基于ArcGIS的空间自相关分析模块的开发与应用

基于Python的ArcGIS空间数据处理和分析易智瑞（中国）信息技术有限公司张舵目录1 Python介绍2 在ArcGIS中使用Python3 应用示例4 扩展内容1、Python介绍Python 基本知识Python是什么？•Python是一种面向对象、直译式的计算机2018年5月TIOBE排名程序设计语言，也是一种功能强大而完善的通用型语言，创始人为Guido vanRossm （吉多·范罗苏姆）。

为什么使用Python ：Python的优点●易于学习，非常适合初学者，也特别适合专家使用●可伸缩程度高，适于大型项目或小型的一次性程序●可移植，跨平台●免费开源●可嵌入（使ArcGIS 可脚本化）●与ArcGIS深度集成●稳定成熟●用户社区规模大●胶水语言●丰富的库面向对象脚本特性解释执行Python的站点包eyed3jupyterpip OpenCV matplotlibpandas numpy jinja2Web.pypyreadline ArcPyPython的缺点强制缩进慢Python开发常用IDE•学习使用Python，选择一款好用的IDE十分重要。

Python的版本•Python自己版本之间的比较，满分5颗星2、在ArcGIS中使用Python●Python 在ArcGIS 9.0 版本中被引入到ArcGIS 产品●Esri已将Python 完全纳入ArcGIS 中，与ArcGIS深度集成●已成为ArcGIS推荐使用的脚本语言ArcGIS 中的Python ArcPy ArcGIS APIfor PythonPythonAddin1.字段计算器2.制作GP工具3.模型构建器4.Python Add-in5.Python Window6.ArcGIS Pro部分工具可加入Python代码7.在ArcGIS Server中使用Python8.在Portal/Online中使用PythonArcPy 介绍•ArcPy ——为用户提供了使用Python 语言操作所有地理处理工具（包括扩展模块）的入口，并提供了多种有用的函数和类，以用于处理和访问GIS 数据。

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。

第二章 ArcGIS应用基础当用户使用ArcGIS系统进行空间分析时，首先应该掌握三大模块，分别是：ArcMap, ArcCatalog和ArcToolbox。

这三大模块是用户应用ArcGIS系统的基础。

本章主要围绕这三大模块的内容进行展开。

ArcMap是ArcGIS Desktop中一个主要的应用程序。

它具有基于地图的所有功能，让用户能按照需要创建地图，在地图上加载数据，并用合适的方式来表达；它可以实现可视化，通过处理地理数据，揭示地理信息中隐藏的趋势和分布特点；它可以很方便地实现制图成图。

最重要的是，ArcMap的定制环境可以为用户量体裁衣，让用户定制自己需要的界面，建立新的工具来自动化操作他们的工作，并且可以发展出基于ArcMap地图组件的独立应用程序。

总之，ArcMap能帮助用户解决一系列的空间问题，并且起到了很好辅助决策的作用。

ArcCatalog模块就仿佛是空间数据的一个资源管理器。

利用ArcCatalog模块访问和管理空间数据将更为容易。

先运用ArcCatalog添加空间数据连接，连接对象包括文件夹，数据库，服务器等。

建立ArcCatalog数据连接后，用户可以运用不同的视图方式查看每个连接中的空间数据和单个数据源中的内容，用同样的方法可以查看各类格式的数据，利用ArcCatalog提供的各类工具可以帮助组织和维护数据，无论是对于制图者来说还是对于数据管理者，ArcCatalog都可以使他们工作简化。

ArcToolbox提供了极其丰富的地学数据处理工具，包括160多个简单易用的工具。

使用ArcToolbox中的工具，能够在GIS数据库中建立并集成多种数据格式，进行高级GIS 分析，处理GIS数据等；使用ArcToolbox可以将所有常用的空间数据格式与Arclnfo的Coverage，Grids、TIN进行互相转换；在ArcToolbox中可进行拓扑处理，可以合并、剪贴、分割图幅，以及使用各种高级的空间分析工具等。

基于ArcPy的GIS空间分析建模原理及实现方法张世富【摘要】［摘要］采用ArcGIS10.0中ArcPy模块并使用Python编程语言以函数式编程的方法进行GIS空间分析建模的原理，并以基于对象的影像最优分割结果选取为例介绍其具体实现方法。

【期刊名称】安徽电子信息职业技术学院学报【年(卷),期】2015(000)005【总页数】4【关键词】［关键词］Python；ArcPy；空间分析建模；函数式编程GIS（地理信息系统）不仅要完成管理大量复杂的地理数据的任务，更为重要的是完成地理分析评价预测和辅助决策的任务[1]，空间分析是GIS最具特色的内容，建立空间分析模型的过程（空间分析建模）是综合分析处理和应用空间数据的有效手段，也是开发分析决策型GIS不可或缺的步骤[2]。

ArcGIS的Model Builder视窗提供了构建地理处理工作流和脚本的图形化建模环境[3],但是进行空间分析建模有其不足之处：首先，在进行数据批量化处理时操作复杂、处理速度缓慢而且运行不稳定。

其次，在Model Builder中建模无法对空间分析结果进行统计以及进行必要的计算。

本文使用Python编程语言以及ArcGIS10.0中新添加的ArcPy工具包中的各种函数以函数式编程的方法[4]进行空间分析建模。

以多边形矢量图层的矢量-栅格叠置分析并计算其吻合度为例阐述基于Python与ArcPy的GIS空间分析建模原理及其实现方法。

一、Python与ArcPy简介（一）Python及其特点Python[5]是一种底层基于C语言实现的脚本语言，但其已从Linux平台上的一个脚本语言发展成为跨操作系统多种底层实现的通用语言，并且可以实现对既有的C/C++库调用，大大丰富了Python的功能[6]。

Python 具有以下特点：1）简单易学、免费开源；2）跨平台的解释性高级语言，具有很强的健壮性[7]；3）可扩展的面向对象编程语言；4）ArcGIS主要支持。

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。

一、实验目的1、掌握ArcGIS缓冲区分析、叠置分析、网络分析方法。

2、熟悉ArcGIS的空间统计、栅格计算方法。

3、综合利用矢量数据空间分析中的缓冲区分析和叠置分析解决实际问题。

4、学会用ArcGIS9 进行各种类型的最短路径分析，了解内在的运算机理。

5、熟练掌握利用ArcGIS上述空间分析功能分析和结果类似学校选址的实际应用问题的基本流程和操作过程。

二、主要实验器材（软硬件、实验数据等）计算机硬件：lenovo ideapad Y460N计算机软件：ArcGIS10.0软件实验数据：《ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程》随书光盘的第七章、第八章等三、实验内容与要求1、空间缓冲区分析。

（1）为点状、线状、面状要素建立缓冲区。

1)打开菜单“自定义”下的“自定义模式”，在对话框中选择“命令”，在“类别”中选择“工具”，在右边的框中选择“缓冲向导”（如图 1 所示），拖动其放置到工具栏上的空处。

图1 提出“缓冲向导”2)利用选择工具选择要进行分析的点状要素，然后点击，在“缓冲向导”对话框设置缓冲区信息，如图2及图3所示。

图2 线状缓冲区信息设置1图3 线状缓冲区信息设置23)利用选择工具选择要进行分析的线状要素，然后点击，在“缓冲向导”对话框设置缓冲区信息。

4)利用选择工具选择要进行分析的面状要素，然后点击，在“缓冲向导”对话框设置缓冲区信息，如图4所示。

图4 面状缓冲区信息设置2、学校选址。

要求：(1) 新学校选址需注意如下几点：1）新学校应位于地势较平坦处；2）新学校的建立应结合现有土地利用类型综合考虑，选择成本不高的区域；3）新学校应该与现有娱乐设施相配套，学校距离这些设施愈近愈好；4）新学校应避开现有学校，合理分布。

(2) 各数据层权重比为：距离娱乐设施占0.5，距离学校占0.25，土地利用类型和地势位置因素各占0.125。

(3) 实现过程运用ArcGIS的扩展模块（Extension）中的空间分析（Spatial Analyst）部分功能，具体包括：坡度计算、直线距离制图功能、重分类及栅格计算器等功能完成。

ArcGIS Engine高级功能开发第七章ArcGIS Engine高级功能开发7.1缩略图(鹰眼)鹰眼功能是GIS的主要功能之一，当地图范围很大时，它可以很好的为用户指明当前地图的范围。

在本小节中我们将学习如何制作这种鹰眼。

7.1.1添加控件新建一个C#.Net项目，项目名称为OverView，将Form1的名字设置为MainForm，并添加ToolbarControl 、两个MapControl和LicenceControl等四个控件。

布局如下图所示。

左边的axMapControl1用于地图数据显示和操作，右边axMapControl2用于鹰眼显示。

图 1 界面布局在ToolbarControl 加载添加数据按钮和地图浏览的功能按钮，如下图所示，并将ToolbarControl的伙伴控件设为axMapControl1。

图2添加按钮7.1.2代码添加及解释鹰眼用来显示主窗体当前视图范围在全景视图中的位置，在ArcMap中使用一个线框在鹰眼视图中标识。

当主视图中的视图范围改变时，鹰眼中的线框随之改变，当拖动鹰眼视图中的红线框时，主视图中的视图范围也随之改变。

下面开始实现鹰眼功能，添加using ESRI.ArcGIS.Carto、using ESRI.ArcGIS.Geometry、using ESRI.ArcGIS.Display三个引用。

首先在axMapControl1中视图范围改变时鹰眼窗体要做出对应的响应，即绘制线框并显示，在OnExtentUpdated事件中添加代码如下：private void axMapControl1_OnExtentUpdated(object sender,ESRI.ArcGIS.Controls.IMapControlEvents2_OnExtentUpdatedEvent e){//创建鹰眼中线框IEnvelope pEnv = (IEnvelope)e.newEnvelope;IRectangleElement pRectangleEle = new RectangleElementClass();IElement pEle = pRectangleEle as IElement;pEle.Geometry = pEnv;//设置线框的边线对象，包括颜色和线宽IRgbColor pColor = new RgbColorClass();pColor.Red = 255;pColor.Green = 0;pColor.Blue = 0;pColor.Transparency = 255;// 产生一个线符号对象ILineSymbol pOutline = new SimpleLineSymbolClass();pOutline.Width = 2;pOutline.Color = pColor;// 设置颜色属性pColor.Red = 255;pColor.Green = 0;pColor.Blue = 0;pColor.Transparency = 0;// 设置线框填充符号的属性IFillSymbol pFillSymbol = new SimpleFillSymbolClass();pFillSymbol.Color = pColor;pFillSymbol.Outline = pOutline;IFillShapeElement pFillShapeEle = pEle as IFillShapeElement;pFillShapeEle.Symbol = pFillSymbol;// 得到鹰眼视图中的图形元素容器IGraphicsContainer pGra = axMapControl2.Map as IGraphicsContainer;IActiveView pAv = pGra as IActiveView;// 在绘制前，清除axMapControl2 中的任何图形元素pGra.DeleteAllElements();// 鹰眼视图中添加线框pGra.AddElement((IElement)pFillShapeEle, 0);// 刷新鹰眼pAv.PartialRefresh(esriViewDrawPhase.esriViewGraphics, null, null);}当鼠标点击鹰眼窗体时，主窗体Extent随之改变。

基于ArcGIS的空间大数据分析工具（1）_连接功能①功能介绍根据在这两个表中均可找到的字段值将数据表连接到图层。

②应用场景及操作在Excel中记录所有的项目属性信息。

在ArcGIS中有对应项目的红线，但是并没有任何项目属性信息。

需要将Excel表中的项目属性信息与项目红线进行一一挂接。

基于ArcGIS 10.6版本（汉化后，后同），连接工具，对应ArcGIS中的【连接和关联】功能。

在需要连接和关联的图层右击，即可选择【连接和关联】功能，如下图所示。

分别为项目红线、Excel表中的属性数据添加一一对应的字段，用作连接，需要注意两个字段名可以不一致，但是这一字段的名称可以不同，但数据类型必须相同；例如，必须将数字连接到数字，将字符串连接到字符串，依此类推。

点击【连接】，选择“某一表的属性”连接到该图层，分别选择图层以及Excel表中用以连接的字段，需要注意此处选择的Excel表尽量为.xls后缀的07年版本。

在此处的应用场景中，需要保留没有匹配上属性的红线数据，选择“保留所有记录”。

为保证连接的效果，在连接前，先点击【验证连接】，检查内容包括：字段名名称是否以无效字符开头；字段名称是否包含无效字符；字段名称是否与保留字匹配；是否存在地理数据库MS访问表；统计连接的匹配记录数目。

连接验证后，如果出现问题，会弹出【连接验证报告】窗口，并进行整改。

确认连接属性后，在执行属性连接时，连接Excel表中的字段会动态添加到现有表中，添加连接时，将保留字段属性，例如别名、可见性和数字格式设置。

需要注意的是，此时连接的Excel属性数据仅是连接属性进行查看，并未真正修改图层数据的属性表数据，想真正将属性附加到属性表中，需要将图层导出，右击图层，选择【数据】，选择【导出数据】，导出成功后的图层即包括连接的属性。

如果想取消关联，点击【移除连接】即可。

③功能操作要点• 连接的Excel 表格尽量为.xls 后缀的07年版本；• 真正将属性附加到属性表中，需要将图层导出另存，导出成功后的图层即包括连接的属性。

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。

合并Contour与isolate图层：5.空间插值，建立琅岐岛DEM打开3D分析工具，并调入3D分析模块。

基于ArcGIS的桂林旅游者空间分析作者：石珂来源：《旅游纵览·行业版》 2013年第8期本文依托地理信息系统软件ArcGIS对大桂林地区旅游者的空间分布相关数据进行了处理，并对其空间分布特征进行了分析。

结果表明，大桂林地区旅游者人数在空间上分布并不存在明显的聚类趋势，而变现为相对独立的趋势。

由此提出了关于提高大桂林地区整体吸引力水平的建议。

一、分析工具的选取本文选取地理信息系统(GeographicalInformationSystem，GIS)中的ArcGIS10软件做为数据分析的平台和数据的可视化工具。

地理信息系统是在计算机硬、软件的支持下，对整个或部分的地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。

地理信息系统处理、管理的对象是多种地理空间实体数据及其关系，包括空间定位数据、图形数据、遥感图像数据、属性数据等，用于分析和处理在一定地理区域内分布的各种现象和过程，解决复杂的规划、决策和管理问题。

它区别于其他信息系统的关键在于强调空间实体及其关系，注重空间分析与模拟。

ArcGIS是由ESRI出品的一个地理信息系统系列软件。

AcrGIS10是ArcGIS中的最新产品，它在原版本的基础上增添了单行简化地理代码等新的功能，使ArcGIS的工作效率更高，在地图的制作和创作上更加省时并能够更好的分析和建模。

二、研究方法本文以《桂林市市、县行政区域划分图》为基本数据资料。

文中旅游人数的指标数据主要来源于桂林市统计局和桂林市旅游局的相关统计资料。

部分缺失的数据通过查找各行政区域各个旅游景区年接待人数估算得出。

生成桂林市五区十二县的旅游人数分布图和数据属性数据库。

运用空间自相关（GlobalMoran’I）模型和分级统计工具对相关数据进行计算和可视化处理。

在矢量图和运算数据的基础上，对大桂林地区旅游人数的分布特征进行研究分析。

ArcGIS中的空间自相关（GlobalMoran’I）工具，是根据要素的位置和要素值来度量空间自相关的空间分析工具。

空间数据分析实验报告1.实验内容根据所给shp文件中给出的北卡罗来纳州县婴儿出生和死亡率、吸烟人数（单位：千人）等数据，结合ArcGIS软件空间分析工具，计算其空间自相关性、空间聚集性，并进行分析。

2.实验要求1) 能够正确理解和使用ArcGIS中的空间分析系列工具。

2) 理解全局莫兰指数、G统计量、局部莫兰指数、局部G统计量所表达的含义，并对结果报告作出分析。

3.实验结果及分析3.1全局空间自相关分析全局空间自相关是对属性值在整个区域的空间特征的描述。

表示全局空间自相关的指标和方法很多，主要有全局Moran’s I、全局Geary’s C和全局Getis-Ord G都是通过比较邻近空间位置观察值的相似程度来测量全局空间自相关的。

3.1.1全局莫兰指数一般说来，莫兰指数分为全局莫兰指数和安瑟伦局部莫兰指数，此处选择全局莫兰指数进行分析。

全局莫兰指数计算结果给出关于所有数据的相关性的数值，用以衡量数据的空间自相关性，一般取值[-1,1]。

全局莫兰指数数值若在0-1间，则为空间正相关，值越大，空间相关性越明显；若在-1-0之间，则为空间负相关，值越小，空间差异越大；若为0，则空间分布为随机性。

z得分表示标准差的倍数。

p值代表的是概率。

它是反映某一事件发生的可能性大小。

在空间相关性的分析中，p 值表示所观测到的空间模式是由某一随机过程创建而成的概率。

若该值小于一定的数值即代表该数据为随机生成结果是小概率事件，即拒绝零假设，认为该数据具有聚集特征。

吸烟人数以及死亡率全局莫兰指数报表表3.1 吸烟人数全局莫兰指数表表3.2 婴儿死亡率全局莫兰指数表①Moran I指数：北卡罗来纳州县吸烟人数的莫兰指数为0.72，婴儿死亡率的莫兰指数为0.61，二者均大于0，说明此地的吸烟人数和婴儿死亡率空间自相关性均为呈现空间正相关，且相关性较为强烈。

吸烟与当地的文化环境，以及政府政策的指定有关，因此会在空间分布上有很高的相关性。