空間分析實習報告

1、空間分析實習報告學 院遙感信息工程學院班 級學 號姓 名日 期19一、 實習內(nèi)容簡介1實驗目的：（1） 通過實習了解ArcGIS的發(fā)展，以及10.1系列軟件的構成體系（2） 熟練掌握ArcMap的基本操作及應用（3） 了解及應用ArcGIS的分析功能模塊ArcToolbox（4） 加深對地理信息系統(tǒng)的了解2.實驗內(nèi)容:首先是對ArcGIS有初步的了解。了解ArcGIS的發(fā)展，以及10.1系列軟件的構成體系，了解桌面產(chǎn)品部分ArcMap、ArcCatalog和ArcToolbox的相關基礎知識。實習一是柵格數(shù)據(jù)空間分析，ArcGIS軟件的Spatial Analyst模塊提供了強大的空間分析工具

2、，可以幫助用戶解決各種空間分析問題。利用老師所給的數(shù)據(jù)可以創(chuàng)建數(shù)據(jù)（如山體陰影），識別數(shù)據(jù)集之間的空間關系，確定適宜地址，最后尋找一個區(qū)域的最佳路徑。實習二是矢量數(shù)據(jù)空間分析，ArcToolbox軟件中的Analysis Tools和Network Analyst Tools提供了強大的矢量數(shù)據(jù)處理與分析工具，可以幫助用戶解決各種空間分析問題。利用老師所給的數(shù)據(jù)可以通過緩沖區(qū)分析得到矢量面數(shù)據(jù)，通過與其它矢量數(shù)據(jù)的疊置分析、臨近分析來輔助選址決策過程；可以構建道路平面網(wǎng)絡模型，進而通過網(wǎng)絡分析探索最優(yōu)路徑，從而服務于公交選線、智能導航等領域。實習三是三維空間分析，學會用ArcCatalog查找

3、、預覽三維數(shù)據(jù)；在ArcScene中添加數(shù)據(jù)；查看數(shù)據(jù)的三維屬性；從二維要素與表面中創(chuàng)建新的三維要素；從點數(shù)據(jù)源中創(chuàng)建新的柵格表面；從現(xiàn)有要素數(shù)據(jù)中創(chuàng)建TIN表面。實習四是空間數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，利用地統(tǒng)計分析模塊，你可以根據(jù)一個點要素層中已測定采樣點、柵格層或者利用多邊形質(zhì)心，輕而易舉地生成一個連續(xù)表面。這些采樣點的值可以是海拔高度、地下水位的深度或者污染值的濃度等。當與ArcMap一起使用時，地統(tǒng)計分析模塊提供了一整套創(chuàng)建表面的工具，這些表面能夠用來可視化、分析及理解各種空間現(xiàn)象。實習五是空間分析建模，空間分析建模就是運用GIS空間分析方法建立數(shù)學模型的過程。按照建模的目的，可分為以特征為主的描

4、述模型（descriptive model）和提供輔助決策信息和解決方案為目的的過程模型（process model）兩類。本次實習主要是通過使用ArcGIS的模型生成器（Model Builder）來建立模型，從而處理涉及到許多步驟的空間分析問題。二、實習成果及分析實習一：練習1：顯示和瀏覽空間數(shù)據(jù)。利用ArcMap和空間分析模塊顯示和瀏覽數(shù)據(jù)。添加和顯示各類空間數(shù)據(jù)集、在地圖上高亮顯示數(shù)值、查詢指定位置的屬性值、分析一張直方圖和創(chuàng)建一幅山體陰影圖。練習2：為一所新學校選址。通過創(chuàng)建一幅適宜性地圖，幫助你找到新學校的最佳位置。你將從原始數(shù)據(jù)集派生出距離與坡度數(shù)據(jù)集，用同一等級體系給各數(shù)據(jù)集重

5、分類，給那些認為較重要的數(shù)據(jù)分配較大權重，最后合并各數(shù)據(jù)集，給出最佳位置。 從高程數(shù)據(jù)派生坡度數(shù)據(jù)集 從娛樂場所數(shù)據(jù)集派生距離數(shù)據(jù)集 重分類學校 重分類坡度 重分類土地利用類型數(shù)據(jù)集 賦權重并合并各數(shù)據(jù)集做好練習2需要掌握的的關鍵問題在于以下三點：1）獲取派生信息利用數(shù)據(jù)創(chuàng)建有用信息，例如，創(chuàng)建山體陰影以提供顯示的地形背景，通過計算坡度來識別陡峭的坡面，確定某位置到每條道路的距離或方向，或計算某區(qū)域內(nèi)的人口密度。2）識別空間關系分析空間數(shù)據(jù)集的關系。例如，查找白血病的爆發(fā)與到核電站間的距離之間是否存在某種關系，分析方位朝向?qū)σ粋€植物種類的生存是否重要。3 ) 尋找適宜位置通過對數(shù)據(jù)進行查詢或創(chuàng)

6、建一幅適宜性地圖，可以找到適宜性的地址。例如，查詢數(shù)據(jù)集以查找海拔在3000英尺以上、距離一個城鎮(zhèn)五英里以內(nèi)的區(qū)域，或通過合并數(shù)據(jù)集創(chuàng)建一幅適宜性地圖，以檢查每個位置的適宜性。練習3：尋找一條通往新學校的替代路徑。第一步：創(chuàng)建“源”數(shù)據(jù)集和“成本”數(shù)據(jù)集.，本練習中的“源”就是學校的位置。創(chuàng)建“成本”數(shù)據(jù)集，首先確定需要哪些數(shù)據(jù)集，然后用同一等級體系對這些數(shù)據(jù)集重分類并賦權值，最后合并這些數(shù)據(jù)集。 “源”數(shù)據(jù)集對各要素集進行重分類 合并各數(shù)據(jù)集 cost輸出結果第二步：執(zhí)行成本權重距離函數(shù)，使用“源”數(shù)據(jù)集和“成本”數(shù)據(jù)集作為輸入，函數(shù)運算輸出的距離數(shù)據(jù)是一個柵格數(shù)據(jù)集。這個柵格數(shù)據(jù)集中每一個

7、單元的值是從該單元上溯到“源”的累計成本。第三步：執(zhí)行最短路徑函數(shù)必要時建立終點數(shù)據(jù)集。在本練習中，終點是一個公路交匯點。執(zhí)行最短路徑函數(shù)需要使用距離數(shù)據(jù)集和方向數(shù)據(jù)集，兩者均由成本加權函數(shù)創(chuàng)建。 執(zhí)行成本權重距離函數(shù)結果執(zhí)行最短路徑函數(shù)結果練習4：山頂點的提取。通過等高線、山頂點、洼地點的提取和配置，利用ArcGIS的柵格數(shù)據(jù)空間分析中的等高線提取、柵格數(shù)據(jù)鄰域分析和窗口計算功能，完成柵格數(shù)據(jù)表面分析。實習二：練習1. 矢量數(shù)據(jù)的空間查詢操作； 查詢滿足要求的加油站和地塊 查詢滿足要求的房子查詢操作所涉及的問題：（1） 一共有多少個加油站滿足要求？2個（2） 這些滿足要求的加油站的名字是什么

8、？LARRY'S EXXON ANN'S MART STATION #1963（3） 基于目前所選擇的商業(yè)點，你認為哪個加油站是最滿足要求的（能夠服務最多的顧客）？ ANN'S MART STATION #1963（4） 這個滿足要求的加油站的四分之一英里以內(nèi)有多少商業(yè)點？9個（5） 一共有多少地塊（包括“DRAIN”要素）將會受到管網(wǎng)系統(tǒng)改造工程的影響？37個（6） 受影響的市級地塊（City）的總面積是多少？36個（7） 受影響的縣級地塊（County）的總面積是多少？1個（8） 最終可供選擇的人口普查地塊有多少個？2個（9）最終所可供選擇的人口普查地塊中的人均收入

9、(PER_CAPINC)的平均值是多少？16330.499512空間查詢就是基于地物的空間位置以及同其它地物之間的空間關系來選擇符合一定空間規(guī)則的地物的操作過程。在ArcGIS軟件中，該操作可以讓你從一個或者多個矢量圖層中選擇出與另外一個圖層中的地物有空間位置關聯(lián)的相關地物。練習2. 矢量數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)操作； 生成緩沖區(qū)利用緩沖區(qū)進行空間查詢緩沖區(qū)分析就是基于近鄰的概念把空間分為兩個區(qū)域：位于所選空間要素的指定距離之內(nèi)(緩沖區(qū))和位于所選空間要素的指定距離之外，而空間要素可以是點、線、面或復雜要素。在ArcGIS軟件中，可以通過緩沖區(qū)分析確定公共設施的服務半徑（點緩沖）、河流對兩岸陸地的潛在的淹

10、沒范圍（線緩沖），以及城市邊界的擴張范圍（面緩沖）。附件：濕地影響到的地塊分布的專題圖練習3. 矢量數(shù)據(jù)的疊置分析；空間疊置分析部分所涉及的問題：（10）通過合并操作之后，新生成的要素類中一共有多少個要素？ 3個（11）為什么輸出圖層中的要素要比輸入圖層中的要素多呢？一個要素是Water_Buffer圖層中原有的部分，一個要素是Roads_Buffer圖層中原有的部分，還有一個要素是道路緩沖區(qū)和水體緩沖區(qū)的公共空間區(qū)域。附件：露營地專題圖空間疊置分析就是在統(tǒng)一的空間坐標系下，將同一地區(qū)的兩個或兩個以上的地理要素圖層進行疊置，產(chǎn)生空間區(qū)域的多種屬性特征的分析方法。在ArcGIS軟件中，根據(jù)操作形

11、式的不同，疊置分析可分為圖層擦除（Erase）、識別疊加（Identity）、交集操作（Intersect）、對稱區(qū)別（Symmetrical difference）、圖層合并（Union）和修正更新（Update）等。練習4. 基于道路網(wǎng)的最優(yōu)路徑的網(wǎng)絡分析；空間網(wǎng)絡分析就是通過模擬、分析網(wǎng)絡狀態(tài)以及資源在網(wǎng)絡上的流動和分配等，研究網(wǎng)絡結構、流動效率及網(wǎng)絡資源等的優(yōu)化問題，是對地理網(wǎng)絡和城市基礎設施網(wǎng)絡等網(wǎng)狀事物以及它們的相互關系和內(nèi)在聯(lián)系進行地理分析。在ArcGIS軟件中，主要包括傳輸網(wǎng)絡分析(Network Analyst)和效用網(wǎng)絡分析(Utility Network Analyst)

12、，其中傳輸網(wǎng)絡分析是本次實習的主要內(nèi)容。傳輸網(wǎng)絡通過網(wǎng)絡數(shù)據(jù)集(Network Dataset)創(chuàng)建，它主要解決的一個主要問題是：計算點與點之間的最佳距離：時間最短或者距離最短，最佳路徑的計算能夠繞開事先設置的障礙物。實習三：練習一：在地形表面上疊加影像；在地形表面上疊加遙感影像，有助于對影像模式及其與地形的相關性的理解。 Geography 3D VIEW 影像加入到場景 疊加影像&拉伸地形練習二：污染物在蓄水層中的可視化；本練習是創(chuàng)建一個三維場景，以幫助政府官員與公眾們了解污染的情況。污染物空間的形狀及其受污染的強度 顯示污染物空間與水井的關系練習三：土壤污染及甲狀腺癌發(fā)病率的可視

13、化；查看點數(shù)據(jù)Csl37的土壤含量用小符號表示(紅色調(diào))，使用分級顏色表示受污染的程度。各區(qū)的甲狀腺癌發(fā)病率使用大符號表示(藍色調(diào))，其顏色方案與Csl37不同。創(chuàng)建三維點要素并進行拉伸所涉及問題答案：區(qū)域中心點使用甲狀腺癌的發(fā)病率，按一定比例以柱狀方式顯示出來。甲狀腺癌的發(fā)病率與Csl37濃度基本成正比關系。 插值表面 擇要素并高亮顯示在本練習中，創(chuàng)建了三維要素，以垂直線突出顯示點要素，并用一組點數(shù)據(jù)插值獲得了柵格表面。同時，還將突出的矢量數(shù)據(jù)與表面數(shù)據(jù)作了比較，查看了矢量數(shù)據(jù)的屬性值。 練習四：創(chuàng)建TIN表面表示地形。首先從點數(shù)據(jù)中創(chuàng)建TIN，然后向TIN中添加要素，當我們向TIN中添加r

14、ailroad要素時，所添加的鐵路要素在TIN表面上顯示出來，但其并不影響表面的形狀。這種線性要素稱之為“軟”分隔線；Brklines中的要素具有高程信息，當我們向TIN中添加brklines中的要素時將影響原有TIN表面的外形，這種線性要素稱之為“硬”分隔線，常用于對所感興趣的區(qū)域的外形進行細化調(diào)整；我們還可以向TIN中添加smclp多邊形作為裁切多邊形時，用來對TIN的邊進行平滑。然后通過TIN設置要素和柵格的基準高度，最后在地形上創(chuàng)建視線瞄準線。成果圖如下：實習四：利用地統(tǒng)計分析模塊，根據(jù)一個點要素層中已測定采樣點、柵格層或者利用多邊形質(zhì)心，輕而易舉地生成一個連續(xù)表面。這些采樣點的值可以

15、是海拔高度、地下水位的深度或者污染值濃度等。當與ArcMap一起使用時，學習利用地統(tǒng)計分析模塊提供的一整套創(chuàng)建表面的工具來生成一個相對精確的連續(xù)表面，用這些表面來進行可視化、分析及理解各種空間現(xiàn)象等。1 利用缺省參數(shù)創(chuàng)建一個臭氧表面（1）打開arcmap 并激活地統(tǒng)計分析模塊（2）加載數(shù)據(jù)（3）利用缺省參數(shù)創(chuàng)建臭氧濃度表面。 利用缺省值創(chuàng)建的臭氧表面2 檢查數(shù)據(jù) （1）檢查臭氧濃度數(shù)據(jù)分布是否符合正態(tài)分布,從下圖可以看到臭氧濃度分布大致符合正態(tài)分布 臭氧濃度分布直方圖 (2)正態(tài)QQ圖。另外一種檢驗數(shù)據(jù)是否符合正態(tài)分布的方法，通過標準正態(tài)分布與現(xiàn)有數(shù)據(jù)分布比較，還可以找到一些異常值，來檢查并校

16、正這些異常值。若符合正態(tài)分布則數(shù)據(jù)點應成一條直線，那些不在直線上的點為異常點。 臭氧濃度正態(tài)QQ圖 （3）用趨勢分析工具識別數(shù)據(jù)中的全局趨勢。只有數(shù)據(jù)分布符合一定的趨勢，才能用數(shù)學公式對確定表面進行模擬，故需要分析數(shù)據(jù)的全局趨勢。 臭氧數(shù)據(jù)全局趨勢 （4）理解數(shù)據(jù)的空間自相關和方向效應。利用半變異函數(shù)/協(xié)方差函數(shù)云圖，在半變異函數(shù)協(xié)方差函數(shù)云圖中，每個紅點表示一對采樣點。既然越近的點越相似，那么在半變異函數(shù)云圖中鄰近的點（在X軸的左邊）應該有較小的半變異函數(shù)值（在Y軸的下部）。隨著樣點對間距離的增加（在X軸上向右移動），變異函數(shù)值也要相應增加（在Y軸上向上移動）。然而，當?shù)竭_一定的距離后，云圖

17、變平，這表明超出這個距離時，樣點對之間不再具有相關關系了。觀察半變異函數(shù)圖，如果某些靠得很近的數(shù)據(jù)點（在X軸上接近于零）具有異常的較高的半變異函數(shù)值（在Y軸的上部）時，你就應該仔細檢杳這些樣點對，看看是不是這些數(shù)據(jù)不準確。（可用于探測異常值） 半變異函數(shù)/協(xié)方差函數(shù)云圖3 制作臭氧濃度圖 在生成臭氧濃度表面模型時考慮到數(shù)據(jù)分布符合一定的趨勢，在差值時加入趨勢因素生成模型。 加入趨勢因素后臭氧濃度圖 4 模型對比。通過比較缺省參數(shù)的臭氧濃度模型和加入趨勢因素后的臭氧濃度模型，選擇一種能較少模擬出臭氧濃度表面模型。通過比較可以得到Trendmoved 模型對數(shù)據(jù)的模擬更精確。 兩種模型交叉驗證比較

18、5 創(chuàng)建臭氧超出某一臨界值的概率圖。在決策階段，利用預測得到的臭氧圖來識別危險區(qū)域時，務必要謹慎，因為你需要了解預測中的不確定性。例如，對于一個8小時的時段，假設臭氧的臨界值是0.12ppm，你可能想判斷山哪些超出該臨界值的地區(qū)。你可以使用地統(tǒng)計分析模塊來生成臭氧濃度超出臨界值的概率圖，這可以輔助決策。本練習我們使用的是指示克里金法。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。然后指示克里金法使用一個根據(jù)轉(zhuǎn)換后的0-1數(shù)據(jù)集計算得到的半

19、變異函數(shù)模型進行計算。 指示克里金模型6生成最終成果圖（1）顯示兩個表面（2）外推臭氧值（3）以加州輪廓圖為參考對圖層進行剪裁(4) 定位洛杉磯城(5) 創(chuàng)建圖版(6) 添加一個透明的山體陰影圖(7) 添加地圖要素最后結果出圖實習五：空間分析建模是指運用GIS空間分析建立數(shù)學模型的過程，其過程包括：明確問題、分解問題、組建模型、檢驗模型結果和應用分析結果。模型生成器（Model Builder）是ArcGIS所提供的構造地理處理工作流和腳本的圖形化建模工具。在模型中，分別定義不同的圖形代表輸入數(shù)據(jù)、輸出數(shù)據(jù)、空間處理工具，它們以流程圖的形式進行組合以創(chuàng)建高級的空間分析功能和流程，加速

20、復雜地理處理模型的設計和實施。 通過對本次練習，我們可以認識如何在Model Builder 環(huán)境下通過繪制數(shù)據(jù)處理流程圖的方式實現(xiàn)空間分析過程的自動化，加深對地理建模過程的認識，對各種GIS分析工具的用途有深入的理解。練習1模型：水文分析結果圖： 注意：制作水文分析模型，盡量使用英文名，且保存的文件名必須為原始英文名，要注意在提取河流網(wǎng)絡時，所要的匯流累計量應為英文名，同時在Spatial Analyst Tools>>Map Algebra>>單輸出地圖代數(shù)一步，在 地圖代數(shù)表達式中輸入公式：con(Flow_accu >= 10

21、000,1)練習2：創(chuàng)建路徑分析模型結果圖：三、實習體會通過這學期的空間分析實習，讓我體驗到了ArcGIS功能之強大，也讓我對ArcGIS有了一個整體的認識。也讓我知道了地理信息系統(tǒng)是做什么的，他能解決什么樣的問題。比如運用ArcGIS的強大的分析功能做一個選址問題。就拿實習一來說，我們利用緩沖分析和疊置分析來完成選址問題。剛開始做實習時我就在思考，它是怎樣去完成這樣一個問題的呢？對于學校選址第一個思考的問題當然是周圍的環(huán)境，學校位置應靠近娛樂設施；新學校的位置應遠離現(xiàn)有學校以使整個鎮(zhèn)上的學校位置分布盡量分散；避開陡坡和特定的土地利用類型。這就得用ArcGIS中強大的緩沖分析了。緩沖區(qū)分析(Buffer)是對選中的一組或一類地圖要素（點、線或面）按設定的距離條件，圍繞其要素而形成一定緩沖區(qū)多邊形實體，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)在二維空間得以擴展的信息分析方法。所以我們第一步要做的就是輸入數(shù)據(jù)。第二步自然就是緩沖區(qū)的建立（派生數(shù)據(jù)集）。（1）在使用緩沖區(qū)分析之前，我們先加載緩沖區(qū)分析工具，操作如下：選擇主菜單中“Tools>Customize”命令，進入“Command”標簽；（2）在“Command”對話框選中Categorie框中的“Tools”，然后在右邊的“Commands” 框中選擇“Buffe