1、 緩沖區分析 疊置分析 網絡分析1. 緩沖區的基礎 緩沖區是地理空間，目標的一種影響范圍或服務范圍在尺度上的表現，是給定空間對象或集合后獲得的它們的領域，而鄰域的大小由鄰域的半徑或緩沖區建立條件來決定，因此對于一個給定的對象A，它的緩沖區可以定義為：（d一般是指歐式距離，也可以是其它的距離，其中r為鄰域半徑或緩沖區建立的條件）( , )Px d x Ar點狀要素緩沖區線狀要素緩沖區面狀要素緩沖區圖7.1 緩沖區示意圖2. 緩沖區的建立u點狀要素：直接以其為圓心，以要求的緩沖區距離大 小為半徑繪圓，所包容的區域即為所要求區域 。u線狀要素：做邊的平行線，并考慮其端點處建立的原則，即可建立緩沖區，

2、常用的方法有角平分線法和凸角圓弧法 。u面狀要素：做其邊線的平行線，建立方法與線狀要素相同，但要考慮內在緩沖區和外圍緩沖區的區別在ArcGIS中緩沖區建立有如下三種不同的方式：1）以一個給定的距離建立緩沖區（At a specified distance ）2）以分析對象的屬性值作為權值建立緩沖（Based on a distance from an attribute ）3）建立一個給定環個數和間距的分級緩沖區 （An multiple buffer rings ）圖7.2 緩沖區建立的三種方式1）2）3）在ArcGIS中完成緩沖區的建立時需要注意的：1）緩沖區相交的地區選擇融合或相互獨立（

3、Dissolve barriers between or not）2）對多邊形進行的內緩沖和外緩沖的選擇（inside or outside） 圖7.3 完成緩沖區之前應注意的區域1）2）圖7.4 點狀要素的緩沖區圖7.5 線狀要素的緩沖區 面狀要素的緩沖區幾種形式：1）inside and outside（內外緩沖區之和）2）only outside（僅僅只有外緩沖區）3）only inside（僅僅只有內緩沖區）4）outside and include inside（外緩沖區和原有圖形之和）如右圖7.6為建立緩沖區之前的原始面狀要素：圖7.6 原始面狀要素Inside and outsi

4、deonly outsideonly insideOutside and include inside圖7.7 四種不同的面狀要素的緩沖區除此之外，緩沖區還可以利用距離制圖的方法來獲得，但是距離制圖方法是基于柵格數據形式來進行緩沖區的建立，它的過程和結果都是柵格數據，與矢量的緩沖區建立的方法有著本質的區別疊置分析的基礎 疊置分析是將有關主題層組成的各個數據層面進行疊置產生一個新的數據層面，其結果綜合了原來兩個或多個層面要素所具有的屬性，同時疊置分析不僅生成了新的空間關系，而且還將輸入的多個數據層的屬性聯系起來產生了新的屬性關系。 疊置分析是對新要素的屬性按一定的數學模型進行計算分析，其中往往涉

5、及到邏輯交、邏輯并、邏輯差等的運算。 2.疊置分析操作方法分類1）圖層擦除（Erase）2）識別疊加（Identity） 3）交集操作（Intersect） 4）均勻差值（Symmetrical difference） 5）圖層合并（Union） 6）修正更新（Update） 3.疊置分析的操作對象 在ArcGIS中疊置分析可以對多個格式的圖層進行操作具體如下：1）shape file文件2）coverage文件3）GeoDatabase里面的要素注：對coverage文件操作需要安裝ArcGIS Workstaion才行。3.疊置分析方法1）圖層擦除（Erase）圖層擦除是指輸入圖層根據擦除

6、圖層的范圍大小，將擦除參照圖層所覆蓋的輸入圖層內的要素去除，最后得到剩余的輸入圖層的結果。從數學的空間邏輯運算的角度來說，即（即 且 ，A為輸入圖層，B為擦除層） AABAABAABAABxAxB多邊形與多邊形點與多邊形線與多邊形圖7.8 圖層擦除的三種形式2）識別疊加（Identity） 識別疊加是指輸入圖層和另外一個圖層進行識別疊加，在圖形交迭的區域，識別圖層的屬性將賦給輸入圖層在該區域內的地圖要素，同時也有部分的圖形的變化在其中。 多邊形與多邊形點與多邊形線與多邊形圖7.9 識別疊加的三種形式3）交集操作（Intersect） 交集操作是得到兩個圖層的交集部分，并且原圖層的所有屬性將同時

7、在得到的新的圖層上顯示出來。在數學運算上表現如:（A,B分別是進行交集的兩個圖層）。 xAB點與多邊形點與點點與線線與線點，線和面混合多邊形與多邊形線與多邊形圖7.10 交集操作的七種形式4）均勻差值（Symmetrical difference） 在矢量的疊置分析中也有為了獲得兩個圖層去掉它們之間的公共部分，而只需要剩下的部分，同時對原有圖層的空間上的分布也進行一定區域內的調整，新生成的圖層的屬性也是綜合兩者的屬性而產生的。利用數學的空間邏輯運算的方式表示就是：（A,B分別是進行交集的兩個圖層）。 ()xABAB 在ArcGIS中，在均勻差值操作時，無論是輸入圖層或差值圖層都必須是多邊形圖層

8、，雖然在理論上，點和線與其依然可以進行此類疊置分析，但從層面的角度來考慮，不同維數的幾何形態如線和多邊形進行均勻差值的疊置分析，最后會得到同一層面內會存在不同的幾何形態如一部分是多邊形而另一部分是線的情況，即一種層面出現兩種形態，故而在ArcGIS規定了只能對多邊形進行此類操作 圖7.11 均勻插值操作5）圖層合并（Union） 圖層合并是通過把兩個圖層的區域范圍聯合起來而保持來自輸入地圖和疊加地圖的所有地圖要素。在布爾運算上用的是or關鍵字，即輸入圖層or疊加圖層，因此輸出的圖層應該對應于輸入圖層或疊加圖層或兩者的疊加的范圍。從數學角度來表示就是：（A,B分別是進行交集的兩個圖層）。 x x

9、AB 在圖層合并的同時要求兩個圖層的幾何特性必須全部是多邊形。圖層合并將原來的多邊形要素分割成新要素，新要素綜合了原來兩層或多層的屬性。多邊形圖層合并的結果通常就是把一個多邊形按另一個多邊形的空間格局分布幾何求交而劃分成多個多邊形，同時進行屬性分配過程將輸入圖層對象的屬性拷貝到新對象的屬性表中，或把輸入圖層對象的標識作為外鍵，直接關聯到輸入圖層的屬性表中。 圖7.12 圖層合并操作6）修正更新（Update） 修正更新是指首先對輸入的圖層和修正圖層進行幾何相交的計算，然后輸入的圖層被修正圖層（一般為多邊形）覆蓋的那一部分的屬性將被修正圖層而代替。而且如果兩個圖層均是多邊形要素的話，那么兩者將進

10、行合并，并且重疊部分將被修正圖層所代替，而輸入圖層的那一部分將被擦去。 多邊形與多邊形點與多邊形線與多邊形圖7.13 修正更新的三種形式 另外，在疊置分析中最常見的誤差是破碎多邊形，也就是在兩個輸入地圖的相關或共同邊界，相交的地方會出現非常細小的多邊形區域。這時就需要設置一定的容錯量來消除這種細小多邊形。網絡分析概念 空間數據的網絡分析是對地理網絡，城市基礎設施網絡（如各種網線，電纜線，電力線，電話線，供水線，排水管道等）進行地理化和模型化，基于它們本身在空間上的拓撲關系、內在聯系、跨度等屬性和性質來進行空間分析，通過滿足必要的條件得到合理的結果。 網絡分析的理論基礎是圖論和運籌學，它是從運籌

11、學的角度來研究，統籌，策劃一類具有網絡拓撲性質的工程如何安排各個要素的運行使其能充分發揮其作用或達到所預想的目標，即利用統籌學建立模型，采用數學圖論的方法來實現這個模型，最終得到結果，從而指導現實和應用，故而對網絡分析的研究在空間分析中占有著極其重要的意義。 2. 網絡的組成和建立 1）網絡的基本組成l一般網絡的組成lArcGIS中網絡的組成 一般網絡的組成包括以下幾個部分u 線狀要素網絡中流動的管線，包括有形物體和無形物體兩種，其狀態屬性包括阻力和需求u 點狀要素包括有障礙，拐角點，中心，站點，ArcGIS中網絡的組成 而在ArcGIS網絡分析中涉及的網絡是由一系列要素類別組成的，可以度量并

12、能圖形表達的網絡，又稱之為幾何網絡。圖形的特征可以在網絡上表現出來，同時也可以在同一個網絡中表示出如運輸線、閘門、保險絲與變壓器等不同性質的數據。一個幾何網絡包含了線段與交點的連結信息且定義出部分規則，如：哪一個類別的線段可以連至某一特定類別的交點，或某兩個類別的線段必須連至哪一個類別的交點。2）網絡的建立u一般情況下網絡的建立uArcGIS中的幾何網絡的建立一般情況下網絡的建立 網絡是通過將內在的線，點等要素在相應的位置繪出后，然后根據他們的空間位置以及各種屬性特征從而建立它們的拓撲關系，使得它們能成為網絡分析中的基礎部分，基于其能進行一定的網絡空間分析和操作 ArcGIS中網絡的建立 一個

13、整的幾何網絡必須首先建立一個空的空間圖形網絡然后再加入其各個屬性特征值，一旦網絡數據被建立起來，全部數據被存放在地理數據庫中，由數據庫的生命循環周期來維持其運作。當使用者使用或編輯其部分或全部圖形屬性特征數據時，都將以原先的地理數據庫中調出其已經定義好的連接規則和相互關系為基礎。在ArcGIS中建立的幾何網絡的格式是GeoDataBase，將其全部的數據和組成部分封裝在一個文件中3. ArcGIS網絡分析數據的預處理1）網絡數據的符號化2）幾何網絡要素的添加和刪除3）網絡連通性的變更4）網絡可運行性的編輯1）網絡數據的符號化 網絡的線狀要素的屬性存在著可運行和不可運行情形，稱之為可運行性。可運

14、行的要素允許資源流動通過，不可運行的要素則不允許。這項信息被儲存在該要素類別屬性表格中的Enable字段，值為代表可運行的，值為代表不可運行的。使用屬性來符號化要素可以很快的定義出哪些圖征是可運行的，哪些是不可運行的。 圖7.14 網絡數據符號化(注：其中紅色為不可運行）2）幾何網絡要素的編輯 添加新的幾何網絡要素和直接在數據庫中添加數據要素是類似的，稍稍不同的是當新的幾何網絡要素被添加到幾何網絡中的時候，它在空間上和其他網絡要素在空間上的拓撲連接關系將同時由地理數據庫自動產生并同時保存在其中，以便以后分析使用。 3）網絡連通性的變更 由于時間或空間的變化使得網絡中的空間連通性發生了一定的變化

15、，例如城市中有些道路因為修路的原因而使得不能通過。要注意的是解除連通性并非是將要素從數據庫中刪除，只是移除了它與其他要素在空間上的關聯；同樣建立連通性是將該要素與其他要素相聯結在一起，建立它們之間的空間關聯。4）網絡可運行性的編輯 幾何網絡中的任何幾何網絡要素都可以是可運行的或不可運行的。在幾何網絡中預設的所有的要素都是可以運行的，而不可運行的要素可以把那處的當作網絡中的中斷來處理,而不需要真的移除它與其他空間網絡要素的空間關系，例如單行道。在ArcGIS中網絡的運行性可以通過編輯需要操作的要素屬性中的Enabled屬性來修改 4. 網絡分析的基本功能1）應用方面一般網絡分析的基本功能2）原理

16、方面ArcGIS中網絡分析的基本功能1）一般網絡分析的基本功能 從實際應用的方面來說，網絡分析的基本功能是基于幾何網絡的特征和屬性，利用距離、權重和規劃條件來進行分析得到結果并且應用在實際中，它主要包括： u路徑分析u地址匹配u資源分配2）ArcGIS中網絡分析的基本功能 從原理方面來說，網絡分析主要是從網絡流的流向方面和路徑的追蹤研究上著手的，故而在ArcGIS中將網絡分析劃分為u流向分析u追蹤分析流向分析A）流向的決定因素B）流向的分類C）流向的顯示D）流向的變更A）流向的決定因素在網絡中的流動方向是決定于：u 網絡的連通性 u 網絡中起點或終點要素的位置 u 網絡要素的可運行性 B）流向

17、的分類網絡邊要素的流向可以分為三個類別： u 確定的流向u 不確定的流向u 未初始化的流向 在流向的確定的里面要著重要注意的是：一般城市中存在著回路（連通圖）所以在網絡中很多的流向就是變成了不確定的流向。C）流向的顯示 網絡流向功能是設定網絡數據中資源的流動方向。ArcGIS將此信息儲存在網絡的線段圖征中，使用設施網絡分析工具條（Utility Network Analyst）就可以顯示網絡邊要素的流向 圖7.15設施網絡分析工具條（Utility Network Analyst） 圖7.16 流向顯示圖確定流向不確定流向D）流向的變更 當幾何網絡發生變更時，則必須對流向進行重新的設定，具體有

18、以下幾種情形：u建立了一個新的幾何網絡時；u對幾何網絡中的要素進行了增加或者刪除；u對網絡要素進行修改后，使得幾何網絡中的拓撲關系發生變化；u增加或者刪除起點或終點；u網絡要素的連通性發生改變；u網絡要素的可運行性發生變化； 變更主要是在對已設定為起點或者終點的結點網絡要素的AncillaryRole屬性 進行修改，選擇Source（起點）或Sink（終點）。 追蹤分析A）追蹤分析里的基礎B）追蹤分析的基本功能A）追蹤分析里的基礎u旗標與障礙 u可運行要素和圖層 u權重 u權重過濾器 u已追蹤要素與終止追蹤要素 旗標與障礙 旗標定義為追蹤的起點。旗標可以放置在任何交點或線段上，在執行追蹤操作時

19、，使用這些線段或交點作為追蹤操作的起點，而連結至這些線段或交點的網絡元素就會被包含進追蹤的結果。 障礙則是用來隔離某個部分的網絡，可以放置在任何交點或線段上，在執行追蹤操作時，將這些網絡要素當成不可運行，以防追蹤工作延續至這些要素上。可運行要素和圖層 在某個特定的位置設置障礙是致使要素不可運行的最常用的一種方法，這在空間的交通幾何網絡上應當將這段道路要素當成是不可運行狀態，這說明在交通流動中將停止在這個要素上的追蹤。 另外在一些追蹤分析中，不需要對幾何網絡數據中的一個層面進行研究分析，故而需要將整個這個層面設置成不可運行的，那么追蹤分析將不會對這個層面上的網絡數據進行分析研究的。權重 建立網絡

20、時，根據需要設定哪些線段與交點要素的屬性為權重，可以使用這些權重來指定在追蹤操作結果內的要素的成本。 對點狀要素而言，可以使用一個簡單的權重； 對線狀要素而言，有兩種權重可以使用：一是順著線狀要素的數化方向（From-to）的權重，另一是逆著線狀要素數字化的方向（To-from）的權重。順著線狀要素的數字化方向是指該要素的端點在地理數據庫中的儲存順序，不同方向的結果有不同的權重。權重過濾器 為了限制部分可能被追蹤到的網絡要素，而采用權重過濾器這種方法，可以為那些可能被追蹤到的網絡要素設定一定的權重值有效范圍，以便在追蹤分析中使用。對于點狀要素可以僅僅使用一個簡單的權重，線狀要素則需使用兩個權重。已追蹤要素與終止追蹤要素 已追蹤的要素是指需要追蹤得到的要素，而終止追蹤要素