基于ArcGIS的空间自相关分析模块的开发与应用
基于Python的ArcGIS空间数据处理与分析

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软件与应用 第8章 GIS空间分析

图8.19 相交原理图
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下面以分析一个规划待建的物流园区涉及哪些土 地类型及每类土地占用多少面积为例进行相交操作应 用说明。操作步骤如下。 (1)打开“…第八章\矢量数据的空间分析\叠置 分析\相交\相交分析.mxd”地图文件,数据效果 如图8.20所示。
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图8.20 相交操作的实验数据
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图8.6 添加【缓冲向导】工具
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(3)在工具栏中选择【选择要素】按钮,选中待 拓宽的道路,如图8.7所示。
图8.7 选中要创建缓冲区的道路
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(4)单击【工具】工具条中的【缓冲向导】,弹出 【缓冲向导】对话框,如图8.8所示。选中【图层中 的要素】单选按钮,在下拉列表中选择要建立缓冲区 的图层“道路中心线”,钩选【仅使用所选要素】复 选框。
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图8.27 联合分析前图层
图8.1 缓冲区分析实验数据
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(2)单击【编辑器】工具条中的【编辑器】→【开始编辑】, 然后单击【缓冲区】菜单,弹出【缓冲】对话框,单击【模板】 按钮,在弹出的【选择要素模板】对话框中选择缓冲区,返回 【缓冲】对话框,设置距离为30,如图8.2所示,单击【确定】 按钮,在地图显示区显示创建的缓冲区,如图8.3所示。
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图8.14 多环缓冲区对话框
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(4)单击【多环缓冲区】对话框中的【确定】按钮,多环缓 冲区建立完成,不同距离的缓冲区以不同颜色区分,如图8.15 所示。从图中可以轻易地看出银行网点在缓冲区内的分布情况。
图8.15 多环缓冲区
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叠置分析是指在统一的空间坐标系下,通过对包含感 兴趣的空间要素对象的多个地理要素图层进行叠加, 产生一个新地理要素图层,该图层综合了原来多层实 体要素所具有的空间或属性特征。从运算的角度来看, 涉及两个或两个以上的地理要素图层之间的逻辑交、 逻辑并、逻辑差等基本运算。
ArcGIS空间分析高级应用

输出结果路径和名称;
结果要素要包含的属性字段 边界精度容差; 输出要素类的几何类型;
对河流和湘潭市进行 求交处理,并合并它 们所有的属性字段, 效果图为左图,属性 字段的合并如下:
4、空间连接工具在两个图层之间根据要素的相对位 置关系创建表格连接,此连接的结果是将一个图层的 属性表追加到另一个图层上。
1、缓冲区工具在围绕输入要素一定距离处创建缓冲区:
输入要对其创建缓冲期; 输出包含缓冲区的结果要素; 用于创建缓冲区的缓冲距离;
设置缓冲区与输入要素的相对位置关系; 指定缓冲区两端缓冲区形状;
指定是否要执行融合以消除缓冲区重合的部分;
指定用于进行缓冲区融合的字段列表
铁路的缓冲区制作效果图:
2、创建泰森多边形工具输入泰森点,创建泰森多边形:
一、提取分析组(Extract)
裁剪(Clip) 选择(Select) 分割(Split) 表格选择(Table Select)
1、Clip工具将要输入要素类中与裁切要素类重合的部分 提取出来,生成新的要素类。
指定要裁剪的数据; 指定要确定裁剪边界的数据;
指定新要素类存放位置;
容差参数可不设置。
输入要素; 一致要素,必须为多边形要素或图层;
输出结果要素路径;
设置结果中要包含的属性字段; 边界精度容差;
设置是否要包含输入要素和一致要素之间额外的空间关系
以湘潭为一致边界,对湘潭市居民点进行一致处理,可以 判断落在市区内居民点个数:
3、相交工具计算多个输入要素的交集,输出其公共部分。
输入要素,要求一个或一个以上的要素类或图层
输入表格;
输出表格;
指定要用于统计的字段;
指定一个或多个分类求和的字段
ArcGIS软件应用第4章 空间数据分析

从空间处理的角度看,GIS可以被视为是一套用来从现 有的数据集获取新数据集的信息转换工具。ArcGIS 空间分 析提供了多种强大的空间建模与分析功能。 创建、查询和分析基于单元的栅格数据并基于这些数据制 图; 进行整合式栅格/矢量分析;
在多个数据图层中查询信息;
将基于单元的栅格数据与传统的矢量数据源完全整合。 从现有数据中获取新信息,并进行分析 在ArcGIS中,空间处理工具大部分集中在ArcToolbox 工具箱中。
14
4.2 ArcToolbox的功能与环境
4.2.1 工具集简介
14. 线性参考工具箱(Linear Referencing Tools) 线性参考工具主要包括创建路径、校准路径、叠加、融合、 转换路径事件;制作路径事件图层;沿路径定位要素等工具和工 具条。利用线性要素工具可以生成和维护线性地理要素的相关关 系,如实现线状Coverage到路径(Route)的转换;由路径事件 (Event)属性表到地理要素类的转换等。 15. 制图工具箱(Cartography Tools) 制图工具主要是掩模工具集。包括制图优化、制图综合、制 图表达管理、要素轮廓线掩模、相交图层掩模等工具。制图工具 与ArcGIS中其他大多数工具有着明显的目的性差异,它是根据制 图标准来设计的。
图1-4-1 ArcToolbox工具集
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4.1 空间分析工具ArcToolbox简介
4.1.2 ArБайду номын сангаасToolbox 的启动
ArcToolbox 内嵌在ArcMap、 ArcCatalog等软件模块
中, 可以从这些软件中的直接启动。
1. 激活扩展工具
启动 ArcToolbox 后,其中的一些工具
ARCGIS空间分析操作步骤详解

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。
Arcgis空间分析实验教程 第二章 ArcGIS应用基础

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

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空间分析操作步骤

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。
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万方数据
万方数据
第6期魏晓峰等:基于AtcGIS的空间自相关分析模块的开发与应用
圈1建立权值矩阵对话枢
F毡.1Thedialogofcreilt吨WdghtMatrix
心。
基于多边形邻接方式只对面状图层有效,因为点状图层不存在边相邻的概念。
.
用户可以在“保存文件”文本框中选择一个指定路径下的文件夹用以保存所创建的权值矩阵文件,该文件将以文本形式保存。
在基于距离的权值矩阵建立中,为分析不同距离间空间自相关程度,可设鬣不同的距离带,用于找出自相关程度最显著的空间距离,界面设计如图2所示。
图2基于距离的空间权值矩阵建立对话框
Fig.2ThedialogofcreatingWeight
Matrix
based∞distance
界面分为2个部分,上半部分显示了各对象两两问的相关距离统计信息,用以设置距离带时的参考;下半部分主要用于设置距离带以建立相应的权值矩阵。
距离带设置有2种方式。
选择“系统方案”时需确定划分等级,系统将根据选择的划分数量自动生成相应的距离带。
添加到下方的“距离带”列表框中;选择“自定义”按钮,用户可以手工输入距离带。
距离单位均为地图单位。
2,1.2全局空间自相关分析
全局空间自相关分析对话框主要有2个参数:参与计算的权值矩阵和分析字段。
权值矩阵可以选择由以上2种方式建立的权值矩阵文件。
若分析的是基于距离的方式,则可以添加多个权值矩阵进行分析,以方便比较不同空间距离下的自相关程度(如图3所示)。
2.1.3局部空间自相关分析
局部空间自相关分析对话框与全局空间自相关分析
对话框类似,多了一个可选参数。
该对话框设计为只能输入一个权值矩阵文件,其中Ⅲ标识字段用于标识各分析对象。
若分析图层的每个对象具有NAME属性,则我们可以用其标识每个对象;若不选择此项,系统默认用数字标识(如图4所示)。
围3全局空间自相关分析对话柱
Fig.3Thedlatogdglobalspatial
autocorrelaflonaDltlysi¥
国4局部空间自相关分析对话框
Fig.4The蛳el'localspatial
autocorrelaltonm鼬
2.2模块开发
模块采用ArcObjects组件技术在VB环境下进行开发。
ArcObjects(简称AO)是Esm公司开发的一套基于COM技术的面向地理数据模型的大型组件库。
AO的开发既可以选择应用程序内嵌的VBA,也可以选择支持COM标准的开发工具。
许多AO对象内建立了基本的数据管理和地图显示等GIS功能。
由于AO是基于微软的COM技术构建的,所以,我们可以利用它来搭建出更高级的AO组件,从而开发出更加强大、灵活的应用系统。
利用AO组件开发出来的模块可以实现与ArcCI¥的无缝集成。
通过ArcGLS提供的Customize对话框,这些应用模块可以像ArcGIS自身模块一样方便地载人和卸载。
3应用实例
3.1分析数据
分析数据取自1980年美国俄亥俄州哥伦比亚区内49个区域统计信息,其中包含各子区域的犯罪率信息,犯
罪率为每千人所含犯罪数。
万方数据
80测绘与空间地理信息2005年
数据来源:http://www.terraseer.corn/products/spaces-tat/data//ssdata_columbus.html。
32数据分析
3.2.1全局空间白相关分析
打开全局空间自相关分析对话框,输人权值矩阵文件和分析字段。
若尚未对图层建立权值矩阵.则首先要建立权值矩阵文件。
若图层已存在相应的矩阵文件,则直接选择一个或多个矩阵文件填人对话框中。
我们选择一个基于多边形邻接的权值矩阵文件。
并选择CRIME作为分析字段进行全局空间自相关分析。
分析结果显示Z值为5.63,说明在005的显著性水平下,该区域有着显著的空间自相关现象,反映了哥伦比亚地区相邻区域的犯罪率有着很高的空间正相关性,即有着较高的犯罪率集聚性区域的可能性。
3.2.2局部空间自相关分析
通过全局空间自相关分析,我们得知了该地区的犯罪率存在着较高的空间集聚性,但我们还无法确定犯罪率集聚区域的具体空间位置。
接下来我们进行局部空问自相关分析,揭示出每个区域的自相关情况,从而找出空间集聚性存在的地1)(。
将汁算参数输入局部空间自相关分析对话框,分析结果如图5所示。
图5局部空间自相关分析结果
Fig.5Theresultoflocalspatial
aBle,correlationanalysis
与全局自相关分析结果类似,列表框显示了每个区域的z—Value值,通过此数值可以确定各区域的白相关程度,从而找出犯罪率集聚地区。
从图中可以看出,某些区域存在着明显的白相关现象.这些区域即代表了犯罪率集聚地区。
最后,取0.05的显著性水平将分析结果以图形化方式显示在当前视图上(如图6所示)。
结果直观地显示了在0.05的显著性水平下三类自相关区域。
从图中可以清晰地看到3个空间正相关区域和一个空间负相关区域。
这3个空问正相关区域即代表了
犯罪率集聚区域,通过查看各区域的Crime值可以进一步获知高犯罪率集聚地区和低犯罪率集聚地区;而空间负相关区域则表明该区域的犯罪率与周围地区存在着此长彼消的关系。
囤6显著性显示结果图
Fig.6Tilertsttltofsigllla∞n∞
利用空间自相关分析,安全部门如警察局可以根据区域的空间自相关性增添、削减警员,调整各区域的警员配备情况,使警力在空间分布上更合理,从而更有效地控制地区的犯罪现象。
4结语
空间自相关分析是认识空间分布规律、揭示空间依赖性的有力工具,有着广阔的应用领域,但是提供空间自相关分析功能的GIS软件目前并不多。
将GIS与各专业领域的应用分析模型有机结合已成为目前GIS进一步发展的趋势。
采用组件技术进行空间分析模型和GIS的无缝集成将是今后业界发展的趋势。
利用ArcObjects组件式技术在VB环境下开发空间自相关分析模块,并无缝地嵌人到&cMap中,既增强了ArcMap的空间分析功能,又充分利用AmMap完善的数据可视化功能.为分析结果提供了直观、清晰的显示方式。
参考文献
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[9]“tlP://sal¥geooI].uiucedu
[责任编辑:栾丽杰】 万方数据
基于ArcGIS的空间自相关分析模块的开发与应用
作者:魏晓峰, 吴健平, WEI Xiao-feng, WU Jian-ping
作者单位:华东师范大学,地理信息科学教育部重点实验室,上海,200062
刊名:
测绘与空间地理信息
英文刊名:GEOMATICS & SPATIAL INFORMATION TECHNOLOGY
年,卷(期):2005,28(6)
被引用次数:1次
1.Morton E.O' Kelly Geographical Analysis 1998
2.郭仁忠空间分析 1995
3.刘兴权.梁艳平浅析GIS中的空间分析与应用模型[期刊论文]-四川测绘 2001
4.冯克忠.万庆.励惠国基于组件技术的GIS广义空间分析[期刊论文]-地球信息科学 2003(01)
5.闾国年.张书亮.龚敏霞地理信息系统集成原理与方法 2000
6.ArcObjects VBA 开发教程 2003
7.查看详情
8.查看详情
9.查看详情
1.王红亮.胡伟平.吴驰空间权重矩阵对空间自相关的影响分析——以湖南省城乡收入差距为例[期刊论文]-华南师范大学学报(自然科学版) 2010(1)
本文链接:/Periodical_dbch200506025.aspx
授权使用:南京师范大学图书馆(njsfdxtsg),授权号:298c183f-24d9-46ac-b66f-9ebe01149638
下载时间:2011年4月7日。