空间分析实习报告.docx

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空间分析实习报告

空间分析实习报告

学院

遥感信息工程学院

班级

学号

姓名

日期

一、实习内容简介

1．实验目的：

（1）通过实习了解ArcGIS的发展，以及10.1系列软件的构成体系

（2）熟练掌握ArcMap的基本操作及应用

（3）了解及应用ArcGIS的分析功能模块ArcToolbox

（4）加深对地理信息系统的了解

2.实验内容:

首先是对ArcGIS有初步的了解。

了解ArcGIS的发展，以及10.1系列软件的构成体系，了解桌面产品部分ArcMap、ArcCatalog和ArcToolbox的相关基础知识。

实习一是栅格数据空间分析，ArcGIS软件的SpatialAnalyst模块提供了强大的空间分析工具，可以帮助用户解决各种空间分析问题。

利用老师所给的数据可以创建数据（如山体阴影），识别数据集之间的空间关系，确定适宜地址，最后寻找一个区域的最佳路径。

实习二是矢量数据空间分析，ArcToolbox软件中的AnalysisTools和NetworkAnalystTools提供了强大的矢量数据处理与分析工具，可以帮助用户解决各种空间分析问题。

利用老师所给的数据可以通过缓冲区分析得到矢量面数据，通过与其它矢量数据的叠置分析、临近分析来辅助选址决策过程；可以构建道路平面网络模型，进而通过网络分析探索最优路径，从而服务于公交选线、智能导航等领域。

实习三是三维空间分析，学会用ArcCatalog查找、预览三维数据；在ArcScene中添加数据；查看数据的三维属性；从二维要素与表面中创建新的三维要素；从点数据源中创建新的栅格表面；从现有要素数据中创建TIN表面。

实习四是空间数据统计分析，利用地统计分析模块，你可以根据一个点要素层中已测定采样点、栅格层或者利用多边形质心，轻而易举地生成一个连续表面。

这些采样点的值可以是海拔高度、地下水位的深度或者污染值的浓度等。

当与ArcMap一起使用时，地统计分析模块提供了一整套创建表面的工具，这些表面能够用来可视化、分析及理解各种空间现象。

实习五是空间分析建模，空间分析建模就是运用GIS空间分析方法建立数学模型的过程。

按照建模的目的，可分为以特征为主的描述模型（descriptivemodel）和提供辅助决策信息和解决方案为目的的过程模型（processmodel）两类。

本次实习主要是通过使用ArcGIS的模型生成器（ModelBuilder）来建立模型，从而处理涉及到许多步骤的空间分析问题。

二、实习成果及分析

实习一：

练习1：

显示和浏览空间数据。

利用ArcMap和空间分析模块显示和浏览数据。

添加和显示各类空间数据集、在地图上高亮显示数值、查询指定位置的属性值、分析一张直方图和创建一幅山体阴影图。

练习2：

为一所新学校选址。

通过创建一幅适宜性地图，帮助你找到新学校的最佳位置。

你将从原始数据集派生出距离与坡度数据集，用同一等级体系给各数据集重分类，给那些认为较重要的数据分配较大权重，最后合并各数据集，给出最佳位置。

从高程数据派生坡度数据集从娱乐场所数据集派生距离数据集

重分类学校重分类坡度

重分类土地利用类型数据集赋权重并合并各数据集

做好练习2需要掌握的的关键问题在于以下三点：

1）获取派生信息

利用数据创建有用信息，例如，创建山体阴影以提供显示的地形背景，通过计算坡度来识别陡峭的坡面，确定某位置到每条道路的距离或方向，或计算某区域内的人口密度。

2）识别空间关系

分析空间数据集的关系。

例如，查找白血病的爆发与到核电站间的距离之间是否存在某种关系，分析方位朝向对一个植物种类的生存是否重要。

3）寻找适宜位置

通过对数据进行查询或创建一幅适宜性地图，可以找到适宜性的地址。

例如，查询数据集以查找海拔在3000英尺以上、距离一个城镇五英里以内的区域，或通过合并数据集创建一幅适宜性地图，以检查每个位置的适宜性。

练习3：

寻找一条通往新学校的替代路径。

第一步：

创建“源”数据集和“成本”数据集.，本练习中的“源”就是学校的位置。

创建“成本”数据集，首先确定需要哪些数据集，然后用同一等级体系对这些数据集重分类并赋权值，最后合并这些数据集。

“源”数据集对各要素集进行重分类

合并各数据集cost输出结果

第二步：

执行成本权重距离函数，使用“源”数据集和“成本”数据集作为输入，函数运算输出的距离数据是一个栅格数据集。

这个栅格数据集中每一个单元的值是从该单元上溯到“源”的累计成本。

第三步：

执行最短路径函数

必要时建立终点数据集。

在本练习中，终点是一个公路交汇点。

执行最短路径函数需要使用距离数据集和方向数据集，两者均由成本加权函数创建。

执行成本权重距离函数结果执行最短路径函数结果

练习4：

山顶点的提取。

通过等高线、山顶点、洼地点的提取和配置，利用ArcGIS的栅格数据空间分析中的等高线提取、栅格数据邻域分析和窗口计算功能，完成栅格数据表面分析。

实习二：

练习1.矢量数据的空间查询操作；

查询满足要求的加油站和地块查询满足要求的房子

查询操作所涉及的问题：

（1）一共有多少个加油站满足要求？

2个

（2）这些满足要求的加油站的名字是什么？

LARRY'SEXXONANN'SMARTSTATION#1963

（3）基于目前所选择的商业点，你认为哪个加油站是最满足要求的（能够服务最多的顾客）？

ANN'SMARTSTATION#1963

（4）这个满足要求的加油站的四分之一英里以内有多少商业点？

9个

（5）一共有多少地块（包括“DRAIN”要素）将会受到管网系统改造工程的影响？

37个

（6）受影响的市级地块（City）的总面积是多少？

36个

（7）受影响的县级地块（County）的总面积是多少？

1个

（8）最终可供选择的人口普查地块有多少个？

2个

（9）最终所可供选择的人口普查地块中的人均收入（PER_CAPINC）的平均值是多少？

16330.499512

空间查询就是基于地物的空间位置以及同其它地物之间的空间关系来选择符合一定空间规则的地物的操作过程。

在ArcGIS软件中，该操作可以让你从一个或者多个矢量图层中选择出与另外一个图层中的地物有空间位置关联的相关地物。

练习2.矢量数据的缓冲区操作；

生成缓冲区利用缓冲区进行空间查询

缓冲区分析就是基于近邻的概念把空间分为两个区域：

位于所选空间要素的指定距离之内（缓冲区）和位于所选空间要素的指定距离之外，而空间要素可以是点、线、面或复杂要素。

在ArcGIS软件中，可以通过缓冲区分析确定公共设施的服务半径（点缓冲）、河流对两岸陆地的潜在的淹没范围（线缓冲），以及城市边界的扩张范围（面缓冲）。

附件：

湿地影响到的地块分布的专题图

练习3.矢量数据的叠置分析；

空间叠置分析部分所涉及的问题：

（10）通过合并操作之后，新生成的要素类中一共有多少个要素？

3个

（11）为什么输出图层中的要素要比输入图层中的要素多呢？

一个要素是Water_Buffer图层中原有的部分，一个要素是Roads_Buffer图层中原有的部分，还有一个要素是道路缓冲区和水体缓冲区的公共空间区域。

附件：

露营地专题图

空间叠置分析就是在统一的空间坐标系下，将同一地区的两个或两个以上的地理要素图层进行叠置，产生空间区域的多种属性特征的分析方法。

在ArcGIS软件中，根据操作形式的不同，叠置分析可分为图层擦除（Erase）、识别叠加（Identity）、交集操作（Intersect）、对称区别（Symmetricaldifference）、图层合并（Union）和修正更新（Update）等。

练习4.基于道路网的最优路径的网络分析；

空间网络分析就是通过模拟、分析网络状态以及资源在网络上的流动和分配等，研究网络结构、流动效率及网络资源等的优化问题，是对地理网络和城市基础设施网络等网状事物以及它们的相互关系和内在联系进行地理分析。

在ArcGIS软件中，主要包括传输网络分析（NetworkAnalyst）和效用网络分析（UtilityNetworkAnalyst），其中传输网络分析是本次实习的主要内容。

传输网络通过网络数据集（NetworkDataset）创建，它主要解决的一个主要问题是：

计算点与点之间的最佳距离：

时间最短或者距离最短，最佳路径的计算能够绕开事先设置的障碍物。

实习三：

练习一：

在地形表面上叠加影像；

在地形表面上叠加遥感影像，有助于对影像模式及其与地形的相关性的理解。

Geography3DVIEW

影像加入到场景叠加影像&拉伸地形

练习二：

污染物在蓄水层中的可视化；

本练习是创建一个三维场景，以帮助政府官员与公众们了解污染的情况。

污染物空间的形状及其受污染的强度显示污染物空间与水井的关系

练习三：

土壤污染及甲状腺癌发病率的可视化；

查看点数据

Csl37的土壤含量用小符号表示（红色调），使用分级颜色表示受污染的程度。

各区的甲状腺癌发病率使用大符号表示（蓝色调），其颜色方案与Csl37不同

。

创建三维点要素并进行拉伸

所涉及问题答案：

区域中心点使用甲状腺癌的发病率，按一定比例以柱状方式显示出来。

甲状腺癌的发病率与Csl37浓度基本成正比关系。

插值表面择要素并高亮显示

在本练习中，创建了三维要素，以垂直线突出显示点要素，并用一组点数据插值获得了栅格表面。

同时，还将突出的矢量数据与表面数据作了比较，查看了矢量数据的属性值。

练习四：

创建TIN表面表示地形。

首先从点数据中创建TIN，然后向TIN中添加要素，当我们向TIN中添加railroad要素时，所添加的铁路要素在TIN表面上显示出来，但其并不影响表面的形状。

这种线性要素称之为“软”分隔线；Brklines中的要素具有高程信息，当我们向TIN中添加brklines中的要素时将影响原有TIN表面的外形，这种线性要素称之为“硬”分隔线，常用于对所感兴趣的区域的外形进行细化调整；我们还可以向TIN中添加smclp多边形作为裁切多边形时，用来对TIN的边进行平滑。

然后通过TIN设置要素和栅格的基准高度，最后在地形上创建视线瞄准线。

成果图如下：

实习四：

利用地统计分析模块，根据一个点要素层中已测定采样点、栅格层或者利用多边形质心，轻而易举地生成一个连续表面。

这些采样点的值可以是海拔高度、地下水位的深度或者污染值浓度等。

当与ArcMap一起使用时，学习利用地统计分析模块提供的一整套创建表面的工具来生成一个相对精确的连续表面，用这些表面来进行可视化、分析及理解各种空间现象等。

1利用缺省参数创建一个臭氧表面

（1）打开arcmap并激活地统计分析模块

（2）加载数据

（3）利用缺省参数创建臭氧浓度表面。

利用缺省值创建的臭氧表面

2检查数据

（1）检查臭氧浓度数据分布是否符合正态分布,从下图可以看到臭氧浓度分布大致符合正态分布

臭氧浓度分布直方图

（2）正态QQ图。

另外一种检验数据是否符合正态分布的方法，通过标准正态分布与现有数据分布比较，还可以找到一些异常值，来检查并校正这些异常值。

若符合正态分布则数据点应成一条直线，那些不在直线上的点为异常点。

臭氧浓度正态QQ图

（3）用趋势分析工具识别数据中的全局趋势。

只有数据分布符合一定的趋势，才能用数学公式对确定表面进行模拟，故需要分析数据的全局趋势。

臭氧数据全局趋势

（4）理解数据的空间自相关和方向效应。

利用半变异函数/协方差函数云图，在半变异函数／协方差函数云图中，每个红点表示一对采样点。

既然越近的点越相似，那么在半变异函数云图中邻近的点（在X轴的左边）应该有较小的半变异函数值（在Y轴的下部）。

随着样点对间距离的增加（在X轴上向右移动），变异函数值也要相应增加（在Y轴上向上移动）。

然而，当到达一定的距离后，云图变平，这表明超出这个距离时，样点对之间不再具有相关关系了。

观察半变异函数图，如果某些靠得很近的数据点（在X轴上接近于零）具有异常的较高的半变异函数值（在Y轴的上部）时，你就应该仔细检杳这些样点对，看看是不是这些数据不准确。

（可用于探测异常值）

半变异函数/协方差函数云图

3制作臭氧浓度图

在生成臭氧浓度表面模型时考虑到数据分布符合一定的趋势，在差值时加入趋势因素生成模型。

加入趋势因素后臭氧浓度图

4模型对比。

通过比较缺省参数的臭氧浓度模型和加入趋势因素后的臭氧浓度模型，选择一种能较少模拟出臭氧浓度表面模型。

通过比较可以得到Trendmoved模型对数据的模拟更精确。

两种模型交叉验证比较

5创建臭氧超出某一临界值的概率图。

在决策阶段，利用预测得到的臭氧图来识别危险区域时，务必要谨慎，因为你需要了解预测中的不确定性。

例如，对于一个8小时的时段，假设臭氧的临界值是0.12ppm，你可能想判断山哪些超出该临界值的地区。

你可以使用地统计分析模块来生成臭氧浓度超出临界值的概率图，这可以辅助决策。

本练习我们使用的是指示克里金法。

这种方法不要求数据集一定要服从某种特定分布。

根据数据值是高于或者低于一个临界值来将数据值转换为一系列的0和l。

如果利用0.12ppm作为临界值的话，任何低于它的数据值都将被赋予0，而高于它的值则被赋予1。

然后指示克里金法使用一个根据转换后的0-1数据集计算得到的半变异函数模型进行计算。

指示克里金模型

6生成最终成果图

（1）显示两个表面

（2）外推臭氧值

（3）以加州轮廓图为参考对图层进行剪裁

（4）定位洛杉矶城

（5）创建图版

（6）添加一个透明的山体阴影图

（7）添加地图要素

最后结果出图

实习五：

空间分析建模是指运用GIS空间分析建立数学模型的过程，其过程包括：

明确问题、分解问题、组建模型、检验模型结果和应用分析结果。

模型生成器（Model Builder）是ArcGIS所提供的构造地理处理工作流和脚本的图形化建模工具。

在模型中，分别定义不同的图形代表输入数据、输出数据、空间处理工具，它们以流程图的形式进行组合以创建高级的空间分析功能和流程，加速复杂地理处理模型的设计和实施。

通过对本次练习，我们可以认识如何在Model Builder 环境下通过绘制数据处理流程图的方式实现空间分析过程的自动化，加深对地理建模过程的认识，对各种GIS分析工具的用途有深入的理解。

练习1模型：

水文分析

结果图：

注意：

制作水文分析模型，尽量使用英文名，且保存的文件名必须为原始英文名，要注意在提取河流网络时，所要的汇流累计量应为英文名，同时在[SpatialAnalystTools]>>[MapAlgebra]>>[单输出地图代数]一步，在[地图代数表达式]中输入公式：

con（Flow_accu>=10000,1）

练习2：

创建路径分析模型

结果图：

三、实习体会

通过这学期的空间分析实习，让我体验到了ArcGIS功能之强大，也让我对ArcGIS有了一个整体的认识。

也让我知道了地理信息系统是做什么的，他能解决什么样的问题。

比如运用ArcGIS的强大的分析功能做一个选址问题。

就拿实习一来说，我们利用缓冲分析和叠置分析来完成选址问题。

刚开始做实习时我就在思考，它是怎样去完成这样一个问题的呢？

对于学校选址第一个思考的问题当然是周围的环境，学校位置应靠近娱乐设施；新学校的位置应远离现有学校以使整个镇上的学校位置分布尽量分散；避开陡坡和特定的土地利用类型。

这就得用ArcGIS中强大的缓冲分析了。

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。

所以我们第一步要做的就是输入数据。

第二步自然就是缓冲区的建立（派生数据集）。

（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。

然后根据操作完成由高程数据派生的坡度数据集；由娱乐场所位置数据派生的距离数据集；由现有学校位置数据派生的距离数据集。

然后把个个满足条件图层进行综合，这也就是下一步的叠置分析了。

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。

先进行交集操作。

打开ArcToolBox，在“AnalystTools”下选择“overlay”下的“Intersect”操作，接着进行擦除操作。

对影响因素进行分等定级，这样我们做的学校选址分析就完成了，心里顿时有一种成就感，也体会了ArcGIS的强大之处。

刚上大学时就有学长跟我们说ArcGIS有着强大的功能，加上自己对地理的热爱，更加让我对地理信息系有着浓厚的兴趣。

在上地理信息系统的时候，急想知道地理信息系统是干什么的，他到底能解决什么样的问题等等。

想去弄清楚他，学好他，征服他。

然而看看越来越对GIS迷茫了。

直到开了空间分析和实习课让我对GIS有了初步的了解，大体上知道GIS能做些什么了。

通过这学期的实习让我体会到了ArcGIS的强大之处。

这也让我明白要想学好GIS我还得发一番功夫，虽然现在还有的不懂，但只要我们有信心，肯努力，我相信我们能学好的。

通过实习让我懂得理论的重要性更明白理论与实践结合的重要性。

GIS在迅速发展，我觉的作为GIS人应时刻关注GIS的发展动态，让我们更快更好的掌握和应用GIS去解决生活中的问题。