ARCGIS10.0--空间分析方法与GIS典型应用例证

1、一、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：lenovo ideapad Y460N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

2、） 为点状、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。图1 提出“缓冲向导”2) 利用选择工具选择要进行分析的点状要素，然后点击，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2 3) 利用选择工具选择要进行分析的线状要素，然后点击，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，在“缓冲向导” 对话框设置缓冲区信息，如图4所示。

3、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

4、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” “表面分析” “坡度”工具；在打开对话框中设置，如图5所示；生成坡度图，如图6所示。图5 “坡度”对话框设置图6 坡度图（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” “距离分析” “欧氏距离”工具；在打开对话框中设置，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”对话框设置图8 娱乐场所欧

5、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。图9 学校欧氏距离图（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 图11 适宜性设置 图12 重分类坡度图2) 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，距离最远的地方赋值 10。得到娱乐场所适宜性图如图

6、13。 图13 重分类娱乐场所图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，白色表示该处不允许建学校，如图16。图15 重分类设置missing datapublic

7、TranstionalAgricultureVegetableCity centerforestBarren land 图16 土地类型重分类（6） 适宜区分析。打开“Spatial Analyst 工具” “地图代数”“栅格计算器”，对各个重分类后数据集的合并计算，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 + reclass_la（土地利用数据）* 0.125 +reclass_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

8、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：l 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）；l 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；l 距名牌高中在750米之内，以便小孩上学便捷；l 距名胜古迹500米之内。（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

9、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 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

10、冲区按钮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。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，在缓冲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

11、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） 名胜古迹的影响范围建立。1) 点击缓冲区按钮，在缓冲区对象图

12、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”“叠加分析”“相交”工具，打开交集操作对话框，将商业中心的缓冲区、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

13、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) 利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”“叠加分析”“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：l 满足其中四个条件为第一等级；l 满足其中三个条件为第二等级； l 满

14、足其中两个条件为第三等级； l 满足其中一个条件为第四等级； l 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”“叠加分析”“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合并图，如下所示：图26 四个缓冲区的叠

15、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和 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：第一等级：数值为 3； 第二等级：数值为 2； 第三

16、等级：数值为 1； 第四等级：数值为 0； 第五等级：数值为-1。 图27 设置“字段计算器”对话框4) 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。第五等级第四等级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。操作：1) 加载数据集city。2

17、) 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)

18、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) 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（length）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

19、之前，通过各个道路的类型（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。 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（length）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32所示。图32 距离权重的逐点路径4) 同样是经过这 7