ARCGIS空間分析方法與GIS典型應(yīng)用例證

1、一、實驗?zāi)康?、掌握ArcGIS緩沖區(qū)分析、疊置分析、網(wǎng)絡(luò)分析方法。2、熟悉ArcGIS的空間統(tǒng)計、柵格計算方法。3、綜合利用矢量數(shù)據(jù)空間分析中的緩沖區(qū)分析和疊置分析解決實際問題。4、學(xué)會用ArcGIS9 進(jìn)行各種類型的最短路徑分析，了解內(nèi)在的運算機理。5、熟練掌握利用ArcGIS上述空間分析功能分析和結(jié)果類似學(xué)校選址的實際應(yīng)用問題的基本流程和操作過程。二、主要實驗器材（軟硬件、實驗數(shù)據(jù)等）計算機硬件：lenovo ideapad Y460N計算機軟件：ArcGIS10.0軟件實驗數(shù)據(jù)：ArcGIS地理信息系統(tǒng)空間分析實驗教程隨書光盤的第七章、第八章等三、實驗內(nèi)容與要求1、空間緩沖區(qū)分析。（1

2、） 為點狀、線狀、面狀要素建立緩沖區(qū)。1) 打開菜單 “自定義”下的 “自定義模式” ，在對話框中選擇 “命令”，在“類別”中選擇“工具”，在右邊的框中選擇“緩沖向?qū)А保ㄈ鐖D1 所示），拖動其放置到工具欄上的空處。圖1 提出“緩沖向?qū)А?) 利用選擇工具選擇要進(jìn)行分析的點狀要素，然后點擊，在“緩沖向?qū)А?對話框設(shè)置緩沖區(qū)信息，如圖2及圖3所示。圖2 線狀緩沖區(qū)信息設(shè)置1圖3 線狀緩沖區(qū)信息設(shè)置2 3) 利用選擇工具選擇要進(jìn)行分析的線狀要素，然后點擊，在“緩沖向?qū)А?對話框設(shè)置緩沖區(qū)信息。 4) 利用選擇工具選擇要進(jìn)行分析的面狀要素，然后點擊，在“緩沖向?qū)А?對話框設(shè)置緩沖區(qū)信息，如圖4所示。

3、圖4 面狀緩沖區(qū)信息設(shè)置2、學(xué)校選址。要求：(1) 新學(xué)校選址需注意如下幾點：1）新學(xué)校應(yīng)位于地勢較平坦處；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)避開現(xiàn)有學(xué)校，合理分布。(2) 各數(shù)據(jù)層權(quán)重比為：距離娛樂設(shè)施占0.5，距離學(xué)校占0.25，土地利用類型和地勢位置因素各占0.125。(3) 實現(xiàn)過程運用ArcGIS的擴(kuò)展模塊（Extension）中的空間分析（Spatial Analyst）部分功能，具體包括：坡度計算、直線距離制圖功能、重分類及柵格計算器等功能完成。(4) 最后必須給出適合新建

4、學(xué)校的適宜地區(qū)圖，并對其簡要進(jìn)行分析。具體操作：（1） 打開加載地圖文檔對話框，選擇E:Chp8Ex1school.mxd。（2） 從 DEM 數(shù)據(jù)提取坡度數(shù)據(jù)集：打開工具箱“Spatial Analyst 工具” “表面分析” “坡度”工具；在打開對話框中設(shè)置，如圖5所示；生成坡度圖，如圖6所示。圖5 “坡度”對話框設(shè)置圖6 坡度圖（3） 從娛樂場所數(shù)據(jù)“Rec_sites”提取娛樂場所歐氏距離數(shù)據(jù)集：打開工具箱“Spatial Analyst 工具” “距離分析” “歐氏距離”工具；在打開對話框中設(shè)置，如圖7所示；生成歐氏距離數(shù)據(jù)集，如圖8所示。圖7 “歐氏距離”對話框設(shè)置圖8 娛樂場所歐

5、氏距離圖（4） 從現(xiàn)有學(xué)校位置數(shù)據(jù)“School”提取學(xué)校歐氏距離數(shù)據(jù)集，方法如上，生成學(xué)校直線距離數(shù)據(jù)集，如圖9所示。圖9 學(xué)校歐氏距離圖（5） 重分類數(shù)據(jù)集。1) 重分類坡度數(shù)據(jù)集：采用等間距分級分為10 級（如圖10）；在平坦的地方適宜性好，賦以較小的適宜性值，陡峭的地區(qū)賦比較大的值（如圖11）；得到坡度適宜性數(shù)據(jù)圖，如圖12所示。圖10采用等間距分級分為10 級圖11 適宜性設(shè)置 圖12 重分類坡度圖2) 重分類娛樂場所歐氏距離數(shù)據(jù)集：新學(xué)校距離娛樂場所比較近適宜性好，采用等間距分級分為 10 級，距離娛樂場所最近適宜性最高，賦值1，距離最遠(yuǎn)的地方賦值 10。得到娛樂場所適宜性圖如圖1

6、3。 圖13 重分類娛樂場所圖3) 重分類現(xiàn)有學(xué)校歐氏距離數(shù)據(jù)集：考慮到新學(xué)校距離現(xiàn)有學(xué)校比較遠(yuǎn)時適宜性好，采用分級分為 10 級，距離學(xué)校最遠(yuǎn)的單元賦值 1，距離最近的單元賦值 10。得到重分類學(xué)校距離圖14。圖14 重分類學(xué)校距離圖4) 重分類土地利用數(shù)據(jù)集：在考察土地利用數(shù)據(jù)時，容易發(fā)現(xiàn)各種土地利用類型對學(xué)校適宜性也存在一定的影響。重分類時，勾選“將缺失值更改為NoData”，刪除舊值為4、7、9的新值（如圖15）；然后根據(jù)用地類型給各種類型賦值，,深色部分為比較適宜區(qū)，淺色部分表示適宜性比較差，白色表示該處不允許建學(xué)校，如圖16。圖15 重分類設(shè)置missing datapublicT

7、ranstionalAgricultureVegetableCity centerforestBarren land 圖16 土地類型重分類（6） 適宜區(qū)分析。打開“Spatial Analyst 工具” “地圖代數(shù)”“柵格計算器”，對各個重分類后數(shù)據(jù)集的合并計算，最終適宜性數(shù)據(jù)集的加權(quán)計算公式為：reclass_rec（娛樂場所）* 0.5 + reclass_sch（現(xiàn)有學(xué)校）* 0.25 + reclass_la（土地利用數(shù)據(jù)）* 0.125 +reclass_slop1（坡度數(shù)據(jù)）* 0.125得到最終適宜性數(shù)據(jù)集（圖 17），適宜性較高區(qū)域（深色部分）為推薦學(xué)校選址區(qū)域。 娛樂場所現(xiàn)

8、有學(xué)校 圖17 適宜性學(xué)校選址3、 市區(qū)擇房。要求：（1） 所尋求的市區(qū)是噪聲要小，距離商業(yè)中心要近，要和各大名牌高中離的近以便小孩上學(xué)，離名勝古跡較近環(huán)境優(yōu)雅。綜合上述條件，給定一個定量的限定如下：l 離主要市區(qū)交通要道200米之外，交通要道的車流量大，噪音產(chǎn)生的主要源于此（ST為道路類型中的主要市區(qū)交通要道）；l 距大型商業(yè)中心的影響，以商業(yè)中心的大小來確定影響區(qū)域，具體是以其屬性字段YUZHI；l 距名牌高中在750米之內(nèi)，以便小孩上學(xué)便捷；l 距名勝古跡500米之內(nèi)。（2） 將滿足上述條件的其中一個條件的取值為 1，不滿足的取值為 0，即如果滿足距主要市區(qū)交通要道 200 米之類，取值

9、為 1，反之為 0；其他亦是如此，最后將其累加得到分級。即滿足三個條件的累加得到 3，滿足 2 個條件的得到 2，最后將全部分成 4 級。操作:（1） 建立主干道噪音緩沖區(qū)。1) 選擇交通網(wǎng)絡(luò)圖層（network.shp），打開圖層的屬性表，點擊“表選項”，在菜單中選擇 “按屬性選擇”，在“按屬性選擇”對話框中，左邊選擇“TYPE”，雙擊將其添加到對話框下面 SQL 算式表中，點中間“=”，再單擊 “獲取唯一值”將 TYPE的全部屬性值加入上面的列表框中，然后選擇“ST”屬性值，雙擊添加到 SQL 算式表中（如圖18），將市區(qū)的主要道路選擇出來。 圖18 “按屬性選擇”對話框設(shè)置2) 點擊緩沖

10、區(qū)按鈕對選擇的主干道進(jìn)行緩沖區(qū)的建立，首先在緩沖區(qū)對象圖層選擇交通網(wǎng)絡(luò)圖層（network），然后選中“僅使用所選要素”；3) 確定尺寸單位，選擇第一種緩沖區(qū)建立方法，指定緩沖區(qū)半徑為 200 米；4) 由于不是分別考慮一個圖層的各個不同的要素的目的，所以我們在這里選擇的是第一種邊界設(shè)定類型，然后指定好緩沖區(qū)文件的存放路徑和文件名后，單擊 “完成”，完成主干道噪音污染緩沖區(qū)的建立，如圖19。圖19 主干道噪音緩沖區(qū)（2） 建立商業(yè)中心影響范圍緩沖區(qū)。1) 建立大型商業(yè)中心的影響范圍。首先點擊緩沖區(qū)按鈕，在緩沖區(qū)對象圖層選擇商業(yè)中心分布圖層（network）； 2) 確定尺寸單位，選擇第一種緩沖

11、區(qū)建立方法，以其屬性字段 YUZHI 為緩沖區(qū)半徑；3) 選擇的是第一種邊界設(shè)定類型，指定好緩沖區(qū)文件的存放路徑和文件名；完成商業(yè)中心影響范圍緩沖區(qū)的建立，如圖20。圖20 商業(yè)中心影響范圍緩沖區(qū)（3） 建立名牌高中的影響范圍。1) 點擊緩沖區(qū)按鈕 ，在緩沖區(qū)對象圖層選擇名牌高中分布圖層（school）； 2) 確定尺寸單位米，選擇第一種緩沖區(qū)建立方法，指定 750 米作為半徑；3) 選擇的是第一種邊界設(shè)定類型，然后指定好緩沖區(qū)文件的存放路徑和文件名后，完成名牌高中的覆蓋范圍緩沖區(qū)的建立，如圖21。圖21 名牌高中的影響范圍（4） 名勝古跡的影響范圍建立。1) 點擊緩沖區(qū)按鈕，在緩沖區(qū)對象圖層

12、選擇名勝古跡分布圖層（famous place）；2) 確定尺寸單位，選擇第一種緩沖區(qū)建立方法，指定 500 米作為緩沖區(qū)半徑；3) 選擇的是第一種邊界設(shè)定類型，指定好緩沖區(qū)文件的存放路徑和文件名，完成名勝古跡的覆蓋范圍緩沖區(qū)的建立，如圖22。圖22 名勝古跡的影響范圍（5） 進(jìn)行疊置分析將滿足上述四個要求的區(qū)域求出。1) 將商業(yè)中心影響范圍、名牌高中的影響范圍和名勝古跡的影響范圍進(jìn)行疊置分析的交集操作，可以將同時滿足三個條件的區(qū)域計算出。打開工具箱，選擇“分析工具”“疊加分析”“相交”工具，打開交集操作對話框，將商業(yè)中心的緩沖區(qū)、名牌高中的緩沖區(qū)和名勝古跡的緩沖區(qū)分別添加進(jìn)來，設(shè)定輸出文件名

13、并選擇全部字段，輸出類型和輸入類型一樣，獲得同時滿足三個條件的交集區(qū)域，如下圖所示。圖23 滿足三個條件的區(qū)域2) 利用主干道噪音緩沖區(qū)對獲得的三個區(qū)域的交集進(jìn)行圖層擦除操作，獲得同時滿足四個條件的區(qū)域，打開工具箱，選擇“分析工具”“疊加分析”“擦除”工具，設(shè)置“擦除”對話框（如圖24），獲得同時滿足四個條件的交集區(qū)域的獲得，即購房者的最佳選擇區(qū)域，如圖25。圖24 “擦除”對話框的設(shè)置圖25 購房者的最佳選擇區(qū)域（6） 為了便于購房者的選擇有更大的余地，更直觀地，綜合上述四個因子，對整個市區(qū) 進(jìn)行分等定級，分級標(biāo)準(zhǔn)是：l 滿足其中四個條件為第一等級；l 滿足其中三個條件為第二等級； l 滿足

14、其中兩個條件為第三等級； l 滿足其中一個條件為第四等級； l 完全不滿足條件的為第五等級。1) 分別打開商業(yè)中心，名牌高中和名勝古跡影響范圍的緩沖區(qū)圖層的屬性列表， 添加一個 market，school和 famous 字段，并全部賦值為 1，）將主干道噪音緩沖區(qū)圖層的屬性列表中添加 voice 字段，全部賦值為-1，這里取-1 的原因是所取的噪音緩沖區(qū)之外的才是所要獲得的區(qū)域。 2) 打開工具箱，選擇“分析工具”“疊加分析”“聯(lián)合”工具，在“聯(lián)合”對話框設(shè)置，在四個緩沖區(qū)逐個添加進(jìn)去，同時設(shè)定輸出圖層的地址和文件名將全部字段連接，得到四個區(qū)域的疊加合并圖，如下所示：圖26 四個緩沖區(qū)的疊加

15、圖3) 打開生成的聯(lián)合文件圖層屬性列表，添加一個短整型字段 class，然后保留 FID，Shape*，class，market，voice，school和 famous 字段，然后在“編輯器”工具欄下來菜單中選擇 “開始編輯”，然后在屬性列表中的 class 字段上單擊右鍵，選擇“字段計算器”，在“字段計算器”對話框設(shè)置，使得 class=market+voice+school+famous，即將其進(jìn)行分等定級（如圖27），就將四個因子進(jìn)行了一個簡單的綜合，同時也可以根據(jù)最后的區(qū)域的 class的屬性值將全部的研究的區(qū)域進(jìn)行了等級的劃分：第一等級：數(shù)值為 3； 第二等級：數(shù)值為 2； 第三等

16、級：數(shù)值為 1； 第四等級：數(shù)值為 0； 第五等級：數(shù)值為-1。 圖27 設(shè)置“字段計算器”對話框4) 最后在 Union 圖層屬性中將圖層設(shè)置成以 class字段分級顯示，最后得到整個市區(qū)的分等定級圖。顏色越深，則滿足的條件就越多，是優(yōu)選區(qū)域；而相對的顏色淺的區(qū)域則是滿足的條件就越少，區(qū)域就不是優(yōu)選區(qū)域，如圖28。第五等級第四等級第三等級第二等級第一等級圖28 市區(qū)分等定級圖4、 最短路徑問題分析與應(yīng)用。要求：（1） 網(wǎng)絡(luò)中指定一個超市，要求分別求出在距離、時間限制上從家到超市的最佳路徑。（2） 給定訪問順序，按要求找出從家經(jīng)逐個地點達(dá)到目的地的最佳路徑。操作：1) 加載數(shù)據(jù)集city。2)

17、 將點狀要素place以 HOME 字段屬性值進(jìn)行符號化，1 值是家，0 值是超市。3) 無權(quán)重最佳路徑的選擇：1) 在“幾何網(wǎng)絡(luò)分析”工具條上，點選“添加交匯點標(biāo)記工具”，將旗標(biāo)放在家和想要去的超市點上。2) 確認(rèn)在 “分析”下拉菜單中的 “選項” 按鈕打開的“分析選項”對話框中的“權(quán)重”和 “權(quán)重過濾器” 標(biāo)簽項全部是 “無”，這樣使得進(jìn)行的最短路徑分析是完全按照這個網(wǎng)絡(luò)自身的長短來確定的。3) 點選“追蹤任務(wù)”下拉菜單選擇“網(wǎng)絡(luò)路徑分析” 。單擊 “解決”工具，則最短路徑將顯示出來，這條路徑的總成本將顯示在狀態(tài)列，如下圖所示：圖29無權(quán)重加權(quán)最佳路徑選擇4) 加權(quán)最佳路徑的選擇：1) 在

18、“幾何網(wǎng)絡(luò)分析”工具條上，點選“添加交匯點標(biāo)記工具”，將旗標(biāo)放在家和想要去的超市點上。2) 在 “分析”下拉菜單中的 “選項” 按鈕打開的“分析選項”對話框中的“權(quán)重”標(biāo)簽，在“邊的權(quán)重”上，全部選擇長度（length）權(quán)重屬性。3) 點選“追蹤任務(wù)”下拉菜單選擇“網(wǎng)絡(luò)路徑分析” 。單擊 “解決”工具，則以長度為比重為基礎(chǔ)的最短路徑將顯示出來，這條路徑的總成本將顯示在狀列，如下圖所示：圖30 長度加權(quán)最佳路徑4) 上述是通過距離的遠(yuǎn)近選擇而得到的最佳路徑，而不同類型的道路由于道路車流量的問題，有時候要選擇時間較短的路徑，同樣可以利用網(wǎng)絡(luò)分析進(jìn)行獲得最佳路徑（如圖31）。這里的時間屬性是在建網(wǎng)之

19、前，通過各個道路的類型（主干道，次要道等）來給定速度屬性，然后通過距離和速度的商值確定的，并將其作為屬性設(shè)定于每個道路上，這里沒有考慮紅燈問題以及其他因素，而是一種理想情況，不過可以將其他的要素可以逐漸加入來完善。 注：總共花費的時間是 9.27minutes圖31 時間加權(quán)最佳路徑（3） 按要求和順序逐個對目的點的路徑的實現(xiàn)：1) 在“幾何網(wǎng)絡(luò)分析”工具條上，點選“添加交匯點標(biāo)記工具”，將旗標(biāo)按照車輛訪問的順序逐個放在點上。2) 在 “分析”下拉菜單中的 “選項” 按鈕打開的“分析選項”對話框中的“權(quán)重”標(biāo)簽，在“邊的權(quán)重”上，全部選擇長度（length）權(quán)重屬性。3) 點選“追蹤任務(wù)”下拉菜單選擇“網(wǎng)絡(luò)路徑分析” 。單擊 “解決”工具，則從起點按順序逐一經(jīng)過超市然后最后回到家的最短有效路徑將顯示出來，這條路徑的總成本將顯示在狀態(tài)列，如圖32所示。圖32 距離權(quán)重的逐點路徑4) 同樣是經(jīng)過這 7