GIS应用实例教学提纲

GIS设计建立的步骤方法实例

1、设某项应用为核电站选址，要求核电站邻近海湾，交通便捷，地形坡度小于5度，地质条件安全，并避开居民区。请试以GIS方法，设计该项地址选择的方法步骤。（11分）

答：（1）明确分析的目的和标准。如分析的目的是为核电站的建设项目选择最佳的建设位置；分析的标准是建设位置要满足相关条件：核电站邻近海湾，交通便捷，地形坡度小于5度，地质条件安全，并避开居民区。（2分）

（2）准备进行分析的数据。本实例中涉及的数据主要包括：水系图、地形等高线图、地质图、居民点分布图和交通线分布图。（2分）

（3）进行空间操作。相关的空间操作主要包括：①利用地形等高线建立坡度图，以选取坡度适应的区域；②利用居民点分布图做缓冲区分析；③利用交通线分布图做缓冲区分析；④利用水系图做邻近分析；相关操作完成后将上述各成果图进行叠加并查询和显示满足条件的地块。（5分）

（4）将选择的地块及相关信息以地图和表格形式打印输出。（2分）

2、假设某市要选择一个地点建立公园，该公园应满足以下条件：①公园不得在沼泽区内；②公园距离公路不小于250m，不大于1250m；③公园必须靠近天然的主干河流（1200m之内）。请根据此问题和约束条件写出其解决方案。

答：数据源为土地利用现状图；水系图；公路交通图。具体步骤为：

(1)将土地利用现状图分成沼泽及非沼泽两类；(2)消除同一属性值为沼泽或非沼泽的相邻多边形的边界并加以合并；(3)将所有公路周围生成250m宽的缓冲区；(4)将所有公路周围生成1250m宽的缓冲区；(5)拓扑叠加(2)、(3)、(4)三步生成的图层；(6)将所有主干河流周围生成1200m宽的缓冲区；(7)拓扑叠加(5)、(6)生成的图层；(8)依约束条件，提取满足条件的多边形,打印输出结果。

3、空间叠置分析应用实例－寻找合适的停车场建造地址。停车场选址标准：停车场必须在高速公路附近，但又距离高速公路一些距离，以免除噪音或其他干扰；停车场必须沿天然小河流建造；为使停车场的可利用面积最大，停车场的选址必须尽可能避免沿河的沼泽地。

答：上述每个标准都可利用特定的空间操作(缓冲区、线与多边形叠加、多边形与多边形叠加)进行分析。

（1）明确分析的目的和标准：

分析目的：为停车场建造选择最佳位置；分析标准：建设位置需要考虑距离高速公路的远近、邻近天然的小河流、土地利用类型不能是沼泽地等。

（2）准备进行分析的数据：

本实例涉及的数据包括：土地利用现状图、包含有高速公路的交通图、河流水系图等。（3）进行空间操作。

①利用交通图中的高速公路进行缓冲区分析，得到满足距离高速公路远近的多边形区域（A）；②利用河流水系图中天然的小河流进行缓冲区分析，可得到满足邻近河流条件的多边形区域(B)；③将得到的两个多边形图层(A+B)进行空间叠合相交分析，得到满足上述两个条件的新多边形区域(C)。④将得到的新多边形(C)与土地现状利用图多边形图层进行叠合分析，得到一个新的多边形（D），该多边形具有土地利用类型属性同时又满足邻近高速公路和天然河流的条件⑤在D多边形中进行条件组合查询，查询得到不是沼泽地的多边形地块。（4）将查询选择得到的地块及相关信息以地图和表格形式打印输出。

4、空间分析应用实例：一个伐木公司的决策

答：分析前准备1）背景信息：一个伐木公司获准在某一地区进行采伐，但许可证中同时对这家公司的采伐范围给出一些限制。该公司准备利用GIS作为工具设计最好的采伐地点。同时想计算出他们将从采伐过程中可获取的总收入。每采伐100平方米松树林可得到100美元的纯收入，而每采伐100平方米的橡树林可获得200美元的纯收入。

2）目的任务：我们将使用下列数字化地图，以GIS为工具，按照既定的一些规则确定公司可以进行采伐的区域。

a.河流线文件；

b.道路线文件；

c.墓地点文件；

d.湖泊和海域多边形文件；

e.等高线线矢量文件；

f.等高线多边形文件；

g.林区覆盖ASCII格式文件。

3）许可约束条件

（1）不得砍伐墓地周围10km以内的树木；（2）为防止水土流失，不得在海、湖或河流沿岸1km以内的区域砍伐树木；（3）因为森林资源保护法不允许在该地区修建新的公路，采伐地点必须位于沿公路5km以内的范围内，以使重型采伐设备可以进入林区。

4)公司区位选择原则

（1）采伐地点必须是在雪线（1000m）以下，因为重型设备不能在雪封地区进行采伐；（2）重型采伐设备不能在任何坡度大于5度的地区操作

5)数字化数据源分析

（1）道路矢量数据：为线状道路矢量层，主要用来生成道路缓冲区；

（2）等高线数据a和b：a为以200m高程为间隔等高线的多边形图层，该图层主要用来提取海拔高于1000m的区域；b为线状矢量数据图层，其中每一条等高线都有一个高程值，该图层主要用来生成地形坡度文件；

（3）墓地点状图层：该点图层主要用来生成墓地缓冲区；

（4）海与湖：该数据为多边形图层，用来生成海与湖的缓冲区；

（5）河流：为线状矢量图层，用来生成河流缓冲区。

（6）林区覆盖：为ASCII格式描述的林型覆盖文件，分析时可转换为栅格数据文件，其中5代表橡树林，10代表松树林。

分析操作过程

1)生成缓冲区：（1）生成道路缓冲区：采伐区必须位于道路沿线5km以内，我们沿道路向外5000m为半径创建缓冲区，采伐地点必须位于该缓冲区以内；（2）生成海与湖的缓冲区：进行此操作的依据是采伐地点不能位于海或湖沿岸1km范围以内；（3）生成河流缓冲区：采伐区不得位于河流两岸1km范围以内。因此我们沿河流向外生成1000m的缓冲区；（4）对墓地生成缓冲区：采伐点不得位于墓地周围10km以内，因此我们建立一个围绕10km的缓冲区。

2）擦除操作：采伐地区必须在道路缓冲区多边形以内，而不能位于河、湖、海以及墓地缓冲区多边形以内。因而我们必须从道路缓冲区多边形中擦除上述其他缓冲区多边形。

3）数字高程模型建立：选择采伐地点的最后一个规则是重型采伐设备不能在任何大于5度坡地上进行操作。因此我们必须建立DEM模型来获得坡度等地形信息，从而提取我们所需区域。

4）格网操作：我们所得到的林区覆盖数据是以ASCII格式文件储存的，需要我们将其转变为格网形式，然后再将网格数据转换为多边形图层，最终我们可以得到包含树木类型信息的林区多边形数据。

5）叠加分析通过将林区多边形与我们前面得到的采伐区域多边形（即建立的缓冲区）进行叠加，可以得到包含树木信息和空间区域信息的新多边形，同时我们可以在属性表中对树木类型和采伐区域进行相应的统计分析，可计算出采伐过程中的预期收益。

5、对某地建设核电站进行适宜性评价，假设建设核电站的影响因素为：1）到海湾的距离，表现为越临近“海湾”越适宜；2）交通便捷，表现为越接近“公路”越适宜；3）地形地质，表现为“坡度”越小越适宜，地质条件“类型”越高越安全。现将适宜性共分为三个级别。

（1）请试以GIS方法，设计该应用的应用模型，用框图表示其运行过程，并说明其有关的GIS操作。

（2）假设各因子对应的权重为0.5，0.25，0.25，当某个栅格单元三个因子对应的贡献函数值分别为100，0，50时，请计算该栅格单元的评价分值，并判断它属于哪个级别。

答：（1）

（2）R（T）=（0.5*100+0.25*0+0.25*50）/100 = 0.625 （2分）

G1= 1-|0.625 - 1| = 0.625

G2= 1-|0.625 – 0.5| = 0.875

G3= 1-|0.625 - 0| = 0.375

G2最大，所以该栅格单元的适宜性属于第二个级别。（2分）

GIS设计的5个方法，4个阶段：（1）结构化生命周期法（2）由底而上法（3）快速原型法（4）面向对象的软件开发方法（5）“演示和讨论”方法

6、选址问题A：设某项应用为从A市到B市的铁路路线选址，要求所选的路线必

须经过A、B两地之间的C县和D县(C县属于A市，D县属于B市，并且两县接壤)；铁轨经过的地段的地形坡度小于10度，土层坚实，避开水体；在此基础上，尽量使整个路线的造价最小。已有的空间数据资料是A市的全要素地图和B市的全要素地图（包含行政区划、人口、地形等高线、土壤类型、河流、湖泊分布等等），请试以GIS方法，设计该路线选址的应用模型，用框图表示其运行过程，并说明其有关的操作和算子。

7、选址问题B：设某项应用为核电站选址，要求核电站临近海湾，交通便捷，地形坡

度小于5度，地质条件安全，并避开居民区。已有的空间数据资料是该地区的全要素地图（包含行政区划、人口、地形等高线、土壤类型、河流、湖泊分布等等），请试以GIS方法，设计该位置选择的应用模型，用框图表示其运行过程，并说明其有关的操作和算子.

8、位址选址(A地址选址准备)

位址选择是指按照规定的标准，通过空间分析的方法，确定厂址、电站、管线，或者交通路线等的最佳位址或路径。位址选择考虑的标准一般包括环境、工程和经济三个方面[1]。

其中首先考虑的是环境标准，例如20％以上的坡度，主要的农业土壤分布区、湿地和湖区、文化活动区、国有林区、资源保护区，以及体育场和公园等。其次考虑的是工程标准，包括地形条件，土壤的性质，气候因素，以及区域的生态特点等。最后是经济标准，包括开发成本、供水条件、铁路运输、空气质量等。只有首先考虑环境标准，才能识别出一般适合的位置，然后进一步研究工程的经济因素，从中筛选出优先考虑的位址，最后通过详细的环境和工程的综合论证，确定出1-3 个最佳的选址方案。

一般建立位址选址模型需要数据准备阶段，综合影响的评价阶段以及选址分析阶段三个阶段[1]。：在数据准备阶段，需要政府和相关部门研究位址选择的要求和特点，明确选址的要求，选择影响因子，进行位址选择的数据准备。确定位址分析的格网单元的数据记录。根据土地利用数据，首先进行位址的初步甄别，将环境的敏感区域和保护区域，从位址选择的空间范围中排除出去。然后利用地形图和存储的数据，分别计算影响因子的各个因素向量，同时建立影响因子的格网数据文件，提供综合评价和分析。综合影响评价阶段就是按照工程和经济可行性的要求，建立选址条件，综合评价的标准和算法。位址选择分析阶段是实施位址的选择，并对结果进行分析评价，综合影响的评价结果，建立相邻单元关系图以及权值和相邻矩阵，并搜索最短路径进行优化分析，最后对结果再次评定直至满意。

1）酒店选址的一般要求

酒店的选址，在要求上和住宅选制稍有不同，住宅选址主要从微观环境出发，而酒店的选址则主要从大处着眼，注重宏观环境的利用。在建造酒店之前，先要调查该城市的居住人员情况，经济人口和流动人口情况，应该是以人气旺为佳。铁路、航空及其它交通乘客的流动数量，交通的发展及可能改变的规划，交通枢纽及交通工具的变化等。酒店结构也由市场需要，经营方式和等级来决定，除客房部分外，其它公共活动部分和饮食部分也占很大比例，高级的大型酒店应设有餐厅、商场，会议厅，游泳池，健身房，文化娱乐等各种设施，在餐宴内部还分不同的菜系特色，不同规模的厅事等。此外，先要观察酒店选址的地理位置，道路交通，气候气象，地磁方位，环境景观，水文地质，以及地表情况，从而确定建筑类型。地表应该清爽整洁，如果地表不好，或低洼，或散发臭气的地方都为不吉，应尽量避免。城市中的地段和区域各具特点，如有需要提供住宿餐饮服务等各项设施及活动场所，就有酒店旅馆的客源保证。对这些设施与场所的现状与发展作出分析是地区评估的内容之一。

在建造酒店之前，还要了解该区域内现有的酒店旅馆设施情况与竞争对手的经营特色与状况：是否有新建酒店的规划。除此之外，还要查看区域内的风景游览，文化活动、宗教活动、娱乐活动、体育活动等等。这些因素的规模、数量、大小，对酒店旅馆的建造很有参考价值。一般要求靠近如机场、工业区、物贸中心、展览中心、商务中心、大型游乐场等的区域；邻近主要公路（或高速公路）的交叉道口，交通枢纽，市郊结合部、火车站汽车终点站、大型停车场、商业网点等。以展览、商务、商业、车站等中心为最佳；交通便利，能直达机场、车站、港口或经济文化中心；所在地有良好的经济文化发展前景，投资和经营环境适合于宾旅馆行业；周边有较大的车流量、人流量；附近有较多的企事业单位；周边有一定的空地，有回旋的余地，出路通畅并可停车；水、电、煤气、排污、通讯等设施到位。

2)确定权重

在进行酒店的选址过程中,我们依据以上提到关键要素进行实地考察,通过确定那些影响选址要素的权重,然后进行评分,最后采用统计学的方法对各个选址进行计分排名,确定优选地址,其具体操作步骤如下。

(1) 对每个要素制订出评分的标准详见表1。

(2) 在表1上, 每个评分人员根据考察情况如实对选址方案进行评分。

(3) 将各方案的各选址要素得分汇总, 汇集评比总分后计算出加权平均分详见表2; 根据加

权平均分的多少确定方案的优劣,加权综合评分结果将作为最终选址的重要依据。权重越大，选址最优。

要素：环境因素地形地势地质水文气象能源供应基础设施投资及其它

内容：环境保护、经济人口、土地面积、地形、工程地质、水文地质、气象、水源、燃料供应、电力设施、交通设施、生活办公设施、排水设施、施工条件及、投资、其它

权重、25 15 15 14 20 11

3) 配送中心选址模型的构建

为了便于建立数学模型, 使得该模型不至于太复杂而又有一定的实用性[3], 作如下基本

假设中心选址问题；交通便利度、人流量或两者的乘积成正比；内外环境配置能够满足用户的要求；用户的需求量与酒店点数类型成正比, 且为已知常量；只考虑固定的基本建设费。则建立酒店选址问题的数学模型为：

Σ==kjs t lj zj11 * * * 其中s是交通便利度，t为人流量，lj为用户的需求量，zj为酒

店点数。则适应度函数为：i lnif x 100 *1 Σ==，（xi为个要素权重值）该值越小越好。

(B)利用ArcGis 进行酒店选址分析

1) 空间分析模块

ArcGIS9.2的空间分析模块（ArcGIS Spatial Analyst）功能的实现主要是基于栅格数据进

行的，其可以完成常用的数据转换、分析、统计、分类和显示等功能。对于空间分析功能的实现，各模块具有各自的特点和优势。

ArcGIS Spatial Analyst，用户可从现存数据中得到新的数据，分析空间关系和空间特征，应用空间分析模块可以进行：（1）距离分析，（2）密度分析，（3）寻找适宜位置，（4）寻找位置间的最佳路径，（5）距离和路径成本分析，（6）基于本地环境、邻域或待定区域的统计分析，（7）应用简单的影像处理工具生成新数据，（8）对研究区进行基于采样点的插值，（9）进行数据整理以方便进一步的数据分析和显示，（10）栅格矢量数据的转换，（11）栅格计算、统计、重分类等功能[2]。

ArcGIS Spatial Analyst被紧密的集成在ArcGIS Desktop地理数据处理环境中，因此一些复杂的分析问题的解决比以往更加容易。地理数据处理模型不仅易于创建和执行，并且是独立存档的，使得用户能够迅速理解所进行的空间分析处理。

2) 距离制图

距离制图根据每一栅格相距其最邻近要素的距离分析制图，从而反应每一栅格与其最邻近原的相互关系，通过距离制图可以获取很多相关信息，利于进行资源的合理规划和利用。ArcGis 的距离制图提供了许多距离分析工具和函数。

3) 成本距离加权数据

成本距离加权数据是记录每个栅格到距离最近，成本最低的原的最少累加成本。成本距离加权考虑到了食物的复杂性，对于基于复杂地理特性的分析十分有用。

4 )重采样

重采样是空间分析中处理栅格分辨率匹配问题的常用数据处理方法。进行空间分析时用来分析的数据资料由于来源不同，经常会出现不同的栅格大小问题，此时为例便于分析，就需要做同意栅格大小的转换处理，这就是栅格数据的重采样过程。

5 )重分类

重分类即基于原有数值，对原有数值重新进行分类整理从而得到一组新值并输出。根据空间分析模块，含有空间分析功能的模块：3D 分析模块、地统计模块、网络分析模块

用户不同的需要，重分类一般包括四种基本分类形式：新值替代，旧值合并，重新分类以及空值设置。

6 )利用ArcGis 进行酒店选址

利用ArcGis的空间分析功能进行酒店选址分析，首先利用Geodatabase数据库建立的现有酒店的数据集，现有交通规划数据集，土地利用数据，现有娱乐场所数据集，人口密度分布数据集等。然后重分类数据集到相同的等级范围，考虑到酒店的位置在交通方便的位置比较有力，采用等间距法对重分类后的交通规划直线距离数据集分为十级，距离酒店最近的赋值为10，最远的为1；用等间距法对重分类后的现有娱乐场所直线距离数据集分为十级，距离酒店最近的赋值为10，最远的为1；用等间距法对重分类后的人口密度数据集分为十级，距密度大的赋值为10，最小的为1；用等间距法对重分类后的现有酒店直线距离数据集分为十级，距离酒店最远的赋值为10，最近的为1。在按照所建数据集在酒店选址中影响程度赋权重值，最终得到适宜性数据集的加权计算公式找到最适宜位置，最后合并这些数据即可创建显示新酒店是以位址分布图。如图：其中黑色部分为可选区域。

MapInfo中的地理编码

其概念有别于一般的编码定义，它不是用数字或字母来代表某一对象，而是把点状目标分配给属性数据记录的一行，记录中的字段数据被用来和图形数据库中的相应字段匹配，从而决定该记录点应该在地图上什么位置。

也就是说，根据各数据点的地理坐标或空间地址（如省市、街区、楼层、房间等），将数据库中的数据与其在地图上相对应的图形元素一一对应。即给每个数据赋予X、Y值，从而确定该数据标在图上的位置的过程。被插入点状目标的表称为目标表，而点的地理坐标来源于一个有地图的源表。

地理编码为现有属性表生成一个有对应关系的图层，从而实现多属性表之间的关联。地理编码法常应用于属性表中的记录和图形目标建立一一对应关系。这种方法有直接法和间接法两种形式。直接法是在属性表中某些数值类型的属性项中定义点坐标参数，直接生成目标图层；间接法是借助于图形的属性表中某些相关公共属性项作为联系，从现有的图形图层派生出一个目标图层作为要地理编码的属性表的图形。

超市选址

超市选址的相关因素：超市选址应从较大区域的地理与环境分析到小范围的商圈地理分析，综合自然地理特别是人文地理的各方面因素，以确定最终的定位点。在超市选址对，考虑的主要因素旧1应是：①对自己的目标顾客是否为最方便：②购物时。是否有利于与周围商店比较和选择；◎区域内是否有足够的购买需求和购买力：④交通条件的优劣等。基于GIS 超市选址应用：本模型抽取了比较重要的几个方面进行分析，其中包括城市规划图、超市现状服务、人口空间分布和变化情况、公交交通现状可达性等，最后给出拟选地点的商圈范围，并计算出商圈内的人口数量。

i)研究区域人口空间分布：根据区域人口数据(由于缺少区域内的居住建筑分布图及各居住建筑的楼层数，本例中各地块的人口萤心点均布置在该地块的中心位置)，结合人口空间分布模型(详见第三章)，基于GIS生成人口空间分布图(详见图6．4)。由于选址区域范围较大(2300m×3900m)，故栅格大小确定为lOOm×lOOm。(以下所有栅格大小均与其相同)区域人口数据统计人口为200000人(假定)，经空间分布化后统计人口为193635人，误差为3．18％，人口空间分布比较接近实际情况。

ii)超市具体区位选址的实现(1)将选址区域道路交通图在GIS软件下建立缓冲区分析，分别划定主要干道两侧250m，主要公交站点周围250m范围为交通较便捷区域，作道路便捷性分析专题图。(2)在GIS软件支持下，将选址区域土地利用规划信息、道路便捷性分析专题信息、现有超市辐射范围专题信息进行空间叠加，得到符合超市选址的微观区域专题信息图，即在城市商业用地范围内、主要道路两侧、主要公交站点一定范围内、距现有超市一定范围以外的地域为超市选址的备选区位。【图6．4区域人口空间分布图(图中数字为每个栅格的人数)图6．5区域道路便捷性分析专题图图6．6超市选址的微观区域专题图】

3)根据超市选址的微观区域专题信息，可以初步确定拟选址超市的几个可能的区位为A、B、

C、D、E、F。在GIS软件支持下，在超市选址的微观区域专题图中寻找人口密度大、交通可达性较好的地区，作为超市的具体区位。当然这样的区位会有几个，需要对这几个区位进行商圈分析以最终确定具体的区位。4)将拟选址超市的区位专题图与选址区域人口空间分布图叠加，生成拟选址超市的区位与人口空间分布叠加图，并结合选址区域土地利用规划信息，可以看出D、E两区位附近为工业用地，不宜建设大型超市，C、F两区位附近的人口密度不高，所以选定A、B两区位为备选地址。图6．8拟选趣嘲市区位与人口空间分布叠加图以下我们需要在A、B两区位备选地址中寻找一个最佳区位，主要工作是：评价选址于哪一个区位的可达性最优；评价选址于哪一个区位的商圈覆盖人口最多。

iii)超市拟选址^、B两区位的基于步行、公交的可达性评价：超市与交通具有很大的正相关关系，交通因素在很大程度上影响着新的超市选址。现状交通越便捷，交通基础设旖越完善，则超市选址的潜力越大。本例中采用栅格的形式，分别计算出每个栅格到爱佳超市、A区位超市的可达性指标和到爱佳超市、B区位超市的可达性指标，然后根据可达性指标判断A、B两区位哪—个可达性较好。本例中考虑在步行范围内以步行到达超市为主，超出步行范围的以公交到达超市为主的交通出行方式，根据该区域公交运营情况，结合公交最短路径算法(详见第四章)，生成基于步行、公交出行的到达超市的可达性分布图。由于缺少资料，公交车辆的发车间隔时间、站点间的运行时间均由笔者假定。根据对图6．9(a)及6．9(b)的统计分析可以得出超市选址于A区位的区域可达性好于选址于B区位。选址于A区位时，区域内20分钟内到达爱佳超市及A区位超市的面积达到48％；选址于B区位时，区域内20分钟内到达爱佳超市及B区位超市的面积达为41％

iv)超市拟选址^、B两区位的商圈评价人口越密集的地方，对超市的需求潜力越大。在本例中应用了本文第五章的模型方法得出了基于拉、汉购物模式下的选址于A区位的超市顾客

来店购物概率图(详见图6．11)及选址于B区位的超市顾客来店购物概率图(详见图6．12)，从超市顾客来店购物概率图可以较为清晰的看出超市选址于A、B处的主要商圈分布范围，将超市顾客来店购物概率图与选址区域人口空间分布图叠加，即可分别得出超市选址于区位A、B的商圈人口数量，再根据选址区位的周围实际情况考虑流动人口数量，即可得出选址于该区位的商圈人口数量。在本例中将来店购物概率图与区域人口空间分布图叠加计算得出：选址于A区位的商圈人口数为：108000人

选址于B区位的商圈人口数为：93600人

v)结论：经过以上的分析可以得出如下结论，若考虑该区域内的人口购买力大致相同，两个选址区位的流动人口数基本相同，则选址于A区位的方案从可达性和商圈划分考虑均比B 区位的方案优越，故确定A区位为超市的选址方案。