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实验四空间数据查询与分析一、实习目的1.掌握空间数据查询与分析的原理与方法。2.掌握空间数据查询与分析的内容与技术。3.结合实际，掌握利用叠加、缓冲和网络分析方法解决地学空间分析问题的能力。二、实验准备预备知识空间数据的查询与分析是GIS的基本操作功能，数据探查包含属性数据查询，空间数据查询，地理可视化。空间数据分析包括矢量数据分析，如缓冲、叠加、地图操作等；栅格数据分析，如局域、领域等分析；地形制图和分析；空间插值；基于区域的分析；网络分析等。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。实验数据Data4数据或学生自己准备于该实验相关的数据三、实验内容及步骤本实验方法是学生自主实验，实习手册只简绍涉及到空间查询与分析部分软件的操作，具体试验内容采取学生自问自答的方式进行，即学生根据所学知识，自己设计有关空间查询与分析的实际问题，并通过实验来回答问题。要求至少列举一个空间缓冲分析的案例，一个网络分析的案例，然后通过实验来分析解决。1、空间查询1）利用图形查询属性直接点击图形查询属性（Identify）选取Identify工具。用这个工具点取要素（点、线、面状）时，弹出IdentifyResult（查询结果）对话框，显示该要素的属性值。如下图：2）框选图形查询属性（Selectfeature）然后点击工具栏上的Selectfeature图标点取想要选择的要素，被选择的要素颜色改变，在快捷菜单上选择OpenAttributeTable,可以看到属性表被选择的要素的属性记录也改变了颜色。如下图：可以按住shift键，对地图上的多个目标要素进行选择，可以对工具栏的的下拉菜单或在图形区右击显示的菜单上选3）用户绘制范围选择图形查询属性(DrawPolygon)在地图下方的Drawing工具条上可以选择多个应用需要的图形，具体操作:在Draw工具条上选择一正方形，在图形上双击左键完成图形的输入，再在基本工具上点击，再用鼠标点击刚输入的图形，在菜单上选用Slection/SlectByGraphics,后可以看到凡被图形包含或相交的地理要素被选中，颜色发生改变。SelectAll（表中的选择全部）4）用Find或条件查找Find（用字符串查找记录）在基本工具条中单击图标，在弹开的Find对话框的Find框中输入特定字符串“宿舍群”（注意不含引号），对话框的下部会出现查到的记录。条件查询用鼠标右击图层名“宿舍群”，在快捷菜单上选择，打开属性表，在属性表的右下侧，点击Optinos/SelectByAttributes…,出现如下对话框SortAscending（表中的升序排列）///SortDecending（表中的降序排列）在属性表上的任意字段上鼠标右击，在弹出的菜单上有:5）分类汇总在字段上点击鼠标右键，在弹去的的菜单上选择Summarize..,出现数据汇总对话2、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基础是地理空间数据库。这里主要要以叠加分析、缓冲区分析和网络分析为实验内容叠加分析叠加分析是确定不同图层间一种空间位置关系的分析，通过空间叠加关系进行叠加分析。叠加分析分为矢量叠加分析和栅格叠加分析，对于每一种叠加分析又有一下具体的分析功能：Erase（擦除或者扣除）、Identity（一致性）、Intersect（叠加求交）、SpatialJoin（空间连接）、SymmetricalDifferer（对称差异或叠加求交的补集）、Union（叠加求并）、Update（叠加更新）。1）矢量叠加分析矢量数据：实验四\data4\华师（分区和建筑物）注意事项：一定要注意图层的添加顺序。Erase（擦除或者扣除）扣除前被擦除图层（其部分图层被扣除）用于擦出的图层（依照该图层的范围在上面图层上扣除）扣除后Identity（一致性）Intersect（叠加求交）蓝色为分区范围，绿色块为分区与建筑物的交集，褐色为没有在分区范围内的建筑物。SpatialJoin（空间连接）SymmetricalDifferer（对称差异或叠加求交的补集）Union（叠加求并）Update（叠加更新）2）栅格叠加分析矢量转栅格：建筑物分区加减缓冲区分析缓冲区分析是邻近分析（ProximityAnalysis）的一种.它主要用于确定某个要素（点、线、面）的影响范围或指定距离的区域。比喻河流涨水时的影响河岸两边的范围程度。在ArcGIS中，缓冲区分析可以应用缓冲区(Buffer)工具集和缓冲区向导（BufferWizard）进行，这里选用前一种使用方法。1）点区域缓冲分析方法在ArcMap中新建地图文档，加载图层：Hotels，point打开Arctoolbox，执行命令SpatialAnalystTools－proximity-Buffer，如下图所示：缓冲区分析工具：双击Buffer工具，打开缓冲区对话框，如下图：这里需要说明一下的是距离有两个选项，线性单位和值域，当选择线性单位时，可以制定固定的距离和单位。当选择值域时，按照字段设置缓冲区的距离，也就是说从该要素的数字字段中指定一个字段作为距离字段。点击OK，生成点的缓冲区：2）线图层的缓冲区分析同样按上述步骤操作，输入线要素。并进行输出要素类以及距离或字段的设置。也可以选择要素层的感兴趣的目标进行缓冲区分析。这里不作详述。3）面图层的缓冲区分析加载面要素River.shp,类似于上述操作步骤。点击OK，得结果缓冲区前的显示缓冲后的显示：也可以使用多环缓冲区工具建立缓冲区环。双击，打开对话框，再进行距离的设置，分别输入1/2/4三个距离，使用添加按钮（+）分别将去加入列表，单位为公里，如图：网络分析网络分析：网络分析是GIS空间分析的重要组成部分，是对地理网络，城市基础设施网络（如各种网线、电缆线、电力线、排水管道等）进行地理化和模型化，基于它们本身在空间上的拓扑关系、内在关系、跨度等属性和性质进行空间分析，通过满足必要的条件得到合理的结果。主要有两类网络：一类为道路（交通）网络。另一类为实体网络（比如河流、电力网络），它的主要内容包括：最佳路径分析，如：找出从A地出发通达B地的最佳路径。服务区域分析，如：引导最近的救护车到事故地点。a、加载空间分析NetworkAnalysis模块：在“Tools”菜单中选择“Extension”命令，添加NetworkAnalysis模块NetworkAnalysis工具条：b、在ARCGIS中，网络分析扩展主要由三部分构成:建立网络数据集的向导（在ARCCATALOG中）、NETWOEKANALYSTWINDOW(网络分析窗口，在ARCMAP中)、NTTWORKANALYSTTOOLBAR(网络分析工具条，在ARCMAP中)1）网络数据集的建立在ARCMAP中，打开ARCCATALOG,导航到E:\GIS相关\gis_ex09\ex16，可以看到一系列数据项，在road图层上右击，出现新数据集对话框，并按需要进行相关设置，点击下一步建立好的网络数据集（灰色部分）：2）最短路径分析：在arcmap中打开地图文档\ex16.mxd,可以看到3个数据框架，激活Dataframe1,该数据框架有两个图层：加载刚建立好的road_ND.ND。出现一个对话框，选择“否”，加载的网络数据集的几何形状和道路层一样。再NetworkAnalsyt\newrout。出现三个目录，在网络分析菜单上点击图标，光标变成一个小旗子，在地图的最南端的站点上输入一个站点，在最北端的站点上位置输入另一个站点，并点击（solve）,可以看到两点的最短路径：（两点的最佳路径）多站点的路径选择删除Pick1/pick2,再右击stops(0),选择LoadLacatinos,出现对话框，选择图层“停靠站”点击OK后可以看到6个点要素被加载，与停靠站点的位置完全是重合的。在，点击属性，出现路径图层对话框，选择标签Analysissetting:点击“确定”后，再点击图标，出现6个站点顺序优化的路径:鼠标右键点击STOPS(6),选择Openattributetable,可以查看网络站点的相关信息。3）确定最近设施例：在交通肇事现场寻找最近的医院，本练习是在4个设施（Facility）“医院”和15个事件（Incident）,也就是事故发生现场之间选择最佳路径。加载两个.shp文件，del_loc.shp和hospital.shp。鼠标右键选择Dataframe3/properties../general,选择地图显示单位为“米”。再加载s_fran_ND后出现对话框，选择“否”，点击OK，完成网络数据集的加载（前面已经说明网络数据集的建立的方法）。在网络分析菜单上选择/NEWCLAOSEFACILITY可以看到目录中出现“最近设施”的图层网络分析窗口出现4个目录，鼠标右键点击设“设施”/LoadLoacations..,出现LoadLoacations对话框，选择hospital,点击OK.可以看到4个要素被加载。同样方法加载15个“事件”在网络分析窗口上点击“最近设施”的图层，出现对话框，并进行如下设置：点击“确定”后，再点击，则出现如下目标图：（为15个事件分别查找各自最近的设施）4）产生服务区域其过程跟上述相似，用如下菜单完成。（医院的服务范围）四、实习要求根据实习内容，完成自主实验，要求：1、自己设计一个空间缓冲分析的问题例，利用空间分析方法解决问题（要求基于矢量和栅格两种数据格式完成缓冲后的叠加分析；2、自己设计三个网络分析的问题（最佳路径、最近设施、最优服务区），利用空间分析方法解决问题；3、完成上述实验，提交实验报告和实验成果数据。