空间选择和空间分析

空间查找与空间分析一、 实验目的：学习空间数据查找（选择）与空间分析。练习图斑的查找方法，缓冲区分析的方法，学习空间数据合并，空间数据的去除、空间数据叠加等空间分析方法，并以市区购房选址为例进行练习。二、 实验内容：要素选择：ArcMap提供了多种手段选择图形要素，如单个要素选择、多个要素选择等，并且可以对选择的要素进行各种操作，如显示参数调整、统计分析、转换输出等。1、利用选择要素工具选择在ArcMap图形界面中，利用选择要素工具（SelectFeaturesTool）选择操作，主要的选择步骤包括：设置可选择的图层、设置选择“选项”，进行单要素选择或多要素选择。（1） 选择Selection菜单下的SetSelectableLayers（设置可选择图层）命令，打开SetSelectableLayers对话框。并根据需要进行选择图层。（2） 选择Selection菜单下的InteractivSelectionMethod（交互选择方法）中的命令，确定选择方法。（3） 选择Selection菜单下的Options命令，打开SelectionOpitons（选择选项）对话框。（4） 在InteractiveSelection选项组中确定选择框与选择要素的关系。（5） 在Selection文本框中确定选择要素误差范围为3。（6） 在SelectionColor（选择颜色）选项组中确定选择要素高亮度显示的颜色。（7） 单击OK按钮，完成选择设置。（8） 在Tools工具栏中单击SelectFeatures按钮。（9） 单击要选择的要素（按住Shift并单击多个要素，可选择多个要素）。（10） 或按住鼠标在ArcMap图形窗口中拖动形成一个长方形或矩形，将需要选择的要素框起来，需要选择更多要素时，可以按住Shift键，再次定义要素选择框。或者选择Selection菜单下的InteractiveSelectionMethod中的AddtoCurrentSelect（添加到当前选择中）。2、通过要素属性选择在GIS中，图形与属性是一体化管理。所以，也可以借助属性选择图形要素。其主要原理是通过属性选择对话框，按照结构化查询语言（SQL），建立由属性字段、逻辑或算术运算符号、属性数值或字符串组成的选择条件表达式，然后按照选择条件选择所需要的图形要素。在ArcMap中，利用属性选择要素的主要步骤如下。（1） 在TableofContent（内容列表）中，右击需要进行选择操作的图层，在弹出的快捷菜单中选择OpenLayerProperties（打开图层属性）命令，打开图层属性表。（2） 单击属性表记录前面的灰色按钮选择记录，图形要素同时被选中。也可以按住Shift键，并单击属性表记录最前面的灰色按钮选择多个要素。或者单击图层属性表右下侧“选项”列表中的“通过属性选择”，打开SelectByAttributes（通过属性选择）对话框。或者单击Selection菜单下的SelectByAttributes命令。（3） 在Layer（图层）下拉列表框中确定包含查找属性的数据层。（4） 在Method（方法）下拉列表中确定选择的方法为Createanewselection。（5） 在Field（字段）列表框中选择字段，并双击左键，将字段添加到SQL表达式列表框中。在逻辑操作符面板单击需要的操作符。在UniqueValues列表框中选择属性值，并双击左键。这样，就建立了一个完整的SQL条件表达式。（6） 单击Apply（应用）按钮。则符合条件的记录将被选择，相应的图形要素以高亮度显示。注：此方法也可以用于查找符合特定条件的要素。3、根据空间位置选择根据空间位置选择就是通过空间位置查找要素，按照同一数据层不同要素之间或不同数据层的不同要素之间的空间关系，采用各种判断方法选择图层要素。例如，按照城市与铁路的空间位置关系来查找作为铁路交通枢纽的重要城市，按照城市与行政区划的空间位置关系在世界范围查找中国的城市等。ArcMap提供的空间位置关系表达式主要有以下几种。Intersect（相交）：选择与参与要素相交的图形要素，包括以参考要素作为边界的那些图形要素。例如，查找“农田'相交’灌溉渠道”，结果是所有包含灌溉渠道的农田都被选中，无乱穿越农田还是完全位于农田内部；同时，以灌溉渠道为边界围合的农田也将被选中。Arewithinadistanceof（在一个距离内）：选择与同一数据层的某个或某些要素距离一定值的图形要素，当距离值为零时，就是选择与这些要素相邻或相接的图形要素。例如，选择“与居住区距离为1公里的学校”，则距离居住区1公里内的所有学校都会被查找。CompletelyContain（完全包括）：选择多边形要素，条件是多边形完全包含另一个数据层的要素。例如，“湖泊'完全包含’陆地”，则选择那些中间具有岛屿的湖泊。如果附加条件是“缓冲距离二1公里”，那么中间具有岛屿，岛屿距离湖岸1公里的湖泊将被选中。ArcCompletelywithin（完全位于）：选择完全被另一个数据层的多边形要素包含的图形要素。例如，“绿地'完全位于’城市”，则城市绿地将被选中。HaveTheirCenterIn（中心位于）：选择多边形要素，则这些多边形要素的中心位于另一个数据层的多边形要素中。例如，查找“林地'中心位于’北京”，则所有属性为林地的多边形，其中心位于北京市行政区划范围内的都被选中。但本方法不能用于选择点状要素。Sharealinesegmentwith（与…共线）：选择那些与其他要素具有Segments（公共边线）、Vertices（结点）、Node（端点）的要素。例如“建筑物'与共线’街道”，则邻街的建筑物将被选中。穿过线的线与多边形要素不被选中。TouchtheBoundaryOf（边界相接）：选择与另一个数据层的要素边界（Bounday）具有相接（Touch）关系的图形要素。如果利用多边形图层要素，本方法可以选择与多边形具有公共线段、结点或顶点的多边形或现状要素，但穿过多边形边界的线或多边形将不被选中。此方法可用于选择点状要素。AreIdenticalTo（等同于）：选择与另一个数据层的要素具有相同几何特性的图形要素。要素类型必须相同，即必须利用多边形选择多边形，线选择线，点选择点。AreCrossedByTheOutlineOf（被…边界线围绕）：选择被另一个数据层的图形要素覆盖（Overlay）的图形要素。例如，插好“农田被灌溉渠道包围”，则所有与灌溉渠道发生覆盖关系的农田都被选中，无论渠道是穿越农田还是完全位于农田。Contain（包含）：与CompletelyContain有共同点，区别在于所选择的要素既包括完全包含的要素，也包括部分包含的要素。AreContainBy（包含于）：与Contain相对，与ArcCompletelywithin的区别在于既包括完全被包含的要素，也包括部分被包含的要素。ArcMap中根据空间位置选择图形要素的基本步骤：（1） 在ArcMap窗口中选择Selection，选择SelectByLocation命令，打开SelectByLocation对话框。（2） 在Iwantto下拉列表框中确定选择方法。（3） 在thefollowinglayers列表框中确定选择要素所在的数据层。（4） 在that下拉框中确定要素选择条件为arecompletelywithin。（5） 在thefeaturesinthislayer下拉列表框中确定作为查找空间定位的数据层。（6） 选中Applyabuffertothefeature复选框，确定缓冲距离和单位。（7） 单击Apply按钮。执行选择操作，被选中的要素在图形窗口中以高亮度显示。注：可以利用此种选择方法查找具有某种空间关系的要素。4、依据图形选择要素根据图形选择要素（SelectByGraphic）是指根据要素与图形之间的香蕉关系选择要素。ArcMap中依据图形选择要素的基本步骤：（1） 单击Draw工具栏中的NewGraphicTool（新图形工具）按钮右侧的下三角按钮，在弹出的面板中选择一种工具。（2） 绘制一个新的图形。可以选择FillColor（填充颜色）面板中的NoColor（没有颜色）。这样，在此图形被选中时，可以看到位于图形下面的要素。如果已经存在“图形”要素了，只需选择SelectFeaturesTool，将指定“图形”选中就可以了。（3） 选择Selection菜单中的SetSelectionLayer命令，将要选择要素所在的图层前面的复选框选中。（4） 选择Selection菜单中的SelectByGraphics命令，则与“选中图形”相交或位于“选中图形”内部的图形要素将被选中，以亮色突显出来。注：以上4种选择方法，可综合应用。空间分析1、缓冲区分析缓冲区分析（Buffer）是对选中的一组或一类地图要素（点、线或面）按设定的距离条件，围绕其要素而形成一定缓冲区多边形实体，从而实现数据在二维空间得以扩展的信息分析方法。缓冲区应用的实例有如：污染源对其周围的污染量随距离而减小，确定污染的区域；为失火建筑找到距其500米范围内所有的消防水管等。缓冲区类型：点状要素缓冲区、线状要素缓冲区、面状要素缓冲区。ArcGIS中建立缓冲区。对一个区域内的邮箱的影响覆盖范围（以1000米为例）做分析：（1） 对点文件邮箱的分布图postbox.shp进行分析操作，首先打开菜单Tools下的Customize选择Command标签；（2） 在弹出的Command对话框中（如图7.4）在左边的Categorie框中选择Tools，在出现右边的Command框中选择Bufferwizard，拖动其放置到工具栏上的空处，出现图标凹；（3）利用选择工具，选择要进行分析的邮箱的点状要素，然后点击叫，出现Bufferwizard对话框，选择要进行缓冲区分析的postbox文件，其中有选择要素和未选择要素时在Useonlytheselectedfeature复选框前打勾（仅对已选择主题中的元素进行分析），单击下一步;（4） 这时打开的是缓冲区分析形式对话框，其中有三种方式选择来进行建立不同种类的缓冲区：1） Ataspecifieddistance是以一个给定的距离建立缓冲区（普通缓冲区）;2） Basedonadistancefromanattribute是以分析对象的属性值作为权值建立缓冲区（属性权值缓冲区）；3） Anmultiplebufferrings是建立一个给定环个数和间距的分级缓冲区（分级缓冲区）。（5） 选择普通缓冲区，给定1000米作为缓冲范围，在下面的选择合适的单位。（6） 最后一步单击下一步。1） 在Dissolvebarriersbetween中选择是否将相交的缓冲区融合在一起；2） 在Createbufferssotheyare选项中对多边形进行的内缓冲和外缓冲的选择；3） 在Whenyouwantthebufferstobesaved选项卡中的是生成文件的选择，第一个是生成一个图形文件，第二个是是否在已经生成的文件上添加，第三个是重新生成一个新的文件，选择最后一个给定其存放路径和文件名；（7） 单击完成，进行缓冲区建立。不同的缓冲区建立方法形式得到的缓冲区也有一定的区别，在实际应用中要根据不同的需要和应用方向来选择合适的建立的形式和方法。2、叠置分析叠置分析是地理信息系统中常用的用来提取空间隐含信息的方法之一，叠置分析是将有关主题层组成的各个数据层面进行叠置产生一个新的数据层面，其结果综合了原来两个或多个层面要素所具有的属性，同时叠置分析不仅生成了新的空间关系，而且还将输入的多个数据层的属性联系起来产生了新的属性关系。其中，被叠加的要素层面必须是基于相同坐标系统的，同一地带，还必须查验叠加层面之间的基准面是否相同。

叠置分析可以分为图层擦除、识别叠加、交集操作、均匀差值、图层合并和修正更新。图层擦除(Erase)：指输入图层根据擦除图层的范围大小，将擦除参照图层所覆盖的输入图层内的要素去除，最后得到剩余的输入图层的结果。具体表现如下所示：多边形与多边形 线与多边形 点与多边形ArcGIS中的具体操作步骤如下：首先打开ArcMap主界面，点击ArcToolbox按钮，打开ArcToolbox工具箱，在ArcToolbox中选择AnalystTools，打开后选择Overlay中的Erase选项，双击打开Erase对话框；在Erase操作对话框中填入输入图层(InputFeatures)，擦除参照(EraseFeature)，输出图层(OutputFeatureClass)和分类容许量及单位，在右下角的环境设置(Environments)中，可以对输入输出数据的参数进行设置；单击OK，进行操作，得到结果。交集操作(Intersect):交集操作是得到两个图层的交集部分，并且原图层的所有属性将同时在得到的新的图层上显示出来。交集的情形有七种。交集操作在ArcGIS中的实现如下(以多边形为例)：从ArcToolbox中选择AnalystTools，打开后选择Overlay中的Intersect选项，打开其对话框，然后逐个输入要进行相交的图层(Inputfeatures)，按右边的“加号”来将图层添加进来，在中间“Features”组合框内的就是要进行相交操作的图层列表，输入要输出的文件的路径和名称(OutputFeatureClass)，同时在下方的属性字段中选择要进行连接的属性字段(JoinAttributes)或全部，输出文件的类型，也可以对环境参数进行相关的设置，单击OK，进行交集操作。在此之中要注意的是，同时当输入几个图层是不同维数时(例如线和多边形，点和多边形，点和线)，输出的结果的几何类型也就会是输入图层的最低维数据的几何形态。图层合并(Union)：是通过把两个图层的区域范围联合起来而保持来自输入地图和叠加地图的所有地图要素。在ArcGIS中实现图层合并的操作是：从ArcToolbox中选择AnalystTools，打开后选择Overlay中的Union选项，打开其对话框，然后逐个输入要进行合并的图层(InputFeatures)，按右边的“加号”来将图层添加进来，在中间“Features”组合框内的就是要进行合并操作的图层列表，输入要输出的文件的路径和名称(OutputFeatures)，同时在下方的属性字段中选择要进行连接的属性字段(JoinAttributes)或全部，输出文件的类型，也可以对环境参数进行相关的设置，单击OK进行合并操作。实例练习：随着商品房的发展，由于房屋的可选择余地越来越大，而且综合考虑孩子成长的缘故，所以越来越多的购房者对房屋的地段、环境，上学是否便捷，是否靠近名校等方面都提出了要求，所以综合考虑上述的因素，购房者就需要从总体上对商品房的信息进行研究分析，从而选择最适宜的购房地段。通过这个例子学生应掌握如何合理利用空间分析中的缓冲区分析和叠置分析解决实际问题。所寻求的市区要求噪声要小，距离商业中心要近，要和各大名牌高中离的近以便孩子容易上学，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米之内。操作步骤：1、主十道噪音缓冲区的建立选择交通网络图层（network.shp），打开图层的属性表，在右下角的打开option选项中，在菜单中选择selectbyattributes，在selectbyattributes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“二”，再单击Getuniquevalues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，单击APPLY按钮，就将市区的主要道路选择出来了。2、 主十道噪音缓冲区的建立（1） 在使用缓冲区分析之前，我们先加载缓冲区分析工具，操作如下：选择主菜单中“Tools>Customize”命令，进入“Command”标签；（2） 在“Command”对话框选中Categorie框中的“Tools”，然后在右边的“Commands”框中选择“BufferWizard”，将其拖动到工具栏上的空处，出现缓冲区图标。（3） 点击缓冲区按钮对选择的主十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），然后将下面的“UseOnlytheSelectedFeature（仅对选择的要素进行分析）”选中，单击next；确定尺寸单位，选择第一种缓冲区建立方法（Ataspecifieddistance），指定缓冲区半径为200米，单击next；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（Dissolvebarriersbetween），然后指定好缓冲区文件的存放路径和文件名后，单击OK，完成主十道噪音污染缓冲区的建立。3、 商业中心影响范围建立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（Marketplace），单击next；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，单击next；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OK，完成商业中心影响范围缓冲区的建立。4、 名牌高中的影响范围建立点击缓冲区按钮，在缓冲区对象图层选择名牌高中分布图层（school），单击next；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，设置好后，单击next；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OK，完成名牌高中的覆盖范围缓冲区的建立。5、 名胜古迹的影响范围建立点击缓冲区按钮，在缓冲区对象图层选择名胜古迹分布图层( famousplace)，单击next，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，设置好后，单击next。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OK，完成名胜古迹的覆盖范围缓冲区的建立。6、 进行叠置分析将满足上述四个要求的区域求出先进行交集操作。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ArcToolBox，在“AnalystTools”下选择“overlay”下的“Intersect”操作，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，设定输出文件名并选择全部字段，输出类型和输入类型一样，单击“OK”，从而获得同时满足三个条件的交集区域。接着进行擦除操作。利用主十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，从而获得同时满足四个条件的区域的获得，打开ArcToolBox，在“AnalystTools”下选择“overlay”下的“Erase”操作，打开图层擦除操作对话框，在“inputfeatures”选择三个区域的交集，在“erasefeatures”选择主干道噪音缓冲区，同时设定输出图层的地址和文件名，单击“OK”，从而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。7、 对整个城市区域的住房条件进行评价为便于购房者的选择有更大的余地，更直观地，综合上