2020年GIS空間分析論文

1、空間分析課程報告學院： 專業(yè)：學號：姓名： 引言31. 學校選址研究的意義32. 位址選擇準備42.1 位址選擇42.2 學校選址的一般要求42.3 確定權(quán)重42.4 學校選址框架圖53. 利用ArcGIS進行學校選址53.1 距離制圖53.2 表面分析53.3 重分類53.3.1 新值取代原來值53.3.2 重新組合分類原值63.3.3 以一種分類體系對原始值進行分類63.3.4 指定值空值設(shè)置63.4 柵格計算64. 實驗數(shù)據(jù)65. 數(shù)據(jù)處理過程及結(jié)果65.1 添加數(shù)據(jù)，并設(shè)置空間分析環(huán)境65.2 提取學校和娛樂場所直線距離數(shù)據(jù)集85.2 從DEM 數(shù)據(jù)提取坡度數(shù)據(jù)集95.3 重分類數(shù)據(jù)集

2、105.3.1 重分類坡度數(shù)據(jù)集105.3.2 重分類娛樂場直線距離數(shù)據(jù)集115.3.3 重分類現(xiàn)有學校直線距離數(shù)據(jù)集125.3.4 重分類土地利用數(shù)據(jù)集136. 結(jié)論16GIS在學校選址中的應用姓名： 學號：摘 要：柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單、直觀，非常利于計算機操作和處理，是GIS常用的空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)格式?；跂鸥駭?shù)據(jù)的空間分析是GIS空間分析的基礎(chǔ)，也是ArcGIS空間分析模（SpatialAnalyst）的核心內(nèi)容。ArcGIS 空間分析模塊（Spatial Analyst）提供了一個范圍廣闊且功能強大的空間分析和建模工具集，它允許用戶從GIS數(shù)據(jù)中快速獲取所需信息，并以多種方式進行分析操作，包括

3、距離制圖、密度制圖、表面生成、表面分析、統(tǒng)計分析、重分類、柵格計算，等等。合理的學?？臻g位置布局，有利于學生的上課與生活。學校的選址問題需要考慮地理位置、學生娛樂場所配套、與現(xiàn)有學校的距離間隔等因素，從總體上把握這些因素能夠確定出適宜性比較好的學校選址區(qū)。關(guān)鍵詞：柵格數(shù)據(jù)；空間分析；學校選址中圖分類號：查中圖分類號手冊 文獻標志碼：The application of GIS in school locationAbstract: Raster data structure is simple, intuitive,and very easy to computer operation and

4、 treatment, it is the commonly used in GIS space based on data format. The space analysis based on the grid data is the fundamental of GIS spatial analysis,also is core content to ArcGIS space analysis module (Spatial Analyst). ArcGIS space analysis module (Spatial Analyst) provides a wide range and

5、 powerful Spatial analysis and modeling tool set,which allows users get the information quickly from GIS data, and to provides various analysis operations, including distance drawing, density drawing, surface formation, surface analysis, statistical analysis,reclassification, and raster calcunation,

6、 and so on. Reasonable school space position is good for the students of study and life. School issues consider the site selection of the geographical position, places of entertainment facilities, and existing school distance interval in general and other factors. Grasping these factors can determin

7、e the suitability better school location area.Key words: Raster data；Spatial Analyst；school location引言 社會的發(fā)展帶動了各行各業(yè)的發(fā)展，學校是培養(yǎng)人才的地方，ArcGIS具有功能強大、應用領(lǐng)域非常廣泛，在社會公共安全與應急服務、國土資源管理、遙感、智能交通系統(tǒng)建設(shè)、水利、電力、石油、國防、公共醫(yī)療衛(wèi)生、電信等方面和領(lǐng)域都有深入的應用。強大的空間分析功能是ArcGIS的特點與核心之一。無論對于柵格數(shù)據(jù)還是矢量數(shù)據(jù)、低維的點、線、面對象還是三維動態(tài)對象，都可以通過其空間分析功能的實現(xiàn)得到較為理想的

8、結(jié)果。ArcGIS9的空間分析模塊（ArcGIS Spatial Analyst）功能的實現(xiàn)主要是基于柵格數(shù)據(jù)進行的，其可以完成常用的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、分析、統(tǒng)計、分類和顯示等功能?？臻g分析模塊是Arcgis進行空間分析的主要模塊，其他的一些模塊可以幫助用戶進行專題性較強、較有特色的空間分析，如統(tǒng)計分析模塊、三維分析模塊等。ArcGIS Spatial Analyst被緊密的集成在ArcGIS Desktop地理數(shù)據(jù)處理環(huán)境中，因此一些復雜的分析問題的解決比以往更加容易。地理數(shù)據(jù)處理模型不僅易于創(chuàng)建和執(zhí)行，并且是獨立存檔的，使得用戶能夠迅速理解所進行的空間分析處理。位置的選擇是修建學校的先決條件，地理

9、信息系統(tǒng)依靠強大的空間分析和可視化功能使學校選址更具直觀性和可行性。本文研究的學校選址問題是利用遺傳算法以最小成本為目標,在某一給定的計劃區(qū)域中尋找優(yōu)選位置,從而建立的選址區(qū)域, 實現(xiàn)選址所需總費用最少。1. 學校選址研究的意義 空間選址是最重要的長期決策之一，選址的好壞選直接影響到服務方式、服務質(zhì)量、服務效率、服務成本等，服服即某個地方發(fā)生的某個事件及其隨時間的變化過程。學校選址問題是城市規(guī)劃中的重要環(huán)節(jié)，選址方案的好壞將直接影響到學生來源、學習環(huán)境、交通條件、城市發(fā)展等范圍。合理的學?？臻g位置布局，有利于學生的上課與生活。學校的選址問題需要考慮地理位置、學生娛樂場所配套、與現(xiàn)有學校的距離間

10、隔等因素，從總體上把握這些因素能夠確定出適宜性比較好的學校選址區(qū)。并通過練習，熟悉ArcGIS柵格數(shù)據(jù)距離制圖、成本距離加權(quán)、數(shù)據(jù)重分類、多層面合并等空間分析功能；熟練掌握利用ArcGIS 空間分析功能，分析和結(jié)果類似學校選址的實際應用問題。2. 位址選擇準備2.1 位址選擇位址選擇是指按照規(guī)定的標準，通過空間分析的方法，確定廠址、電站、管線，或者交通路線等的最佳位址或路徑。位址選擇考慮的標準一般包括環(huán)境、工程和經(jīng)濟三個方面1。其中首先考慮的是環(huán)境標準，例如20以上的坡度，主要的農(nóng)業(yè)土壤分布區(qū)、濕地和湖區(qū)、文化活動區(qū)、國有林區(qū)、資源保護區(qū)，以及體育場和公園等。其次考慮的是工程標準，包括地形條件

11、，土壤的性質(zhì)，氣候因素，以及區(qū)域的生態(tài)特點等。最后是經(jīng)濟標準，包括開發(fā)成本、供水條件、鐵路運輸、空氣質(zhì)量等。只有首先考慮環(huán)境標準，才能識別出一般適合的位置，然后進一步研究工程的經(jīng)濟因素，從中篩選出優(yōu)先考慮的位址，最后通過詳細的環(huán)境和工程的綜合論證，確定出1-3 個最佳的選址方案。一般建立位址選址模型需要數(shù)據(jù)準備階段，綜合影響的評價階段以及選址分析階段三個階段。在數(shù)據(jù)準備階段，需要政府和相關(guān)部門研究位址選擇的要求和特點，明確選址的要求，選擇影響因子，進行位址選擇的數(shù)據(jù)準備。確定位址分析的格網(wǎng)單元的數(shù)據(jù)記錄。根據(jù)土地利用數(shù)據(jù)，首先進行位址的初步甄別，將環(huán)境的敏感區(qū)域和保護區(qū)域，從位址選擇的空間范圍

12、中排除出去。然后利用地形圖和存儲的數(shù)據(jù)，分別計算影響因子的各個因素向量，同時建立影響因子的格網(wǎng)數(shù)據(jù)文件，提供綜合評價和分析。綜合影響評價階段就是按照工程和經(jīng)濟可行性的要求，建立選址條件，綜合評價的標準和算法。位址選擇分析階段是實施位址的選擇，并對結(jié)果進行分析評價，綜合影響的評價結(jié)果，建立相鄰單元關(guān)系圖以及權(quán)值和相鄰矩陣，并搜索最短路徑進行優(yōu)化分析，最后對結(jié)果再次評定直至滿意。2.2 學校選址的一般要求1） 新學校應位于地勢較平坦處；2） 新學校的建立應結(jié)合現(xiàn)有土地利用類型綜合考慮，選擇成本不高的區(qū)域；3） 新學校應該與現(xiàn)有娛樂設(shè)施相配套，學校距離這些設(shè)施愈近愈好；4） 新學校應避開現(xiàn)有學校，合

13、理分布。2.3 確定權(quán)重在進行學校的選址過程中,我們依據(jù)以上提到關(guān)鍵要素進行實地考察,通過確定那些影響選址要素的權(quán)重,然后進行評分,最后采用統(tǒng)計學的方法對各個選址進行計分排名,確定優(yōu)選地址,其具體操作步驟如下。(1) 對每個要素制訂出評分的標準詳見表1。(2) 在表1上, 每個評分人員根據(jù)考察情況如實對選址方案進行評分。(3) 將各方案的各選址要素得分匯總, 匯集評比總分后計算出加權(quán)平均分; 根據(jù)加權(quán)平均分的多少確定方案的優(yōu)劣,加權(quán)綜合評分結(jié)果將作為最終選址的重要依據(jù)。權(quán)重越大，選址最優(yōu)。 表1 選址方案評分表 Penalized location decision要素環(huán)境因素已有學校地形地勢

14、土地利用內(nèi)容娛樂場所學校分布高程土地利用權(quán)重0.50.250.1250.1252.4 學校選址框架圖學校分布圖School娛樂場所分布圖 Rec_sites高程圖dem土地利用圖landuse距離學校school_dis距離娛樂場所rec_dis坡度圖dem_Slope距離娛樂場所重分類reclassdisr土地利用重分類reclassland坡度重分類reclassslope距離學校重分類reclassdiss加權(quán)疊加合并suit3. 利用ArcGIS進行學校選址 3.1 距離制圖距離制圖（Distance）即根據(jù)每一柵格相距其最鄰近要素（也稱為“源”）的距離來進行分析制圖，從而反映出每一柵

15、格與其最鄰近源的相互關(guān)系。通過距離制圖可以獲得很多相關(guān)信息，指導人們進行資源的合理規(guī)劃和利用。例如，飛機失事緊急救援時從指定地區(qū)到最近醫(yī)院的距離；消防、照明等市政設(shè)施的布設(shè)及其服務區(qū)域的分析等。此外，也可以根據(jù)某些成本因素找到A地到B地的最短路徑或成本最低路徑。直線距離函數(shù)用于量測每一柵格單元到最近源的直線距離。它表示的是每一柵格單元中心到最近源所在柵格單元中心的距離。3.2 表面分析表面分析主要通過生成新數(shù)據(jù)集，諸如等值線、坡度、坡向、山體陰影等派生數(shù)據(jù)，獲得更多的反映原始數(shù)據(jù)集中所暗含的空間特征、空間格局等信息。在ArcGIS中，表面分析的主要功能有：查詢表面值、從表面獲取坡度和坡向信息、

16、創(chuàng)建等值線、分析表面的可視性、從表面計算山體的陰影、確定坡面線的高度、尋找最陡路徑、計算面積和體積、數(shù)據(jù)重分類、將表面轉(zhuǎn)化為矢量數(shù)據(jù)等。3.3 重分類重分類即基于原有數(shù)值，對原有數(shù)值重新進行分類整理從而得到一組新值并輸出。根據(jù)用戶不同的需要，重分類一般包括四種分類形式：用一組新值取代原來值、將原值重新組合分類、以一種分類3.3.1 新值取代原來值事物總是處于不斷發(fā)展變化中的，地理現(xiàn)象更是如此，所以為了反映事物的實時真實屬性，需要不斷地去用新值代替舊值。例如，氣象信息的實時更新，土地利用類型的變更等。3.3.2 重新組合分類原值經(jīng)常在數(shù)據(jù)操作中需要將一些具有某種共性的事物合并為一類，這時就可以用

17、重分類功能來進行重新組合分類。例如可以將商場、超市、餐館等同歸并未服務場所，也可將麥地、水稻、菜地等同歸并為耕地。3.3.3 以一種分類體系對原始值進行分類在數(shù)據(jù)的使用過程中經(jīng)常會因某種需要將數(shù)據(jù)用一種等級體系來進行分類，或需要將多個柵格數(shù)據(jù)用統(tǒng)一的等級體系重新歸類。例如，在對洪水災害進行預測時，需要分析降雨量數(shù)據(jù)，地形數(shù)據(jù)和植被數(shù)據(jù)等。首先要按照這幾種數(shù)據(jù)對洪災帶來的影響分別將其分為大概10類。每種數(shù)據(jù)中，級別越高其對洪災的影響度越大。經(jīng)過分類后就可以通過這些分類信息進行洪災模擬。3.3.4 指定值空值設(shè)置有時候需要對柵格數(shù)據(jù)中的某些值設(shè)置空值來控制柵格計算。如在設(shè)置分析掩碼的時候，需要將分

18、析區(qū)域內(nèi)不需要參與分析的數(shù)值設(shè)置為空值來控制柵格計算。3.4 柵格計算柵格計算是柵格數(shù)數(shù)據(jù)空間分析中數(shù)據(jù)處理和分析中最為常用的方法，應用非常廣泛，能夠解決各種類型的問題，尤其重要的是，它是建立復雜的應用數(shù)學模型的基本模塊。ArcGIS 9 提供了非常友好的圖形化柵格計算器，利用柵格計算器，不僅可以方便的完成基于數(shù)學運算符的柵格運算，以及基于數(shù)學函數(shù)的柵格運算，而且它還支持直接調(diào)用ArcGIS自帶的柵格數(shù)據(jù)空間分析函數(shù)，并且可以方便的實現(xiàn)多條語句的同時輸入和運行。4. 實驗數(shù)據(jù)Schoolsite.mdb：Geodatabase地理數(shù)據(jù)庫，其中包括：DEM：選址地區(qū)DEM數(shù)據(jù);landuse：土

19、地利用現(xiàn)狀圖;school：已有學校分布圖;rec_sites：娛樂場所分布圖。 school.mxd：學校選址原始數(shù)據(jù)地圖文檔。5. 數(shù)據(jù)處理過程及結(jié)果5.1 添加數(shù)據(jù)，并設(shè)置空間分析環(huán)境將landuse柵格圖層轉(zhuǎn)為矢量圖形，from raster to polygon；在屬性表中添加字段，名字為“name”,對應著landuse圖層添加屬性，并根據(jù)每塊土地類型設(shè)置不同的圖形符號，如下圖：單擊Spatial Analyst模塊的下拉箭頭，打開Options 對話框，設(shè)置相關(guān)參數(shù)：打開Options 對話框中的Extent、Cell Size選項卡，在Analysis Extent下拉框中選擇

20、“Same asLayer landuse”； 5.2 提取學校和娛樂場所直線距離數(shù)據(jù)集從現(xiàn)有學校位置數(shù)據(jù)“School”提取學校直線距離數(shù)據(jù)庫。選擇School數(shù)據(jù)層，單擊Spatial Analyst模塊的下拉箭頭，選擇Distance 并單擊Straight line命令創(chuàng)建數(shù)據(jù)集，得到 School_ dis數(shù)據(jù)集從娛樂場所數(shù)據(jù)“Rec_sites”提取娛樂場直線距離數(shù)據(jù)。選擇Rec_sites 數(shù)據(jù)層，單擊Spatial Analyst 模塊的下拉箭頭，選擇Distance并單擊Straight line，生成rec_dis數(shù)據(jù)集5.2 從DEM 數(shù)據(jù)提取坡度數(shù)據(jù)集選擇DEM數(shù)據(jù)層，

21、單擊Spatial Analyst模塊的下拉箭頭，選擇Surface Analysis并單擊Slope，生成dem_slope數(shù)據(jù)集,如下圖：5.3 重分類數(shù)據(jù)集5.3.1 重分類坡度數(shù)據(jù)集學校的位置在平坦地區(qū)比較有利。因此，采用等間距分級把坡度分為10 級。平坦的地方適宜性好，賦以較大的適宜性值，陡峭的地賦比較小的值，如下圖設(shè)置：點擊“OK”后得到坡度適宜性數(shù)據(jù)recalssslope,如下圖效果：顏色越淺，坡度越??；反之亦然。5.3.2 重分類娛樂場直線距離數(shù)據(jù)集考慮到新學校距離娛樂場所比較近時適宜性好，采用等間距分級分為10 級，距離娛樂場所最近適宜性最高，賦值10；距離最遠的地方賦值1

22、。如下圖設(shè)置：得到娛樂場所適宜性圖reclassdisr，如下圖所示：5.3.3 重分類現(xiàn)有學校直線距離數(shù)據(jù)集考慮到新學校距離現(xiàn)有學校比較遠時適宜性好，仍分為10 級，距離學校最遠的單元賦值10，距離最近的單元賦值1，如下圖設(shè)置：得到重分類學校距離圖reclassdiss，如下圖所示：5.3.4 重分類土地利用數(shù)據(jù)集在考察土地利用數(shù)據(jù)時，各種土地利用類型對學校適宜性也存在一定的影響。如在有濕地、水體分布區(qū)建學校的適宜性極差，于是在重分類時刪除這兩個選項，remove“water”、“wetland”、“grass”的value，如下：然后根據(jù)用地類型給各種類型賦值，得到reclassland,深色部分為比較適宜區(qū)，淺色部分表示適宜性比較差，白色表示該處不允許建學校。5.4 適宜區(qū)分析單擊Spatial Analyst下拉列表框中的Raster Calculator命令對各個重分類后數(shù)據(jù)集的合并計算，最終適宜性數(shù)據(jù)集的加權(quán)計算公式為：calculation= reclassdisr（娛樂場所）* 0.5 + reclassdiss（現(xiàn)有學校）* 0.25 +reclassland（土地利用數(shù)據(jù)）* 0.125 + reclassslope（坡度數(shù)據(jù)）