GIS實驗三-空間分析課件

1、1實驗三 GIS空間分析教師：2實驗?zāi)康脑贕IS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)劃與評價時，既要考慮各類評價因子數(shù)據(jù)的獲取和模型計算，又要考慮評價單元的確定，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。本實驗的目的是讓學(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。3實驗要求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)的給類具體方法3、掌握利用ARC/INFO軟件來實現(xiàn)空間疊加技術(shù)和緩沖區(qū)分析技術(shù)4、利用這兩種空間分析技術(shù)，解決提出的問題。4實驗內(nèi)容1、利用提供的實驗數(shù)據(jù)，掌握在ARC/INFO中如何進(jìn)行緩沖區(qū)分析2、利用提供的實驗

2、數(shù)據(jù)，掌握在ARC/INFO中如何進(jìn)行空間疊加分析3、利用提供的實驗數(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5實驗技術(shù)1、緩沖區(qū)分析技術(shù)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，因此對于一個給定的對象A，它的緩沖區(qū)可以定義為： （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） 6實驗技術(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，常用的對于點狀要素有圓形，也有三

3、角形、矩形和環(huán)形等；對于線狀要素有雙側(cè)對稱、雙側(cè)不對稱或單側(cè)緩沖區(qū)；對于面狀要素有內(nèi)側(cè)和外側(cè)緩沖區(qū)，雖然這些形體各異，但是可以適合不同的應(yīng)用要求，建立的原理都是一樣的。點狀要素，線狀要素和面狀要素的緩沖區(qū)示意圖如圖1圖17實驗技術(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)主題層組成的各個數(shù)據(jù)層面進(jìn)行疊置產(chǎn)生一個新的數(shù)據(jù)層面，其結(jié)果綜合了原來兩個或多個層面要素所具有的屬性，同時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數(shù)據(jù)層的屬性聯(lián)系起來產(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，還必須查驗疊加層面之間

4、的基準(zhǔn)面是否相同。 8實驗技術(shù)從原理上來說，疊置分析是對新要素的屬性按一定的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計算分析，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、識別疊加、交集操作、均勻差值、圖層合并和修正更新。9主要儀器及試材1、硬件和軟件 計算機(jī) Arc/Info軟件2、所需材料 擁有多個圖層的數(shù)字化的矢量地圖（可選用本地區(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）；10本實驗數(shù)據(jù)介紹本實驗數(shù)據(jù)放在文件夾的data目錄下，實驗數(shù)據(jù)為西安式的數(shù)字化地圖，包括道路（n

5、etwork）、學(xué)校(school)、超市(Marketplace)和著名景點(famous place)四個圖層組成，其中道路層為線圖層，其他圖層均為點圖層空間坐標(biāo)的單位為米11實驗步驟注意，這里所介紹的實驗步驟，只是介紹如何實現(xiàn)各種分析功能，并不是你們做實驗時完成實驗任務(wù)的精確步驟。完成實驗任務(wù)的步驟要依靠你們在熟悉各種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。12實驗步驟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）來實現(xiàn)的，它是根據(jù)給定的緩沖區(qū)的距離，對點狀、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)

6、構(gòu)，從操作對象、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)。下面來介紹在ArcGIS中建立緩沖區(qū)。 13實驗步驟對一個區(qū)域內(nèi)的點的影響覆蓋范圍（以1000米為例）做分析： （1） 對點文件school.shp進(jìn)行分析操作，首先打開菜單Tools下的Customize選擇Command標(biāo)簽；（2） 在彈出的Command對話框中（如圖2）在左邊的Categorie框中選擇Tools，在出現(xiàn)右邊的Command框中選擇Buffer wizard，拖動其放置到工具欄上的空處，出現(xiàn)圖標(biāo) 圖2 buffer wizard添加對話框 14實驗步驟利用選擇工具 選擇要進(jìn)行分析的點狀要

7、素，然后點擊 圖標(biāo)，出現(xiàn)Bufferwizard對話框，如圖3，選擇要進(jìn)行緩沖區(qū)分析的shape文件（如School.shp），其中有選擇要素和未選擇要素時在Use only the selected feature復(fù)選框前打勾（僅對已選擇主題中的元素進(jìn)行分析），單擊下一步15實驗步驟（4） 這時打開的是緩沖區(qū)分析形式對話框（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)們通過閱讀其提示自己理解：圖4 緩沖區(qū)分析建立類型選擇對話框16實驗步驟（5）選擇普通緩沖區(qū)，單擊下一步，給定100米（或其他距離）作為緩沖范圍，在下面選擇合適的單位（圖5）圖5 緩沖區(qū)距離選擇對話框17實

8、驗步驟（6）最后一步單擊下一步（圖6），選擇緩沖區(qū)融合方式和結(jié)果存放地址18實驗步驟（7）單擊完成，進(jìn)行緩沖區(qū)建立，圖7。不同的緩沖區(qū)建立方法形式得到的緩沖區(qū)也有一定的區(qū)別，在實際應(yīng)用中要根據(jù)不同的需要和應(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實驗步驟注意，按照缺省的選擇，為一個圖層中的地物對象建立緩沖區(qū)后，緩沖區(qū)為一個新的圖層。在圖層控制欄里，將自動增加這個圖層20實驗步驟2、疊置分析這里介紹ARCMAP提供的幾種疊置分析方法，供同學(xué)們在完成任務(wù)時選用21實驗步驟圖層擦除（Erase） 圖層擦除是指輸入圖層根據(jù)擦除圖層的范圍大小，將擦除參照圖層所覆蓋的輸入圖層內(nèi)的要素去處

9、，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實驗步驟具體操作如下：（1）打開Arcmap主界面，點擊 （即ArcToolBox按鈕）打開ArcToolBox工具箱，在ArcToolBox中選擇Analyst Tools，打開后選擇Overlay中的Erase選項，雙擊打開Erase對話框（圖9）圖923實驗步驟（2）在Erase操作對話框中填入輸入圖層（Input Features），擦除參照(Erase Feature)，輸出圖層（Output Feature Class）和分類容許量及單位。（圖10）圖1024實驗步驟（3）單擊OK，進(jìn)行操

10、作，得到結(jié)果（圖11）圖11 擦除示例25實驗步驟交集操作（Intersect） 交集操作是得到兩個圖層的交集部分，并且原圖層的所有屬性將同時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)行交集的兩個圖層）。由于點，線，面三種要素都有可能獲得交集所以它們的交集的情形有七種，現(xiàn)舉例如下（圖12）： 26圖12點，線，面相交的幾種類型 27實驗步驟交集操作在ArcGIS中的實現(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，打開其對話框（圖13）， 圖13 Intersect 對話框28實驗步

11、驟然后逐個輸入要進(jìn)行相交的圖層（Input features），按右邊的“加號”來將圖層添加進(jìn)來， 在中間“Features”組合框內(nèi)的就是要進(jìn)行相交操作的圖層列表，輸入要輸出的文件的路徑和名稱（Output Feature Class），同時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，同時當(dāng)輸入幾個圖層是不同維數(shù)時（例如線和多邊形，點和多邊形，點和線），輸出的結(jié)果的幾何類型也就會是輸入圖層的最低維數(shù)據(jù)的幾何形態(tài)。 29圖14 交集操作實現(xiàn)30實驗步驟此外，還可以實現(xiàn)均勻差值（Symmetrical difference，從Arctoolbox中選擇Analyst Tools，打開后選擇Overlay中的Symmetrical Difference選項，打開其對話框進(jìn)行操作） 圖層合并（Union，從ArcToolBox中選擇Analyst Tools，打開后選擇Overlay中的Union選項，打開對話框進(jìn)行操作）等疊加功能，請同學(xué)們自己實驗。注意，在對話框中進(jìn)行設(shè)置時，應(yīng)仔細(xì)閱讀對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圖15： 均勻差值實現(xiàn)