空間分析實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、空間分析原理及應(yīng)用上機(jī)實(shí)驗(yàn)練習(xí)1：利用缺省參數(shù)創(chuàng)建一個(gè)表面11 啟動(dòng)arcmap并激活地統(tǒng)計(jì)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g(shù)eostatistical analyst復(fù)選框，單擊close按扭。1.2 添加geostatistical analyst工具條到arcmap中。單擊view菜單，光標(biāo)指向toolbars，然后單擊geostatistical analyst。13 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(lái)顯示數(shù)據(jù)，而

2、且如果需要，還可以改變沒(méi)一層的屬性設(shè)置（如符號(hào)等等）1. 單擊standard工具條上的add data按扭。2. 找到安裝練習(xí)數(shù)據(jù)的文件夾（缺省安裝路徑是c:arcgisarctutorgeostatistics）,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。3. 單擊add按扭。4. 單擊目錄表中的ca_outline圖層的圖例，打開(kāi)symbol selector對(duì)話(huà)框。5. 單擊fill color下拉箭頭，然后單擊no color。6. 在symbol selector對(duì)話(huà)框中單擊ok按鈕。7. 點(diǎn)擊standard工具條上的save按扭。新

3、建一個(gè)本地工作目錄（如c:geostatistical）,定位到本地工作目錄。14 利用缺省值創(chuàng)建表面1. 單擊geostatistical analyst，然后單擊geostatistical wizard。2. 點(diǎn)擊input data下拉箭頭，單擊并選中ca_ozone_pts。3. 單擊attribute下拉框箭頭，單擊并選中屬性ozone。4. 在methord對(duì)話(huà)框中單擊kriging.5. 單擊next按扭。缺省情況下，在geostatistical method selection對(duì)話(huà)框中，ordinary kriging和prediction map被選中. 6在geosta

4、tistical method selection對(duì)話(huà)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(cè)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geostatistical analyst工具條，指向explore data，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

5、圖臭氧值在0.162至0.175ppm之間的直方條。6單擊關(guān)閉對(duì)話(huà)框。2.2 正態(tài)qq圖1單擊geostatistical analyst工具條，指向exploredata，然后點(diǎn)擊nomal qqplot。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(duì)話(huà)框2.3 識(shí)別數(shù)據(jù)中的全局趨勢(shì)1. 單擊geostatistical analys工具條，鼠標(biāo)指向explore data，點(diǎn)擊trend analysis. 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，

6、4單擊rotate proiection滾動(dòng)條并向左拖動(dòng)，使旋轉(zhuǎn)角為30度。5單擊退山對(duì)話(huà)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explore data，點(diǎn)擊semivariogramcovariance cloud。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(dòng)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(dòng)到任意角度。7單擊并拖動(dòng)選擇工具，選中那些具有最人半變異函數(shù)

7、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(duì)話(huà)框。9但擊selection菜單，然后點(diǎn)擊clear selected features以釋放地圖中高亮顯示的點(diǎn)。練習(xí)3：制作臭氧濃度圖1. 單市g(shù)eostatisticalanalyst工具條，然斤單擊geostatisticalwizard。2. 單擊inputdata卜拉框箭頭，點(diǎn)擊選中ca ozone pts。3. 單擊attributef拉框箭頭，點(diǎn)擊屬性ozone。4. 在methods框中選擇kriging。5. 單擊next按鈕。ordinarykriging和prediction被缺省選中。6在geostatistic

8、al methodselection對(duì)話(huà)框中，單擊order of trend removal下拉箭頭，選擇second。閃為在練習(xí)2的trendanalysis對(duì)話(huà)框中已經(jīng)檢測(cè)到一條南西-北東方向的“u”型曲線(xiàn)，所以選擇二階多項(xiàng)式擬合是合適的。7.在geostatistical method selection對(duì)話(huà)框中點(diǎn)擊next按鈕。8點(diǎn)擊detrending對(duì)話(huà)框中的next按鈕。31 半變異函數(shù)協(xié)方差函數(shù)模型9.輸入個(gè)新步k值12000。10單擊輸入框，設(shè)定步長(zhǎng)組的數(shù)目為10。提出趨勢(shì)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(shì)。該趨勢(shì)將在生成最終表面之前添加回來(lái)用

9、于計(jì)算。32 方向半變異函數(shù)11選中show search direction復(fù)選框。注意個(gè)變異函數(shù)值數(shù)目的減少，因?yàn)橹挥心切┪挥谒阉鞣较蛏系狞c(diǎn)才會(huì)得到顯示。12在search direction的中心線(xiàn)上點(diǎn)擊并按住鼠標(biāo)，移動(dòng)搜索丁具的方向。當(dāng)改變搜索方向時(shí)，請(qǐng)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(huì)在上面的半變異函數(shù)圖表中顯示山來(lái)。13 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(zhǎng))：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(zhǎng)軸重合。角

10、度方向：3400；角度容限值：450；帶寬(步長(zhǎng))：3016 點(diǎn)擊next按鈕33 領(lǐng)域搜索17在圖形視圖窗口內(nèi)單擊選擇一個(gè)預(yù)測(cè)點(diǎn)(即十字絲處)。注意在選擇那些用廠預(yù)測(cè)的點(diǎn)的過(guò)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(qǐng)?jiān)趖est location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(guò)，為了說(shuō)明方向效應(yīng)，請(qǐng)把角度值改回338.1。20取消shape復(fù)選框，地統(tǒng)計(jì)分析模塊將使用缺省值21在searchingneighborhood對(duì)話(huà)框中單擊next按鈕。 22點(diǎn)擊qqpl

11、ot標(biāo)簽顯示qq圖。從qq圖上可以看出某些值稍微落在直線(xiàn)的上部，而某些值則稍稍落在直線(xiàn)的下部，但是大部分點(diǎn)都接近于一條平直的虛線(xiàn)，這表明預(yù)測(cè)誤差近似于止態(tài)分布。23要想高亮顯示某個(gè)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(xiàng)，可以單擊savecrossvalidation按鈕來(lái)保存該表以便對(duì)結(jié)果做進(jìn)一步的分析。25 單擊finish按扭26點(diǎn)擊ok按扭。預(yù)測(cè)得到的臭氧圖就會(huì)在arcmap中作為頂層顯示出來(lái)。27單擊圖層名以高亮顯示圖層，再次單擊，將圖層名稱(chēng)改為“trend removed”。28在創(chuàng)建的圖層“trendremoved”上右擊鼠標(biāo)，點(diǎn)擊

12、create prediction standarderror map菜單項(xiàng)。29在standard工具條上點(diǎn)擊save按鈕。練習(xí)4：模型對(duì)比利用地統(tǒng)計(jì)分析模塊，可以對(duì)兩種成圖結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。結(jié)合交叉驗(yàn)證統(tǒng)計(jì)表，可以判斷哪個(gè)結(jié)果的預(yù)測(cè)更精確。 1在“trendremoved”層上右擊，在快捷菜單中點(diǎn)擊“compare”，就能夠?qū)ⅰ皌rendremoved”層與在練習(xí)2中創(chuàng)建的default”層進(jìn)行比較。因?yàn)椤皌rendremoved”層的均方根預(yù)測(cè)誤差較小，其均方根標(biāo)準(zhǔn)預(yù)測(cè)誤差接近于1，而平均預(yù)測(cè)誤差則接近于0，所以有理由相信“trend removed”模犁更優(yōu)更有效。所以現(xiàn)在不再需要“def

13、ault”層了，可以把它移去。2在crossvalidationcomparison(交叉驗(yàn)證對(duì)話(huà)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(jiàn)采樣點(diǎn)及加州輪廓線(xiàn)。 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(cè)得到的臭氧圖來(lái)識(shí)別危險(xiǎn)區(qū)域時(shí)，務(wù)必要謹(jǐn)慎，因?yàn)樾枰私忸A(yù)測(cè)中的不確定性。例如，對(duì)于一個(gè)8小時(shí)的時(shí)段，假設(shè)臭氧的臨界值是012ppm，可能

14、想判斷山那些超出該臨界值的地區(qū)。可以使用地統(tǒng)計(jì)分析模塊來(lái)生成臭氧濃度超出臨界值的概率圖，這可以對(duì)的決策過(guò)程給予幫助。 盡管地統(tǒng)計(jì)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(gè)臨界值來(lái)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(huà)，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(gè)根據(jù)轉(zhuǎn)換后的01數(shù)據(jù)集計(jì)算得到的半變異函數(shù)模犁進(jìn)行計(jì)算。 1點(diǎn)擊geostatistical analyst工具條，然后單擊geostatistica lwizard。

15、2單擊layerf拉箭頭，選擇ca_ozone_pts。 3 單市attribute下拉箭頭，選擇屬性ozone。 4 在method框中點(diǎn)擊kriging。 5 在chooselnputdataandmethod對(duì)話(huà)框中點(diǎn)擊next按鈕。 6 單擊indicatorkriging，注意在其下一級(jí)菜單中，概率圖被選中。 7 沒(méi)置primarythresholdvalue(主臨界值)為012ppm。 8 點(diǎn)擊選中exceedradial單選按鈕。9. 在geostatisticalmethodselection話(huà)框中單擊next按鈕10在additional cmoffs selection對(duì)話(huà)

16、框中單擊next按鉦11點(diǎn)擊anisotropy，說(shuō)明數(shù)據(jù)的方向性。12設(shè)定步長(zhǎng)大小為25000，步長(zhǎng)數(shù)日為10個(gè)。 13在semivariogramcovariance modeling對(duì)話(huà)框中點(diǎn)擊next按鈕。14對(duì)searchneighborhood話(huà)框中點(diǎn)擊next按鈕。藍(lán)線(xiàn)代表臨界值(012ppm)，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(dòng)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(xiàn)的左邊。測(cè)定和指示欄顯示的

17、是每個(gè)樣點(diǎn)的實(shí)際的和轉(zhuǎn)換過(guò)的值。指示預(yù)測(cè)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(jì)算得到的，并作為原始數(shù)據(jù)的指示轉(zhuǎn)換。交叉驗(yàn)證函數(shù)按順序每次省略個(gè)點(diǎn)，然后計(jì)算該省略點(diǎn)的指示預(yù)測(cè)值。舉個(gè)例子，假設(shè)最大實(shí)測(cè)值為o1736，如果該點(diǎn)實(shí)際上沒(méi)有被測(cè)量，則根據(jù)指示克里格模擬算出的預(yù)測(cè)值超山臨界值的可能性約為85。17在crossvalidation對(duì)話(huà)框中點(diǎn)擊finish按鈕。 18在outputlayerlnformation對(duì)話(huà)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(cè)值是指超出臨界值0.12ppm的概率，時(shí)間是1996年的某

18、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(shuō)來(lái)，一年中的任意一個(gè)8小時(shí)時(shí)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(cè)表面及在本練習(xí)中創(chuàng)建的概率表面圖來(lái)生成一幅符合制圖規(guī)范的令人滿(mǎn)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(lái)生成一幅包含預(yù)測(cè)表面及概率表面的最終成果圖。6.1顯示兩個(gè)表面調(diào)整概率圖的顯示使可以同時(shí)看見(jiàn)概率圖和預(yù)測(cè)圖。概率值將以等高線(xiàn)的形式濕

19、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?，F(xiàn)在可以同時(shí)看見(jiàn)概率圖(等高線(xiàn))和預(yù)測(cè)圖，如下圖所示。6.2外推臭氧值 缺省時(shí)，地統(tǒng)計(jì)分析模塊對(duì)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(cè)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(gè)問(wèn)題，必須對(duì)兩個(gè)表面進(jìn)行外推求值(即預(yù)測(cè)缺省邊界之外的點(diǎn)的值)。1. 在目錄表中右擊in

20、dicatorkriging層，再單擊properties。在properties對(duì)話(huà)框中點(diǎn)擊extent標(biāo)簽。在settheextent to框中選擇a custom extent entered below，在visible extent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(duì)圖層trendremoved重復(fù)上述步驟。6.3以加州輪廓圖為參考對(duì)圖層進(jìn)行剪裁因?yàn)橹幌胫谱骷又莘秶鷥?nèi)的臭氧濃度圖，所以可以以圖層ca_outline為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)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

21、properties。2在properties對(duì)話(huà)框中單擊dataframe標(biāo)簽。3選中enablecliptoshape復(fù)選框。4點(diǎn)擊specify shape按扭。5在彈出的對(duì)話(huà)框中單擊outline of features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data frame properties對(duì)話(huà)框。裁剪后的地圖如下圖所示。6.4定位洛杉磯城1. 在standard工具條上單擊adddata按鈕。2. 找到安裝快速入門(mén)練習(xí)數(shù)據(jù)的文件夾(缺省安裝路徑是c：arcgisarctutor3. geostatistics)，然后選中ca

22、_cities。4. 點(diǎn)擊add按鈕。一幅加州城市位置圖即顯示出來(lái)。5. 在圖層ca_cities上右擊，在快捷菜單中單擊openattributetable。6. 在表中拖動(dòng)滾動(dòng)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。7. 點(diǎn)擊關(guān)閉屬性表。 7在t00ls工具條上點(diǎn)擊zoomin工具，將city of losangeles放大顯示?？梢钥瓷骄哂凶钊顺粞鯘舛戎档牡貐^(qū)實(shí)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(dòng)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(gè)新的數(shù)據(jù)框就插入到地圖中?，F(xiàn)在可以將第一個(gè)數(shù)據(jù)框中的所有圖層拷貝到這個(gè)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。5 在圖層