GIS实习缓冲区分析和叠置分析

GIS实习六缓冲区分析、叠置分析和网络分析
一．实习目的:掌握利用GIS的缓冲区分析、叠置分析和网络分析等地学研究的初步方法
二．计划课时：4
三．背景知识
1．缓冲区分析
（1）缓冲区分析的意义
ArcInfo提供了生成缓冲区的BUFFER。

通过这个命令可以生成一个围绕某一特征的缓冲区。

在数据处理和空间分析的某些过程中需要使用Buffer功能来实现。

前者如从单线河生成双线河或从街道中心线生成双线街道等；后者如，根据求敏感区范围等。

（2）Buffer的用法
BUFFER <in_cover> <out_cover> {buffer_item} {buffer_table} {buffer_distance}{fuzzy_tolerance} {LINE | POLY | POINT | NODE} {ROUND | FLAT} {FULL | LEFT | RIGHT}
（3）使用缺省距离生成缓冲区
Arc：Buffer <in_Cover> <out_Cover>
如果不指定缓冲距离，缺省值为0.125个Coverage单位
（4）使用固定距离生成缓冲区
Arc：buffer road roadbuf # # 200 4 line flat
（5）生成的缓冲区数据的使用和分析
BUFFER可以以多边形、线、点或结点为输入数据，生成缓冲区Coverage，这个Coverage必定为多边形Coverage。

Buffer自动创建输出Coverage的多边形拓朴关系，并为每个输出多边形建立一个Label点。

多边形的用户ID号为内部号减一。

同时生成多边形Coverage的PAT表中增加名称为“Inside”的数据项，该项有两个可能的值：
100：表示输出Coverage的这个多边形在缓冲区范围内。

1：表示输出Coverage的这个多边形在缓冲区范围之外。

后续的分析操作主要是根据“Inside” 字段的值及其对应的多边形特征进行的。

2．叠置分析
（1）叠置分析(Overlay)的意义
叠置分析的目标是研究空间位置相互耦合的地物特征的专题属性之间的相互关系。

分别来自于两个不同的数据图层(描述不同的专题属性数据的分布)的Coverage，它们的特征之间，根据空间位置相互重叠的关系发生联系，这种联系往往揭示了一种新的专题特征的空间分布的特点。

（2）三个主要的叠置分析的命令
ArcInfo提供了三个不同的空间叠置命令：UNION，IDENTIFY和INTERSECT。

A. UNION命令
UNION <in_cover> <union_cover> <out_cover> {fuzzy_tolerance} {JOIN | NOJOIN}
计算两个多边形Coverage的地物特征间的交集。

来自两个不同Coverage的多边形在相交的位置上产生分割，生成新的多边形。

<in_cover>和<union_cover>中的所有空间特征全部地或被切割后，输出到<out_cover>中，也就是说，输出Coverage 的范围是<in_cover>和<out_cover>空间范围的并集。

该命令中要求两个<in_cover>和<union_cover>均为多边形Coverage
B. IDENTITY命令
IDENTITY <in_cover> <identity_cover> <out_cover> {POLY | LINE | POINT} {fuzzy_tolerance} {JOIN | NOJOIN}
计算两个多边形Coverage的地物特征间的交集。

来自<in_cover>的所有特征，以及来自<identity_cover>中与<in_cover>范围相同的特征被保留在输出Coverage 中。

该命令要求Identity_Cover必须为多边形Coverage
C . INTERSECT命令
INTERSECT <in_cover> <intersect_cover> <out_cover> {POLY | LINE | POINT} {fuzzy_tolerance} {JOIN | NOJOIN}
计算两个多边形Coverage的地物特征间的交集。

只有属于两个输入Coverage的相同范围内的地物特征被输出到输出Coverage中。

该命令中要求<intersect_cover>必须是多边形Coverage.
D. 三个命令的比较
相同点：在以上三个命令的执行过程中，ArcInfo自动为输出Coverage创建拓朴关系，输出Coverage的特征属性表中对应于每一条记录，都有关于相交生成此地物特征的两个原始Coverage的地物特征的编号信息，如果使用了JOIN选项，输出Coverage的特征属性表中附加<in_cover>和<out_cover>的特征属性表的所有属性项。

不同点：对输入Coverage的类型有不同的要求。

另外输出Coverage中保留哪些输入Coverage的特征的处理标准不同。

参见前面的图示。

3．网络分析之路径选择(PathFinding)
（1）路径选择的意义
在远距离送货、物资派发、急救服务和邮递等服务中，经常需要在一次行程
中同时访问多个站点(收货方、邮件主人、物资储备站等)，如何寻找到一个最短和最经济的路径，保证访问到所有站点，同时最快最省地完成一次行程，这是很多机构经常遇到的问题。

PathFinding类型的网络分析就是ArcInfo用于解决现实世界中遇到这类的问题
在这类分析中，最经济的行车路线隐藏在道路网络中，道路网络的不同弧段(网络模型中的Link)有不同的影响物流通过的因素(网格模型中的Impedance)，PathFinding分析必须充分考虑到这些因素，在保证遍历需要访问的站点(在网络模型中的STOP)的同时，为用户寻找出一条最经济(时间或费用)的运行路径。

（2）两类路径选择分析(Path和Tour)
ArcInfo有两个路径选择分析命令：Path和Tour。

共同点：都是在网络中寻找遍历所有站长的最经济的路径。

区别：它们在遍历网络的所有站点过程，对访问站点的顺序的处理有所不同。

PA TH：必须按照指定的顺序访问网站中的所有站点。

例如，救护车必须从急救中心(STOP 1)出发，然后前往事故地点(STOP 2)，然后负责将伤员送往最近的医院(STOP 3),最后返回急救中心(STOP 4).
TOUR：在进行路径选择分析时，在保证在一次行程中访问所有站点的前提下，访问站点的次序是由TOUR自己决定的。

因此TOUR分析的结果即包括所选择的路径，也包括它所确定的最优的访问次序。

例如：卡车司机要在一天时间内向若干个站点送货，只要保证在当天内将货物送到每一个站点就可以了，先送哪个站点，后送哪个站点，完全由司机本人决定。

TOUR就负责完成确定访问次序，并寻找最经济路径的任务。

（3）为PathFinding准备数据
事实上，从前面的分析中，已经对PathFinding所需要的数据进行的分析，这里概括如下：
A 首先必须有一个代表道路系统的网络Coverage。

网络Coverage是一个线Coverage，它与普通线Coverage的区别在于，在它的属性表(AA T)表中，有反映通过网络中某一个弧段(网络模型中的Link要素)的以时间或费用等度量形式表示的费用，在网络模型中将该费用称作阻值(Impedance)。

阻值是用来决定最经济路径中要考虑的一个非常重要的因素。

因为网络的Link是有向的，因此它的阻值包括两个部分：From-To阻值和To-From阻值。

例如一条路，上坡和下坡时的费力就不相同；如果是单行线，那么From-To和To-From阻值中必有一个为无穷大。

From-To和To-From阻值可通过AddItem命令加入到Line Coverage的AAT 表中，也可以通过Calculate等命令为阻值赋值。

Arc: additem streets.aat streets.aat from_to_imp 4 5 n
Arc: additem streets.aat streets.aat to_from_imp 4 5 n
Arcplot: calc streets arc from_to_imp = ( 60 * ( length / 5280 ) ) /
speed_limit
FNODE# = 3
TNODE# = 4
LPOLY# = 1
RPOLY# = 4
LENGTH = 10000.00
STREETS# = 3
STREETS-ID = 2
SPEED_LIMIT = 35
FROM_TO_IMP = 3.25
TO_FROM_IMP = 3.25
另外，还有一个转向阻值的问题。

转向阻值指从网络的一个Link流动到另一个Link时的阻值。

我们知道，在道路交叉口处，右拐通常要比左拐容易。

转向阻值无法加入到AAT表中(请学员解释原因)，需要单独用TurnTable创建。

Arc：usage turntable
Usage：TURNTABLE <cover> {weed_tolerance} {selection_file} {UTURNS | NOUTURNS}
Arc：turntable streets
Arc: additem streets.trn streets.trn turn_imp 4 5 n 2
Arcplot: netcover streets path1
Arcplot: impedance # # turn_imp
/*使用SETTURN为转向阻值赋值
Arcplot: usage setturn
Usage: SETTURN <impedance> {*
| direction}
Arcplot: setturn .17 right
Arcplot: setturn .50 left
B 创建STOP文件
PA TH或TOUR所作的分析是要找出在访问各站点(STOP)的最经济路径，因此必须有信息来说明站点的地理分布。

创建STOP文件就是要完成这一任务。

STOP文件是一个INFO文件，它的结构如下图所示：
STOP文件可以手工创建，也可以通过ArcInfo的方法自动或交互式生成。

可以用下面的图形来概括PathFinding过程对数据的需求，以及数据间的关系
（4）PathFinding分析的过程
A. 设置网络分析环境
ArcPlot: NETCOVER <cover> <route_system> {APPEND | INIT}
ArcPlot: NETCOVER CLEAR
说明用于分析的网络Coverage的数据源(Coverage)、网络分析的结果存贮在何处(Route)。

ArcPlot: IMPEDANCE {from_to_impedance_item {to_from_impedance_item} {turn_impedance_item}
说明网络Link阻值来自于网络Coverage AAT表中的哪个数据项，以及转向阻值来自于来网络Coverage同名的TRN表中的哪个数据项。

Arcplot: STOPS <info_file> {input_order_item} {route_id_item} {impedance_item} {transfer_item} {output_order_item} {cumulative_impedance_item}
{cumulative_transfer_item}
简明网络分析中要访问的站点(STOP文件)，以及相关的数据项。

其中后三项是PA TH/TOUR命令分析后要写入的数据项，STOP文件中不必存在。

B. 使用Path/Tour命令执行分析。

Arcplot: PA TH {STOPS}
Arcplot: PA TH * {route_id}
Arcplot: PA TH <node-id .. node-id> {END {route_id}}
Arcplot: PATH CLOSEST <STOPS | CENTERS |* | node_id...node_id END> <* | node_id...node_id {END}> {ONE | MANY <n> | ALL}
TOUR {STOPS} {NOPRECEDENCE | PRECEDENCE}
TOUR * {route_id}
TOUR <node-id...node-id> {END {route_id}}
C . 使用ArcInfo方法显示和分析生成的路径
一系列显示Route的方法
查看和分析STOP文件由Path/Tour命令生成的新数据项({output_order_item} {cumulative_impedance_item} {cumulative_transfer_item})
ArcPlot: DIRECTIONS {route_id} {street_item} {units} {print_file} {conversion_factor} {NO_COMPASS | COMPASS4 | COMPASS8}
四．实习内容：
一城市欲在郊区建设一工厂，地点选择标准是：
A．首选土地利用类型是灌木地；
B．土壤类型适于开发建设；
C．地点位于现有下水管道线300m以内；
D．地点位于现有河道50m以外；
E．厂址面积不小于5000平方米。

利用GIS的缓冲区分析、叠置分析和属性数据分析功能，完成满足上述要求的厂址选取。