实验七、空间分析基本操作
一、实验目的
1. 掌握Spatial Analyst模块的使用方法。
2. 掌握矢量数据转换成栅格数据的方法。
3. 掌握用任意多边形剪裁栅格数据的方法。
4. 掌握重分类的方法及应用。
5. 掌握缓冲区分析的原理与方法。
6. 掌握空间属性查询和空间关系查询的方法。
7. 掌握采样数据的空间内插方法。
8. 了解邻域统计的原理及方法。
二、实验准备
软件：ArcGIS Desktop
数据：
知识：
空间分析是从空间数据中获取有关地理对象的空间位置、分布、形态、形成和演变等信息的分析技术，是地理信息系统的核心功能之一，它特有的对地理信息的提取、表现和传输的功能，是地理信息系统区别于一般管理信息系统的主要功能特征。在空间分析的研究和实践中，很多在应用领域具有一定普遍意义的、涉及空间位置的分析手段和方法被总结、提炼出来，形成了在GIS软件中均包含的一些固有的空间分析功能模块。这些功能具有一定的通用性质，故而称之为GIS基本空间分析，具体的有叠置分析、缓冲区分析、窗口分析和网络分析。了解GIS基本空间分析对于进一步掌握复杂空间分析方法，具有一定的指导意义。
利用空间分析模块（Spatial Analyst），你可以方便地对你的数据进行空间分析。有了空间分析模块，你既可以回答诸如“这个位臵的地形陡峭程度如何？”或“这个位臵面向什么方位？”之类的一些简单空间问题，也能够给更为复杂的空间问题如“一家新工厂的最佳位臵应该在哪儿？”或“从A到B的成本最小的路径是什么？”找到答案。当与ArcMap一起使用时，空间分析模块可以提供功能完备的工具集来浏览和分析空间数据，帮助你找到解决空间问题的方法。
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。
空间分析运用的手段包括各种几何的逻辑运算、数理统计分析，代数运算等数学手段。
空间分析可以基于矢量数据或栅格数据进行，具体是情况要根据实际需要确定。
空间分析步骤
根据要进行的空间分析类型的不同，空间分析的步骤会有所不同。通常，所有的空间分
析都涉及以下的基本步骤，具体在某个分析中，可以作相应的变化。
空间分析的基本步骤:
a) 确定问题并建立分析的目标和要满足的条件
b) 针对空间问题选择合适的分析工具
c) 准备空间操作中要用到的数据。
d) 定制一个分析计划然后执行分析操作。
e) 显示并评价分析结果
理解栅格数据
栅格数据一般被分为两类：专题数据（thematic data）和图像数据（image data）。专题栅格数据的值表示了某种测量值或某个特定现象的分类，如高程、污染浓度或人口。例如，在一个土地覆被图上单元值5可能代表森林，7可能是水域。图像中单元的值代表了诸如卫星图像或扫描照片的反射或发射的光或能量。空间分析模块的分析工具主要是针对专题栅格数据的。
所有空间分析模块的函数，处理的是栅格数据集的第一波段。本节将概述栅格数据及其创建方法。
栅格数据集的组成
一个栅格数据集，就象一幅地图，它描述了某区域的位置和特征及其在空间上的相对位置。由于单个栅格数据通常只表达单一专题，如土地利用、土壤、道路、河流或高程，因此要完整描述一个区域必须创建多个栅格数据集。
单元（Cell）
栅格数据集由单元组成。每个单元（cell），或像元，是代表某个区域特定部分的方块。栅格中的所有单元都必须是同样大小的。栅格数据集中的单元大小可以是用户想要的任何值，但必须保证其足够小以便能完成最详细的分析。一个单元可代表一平方公里、一平方米，甚至一平方厘米。
行（Rows）与列（Columns）
单元以行和列的形式摆放，组成了一个笛卡尔矩阵。矩阵的行平行于笛卡尔平面的x 轴，列平行于y轴。每个单元有唯一的行列地址。研究区内的所有位臵都包含在此矩阵中。值（Values）
每个单元被分配一个特定的值以标识或描述单元归属的类，分类或组，或栅格所描述现象的大小或数量。这些值代表的属性包括土壤类型、土壤质地、土地利用类、水体类型、道路类和居住类型等。
值也可表示连续表面上单元的大小、距离或关系。高程、坡度、坡向、飞机场噪声污染和沼泽的pH浓度都是连续表面的实例。
表达图像或照片的栅格数据，其单元值代表的是颜色或光谱反射率。
空间分析模块既支持整型（integer）值,也支持浮点（floating-point）值。分类（categorical）数据用整型值表示最佳，浮点值则适宜表示连续（continuous）表面。
分类区（Zones）
两个或多个具有相同值的单元属于同一分类区（zone）。分类区可以由连续、不连续或同时由以上两种单元组成。由连接单元组成的分类区通常表示某区域的单一要素，如一个建筑物、一个湖泊、一条路或一条电力线。实体的集合，如某州的森林林段、某县的土壤类型或城镇的单家庭住宅等数据，最有可能用许多离散的组（组是由连续的单元构成）构成的分类区来表达。
栅格数据中的每个单元都归属于某个分类区。有些栅格数据集只包含很少的分类区，有些则包含很多。
区域（Region）
分类区内的每组相互连续的单元为一个区域（region）。如果一个分类区仅由一组连续单元构成，那么它就仅含一个区域。为表达一个要素，分类区可由所需要的足够多的区域
组成。组成区域的单元数目是没有实际限制的。空间分析模块提供必要的工具用来将区域转变为单个分类区。在上面的栅格数据集中，分类区2由两个区域组成，分类区4由三个区域组成，分类区5仅由一个区域组成。
空值（Nodata）
如果某单元被赋予空值，那么该单元所代表的位臵要么没有特征信息，要么信息不足。在所有操作符和函数中对空值（有时也被称为null值）的处理方式与任何其它值的处理方式是不同的。
被赋予空值的单元有两种处理方式：
1. 在一个运算符或局部函数中、邻域函数的邻域中或分区函数的分类区中，如果任何输入栅格的某个位臵上存在空值，则输出单元位臵上也为空值。
2. 忽略空值单元并用所有的有效值完成计算。
当在两个栅格数据集之间或对局部函数应用操作符时，第二种方式（忽略了空值）并不可行。当空值单元存在于邻域函数中某单元的邻域内或分区函数的分类区中时，缺省情况下，可以计算所有已知值的单元的和（sum）、中值（median）、种类（Variety）、众数（majority）、寡数（minority）并分配给输出栅格数据集（此缺省值可被覆盖）。
关联表
整型（分类型）栅格数据集通常伴有一个与之关联的属性表（attribute table）。表的第一项是值（Value），用来存储分配给栅格数据每个分类区的值。第二项是个计数（Count），存储数据集中属于每个分类区的单元总数。Value和Count都是强制性字段。
理论上说，表中可包含无限多数量的可选项以表达分类区的其它属性。
名称
每个栅格数据集必须有一个名称以便与数据库中其他的栅格数据集相互区分。对栅格数据集的所有访问都是通过它的名称进行的，数据集的名称在所有表达式中必须一致。坐标空间和栅格数据集
坐标空间定义了栅格数据集中位臵间的空间关系。所有栅格数据集都位于某个坐标空间内。坐标空间可以是真实世界坐标系统或图像空间。由于几乎所有的栅格数据集表达的都是真实世界的某个位臵，因此最好在栅格数据集中应用最能代表之的真实世界坐标系统。将一个栅格数据集的非真实世界坐标系统（图像空间）转变为真实世界坐标系统的过程称为地理配准。
对于栅格数据集，单元的方位由坐标系统的x和y轴决定。单元边界平行于x轴和y 轴，所有单元在地图坐标中都是正方形。在地图坐标中单元通过由x, y决定的位臵来访问，而从不用指定行列位臵来访问。属于真实世界坐标空间的栅格数据集的x, y笛卡尔坐标系统依照地图投影（map projection）来定义。地图投影将三维地表转换为能够用二维地图显示和存储的栅格数据。
将栅格数据集校正到地图坐标或将栅格数据集从一个投影转换到另一个投影的过程，称为几何变换。配准栅格数据集
将栅格数据集从图像空间配准到真实世界坐标系统，需要知道可识别要素在两个坐标空间中的位臵。这些位臵被用来创建控制点。用这些控制点构建一个多项式变换使图像由一个坐标空间转变到另一个坐标空间。此操作可以通过Georeferencing工具栏（点击View，指向Toolbars，然后点击Georeferencing）来实现。
控制点是能够在栅格数据集和真实世界坐标系统中精确识别的位臵。这些可识别位臵可能是道路与河流的交叉点、建筑物拐角、桥梁、河口、岩石露头以及几何地形要素上的可识别点如陆地防波堤的尽头、固定的田地的拐角或两个篱笆的交汇处。
在输入栅格数据集上选取的每个控制点，其输出位臵既可以在图上选择一个已处于期
望输出坐标系统中的点，也可以通过手工输入已知的输出坐标。栅格数据集中的选择的控制点和输出坐标空间的相互关系随之确定。应用此种关系和多项式变换，栅格数据集就可以从非真实世界空间转变到真实世界空间。多项式变换
多项式变换用指定的控制点作计算，它使输入位臵以一种最小方差拟合的方式近似于输出位臵。
最佳拟合多项式变换需要两个公式：一个用来为输入(x, y)位臵计算输出的x坐标，另一个用来为输入(x, y)位臵计算y坐标。最小方差拟合的目标是获得一个能够应用到所有点的通用公式，而这通常需要对控制点目标位臵（to-position）进行轻微偏移。
当获得了通用公式并应用于控制点的时候，将会返回计算误差。误差是指源点（from-point）在变换后的最终位臵相对于指定的实际位臵（目标点位臵）的差异。如果误差过大，则可取消该点，并且增加更多的点。同等质量的控制点越多，从输入数据到输出数据的多项式变换就越精确。
投影栅格数据
笛卡尔坐标系统（地图坐标空间）下的栅格数据集，其单元总是正方形并且面积相等。每个单元所代表的地表的形状和面积在整个栅格数据集中不会是始终一致的。由于单元代表的面积（在地球表面）在整个数据集中可能会有不同，因此投影后输出的单元大小和行列数量可能会有改变。从一个投影转换为另一个投影也可能会改变单元所代表的地表形状和面积。每种投影对于三维世界和二维世界关系的处理方式是不同的。在选用某个投影前须清楚它的性质和前提。
在显示和分析多个栅格数据集的时候，应该将它们臵于统一的坐标空间和投影下。如果两个栅格数据集的坐标系统不同，坐标值的范围就不同。这样的数据集代表不同的区域，因而在对它们进行比较时将发生错误。
几何变换
对栅格数据集进行校正、投影、从一个投影变换到另一个投影、改变单元大小统称为几何变换。几何变换是将一个栅格数据集的几何形态从一个坐标空间变换到另一个坐标空间的过程。几何变换的类型包括橡皮膜变换（通常用于地理配准）、投影（用投影信息将数据从一个投影变换到另一个投影）、平移（等量移动所有坐标）、旋转（等角旋转所有坐标）和改变数据集的单元大小。
输入栅格的单元中心在几何变换后很少会与输出栅格单元的中心对准，但是值还是需要赋给单元中心。为获得输出栅格单元中心的值，需使用重采样技术。重采样（resampling）是在对输入栅格数据进行几何变换后为输出栅格单元确定新值的过程。有多种技术可以用来获得单元的值，它们和变换本身如校正、改变投影、改变单元大小或旋转等没有关系。
变换栅格数据集的第一步是决定输出栅格数据集的范围，它是通过对围绕输入栅格的边界方框做变换计算得到的。然后，在输出栅格的范围内按指定的输出精度划分单元。如果没有指定输出精度，输出精度将取决于输入精度。
每个输出单元的坐标值随之确定。为确定输出栅格中每个单元的值，输出栅格的每个单元的中心必须被映射到最初的输入坐标系统。每个单元的中心将被反向映射，确认该点在最初输入栅格上的位臵。一旦输入位臵确定下来，输出位臵上的值就可通过输入位臵附近单元的值确定下来。输出单元的中心很少会和输入单元的中心严格对准，因此，人们开发了依靠相对来说接近输入栅格单元中心的点和它们的值来确定输出值的技术。决定输出值的三种技术是最近邻赋值法、双线性内插法和立方卷积法。每种技术为输出数据分配值的方式不同，因此根据使用技术的不同，输出栅格单元上的值也可能不同。
最近邻赋值法
由于最近邻赋值法不改变输入单元的值，因此，分类数据的重采样工作可选用它。一旦输出栅格数据集上的单元中心位于输入栅格上，最近邻赋值法将确定输入栅格上最近的单元中心的位臵并将该单元的值赋给输出单元。
最近邻赋值法不改变任何来自输入栅格数据集的值。在输入栅格中的值“2”在输出栅格中仍然是“2”，而不会是“2.2”或“2.3”。由于输出栅格单元的值保持不变，因此，最近邻赋值法可应用于类型或序列数据，这些数据中，每个值代表了一个类、成员或分类（分类数据如土地利用、土壤或森林类型）。
双线性内插法
双线性内插法用四个最近的输入栅格中心的值确定输出栅格的值。输出单元的值是这四个值的加权平均，权重由输入栅格上到输出单元的中心的距离来决定。这种内插方法能够获得比最近邻法更平滑的表面。
由于输出单元值是通过输入单元的相对位臵和值计算得到的，双线性内插法适合于那种由已知点或现象的位臵即可决定单元值的数据（也就是说，连续表面）。高程、坡度、飞机场噪声强度和河口附近的地下水盐度都是用连续表面表示的现象，最适合应用双线性内插法进行重采样。立方卷积法
立方卷积法同双线性内插法相似，不同在于它用16个最近的输入单元中心和它们的值来计算加权平均。
由于在计算输出值时采用了更多的单元，因此，立方卷积法比双线性内插法锐化数据的趋势更明显。
由于在输出栅格中无法保持原有类别，双线性内插法或立方卷积法不适用于分类数据。但是，所有三种方法都能应用于连续数据。最近邻法将产生块状输出，双线性内插法产生较平滑的结果，而立方卷积法则生成最锐化的结果。
缓冲区分析是地理信息系统中常用的一种空间分析方法，是对空间特征进行度量的一种重要手段。缓冲区分析是研究根据数据库的点、线、面实体，自动建立其周围一定宽度范围内的缓冲区多边形实体，从而实现空间数据在水平方向得以扩展的信息分析方法。它是地理信息系统基本的空间操作功能之一。从空间变换的观点看，缓冲区分析模型就是将点、线、面地物分布图变换成这些地物的扩展距离图，图上每一点的值代表该点距离最近的某种地物的距离。实际上，缓冲区就是地理目标或工程规划目标的一种影响范围。
缓冲区是地理空间目标的一种影响范围或服务范围在尺度上的表现。它是一种因变量，随所研究的要素的形态而改变。
三、实习内容及步骤
1．要使用“Spatial Analyst”首先要在ArcMap中执行菜单命令Tools －Extentions，在Extentions管理窗口中，将“Spatial Analyst”前的检查框打勾。再在ArcMap 工具栏的Custmize 菜单中找到“Spatial Analyst”项，点击该项，在ArcMap中显示“Spatial Analyst”
工具栏。
执行“Spatial Analyst”工具栏中的菜单命令Spatial Analyst－>Options设定与空间分析操作有关的一些参数。这里请在常规选项中设定一个工作目录。因为在空间分析的过程种会产生一些中间结果，当设置了工作目录后这些中间结果就会保存在指定的路径下。
2. 新建ArcMap地图文档：加载离散栅格数据：Landuse，在TOC中右键点击Landuse ，“Properties”
打开“空间分析”工具栏，点击图标，查看栅格数据的统计直方图。
3. 用任意多边形剪切栅格数据
在ArcCatalog下新建一个要素类（要素类型为:多边形），命名为：ClipPoly.shp
在ArcMap中，加载栅格数据：Landuse、和ClipPoly.shp
打开编辑器工具栏，开始编辑ClipPoly ，根据要剪切的区域，绘制一个任意形状的多边形。打开属性表，修改多边形的字段“ID”的值为1，保存修改，停止编辑。
执行命令：Spatial Analyst－convert—features to raster
执行命令: Spatial Analyst—Raster calculator
构造表达式：[Landuse]*[clip] ，执行栅格图层：Landuse和用以剪切的栅格Clip 之间的相乘运算
4. Raster Reclassify
通过栅格重分类操作可以将连续栅格数据转换为离散栅格数据
在ArcMap中，新建地图文档，加载栅格数据Slope1，打开“Spatial Analyst”工具栏，执行菜单命令“Reclassify”
5.Raster Calculator
找出坡度在25度以下的区域
执行“空间分析”工具栏上的命令：Spatial Analyst—Raster calculator
6.缓冲区分析(Buffer)
在ArcMap中，执行命令：
在左边栏中，目录列表框中，选择“tools”
在右边栏中，命令列表框中，选择“buffer wizard”
拖放“buffer wizard”图标到菜单
关闭“customize”对话框
新建地图文档，加载街道图层AIOStreets和城市地籍图层：AIOZonecov （地图单位为：米）
执行菜单命令：
构造表达式：[STR_NAME]=’CYPRESS’，从图层AIOStrees中，选择街道名称为
CYPRESS的街道.
点击“buffer wizard”图标，打开缓冲区向导对话框：
通过缓冲区向导，建立所选择街道的50米缓冲区（一个多边形图层）
7. Select By Locatio n
在上一步的基础上进行，找出与街道“CYPRESS”的50米缓冲区相交的地块。
四、实习报告
总结空间基本操作的原理方法和过程。
实验五栅格数据的空间分析 一、实验目的 理解空间插值的原理，掌握几种常用的空间差值分析方法。 二、实验内容 根据某月的降水量，分别采用IDW、Spline、Kriging方法进行空间插值，生成中国陆地范围内的降水表面，并比较各种方法所得结果之间的差异，制作降水分布图。 三、实验原理与方法 实验原理：空间插值是利用已知点的数据来估算其他临近未知点的数据的过程，通常用于将离散点数据转换生成连续的栅格表面。常用的空间插值方法有反距离权重插值法（IDW）、 样条插值法（Spline）和克里格插值方法（Kriging）。 实验方法：分别采用IDW、Spline、Kriging方法对全国各气象站点1980年某月的降水量进行空间插值生成连续的降水表面数据，分析其差异，并制作降水分布图。 四、实验步骤 ⑴打开arcmap，加载降水数据，行政区划数据，城市数据，河流数据，并进行符号化， 对行政区划数据中的多边形取消颜色填充 ⑵点击空间分析工具spatial analyst→options，在general标签中将工作空间设置为实验数据所在的文件夹
⑶点击spatial analyst→interpolate to raster→inverse distance weighted，在input points 下拉框中输入rain1980，z字段选择rain，像元大小设置为10000 点击空间分析工具spatial analyst→options，在extent标签中将分析范围设置与行政区划一致，点击spatial analyst→interpolate to raster→inverse distance weighted，在input points下拉框中输入rain1980，z字段选择rain，像元大小设置为10000 点击空间分析工具spatial analyst→options在general标签中选province作为分析掩膜，点击spatial analyst→interpolate to raster→inverse distance weighted，在input points下拉框中输入rain1980，z字段选择rain，像元大小设置为10000
第一章 1.地理信息系统：是在计算机软硬件支持下，对整个或者部分地球表层空间中的有关地理分布数据进行采集、存储、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。 2.地理信息系统的主要组成部分：硬件系统、软件系统、地理空间数据和系统管理操作人员。 3.GIS功能分为以下五个方面： ①数据采集与输入；②数据编辑与更新； ③数据存储与管理；④空间数据分析与处理； ⑤数据与图形的交互显示。 4.21世纪GIS应用新的发展趋势：网络GIS、组件式GIS、虚拟现实GIS、时态GIS、互操作GIS、3S集成。 5.对基于GIS的空间分析的理解不同的角度和层次： ①按空间数据结构类型；②按分析对象的维数； ③按分析的复杂性程度。 第二章 1.ArcGIS的基础模块：ArcMap、ArcCatalog、Geoprocessing。 2.Geoprocessing地理处理框架：具有强大的空间数据处理和分析工具，包括地理处理工具的集合和模型构建器。 第三章 1.空间数据采集：是指将现有的地图、外业观测成果、航空相片、遥感图像、文本资料等转成计算机可以识别处理的数字形式。 2.数据组织：就是按照一定的方式和规则对数据进行归并、存储、处理的过程， 3.ArcGIS中主要有Shapefile、Coverage和Geodatabase三种数据组织方式。 4.地理数据库：是按照层次型的数据对象来组织地理数据。 5.要素类：是具有相同几何类型和属性的要素的集合，即同类空间要素的集合。 6.地理数据库建立的一般过程： ①地理数据库设计；②地理数据库建立； ③建立地理数据库的基本组成项；④向地理数据库各项加载数据； ⑤进一步定义地理数据库。 7.地理数据库的基本组成项：对象类、要素类和要素数据集 8.要素类的分类：简单要素类和独立要素类。 9.创建拓扑的优势：
课程：ArcGIS空间分析 实验目的：利用GIS空间分析方法，结合等高线及温度和降水数据，在充分分析某药材的生长习性的情况下，找到其生长区域，从而能够更好的保护该药材的生长环境。 数据来源：本实验所采用的数据均来自ArcGIS地理信息系统空间分析实习教程，数据有：山区等高线数据contour.shp 和山区观测点采集的年平均温度和年总降水数据climate.txt. 实验要求：根据所给条件，确定某区域适合种植这种药材的范围，求出适合种植的面积。 (1)这种药材一般生长在沟谷两侧较近的区域（不超过500m） (2)这种药材喜阳 (3)生长气候环境为年平均温度10度-12度 (4)年总降水量为550-680mm 实验流程：利用该山区等高线数据生成DEM，基于DEM进行水文分析，提取沟谷网络；基于DEM提取坡向数据，重分类划分阴阳坡。 利用观测点采集的年平均温度和年总降水数据分别进行表面内插，生成年平均温度栅格数据和年总降水栅格数据。提取年平均温度10度-12度的区域和年总降水为550mm-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。 实验步骤： 1.利用等高线，构建DEM。首先打开ArcMap，加载等高线数 据，在ArcToolbox中，选择【3D Analyst】|【Tin管理】|【创建Tin】工具，打开工具对话框，生成tin。空间参考依然导入contour相同的坐标系统。 2.将Tin转换成格网DEM，以便于进行表面分析和与其他数 据的叠加分析。选择【3D Analyst工具】|【转换】|【由Tin转出】|【Tin转栅格】工具，打开工具对话框。
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【Spatial Analyst Tools】|【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【Spatial Analyst Tools】|【reclass】|【reclassify】工具，打开对话框，如图： 【输入栅格】：slope；
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实验方法：分别采用IDw、spline、Kriging方法对全国各气象站点1980年某月的降水量进 行空间插值生成连续的降水表面数据，分析其差异，并制作降水分布图。 四、实验步骤 ⑴打开arcmap，加载降水数据，行政区划数据，城市数据，河流数据，并进行符号化，对 行政区划数据中的多边形取消颜色填充 ⑵点击空间分析工具spatialanalyst→options，在general标签中将工作空间设置为实验数据所在的文件夹 ⑶点击spatialanalyst→interpolatetoraster→inversedistanceweighted，在inputpoints下拉框中输入rain1980，z字段选择rain，像元大小设置为 10000 点击空间分析工具spatialanalyst→options，在extent标签中将分析范围设置与行政区划一致，点击spatialanalyst→interpolatetoraster→inversedistanceweighted，在inputpoints下拉框中输入rain1980，z字段选择rain，像元大小设置为 10000 点击空间分析工具spatialanalyst→options在
空间分析具体案例应用 专业：资源环境与城乡规划管理学号：姓名：王秀君 实验类型：综合性实验 实验目的：进一步掌握常用工具应用所学的ArcGIS技术，掌握空间分析能力的运用，解决实际工作中遇到的问题。 实验内容： 1、琅岐岛3D视图显示 2、超市商业区位选址 3、土地规划利用 （一）琅岐岛3D视图显示 实验类型：综合性实验 实验目的：进一步掌握常用工具所学的ARCGIS技术，掌握空间分析能力的应用，解决实际工作中遇到的问题 实验内容：琅岐岛3D视图显示 四、实验步骤 1.将TAB格式转为SHP格式 打开Mapinfo，选择“表”下的“转出”，弹出窗口，指定要转换格式的文件及输出路径，将马尾岛屿.tab、马尾等高线.TAB、马尾等深线.TAB转为、、。
然后，打开Arc Catalog，将、、转换为shape格式。
点击ok，完成转换。 2.定义投影 右击,指定其投影为Projected Coordinate Systems—Gauss Kruger—Beijing 1954—Beijing 1954 GK Zone 20投影，利用Import将投影导入其他图层。如图所示：
3.卫片配准 在ArcMap中，先将Island、Contour、isolate图层调入，然后在将卫片LQ调入。调用Georeferencing工具，选择Fit to Display命令，使卫片处于屏幕正中央，然后进行配准，如图所示。然后用Rectify命令，将定义好的投影保存。
配准后注意保存好，如图所示： 4.合并等高线、等深线两个图层 建立Contour和isolate的公共字段，在ArcMap中，选择图层，Open Attribute Table，建立公共字段Height，并赋值，删除多余字段，然后打开ArcToolBox利用Append工具合并Contour与isolate图层。
实验五空间分析 实验内容: ?了解矢量数据空间分析得原理,掌握空间数据查询得基本操作与用途，掌握空间矢量数据得缓冲区分析、叠加分析等空间分析基本操作与用途。 已知条件：已知可供选择得备选厂址(FａｃtorySite图层中得点所示） 问题要求：城市道路距离要求：要求候选厂址离城市公路(Ｒoad图层)得距离小于200米 居民地距离要求： 要求候选厂址离居民地（Resideｎt图层)得距离大于500米； 备选厂址高程要求：要求候选厂址得高程小于２50米; 备选厂址坡度要求：要求候选厂址得坡度小于2、5度; 输出结果:符合条件得厂址。 实验数据： 实验数据包括: part1：备选厂址FacｔｏrySiｔe，居民地Resｉdent，城市道路Rｏad； part２：街道图层AIOStrｅｅｔs，城市地籍图层AIＯZonecov; part３：城市市区交通网络nｅｔwｏrk，商业中心分布Marketplａce，名牌高中分布sｃhoｏl,名胜古迹分布famous place。 实现方法: 1、空间数据查询 (1)打开AｒcMap，加载part1中得三个图层，为ＦａctorｙＳite图层设置标注，效果如图1所示。 图1 （2）选择“高程小于25０米，且坡度小于2、5度”得备选厂址，菜单““Ｓｅlect ｉｏn"-＞“SｅｌｅcｔＢy Ａttributeｓ”，图层选择FaｃtorySiｔｅ,方法选择“创建新选择内容”,查询得条件为“Heigｈｔ〈250 AND Slope〈2、５",点击确定应用，可以筛选出来１０个备选厂址，如图3所示。
图２ 图3 (３)在以上操作得基础上,继续选择“离城市公路（Ｒoａd图层）得距离小于200米”得候选厂址，执行菜单“Seleｃｔioｎ”－＞“ＳｅlｅcｔBｙＬocaｔion”,设置参数如图4所示,筛选出来6个备选厂址，查询结果如图5所示。
ARCGIS空间分析基本操作 一、实验目的 1. 了解基于矢量数据和栅格数据基本空间分析的原理和操作。 2. 掌握矢量数据与栅格数据间的相互转换、栅格重分类(Raster Reclassify)、栅格计算－查询符合条件的栅格(Raster Calculator)、面积制表（Tabulate Area）、分区统计(Zonal Statistic)、缓冲区分析(Buffer) 、采样数据的空间内插(Interpolate)、栅格单元统计（Cell Statistic）、邻域统计（Neighborhood）等空间分析基本操作和用途。 3. 为选择合适的空间分析工具求解复杂的实际问题打下基础。 二、实验准备 预备知识： 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。 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。 空间分析运用的手段包括各种几何的逻辑运算、数理统计分析，代数运算等数学手段。 空间分析可以基于矢量数据或栅格数据进行，具体是情况要根据实际需要确定。 空间分析步骤 根据要进行的空间分析类型的不同，空间分析的步骤会有所不同。通常，所有的空间分析都涉及以下的基本步骤，具体在某个分析中，可以作相应的变化。 空间分析的基本步骤: a)确定问题并建立分析的目标和要满足的条件 b)针对空间问题选择合适的分析工具 c)准备空间操作中要用到的数据。
空间分析实验报告 实验题目: 退耕还林还草决策分析 实验时间： 2016.5.11 7:00 至 2016.5.11 8:30 组长学号： 2013043029 姓名李棋 成员学号： 2013043028 姓名赵红阳 学院: 资源环境学院 专业: 遥感科学与技术 2016年 5 月 11 日
实验内容 一、实验目的 通过本次实验，学习表面分析、统计分析；巩固空间分析环境设置、栅格计算等学习过的知识。 二、实验准备 软件准备：ARCGIS 、EXCEL 数据准备：下载空间分析教案下的空间分析数据\Landuse92和Slope1，它们分别表示土地利用数据和坡度数据。 三、实验步骤 1.以landuse92、slope1数据为基础，将slope1坡度数据数据重新分类为六类坡度按如下标准分级：0-2 、2-6 、6-15 、15-25 、25-35、35-90。 2.统计六类坡度下土地利用类型的面积Zonal-Tabulate Area
3.统计出所有用地类型所占全部土地面积的百分比（在EXCEL中完成）得到表一 4.单独计算其中的耕地在分类坡度下不同分类坡度的耕地占总耕地面积的百分比 四、本次实验关键问题与解决方法 关键问题：EXCEL表格中数据的统计 解决方法：正确键入公式是解决该类问题的根本 五、分析总结 1.坡度重分类中的2-6中间要有空格否则会报错。 2.实验最后在统计耕地的面积的时候需要的单位是平方千米，而实验结果是平方米，这里需要注意单位的转换问题；退耕还林还草是生态环境建设的一项重要措施，在退耕还林还草决策中，急需掌握地面坡度与土地利用，特别是与耕地分布状况之间的关系。地面坡度的大小直接影响着土壤的演化、植被的立地条件与土地质量，决定着土地利用方向和工农业生产建设布局。
练习5 1.空间分析的基本操作 空间分析模块 .............................................................................................. 错误!未定义书签。 1. 了解栅格数据 ......................................................................................... 错误!未定义书签。 2. 用任意多边形剪切栅格数据(矢量数据转换为栅格数据) ......................... 错误!未定义书签。 3. 栅格重分类(Raster Reclassify) ............................................................. 错误!未定义书签。 4. 栅格计算－查询符合条件的栅格(Raster Calculator) ............................ 错误!未定义书签。 5. 面积制表（Tabulate Area） ................................................................. 错误!未定义书签。 6. 分区统计(Zonal Statistic) ..................................................................... 错误!未定义书签。 7. 缓冲区分析(Buffer) ................................................................................ 错误!未定义书签。 8. 空间关系查询 ......................................................................................... 错误!未定义书签。 9. 采样数据的空间内插(Interpolate) ......................................................... 错误!未定义书签。 10. 栅格单元统计（Cell Statistic）.......................................................... 错误!未定义书签。 11. 邻域统计（Neighborhood）................................................................ 错误!未定义书签。空间分析模块 本章的大部分练习都会用到空间分析扩展模块，要使用“空间分析模块”首先在ArcMap中执行菜单命令<工具>－<扩展>，在扩展模块管理窗口中，将“空间分析”前的检查框打上勾。然后，在ArcMap 工具栏的空白区域点右键，在出现的右键菜单中找到“空间分析”项，点击该项，在ArcMap中显示“空间分析”工具栏。
实验五空间分析 实验内容： 了解矢量数据空间分析的原理，掌握空间数据查询的基本操作和用途，掌握空间矢量数据的缓冲区分析、叠加分析等空间分析基本操作和用途。 已知条件：已知可供选择的备选厂址（FactorySite图层中的点所示） 问题要求：城市道路距离要求：要求候选厂址离城市公路（Road图层）的距离小于200米 居民地距离要求： 要求候选厂址离居民地（Resident图层）的距离大于500米； 备选厂址高程要求：要求候选厂址的高程小于250米； 备选厂址坡度要求：要求候选厂址的坡度小于2.5度； 输出结果：符合条件的厂址。 实验数据： 实验数据包括： part1：备选厂址FactorySite，居民地Resident，城市道路Road； part2：街道图层AIOStreets，城市地籍图层AIOZonecov； part3：城市市区交通网络network，商业中心分布Marketplace，名牌高中分布school，名胜古迹分布famous place。 实现方法： 1.空间数据查询 （1）打开ArcMap，加载part1中的三个图层，为FactorySite图层设置标注，效果如图1所示。 图1 （2）选择“高程小于250米，且坡度小于 2.5度”的备选厂址，菜单““Selection”->“Select By Attributes”，图层选择FactorySite，方法选择“创建新选择内容”，查询的条件为“Height<250 AND Slope<2.5”，点击确定应用，可以筛选出来10个备选厂址，如图3所示。
图2 图3 （3）在以上操作的基础上，继续选择“离城市公路（Road图层）的距离小于200米”的候选厂址，执行菜单“Selection”->“Select By Location”，设置参数如图4所 示，筛选出来6个备选厂址，查询结果如图5所示。
《地理信息系统原理》期末实习报告 专业：资源环境与城乡规划专业 班级： 1201班 姓名： xxxxxx 学号： xxxxxxxxxx 指导教师： xxxxxxxxxxxxxxxx 二零一五年一月
目录 1.重要概念 (1) 2.实验目的 (2) 3.数据来源 (2) 4.要求 (2) 5.实验内容 (2) 6.附图 (3) 实验一：数据处理——白水县 (3) 实验二：寻找最佳路径 (10) 实验三：土壤稳定性评估 (20) 实验四：土壤侵蚀性分析建模 (32) 实验五：水文分析 (44) 实验六：找出某种珍贵药材的生长区域 (46) 实验七：地形鞍部的提取 (48) 实验八：沟谷网络的提取 (49) 实验九：TIN及DEM的生成与应用 (50) 实验十：缓冲区分析的应用 (57) 7.实习心得 (61)
1.重要概念 缓冲区：缓冲区是地理空间目标的一种影响范围或服务范围，具体指在点、线、面实体周围一定范围。 空间叠置分析：指用来提取空间隐含信息的方法之一。它是将代表不同主题的各个数据层面进行叠置产生一个新的数据层面，叠置结果综合了原来两个或多个层面要素所具有的属性。 通用土壤侵蚀方程：是结合了美国20世纪30年代起的8000多个土壤侵蚀试验观测点资料统计总结提出的一种用于计算土壤侵蚀强度的公式。 水文分析：是DEM数字地形分析的一个重要方面，使用水文分析工具，基于DEM对地形进行分析。 地图：指依据一定的数学法则，使用制图语言，通过制图综合在一定载体上，表达地球或其他天体上各种事物的空间分布、联系及时间中的发展变化状态而绘制的图形。 栅格数据空间分析方法：是指针对于栅格数据的空间分析方法，具有自动分析处理较简单，分析处理模式化很强的特征。 TIN：是一种复合矢量模型，它采用一组互不叠置的三角形来近似表示地形。 DEM：是一种数字模型，等间距高程数据以栅格格式排列。 空间分析：是基于地理对象的空间布局的地理数据分析技术。 土地信息系统：土地信息系统是综合应用地理信息系统和管理信息系统，对人类在土地利用过程中产生的土地数据进行采集、存储、检索、
实验七空间分析建模 实验内容与学时】（2 学时） [1] 图解建模的基本概念及类型 [2] 图解模型的形成过程 [3] 实例分析与应用 【实验目的】 模型生成器（Model Builder）为设计和实现空间处理模型提供了一个图形化的建模环境。模型是以流程图的形式表示，它通过工具将数据串起来以创建高级的功能和流程。你可以将工具和数据集拖动到一个模型中，然后按照有序的步骤把它们连接起来以实现复杂的GIS 任务。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。 【实验要求】按照相关要求上交实验报告。 【实验步骤与过程】 一、空间分析建模与图解建模基本概念 1．空间分析模型及其分类 模型是对现实世界中的实体或现象的抽象或简化，是对实体或现象中最重要的构成及其相互关系的表述。建模的过程中，需要用到各种各样的工具。作为各类综合性地学分析模型的基础，空间分析为人们建立复杂的模型提供了基本工具。空间分析是地理信息系统的主要特征，也是评价一个地理信息系统功能的主要指标之一。它是基于地理对象的位置和形态特征的数据分析技术，其目的在于提取和传输可见信息。空间分析模型是对现实世界科学体系问题域抽象的空间概念模型，与广义的模型既有联系，又有区别： ①空间定位是空间分析模型特有的性质，构成空间分析模型的空间目标（点、弧段、网络、面域、复杂地物等）的多样性决定了空间分析模型建立的复杂性。 ②空间关系也是空间分析模型的一个重要特征，空间层次关系、相邻关系以及空间目标的拓扑关系也决定了空间分析模型建立的特殊性。 ③包含坐标、高程、属性以及时序特征的空间数据极其庞大，大量的空间数据通常用图形的方式来表示，这样由空间数据构成的空间分析模型也具有了可视化的图形特征。 空间分析模型可以分为以下几类： ①空间分布模型：用于研究地理对象的空间分布特征。主要包括：空间分布参数的描述，如分布密度和均值、分布中心、离散度等；空间分布检验，以确定分布类型；空间聚类分析，反映分布的多中心特征并确定这些中心；趋势面分析，反映现象的空间分布趋势；空间聚合与分解，反映空间对比与趋势。 ②空间关系模型：用于研究基于地理对象的位置和属性特征的空间物体之间的关系。包括距离、方向、连通和拓扑四种空间关系。其中，拓扑关系是研究得较多的关系；距离是内容最丰富的一种关系；连通用于描述基于视线的空间物体之间的通视性；方向反映物体的方位。 ③空间相关模型：用于研究物体位置和属性集成下的关系，尤其是物体群(类)之间的关系。在这方 面，目前研究得最多的是空间统计学范畴的问题。统计上的空间相关、覆盖分析就是考虑物体类之间相关关系的分析。 ④预测、评价与决策模型：用于研究地理对象的动态发展，根据过去和现在推断未来，根据已知推测未知，运用科学知识和手段来估计地理对象的未来发展趋势，并做出判断与评价，形成决策方案，用以指导行动，以获得尽可能好的实践效果。
GIS实验报告 专业：地理信息系统 班级：2011009班 姓名：康金瑞 学号：201100925
实验一、地图显示 1.实验目的 （1）利用ArcMap显示一个地区的DEM； （2）用四色法显示行政区划图 （3）用ArcMap显示航空影像数据 2.实验数据 EMIDALAT 美国某地区，30m resolution DEM, in ESRI grid format prov_lp 黄土高原行政区划图 imgtotal.tif 陕北某地区0.5m 分辨率IKNOS 数据 3.实验步骤 ⑴ ①打开ArcMap，加载数据Chap01\DEMs\emidalat，如图所示： ②编辑显示状况 1）显示连续变化的黑白色（高—低）此图已是用连续变化的黑白色（高—低）显示。双击窗口左栏，打开Select Color Ramp 对话框，如图，选择所需的渐变类型。显示结果如图：
2）显示连续变化的彩色（高—低） 打开Select Color Ramp 对话框，选择，同时选择Invert 选项，如图2-3，最终如图所示： 3）10 个连续变化层次（黑白和彩色，同上）显示 鼠标右键选择要素层，选Properties——Symbology，在右栏Show 内选择Classified，左边Classes 复选栏内选10，应用，再确定，如图所示：
成图： 注：双击Color Ramp 能修改配色方案。 操作步骤：双击Symbol 下的色条，打开选择框，如图2-7，可实现颜色的变化。选择底部More Colors···，打开Color Selector 对话框，记下色条的RGB 值，再修改，使桔红色