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实验五指导书
实验五空间分析
一、实验目的
1.了解矢量数据空间分析的原理;
2.掌握空间数据查询基本操作和用途;
3.掌握矢量数据的缓冲区分析、叠加分析等空间分析基本操作和用途。
二、实验准备
预备知识:
空间数据及其表达
空间数据(也称地理数据)是地理信息系统的一个主要组成部分。
空间数据是指以地球表面空间位置为参照的自然、社会和人文经济景观数据,可以是图形、图像、文字、表格和数字等。
它是GIS所表达的现实世界经过模型抽象后的内容,一般通过扫描仪、键盘、光盘或其它通讯系统输入GIS。
在某一尺度下,可以用点、线、面、体来表示各类地理空间要素。
有两种基本方法来表示空间数据:
一是栅格表达;一是矢量表达。
两种数据格式间可以进行转换。
空间数据查询
空间数据查询有三种:
基于属性数据的查询、基于空间数据的查询、基于属性数据和空间数据的联合查询。
基于空间数据的查询主要练习空间关系查询,如距离、方位、拓扑关系。
空间查询不改变原有的数据集。
空间分析
空间分析是基于地理对象的位置和形态的空间数据的分析技术,其目的在于提取空间信息或者从现有的数据派生出新的数据,是将空间数据转变为信息的过程。
空间分析是地理信息系统的主要特征。
空间分析能力(特别是对空间隐含信息的提取和传输能力)是地理信息系统区别于一般信息系统的主要方面,也是评价一个地理信息系统的主要指标。
空间分析赖以进行的基础是地理空间数据库。
空间分析运用的手段包括各种几何的逻辑运算、数理统计分析,代数运算等数学手段。
空间分析可以基于矢量数据或栅格数据进行,具体是情况要根据实际需要确定。
空间分析步骤
根据要进行的空间分析类型的不同,空间分析的步骤会有所不同。
通常,所有的空间分析都涉及以下的基本步骤,具体在某个分析中,可以作相应的变化。
空间分析的基本步骤:
a)确定问题并建立分析的目标和要满足的条件
b)针对空间问题选择合适的分析工具
c)准备空间操作中要用到的数据
d)定制一个分析计划然后执行分析操作
e)显示并评价分析结果
图5-1空间分析步骤
空间分析实际上是一个地理建模过程,它涉及:
问题的确定、使用哪些空间分析操作、评价数据、以合适的次序执行一系列的空间分析操作、显示及评价分析结果。
实验数据:
实验数据包括:
part1:
备选厂址FactorySite,居民地Resident,城市道路Road;
part2:
街道图层AIOStreets,城市地籍图层AIOZonecov;
part3:
城市市区交通网络network,商业中心分布Marketplace,名牌高中分布school,名胜古迹分布famousplace。
三、实验内容及步骤
1.空间数据查询
已知条件:
已知可供选择的备选厂址(FactorySite图层中的点所示)
问题要求:
城市道路距离要求:
要求候选厂址离城市公路(Road图层)的距离小于200米
居民地距离要求:
要求候选厂址离居民地(Resident图层)的距离大于500米;
备选厂址高程要求:
要求候选厂址的高程小于250米;
备选厂址坡度要求:
要求候选厂址的坡度小于2.5度;
输出结果:
符合条件的厂址。
(1)打开ArcMap,加载part1中的三个图层,为FactorySite图层设置标注,如图5-2。
图5-2加载图层
(2)选择“高程小于250米,且坡度小于2.5度”的备选厂址
菜单“Selection”->“SelectByLocation”,设置参数如图5-3。
图5-3属性查询
基于属性数据查询:
选择输入图层中属性值满足查询条件的实体,查询条件通过SQL语句表示。
上图中圈出部分说明如下:
输入图层:
待选择实体所在的图层。
选择方式“Method”:
Createanewselection-为此次查询结果创建一个新的选择集;
Addtocurrentselection-将此次查询结果添加到当前的选择集中;
Removefromcurrentselection-将此次查询结果从当前选择集中移除;
Selectfromcurrentselection-从当前选择集中选择。
构造查询条件表达式。
查询结果高亮化显示,如图5-4:
图5-4查询结果
(3)在以上操作的基础上,继续选择“离城市公路(Road图层)的距离小于200米”的候选厂址
菜单“Selection”->“SelectByLocation”,参数设置如图5-5:
图5-5位置查询
基于空间数据查询:
菜单“Selection”->“SelectByLocation”,此操作是选择“输入图层”中符合条件的实体,查询条件通过操作类型、选择图层等来表达。
对上图中标出各参数说明如下:
选择方式:
selectfeaturesfrom-从图层中选择要素;
addtothecurrentlyselectedfeaturesin-添加到当前选择集;
removefromthecurrentlyselectedfeaturesin-从当前选择集中移除;
selectfromthecurrentlyselectedfeaturesin-从当前选择集中选择。
“输入图层”(inputlayer)
操作类型(对照联机帮助中的英文解释进行理解):
intersect–与选择层实体相交的实体;
arewithinadistanceof–与选择层实体在一定距离范围内的实体,当执行此操作时,可在对话框底部的缓冲距离(
bufferdistance)处设置该距离范围;
contain–包含选择层实体的实体;
completelycontain-完全包含选择层中的实体;
arewithin–被选择层中的实体包含的实体,选择层必须是面图层;
arecompletelywithin–被选择层中的实体完全包含的实体,选择层必须是面图层,或者是做过缓冲区的点线图层;
areidenticalto–与选择层中相同的几何实体;
touchtheboundaryof–边界与选择层中的实体边界有重合的部分的实体,输入层和选择层是线图层或面图层;
sharealinesegmentwith–与选择层中的实体共用一个线段,输入层和选择层是线图层或面图层;
arecrossedbytheoutlineof–被选择层中的实体轮廓线穿过的实体,输入层和选择层是线图层或面图层;
havetheircentroidin–中心落在选择层实体中的实体。
设置“选择图层”(selectionlayer)
是否使用选择的实体
当图层中已有选中的实体时,可使用该限制,只查询与这些实体有空间关系的实体。
对选择图层中的实体执行缓冲
如当要查询与选择图层中的实体相距不超过50米的实体时,则应在此处设为50m。
查询结果,如图5-6:
图5-6查询结果2
(4)最后一个条件是“离居民地(Resident图层)的距离大于500米”,由于位置查询中没有提供大于的操作,可从当前选择集中去掉“离居民地距离小于500米”的候选厂址,参数设置如图5-7;最终结果如图5-8。
图5-7位置查询
图5-8最终结果
(5)符合所有条件的备选厂址为5、11、14;可尝试先执行位置查询,再执行属性查询,验证结果是否一致。
2.缓冲区分析
(1)新建地图文档,加载part2中图层AIOStreets和AIOZonecov(地图单位为:
米)。
(2)添加缓冲区向导到菜单中
在ArcMap中,执行菜单命令“Tools”->“Customize”(定制),在出现的对话框中选择“Command”选项页:
在左边目录列表框中,选择“工具”;
在右边命令列表框中,选择“缓冲区向导”,并将其拖放到菜单“Tools”中(或拖放到一个已存在的工具栏上);
关闭“定制”对话框。
图5-9定制
(3)从图层AIOStrees中,选择街道名称为CYPRESS的街道
执行菜单命令“Selection”->“SelectByAttributes”,弹出属性查询对话框,参数设置如图5-10;查询结果如图5-11。
图5-10属性查询
图5-11查询结果
(4)为选中的街道创建50米线状缓冲区
执行“Tools”菜单中的“BufferWizard”(缓冲区向导)命令(或点击工具栏中的“缓冲区向导”图标),打开缓冲区向导对话框。
第一步,选择对象对话框。
选择要进行缓冲区分析的图层“AIOStreets”,并选中“Useonlytheselectedfeature”,只对当前选中的要素建立缓冲区,如图5-12;
图5-12对象选择
第二步,弹出缓冲区建立类型对话框。
选择单位为米,建立类型为“Ataspecifieddistance”,并输入距离为50。
图5-13缓冲区建立类型
上图中给出了三种建立缓冲区的建立方法:
Ataspecifieddistance–以一个给定的距离建立缓冲区,即普通缓冲区;
Basedonadistancefromanattribute–以分析对象的某个属性的值作为权值建立缓冲区,即属性权值缓冲区;
Asmultiplebufferrings–给定环个数和间距,建立一个分级缓冲区。
第三步,缓冲区存放选择对话框,如图5-14。
图5-14存放选择
该对话框分为三个区域,
A.缓冲区输出类型,是否将相交的缓冲区进行融合;
B.对多边形进行内缓冲和外缓冲的选择,这里是对线进行缓冲,所以不可选;
C.选择保存方式——生成一个图形文件;添加到一个已有的可编辑的图层上;重新生成一个图层文件。
在此,选择最后一项,并设置保存路径和文件名。
设置完成,点击“完成”,该缓冲图层自动加载到当前工程中,如图5-15。
图5-15缓冲效果
(5)找出与街道“CYPRESS”的50米缓冲区相交的地块
菜单“Selection”->“SelectByLocation”,参数设置如图5-16,结果如图5-17。
图5-16位置选择
图5-17效果
3.叠加分析
叠加分析,又称叠置分析。
根据操作形式不同,叠加分析可分为图层擦除、识别叠加、交集叠加、空间关系连接、对称区别、图层合并和修正更新。
在上次实验中,已经对部分功能进行了练习,在此只对这几种操作进行介绍。
图5-18叠加分析
工具位置:
“ArcToolBox”->“AnalysisTools”->“Overlay”。
Erase:
图层擦除,根据参照图层的范围大小,擦除被参照图层所覆盖的输入图层内的要素。
用逻辑代数运算式表示为:
,A为输入图层,B为擦除层。
图5-19图层擦除
Identity:
识别叠加,在图层交叠的区域,识别图层的属性,并将属性赋给输入图层在该区域内的地图要素,同时也会产生部分图形变化。
图5-20识别叠加
Intersect:
交集叠加,通过叠加处理将到两个图层的交集,并且原图层所有属性将同时在得到的新图层上显示出来。
用逻辑代数运算式表示为:
,A、B为输入图层。
图5-21交集叠加
SpatialJoin:
根据图层间的关系将一个图层的属性追加到另一个图层,如将包含点的多边形属性追加到点的属性表,或将距离线段最近的点的属性追加到线段属性表。
SymmetricalDifference:
对称区别,去掉两个图层的公共区域,剩余部分生成新的图层,其属性综合了原来两个图层的属性。
用逻辑代数运算式表示为:
,输入图层A、B必须都是面图层。
图5-22对称区别
Union:
图层合并,把两个图层的区域范围联合起来,保持原有的所有地图要素。
用逻辑代数运算式表示为:
,输入图层A、B必须都是面图层。
图5-23图层合并
Update:
修正更新,对输入图层和修正图层进行几何相交计算,输入图层中被修正图层覆盖的那一部分要素的属性将被修正图层中相应属性代替。
如果两个图层都是多边形要素的话,两者合并后,重叠部分被修正图层代替。
图5-24修正更新
4.综合实例
4.1背景
如何找到环境好、购物方便、小孩上学方便的居住区时购房者最关心的问题,因此购房者就需要从总体上对商品房信息进行研究分析,选择最适宜的购房地段。
4.2数据
part3中的四个图层:
·network.shp:
城市市区交通网络图
·Marketplace.shp:
商业中心分布图
·school.shp:
名牌高中分布图
·famousplace.shp:
名胜古迹分布图
4.3要求
(1)所寻求的区域要满足以下条件
·离主要交通要道200m之外,以减少噪音污染(ST为道路数据中类型为交通要道的要素)。
·在商业中心的服务范围之内,服务范围以商业中心规模的大小(YUZHI_)来确定。
·距名牌高中在750m之内,以便小孩上学便捷。
·距名胜古迹500m之内,环境幽雅。
(2)对整个城市区域的住房条件进行评价,即划分等级,满足其中四个条件的为第一等级;满足三个的为第二等级;满足两个的为第三等级;满足一个的为第四等级;完全不满足的为第五等级。
(3)对整个城市区域住房的等级用专题图表示,并整饰专题图。
4.4操作步骤
(1)新建地图文档,加载part3中的四个图层;
(2)选择交通要道,并建立噪声缓冲区;
●选择交通要道,菜单“Selection”->“SelectbyAttributes”,参数设置如图5-25;
●对交通要道建立缓冲区,选择Tools中的缓冲区向导(或点击工具栏上的缓冲区按钮),打开缓冲区生成对话框,设置参数如图5-26~5-28:
●效果如图5-29。
图5-25选择交通要道
图5-26缓冲分析对象选择
图5-27缓冲建立方法
图5-28缓冲存放选择
图5-29交通要道缓冲区
(3)商业中心影响范围(缓冲区)建立
选择Tools中的缓冲区向导(或点击工具栏上的缓冲区按钮),打开缓冲区生成对话框:
第一步,图层为Marketplace;第二步,选择“Basedonadistancefromanattribute”,属性字段选择“YUZHI”,如图5-30;第三步,指定缓冲区文件的存放路径和名称。
效果如图5-31。
图5-30缓冲区建立类型
图5-31商业中心缓冲区
(4)名牌高中的影响范围建立
建立名牌高中周边750m的缓冲区,与交通要道缓存区建立类似,效果如图5-32。
图5-32名牌高中缓冲区
(5)名胜古迹影响范围建立
建立名胜古迹周边500m的缓冲区,与交通要道缓存区建立类似,效果如图5-33。
图5-33名胜古迹
(6)叠加分析,求出满足四个要求的区域
●对后三个缓冲图层求交集,结果为满足后三个条件的区域:
打开ArcToolbox,选择“AnalysisTools”->“Overlay”->“Intersect”,打开交集对话框,参数设置如图5-34,结果如图5-35。
图5-34交集叠加
图3-35交集叠加效果
●将上步结果与交通要道缓冲区取差集,用前者擦除后者,得到四个条件均满足的区域:
“ArcToolbox”->“AnalysisTools”->“Overlay”->“Erase”,参数设置如图3-36,结果如图3-37。
图3-36擦除图层
图5-37满足所有条件区域
(7)整个城市住房条件评价
思考题:
对整个城市区域的住房条件进行评价,即划分等级,满足其中四个条件的为第一等级;满足三个的为第二等级;满足两个的为第三等级;满足一个的为第四等级;完全不满足的为第五等级。
提示:
通过空间分析操作生成一个评价图层,其中有一个属性字段(如class、整型)是表达每个地块的评价等级。
(8)用专题图表示并整饰专题图
●生成专题图
右键“Properties”,在“Symbology”选项页中设置为独立值专题图,以对不同等级的区域进行符号化显示。
设置“字段”为“class”,然后点击最下方的按钮“AddAllValues”,将会把“class”字段中出现的所有的值显示到列表中,中间一列表示的是图例中显示的文字,可双击将其修改为对应的等级名称;在“ColorRamp”处选择合适的颜色,亦可双击列表中任一行,修改其颜色或图案。
图5-38唯一值专题图
点击“确定”后,结果如图5-39:
图5-39等级显示效果
●整饰专题图
转换视图模式为布局视图,在ArcMap中的地图编辑窗口左下角有四个小图标
,从左到右依次为数据视图DataView、布局视图LayoutView、刷新RefreshView、暂停绘制PauseDrawing。
对于左边两个小图标,平时按下的是DataView,在此按下LayoutView,来查看布局,相当于打印预览的效果。
图5-40布局视图
通过Insert菜单,插入标题Title:
拖动Title,可以移动其位置;双击可以修改其字体等属性。
通过Insert菜单,插入图例Legend:
点击“Insert->Legend”,会出现图例添加向导,根据向导可完成图例添加过程。
如果对添加的向导不满意,还可以通过双击该图例,调出图例的属性窗口进行修改。
最终效果,如图5-41。
图5-41最终效果
四、作业
完成思考题,并提交市区择房专题图(包括mxd和相应的数据层文件)。
压缩成“学号_姓名_作业3”.rar,上传至FTP。
- 配套讲稿:
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- 特殊限制:
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