地理信息系统 实习五 叠加分析(DOC)

第七讲：实习五、多层面叠合分析

一、目的

多层面叠合分析是空间数据分析的基本方法，包括栅格数据的信息复合分析与矢量数据的叠置分析。

（1）栅格数据信息复合分析：

有时也称为栅格数据的叠置分析,它是指不同层面的栅格数据逐网格按一定的数学法则或逻辑判断进行运算,从而得到新的栅格数据系统的方法。

视觉信息复合是将不同专题的内容叠加显示在结果图件上，以便系统使用者判断不同专题地理实体的相互空间关系，获得更为丰富的信息。地理信息系统中视觉信息复合包括以下几类：

(1) 面状图、线状图和点状图之间的复合；

(2) 面状图区域边界之间或一个面状图与其他专题区域边界之间的复合；

(3) 遥感影像与专题地图的复合；

(4) 专题地图与数字高程模型复合显示立体专题图；

(5) 遥感影像与DEM复合生成真三维地物景观。

（2）矢量数据的叠置分析：

根据叠加的矢量数据类型的不同，分为点与多边形的叠置、线与多边形的叠置、多边形叠置三种。多边形叠置分析也称为Polygon-on-polygon 叠置，它是指同一地区、同一比例尺的两组或两组以上的多边形要素的数据文件进行叠置。参加叠置分析的两个图层应都是矢量数据结构。若需进行多层叠置，也是两两叠置后再与第三层叠置，依次类推。其中被叠置的多边形为本底多边形，用来叠置的多边形为上覆多边形，叠置后产生具有多重属性的新多边形。

其基本的处理方法是，根据两组多边形边界的交点来建立具有多重属性的多边形或进行多边形范围内的属性特性的统计分析。其中，前者叫做地图内容的合成叠置(图6-11)，后者称为地图内容的统计叠置（图6-12）。

合成叠置的目的，是通过区域多重属性的模拟，寻找和确定同时具有几种地理属性的分布区域。或者按照确定的地理指标，对叠置后产生的具有不同属性的多边形进行重新分类或分级，因此叠置的结果为新的多边形数据文件。统计叠置的目的，是准确地计算一种要素(如土地利用)在另一种要素(如行政区域)的某个区域多边形范围内的分布状况和数量特征(包括拥有的类型数、各类型的面积及所占总面积的百分比等等)，或提取某个区域范围内某种专题内容的数据。

本实验的目的在于：

1、加深对多层面叠合分析基本原理、方法的认识；

2、熟练掌握ARCVIEW多层面叠合分析的技术方法。

3、结合实际、掌握利用多层面叠合分析方法解决地学空间分析问题的能力。

二、实验准备

1、软件准备：Arcview

2、数据准备：

矢量文件：c:\实验数据\4data\point.shp\river.shp\polygon.shp\polygon1.shp\polygon2.shp，polygon2.shx\\roads.shp\roads1.shp\。

栅格文件：文件夹gridline1和info，文件夹gridline2和info，文件夹query6和info，文件夹query5和info。

三、实验内容

1、基于栅格数据的叠加分析

(1)原理验证

1)添加gridline1层面和gridline2层面，并利用【Analysis】菜单中的【Map Calculator】命令

进行栅格层面的叠加，观察其结果；

2)应用【Analysis】菜单中的【Reclassify】命令，分别将gridline1和gridline2层面进行重分类，

使得原有的No data数据为0，再进行叠加运算，观察其结果与上一步的结果有何不同，考

虑其原因。

(2)应用分析

query5层面和query6层面分别表示的是一些小工业镇区的城市化范围及其附近一个自然保护区的保护范围，要求利用栅格数据的复合分析，计算出这些小工业镇区的城市化范围。

方法：添加query5层面和query6层面，从【Analysis】菜单中选择【Map Query】命令，执行not(query6)andquery5运算，得出所求的范围。

栅格叠加分析功能介绍：

在arcview3.2中，基于栅格数据的叠加分析主要依靠地图查询\选择（Map Query）和地图运算（Map Calculator）两项功能。6

1.选择功能Map Query

选择功能可从输入的栅格主题中提取和选择出一个栅格单元的子集。通过Map Query命令创建逻辑运算表达式来提取子集，达到对空间数据进行查询的目的。满足表达式标准的栅格被赋值为1，而其它单元则被赋值为0。Map Query在空间分析中有非常广泛的应用，例如：提取一个水源地2000米以内的区域；显示某区域所有坡面朝北的地形，为房屋建设选择最佳地址等等。

在Map Query对话框中有以下几个选项：

Layers列出了本视图包含的所有栅格主题，双击需要查询的主题将其添加到表达式输入框中。

Operator在Map Query中，运用以下逻辑运算符创建各主题及数据之间的表达式。9

等于equals

大于greater than

小于less than

不等于no equal to

大于或等于

小于或等于

包含在圆括号（）中的表达式首先计算

逻辑运算中的“并”，参与的两个表达式均成立，例如：[elevation] >= 100 and [slope] <= 20

逻辑运算中的“或”，参与的两个表达式中至少有一个成立，例如：[rainfall] < 20 or [soils] > 3

逻辑运算中的“非”，排除，例如：not ( [cities] = "shanghai" )

单击所需的运算符将其添加到表达式对话框中。

Values 在Values列表中列出了所选主题的值。如果所选主题是离散型数据，列表中将会列出其值；如果所选主题是连续型数据，列表中将会列出数据值范围内的样点值。双击所需值将其添加到表达式对话框中，如果所需值不在列表中，从键盘输入。

Update Values 在缺省状态下Arcview会选中此项，Values列表中的值可自动更新。如果不需要更新数据或从键盘向表达式对话框输入数据，可不选此项。

Expression box 在此输入框内构建查询表达式。

2.数学运算功能主要运用数学运算符或数学函数，数学运算符对两个或多个栅格主题的值进行运算，数学函数对输入的一个栅格主题的值运用一个数学函数进行运算。Map Calculator应用非常广泛，能够解决各种类型的问题，尤其重要的是，它是建立复杂的应用数学模型的基本模块。

Map Calculator对话框中有以下几项：

Layers与Map query中的Layers含义相同。

Numbers数字按键区，数字可以作为具有相同值的栅格主题来运用。例如：对输入的栅格主题乘以3，既对每个栅格的值乘以3。在创建表达式时，如果要以某个数字作为栅格主题来应用，在输入数字后，按

下键即可。

Arithmetic Operators 数学运算符，用数学运算符对输入的两个或多个栅格主题的值进行运算。在Map Calculator中有以下三种类型：

●Arithmetic Operators 算术运算符（*, /,-, +）可在两个栅格主题间、数字间或数与对栅格主题间进行加、减、乘、除运算。

●Boolean Operators 布尔运算符（And, Not, Or, and Xor）对输入主题值进行布尔逻辑（真或假）运算。如果为真TRUE，则输出的栅格赋值为1，否则赋值为0。

●Relational Operators 关系运算符（<, <=, <>, =, >, >= ）运算判断一个给定的关系条件。如果条件成立，则输出的栅格赋值为1，如果不成立，则赋值为0。

Methematic Functions数学函数，在Map calculator中有四种类型的数学函数：对数函数Logarithms、算术函数Arithmetic、三角函数Trigonometry和幂函数Powers。

●Logarithm 对输入的数据进行指数和对数运算。可用的指数运算的底可为：e（Exp）、

10（Exp10）、2（Exp2），可用的对数运算有：自然对数（Log）、以10为底的对数（Log10）和以2为底的对数（Log2）

●Arithmetic 共有六个算术函数。Abs函数对输入的栅格数据值取绝对值；Ceil和Floor为取整函数，将十进制小数取为整数；Int和Float函数在整型和浮点型数据之间相互转换；IsNull函数，如果输入数据值是No Data，则该函数返回值为1，若不是，则返回值为0。

●Trigonometric 对输入的栅格数据进行各种三角函数和反三角函数运算。在Arcview菜单中有六个：Sin、Cos、Tan、Asin、Acos、Atan。

●Power 有三个幂函数：Sqrt（平方根）、Sqr（平方）、Pow（幂）。

Expression box 在此对话框内创建运算表达式。在缺省状态下，表达式的计算顺序为：首先计算包含在“（）”的算式，然后从左到右计算。最后整个运算表达式包含在圆括号“（）”内。

自然距离量测

所需数据：表示河流的格网strmgd；表示高度带的格网elevgd.

要求：查找一个植物种类的潜在生长环境。Strmgd中的单元值是是河流的ID值。Elevdg中的单元值是高度带1、2和3。两个格网的单元分辨率均为100m。该植物种类的潜在生长环境必须满足下列指标。

高度带为2，且河流的距离在200m之内。

步骤：

1、添加扩展功能和数据；

2、创建距离河流200m的距离带。依次按照下面的提示做：

找见old values。做如下的变动。注意old values中值的变化情况。

点击OK，得到下面结果：

该结果中，体力为1的栅格单元为激励河流200m的范围。

上图的作用是进行两个图层的查询，条件为：([reclass of distance to strmgd]=1.Asgrid) and ([elevgd]=2. Asgrid)。不需要键入Asgrid请求，它会自动加上去。然后点击下面的evalute按钮。

最后结果为：

图中，红色区域即“true(1)”为复合植物生长的区域。

上面操作也可以直接获得，直接用查询表达式：

( [Distance to Strmgd] <= 200.asGrid) and ([Elevgd] = 2.AsGrid)即可，效果一样，第一种方法给大家演示了进行“重分类”的操作过程。但不管哪种方法，我们在进行栅格分析的时候要学会用“map query ”查询功能去寻找符合各种条件的自然区域。

2、 基于矢量数据的叠置分析

Arcview 中矢量数据的叠置分析是在Geoprocessing 模块的支持下进行的，首先在【File 】菜单中选择【Extension 】命令，添加Geoprocessing 模块（如图1）。

(1) Dissolve 融合分析

1) 添加polygon 层面并激活，从【Analysis 】菜单中选择【Geoprocessing Wizard 】命令，选择

Dissolve features based on anattribute 命令，执行下一步（如图2）。

图1. 添加Geoprocessing 模块

2) 在随后出现的对话框中选择要进行融合的层面，要进行融合的属性字段以及确定融合后的结

果文件的名称与路径，完成后按Finish 键（如图3）。

3) 点击融合后的结果Disslv1-polygon 层面，观察其属性，与polygon 层面进行比较。可以看到，

Disslv1-polygon 层面是将polygon 层面中属性字段type 值一样的要素进行合并。(如图4)

(2) Merge 合并分析

1) 添加polygon1、polygon2层面并激活，执行【Geoprocessing Wizard 】命令，选择Merge themes

together 命令，执行下一步。

2) 从列表中选择要进行合并的层面，确定输出的文件名称、路径，执行操作。

3) 由结果层面及其属性可以看出，进行合并后，它们的属性及图形都进行了合并。

(3) Clip 裁剪分析

图2. 选择根据属性值融合命令

图3. 设定融合的参数

图4. 融合后的结果层面

1)添加并激活overlay、polygon层面，执行【Geoprocessing Wizard】命令，选择Clip one theme

based on another命令，执行下一步。

2)从列表中选择要进行裁剪的层面（input theme）以及用来裁剪的层面，确定输出的文件名称、

路径，执行操作。

注意进行裁剪的层面与用来裁剪的层面的不同，若只想对进行裁剪的层面或用来裁剪的层面

中的某一个或几个要素进行操作，可将其选中后再执行Geoprocessing Wizard操作。在这一

步时，就可选择Use Selected features only选项（如图5）。

3)由结果层面及其属性可以看出，裁剪分析是以用来裁剪的整个层面与被裁剪的层面进行运算

图5. Clip操作的参数设定

的，输出结果将继承进行裁剪的层面的所有属性。

(4)Intersect相交分析

1)添加并激活overlay、polygon层面，执行【Geoprocessing Wizard】命令，选择Intersect two themes

命令，执行下一步。

2)从列表中选择要进行相交分析的层面（input theme）以及用来相交的层面，确定输出的文件

名称、路径，执行操作。

3)由结果层面及其属性可以看出，相交分析是以用来相交的层面的中的要素（全部或一部分）

与被相交的层面进行相交运算，输出结果将继承两层面的所有属性。

由相同的两层面进行不同的分析（Clip和Intersect），比较它们的结果有什么不同，体会它们的原理及应用。

(5)Union合并分析

1)添加并激活overlay、polygon层面，执行【Geoprocessing Wizard】命令，选择Union two themes

命令，执行下一步。

2)从列表中选择要进行合并分析的层面（input theme）以及用来合并的上覆层面，确定输出的

文件名称、路径，执行操作。

3)由结果层面及其属性可以看出，合并分析是以用来合并的层面的中的要素（全部或一部分）

与被合并的层面中的要素（全部或一部分）进行合并运算，输出结果将合并两层面的所有要

素，并继承两层面的所有属性。

将Union分析的结果与前两种分析的结果进行比较，注意观察Union分析的特点。

(6)Assign data by location按空间位置的属性联接分析

联接分析是将两个层面按相同的位置进行属性联接，根据数据类型的空间关系不同，可分为三种：最近距离、是否在内部和是否是其一部分。其中，进行联接的层面的属性表称为目标表，用来联接的属性表称为源表。

1)Nearest最近距离

当一个点层面（源层面）与一个点层面或线层面（目标层面）进行联接分析时，进行最近距

离的联接分析，同时增加一个距离字段到目标表中，用来记录目标层面中的要素与最近点的

距离。

I 、

添加并激活point 、river 层面，执行【Geoprocessing Wizard 】命令，选择Assign data by location 命令，执行下一步。

II 、 从列表中选择目标层面（the theme to assign data to ）以及源层面（the theme to assign

data from ），确定输出的文件名称、路径，执行操作。（结果见图6）

2) Inside 是否在内部 当一个面层面（源层面）与一个点（或线、面）层面（目标层面）进行联接分析时，进行是否在内部的联接分析。

I 、 添加并激活point 、river 层面，执行【Geoprocessing Wizard 】命令，选择Assign data by

location 命令，执行下一步。

II 、 从列表中选择目标层面（the theme to assign data to ）以及源层面（the theme to assign

data from ），确定输出的文件名称、路径，执行操作。（结果见图7）

3) Part of 是否是其一部分

当两个线层面进行联接分析时，属于是否是其一部分的联接分析。

以下两个线层面roads ，roads1分别表示的是某一公路网及这一公路网中需要维修的路段，现需要将需维修路段的属性添加到公路网中，方法如下：

I 、 添加并激活roads 、roads1层面，执行【Geoprocessing Wizard 】命令，选择Assign data

by location 命令，执行下一步。

图6. Nearest 类型的联接分析

图7. Inside 类型的联接分析

II、从列表中选择目标层面（the theme to assign data to）以及源层面（the theme to assign data from），确定输出的文件名称、路径，执行操作。（结果见图8）

四、实习报告要求

图8. 公路网的需维修信息的联接

将所做工作以实验报告形式汇报，内容包括原理、过程、结果。