地理信息系統(tǒng)原理 -實(shí)驗(yàn)3 空間分析

1、GIS原理實(shí)驗(yàn)三 GIS空間(kngjin)分析資源與環(huán)境(hunjng)學(xué)院林承達(dá) 1共三十七頁實(shí)驗(yàn)(shyn)目的在GIS的應(yīng)用研究中，經(jīng)常涉及多要素的綜合問題。如進(jìn)行各類規(guī)劃與評(píng)價(jià)時(shí)，既要考慮各類評(píng)價(jià)因子數(shù)據(jù)(shj)的獲取和模型計(jì)算，又要考慮評(píng)價(jià)單元的確定，這其中即涉及到多種空間分析技術(shù)，包括疊加分、緩沖區(qū)分析和網(wǎng)絡(luò)分析等。本實(shí)驗(yàn)的目的是讓學(xué)生了解空間疊加技術(shù)和緩沖區(qū)分析技術(shù)的作用及應(yīng)用方法。2共三十七頁實(shí)驗(yàn)(shyn)要求1、了解緩沖區(qū)分析技術(shù)的各類具體方法2、了解空間疊加技術(shù)的個(gè)類具體方法3、掌握利用ArcGIS軟件(run jin)來實(shí)現(xiàn)空間疊加技術(shù)和緩沖區(qū)分析技術(shù)4、利用這兩種

2、空間分析技術(shù)，解決提出的問題。3共三十七頁實(shí)驗(yàn)(shyn)內(nèi)容1、利用提供(tgng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，掌握在ArcGIS中如何進(jìn)行緩沖區(qū)分析2、利用提供的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，掌握在ArcGIS中如何進(jìn)行空間疊加分析3、利用提供的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在疊加分析和緩沖區(qū)分析的支持下，解決提出的問題4共三十七頁實(shí)驗(yàn)(shyn)技術(shù)1、緩沖區(qū)分析技術(shù)(jsh)緩沖區(qū)是地理空間，目標(biāo)的一種影響范圍或服務(wù)范圍在尺度上的表現(xiàn)。它是一種因變量，由所研究的要素的形態(tài)而發(fā)生改變。從數(shù)學(xué)的角度來看，緩沖區(qū)是給定空間對(duì)象或集合后獲得的它們的領(lǐng)域，而鄰域的大小由鄰域的半徑或緩沖區(qū)建立條件來決定，因此對(duì)于一個(gè)給定的對(duì)象A，它的緩沖區(qū)可以定義為：

3、 （d一般是指歐式距離，也可以是其它的距離， r為鄰域半徑或緩沖區(qū)建立的條件） 5共三十七頁實(shí)驗(yàn)(shyn)技術(shù)緩沖區(qū)建立的形態(tài)多種多樣，這是根據(jù)緩沖區(qū)建立的條件來確定的，常用的對(duì)于點(diǎn)狀要素有圓形，也有三角形、矩形和環(huán)形等；對(duì)于線狀要素有雙側(cè)對(duì)稱、雙側(cè)不對(duì)稱或單側(cè)緩沖區(qū)；對(duì)于面狀要素有內(nèi)側(cè)和外側(cè)緩沖區(qū)，雖然這些形體各異，但是可以適合不同(b tn)的應(yīng)用要求，建立的原理都是一樣的。點(diǎn)狀要素，線狀要素和面狀要素的緩沖區(qū)示意圖如圖1圖16共三十七頁實(shí)驗(yàn)(shyn)技術(shù)2、疊置分析技術(shù)疊置分析是地理信息系統(tǒng)中常用的用來提取空間隱含信息的方法之一，疊置分析是將有關(guān)主題層組成的各個(gè)數(shù)據(jù)層面進(jìn)行疊置產(chǎn)生一

4、個(gè)新的數(shù)據(jù)層面，其結(jié)果綜合了原來兩個(gè)或多個(gè)層面要素所具有的屬性，同時(shí)疊置分析不僅生成了新的空間關(guān)系，而且還將輸入的多個(gè)數(shù)據(jù)層的屬性聯(lián)系起來(q li)產(chǎn)生了新的屬性關(guān)系。其中，被疊加的要素層面必須是基于相同坐標(biāo)系統(tǒng)的，同一地帶，還必須查驗(yàn)疊加層面之間的基準(zhǔn)面是否相同。 7共三十七頁實(shí)驗(yàn)(shyn)技術(shù)從原理上來說，疊置分析是對(duì)新要素(yo s)的屬性按一定的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算分析，其中往往涉及到邏輯交、邏輯并、邏輯差等的運(yùn)算。根據(jù)操作要素的不同，疊置分析可以分成點(diǎn)與多邊形疊加、線與多邊形疊加、多邊形與多邊形疊加；根據(jù)操作形式的不同，疊置分析 可以分為圖層擦除、識(shí)別疊加、交集操作、均勻差值、圖層合

5、并和修正更新。8共三十七頁主要(zhyo)儀器及試材1、硬件和軟件 計(jì)算機(jī) Arc/Info軟件2、所需材料 擁有多個(gè)圖層的數(shù)字化的矢量地圖（可選用(xunyng)本地區(qū)的地形圖、土壤類型圖、土地利用現(xiàn)狀圖或行政區(qū)劃圖等）；9共三十七頁本實(shí)驗(yàn)(shyn)數(shù)據(jù)介紹本實(shí)驗(yàn)(shyn)數(shù)據(jù)放在文件夾的data目錄下，實(shí)驗(yàn)(shyn)數(shù)據(jù)為西安市的數(shù)字化地圖，包括道路（network）、學(xué)校(school)、超市(Marketplace)和著名景點(diǎn)(famous place)四個(gè)圖層組成，其中道路層為線圖層，其他圖層均為點(diǎn)圖層空間坐標(biāo)的單位為米10共三十七頁實(shí)驗(yàn)(shyn)步驟注意，這里所介紹的實(shí)驗(yàn)步

6、驟，只是介紹如何實(shí)現(xiàn)各種分析功能，并不是你們做實(shí)驗(yàn)時(shí)完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)的精確(jngqu)步驟。完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)的步驟要依靠你們?cè)谑煜じ鞣N空間分析方法和操作的基礎(chǔ)上，自己將這些空間分析方法綜合應(yīng)用完成。11共三十七頁實(shí)驗(yàn)(shyn)步驟1、緩沖區(qū)的建立在ArcGIS中建立緩沖區(qū)的方法是基于生成多邊形（buffer wizard）來實(shí)現(xiàn)的，它是根據(jù)(gnj)給定的緩沖區(qū)的距離，對(duì)點(diǎn)狀、線狀和面狀要素的周圍形成緩沖區(qū)多邊形圖層，完全是基于矢量結(jié)構(gòu)，從操作對(duì)象、利用矢量操作方法建立緩沖區(qū)的過程到最后緩沖區(qū)的結(jié)果全部是矢量的數(shù)據(jù)。12共三十七頁實(shí)驗(yàn)(shyn)步驟對(duì)一個(gè)區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)的影響覆蓋范圍（以1000米為例

7、）做分析： （1） 對(duì)點(diǎn)文件school.shp進(jìn)行分析操作，首先打開菜單Tools下的自定義模式選擇Command標(biāo)簽；（2） 在彈出的Command對(duì)話框中（如圖2）在左邊的Categorie框中選擇Tools，在出現(xiàn)(chxin)右邊的Command框中選擇Buffer wizard，拖動(dòng)其放置到工具欄上的空處，出現(xiàn)(chxin)圖標(biāo)圖2 buffer wizard添加對(duì)話框 13共三十七頁實(shí)驗(yàn)(shyn)步驟定義單位：右鍵圖層layers-屬性-Unit, map和display選擇Meters利用選擇工具 選擇要進(jìn)行分析的點(diǎn)狀要素(yo s)，然后點(diǎn)擊 圖標(biāo)，出現(xiàn)Bufferwiza

8、rd對(duì)話框，如圖3，選擇要進(jìn)行緩沖區(qū)分析的shape文件（如School.shp），其中有選擇要素(yo s)和未選擇要素(yo s)時(shí)在Use only the selected feature復(fù)選框前打勾（僅對(duì)已選擇主題中的元素進(jìn)行分析），單擊下一步14共三十七頁選擇(xunz)要素15共三十七頁實(shí)驗(yàn)(shyn)步驟（4） 這是打開的是緩沖區(qū)分析形式對(duì)話框（圖4），其中有三種方式選擇來進(jìn)行建立不同種類的緩沖區(qū)，其中含義同學(xué)們通過(tnggu)閱讀其提示自己理解：圖4 緩沖區(qū)分析建立類型選擇對(duì)話框16共三十七頁實(shí)驗(yàn)(shyn)步驟（5）選擇普通(ptng)緩沖區(qū)，單擊下一步，給定100米（或

9、其他距離）作為緩沖范圍，在下面選擇合適的單位（圖5）圖5 緩沖區(qū)距離選擇對(duì)話框17共三十七頁實(shí)驗(yàn)(shyn)步驟（6）最后一步(y b)單擊下一步(y b)（圖6），選擇緩沖區(qū)融合方式和結(jié)果存放地址18共三十七頁實(shí)驗(yàn)(shyn)步驟（7）單擊完成，進(jìn)行緩沖區(qū)建立，圖7。不同(b tn)的緩沖區(qū)建立方法形式得到的緩沖區(qū)也有一定的區(qū)別，在實(shí)際應(yīng)用中要根據(jù)不同(b tn)的需要和應(yīng)用方向來選擇合適的建立的形式和方法圖7 緩沖區(qū)建立結(jié)果19共三十七頁實(shí)驗(yàn)(shyn)步驟注意，按照缺省的選擇，為一個(gè)圖層中的地物對(duì)象建立緩沖區(qū)后，緩沖區(qū)為一個(gè)新的圖層。在圖層控制欄里，將自動(dòng)增加(zngji)這個(gè)圖層20共

10、三十七頁實(shí)驗(yàn)(shyn)步驟2、疊置分析這里介紹ARCMAP提供的幾種(j zhn)疊置分析方法，供同學(xué)們?cè)谕瓿扇蝿?wù)時(shí)選用21共三十七頁實(shí)驗(yàn)(shyn)步驟圖層擦除（Erase） 圖層擦除是指輸入圖層根據(jù)擦除圖層的范圍大小，將擦除參照?qǐng)D層所覆蓋(fgi)的輸入圖層內(nèi)的要素去處，最后得到剩余的輸入圖層的結(jié)果。從數(shù)學(xué)的空間邏輯運(yùn)算的角度來說，即圖8 擦除圖層的幾種表現(xiàn)22共三十七頁具體操作如下(rxi)：（1）打開ArcToolBox工具箱，在ArcToolBox中選擇Analyst Tools，打開后選擇Overlay中的Erase選項(xiàng)，雙擊打開Erase對(duì)話框（圖9）實(shí)驗(yàn)(shyn)步驟圖92

11、3共三十七頁實(shí)驗(yàn)(shyn)步驟（2）在Erase操作對(duì)話框中填入輸入圖層（Input Features），擦除參照(Erase Feature)，輸出圖層（Output Feature Class）和分類(fn li)容許量及單位。（圖10）圖1024共三十七頁實(shí)驗(yàn)(shyn)步驟（3）單擊OK，進(jìn)行操作，得到(d do)結(jié)果（圖11）圖11 擦除示例25共三十七頁實(shí)驗(yàn)(shyn)步驟交集操作（Intersect） 交集操作是得到兩個(gè)圖層的交集部分，并且原圖層的所有屬性將同時(shí)在得到的新的圖層上顯示出來。在數(shù)學(xué)運(yùn)算上表現(xiàn)如， （A,B分別是進(jìn)行交集的兩個(gè)圖層）。由于點(diǎn)，線，面三種要素都有可能獲

12、得交集所以(suy)它們的交集的情形有七種，現(xiàn)舉例如下（圖12）： 26共三十七頁圖12點(diǎn)，線，面相交的幾種(j zhn)類型 27共三十七頁實(shí)驗(yàn)(shyn)步驟交集(jioj)操作在ArcGIS中的實(shí)現(xiàn)如下（以多邊形為例）： 從ArcToolbox中選擇Analyst Tools，打開后選擇Overlay中的 Intersect選項(xiàng)，打開其對(duì)話框（圖13）圖13 Intersect 對(duì)話框28共三十七頁實(shí)驗(yàn)(shyn)步驟然后逐個(gè)輸入要進(jìn)行(jnxng)相交的圖層（Input features），按右邊的“加號(hào)”來將圖層添加進(jìn)來， 在中間“Features”組合框內(nèi)的就是要進(jìn)行相交操作的圖層

13、列表，輸入要輸出的文件的路徑和名稱（Output Feature Class），同時(shí)在下方的屬性字段中選擇要進(jìn)行連接的屬性字段（Join Attributes）或全部，輸出文件的類型，也可以對(duì)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行相關(guān)的設(shè)置，單擊OK進(jìn)行交集操作，輸出結(jié)果如圖14。 在此之中要注意的是，同時(shí)當(dāng)輸入幾個(gè)圖層是不同維數(shù)時(shí)（例如線和多邊形，點(diǎn)和多邊形，點(diǎn)和線），輸出的結(jié)果的幾何類型也就會(huì)是輸入圖層的最低維數(shù)據(jù)的幾何形態(tài)。 29共三十七頁圖14 交集操作(cozu)實(shí)現(xiàn)30共三十七頁實(shí)驗(yàn)(shyn)步驟此外，還可以實(shí)現(xiàn)均勻差值（Symmetrical difference，從Arctoolbox中選擇Analy

14、st Tools，打開后選擇Overlay中的Symmetrical Difference選項(xiàng)，打開其對(duì)話框進(jìn)行(jnxng)操作） 圖層聯(lián)合（Union，從ArcToolBox中選擇Analyst Tools，打開后選擇Overlay中的Union選項(xiàng)，打開對(duì)話框進(jìn)行操作）等疊加功能，請(qǐng)同學(xué)們自己實(shí)驗(yàn)。注意，在對(duì)話框中進(jìn)行設(shè)置時(shí)，應(yīng)仔細(xì)閱讀對(duì)話框上提供的文字提示，依據(jù)其提示，進(jìn)行合適的選擇 31共三十七頁圖15： 均勻(jnyn)差值實(shí)現(xiàn)32共三十七頁圖15： 圖層合并(hbng)實(shí)現(xiàn)33共三十七頁實(shí)驗(yàn)(shyn)步驟任務(wù)：選擇一個(gè)合適的區(qū)域作為住宅用地，要求1、距離公園200米以內(nèi)2、距離中學(xué)500米以內(nèi)3、距離所有的道路至少100米實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求寫出求取(qi q)該區(qū)域的具體步驟，及執(zhí)行該步驟的目的34共三十七頁結(jié)果(ji gu)35共三十七頁思考題1、如何為同一圖層中的不同(b tn)類型地物建立不同(b tn)寬度的緩沖區(qū)（如為道路圖層中的不同(b tn)類型道路建立不同(b tn)寬度的緩沖區(qū)）2、請(qǐng)?jiān)敿?xì)區(qū)分不同疊加類型產(chǎn)生的結(jié)果36共三十七頁內(nèi)容摘要GIS原理實(shí)驗(yàn)三 GIS空間分析。GIS原理實(shí)驗(yàn)三 GIS空間分析。在GIS的應(yīng)用研究中，經(jīng)常涉及多要素(yo s)的綜合問題。3、掌握利用Ar