ArcGIS软件操作与使用-07

空间分析导论空间分析根底1.空间数据2.空间分析过程3.常用空间分析什么是空间数据？空间数据〔也称地理数据〕是地理信息系统的一个主要组成局部。空间数据是指以地球外表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。空间数据对现实世界的几何抽象面点线体(X,Y)(X2,Y2)(X3,Y3)(X4,Y4)(X5,Y5)线—Line点—Point(X5,Y5)(X,Y)(X2,Y2)(X4,Y4)(X3,Y3)面—Polygon(X,Y)空间数据的表示GIS数据的两种表示方法栅格表达矢量表达现实世界矢量数据是地理要素的一种概念模型，在矢量模型下，地理要素被表现为点、线、面等几何形式，在ArcGIS中我们称之为要素类。ArcGIS支持多种矢量数据格式，可以用以实现点、线、面要素的存储。这些格式包括：Shap文件Coverages地理数据库：GeodatabasesCAD文件Event事件数据表不规那么三角网络(TINs)矢量数据几种常见的拓扑关系点要素：Id,x,y.线要素：弧段/节点(Fnode,Tnode)列表弧段坐标多边形：多边形/弧段列表左/右多边形列表在矢量存储中表达拓扑关系在矢量存储中表达拓扑关系在矢量存储中表达拓扑关系栅格数据结构又称为网格数据是指将地球外表划分为大小均匀紧密相邻的网格阵列，每个网格作为一个像元或像素，有行列号定义，并包含一个代码，表示该像素的属性值栅格数据集是使用大小一致的栅格单元来表示现实世界中的要素的，每个栅格单元可以通过行－列〔r,c〕坐标定位。栅格数据在定义格格单元的大小时，我们需要平衡信息的精确性和数据量之间的矛盾。栅格单元代表的尺度越小，表达的信息就越精确。栅格单元代表的尺度越大，存储数据所需要的空间就更少，同时，表达的信息也就不精确。栅格数据栅格数据的类型ImagesGridsPondLakeRiverPondLakeRiver110111111112222221100000000000000000000000000000000000000000000000000000Reality-HydrographyRealityoverlaidwithagridResultingraster0=NoWaterFeature1=WaterBody2=River栅格数据的表达真实世界GridPointLineAreaValue=0=1=2=3RowColumnTrianglesHexagonsRASTER矢量和栅格的转换比较简单，只需要根据点或线的某个属性对相应栅格点进行赋值即可Event数据表点事件数据表〔XY数据表〕：包含有特别的字段来存储坐标信息，这种坐标是经纬度的地理坐标或是某种投影坐标。这类数据是通过测量方式获取的。比方，普通的GPS接收机接收到的数据都可以导出为带分隔符的文本文件，其中就包含有GPS航点的坐标信息。可以将这些数据导入为INFO、dBASE或Geodatabase属性表的格式，然后根据其中的坐标信息生成点要素类TIN(TriangulatedIrregularNetwork)在TIN数据模型中，将具有〔X,Y,Z〕坐标值且在空间分布上不规那么的点连接成三角形，这些相邻的三角形形成一个网络用以表示现实世界中的某些特征。尽管TIN也是一种矢量数据格式，但由于它不能表达单个要素所以是特殊的矢量格式。TIN用于表示一个外表，或者说是连续的数据，而不能表示离散的数据TIN可以表示连续的外表，比方地形的不规那么三角网.。放大显示外表时，可以看到这是由多个相邻的三角形网络构成的。影像:Images栅格数据有两种：一种是由单一的层构成的称为栅格，另一种是由多层复合而成的称为影像〔比方，多波段的卫星照片〕二值〔黑，白〕影像数据是典型的栅格数据。而卫星影像等数据包含了多个波段的信息，是分层存储的，每个波段的数据存储在一层中，每层中记录了某一波段范围内电磁光谱的反射系数。通过给每一层赋不同的颜色〔R,G,B〕，可以生成合成影像，增强某方面的信息，以利于评价土地覆盖、植被密度等因素。.对于具有地理参考信息的影像可以根据其空间坐标信息组织成为一个集合。称之为影像目录。这样，在逻辑上，可以得到一个由多个文件组成的单一的影像。在GIS中影像数据可以有多种用途，比方，航空照片、卫星影像、地图扫描数据，在建立地理参考信息后，可以提供地球外表的空间位置信息。.影像数据，诸如，航空照片、扫描的地图，在进行地理配准后可以作为地图中的一层.并非所有的栅格数据集都具有地理参考信息。对于这些数据，可以将其用作地理空间要素的一个属性，比方，我们在查询某个消防栓是，可以查询这个消防栓的图片栅格:Grids除了影像外，ArcGIS还支持一种称为GRID的栅格数据格式。有两种类型的栅格数据：连续数据和离散数据。这两种数据和结构是相同的，都是由一定大小的栅格单元组成的矩阵表示。不同之处在于，连续栅格数据中栅格单元的值可以是浮点数，栅格单元的值域是一个连接变化的区间;而离散栅格数据中，栅格单元的值是整型数，值域区间是离散的有限区间。连续栅格通常用于表示可度量和具有一定数量的数据，普通的例子比方：高程、降雨量等。连续栅格，比方上图显示的高程栅格，通常表示具有度量的数据。连续栅格数据没有与之关联的属性表离散栅格通常表示分类或描述性的数据。经典的例子如：分区数据，土地利用，植被等，在这些数据中，栅格单元的值表示的不是要素的度量和数量，而是描述性的信息，比方：“居民地”、“商业用地”等。在ArcGISGrid离散栅格模型中有缺省的属性表，存储在后缀为.VAT的文件中。比方，土地利用栅格中，Landuse.VAT记录了每个栅格单元的地类编码和同一类型的栅格单元的数目。DEM数据存储高程数据的栅格称为DigitalElevationModel(DEM).每个像元只有一个高程值.通过DEM可以计算地表的坡度、坡向等信息空间分析过程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与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根底是地理空间数据库。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根本步骤，具体在某个分析中，可以作相应的变化。空间分析的根本步骤:1. 确定问题并建立分析的目标和要满足的条件2. 针对空间问题选择适宜的分析工具3. 准备空间操作中要用到的数据。4. 定制一个分析方案然后执行分析操作。5. 显示并评价分析结果确定问题要完成空间分析的第一步就是要明确地定义需要解决的是什么问题。要确定分析方案和明确分析的目标是什么。需要记住空间分析方案不能完全解决实际问题。定制分析方案的目的是利用数据及其派生数据等得到分析结果。然后，人们可得到新的信息并进行决策。正确定义问题并不总是一个简单的工作，需要综合考虑各种因素。在确定问题后，可以进一步确定解决问题的条件。比方，在公园选址的问题中，公园的位置必须要符合一定的条件。在高速公路的线路规划问题中，要符合的条件及使用的分析工具又有所不同。选择适宜的分析工具在空间分析中，选择适宜的工具是关键的。到这个阶段你应该对ArcGIS中的分析工具有一定的理解，以便能很好的使用这些工具来解决问题。解决问题的关键是：“大处入眼，小处着手”。认真全面地分析整个问题，然后将一个大问题逐级分解成一个个的子问题，直到这些子问题可以使用单独的GIS分析工具来解决。准备空间数据一旦空间分析的范畴〔问题及条件〕确定后，下一步将要考虑要得到分析结果需要什么样的数据。定义问题时，需要满足的条件通常已经给出了需要什么样的数据及数据应该有那些属性。比方，你需要扩宽街道路面以满足增加车道的需要，你就要提供街道中心线〔隔离栏〕数据、地籍数据。街道图层的属性要包括每条街道的名称，地籍图层的属性要包括：面积、权属，当然最好还有土地所有人的联系信息〔可存储在另外的数据表中〕。你同样需要考虑是否需要对数据进行必要的预处理，比方：进行坐标系统的变换，在进行分析之前这些都是必须要考虑的。通常，你可能要将数据从一种格式转换成适宜的数据格式以适应空间分析的需要，这样进行空间分析时就比较方便。定制分析方案制定空间分析方案的最好方法是图示的方式进行表示。创立工作流程图以确定和方案解决空间问题的必须步骤，提供全局部析过程的工作蓝图。以这种方式进行表示，可以方便地检查逻辑是否正确，工具、数据及希望的结果。在开始的时候花一点时间设计工作流程图，可以使稍后的分析步骤更快进行及减少出错的机率。在绘制工作流程图时，用到的各种图框和符号要保持一致，这样你的流程图会具有好的可读性，同时也能减少发生错误的时机。显示分析及评价结果最终结果的显示方式在很大程度上会影响使用者对信息的理解。如果不能将最终结果以可理解的方式展示给需要它的人，那么使用的分析方法及处理过程就可能是不合要求的。比方，你的任务是预测地震灾害在不同区域的损失情况。在分析方案中，你使用了大量的为学术界所熟知但对公众而言是鲜为人知的地理统计方法。为了展示你的分析结果，你生成详细的报告及一系列的地图以显示分析过程中涉及到的地质因子、建筑物因子及它们是如何最终确定了某一地区的灾害等级的。你的报告及地图对科学家和政府官员来说是非常有用的，他们要依赖你的分析结果以制定突发事件应对措施，这个报告的内容与提供给普通公众的报告应该不同。对普通公众而言，只需要制作简单的报告和一幅地图标明如果地震发生后存在潜在危险的区域及其危险的等级。实例分析:1道路拓宽改建过程中的拆迁指标计算目前，随着天津市的不断开展，交通状况也越来越拥挤，为此，规划部门需要扩宽街道路面。在开展这项工程之前，需要提交一个影响评估报告给市政府相关机构，报告中还要陈述由于路面的扩展，沿街的哪些地块需要被征用。因此需要计算由于道路拓宽而需要拆迁的建筑物的建筑面积和房产价值，道路拓宽改建的标准是：〔1〕道路从原来的20m拓宽至60m；〔2〕局部位于拆迁去内的10层以上的建筑不撤除实例分析:定义问题明确分析目的和标准：目标：计算由于道路拓宽而需要拆迁的建筑物的建筑面积和房产价值，道路拓宽改建的标准是：〔1〕道路从原来的20m拓宽至60m；〔2〕局部位于拆迁去内的10层以上的建筑不撤除；实例分析:定义问题哪条街道要扩宽？路面宽度要扩到多少米，还包括必要的缩进的局部。每个地块受到影响的局部有多少?你已经将问题分解成三个子问题，下一步是选择什么样的分析工具来求解这三个子问题实例分析:了解工具在ArcMap中，使用“通过属性选择”工具得到一个街道图层的子集从街道图层中选择需要扩宽的街道，生成一个子集2. 使用“缓冲区向导”工具，根据缩进的长度确定街道宽度，沿街道中心线生成缓冲区根据新的路面宽度，沿街道中心线生成缓冲区3. 执行缓冲区图层与地籍图层的“图层相交”操作。将受到影响的地块分割成两局部：缓冲区内的局部和缓冲区外的局部。图层相交操作后得到一个新图层，是由位于缓冲区内的地块组成的。4. 查看“图层相交”操作得到的新图层的属性表，可以了解位于缓冲区内的地块〔即将被征用的土地〕的属性信息。新图层的属性表中已包括了被影响的地块确实切面积及所有权人信息及土地出让估价这张图表是基于城市街道路面扩宽的实例的，在其中显示了数据及工具〔过程〕的关系和处理流程城市街道路面扩宽的实例，我们已经提到屡次了，但这只不过是相当简单的一个空间问题。大多数空间问题并不太容易建模的，需要经过反复思考才能将其转换为空间分析可处理的问题，然后分解成子问题，找到对应的分析工具，从而得到最终分析结果。在用GIS进行空间分析时，首先不要顾虑问题的复杂性，设计一个完全的分析方案有助于确定问题及将分析过按一定的逻辑关系组织起来，得到最终希望的结果。对分析方案言，需要注意的是你不太可能在第一次就能得到期望的结果，空间分析是一个不断反复的过程，它经常要对过不断的反复才能为断地优化，从而更好地描述和解决实际问题。实例分析:2辅助建设工程选址由于目前我们大学城附近有一家化工厂严重影响学校教学环境和周边姚村及富村等居民小区的生活环境，因此为了改善环境质量，我们对此需作出环境影响分析报告，并应用GIS手段为政府决策管理部门建议拆迁此化工厂。目标：为化工厂重新选址。〔1〕地块建设用地面积不小于10