ARCGIS10.0空间分析方法与GIS典型应用例证

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1、、实验目的1掌握ArcGIS缓冲区分析、叠置分析、网络分析方法。2、熟悉ArcGIS的空间统计、栅格计算方法。3、综合利用矢量数据空间分析中的缓冲区分析和叠置分析解决实际问题。4、学会用ArcGIS9进行各种类型的最短路径分析，了解内在的运算机理。5、熟练掌握利用 ArcGIS上述空间分析功能分析和结果类似学校选址的实际应用问题的基 本流程和操作过程。二、主要实验器材（软硬件、实验数据等）计算机硬件：len ovoideapadY460N计算机软件：ArcGIS10.0软件实验数据：ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程随书光盘的第七章、第八章等三、实验内容与要求1、空间缓冲区分析。（1）为

2、点状、线状、面状要素建立缓冲区。1）打开菜单“自定义”下的“自定义模式”，在对话框中选择“命令”，在“类别” 中选择“工具”，在右边的框中选择“缓冲向导” （如图1所示），拖动其放置 到工具栏上的空处。工具聚砂 命令迭顷糾显示包含以下内容的命令奠别（G）：翕令）：Tr acki n.g Ariifi-Lye t Tr acki ng Ajrialys t tfMS图亘XML支持TL何爵墓务析工具数据岸（G soda tat样式硏祐 样式苜逵器“， 済加XY攻鼠A“ 令堕图王具釜 H類屯向导間“ :Z工亘奚描违建盘 !川文件J 关闭图1提岀“缓冲向导”2）利用选择工具选择要进行分析的点状要素，然

3、后点击M,在“缓冲向导”对话框设置缓冲区信息，如图 2及图3所示。图2线状缓冲区信息设置1图3线状缓冲区信息设置 23）利用选择工具选择要进行分析的线状要素，然后点击1,在“缓冲向导”对话框设置缓冲区信息。4）利用选择工具选择要进行分析的面状要素，然后点击M，在“缓冲向导”对话框设置缓冲区信息，如图4所示。图4面状缓冲区信息设置2、学校选址。要求：(1) 新学校选址需注意如下几点：1) 新学校应位于地势较平坦处；2) 新学校的建立应结合现有土地利用类型综合考虑，选择成本不高的区域；3) 新学校应该与现有娱乐设施相配套，学校距离这些设施愈近愈好；4) 新学校应避开现有学校，合理分布。(2) 各数

4、据层权重比为：距离娱乐设施占0.5,距离学校占0.25, 土地利用类型和地势位置因素各占0.125。(3) 实现过程运用 ArcGIS的扩展模块(Extension)中的空间分析(Spatial Analyst)部分功能，具体包括：坡度计算、直线距离制图功能、重分类及栅格计算器等功能完 成。(4) 最后必须给出适合新建学校的适宜地区图，并对其简要进行分析。 具体操作：(1) 打开加载地图文档对话框，选择E:Chp8Ex1school.mxd 。(2) 从DEM数据提取坡度数据集：打开工具箱Spatial Analyst工具”宀表面分析”宀坡度”工具；在打开对 话框中设置，如图5所示；生成坡度图

5、，如图 6所示。图5 “坡度”对话框设置图6坡度图0.033474155 * 7.6527L2O12 72712013 -13249131 13JM591S2 lB5fl277Bl13.C5K77S2-24,30215772420215771 2934W27629.W5O3761 - 55,5899174935JS95175 - 40.951K33& 4016034-蚯虻23&29 46段52矚孰6813916 汨氏加加廿磁4281(3) 从娱乐场所数据“ Rec_sites”提取娱乐场所欧氏距离数据集：打开工具箱Spatial Analyst工具”宀“距离分析”宀“欧氏距离”工具；在打开 对

6、话框中设置，如图7所示；生成欧氏距离数据集，如图8所示。图7 “欧氏距离”对话框设置二血加任 二血皿I 匸示臓二玄口凶1 嘉出:瓷 划側呦也扯糊罰泊I心益1 眾駝和岷删曲 皱螂飘-倔細乐 JUBC7M1W32S图8娱乐场所欧氏距离图(4) 从现有学校位置数据“ School ”提取学校欧氏距离数据集，方法如上，生成学校直线距离数据集，如图 9所示。5蹄如7i,raM94214&18129ra卑.1址宜-：】工城】222.1711 .Jo 27?296:62-0-5324*1532为址，竝1554图9学校欧氏距离图3704532472-4MM3SK5444.ym-51&ej4M59:16 5Ji

7、54a 5口二5扫53（5）重分类数据集。1）重分类坡度数据集：采用等间距分级分为10级（如图10）;在平坦的地方适宜性好，赋以较小的适宜性值，陡峭的地区赋比较大的值（如图11）；得到坡度适宜性数据图，如图 12所示。图10采用等间距分级分为10级_魯麻 Wirt Bsh.K -二*.对工4l-.UKV-na 重AitP-丄皿二亡口 . .tirriE1 ExJ LtLK*：.Et -IwLL将誉工己茎西F肛UM亠冋送；7.arflEab图12重分类坡度图12)重分类娱乐场所欧氏距离数据集： 新学校距离娱乐场所比较近适宜性好， 采用 等间距分级分为 10级，距离娱乐场所最近适宜性最高，赋值 1

8、，距离最远的 地方赋值10。得到娱乐场所适宜性图如图 13。图13重分类娱乐场所图7 8 9 1図田口口口口口口口口3)重分类现有学校欧氏距离数据集：考虑到新学校距离现有学校比较远时适宜性 好，采用分级分为 10级，距离学校最远的单元赋值1,距离最近的单元赋值10。得到重分类学校距离图 14。图14重分类学校距离图4）重分类土地利用数据集：在考察土地利用数据时，容易发现各种土地利用类型 对学校适宜性也存在一定的影响。重分类时，勾选将缺失值更改为 NoData ”，删除旧值为4、7、9的新值（如图15）;然后根据用地类型给各种类型赋值， 深色部分为比较适宜区，浅色部分表示适宜性比较差，白色表示该

9、处不允许建学校，如图16。图15重分类设置重分芙一 61旦W图16 土地类型重分类.1 口口 口口口miss ing data publicTran stio nal Agriculture Vegetable City cen ter forestBarre n land，对各个重分类后数reclass la （土地利用（6）适宜区分析。打开Spatial Analyst工具”宀地图代数”宀栅格计算器” 据集的合并计算，最终适宜性数据集的加权计算公式为：reclass rec （娱乐场所）* 0.5 + reclass sch （现有学校）* 0.25 + 数据）* 0.125 +recla

10、ss_slop1 （坡度数据）* 0.125得到最终适宜性数据集（图17）,适宜性较高区域（深色部分）为推荐学校选址区域。娱乐场所现有学校图17适宜性学校选址3、市区择房。要求：（1） 所寻求的市区是噪声要小，距离商业中心要近，要和各大名牌高中离的近以便小孩 上学，离名胜古迹较近环境优雅。综合上述条件，给定一个定量的限定如下：离主要市区交通要道 200米之外，交通要道的车流量大，噪音产生的主要源于此 （ST为道路类型中的主要市区交通要道）；距大型商业中心的影响，以商业中心的大小来确定影响区域，具体是以其属性字 段 YUZHI ；距名牌高中在750米之内，以便小孩上学便捷； 距名胜古迹500米之

11、内。（2） 将满足上述条件的其中一个条件的取值为1，不满足的取值为 0，即如果满足距主要市区交通要道 200米之类，取值为 1,反之为0;其他亦是如此，最后将其累加 得到分级。即满足三个条件的累加得到3,满足2个条件的得到2，最后将全部分成4级。操作：（1） 建立主干道噪音缓冲区。1）选择交通网络图层（network.shp），打开图层的属性表，点击“表选项”，在菜单中选择 “按属性选择”，在“按属性选择”对话框中，左边选择“ TYPE， 双击将其添加到对话框下面SQL算式表中，点中间“=”，再单击“获取唯一值”将TYPE的全部属性值加入上面的列表框中，然后选择“ST属性值，双 击添加到SQL

12、算式表中（如图18），将市区的主要道路选择出来。图18 “按属性选择”对话框设置2）点击缓冲区按钮1对选择的主干道进行缓冲区的建立，首先在缓冲区对象图层选择交通网络图层（network），然后选中“仅使用所选要素”；3）确定尺寸单位，选择第一种缓冲区建立方法，指定缓冲区半径为200米；4）由于不是分别考虑一个图层的各个不同的要素的目的，所以我们在这里选择的是第一种边界设定类型，然后指定好缓冲区文件的存放路径和文件名后，单击“完成”，完成主干道噪音污染缓冲区的建立，如图19。I_I图19主干道噪音缓冲区（2）建立商业中心影响范围缓冲区。1）建立大型商业中心的影响范围。首先点击缓冲区按钮卞，在缓冲

13、区对象图层选择商业中心分布图层（network）；2）确定尺寸单位，选择第一种缓冲区建立方法，以其属性字段YUZHI为缓冲区半径；3）选择的是第一种边界设定类型，指定好缓冲区文件的存放路径和文件名；完成商业中心影响范围缓冲区的建立，如图20。图20商业中心影响范围缓冲区（3）建立名牌高中的影响范围。1）点击缓冲区按钮在缓冲区对象图层选择名牌高中分布图层（school ）；2）确定尺寸单位米，选择第一种缓冲区建立方法，指定750米作为半径；3）选择的是第一种边界设定类型，然后指定好缓冲区文件的存放路径和文件名后,完成名牌高中的覆盖范围缓冲区的建立，如图21。图21名牌高中的影响范围(4) 名胜古

14、迹的影响范围建立。1) 点击缓冲区按钮一 ,在缓冲区对象图层选择名胜古迹分布图层(famous place );2) 确定尺寸单位，选择第一种缓冲区建立方法，指定500米作为缓冲区半径；3) 选择的是第一种边界设定类型，指定好缓冲区文件的存放路径和文件名，完成名胜古迹的覆盖范围缓冲区的建立，如图22。图22名胜古迹的影响范围(5) 进行叠置分析将满足上述四个要求的区域求出。1) 将商业中心影响范围、名牌高中的影响范围和名胜古迹的影响范围进行叠置分析的交集操作，可以将同时满足三个条件的区域计算出。打开工具箱，选择“分 析工具”7“叠加分析”7“相交”工具，打开交集操作对话框，将商业中心 的缓冲区

15、、名牌高中的缓冲区和名胜古迹的缓冲区分别添加进来，设定输出文 件名并选择全部字段，输出类型和输入类型一样，获得同时满足三个条件的交 集区域，如下图所示。图23满足三个条件的区域2）禾U用主干道噪音缓冲区对获得的三个区域的交集进行图层擦除操作，获得同时 满足四个条件的区域，打开工具箱，选择“分析工具”7“叠加分析”7“擦 除”工具，设置“擦除”对话框（如图24）,获得同时满足四个条件的交集区域的获得，即购房者的最佳选择区域，如图25。图24 “擦除”对话框的设置图25购房者的最佳选择区域（6）为了便于购房者的选择有更大的余地，更直观地，综合上述四个因子， 对整个市区进行分等定级，分级标准是：满足

16、其中四个条件为第一等级；满足其中三个条件为第二等级；满足其中两个条件为第三等级；满足其中一个条件为第四等级；完全不满足条件的为第五等级。1）分别打开商业中心，名牌高中和名胜古迹影响范围的缓冲区图层的属性列表，添加一个 market, school和famous字段，并全部赋值为 1,）将主干道噪音缓 冲区图层的属性列表中添加 voice字段，全部赋值为-1，这里取-1的原因是所 取的噪音缓冲区之外的才是所要获得的区域。2）打开工具箱，选择“分析工具”7“叠加分析”7“联合”工具，在“联合” 对话框设置，在四个缓冲区逐个添加进去，同时设定输出图层的地址和文件名 将全部字段连接，得到四个区域的叠加

17、合并图，如下所示：图26四个缓冲区的叠加图3）打开生成的联合文件图层属性列表，添加一个短整型字段class,然后保留FID ,Shape*，class，market，voice，school 禾口 famous 字段，然后在编辑器”工具 栏下来菜单中选择“开始编辑”，然后在属性列表中的class字段上单击右键，选择“字段计算器”，在“字段计算器”对话框设置，使得class=market+voice+school+famous，即将其进行分等定级（如图 27），就将四个 因子进行了一个简单的综合，同时也可以根据最后的区域的class的属性值将全部的研究的区域进行了等级的划分：3;第二等级：数值为

18、 2；1 ;第四等级：数值为 0；-1。第一等级：数值为 第三等级：数值为 第五等级：数值为A 1HDJIQ4MertiB:RII s4）最后在Union图层属性中将图层设置成以class字段分级显示，最后得到整个市区的分等定级图。颜色越深，则满足的条件就越多，是优选区域；而相对的 颜色浅的区域则是满足的条件就越少，区域就不是优选区域，如图28。U第五等级 n第四等级 口第三等级 第二等级 第一等级图28市区分等定级图4、最短路径问题分析与应用。要求：（1）网络中指定一个超市，要求分别求出在距离、时间限制上从家到超市的最佳路径。（2）给定访问顺序，按要求找出从家经逐个地点达到目的地的最佳路径。

19、 操作：1）加载数据集city。2）将点状要素place以HOME字段属性值进行符号化，1值是家，0值是超市。3）无权重最佳路径的选择：1）在“几何网络分析”工具条上，点选“添加交汇点标记工具”，将旗标放在家和想要去的超市点上。2）确认在“分析”下拉菜单中的“选项”按钮打开的“分析选项”对话框中的“权重”和“权重过滤器”标签项全部是“无”，这样使得进行的最短路径分析是完全按照这个网络自身的长短来确定的。3）点选“追踪任务”下拉菜单选择“网络路径分析”。单击“解决”工具，则最短路径将显示出来，这条路径的总成本将显示在状态列，如下图所示：图29无权重加权最佳路径选择4）加权最佳路径的选择：1）在“

20、几何网络分析”工具条上，点选“添加交汇点标记工具”，将旗标放在家和想要去的超市点上。2）在“分析”下拉菜单中的“选项”按钮打开的“分析选项”对话框中的“权重”标签，在边的权重”上，全部选择长度（len gth）权重属性。3）点选“追踪任务”下拉菜单选择“网络路径分析”。单击“解决”工具，则以长度为比重为基础的最短路径将显示出来，这条路径的总成本将显示在状列， 如下图所示：图30长度加权最佳路径4）上述是通过距离的远近选择而得到的最佳路径，而不同类型的道路由于道路车流量的问题，有时候要选择时间较短的路径，同样可以利用网络分析进行获得最佳路径（如图31）。这里的时间属性是在建网之前，通过各个道路的

21、类型 （主干道，次要道等）来给定速度属性，然后通过距离和速度的商值确定的，并将 其作为属性设定于每个道路上，这里没有考虑红灯问题以及其他因素，而是一种理想情况，不过可以将其他的要素可以逐渐加入来完善。IjgJ ITHLFHOME窗 CJTyJMffCjunctioi*s注：总共花费的时间是 9.27minutes图31时间加权最佳路径（3）按要求和顺序逐个对目的点的路径的实现:1）在“几何网络分析”工具条上，点选“添加交汇点标记工具”，将旗标按照车辆访问的顺序逐个放在点上。2）在“分析”下拉菜单中的“选项”按钮打开的“分析选项”对话框中的“权重”标签，在边的权重”上，全部选择长度（len gt

22、h）权重属性。3）点选“追踪任务”下拉菜单选择“网络路径分析”。单击“解决”工具，则32所示。图32距离权重的逐点路径从起点按顺序逐一经过超市然后最后回到家的最短有效路径将显示出来，这条 路径的总成本将显示在状态列，如图4）同样是经过这7个地点，换成权重是时间，由于道路车流量的不同，如在市中 心车流量特别大，车速慢，故而为节约时间，所以使得路经发生很大的改变， 而从外围的道路行驶了，如图 33所示。图33时间权重的逐点路径（4）阻强问题。1）修路的情形出现，即某个路段不可运行，这在网络中的表现是设置阻强，方法 有两种，一种是永久性的，直接将网络边要素的属性修改成不可运行。操作是 选择要进行设置

23、的边要素，将其属性中的Enabled字段改成 False即可；另一种是暂时性的，设置边要素障碍。即利用“添加边障碍”工具设置边。取同 上述距离加权相同的超市为地点，假设其中一条路段正在修路，则产生的新的最佳路径，如图 34 （图中标注“X”即为阻强设置边）。可以看出路段的维修 状况使得最佳路径产生了改变，同时最近距离也随之发生改变。图34有边阻尼的距离加权最佳路径2）十字路口发生问题， 即网络中的结点不可运行，这时在网络中的表现也是设置阻强，方法和线状要素的一样，改变结点属性或利用“添加交汇点障碍”工具 设置点，取同上述距离加权相同的超市为地点，假设其中某个路口出现阻塞， 利用该方法产生最佳路径，如图35。图35有点阻尼的距离加权最佳路径以上这个例子一一从家到超市的最佳路径选择这个方面简单说明了网络分析中的最短路径问题对于实际之中有什么主要的用途，以及随着实际情况的改变，而对网络中要素的变化对最佳路径的产生什么样的影响，相信随着要素的健全， 实际因素的添加等因子的辅助一定会使得网络分析在指导现实生活发挥着越来越大的作用。