ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程
前言
什么是空间分析？ 空间分析是地理信息系统的核心与灵魂，它利用地理空间数据，通过一系列数学、统计和逻辑运算，揭示地理要素之间的空间分布模式、空间关系和空间相互作用，从而回答“在哪里？”、“是什么？”、“为什么？”以及“会怎样？”等现实世界问题。
本教程目标
- 熟悉环境：掌握ArcGIS Pro的基本界面、数据管理和地理处理工具箱的使用。
- 掌握核心：学会缓冲区分析、叠加分析、网络分析、密度分析、表面分析等经典空间分析方法。
- 解决实际问题：能够综合运用多种空间分析技术，对一个具体问题（如选址、资源评估、路径规划）进行完整的分析流程设计和实施。
- 结果表达：学会将分析结果以清晰的地图、图表和报告形式进行可视化表达。
软件与环境
- 软件：ArcGIS Pro (推荐使用最新稳定版，如2.8或更高版本)
- 扩展模块：本教程中的大部分实验仅需ArcGIS Pro核心功能，部分实验（如网络分析）需要Network Analyst扩展模块。
- 数据：教程将使用ArcGIS自带的示例数据（如
City of San Diego数据集），并会提供如何获取和使用其他数据的指导。
第一部分：基础准备
ArcGIS Pro入门与数据管理
实验目标：
- 熟悉ArcGIS Pro的工作界面（项目、目录、地图、内容、属性表等）。
- 掌握地理数据库的创建与管理。
- 学习数据导入、创建和基本属性查询。
实验步骤：
- 启动与创建项目：
- 打开ArcGIS Pro，选择“Map”模板，创建一个新的地图项目。
- 将项目保存到一个合适的文件夹中。
- 界面探索：
- 目录窗格：浏览项目中的文件夹、数据库和工具。
- 内容窗格：管理地图中的图层，控制图层的显示顺序和符号系统。
- 视图：切换数据视图和布局视图。
- 创建地理数据库：
- 在目录窗格中,右键点击项目文件夹，选择
New > File Geodatabase。 - 为其命名,例如
MyAnalysis.gdb。
- 在目录窗格中,右键点击项目文件夹，选择
- 加载数据：
- 将本地数据文件（如Shapefile、CSV文件）直接拖拽到内容窗格或地图视图。
- 使用
Catalog窗格，右键点击MyAnalysis.gdb，选择Import > Feature Class (multiple)，批量导入数据。
- 数据探索与查询：
- 窗格中,右键点击一个图层（如
Parks），选择Attribute Table打开属性表。 - 在属性表中,使用
Select工具，根据属性字段（如PARK_NAME）选择特定的要素。 - 学习使用
Selection > Select By Attributes对话框，构建SQL查询表达式（"PARK_TYPE" = 'Neighborhood'）。
- 窗格中,右键点击一个图层（如
关键知识点：
- 地理数据库：是ArcGIS推荐的数据存储格式，能更好地管理数据关系、拓扑和属性。
- 要素类：存储同类型地理要素（如点、线、面）的集合。
- 属性查询：基于非空间数据筛选要素，是空间分析的第一步。
第二部分：核心空间分析
缓冲区分析
实验目标：
- 理解缓冲区分析的基本原理。
- 掌握使用
Analysis工具箱创建不同类型的缓冲区。
实验场景： 假设我们要评估城市医院的服务范围，找出距离医院3公里以内的居民区。
实验步骤：
- 准备数据：
- 加载
Hospitals（医院点数据）和Neighborhoods（居民区面数据）到地图中。
- 加载
- 执行缓冲区分析：
- 打开
Analysis>Tools，打开地理处理窗格。 - 搜索并打开
Buffer工具。 - 输入要素：选择
Hospitals图层。 - 输出要素类：指定输出到
MyAnalysis.gdb，命名为Hospital_3km_Buffer。 - 距离：输入
3，单位选择Kilometers。 - 溶解类型：选择
ALL，这将合并所有重叠的缓冲区区域。 - 点击
Run。
- 打开
- 结果分析：
- 地图上会生成一个新的多边形图层
Hospital_3km_Buffer。 - 叠加分析：将
Hospital_3km_Buffer与Neighborhoods图层进行相交分析。- 在地理处理窗格中,搜索并打开
Intersect工具。 - 输入要素：同时选择
Hospital_3km_Buffer和Neighborhoods。 - 输出要素类：命名为
Neighborhoods_in_3km。 - 点击
Run。
- 在地理处理窗格中,搜索并打开
- 打开
Neighborhoods_in_3km的属性表，可以看到哪些居民区位于医院服务范围内。
- 地图上会生成一个新的多边形图层
关键知识点：
- 缓冲区：围绕指定要素（点、线、面）按一定距离创建的区域。
- 溶解：合并具有相同属性或相邻的缓冲区，避免重叠区域的出现。
- 叠加分析：将两个或多个图层进行空间组合，产生新的几何和属性信息。
Intersect（相交）是其中最常用的工具之一。
叠加分析
实验目标：
- 掌握
Union（合并）、Identity（标识）、Erase（擦除）等叠加分析工具的使用。 - 理解不同叠加分析工具的适用场景。
实验场景： 我们有一张土地利用图和一张土壤类型图，现在需要找出“林地”并且是“肥沃土壤”的区域。
实验步骤：
- 准备数据：
- 加载
Land_Use（土地利用面数据）和Soil_Type（土壤类型面数据）。
- 加载
- 执行Union分析：
- 在地理处理窗格中,打开
Union工具。 - 输入要素：同时选择
Land_Use和Soil_Type。 - 输出要素类：命名为
Land_Use_Soil_Union。 - 点击
Run。 - 分析结果：
Union会生成一个新图层，该图层是两个原始图层的几何和属性的完整叠加，所有区域都被分割，并保留了两个图层的所有属性字段，这让我们可以同时看到每个位置的土地利用和土壤类型。
- 在地理处理窗格中,打开
- 执行Identity分析：
- 在地理处理窗格中,打开
Identity工具。 - 输入要素：选择
Land_Use。 - 标识要素：选择
Soil_Type。 - 输出要素类：命名为
Land_Use_Identity。 - 点击
Run。 - 分析结果：
Identity会将Land_Use图层作为基准，只保留与Soil_Type相交的部分，并赋予Soil_Type的属性，不相交的部分则保留Land_Use的属性，但土壤类型字段为空。
- 在地理处理窗格中,打开
- 执行Erase分析：
- 在地理处理窗格中,打开
Erase工具。 - 输入要素：选择
Land_Use。 - 擦除要素：选择
Soil_Type。 - 输出要素类：命名为
Land_Use_Erased。 - 点击
Run。 - 分析结果：
Erase会从Land_Use图层中，挖掉与Soil_Type相交的区域，得到剩下的部分。
- 在地理处理窗格中,打开
关键知识点：
- Union：合并所有输入要素，保留所有几何和属性。
- Identity：用第二个图层“切割”第一个图层，并赋予第二个图层的属性。
- Erase：从一个图层中“挖掉”与另一个图层相交的部分。
网络分析
实验目标：
- 理解网络数据集的概念。
- 掌握使用Network Analyst扩展模块进行路径查找和服务区分析。
实验场景： 为一位游客规划从当前位置到景点的最短驾车路线，并找出从某个景点出发，15分钟车程内可以到达的区域。
实验步骤：
- 准备数据
