ArcGIS地理信息系統(tǒng)空間分析實(shí)驗(yàn)教程Chapter 7

第七章第七章 矢量數(shù)據(jù)的空間分析矢量數(shù)據(jù)的空間分析 矢量數(shù)據(jù)的空間分析是 GIS 空間分析的主要內(nèi)容之一。 由于其一定的復(fù)雜性和多樣性 特點(diǎn)， 一般不存在模式化的分析處理方法， 主要是基于點(diǎn)、 線、 面三種基本形式。 在 ArcGIS 中，矢量數(shù)據(jù)的空間分析主要集中于緩沖區(qū)分析、疊置分析和網(wǎng)絡(luò)分析。本章就這三種分 析類型簡單介紹其原理和實(shí)現(xiàn)。 7.1 緩沖區(qū)分析 緩沖區(qū)分析(Buffer)是對(duì)選中的一組或一類地圖要素 （點(diǎn)、 線或面） 按設(shè)定的距離條件， 圍繞其要素而形成一定緩沖區(qū)多邊形實(shí)體，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在二維空間得以擴(kuò)展的信息分析 方法。 緩沖區(qū)應(yīng)用的實(shí)例有如： 污染源對(duì)其周圍的污染量隨距離而減小， 確定污染的區(qū)域； 為失火建筑找到距其 500 米范圍內(nèi)所有的消防水管等。下面著重介紹緩沖區(qū)原理及其在 ArcGIS 中的實(shí)現(xiàn)。 7.1.1 緩沖區(qū)的基礎(chǔ) 緩沖區(qū)是地理空間，目標(biāo)的一種影響范圍或服務(wù)范圍在尺度上的表現(xiàn)。它是一種因變 量，由所研究的要素的形態(tài)而發(fā)生改變。從數(shù)學(xué)的角度來看，緩沖區(qū)是給定空間對(duì)象或集 合后獲得的它們的領(lǐng)域，而鄰域的大小由鄰域的半徑或緩沖區(qū)建立條件來決定，因此對(duì)于 一個(gè)給定的對(duì)象 A，它的緩沖區(qū)可以定義為： （d 一般是指歐式距離，也可以是其它的距離，其中 r 為鄰域半 徑或緩沖區(qū)建立的條件） (,)Px dx Ar= 緩沖區(qū)建立的形態(tài)多種多樣，這是根據(jù)緩沖區(qū)建立的條件來確定的，常用的對(duì)于點(diǎn)狀 要素有圓形，也有三角形、矩形和環(huán)形等；對(duì)于線狀要素有雙側(cè)對(duì)稱、雙側(cè)不對(duì)稱或單側(cè) 緩沖區(qū)；對(duì)于面狀要素有內(nèi)側(cè)和外側(cè)緩沖區(qū)，雖然這些形體各異，但是可以適合不同的應(yīng) 點(diǎn)狀要素的緩沖線狀要素的緩沖區(qū) 面狀要素的緩沖區(qū) 圖 7.1 點(diǎn)、線和面狀要素的緩沖區(qū) 1 用要求， 建立的原理都是一樣的。 點(diǎn)狀要素， 線狀要素和面狀要素的緩沖區(qū)示意圖如圖 7.1。 7.1.2 緩沖區(qū)的建立 從原理上來說，緩沖區(qū)的建立相當(dāng)?shù)暮唵?，?duì)點(diǎn)狀要素直接以其為圓心，以要求的緩 沖區(qū)距離大小為半徑繪圓，所包容的區(qū)域即為所要求區(qū)域，對(duì)點(diǎn)狀要素因?yàn)槭窃谝痪S區(qū)域 里所以較為簡單；而線狀要素和面狀要素則比較復(fù)雜，它們緩沖區(qū)的建立是以線狀要素或 面狀要素的邊線為參考線， 來做其平行線， 并考慮其端點(diǎn)處建立的原則， 即可建立緩沖區(qū)， 但是在實(shí)際中處理起來要復(fù)雜的多。按照其建立的原理來可以介紹如下： 1. 角平分線法 該算法的原理是首先對(duì)邊線做其平行線，然后 在線狀要素的首尾點(diǎn)處， 作其垂線并按緩沖區(qū)半徑 r 截出左右邊線的起止點(diǎn)，在其它的折點(diǎn)處，用與該 點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的兩個(gè)相鄰線段的平行線的交點(diǎn)來確定， 如圖 7.2： d r 圖 7.2 角平分線法 該方法的缺點(diǎn)是在折點(diǎn)處，無法保證雙線的等 寬性，而且當(dāng)折點(diǎn)處的夾角越大，d 的距離就越大， 故而誤差就越大，所以要有相應(yīng)得補(bǔ)充判別方案來 進(jìn)行校正處理。 2. 凸角圓弧法 該算法的原理是首先對(duì)邊線做其平行線，然后在 線狀要素的首尾點(diǎn)處，作其垂線并按緩沖區(qū)半徑 r 截 出左右邊線的起止點(diǎn)，然后以 r 為半徑分別以首尾點(diǎn) 為圓心，以垂線截出的起止點(diǎn)為圓得起點(diǎn)和終點(diǎn)作半 圓弧，在其它的折點(diǎn)處，首先判斷該點(diǎn)的凹凸性，在 凸側(cè)用圓弧彌合，在凹側(cè)用與該點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的兩個(gè)相鄰 線段的平行線的交點(diǎn)來確定。如圖 7.3 該方法在理論上保證了等寬性，減少了異常情況 發(fā)生了概率，該算法在計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化時(shí)非常重要的一點(diǎn)是對(duì)凹凸點(diǎn)的判斷，需要利用 矢量的空間直角坐標(biāo)系的方法來進(jìn)行判斷處理。 圖 7.3 凸角圓弧法 d r 在 ArcGIS 中建立緩沖區(qū)的方法是基于生成多邊形（buffer wizard）來實(shí)現(xiàn)的，它是根 據(jù)給定的緩沖區(qū)的距離，對(duì)點(diǎn)狀、線狀和面狀要素的周圍形成緩沖區(qū)多邊形圖層，完全是 基于矢量結(jié)構(gòu)，從操作對(duì)象、利用矢量操作方法建立緩沖區(qū)的過程到最后緩沖區(qū)的結(jié)果全 部是矢量的數(shù)據(jù)。下面來介紹在 ArcGIS 中建立緩沖區(qū)。 對(duì)一個(gè)區(qū)域內(nèi)的郵箱的影響覆蓋范圍（以 1000 米為例）做分析： （1） 對(duì)點(diǎn)文件郵箱的分布圖 postbox.shp 進(jìn)行分析操作，首先打開菜單 Tools 下的 Customize 選擇 Command 標(biāo)簽； 2 （2） 在彈出的 Command 對(duì)話框中（如圖 7.4）在左邊的 Categorie 框中選擇 Tools， 在出現(xiàn)右邊的 Command 框中選擇 Buffer wizard，拖動(dòng)其放置到工具欄上的空處，出現(xiàn)圖 標(biāo) ； （3） 利用選擇工具 選擇要進(jìn)行 分析的郵箱的點(diǎn)狀要素， 然后點(diǎn)擊 圖 析） ，單擊下一步； 式選擇來進(jìn)行建 標(biāo)，出現(xiàn) Buffer wizard 對(duì)話框（如圖 7.5） ，選擇要進(jìn)行緩沖區(qū)分析的 postbox 文件，其中有選擇要素和未選擇要素時(shí)在 Use only the selected feature 復(fù)選框 前打勾（僅對(duì)已選擇主題中的元素進(jìn)行分 （4） 這時(shí)打開的是緩沖區(qū)分析形式對(duì)話框（圖 7.6） ，其中 圖 7.4 buffer wizard 添加對(duì)話框 圖 7.5 緩沖區(qū)分析對(duì)象選擇對(duì)話框 有三種方 圖7.6 緩沖區(qū)分析建立類型選擇對(duì)話框 3 立不 a specified distance 是以一個(gè)給定的距離建立緩沖區(qū)（普通緩沖區(qū)） ； 沖區(qū) 3) An multiple buffer rings 是建立一個(gè)給定環(huán)個(gè)數(shù)和間距的分級(jí)緩沖區(qū)（分級(jí)緩 沖區(qū)） 。 （5） 選擇普通緩沖區(qū)，給定 1000 米作為緩沖范圍，在下面的選擇合適的單位， （6） 最后一步單擊下一步。 （圖 7.7） ， 1) 在 Dissolve barriers between 中選擇是否將相交的緩沖區(qū)融合在一起； 形進(jìn)行的內(nèi)緩沖和外緩沖的選擇； 同種類的緩沖區(qū)： 1) At 2) Based on a distance from an attribute 是以分析對(duì)象的屬性值作為權(quán)值建立緩 （屬性權(quán)值緩沖區(qū)） ； 圖7.7 緩沖區(qū)存放選擇對(duì)話框 圖 7.8 生成的點(diǎn)狀要素的緩沖區(qū) 2) 在 Create buffers so they are 選項(xiàng) 中對(duì)多邊 4 3) 在 When you want the buffers to be saved 選項(xiàng)卡中的是生成文件的選擇，第一 個(gè)是 （7） 分別是以對(duì)象屬性 生成一個(gè)圖形文件，第二個(gè)是是否在已經(jīng)生成的文件上添加，第三個(gè)是重新生成一個(gè) 新的文件，選擇最后一個(gè)給定其存放路徑和文件名； 單擊完成，進(jìn)行緩沖區(qū)建立。 （圖 7.8） 不同的緩沖區(qū)建立方法形式得到的緩沖區(qū)也有一定的區(qū)別，在實(shí)際應(yīng)用中要根據(jù)不同 的需要和應(yīng)用方向來選擇合適的建立的形式和方法，圖 7.9 和圖 7.10 圖 7.9 以對(duì)象屬性值獲得的緩沖區(qū) 圖 7.10 分成四級(jí)的緩沖區(qū)的建立 5 值和環(huán)狀分級(jí)緩沖區(qū)；另外也有同一區(qū)域的不同性質(zhì)的要素建立的緩沖區(qū)，互不干擾的情 況（見圖 7.11） 。 圖 7.11 互不干擾的緩沖區(qū)的建立 圖 7.12 線狀要素的緩沖區(qū) 以上是點(diǎn)狀要素的緩沖區(qū)的建立。而線狀要素的緩沖區(qū)，由于要素的空間形態(tài)的不同，使 6 得緩沖區(qū)形狀的不同，但是緩沖區(qū)的類型是一樣的，它們同樣存在著普通，分級(jí)，屬性權(quán) 值和 也可以進(jìn)行建立緩沖區(qū)的操作，其中面狀要素的內(nèi)緩沖區(qū)和外緩沖區(qū)之分， 在 A主要區(qū)別 如下 ） 沖區(qū)） （4） outside and include inside（外緩沖區(qū)和原有圖形之 和） （具體見圖 7.13 和 7.14 所示） 圍內(nèi)的其他的要素。這種方法結(jié)果是柵格數(shù)據(jù)，而不是矢量數(shù)據(jù)，從 根本上來說它是一種柵格的空間分析，與基于生成多邊形（buffer wizard）的緩沖區(qū)方法 有著本質(zhì)的區(qū)別。 且還將輸入的 多個(gè) 獨(dú)立緩沖區(qū)，且建立的操作步驟和點(diǎn)狀要素的一樣。圖 7.12 是其中一種線緩沖區(qū)建立 的結(jié)果： 面狀要素 RCGIS 中的面狀要素的緩沖區(qū)的獲得有四種， 圖 7.13 原始的面狀要素 所示： （1） inside and outside（內(nèi)外緩沖區(qū)之和 （2） only outside（僅僅只有外緩沖區(qū)） （3） only inside（僅僅只有內(nèi)緩 inside and outside only outside only inside outside and include inside 圖 7.14 面狀要素緩沖區(qū) 另外，除了利用基于生成多邊形（buffer wizard）的緩沖區(qū)方法之外，對(duì)矢量數(shù)據(jù)建 立緩沖區(qū)還可以利用基于距離制圖的方法（mapping distance） ，這種是基于柵格方法， 雖然它可以對(duì)矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行緩沖區(qū)建立，但是它是將矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成柵格后，利用每個(gè)柵格 與周圍最近要素之間的距離并按遠(yuǎn)近進(jìn)行分等定級(jí)，從距離數(shù)據(jù)的側(cè)面來反映或生成緩沖 區(qū)數(shù)據(jù)或找到一定范 7.2 疊置分析 疊置分析是地理信息系統(tǒng)中常用的用來提取空間隱含信息的方法之一，疊置分析是將 有關(guān)主題層組成的各個(gè)數(shù)據(jù)層面進(jìn)行疊置產(chǎn)生一個(gè)新的數(shù)據(jù)層面，其結(jié)果綜合了原來兩個(gè) 或多個(gè)層面要素所具有的屬性，同時(shí)疊置分析不僅生成了新的空間關(guān)系，而 數(shù)據(jù)層的屬性聯(lián)系起來產(chǎn)生了新的屬性關(guān)系。其中，被疊加的要素層面必須是基于相 同坐標(biāo)系統(tǒng)的，同一地帶，還必須查驗(yàn)疊加層面之間的基準(zhǔn)面是否相同。 從原理上來說，疊置分析是對(duì)新要素的屬性按一定的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算分析，其中往 往涉及到邏輯交、邏輯并、邏輯差等的運(yùn)算。根據(jù)操作要素的不同，疊置分析可以分成點(diǎn) 與多邊形疊加、線與多邊形疊加、多邊形與多邊形疊加；根據(jù)操作形式的不同，疊置分析 7 可以分為圖層擦除、識(shí)別疊加、交集操作、均勻差值、圖層合并和修正更新，以下就這六 種形 屬性等不能作為輸入的屬性值。 其中在 ArcGIS 中可以進(jìn)行疊置分析的數(shù)據(jù)格式有 coverage，shapefile，GeoDatabase efile 為例子來介紹。 7.2 圖層擦指輸入層根據(jù)圖層 內(nèi)的要素去除，最后得到剩余的輸入圖層的結(jié)果。從數(shù)學(xué)的空間邏輯運(yùn)算的角度來說，即 （即 式分別介紹疊置分析的操作。要注意的是這里也要對(duì)屬性進(jìn)行一定的操作，所指的屬 性是較為簡單的屬性值，例如注解屬性，尺度屬性，網(wǎng)絡(luò) 中的數(shù)據(jù)要素等，這里主要以 shap .1 圖層擦除（Erase） 除是圖擦除圖層的范圍大小，將擦除參照?qǐng)D層所覆蓋的輸入 AABIxA且xB，A 為輸入圖層，B 為擦除層）具體表現(xiàn)如下所示： 面，點(diǎn)擊 多邊形與多邊形 線與多邊形 點(diǎn)與多邊形 圖 7.15 圖層擦除的三種形式 cgis 中實(shí)現(xiàn)以上的操作，具體的步驟如下： 1. 首先打開 ArcMap 主界 在 ar （即 ArcToolbox 按鈕）打開 ArcToolbox 工具 箱， 雙擊打開 Erase Input Features） ，擦除參照（Erase Feature） ， 在 ArcToolbox 中選擇 Analyst Tools，打開后選擇 Overlay 中的 Erase 選項(xiàng)， 對(duì)話框； （如圖 7.16） 2. 在 Erase 操作對(duì)話框中填入輸入圖層（ arctoolbox 中選擇 erase 操作 erase 操作對(duì)話框 圖 7.16 圖層擦除操作 從 8 輸出量及單位， 在右下角的環(huán)境設(shè)置 （Environments） 中， 作，得到結(jié)果。 圖層 （Output Feature Class） 和分類容許 可以對(duì)輸入輸出數(shù)據(jù)的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。 3. 單擊 OK，進(jìn)行操 同樣對(duì)線狀輸入圖層和點(diǎn)狀輸入圖層在擦除操作后也能得到類似于圖 7.17 的結(jié)果， 具 體請(qǐng)參照上述的步驟。 輸出圖層 輸入圖層 擦除參照 圖 7.17 圖層擦除實(shí)現(xiàn) 9 7.2.2 識(shí)別疊加（Identity） 輸入圖層和另外一個(gè)圖層進(jìn)行識(shí)別疊加，在圖形交迭的區(qū)域，識(shí)別圖層的屬性將賦給 輸入圖層在該區(qū)域內(nèi)的地圖要素，同時(shí)也有部分的圖形的變化在其中，具體表現(xiàn)如圖 7.18 所示。 多邊形和多邊形 線和多邊形 點(diǎn)和多邊形 圖7.18 識(shí)別疊加的三種形式 在 ArcGIS 中的具體操作： 從 ArcToolbox 中選擇 Analyst Tools，打開后選擇 Overlay 圖 7.19 Identity 操作對(duì)話框 中的 Identity 選項(xiàng)，打開其對(duì)話框（圖 7.19） ， 然后填入輸入圖層（Input features） ，識(shí)別 參照?qǐng)D層（Erase feature） ，輸出圖層（Output Feature Class）和選擇需要連接過去的屬性字 段，在右下角的環(huán)境設(shè)置（Environments）中， 可以對(duì)輸入輸出數(shù)據(jù)的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。 10 輸入圖層 識(shí) 別 參 照 圖 輸出圖層 圖 7.20 識(shí)別疊加實(shí)現(xiàn) 同樣對(duì)線狀輸入圖層和點(diǎn)狀輸入圖層在識(shí)別疊置操作后也能得到類似于圖 7.20 的結(jié) 果，這里就不再重復(fù)列出來了。要注意的是在 ArcGIS 中這個(gè)識(shí)別的圖層必須是多邊形圖 層。 7.2.3 交集操作（Intersect） 交集操作是得到兩個(gè)圖層的交集部分，并且原圖層的所有屬性將同時(shí)在得到的新的圖 層上顯示出來。在數(shù)學(xué)運(yùn)算上表現(xiàn)如，xABI（A,B 分別是進(jìn)行交集的兩個(gè)圖層） 。由 于點(diǎn)，線，面三種要素都有可能獲得交集所以它們的交集的情形有七種，現(xiàn)舉例如下（圖 7.21） ： 11 多邊形與多邊形 線與多邊形 點(diǎn)與多邊形 點(diǎn)、線與多邊形三者相交 線與線 點(diǎn)與線 點(diǎn)與點(diǎn) 圖 7.21 點(diǎn)，線，面相交的幾種類型 交集操作在 ArcGIS 中的實(shí)現(xiàn)如下（以多邊形為例） ： 從 ArcToolbox 中選擇 Analyst Tools，打開后選擇 Overlay 中的 Intersect 選項(xiàng)，打開其 對(duì)話框（圖 7.22） ， 12 圖 7.22 Intersect 對(duì)話框 輸入多邊形圖層一 輸入多邊形圖層二 圖 7.23 交集操作實(shí)現(xiàn) 輸出圖層 然后逐個(gè)輸入要進(jìn)行相交的圖層（Input features） ，按右邊的“加號(hào)”來將圖層添加進(jìn)來， 13 在中間“Features”組合框內(nèi)的就是要進(jìn)行相交操作的圖層列表，輸入要輸出的文件的路 徑和名稱（Output Feature Class） ，同時(shí)在下方的屬性字段中選擇要進(jìn)行連接的屬性字段 （Join Attributes）或全部，輸出文件的類型，也可以對(duì)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行相關(guān)的設(shè)置，單擊 OK 進(jìn)行交集操作，輸出結(jié)果如圖 7.23。 在此之中要注意的是，同時(shí)當(dāng)輸入幾個(gè)圖層是不同維數(shù)時(shí)（例如線和多邊形，點(diǎn)和多 邊形，點(diǎn)和線） ，輸出的結(jié)果的幾何類型也就會(huì)是輸入圖層的最低維數(shù)據(jù)的幾何形態(tài)。 7.2.4 均勻差值（Symmetrical difference） 在矢量的疊置分析中也有為了獲得兩個(gè)圖層 去掉它們之間的公共部分，而只需要剩下的部分， 同時(shí)對(duì)原有圖層的空間上的分布也進(jìn)行一定區(qū)域 內(nèi)的調(diào)整，新生成的圖層的屬性也是綜合兩者的 屬性而產(chǎn)生的。利用數(shù)學(xué)的空間邏輯運(yùn)算的方式 表示就是：)(xABABUI（A,B 為輸入的兩個(gè) 圖層） 。圖解表示如圖 7.24： 在這里要值得注意的是，在 ArcGIS 中，在均 勻差值操作時(shí)，無論是輸入圖層或差值圖層都必 須是多邊形圖層，雖然在理論上，點(diǎn)和線與其依然可以進(jìn)行此類疊置分析，但從層面的角 度來考慮，不同維數(shù)的幾何形態(tài)如線和多邊形進(jìn)行均勻差值的疊置分析，最后會(huì)得到同一 層面內(nèi)會(huì)存在不同的幾何形態(tài)如一部分是多邊形而另一部分是線的情況， 即一種層面出現(xiàn) 兩種形態(tài)， 故而在 ArcGIS 規(guī)定了只能對(duì)多邊形進(jìn)行此類操作。 下面是在 ArcGIS 中實(shí)現(xiàn)其 的過程： 圖 7.24 均勻差值圖解 從 Arctoolbox 中選擇 Analyst Tools，打開 后選擇 Overlay 中的 Symmetrical Difference 選 項(xiàng)，打開其對(duì)話框（圖 7.25） ，輸入要進(jìn)行操 作的輸入圖層 （Input Features） ， 同時(shí)在下面輸 入?yún)⒄盏牟钪祱D層（Update Features） ，輸入要 輸出的文件的路徑和名稱（Output Feature Class） ，同時(shí)在下方的屬性字段中選擇要進(jìn)行 連接的屬性字段（Join Attributes）或全部，還 有容錯(cuò)量，也可以對(duì)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行相關(guān)的設(shè) 置，單擊 OK 進(jìn)行交集操作，輸出結(jié)果如圖 7.26。 圖 7.25 symmetrical difference 對(duì)話框 14 輸入圖層 差值圖層 輸出的圖層 圖 7.26 均勻插值實(shí)現(xiàn) 同時(shí)在操作輸出圖層的同時(shí)對(duì)原有圖層的屬性值字段也進(jìn)行了操作，將差值圖層的屬性添 加在了輸入圖層的后面，并給與了賦零操作。而原有的差值圖層添加到輸入圖層的一部分 圖形只保留了原有的差值圖層的屬性，而其他的屬性為零。 7.2.5 圖層合并（Union） 圖層合并是通過把兩個(gè)圖層的區(qū)域范圍聯(lián)合 起來而保持來自輸入地圖和疊加地圖的所有地圖 要素。在布爾運(yùn)算上用的是 or 關(guān)鍵字，即輸入圖 層 or 疊加圖層，因此輸出的圖層應(yīng)該對(duì)應(yīng)于輸入 圖層或疊加圖層或兩者的疊加的范圍。 同時(shí)在圖層 合并的同時(shí)要求兩個(gè)圖層的幾何特性必須全部是 多邊形。 圖層合并將原來的多邊形要素分割成新要 素，新要素綜合了原來兩層或多層的屬性。多邊形 圖 7.27 圖層合并圖解 15 圖層合并的結(jié)果通常就是把一個(gè)多邊形按另一個(gè)多邊形的空間格局分布幾何求交而劃分 成多個(gè)多邊形，同時(shí)進(jìn)行屬性分配過程將輸入圖層對(duì)象的屬性拷貝到新對(duì)象的屬性表中， 或把輸入圖層對(duì)象的標(biāo)識(shí)作為外鍵，直接關(guān)聯(lián) 度來表示就是 到輸入圖層的屬性表中。圖層合并從數(shù)學(xué)角 :x xAB（為輸入的 7.。 在 實(shí)現(xiàn)圖層合并的操作是： 從 ArcToolbox 中選 圖 7.28 Union 對(duì)話框 U A,B 兩個(gè)圖層） ，圖解表示如圖27ArcGIS 中 擇 Analyst Tools，打 開后選擇 可以 Overlay 中的 Union 選項(xiàng)， 打開其對(duì) 話框（圖 7.28） ，然后逐個(gè)輸入要進(jìn)行合并的 圖層（Input Features） ，按右邊的“加號(hào)”來 將圖層添加進(jìn)來，在中間“Features”組合框 內(nèi)的就是要進(jìn)行合并操作的圖層列表， 輸入要 輸出的文件的路徑和名稱（Output Features） ， 同時(shí)在下方的屬性字段中選擇要進(jìn)行連接的 屬性字段（Join Attributes）或全部，輸出文件 的類型，也可以對(duì)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行相關(guān)的設(shè)置， 單擊 OK 進(jìn)行合并操作，輸出結(jié)果如圖 7.29。 從理想狀態(tài)上來說， 矢量的圖層合并操作 應(yīng)用于各種形式矢量圖形進(jìn)行合并， 而不 應(yīng)該僅僅局限于多邊形與多邊形。線與線，點(diǎn)與點(diǎn)之間都可以進(jìn)行合并操作，而不同維數(shù) 的例如點(diǎn)與線、點(diǎn)與面、線與面在目前的文件格式，操作形式，理論實(shí)現(xiàn)上還沒有能力將 他們作為同一大類的要素形態(tài)而在一起進(jìn)行研究，故而只能對(duì)同維形態(tài)進(jìn)行圖層合并如點(diǎn) 與點(diǎn)，線與線以及面與面，在現(xiàn)實(shí)中最常用的是多邊形與多邊形的合并分析。 16 輸入要合并的圖層一 輸入要合并的圖層二 輸出的結(jié)果圖層 圖 7.29 圖層合并實(shí)現(xiàn) 7.2.6 修正更新（Update） 和修正圖層進(jìn)行幾何相交的計(jì)算，然后輸入的圖層被 修正圖層覆蓋的那一部分的屬性將被修正圖層而代替。而且如果兩個(gè)圖層均是多邊形要素 的話 修正更新指，首先對(duì)輸入的圖層 ，那么兩者將進(jìn)行合并，并且重疊部分將被修正圖層所代替，而輸入圖層的那一部分 將被擦去。其主要是利用空間格局分布關(guān)系來對(duì)空間實(shí)體的屬性進(jìn)行重新賦值，可以將一 定區(qū)域內(nèi)事物的屬性進(jìn)行集體操作賦值，從地學(xué)意義上來說建立了空間框架格局關(guān)系和屬 性值之間的一個(gè)間接的聯(lián)系。利用圖解表示如下： 17 多邊形與多邊形 線與多邊形 點(diǎn)與多邊形 圖 7.30 修正更新圖解說明 在 ArcGIS 中實(shí)現(xiàn)修正更新的操作是： 從 ArcToolbox 中選擇 Analyst Tools，打開后選擇 Overlay 中的 Update 選項(xiàng)，打開其對(duì) 話框（圖 7.31） ，輸入要進(jìn)行操作的輸入圖層（Input Features） ，同時(shí)在下面輸入修正更新 圖層（Update Feature） ，輸入要輸出的文件的路徑和名稱（Output Feature Class） ，在下面 的邊界（Borders）上可以選擇在兩個(gè)圖形相交的地方是否有邊界的存在，也可以對(duì)容錯(cuò)量 和環(huán)境參數(shù)進(jìn)行相關(guān)的設(shè)置， 單擊 OK 進(jìn)行交 集操作，操作過程和輸出結(jié)果如圖 7.32。 在疊置分析中最常見的誤差是破碎多邊 形，也就是在兩個(gè)輸入地圖的相關(guān)或共同邊 界，相交的地方會(huì)出現(xiàn)非常細(xì)小的多邊形區(qū) 域。 這時(shí)就需要設(shè)置一定的容錯(cuò)量來消除這種 細(xì)小多邊形，即上述各個(gè)對(duì)話框中的容錯(cuò)量 （Cluster Tolerance） 。 另外，在 ArcGIS 中除了 shapefile 之外， 也可以對(duì) GeoDatabse 里面的要素和 coverage 進(jìn)行疊置分析，操作基本上一致。要注意的是 必須安裝了 ArcGIS Workstation，才能對(duì) coverage 格式的進(jìn)行疊置分析。 圖 7.31 update 對(duì)話框 矢量的空間疊置分析雖然遠(yuǎn)遠(yuǎn)要多于以上所說的 6 種方式，但是將它們逐個(gè)細(xì)化下來 離不開這 6 種基本方式，也就是說這些就是組成矢量空間分析的最基本的小元素。但是實(shí) 際中空間分析還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是幾個(gè)小元素組件就可以實(shí)現(xiàn)其操作，在本章后面將介紹如何綜合 應(yīng)用矢量空間疊置分析在實(shí)際中解決問題。 18 輸入的圖層 修正更新的圖層 有邊界的輸出結(jié)果 無邊界的輸出結(jié)果 圖 7.32 修正更新過程和兩種輸出結(jié)果 7.3 網(wǎng)絡(luò)分析 空間數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)分析是對(duì)地理網(wǎng)絡(luò)，城市基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)（如各種網(wǎng)線，電纜線，電力 線，電話線，供水線，排水管道等）進(jìn)行地理化和模型化，基于它們本身在空間上的拓?fù)?關(guān)系、內(nèi)在聯(lián)系、跨度等屬性和性質(zhì)來進(jìn)行空間分析，通過滿足必要的條件得到合理的結(jié) 果。網(wǎng)絡(luò)分析的理論基礎(chǔ)是圖論和運(yùn)籌學(xué)，它是從運(yùn)籌學(xué)的角度來研究，統(tǒng)籌，策劃一類 具有網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫再|(zhì)的工程如何安排各個(gè)要素的運(yùn)行使其能充分發(fā)揮其作用或達(dá)到所預(yù)想 的目標(biāo)，如資源的最佳分配，最短路徑的尋找，地址的查詢匹配等，而在此之中所采用的 是基于數(shù)學(xué)圖論理論的方法，即利用統(tǒng)籌學(xué)建立模型，再利用其網(wǎng)絡(luò)本身的空間關(guān)系，采 用數(shù)學(xué)的方法來實(shí)現(xiàn)這個(gè)模型，最終得到結(jié)果，從而指導(dǎo)現(xiàn)實(shí)和應(yīng)用，故而對(duì)網(wǎng)絡(luò)分析的 研究在空間分析中占有著極其重要的意義。以下將從網(wǎng)絡(luò)的組成和建立、網(wǎng)絡(luò)分析的預(yù)處 理、網(wǎng)絡(luò)分析的基本功能和操作三個(gè)方面來介紹。 19 7.3.1 網(wǎng)絡(luò)的組成和建立 網(wǎng)絡(luò)是現(xiàn)實(shí)世界中，由鏈和結(jié)點(diǎn)組成的、帶有環(huán)路，并伴隨著一系列支配網(wǎng)絡(luò)中流動(dòng) 之約束條件的線網(wǎng)圖形。網(wǎng)絡(luò)中的基本組成部分和屬性如下： 1 線狀要素鏈 網(wǎng)絡(luò)中流動(dòng)的管線，包括有形物體如街道，河流，水管，電纜線等，無形物體如無線 電通訊網(wǎng)絡(luò)等，其狀態(tài)屬性包括阻力和需求 2 點(diǎn)狀要素 （1） 障礙，禁止網(wǎng)絡(luò)中鏈上流動(dòng)的點(diǎn)； （2） 拐角點(diǎn)，出現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)鏈中所有的分割結(jié)點(diǎn)上狀態(tài)屬性的阻力，如拐彎的時(shí)間和 限制（如不允許左拐） ； （3） 中心，是接受或分配資源的位置，如水庫，商業(yè)中心、電站等。其狀態(tài)屬性包 括資源容量，如總的資源量，阻力限額，如中心與鏈之間的最大距離或時(shí)間限制； （4） 站點(diǎn)，在路徑選擇中資源增減的站點(diǎn)，如庫房、汽車站等其狀態(tài)屬性有要被運(yùn) 輸?shù)馁Y源需求，如產(chǎn)品數(shù)。 網(wǎng)絡(luò)中的狀態(tài)屬性有阻力和需求兩項(xiàng)，可通過空間屬性和狀態(tài)屬性的轉(zhuǎn)換，根據(jù)實(shí)際 情況賦到網(wǎng)絡(luò)屬性表中。一般情況下，網(wǎng)絡(luò)是通過將內(nèi)在的線，點(diǎn)等要素在相應(yīng)的位置繪 出后，然后根據(jù)他們的空間位置以及各種屬性特征從而建立它們的拓?fù)潢P(guān)系，使得它們能 成為網(wǎng)絡(luò)分析中的基礎(chǔ)部分，基于其能進(jìn)行一定的網(wǎng)絡(luò)空間分析和操作。 而在 ArcGIS 網(wǎng)絡(luò)分析中涉及的網(wǎng)絡(luò)是由一系列要素類別組成的，可以度量并能圖形 表達(dá)的網(wǎng)絡(luò)，又稱之為幾何網(wǎng)絡(luò)。圖形的特征可以在網(wǎng)絡(luò)上表現(xiàn)出來，同時(shí)也可以在同一 個(gè)網(wǎng)絡(luò)中表示出如運(yùn)輸線、閘門、保險(xiǎn)絲與變壓器等不同性質(zhì)的數(shù)據(jù)。一個(gè)幾何網(wǎng)絡(luò)包含 了線段與交點(diǎn)的連結(jié)信息且定義出部分規(guī)則，如：哪一個(gè)類別的線段可以連至某一特定類 別的交點(diǎn)，或某兩個(gè)類別的線段必須連至哪一個(gè)類別的交點(diǎn)。 一個(gè)整的幾何網(wǎng)絡(luò)必須首先建立一個(gè)空的空間圖形網(wǎng)絡(luò)然后再加入其各個(gè)屬性特征 值，一旦網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)被建立起來，全部數(shù)據(jù)被存放在地理數(shù)據(jù)庫中，由數(shù)據(jù)庫的生命循環(huán)周 期來維持其運(yùn)作。當(dāng)使用者使用或編輯其部分或全部圖形屬性特征數(shù)據(jù)時(shí)，都將以原先的 地理數(shù)據(jù)庫中調(diào)出其已經(jīng)定義好的連接規(guī)則和相互關(guān)系為基礎(chǔ)。在 ArcGIS 中建立的幾何 網(wǎng)絡(luò)的格式是GeoDataBase， 將其全部的數(shù)據(jù)和組成部分封裝在一個(gè)文件中， 如何在ArcGIS 中建立幾何網(wǎng)絡(luò)并定義連結(jié)規(guī)則及定義圖層特征類別間關(guān)聯(lián)的相關(guān)信息，請(qǐng)見第 3 章 GeoDataBase 的建立。 7.3.2 網(wǎng)絡(luò)分析的預(yù)處理 1 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的加載：網(wǎng)絡(luò)分析的基礎(chǔ)是幾何網(wǎng)絡(luò)，所以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)分析的前提是網(wǎng)絡(luò) 的調(diào)用。一般來說根據(jù)分析工作的需要，選擇調(diào)用的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。基本的網(wǎng)絡(luò)分析，必須加 20 載至少一種包含網(wǎng)絡(luò)屬性的要素類型，對(duì)于全部網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的制圖的輸出，就必須加載包含 網(wǎng)絡(luò)屬性的整個(gè)要素?cái)?shù)據(jù)庫。 （1） 在 ArcGIS 中加載單個(gè)幾何網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)要素的步驟如下： 1） 利用增加數(shù)據(jù)按鈕，打 開添 庫（mdb 文 件） ） 雙擊要素?cái)?shù)據(jù)庫后，顯示出 來該 （2） 在 ArcGIS 中加載要素的數(shù)據(jù)集步驟如下： 1） 利用增加數(shù)據(jù)按鈕 加數(shù)據(jù)的對(duì)話框。 2） 選擇在地理數(shù)據(jù) 圖 7.33 數(shù)據(jù)庫中包含的要素類型和幾何網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù) 中包含網(wǎng)絡(luò)屬性的要素的數(shù)據(jù) 庫； 3 數(shù)據(jù)庫所包含的要素類型和幾 何網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)（圖 7.33） ，在其中選擇 要素network， 并將其加載到ArcMap 窗口中（圖 7.34） 。 ，打開添加數(shù)據(jù)的對(duì)話框。 包 到 ArcMap 中（如圖 7.35） 。 空間 圖 7.34 網(wǎng)絡(luò)的顯示在 ArcMap 窗口中 2） 選擇在地理數(shù)據(jù)庫中含網(wǎng)絡(luò)屬性的要素的數(shù)據(jù)庫； 3） 單擊左鍵，然后點(diǎn)添加（Add） ，將 city 要素?cái)?shù)據(jù)集加載 在這個(gè)幾何網(wǎng)絡(luò)要素的數(shù)據(jù)集中不但包括了線狀要素，點(diǎn)狀要素而且還將拓?fù)潢P(guān)系、 屬性和狀態(tài)屬性等包容其中，在一定程度上能夠?qū)崿F(xiàn)各種完整的網(wǎng)絡(luò)分析功能。 21 2 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的符號(hào)化：網(wǎng)絡(luò)的線狀要素的屬性存在著可運(yùn)行和不可運(yùn)行情形，稱之 為可 操作快捷菜單， 圖 7.35 幾何網(wǎng)絡(luò)要素?cái)?shù)據(jù)集在 ArcMap 中顯示 運(yùn)行性， 在ArcGIS中， 可以在ArcMap中使用符號(hào)化功能來簡單的定義可運(yùn)行 （Enable） 與不可運(yùn)行（Disable） ?？蛇\(yùn)行的要素允許資源流動(dòng)通過，不可運(yùn)行的要素則不允許。這 項(xiàng)信息被儲(chǔ)存在該要素類別屬性表格中的 Enable 字段，字段內(nèi)的值是 0 或 1，值為 1 代表 可運(yùn)行的，值為 0 代表不可運(yùn)行的。使用屬性來符號(hào)化要素可以很快的定義出哪些圖征是 可運(yùn)行的，哪些是不可運(yùn)行的。以下介紹的是在 ArcGIS 中的操作過程： （1） 在需要進(jìn)行符號(hào)化的幾何網(wǎng)絡(luò)線狀圖層上點(diǎn)擊右鍵，打開數(shù)據(jù)層 圖 7.36 Symbology 選項(xiàng)卡 22 單擊 Properties 命令，打開 Layer Properties 對(duì)話框。 （2） 在上述對(duì)話框上，單擊 Symbology 標(biāo)簽進(jìn)入 Symbology 選項(xiàng)卡。 （圖 7.36） （3） 在左側(cè) Show 窗口內(nèi)單擊 Categories，打開對(duì)話框，然后在其出現(xiàn)的下拉菜單中 選擇選擇 Unique Values，打開 Unique Values 對(duì)話框。 （4） 在 Value Field 屬性選擇下拉框中選擇屬性字段：Enabled（圖 7.37） 圖7.37 Enabled屬性字段選擇 （5） 單擊 Add All Values 按鈕，將 Enabled 字段的兩個(gè)值列出，同時(shí)可以對(duì)兩個(gè)值顯 示的默認(rèn)符號(hào)雙擊調(diào)整顯示，單擊確定可以顯示網(wǎng)絡(luò)上邊的可運(yùn)行性。 （圖 7.38，圖中深 圖 7.38 網(wǎng)絡(luò)線狀要素的可運(yùn)行性符號(hào)顯示 23 色為不可運(yùn)行要素） 除了可運(yùn)行性之外，符號(hào)化也可以在上述屬性字段選擇中，選擇將其他的屬性以符號(hào) 不同 和完 直接在數(shù)據(jù)庫中添加數(shù)據(jù)要素是類似的，稍稍不同的是當(dāng)新 的幾 ） 網(wǎng)絡(luò)連通性的變更 得網(wǎng)絡(luò)中的空間連通性發(fā)生了一定的變化，例如城市中有些 道路 通性的變更操作之前，需要將建立和解除連通性的工具按鈕添加進(jìn)來。 comm command 對(duì)話框中（如圖 7.38 r 出現(xiàn)圖標(biāo) 來顯示出來。同樣對(duì)于點(diǎn)狀要素通過符號(hào)化也可以告訴使用者哪些地圖要素在網(wǎng)絡(luò)中 是起點(diǎn)（source）或終點(diǎn)（sink） ，或都不是。當(dāng)建立一個(gè)幾何網(wǎng)絡(luò)，可以指定哪些要素包 含起點(diǎn)或終點(diǎn)特征。這些要素有一項(xiàng)屬性稱為 AncillaryRole 包含這項(xiàng)信息，字段值為代 表起點(diǎn)特，值為代表終點(diǎn)，代表都不是。使用這項(xiàng)屬性來符號(hào)化要素特征可以很快的 分辨出哪些是起點(diǎn)及哪些是終點(diǎn)， 具體的操作步驟基本上和上述線狀類似， 這里不再重復(fù)。 3 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的修改和完善：建立了一個(gè)幾何網(wǎng)絡(luò)，也要對(duì)其進(jìn)行一定程度上的修改 善，這里對(duì)常用的一些幾何網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)修改操作進(jìn)行簡單的介紹：增加網(wǎng)絡(luò)圖形，空間 關(guān)系的改變，屬性特征的修改（主要是對(duì)于網(wǎng)絡(luò)中可運(yùn)行性進(jìn)行修改） 。 （1） 增加幾何網(wǎng)絡(luò)要素 添加新的幾何網(wǎng)絡(luò)要素和 何網(wǎng)絡(luò)要素被添加到幾何網(wǎng)絡(luò)中的時(shí)候，它在空間上和其他網(wǎng)絡(luò)要素在空間上的拓?fù)?連接關(guān)系將同時(shí)由地理數(shù)據(jù)庫自動(dòng)產(chǎn)生并同時(shí)保存在其中， 以便以后分析使用。 在 ArcGIS 中的具體操作如同添加新要素的操作一樣，具體操作參考第 3 章數(shù)據(jù)編輯這里就不在重復(fù) 了。 （2 由于時(shí)間或空間的變化使 因?yàn)樾蘼返脑蚨沟貌荒芡ㄟ^，立交橋的建立路面上暫時(shí)不能用等這樣的情形。要 注意的是解除連通性并非是將要素從數(shù)據(jù)庫中刪除，只是移除了它與其他要素在空間上的 關(guān)聯(lián)；同樣建立連通性是將該要素與其他要素相聯(lián)結(jié)在一起，建立它們之間的空間關(guān)聯(lián), 具體操作如下： 1） 在網(wǎng)絡(luò)連 A. 首先打開Tools下的Customize選擇 and 標(biāo)簽； B. 在彈出的 ） 在 左 邊 的 Categorie 框 中 選 擇 Editor，在出現(xiàn)右邊的 Edito框中選擇 Connect， 并拖動(dòng)其放置到工具欄上的空處， 。 到下Disconnect，同樣 拖動(dòng) C. 找面出現(xiàn)的 其放置到工具欄上的空處，出現(xiàn)圖標(biāo) 。 （圖 7.39） 具按鈕后進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連通性 首先 Editing。 2） 在添加完工 圖 7.39 網(wǎng)絡(luò)連通性變更工具添加對(duì)話框 的變更操作， 是對(duì)網(wǎng)絡(luò)連通性的建立： A. 按 Editor 選單并選 Start 24 B. 按 Edit 工具。 連的要素。 D. 按連結(jié)鈕 C. 點(diǎn)選欲建立網(wǎng)絡(luò)通性 ，使得其建立網(wǎng)絡(luò)連通。 B. 按 Edit 工具。 3） 其次是對(duì)網(wǎng)絡(luò)連通性的接除： A. 按 Editor 選單并選 Start Editing。 連的要素。 D. 按連結(jié)鈕 C. 點(diǎn)選欲建立網(wǎng)絡(luò)通性 ，使得其建立網(wǎng)絡(luò)連通。 絡(luò)要素都可以是可運(yùn)行的或不可運(yùn)行的。在幾何網(wǎng)絡(luò)中預(yù)設(shè) 的所 （2） 按 Edit 工具 4 網(wǎng)絡(luò)可運(yùn)行性的編輯 幾何網(wǎng)絡(luò)中的任何幾何網(wǎng) 有的要素都是可以運(yùn)行的， 而不可運(yùn)行的要素可以把那處的當(dāng)作網(wǎng)絡(luò)中的中斷來處理, 而不需要真的移除它與其他空間網(wǎng)絡(luò)要素的空間關(guān)系，例如單行道。在 ArcGIS 中網(wǎng)絡(luò)的 運(yùn)行性可以通過編輯需要操作的要素屬性中的 Enabled 屬性來修改。具體步驟如下： 圖 7.40 網(wǎng)絡(luò)可運(yùn)行性編輯對(duì)話框 （1） 按 Editor 選單并選 Start Editing。 ，并點(diǎn)選欲編輯的要素。 25 （3） 按屬性鈕 。 （4） 按 Value 選項(xiàng)的 Enabled 屬性。 （5） 對(duì)話框中將顯示這項(xiàng)屬性的所有可能值（就像 Enabled 屬性的定義） 。 （6） 選擇 True 使要素可起作用。選擇 False 使要素不可起作用。 （7） 按 Editor 選單并選 Stop Editing，并確定儲(chǔ)存數(shù)據(jù)的更新。 （圖 7.40） 7.3.3 網(wǎng)絡(luò)分析的基本功能和操作 1 基本功能 從實(shí)際應(yīng)用的方面來說，網(wǎng)絡(luò)分析的基本功能是基于幾何網(wǎng)絡(luò)的特征和屬性，利用距 離、權(quán)重和規(guī)劃條件來進(jìn)行分析得到結(jié)果并且應(yīng)用在實(shí)際中，它主要包括路徑分析、地址 匹配和資源分配三個(gè)方面。具體如下： （1） 路徑分析 1） 最佳路徑分析，分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種，靜態(tài)的是指確定用戶權(quán)值關(guān)系后，即給定 每條弧段的屬性，當(dāng)需求最佳路徑時(shí)，讀出路徑的相關(guān)屬性，求最佳路徑；動(dòng)態(tài)的是指實(shí) 際網(wǎng)絡(luò)分析中權(quán)值是隨著權(quán)值關(guān)系式變化的，而且可能會(huì)臨時(shí)出現(xiàn)一些障礙點(diǎn)，所以往往 需要?jiǎng)討B(tài)地計(jì)算最佳路徑。 2） N 條最佳路徑分析，確定起點(diǎn)、終點(diǎn)，求代價(jià)較小的幾條路徑，因?yàn)樵趯?shí)踐中往 往僅求出最佳路徑并不能滿足要求， 可能因?yàn)槟撤N因素不走最佳路徑， 而走近似最佳路徑。 3） 最短路徑，確定起點(diǎn)、終點(diǎn)和所要求經(jīng)過的中間點(diǎn)、中間連線，求最佳路徑。 4） 動(dòng)態(tài)分段技術(shù)，給定一條路徑由多段聯(lián)系組成，要求標(biāo)注出這條路上的公里點(diǎn)或 要求定位某一公路上的某一點(diǎn)，標(biāo)注出某條路上從某一公里數(shù)到另一公里數(shù)的路段。 （2） 地址匹配 地址匹配實(shí)質(zhì)是對(duì)地理位置的查詢，它涉及到地址編碼。地址匹配與其他網(wǎng)絡(luò)分析功 能結(jié)合在一起，可以滿足實(shí)際工作中非常復(fù)雜的分析要求。所需要輸入的數(shù)據(jù)，包括地址 表和含地址范圍的街道網(wǎng)絡(luò)及待查詢地址的屬性值。 （3） 資源分配 資源分配網(wǎng)絡(luò)模型由中心點(diǎn)(分配中心)及其狀態(tài)屬性和網(wǎng)絡(luò)組成。分配有兩種方式， 一種是由分配中心向四周輸出，另一種是由四周向中心集中。這種分配功能可以解決資源 的有效流動(dòng)和合理分配。其在地理網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用與區(qū)位論中的中心地理論類似。在資源分 配模型中，研究區(qū)可以是機(jī)能區(qū)，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)流的阻力等來研究中心的吸引區(qū)，為網(wǎng)絡(luò)中的 每一連接尋找最近的中心，以實(shí)現(xiàn)最佳的服務(wù)。還可以用來指定可能的區(qū)域。 2 分析原理 從網(wǎng)絡(luò)分析的原理方面來說，無論對(duì)于上述的任何以一種功能或方法，它們都是以給 定條件和要求，利用網(wǎng)絡(luò)流的流向來尋求路線、區(qū)域或較好的結(jié)果的。例如最短路徑可以 根據(jù)網(wǎng)絡(luò)流和距離的權(quán)重，并利用一定的路徑追蹤的原理來得到代價(jià)最小的路徑，故而可 26 以將網(wǎng)絡(luò)分析劃分成兩個(gè)基礎(chǔ)模塊：流向分析和追蹤分析。而上述的網(wǎng)絡(luò)分析的經(jīng)典的分 析功能都是可以從這兩個(gè)基礎(chǔ)模塊來組建或衍生出來的。下面就著重從這兩個(gè)基礎(chǔ)模塊來 對(duì)網(wǎng)絡(luò)分析進(jìn)行介紹： （1） 流向分析 設(shè)施網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用上，了解網(wǎng)絡(luò)線段上的資源和要素流動(dòng)方向是必要的。在網(wǎng)絡(luò)中的流動(dòng) 方向是決定于： A. 網(wǎng)絡(luò)的連通性 B. 網(wǎng)絡(luò)中起點(diǎn)或終點(diǎn)要素的位置 C. 網(wǎng)絡(luò)要素的可運(yùn)行性 起點(diǎn)及終點(diǎn)位置控制了設(shè)施網(wǎng)絡(luò)的流向方向。起點(diǎn)是指交點(diǎn)要素流動(dòng)將由自己開始至 網(wǎng)絡(luò)中的其它位置，如：在水流分布網(wǎng)絡(luò)中，河流的出水口就是終點(diǎn)，所以重力將引導(dǎo)水 流流向出水口。流動(dòng)是由起點(diǎn)要素至終點(diǎn)要素，因?yàn)榱飨蚩梢杂善瘘c(diǎn)或終點(diǎn)特性來建立， 所以通常在網(wǎng)絡(luò)中只要指令起點(diǎn)或指定終點(diǎn)即可。 1） 流向的分類。網(wǎng)絡(luò)邊要素的流向可以分為三個(gè)類別： A. 確定的流向。如果網(wǎng)絡(luò)的邊要素的流向可以唯一地用網(wǎng)絡(luò)的連通性、起點(diǎn)和終點(diǎn)的 位置以及網(wǎng)絡(luò)要素的可運(yùn)行性來確定，而且這個(gè)網(wǎng)絡(luò)邊要素就被當(dāng)作有確定的流向，一般 來說，邊要素的流向既可以與數(shù)字化的方向相同，也可以相反，沒有明確的規(guī)定。 B. 不確定的流向。不確定流向通常發(fā)生在循環(huán)或封閉回路的情況下，也可能發(fā)生在有 數(shù)個(gè)起點(diǎn)及數(shù)個(gè)終點(diǎn)方向的線段上。一個(gè)線段的流向由一個(gè)起點(diǎn)或一個(gè)終點(diǎn)來決定，但若 另一端的起點(diǎn)或終點(diǎn)所決定的方向是相反的，如：一個(gè)線段兩端都是起點(diǎn)時(shí)就屬于不確定 流向。 C. 未初始化的流向。如果網(wǎng)絡(luò)的邊要素獨(dú)立于起點(diǎn)或終點(diǎn)之外，那么這個(gè)邊要素就具 有未初始化的流向。這種情形可能發(fā)生在邊要素建立拓?fù)溥^程中，邊要素沒有和起點(diǎn)或終 點(diǎn)連接上，或是即使連接上了，但是起點(diǎn)和終點(diǎn)同時(shí)全部與當(dāng)前不可運(yùn)行的要素相連接。 在流向的確定的里面要著重要注意的是：一般城市中存在著回路（連通圖）所以在網(wǎng) 絡(luò)中很多的流向就是變成了不確定的流向。 2） 流向的顯示： 網(wǎng)絡(luò)流向功能是設(shè)定網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中資源的流動(dòng)方向。 ArcGIS 將此信息儲(chǔ)存在網(wǎng)絡(luò)的線段 圖征中，使用設(shè)施網(wǎng)絡(luò)分析（Utility Network Analyst）工具條就可以顯示網(wǎng)絡(luò)邊要素的流 向，可以顯示哪些是確定的流向，哪些是不確定的流向，而哪些是未初始化的流向。 在 ArcGIS 中可以利用網(wǎng)絡(luò)分析的工具將流向顯示出來，具體的操作如下： A. 在工具欄上點(diǎn)右鍵，將設(shè)施網(wǎng)絡(luò)分析工具條（Utility Network Analyst）添加進(jìn) 來，或者在 view 菜單下選擇 toolbars 在右邊的下列菜單中添加設(shè)施網(wǎng)絡(luò)分析工具條 圖 7.41 設(shè)施網(wǎng)絡(luò)分析工具條 27 （Utility Network Analyst） 。 B. 在設(shè)施網(wǎng)絡(luò)分析工具條（Utility Network Analyst）中點(diǎn)選 Flow 選單，選 Display Arro w Display Property 對(duì)話 框里 ay Arrows，流向箭頭就會(huì)顯示出來。 （圖 7.43 ws For，然后將選欲顯示流向的圖層前打勾。 （圖 7.41） C. 然后在 Flow 選擇菜單下，選 Properties，在彈出的 Flo 選擇 Arrow Symbol 標(biāo)簽頁，選擇 flow category 中的流動(dòng)類別，可以設(shè)定不同類別 的流向箭頭的大小與顏色的鈕； 同樣選擇Scale標(biāo)簽頁可以更改根據(jù)比例尺范圍顯示。 Show arrows at all scales 是指任何比例尺均顯示，Dont show arrows when zoomed 是指某 一比例尺范圍才顯示，點(diǎn)選 OK 鈕。 （圖 7.42） D. 在 Flow 選單的下拉菜單中按下的 Displ ） 圖 7.42 Flow Display Property 對(duì)話框 圖 7.43 流向顯示圖 28 3） 流向的設(shè)定： 在 ArcGIS 中也可以對(duì)流動(dòng)的方向進(jìn)行設(shè)定或控制，一般來說是通過網(wǎng)絡(luò)中的拓?fù)潢P(guān) 系設(shè)作用性和起點(diǎn)、終點(diǎn)的位置來建立流向的。而當(dāng)幾何網(wǎng)絡(luò)發(fā)生變更 時(shí)， 何網(wǎng)絡(luò)中的拓?fù)潢P(guān)系發(fā)生變化； ； 設(shè)定的建立資源流動(dòng)方向。在此之前，為了設(shè)定流 向， 網(wǎng)絡(luò)且被設(shè)定為起點(diǎn)或終點(diǎn)。所以首先對(duì)網(wǎng)絡(luò)起 定、網(wǎng)絡(luò)中要素的 則必須對(duì)流向進(jìn)行重新的設(shè)定，具體有以下幾種情形： A. 建立了一個(gè)新的幾何網(wǎng)絡(luò)時(shí)； B. 對(duì)幾何網(wǎng)絡(luò)中的要素進(jìn)行了增加或者刪除； C. 對(duì)網(wǎng)絡(luò)要素進(jìn)行修改后，使得幾 D. 增加或者刪除起點(diǎn)或終點(diǎn)； E. 網(wǎng)絡(luò)要素的連通性發(fā)生改變； F. 網(wǎng)絡(luò)要素的可運(yùn)行性發(fā)生變化 流向功能是為新的網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)潢P(guān)系 必須包含至少一個(gè)結(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)要素， 點(diǎn)和終點(diǎn)進(jìn)行設(shè)定： A. 在 Editor 工具條中選 Start Editing。 B. 單擊屬性鈕 ，打開屬性窗口 C. 按編輯鈕 后再選擇欲設(shè)為起點(diǎn)或終點(diǎn)的結(jié)點(diǎn)要素， 這個(gè)結(jié)點(diǎn)要素在建立網(wǎng)絡(luò)時(shí) 必須屬于包含起點(diǎn)與終點(diǎn)的結(jié)點(diǎn)要素之一。 終點(diǎn)（在選單中按 None 即可復(fù)原） 。 （圖 7.44 D. 在屬性窗口中點(diǎn)選 Value 字段再選 AncillaryRole 屬性， 在下拉菜單中選擇 Source （起 點(diǎn)）或 Sink（終點(diǎn)）來設(shè)定該結(jié)點(diǎn)要素為起點(diǎn)或 ） E. 在 Editor 選單中選 Stop Editing，按確定儲(chǔ)存網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的編輯，完成結(jié)點(diǎn)要素設(shè)定。 圖 7.44 起點(diǎn)或終點(diǎn)設(shè)置 29 在流向的起點(diǎn)和終點(diǎn)設(shè)置完畢之后，就可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的流向進(jìn)行設(shè)置，在 ArcGIS 中 流向的具體設(shè)置是由軟件內(nèi)部自動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，實(shí)際的操作如下： A. 在 Editor 選單中選擇 Start Editing。 B. 在設(shè)施網(wǎng)絡(luò)分析工具條上單擊 Set Flow Direction 鈕。 C. 網(wǎng)絡(luò)中的流向即設(shè)定完成。 D. 在 Editor 選單中選擇 Stop Editing，單擊確定來儲(chǔ)存網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的編輯。 （2） 追蹤分析 網(wǎng)絡(luò)分析包含網(wǎng)絡(luò)追蹤分析，追蹤分析用來按照一定的程序，對(duì)網(wǎng)絡(luò)要素連接性的追 蹤，使得周圍相連接的網(wǎng)絡(luò)要素被過濾選擇，形成一個(gè)需要的追蹤結(jié)果。網(wǎng)絡(luò)追蹤包含連 結(jié)性。在追蹤分析的結(jié)果中，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)元素均需與其它元素有連接性。追蹤成果是指追蹤 操作后所找到的網(wǎng)絡(luò)要素配置結(jié)果。 1） 追蹤分析的基礎(chǔ)： 在追蹤分析中要涉及到一系列有關(guān)于幾何網(wǎng)絡(luò)要素的基本概念和簡單操作，故而在介 紹網(wǎng)絡(luò)追蹤分析之前先對(duì)這些概念和操作進(jìn)行簡單的介紹： A. 旗標(biāo)與障礙 旗標(biāo)定義為追蹤的起點(diǎn)。旗標(biāo)可以放置在任何交點(diǎn)或線段上，在執(zhí)行追蹤操作時(shí)，使 用這些線段或交點(diǎn)作為追蹤操作的起點(diǎn)，而連結(jié)至這些線段或交點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)元素就會(huì)被包含 進(jìn)追蹤的結(jié)果。 障礙則是用來隔離某個(gè)部分的網(wǎng)絡(luò)，可以放置在任何交點(diǎn)或線段上，在執(zhí)行追蹤操作 時(shí)，將這些網(wǎng)絡(luò)要素當(dāng)成不可運(yùn)行，以防追蹤工作延續(xù)至這些要素上。 B. 可運(yùn)行要素和圖層 在某個(gè)特定的位置設(shè)置障礙是致使要素不可運(yùn)行的最常用的一種方法，如道路修理 時(shí)，正在被修筑的那條道路則不能由車輛或行人通過，這在空間的交通幾何網(wǎng)絡(luò)上應(yīng)當(dāng)將 這段道路要素當(dāng)成是不可運(yùn)行狀態(tài)，這說明在交通流動(dòng)中將停止在這個(gè)要素上的追蹤，追 蹤分析中是不考慮不可運(yùn)行要素的。 另外在一些追蹤分析中，不需要對(duì)幾何網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中的一個(gè)層面進(jìn)行研究分析，故而需 要將整個(gè)這個(gè)層面設(shè)置成不可運(yùn)行的，那么追蹤分析將不會(huì)對(duì)這個(gè)層面上的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進(jìn)行 分析研究的。 C. 權(quán)重 幾何網(wǎng)絡(luò)要素中，不同類型的要素可以有不同的屬性權(quán)重，線狀要素有諸如道路的長 度、道路暢通效果，電力網(wǎng)絡(luò)中的電阻值，不同的權(quán)重值有著不同的意義。建立網(wǎng)絡(luò)時(shí)， 根據(jù)需要設(shè)定哪些線段與交點(diǎn)要素的屬性為權(quán)重，可以使用這些權(quán)重來指定在追蹤操作結(jié) 果內(nèi)的要素的成本。在 ArcGIS 的追蹤工具中，只有尋找最佳路徑才使用權(quán)重來計(jì)算追蹤 成本。 在使用權(quán)重進(jìn)行最佳路徑分析時(shí)則必須指定使用哪些確定的權(quán)重。對(duì)點(diǎn)狀要素而言， 可以使用一個(gè)簡單的權(quán)重；對(duì)線狀要素而言，有兩種權(quán)重可以使用：一是順著線狀要素的 30 數(shù)化方向（From-to）的權(quán)重，另一是逆著線狀要素?cái)?shù)字化的方向（To-from）的權(quán)重。順 著線狀要素的數(shù)字化方向是指該要素的端點(diǎn)在地理數(shù)據(jù)庫中的儲(chǔ)存順序，一個(gè)線段的每一 個(gè)方向可以依實(shí)際需要指定不同的比重，所以從某一個(gè)方向追蹤一個(gè)線段會(huì)與另一個(gè)方向 的結(jié)果有不同的權(quán)重。 D. 權(quán)重過濾器 為了限制部分可能被追蹤到的