空 间 分 析-(13)ARCGIS中的矢量数据的空间分析

三、网络分析
图7.14 网络数据符号化
(注：其中红色为不可运行）
三、网络分析
2）几何网络要素的编辑
添加新的几何网络要素和直接在数据库中添加数据 要素是类似的，稍稍不同的是当新的几何网络要素被添 加到几何网络中的时候，它在空间上和其他网络要素在 空间上的拓扑连接关系将同时由地理数据库自动产生并 同时保存在其中，以便以后分析使用。
ARCGIS 矢量数据的空间分析
主要内容 • 缓冲区分析 • 叠置分析 • 网络分析
一、缓冲区分析
1. 缓冲区的基础
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，是给定空间对象或集合后获得 的它们的领域，而邻域的大小由邻域的半径或缓冲区 建立条件来决定，因此对于一个给定的对象A，它的缓 冲区可以定义为：
三、网络分析
2）网络的建立
一般情况下网络的建立 ArcGIS中的几何网络的建立
三、网络分析
一般情况下网络的建立
网络是通过将内在的线，点等要素在相应的位置绘 出后，然后根据他们的空间位置以及各种属性特征从而 建立它们的拓扑关系，使得它们能成为网络分析中的基 础部分，基于其能进行一定的网络空间分析和操作
4）均匀差值（Symmetrical difference）
在矢量的叠置分析中也有为了获得两个图层去掉它们之间 的公共部分，而只需要剩下的部分，同时对原有图层的空间上 的分布也进行一定区域内的调整，新生成的图层的属性也是综 合两者的属性而产生的。利用数学的空间逻辑运算的方式表示 就是：
x ∈ ( A U B − A I B)
（A,B分别是进行交集的两个图层）。
二、叠置分析
在ArcGIS中，在均匀差值操作 时，无论是输入图层或差值图层都 必须是多边形图层，虽然在理论上 ，点和线与其依然可以进行此类叠 置分析，但从层面的角度来考虑， 不同维数的几何形态如线和多边形 进行均匀差值的叠置分析，最后会 得到同一层面内会存在不同的几何 形态如一部分是多边形而另一部分 是线的情况，即一种层面出现两种 形态，故而在ArcGIS规定了只能对 多边形进行此类操作
二、叠置分析
2）识别叠加（Identity）
识别叠加是指输入图层和另外一个图层进行识别叠加，在 图形交迭的区域，识别图层的属性将赋给输入图层在该区域内 的地图要素，同时也有部分的图形的变化在其中。
二、叠置分析
点与多边形
线与多边形
多边形与多边形 图7.9 识别叠加的三种形式
二、叠置分析
3）交集操作（Intersect）
三、网络分析
4）网络可运行性的编辑
几何网络中的任何几何网络要素都可以是可运行的 或不可运行的。在几何网络中预设的所有的要素都是可 以运行的，而不可运行的要素可以把那处的当作网络中 的中断来处理,而不需要真的移除它与其他空间网络要素 的空间关系，例如单行道。在ArcGIS中网络的运行性 可以通过编辑需要操作的要素属性中的Enabled属性来 修改
一、缓冲区分析
1） ）
2） ）
图7.3 完成缓冲区之前应注意的区域
一、缓冲区分析
图7.4 点状要素的缓冲区
一、缓冲区分析
图7.5 线状要素的缓冲区
一、缓冲区分析
• 面状要素的缓冲区几种形式：
1）inside and outside（内外缓冲区之和） 2）only outside（仅仅只有外缓冲区） 3 only inside 3）only inside（仅仅只有内缓冲区） 4）outside and include inside （外缓冲区和原有图形之和） 如右图7.6为建立缓冲区之前的原始 面状要素：
二、叠置分析
点与多边形
线与多边形
多边形与多边形 图7.13 修正更新的三种形式
二、叠置分析
另外，在叠置分析中最常见的误差是破碎多 边形，也就是在两个输入地图的相关或共同边界， 相交的地方会出现非常细小的多边形区域。这时 就需要设置一定的容错量来消除这种细小多边形。
三、网络分析
1. 网络分析概念
图7.12 图层合并操作
二、叠置分析
6）修正更新（Update）
修正更新是指首先对输入的图层和修正图层进行几何相交 的计算，然后输入的图层被修正图层（一般为多边形）覆盖的 那一部分的属性将被修正图层而代替。而且如果两个图层均是 多边形要素的话，那么两者将进行合并，并且重叠部分将被修 正图层所代替，而输入图层的那一部分将被擦去。
三、网络分析
3）网络连通性的变更
由于时间或空间的变化使得网络中的空间连通性发 生了一定的变化，例如城市中有些道路因为修路的原因 而使得不能通过。要注意的是解除连通性并非是将要素 从数据库中删除，只是移除了它与其他要素在空间上的 关联；同样建立连通性是将该要素与其他要素相联结在 一起，建立它们之间的空间关联。
三、网络分析
3. ArcGIS网络分析数据的预处理
1）网络数据的符号化 2）几何网络要素的添加和删除 3 3）网络连通性的变更 4）网络可运行性的编辑
三、网络分析
1）网络数据的符号化
网络的线状要素的属性存在着可运行和不可运行 情形，称之为可运行性。可运行的要素允许资源流动通 过，不可运行的要素则不允许。这项信息被储存在该要 素类别属性表格中的Enable字段，值为１代表可运行的， 值为０代表不可运行的。使用属性来符号化要素可以很 快的定义出哪些图征是可运行的，哪些是不可运行的。
（A,B分别是进行交集的两个图层）。
二、叠置分析
在图层合并的同时要求两个图 层的几何特性必须全部是多边形。 图层合并将原来的多边形要素分割 成新要素，新要素综合了原来两层 或多层的属性。多边形图层合并的 结果通常就是把一个多边形按另一 个多边形的空间格局分布几何求交 而划分成多个多边形，同时进行属 性分配过程将输入图层对象的属性 拷贝到新对象的属性表中，或把输 入图层对象的标识作为外键，直接 关联到输入图层的属性表中。
空间数据的网络分析是对地理网络，城市基础 设施网络（如各种网线，电缆线，电力线，电话线， 供水线，排水管道等）进行地理化和模型化，基于 它们本身在空间上的拓扑关系、内在联系、跨度等 属性和性质来进行空间分析，通过满足必要的条件 得到合理的结果。
三、网络分析
网络分析的理论基础是图论和运筹学，它是从运 筹学的角度来研究，统筹，策划一类具有网络拓扑性质 的工程如何安排各个要素的运行使其能充分发挥其作用 或达到所预想的目标，即利用统筹学建立模型，采用数 学图论的方法来实现这个模型，最终得到结果，从而指 导现实和应用，故而对网络分析的研究在空间分析中占 有着极其重要的意义。
在ArcGIS中叠置分析可以对多个格式的图层进行操 作具体如下： 1 shape file 1）shape file文件 2）coverage文件 3）GeoDatabase里面的要素
注：对coverage文件操作需要安装ArcGIS Workstaion才行。
A− AI B
二、叠置分析
3.叠置分析方法
一、缓冲区分析
在ArcGIS中缓冲区建立有如下三种不同的方式：
1）以一个给定的距离建立缓冲区（At a specified distance ） 2）以分析对象的属性值作为权值建立缓冲（Based on a distance from an attribute ） 3）建立一个给定环个数和间距的分级缓冲区 （An multiple buffer rings ）
二、叠置分析
1.叠置分析的基础
叠置分析是将有关主题层组成的各个数据层面进行 叠置产生一个新的数据层面，其结果综合了原来两个或 多个层面要素所具有的属性，同时叠置分析不仅生成了 新的空间关系，而且还将输入的多个数据层的属性联系 起来产生了新的属性关系。 叠置分析是对新要素的属性按一定的数学模型进 行计算分析，其中往往涉及到逻辑交、逻辑并、逻辑差 等的运算。
而在ArcGIS网络分析中涉及的网络是由一系列要 素类别组成的，可以度量并能图形表达的网络，又称之 为几何网络。图形的特征可以在网络上表现出来，同时 也可以在同一个网络中表示出如运输线、闸门、保险丝 与变压器等不同性质的数据。一个几何网络包含了线段 与交点的连结信息且定义出部分规则，如：哪一个类别 的线段可以连至某一特定类别的交点，或某两个类别的 线段必须连至哪一个类别的交点。
三、网络分析
ArcGIS中网络的建立 一个整的几何网络必须首先建立一个空的空间图形 网络然后再加入其各个属性特征值，一旦网络数据被建 立起来，全部数据被存放在地理数据库中，由数据库的 生命循环周期来维持其运作。当使用者使用或编辑其部 分或全部图形属性特征数据时，都将以原先的地理数据 库中调出其已经定义好的连接规则和相互关系为基础。 在ArcGIS中建立的几何网络的格式是GeoDataBase， 将其全部的数据和组成部分封装在一个文件中
图7.6 原始面状要素
一、缓冲区分析
Inside and outside
only outside
only inside
Outside and include inside
图7.7 四种不同的面状要素的缓冲区
一、缓冲区分析
除此之外，缓冲区还可以利用距离制图的方 法来获得，但是距离制图方法是基于栅格数据 形式来进行缓冲区的建立，它的过程和结果都 是栅格数据，与矢量的缓冲区建立的方法有着 本质的区别
一、缓冲区分析
1） ） 2） ）
3） ）
图7.2 缓冲区建立的三种方式
一、缓冲区分析
在ArcGIS中完成缓冲区的建立时需要注意的：
1）缓冲区相交的地区选择融合或相互独立（Dissolve barriers between or not） 2）对多边形进行的内缓冲和外缓冲的选择（inside or outside outside）
二、叠置分析
2.叠置分析操作方法分类
1）图层擦除（Erase） 2）识别叠加（Identity） 3 3）交集操作（Intersect） Intersect 4）均匀差值（Symmetrical difference） 5）图层合并（Union） 6）修正更新（Update）
二、叠置分析
3.叠置分析的操作对象
三、网络分析
2. 网络的组成和建立
1）网络的基本组成 一般网络的组成 ArcGIS ArcGIS中网络的组成
三、网络分析
一般网络的组成包括以下几个部分
线状要素 网络中流动的管线，包括有形物体和无形物体两种， 其状态属性包括阻力和需求 点状要素 包括有障碍，拐角点，中心，站点，
三、网络分析
ArcGIS中网络的组成
P = {x d ( x, A) ≤ r}
（d一般是指欧式距离，也可以是其它的距离，其中r为邻域半 径或缓冲区建立的条件）
一、缓冲区分析
点状要素缓冲区
线状要素缓冲区
图7.1 缓冲区示意图
面状要素缓冲区
一、缓冲区分析
2. 缓冲区的建立 点状要素：直接以其为圆心，以要求的缓冲区距离大 小为半径绘圆，所包容的区域即为所要求区 域。 线状要素：做边的平行线，并考虑其端点处建立的原 则，即可建立缓冲区，常用的方法有角平分 线法和凸角圆弧法 。 面状要素：做其边线的平行线Байду номын сангаас建立方法与线状要素 相同，但要考虑内在缓冲区和外围缓冲区的 区别
图7.11 均匀插值操作
二、叠置分析
5）图层合并（Union）
图层合并是通过把两个图层的区域范围联合起来而保持 来自输入地图和叠加地图的所有地图要素。在布尔运算上用 的是or关键字，即输入图层or叠加图层，因此输出的图层应 该对应于输入图层或叠加图层或两者的叠加的范围。从数学 角度来表示就是：
{x x ∈ A U B}
1）图层擦除（Erase）
图层擦除是指输入图层根据擦除图层的范围大小，将 擦除参照图层所覆盖的输入图层内的要素去除，最后得到 剩余的输入图层的结果。从数学的空间逻辑运算的角度来 说，即
A− AI B
（即 x ∈ A 且 x ∉ B ，A为输入图层，B为擦除层）
二、叠置分析
点与多边形
线与多边形
多边形与多边形 图7.8 图层擦除的三种形式
交集操作是得到两个图层的交集部分，并且原图层的所有 属性将同时在得到的新的图层上显示出来。在数学运算上表现 如:
x∈ AI B
（A,B分别是进行交集的两个图层）。
二、叠置分析
点与点
点与线
点与多边形
线与线
二、叠置分析
线与多边形
多边形与多边形
点，线和面混合 图7.10 交集操作的七种形式
二、叠置分析