ArcView书稿第10章

第十章ArcView空间分析基本功能如前所述，Arcview空间分析模块Spatial Analyst具有强大而完备的能力分析数据的空间关系和解决空间问题。

本章介绍了Spatial Analyst提供的基本空间分析功能和命令，并以实例说明Spatial Analyst能够完成的任务、解决的问题类型及解决问题的方式等。

第一节距离制图功能距离制图功能计算了主题中每个栅格与距其最近的要素之间的距离，这些要素可以是点、线、多边形或其它的有效数据。

例如：一口井，一片零售店等。

输出的栅格数据表示了每一个栅格距最近要素之间的欧几里德（Euclidean）距离，即两点之间的直线距离。

距离制图主要包括测定距离（Find Distance）和邻近制图（Proximity mapping）两个功能。

一、测定距离Find distance计算每个栅格与最近要素之间的距离并按远近分级。

应用输出的距离数据可以产生缓冲区或找到在某要素一定范围内的其它要素。

它的应用可例举如下：●水源污染影响度分析●为紧急医疗救护找到最近的医院●为失火建筑找到距其500米范围内所有的消防水管等。

例如：对一个地区的水源污染状况做分析：1．建立一个新的视图。

2．添加水源(例如：水井)分布的点主题wells.shp。

3．在【Analysis】菜单中选择【Find mapping】命令。

4．显示并激活由wells.shp产生的新栅格主题，Distance to wells.shp（如图10-1）。

5．双击左边的图例，在弹出的Legend Editor对话框中可重新调整分级。

新的栅格主题显示了区域内每个栅格距最近的水井的距离，其中浅色的栅格距各个井的距离最近，对水源的影响最大；深色的栅格距各个井的距离最远，影响最小。

在本例中认为距各个水井1000米以内的区域对水质的影响和污染最大，因此，在【Analysis】菜单中选择【Map Query】工具可将距各个水井1000米以内的区域提出作为缓冲区进行分析（如图10-2）。

二、邻近制图Proximity mapping将所有栅格分配给距它最近的要素（最近要素由欧几里德距离来测定），根据要素的特征值确定每一个要素的覆盖范围。

在输出的Proximity mapping栅格数据中，每个栅格值即距其最近的要素的特征值。

Proximity mapping数据可用来确定分配给每个要素的空间大小。

其应用可例举如下：●为销售员绘制工作区域图。

●在城市防火系统中确定每个消防水管的服务范围。

●确定一组电话交换塔的客户服务范围等。

在下面的城市防火系统中，利用Proximity mapping 确定每个消防水管的服务范围的步骤如下：1． 在视图目录表中激活消防水管的点主题fire hydrants.shp 。

2． 在【Analysis 】菜单中选择【Assign Proximity 】。

3． 在出现的Proximity Field 对话框中，选择Proximity mapping 的字段（如图10-3），单击OK 。

4． 生成新的栅格数据Proximity to fire hydrants.shp （如图10-4）。

图10-1 水井距离制图图10-2 提取距水井1000米范围内的缓冲区第二节 密度功能一、密度功能Density Function主要根据输入的点要素的分布，计算整个区域的数据分布状况，从而产生一个连续的表面。

它的主要应用有：● 制作人口密度图。

● 计算城镇密度分布状况。

● 根据河流交叉口的分布制作河网密度图。

例如：制作一个地区的人口密度图：1． 创建一个新的空的视图。

2． 添加各居民点人口数主题Population.shp （在本例中，每个居民点位置被定位于居住区域的中心点）。

3． 在【View 】菜单中选择【Properties 】命令,出现View Properties 对话框，从Map Units图10-3 Proximity Field 对话框图10-4 每个消防水管的服务区域显示和Distances Units列表中选择地图单位和距离单位（如图10-5）。

4．在【Analysis】菜单中选择【Calculate density】命令。

在弹出的Output Grid Specification对话框中设定输出主题的范围、栅格单元大小及行列数。

接着出现的Calculate Density对话框（如图10-6），在Population Field列表中选择计算密度的字段，本例中选择pop(人口数)；在Search Radius填写框中输入搜索半径值。

搜索半径决定了以每个栅格为中心搜索居民点的距离。

在Density Type列表中选择计算密度的方法。

在Arcview中计算密度的方法有两种：Simple-Density：每个栅格的包含的人口数等于在以每个栅格为中心的搜索半径内的所有居民点的人口数的和除以搜索范围的面积。

Kernel – Density：方法与Simple相同，但以每个居民点为中心。

在Area Unit列表中选择面积单位。

若事先没有设定输出主题的地图单位，在Area Unit 列表中只有Square Map Units一项可以选择。

若已确定了地图单位,则在Area Unit列表中就有多项面积单位可以选择。

例如：Square Miles（平方英里），Square Kilometers（平方公里），Acres（英亩），Hectares（公顷），Square Yards（平方码），Square feet（平方英尺），Square Inches（平方英寸），Square Meters（平方米），Square Centimeters（平方厘米），Square Millimeters（平方毫米）等。

5．然后单击OK，就会输出本区域的人口密度图Density from Population.shp（如图图10-5 View Properties对话框10-7）。

第三节 表面功能Surface FunctionsSurface functions 是采用抽象的表面（Surface ）来表示连续分布的空间现象,表面中的每一个栅格的值表示为Z=f(X,Y)，Z 值可以是高程值、浓度值或应用领域的其它量值，例如：污染、噪音等。

在表面中，每个栅格的值是该单元中心点的值，而在同一栅格中其它位置的值则可以由该栅格中心点和相邻栅格中心点的值内插算出。

在Arcview 中，有两种类型的Surface Function ：一种是创建表面Surface Interpolators,通过输入的样点数据产生一个连续的表面，主要的内插方法有：权重距离递减（Inverse Distance Weighted ），样条函数内插（Spline ），Kriging 内插和趋势面内插（Trend ）。

另一种是表面分析Surface-analysis ，主要对连续的栅格数据进行计算，从而对表面采用不同的表示法或提取在原表面中不太明显的模式。

权重距离递减（Inverse Distance Weighted ）：该方法假设每个采样点有一个局部影响，此影响随着采样点到要素距离的增大而减少，距要素较近的点具有相对较大的权重。

例如：分析某一零售商店的对消费者购买力的影响，居住较远的人们购买力受到的影响较小，因为人们更愿意在家的附近购物。

样条函数内插（Spline ）：此方法的用途非常广泛，通过所有的采样点建立一个数学函数，从而产生一个曲率最小的表面。

此方法适合于内插变化平缓的表面，如：高程、地下水位高度、污染浓度等。

Kriging 内插：这是一种专用的内插方法，它假定采样点之间的距离或方向表现出一定的空间相关性，这种相关性将有助于描述表面。

Kriging 内插通过对一定数量或一定半径内的所有点满足一个数学函数来确定某个输出点的值。

如果知道数据的空间相关距离和方向的偏移量时，最适合使用此种方法。

它经常用于土壤学和地质学。

趋势面内插（Trend ）：该算法对所有的采样点，建立一个特定次数的多项式的数学函数，在计算此函数产生结果表面时，Trend 采用最小二乘法进行拟合，从而使结果表面与采样点图10-7 采用Kernel 方法制作的人口密度图值之间的差异最小化，即所有输入样点的实际值与估计值之差的平方和越小越好。

一、创建表面Surface-create Functions根据采样点数据的分布，用内插的方法产生整个研究区域内每个点（栅格）的数据，形成一个连续的表面。

样点可以是随机采集或规律分布的空间数据，例如：高度、浓度或其它的量值。

它的主要应用可例举如下：●根据样点值，产生某农业区农作物产量分布图，土壤有机质含量分布图、氮、磷、钾含量分布图，从而分析农作物产量与土壤肥力的关系。

●根据森林有机质量含量样点值，生成森林有机质含量分布图。

●通过地下水位高度样点值，制作一个城市的地下水位分布图。

例如：制作某农业区的土壤有机质含量分布图。

1．在视图目录表中添加并激活土壤采样点主题soilsamp.shp（如图10-8）。

图10-8 土壤样点主题2．从【Surface】菜单中选择【Interpolate Grid】命令。

3．在出现的Output Grid Specification对话框中设定输出主题的范围、栅格单元大小及栅格行、列数。

4．接下来出现的Interpolate Surface对话框中，从Method列表中选择Spline（注意：在菜单中只有IDW和Spline两种内插方法可以选择）。

在Z Value Field列表中选择organic matter（土壤有机质）字段，单击OK。

5．生成新的栅格主题Surface from Soilsamp.shp（如图10-9）。

输出的栅格主题是对实际的土壤有机质含量分布状况的最佳估计。

根据现象以及样点的分布状况可以选择不同的内插方法创建表面。

但是，无论采用那种内插方法，采样区域越大，采样点越多，生成的表面精度越高。

图10-9 内插的土壤有机质含量分布图二、表面分析Surface-analysis Functions对现有的表面进行一些特定的运算，生成新的数据和识别模式，从而提取更多的信息。

Surface-analysis Functions应用非常广泛，例如：在高程栅格数据的基础上，可直接提取坡向、坡度、等高线等地形分析因子。

坡向Aspect坡向定义为坡面法线在水平面上的投影与正北方向的夹角。

在Arcview中Aspect表示每个栅格与它相邻的栅格之间沿坡面向下最陡的方向。

在输出的坡向数据中，坡向值有如下规定：正北方向为0度，正东方向为90度，以次类推。

例如：它的应用有：●在一个区域内提取所有朝北的坡面，为房地产建设选址提供最佳位置。