ArcGis空间分析在农田保护中的应用Word文件下载.docx
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总之,不管是生产还是生活,GIS空间分析功能越来越突显出它的重要作用,在农业、工业、环境保护、旅游业等领域应用越来越广泛。
本文便通过实际案例,应用ARCGIS空间分析功能,根据相关要求,对农田保护区域进行空间分析。
目录
1区域概况………………………………………………………………4
2数据来源与数据处理…………………………………………………4
2.1数据来源…………………………………………………………………4
2.2数据处理…………………………………………………………………4
3技术流程………………………………………………………………5
4过程说明………………………………………………………………5
4.1关联并添加数据…………………………………………………………5
4.2找出洪水淹没区域………………………………………………………6
4.3寻找可耕种区域…………………………………………………………8
4.4确定水坝保护的可耕种区域……………………………………………8
4.5计算可耕种区域的面积…………………………………………………10
4.6选择面积为数公顷的区域………………………………………………14
4.7对研究区域土质进行重分类……………………………………………16
5空间分析在农田保护中的应用……………………………………20
5.1农田保护中空间分析的意义……………………………………………20
5.2农田保护中空间分析的内容……………………………………………21
6总结与体会…………………………………………………………22
参考文献………………………………………………………………24
ArcGis空间分析在农田保护中的应用
1区域概况
在研究区域内的河流南岸有一块呈马蹄形的地区,在洪水来临的时候这片土地会被淹没,因此只能在雨季过后洪水退去的地上种植农作物。
现为了更好地利用土地,有关部门决定在最北的弯曲处沿河流北岸修建一个水坝,用于长期蓄水和保护农田,因此,接下来的任务便是找出水坝保护农田范围,主要是通过重分类和叠加相交多个图层来进行一些简单的GIS分析。
分析准则如下:
位于洪水区内;
有适合耕种的土质;
面积至少有数公顷。
2数据来源与数据处理
2.1数据来源
本案例分析所使用的原数据是一些栅格格式的数据,数据来源于互联网,包括高程(drelief)、土质类型(dsoils),数据构成了名为Mauritania的地理数据库。
2.2数据处理
数据处理是根据现有资料和数据进行分析、处理和深加工,使其得到我们所需要的结果。
本案例农田保护区域分析要求如下:
1.原有数据有高程(drelief)、土质类型(dsoils)的地理数据库;
2.利用ARCMAP建立数据库,含一个图层组,两个图层;
3.利用空间分析工具SpatialAnalyst栅格计算器工具计算面积;
4.打开图层属性表,添加MJ面积字段;
5.利用VBA计算面积;
6.筛选面积大于1公顷的保护区;
7.把矢量图层转换成栅格;
8.重新分类和执行计算。
3技术流程
找出洪水淹没区域
连接并添加数据
确定水坝保护的可耕种区域
寻找可耕种区域
选择面积为数公顷的区域
计算可耕种区域的面积
对研究区域土质进行重分类
4过程说明
4.1关联并添加数据
启动ArcMap,将Mauritania.mdb数据库关联到ArcMap,并将数据库中的drelief栅格数据集和dsoils数据集加载到ArcMap中,在图层属性里改变颜色和地图符号,结果如图1所示。
图1
4.2找出洪水淹没区域
根据以往的数据记录,所有高程低于8米的区域将被洪水淹没。
所以要先找到高程低于8米的区域。
利用ArcGIS中的栅格计算器工具完成此项操作。
4.2.1加载SpatialAnalyst工具栏
选择“自定义—扩展模块”菜单,在弹出的扩展模块对话框中选择SpatialAnalyst复选框,如图2所示,单击关闭按钮关闭对话框。
图2
4.2.2添加SpatialAnalyst工具栏
在主菜单上的任意空白位置单击鼠标右键,在弹出的快捷菜单中选择SpatialAnalyst项。
4.2.3提取高程低于8米的区域
在右侧搜索工具栏输入“栅格计算器”并打开,在弹出的栅格计算器对话框中输入表达式:
“drelief”<
8,如图3所示。
单击确定按钮,系统自动提取结果命名为calculation,如图4所示。
图3
图4
在calculation图层中,栅格只有两个值:
0和1。
其中1表示满足上一步栅格选取条件的栅格,即高程小于8的栅格高程区域,其他区域为零。
4.3寻找可耕种区域
研究区域的土质分类如表5所示,分类码为2的粘土是最适合农业种植的,利用栅格计算器找到研究区域内所有粘土质类型的土质分布。
土质类型
分类码
说明
Heavyclays
1
重质粘土
Clays
2
粘土
Sandyclays
3
砂质粘土
Levee
4
防洪堤
Stony
5
碎石滩
表5
打开栅格计算器,在计算器对话框中输入表达式“[dsoils]=2”,单击确定按钮,系统自动将提取结果命名为calculation2,如图6所示。
在calculation2图层中,栅格只有两个值:
其中1表示满足上一步栅格选取条件的栅格,即土质类型为2的区域,其他区域为零。
图6
4.4确定水坝保护的可耕种区域
水坝保护的可耕种区域即为高程低于8米的粘土土质分布区域。
在calculation图层中,高程小于8米的区域为代码1,在calculation2图层中粘土土质区域的代码为1,因此为了得到洪水区和粘土质区,只需用“&
”就可以得到在两个层都为“真”的区域。
在栅格计算器对话框中输入表达式:
“calculation”&
“calculation2”,单击确定按钮得到所求区域,如图7所示,系统自动将求取结果命名为calculation3,如图8所示。
图7
图8
4.5计算可耕种区域的面积
本例对可耕种区域的面积提出了要求。
为了计算每个可耕种区域多边形的面积,首先要将栅格数据转换为矢量数据。
4.5.1打开转换对话框
在收索工具栏输入“栅格转面”,搜索并打开栅格转面工具,按照图9设置对话框中的内容,将转换后的矢量图层命名为bestarea。
图9
4.5.2图层显示
单击OK按钮,就得到了相应的矢量图层bestarea,如图10所示。
观察窗口右下角状态条中显示的坐标值和单位,此时地图单位未设定,因此无法计算面积。
图10
4.5.3设置地图单位
使用鼠标右键单击图层列表中的图层集名,在弹出的快捷菜单中选择属性项,然后在弹出的数据框属性对话框的常规选项卡中,将图层集的地图单位和显示单位均设定为米,如图11所示。
图11
4.5.4打开bestarea图层的属性表
使用鼠标右键单击图层列表中的bestarea图层名,在弹出的快捷菜单中选择打开属性表项,随后弹出bestarea图层的属性表,如图12所示。
图12
4.5.5为bestarea图层的属性表添加面积(mj)字段
单击bestarea属性表左上角的下拉菜单,选择添加字段项,然后在弹出的对话框中输入字段名和字段类型,如图13所示。
图13
4.5.6选择记录
选择代码为1的所有记录,如图14所示。
这些选中的记录就是要计算面积的多边形。
图14
4.5.7为mj字段赋值
使用鼠标右键单击mj字段名,在弹出的快捷菜单中选择字段计算器项计算每个多边形的面积,在将单位转化成公顷,如图15、16所示。
图15
图16
4.6选择面积为数公顷的区域
案例的第三个要求是面积为数公顷,即只对面积较大的农田计算,所以认为面积大于1公顷的地块参与总面积计算。
4.6.1选择面积大于1公顷的区域
单击bestarea属性表左上角的下拉菜单,在属性表的左上角下拉菜单中选择“按属性选择”菜单,在弹出的对话框中输入表达式:
“mj”>
1,如图17所示。
选择结果如图18所示。
图17
图18
4.6.2将选中区域保存为一个新图层
使用鼠标右键单击图层列表中的bestarea图层名,在弹出的快捷菜单中选择“数据-导出数据”项,然后在弹出的对话框中选择相应的要素进行输出,将新图层命名为bestarea_1.SHP并输出到工作目录下,如图19所示。
然后将bestarea_1.shp添加到ArcMap中,如图20所示。
bestarea_1图层即为满足所有条件的区域,即水坝保护的农田区域。
图19
图20
4.7对研究区域土质进行重分类
为了清楚地显示水坝保护的可耕种区域和其他类型土质的相对空间位置,需要对土质类型进行重分类。
也就是除了原先的5种类型之外,添加一个新的类型:
水坝保护的农田区域,即bestarea_1图层中的区域,将这类区域的分类码设定为6。
4.7.1将bestarea_1转换为栅格形式
在右侧搜索工具栏输入“面转栅格”并打开工具,在弹出的面转栅格对话框中将输入图层设置为bestarea_1,栅格的属性设置为grid_code字段,栅格尺寸设置为30,将栅格图层命名为barea_raster并输出到工作目录,如图21所示,转换结果如图22所示。
图21
图22
4.7.2对barea_raster图层进行重分类
将有值的区域赋值为1,其他区域赋值为0。
在右侧搜索工具栏输入“重分类”并打开工具,在弹出的重分类对话框中将输入图层设置为barea_raster,重分类字段为VALUE,将原来NoData的值赋为0,将新图层命名为barea_rs2,并存放在工作目录下,如图23所示,重分类后的barea_rs2图层如图24所示。
图23
图24
4.7.3对所有土地进行重分类
在右侧搜索工具栏输入“栅格计算器”并打开工具,在弹出的栅格计算器对话框中输入表达式:
(“barea_rs2”*6)+(“dsoils”*(“barea_rs2”!
=“dsoils”)),如图25所示。
图25
4.7.4执行运算
单击确定按钮,得到有6个土壤分类的新图层,图层名为calculation4,如图26所示。
图26
从图26可以看出calculation4中共有7种土质分类,其中代码为6的土质区域即为案例所要求的农田保护区域,它的分布和barea_rs2中值为1的区域是一致的。
5空间分析在农田保护中的应用
5.1农田保护中空间分析的意义
一般来说,农田保护中的GIS空间分析主要是指利用GIS的统计分类分析和制图功能,对农田保护中含有空间信息(位置、形状和分布等)的数据项进行统计、分类、比例计算,并形成报表,同时绘制出相应图件的分析过程。
在可能的条件下,利用多媒体技术形象和动态的反应地表实况,如将遥感图像、地面摄影像片录像片等均存入GIS内,规划人员要了解规划区域现状时,GIS除显示统计数据、空间分布外,还显示这些地面情况,帮助规划人员身临其境地掌握现状资料。
农田保护空间分析的实践意义在于:
分析和研究地理环境空间实体的现状以及预测其发展前景,并以此作为编制农田保护、指导地理环境建设的依据。
空间分析技术方法的应用,提高了处理各类规划基础数据的能力,提高了对未来地理环境发展的预测、模拟和优化能力,使规划能够在理性的综合分析基础上做出科学判断与决策。
地理环境空间作为一个特定的空间系统,是经济、社会、环境等共同作用的结果,有其特有的时间、空间和环境演变机制。
通常,在充分分析地理环境空间基础数据,包括空间数据与非空间数据的基础上,发现空间演变的规律,为农田和环境保护奠定分析基础,使农田和环境保护成果有据可依。
空间分析技术方法的应用,为环境空间研究提供了新的技术手段。
在数据的分析处理方面,基于GIS的空间分析技术,首先能够管理海量空间数据,存储、检索、查询农田保护相关信息,安全可靠且现实性强;
其次可以对空间数据进行综合性分析处理,获得对规划所需要的有用信息;
同时还能将分析所得的结果用可视化方法进行表达,易于规划人员理解和进一步加以利用。
在空间分析研究的深度方面,由于空间分析方法实现了空间数据和非空间数据的一体化处理,因此,能够透过地理环境空间现象的表面,对深层次的空间关系进行研究分析。
在把握地理环境空间演变机制的基础上,预测模拟地理环境的未来发展趋势,优化调整地理环境空间格局,从而改变以往农田保护停留于地理环境空间问题的表象、就事论事、缺乏预见能力的空间分析研究方法,使规划具有更强的深度和说服力,也能更好的面向未来。
5.2农田保护中空间分析的内容
地理信息系统应用于农田保护领域的目的是提供决策支持,其中的GIS空间分析是一种提供可靠决策信息的有效手段。
通过农田保护空间分析,可以揭示地理环境空间相互作用关系,如地理环境土地空间演变、地理环境结构以及空间演变、人口与用地之间的关系,自然条件与地理环境结构的关系,地理环境持续发展中物质、能量和信息流动的空间规律等。
在实际应用中,农田保护空间分析通常有五种主要类型:
第一:
比较分析。
主要分析农田要素的时间序列与空间序列的变化。
通过比较分析,发现要素在不同时期的数量变化、空间分布的模式及其演变。
为规划人员提供更加详细的规划信息以供决策,并把握地理环境空间发展的内在规律以及未来的时空演变趋势。
第二:
统计分析。
主要是对农田要素的非空间信息的分析。
运用回归分析、相关分析和主成分分析等方法,确定数据库属性之间存在的函数关系或相关关系,应用于农田保护中的单因素不同状况统计、多因素交叉统计和频率统计等运算。
第三:
预测分析。
根据地理环境发展的时空演变规律,使用各类预测模型,预测一定时期土地利用、地理环境灾害、区域增长等的发展变化趋势以及空间演变过程。
在预测分析的基础上,可以制定正确的预测措施来引导地理环境结构要素在空间上的合理布局和组合。
第四:
优化分析。
制定合理的农田保护涉及社会、经济、政治、环境等诸多要素,优化分析就是通过对大量规划数据的综合与概括,在多因素综合影响的条件下,在多种规划方案中选择最优的规划方案或发展目标。
地理环境土地利用功能区划、地理环境功能区划、规划方案评价、环境质量评价等问题都可以进行优化分析。
第五:
规划模拟。
它是以可视化方法模拟规划方案的实施过程,通过扩展分析和指标统计等方法,从模拟的结果中直观地了解规划方案实施以后的地理环境状况、经济发展水平及其空间机构与形态。
6总结与体会
空间分析就是利用计算机对数字地图进行分析,从而获取和传输空间信息。
由于空间分析对空间信息(特别是隐含信息)所具有的提取和传输功能它已经成为地理信息系统区别于一般信息系统的主要功能特征,也成为评价一个地理信息系统功能的主要指标之一。
空间分析是基于地理对象的位置和形态特征的数据分析技术,是各类综合性地学分析模型的基础,为人们建立复杂的空间应用模型提供了基本工具。
空间分析作为GIS中的核心技术方法,不仅能用于土地分区功能规划、土地数量控制与预测、土地发展结构预测与分析、土地经济结构建模与预测、土地构架与评价、土地资源利用与合理分配等诸多方面,而且对于自然与地理环境结构演变、地理环境发展趋势和地理环境基础设施建设与配置以及地理环境中物质、能量和信息的交换具有高效、准确、合理的预测与决策支持作用。
因此,空间分析与应用模型的关系是“零件”与“机器”的关系,空间分析是基于地理对象的位置和形态特征的空间数据分析技术,其目的在于提取和传输空间信息。
但“空间分析是GIS的主要特征,有无空间分析功能,这也是GIS与其它系统区别的标志”。
随着GIS技术的成熟,其空间数据处理、管理、查询、分析和制图等方面的技术优势在各方面都显得非常突出,将其有效、科学地应用到实际生活和工作中,可以对土地因素的确立、土地影响的描述和预测提供科学的分析手段,同时对土地政策的制定提供科学依据,尤其是随着信息化和数字化的不断深入,以GIS为平台的各种管理系统和数据库的建立,将为GIS在各种规划设计和生活工作中的更深、更广应用提供质量保证。
通过对ArcGis的学习,利用专业的地理信息系统软件ArcGIS10.0,首先是对于地理信息系统强大的功能和实践性有了更深刻的认识。
其次,对于软件操作更加的熟练,ArcGis这门课程的操作性很强,很多技能都需要多加练习才能掌握。
学习中也遇到了很多的难题,但是通过老师的讲解、同学之间的交流和自我的摸索都得到了解决,所以说学习不是一个人埋头苦干,要学会借力、学会交流、学会谦虚求教才能得到更多的收获,同时,理论和实践是密不可分的,只有扎实的理论功底,才能在技术应用方面得到更大的突破、更高的上升空间和更深的认知程度。
在学习中,同学和老师的交流是很有必要的,要有不耻下问的学习精神,不要因为害怕“打扰”老师而不懂装懂,这样的学习精神和太度将会影响到自己在未来职场工作中的晋升空间。
在同学之间,要多跟熟练的同学交流学习,每个人都有其自己的优点,有的同学理论功底深厚,对课本知识专的很深,有的对软件操作相当熟练,所以,我们要怀着一颗谦卑的心,去虚心的跟他人学习,取长补短,才能不让我们的大脑折旧,才能不断的给大脑补充“营养”。
特别是ARCGIS这门课,本身就是一门技术活,不动手就得不到提高,所以,我们一定要勤思考、多动手、多花时间对软件进行操作,要将课堂练习当做实际工作来做,才能收获到更多东西。
有人说老师是灯塔,指引我们前进的道路,是的,所谓“师傅领进门、修行靠个人”,老师的作用是引导,路还得靠我们自己走,能到一个什么样的高度是我们的态度决定的,我喜欢这么一句话:
“梦想越是美丽,就越显得遥不可及,但是只要下定决心,一切皆有可能”!
参考文献:
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电子工业出版社,2010.1.
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电子工业出版社,2002.
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高等教育出版社,2002.
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