第13章综合分析练习1讲课稿.docx
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第13章综合分析练习1讲课稿
第13章综合分析练习
一.数据编辑与更新
1.背景
数据编辑与数据更新是进行数据采集、数据维护工作经常涉及的内容。
一般在进行数据入库更新前,要对数据进行全面检查和编辑处理,确保数据满足要求。
2.数据
已有某地区的城市建筑数据(buildings.shp,面类型),存放在数据库city.mdb中,且有一部分区域的数据需要更新,更新数据(newbuildings.shp,线类型)已经通过野外测量得到。
3.需求
更新该区域数据,并检查数据,确保建筑轮廓线闭合,且建筑物以面状形式存储。
4.工作流程
由于新采集的建筑轮廓数据是线状数据,而数据库存储要求面状数据。
因此,首先要将线转换成面,但是由于采集或编辑问题,可能存在线不闭合的情况,如果直接转换为面则会丢失那些不闭合的面状信息。
因此需要创建拓扑对象类,检查线闭合情况,对不闭合的线进行修改,然后才能将线转换成面,在与原来的数据合并。
数据导入—>创建拓扑—>编辑修改—>线转为面—>合并数据集(工作流程)
5.操作步骤
⑴将更新区域的建筑数据newbuildings.shp导入到原数据库city.mdb中。
在ArcCatalog中,双击city数据库,右击dataset数据集,选择“导入|要素类(单一)”菜单,如图:
输入要素:
newbuildings.shp输出位置:
dataset
输出要素类:
newbuildings完成后数据如下图所示:
⑵对newbuildings数据进行拓扑检查,主要查看是否存在悬挂,若有悬挂则说明数据不封闭,需要修改。
方法:
通过对newbuildings数据新建newbuildings_topology文件,并添加拓扑规则|选择“不能有悬挂点”选项。
如图:
完成新建topology后,将拓扑“newbuildings_topology”添加到Arcmap中,如下图所示,其中有红色的方框的地方就是线段有悬挂点的的位置,需要修改。
⑶根据拓扑错误,编辑未闭合的线数据。
右击工具栏,添加【topology】工具条;选择【编辑器】|【开始编辑】,在拓扑工具条中选择“newbuildings”要素类(如图);
点击
【errorinspector】按钮,并在错误编辑器的【show】规则中选择“MustNotHaveDangles”,点击“searchnow”后将显示所有不符合拓扑规则的错误点。
选择拓扑工具条中的【topologyedittool】按钮,逐个连接存在悬挂点的线数据
拓扑错误纠正后,可以点击或
验证按钮,重新检查存在的拓扑错误,直至全部
纠正完成(如下图)。
(4)将完成修改后的newbuildings线图层转换为面图层。
选择【Arctoolbox】|【datamanagementtools】|【feature】|【featuretoPolygon】工具,将newbuildings转换为面数据文件newbuildings_polygon。
(5)合并buildings和newbuildings_correct数据。
选择【Arctoolbox】|【datamanagementtools】|【General】|【Merge】工具。
在【输入数据集】中添加“buildings”和“newbuildings_polygon”数据集。
输出数据名为buildings_updated.完成数据更新。
二.寻找最短路径
1.背景
路径分析是网络分析中的重要内容。
但是,在进行数据组织时,由于数据来源不同,往往会涉及投影变换、数据拼接等处理工作。
本实习主要练习如何把不同背景的数据整合,以及进行相应的网络分析操作。
2.数据
某地部分区域道路数据为road_north.shp,另一部分为road_south_dl.shp。
其中:
road_north为之前已有的数据,为高斯克吕格投影;road_south_dl为补充测得的数据,为地理坐标。
3.要求
将南北道路数据统一到同一坐标系下(高斯克吕格投影),保持数据间完全结合;并就下图所示的起点和终点,提取它们之间的最短路径。
4.工作流程
将南北道路数据统一到同一坐标系,合并后建立数据集;将未连通的道路线进行接合,其中可拓扑检查剔除悬挂点;
对接边后的道路数据集构建网络,使用追踪分析查找两点间的最短路径。
工作流程如图所示:
投影变换—》图层合并—》校正接边—》构建网络—》追踪分析
5.操作步骤
⑴投影变换。
因为最短路径分析会涉及到道路长度等信息,所以在进行分析前需要将数据统一转换为平面坐标系,以便度量。
打开【ArcToolbox】|【DataManagementTools】|【ProjectionsandTransformations】|【feature】|【project】工具,打开工具对话框如下图所示:
输入数据集或要素:
road_south_dl;
输入坐标系:
依据输入要素的投影信息而定
输出数据集或要素类:
(设置为)road_south_GK;
输出坐标系:
通过导入road_north文件的坐标系,及高斯投影坐标系获得。
通过上述操作,得到与road_north统一的坐标系文件road_south_GK.
⑵合并road_north和road_south_GK数据,将两个图层合并为一个图层。
打开【ArcToolbox】|【DataManagementTools】|【General】|【Merge】工具,打开对话框如图。
输入数据集:
添加road_north和road_south_GK;输出数据集:
road_united;其它参数本例设为默认。
⑶数据进行接边。
如果合并后数据在接边处存在较大缝隙,那么数据就不连通,必定会影响网络分析的结果,因此需要对数据进行接边处理,以保证道路联通。
新建地理数据库network.mdb,并新建数据集dataset,将数据集的投影设为高斯克吕格投影(与road_united一致)。
将road_united导入数据集(命名为road),对road构建拓扑,检查悬挂点。
拓扑检查完成后,右击ArcMap工具栏,添加【SpatialAdjustment】工具条。
选择【编辑器】|【开始编辑】点击【SpatialAdjustment】工具条中的【空间校正】按钮,选择【设置校正数据】选项,添加road数据。
如下图所示:
在【校正方法】中选择【边捕捉】,如下图:
使用位移连接工具创建位移连接。
下面两种方法可供参考。
方法一:
使用空间校正工具条中的【newdisplacementlink】按钮进行手动逐边校正。
创建好位移连接后(如左下图),点击【adjust】完成空间校正(如右下图)。
方法二:
首先选择空间校正工具条中的【edgematch】按钮进行自动校正。
首先设置工具属性中的参数,打开【空间校正】菜单中的【Option】选项,设置【edgematch】选项卡参数。
点击【edit】|【snapping】|【option】,在对话窗口中设置容差值(注意单位是像素),该值如果太大会造成过多的点连接错误;如果过小,小于两接边的距离,则无法自动捕捉链接。
一般设置为间距的平均值。
⑷创建几何网络首先,由于上述过程中进行过拓扑检查,需先将拓扑删除,否则无法创建几何网络。
右击dataset数据集,选择【新建】|【几何网络】,开始新建几何网络,如下图:
输入几何网络名称为:
dataset_Net.
选择road要素集构建网络:
保留现有的已启用值:
网络要素road,默认选择road。
向网络中添加权重。
名称为:
distance,类型为:
双精度。
并选择字段“LENGTH”与权重对应,如下图。
单击【完成】,构建几何网络如图。
⑸进行追踪分析。
右击Arcmap工具栏,打开【几何网络分析】工具条,网络选择“dataset_Net”,追踪任务选择“网络路径分析”。
点击添加交汇点标记工具,在指定的位置标注起点和终
点。
然后点击
按钮,完成追踪分析,结果如图。
三.土壤稳定性评估
1.背景
在进行区域土地开发时,往往需要对整个区域的土壤稳定性进行评估。
应用GIS空间分析方法,能够快速有效的对影响土壤稳定性的因子进行制图并评估打分,通过构建评价体系,利用叠加分析,形成土壤稳定性专题图,为土地开发保护提供决策支持。
2.数据
某地区的数字高程模型和土地利用图,数字高程模型为GRID格式数据,土地利用数据为landuse.shp;分别如下图所示:
实验区数字高程模型
土地利用图
3.要求
土壤稳定性评估原则如下:
1)坡度越陡,稳定性越低。
坡度分级临界值分别为:
3°、6°、11°、20°、30°;
2)阴坡比阳坡稳定;
3)土地利用类型的稳定性级别由高到低分别为:
森林、水域、草原、居住用地和农耕地。
各个因子的量化分值随地理位置、重要程度、所占比例等因素的不同而分别制定。
本例中使用的分值和权重见下文。
最后需完成土壤稳定性级别专题图。
4.工作流程
(1)基于DEM提取坡度数据,按照分级临界值进行重分类,并对每个坡度区间设定权重值;
(2)基于DEM提取坡向数据,重分类划分阴坡、阳坡,并对两个坡向设定权重值;(3)将土地利用的矢量数据按土地利用类型转换为栅格数据,再重分类设定每种土地利用类型的权重值;
(4)综合坡度、阴阳坡和土地利用类型进行空间叠加分析加权求和,得到该区域土壤稳定性数据,最终划分等级制作土壤稳定性专题图。
工作流程如图所示:
5.操作步骤
⑴提取坡度数据。
选择【SpatialAnalystTools】|【surface】|【slope】工具,打开工具对话框,如图:
【输入栅格】选择:
dem;【输出栅格】设置为:
slope;点击【确定】,生成坡度数据。
选择【SpatialAnalystTools】|【reclass】|【reclassify】工具,打开对话框,如图:
【输入栅格】:
slope;【字段】:
“value”;点击【分类】,分类方法选择“手动”。
依据坡度分级临界值对坡度进行重分类,依据下表更改“新值”为权重值,值越高表示稳定性越高。
增减分类条目数量通过【addentry】和【deleteentries】完成。
坡度重分类对照表
【输出栅格】设为slope_r1.
⑵提取坡向数据。
打开【SpatialAnalystTools】|【surface】|【aspect】工具,打开对话框如图。
输入栅格:
dem;输出栅格:
aspect;
其它参数可根据需要设置,点击【确定】生成坡向数据。
选择【SpatialAnalystTools】|【reclass】|【reclassify】工具,打开对话框。
【输入栅格】选择aspect;【值字段】选择“value”;点击【分类】,分类方法选择“手动”。
依据坡向阴坡和阳坡的划分方法对坡向进行重分类,依据下表将“newvalue”设为权重值,值越高表示稳定性越强。
坡向重分类对照表
为了保持评价的统一性,本例将所有指标的评价标准都统一到1-10。
【输出栅格】设置为aspect_r1。
⑶将landuse数据依据土地利用类型转换为栅格数据。
选择【conversiontools】|【toraster】|【polygontoraster】工具,打开对话框如图:
输入要素:
landuse;值字段:
LANDUSE;
输出栅格数据集:
landuse_grid;
四.找出某种珍贵药材的生长区域
1.背景
假定某地欲引入某种生长于山区的珍贵药材,通过研究了解到这种药材生长具有严格的生长条件。
为了能更好的保护该药材的生长环境,现需要用GIS空间分析方法,将适合该药材生长的区域找出来,以便为该物种生长提供保护。
2.数据
(1)山区等高线数据contour.shp;
(2)山区气象观测点采集的年平均温度和年总降水数据climate.txt
图1.等高线数据及观测点采集数据
3.该药材生长条件
(1)这种药材一般生长在沟谷两侧较近的区域(一般不超过500m);
(2)这种药材喜阳;
(3)其适宜的生长气候环境为年平均温度10°~12°;(4)年总降水量为550~680mm。
4.工作流程
利用该山区等高线数据生成DEM数据。
基于DEM进行水文分析,提取沟谷网络(汇水阈值可根据需要自行设定);
基于DEM提取坡向数据,重分类划分阴阳坡。
利用气象观测点的年平均温度和年降水量数据分别进行表面内插,生成年平均温度栅格数据和年降水量栅格数据。
提取年平均温度10°~12°的区域和年降水量为550~680mm的区域。
综合叠加分析满足上述4个条件的区域,得到适合该药材生长的区域,并制作专题图,计算该适合区域的面积。
工作流程图如下:
图10.洼地填充工具对话框
②提取水流流向数据。
选择【spaitialanalysttools】|【Hydrology】|【FlowDirection】工具。
对话框如下图所示:
输入表面栅格:
filldem;输出流向栅格:
flowdir;其他选项设为默认值。
图11.流向工具对话框
图12.流向数据
③提取汇流累积量数据,选择【spaitialanalysttools】|【Hydrology】|【FlowAccumulation】工具。
对话框如下图所示:
输入流向栅格数据:
flowdir;输出累积栅格数据:
flowacc;
输入权重栅格数据、输出数据类型均选择默认。
图13.流量工具对话框
图14.汇水累积量数据
④提取沟谷网络,选择【spaitialanalysttools】|【math】|【logical】|【greaterthanequal】工具。
对话框如下图所示:
输入栅格数据或常量1:
flowacc;输入栅格数据或常量2:
200;输出栅格:
stream;
图15.大于等于工具对话框
图16.提取水系数据
⑹用水系数据进行缓冲区分析
右击stream图层,打开属性表,选中值为1的字段(即水系)进行缓冲区分析,方法有两种:
①将栅格水系数据转换成矢量线,然后使用【分析工具】|【领域分析】|【缓冲区】工具制作缓冲区。
然后在进行叠加分析时,再将缓冲区转换为栅格;②利用【spatialanalysttools】|【distance】|【euclideandistance】制作直线距离图,然后根据距离条件提取缓冲区。
本例采用第②种方法:
首先选择【spatialanalysttools】|【distance】|【euclideandistance】工具,打开对话框如图:
输入栅格数据或要素源数据:
stream;输出距离栅格数据:
distance;最大距离(可选):
指距离延伸的最大值(缓冲区半径),100;
图21.添加XY数据和新增要素
图22.导出观测点数据并符号化
⑻分别内插生成“年平均温度”和“年降水量”表面数据
本例选择反距离加权法进行表面内插。
选择【3Danalysttools】|【rasterInterpolation】|【IDW】工具,打开工具对话框如下图:
输入点要素:
sample;Z值字段:
“温度”/“降水”;
输出栅格:
temperature/precipitation;
输出像元大小:
100(与dem的分辨率一致);
环境设置,这一步非常重要,它将决定插值的边界,因为观测点的范围和dem的区域往往不一致。
如果直接内插,由于观测点范围小于dem的范围,周边会形成很多无数据区,不符合要求。
所以,需要设定工具的【环境】参数,将处理范围设置为:
与图层dem相同。
点击确定生成“年平均温度”和“年降水量”数据。
图23.IDW工具对话框及其环境参数设置
图24.生成“年平均温度”和“年降水量”栅格数据
⑼根据药材生长条件,提取满足条件的温度和降水区域。
选择【Spatialanalysttools】|【mapalgebra】|【rastercalculator】工具,提取过程如下图所示:
图25.年平均温度计算对话框
图26.满足年平均温度条件的区域
图27.年降雨量计算对话框
图28.满足年降雨量条件的区域
根据药材生长的温度和降雨条件,计算公式分别为:
①温度:
("temperature">=10)&("temperature"<=12),生成proper_temp数据;②降水:
("precipitation">=550)&("precipitation"<=680),生成proper_prec数据。
⑽提取满足4个条件的适合药材生长区域
选择【Spatialanalysttools】|【mapalgebra】|【rastercalculator】工具,提取过程如下图所示:
图29.种植条件综合计算对话框
根据公式"sunnyslope"*"buffer"*"proper_temp"*"proper_prec",提取满足条件的栅格区域proper_area。
图30.种植区域提取结果
查看porper_area数据的属性表,值为1的栅格即为合适种植该药材的区域,根据像元大小为100,可得该区域的总面积为50.95km2。
图31.区域栅格数
⑾制作专题地图
五.城市建筑日照分析
1.背景
随着城市建筑密度越来越大,建筑物的日照规范也被纳入城市规划的指标之中,一方面要衡量现有建筑是否符合规范,另一方面又要对未来城市规划提供参考依据。
应用GIS空间分析方法可以方便的找出不符合建筑日照规范的建筑。
2.数据
(1)某一城区建筑数据buildings.shp;
(2)地块单元数据parcel.shp。
图1.建筑数据(左)和地块单元数据(右)
3.要求
(1)计算该地区各个单元的容积率
用地面积建筑面积容积率/(公式1)式中,建筑面积为各楼层建筑面积之和;用地面积为各地块单元(parcels.shp)面积。
(2)请找出不符合国家规定日照标准的建筑。
我国建筑日照标准有如下规定:
一个建筑底层日照要至少满足在冬至这一天,在12:
00-14:
00能接受到太阳照射。
已知该地区纬度¢为32°,太阳赤纬计算公式为:
2sin00089.02cos006799.0-sin072075.0cos399512.0-006894.0(公式2)
式中,θ为日角,即365.2422
t20
,t0=N-1,N为积日,即为日期在年内的顺序号(1
月1日为1,以此类推,非闰年的12月31日为365)。
时角t为
t=(s+f/60-12)*15(公式3)式中,s为时,f为分。
太阳高度角h,即
)(costcoscossinsinarcsinh(公式4)太阳方位角A(方位角是以正南方向为0,顺时针为正,逆时针为负),即
coscosh/sinsinsinharccosA(公式5)
(3)注意:
弧度与角度的转换(在三角函数中统一使用弧度)
4.工作流程
⑴计算容积率
根据给定的容积率计算公式,需要计算各地块的面积和地块内的建筑物的建筑总面积,而地块内建筑物的建筑总面积又与每个建筑物的建筑面积相关。
因此,首先计算每个建筑物的建筑面积,然后将不同建筑物标识到其所属的地块内,以此得到地块内的建筑物的总建筑面积。
同时,计算出各个地块的面积,依据公式1计算得到地块的容积率。
⑵找出不符合日照标准的建筑
在ArcGIS10的三维分析工具中,提供了阴影分析的功能,该分析工具的光源为点状光源,而本例的太阳光源属于平行光光源,因此该阴影分析的功能无法满足本例的需要。
ArcGIS提供的山体阴影工具,模拟的是太阳平行光源,可以用于本例的分析。
因此,采用山体阴影工具(Hillshade)进行日照分析。
要提取太阳在规定时间内、不同方位角生成的建筑物阴影,必须获得建筑物的高度。
因此,①将矢量建筑物数据转为栅格,属性为建筑物高度。
②由于建筑物是体模型,在空间上具有一定的宽度,如果直接对建筑物提取山体阴影会造成判断错误。
例如假设建筑物A与建筑物B在空间上存在阴影遮挡(即A挡住了B),则A在B向阳向的前方,B的房顶会遮盖住A的阴影,给遮蔽判断带来困难,如下图所示:
图2.投影缺失(左)和正确情况(右)
因此,为解决这个问题,首先需要提取建筑物的背光面高度数据,由此提取[12:
00-14:
00]这段时间的“山体阴影”,并与建筑物进行叠加分析,从而判断建筑物是否满足日照标准。
要判断12:
00–14:
00建筑物的遮挡情况,还需要对太阳高度和角度的变化逐时刻模拟太阳日照,这是一个积分过程,微分时刻划分的越细,计算量越大,工作越复杂。
在保证结果正确性的前提下,为了提高效率,我们只计算3个时刻(即12:
00、13:
00、14:
00)的日照情况,如果这3个时刻都没有遮挡,则说明建筑物满足日照要求。
最后通过分析阴影与建筑物的空间叠加关系,找出不符合日照标准的建筑物。
工作流程图如下:
图3.工作流程图
5.操作步骤
⑴求解地块容积率。
①计算地块用地面积。
方法一:
选择【空间统计工具】|【工具】|【计算面积】工具,打开对话框如下图:
加拿大beadworks公司就是根据年轻女性要充分展现自己个性的需求,将世界各地的珠类饰品汇集于“碧芝自制饰品店”内,由消费者自选、自组、自制,这样就能在每个消费者亲手制作、充分发挥她们的艺术想像力的基础上,创作出作品,达到展现个性的效果
据了解,百分之八十的饰品店都推出“DIY饰品”来吸引顾客,一方面顺应了年轻一代喜欢与众不同、标新立异的心理;另一方面,自制饰品价格相对较低,可以随时更新换代,也满足了年轻人“喜新厌旧”的需要,因而很受欢迎。
是□否□
(二)上海的人口环境对饰品消费的影响
(2)文化优势图4.面积计算工具对话框
图5.parcel_area属性表及面积计算结果
方法二:
打开parcel文件属性表,选择addfield命令,如下图:
图6.parcel属性表addfield命令
情感性手工艺品。
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