(diǎn)的值>。1.在目錄表中右擊IndicatorKriging層,再單擊Properties。在Properties對話框中點(diǎn)擊Extent標(biāo)簽。在SettheextenttO框中選擇acustomextententeredbelow,在VisibleExtent區(qū)域中輸入下面的值,然后點(diǎn)擊OK按鈕。左：-2400000右：-1600000上：860000下：-400000對圖層Trendremoved重復(fù)上述步驟。6.3以加州輪廓圖為參考對圖層進(jìn)行剪裁因為只想制作加州范圍內(nèi)的臭氧濃度圖,所以可以以圖層ca_outline為標(biāo)準(zhǔn)對圖層進(jìn)行剪裁,以生成一幅更吸引入的地圖。1．在目錄中右擊Layer,然后單擊Properties。2．在Properties對話框中單擊DataFrame標(biāo)簽。3．選中EnableCliptoShape復(fù)選框。4．點(diǎn)擊SpecifyShape按扭。5．在彈出的對話框中單擊OutlineofFeatures按扭。6．在Layer下拉框中單擊ca_outline。7．點(diǎn)擊OK按扭。8．單擊OK按扭以關(guān)閉DataFrameProperties對話框。裁剪后的地圖如下圖所示。6.4定位洛杉磯城在Standard工具條上單擊AddData按鈕。找到安裝快速入門練習(xí)數(shù)據(jù)的文件夾<缺省安裝路徑是C：＼ArcGIS\ArcTutor\Geostatistics>,然后選中ca_cities。點(diǎn)擊Add按鈕。一幅加州城市位置圖即顯示出來。在圖層ca_cities上右擊,在快捷菜單中單擊OpenAttributeTable。在表中拖動滾動條,找到字段AreaName的值為LosAngeles的那一行井單擊,洛杉磯即在地圖中高亮顯示。點(diǎn)擊關(guān)閉屬性表。7．在T00LS工具條上點(diǎn)擊Zoomin工具,將CityofLosAngeles放大顯示?？梢钥瓷骄哂凶钊顺粞鯘舛戎档牡貐^(qū)實際上位于洛杉磯的東部。6.5創(chuàng)建圖版1．在土菜單上點(diǎn)擊View,然后點(diǎn)擊LayoutView。2．單擊地圖以高亮顯示。3．點(diǎn)擊并拖動數(shù)據(jù)框的左下角以改變地圖的人小。4．在主菜單上單擊Insert,再點(diǎn)擊DataFrame。一個新的數(shù)據(jù)框就插入到地圖中?，F(xiàn)在可以將第一個數(shù)據(jù)框中的所有圖層拷貝到這個新的數(shù)據(jù)框中以在臭氧圖的旁邊顯示全加州的臭氧濃度值圖,該圖以洛杉磯為中心進(jìn)行放大