基于ArcGIS的空間目標(biāo)區(qū)域最優(yōu)分析＊

（陸軍軍官學(xué)院 合肥 230031）

1 引言

隨著城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，每個(gè)大區(qū)域都分布有相對獨(dú)立的空間目標(biāo)區(qū)域，如何選擇最大滿足自我條件的目標(biāo)區(qū)域，是需求者面臨的實(shí)際問題，因此需要從總體上對大區(qū)域內(nèi)的信息進(jìn)行相關(guān)研究，選擇出最優(yōu)目標(biāo)區(qū)域。本文利用ArcGIS 中的緩沖區(qū)分析以及疊合分析，可以幫助需求者獲取最適宜的目標(biāo)區(qū)域，文中結(jié)合了實(shí)例，給出了基于ArcGIS的空間目標(biāo)區(qū)域最優(yōu)分析方法。

地理信息系統(tǒng)是一種決策支持系統(tǒng)，具有強(qiáng)大的空間分析功能。隨著地理信息系統(tǒng)技術(shù)在諸多領(lǐng)域的應(yīng)用，其空間分析功能越來越強(qiáng)大，利用空間分析處理手段，以及ArcGIS的緩沖區(qū)分析和疊合分析對空間區(qū)域進(jìn)行分析，最優(yōu)空間目標(biāo)區(qū)域的選取將更加直觀。

2 研究方法

圖1 ArcGIS基礎(chǔ)框架圖

ArcGIS 是ESRI在全面整合了GIS與數(shù)據(jù)庫、軟件工程、人工智能、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及其它多方面的計(jì)算機(jī)主流技術(shù)之后，成功地推出了代表GIS最高技術(shù)水平的全系列GIS產(chǎn)品。ArcGIS是一個(gè)統(tǒng)一的地理信息系統(tǒng)平臺，由數(shù)據(jù)服務(wù)器ArcSDE 及四個(gè)基礎(chǔ)框架組成［1］：桌面軟件Desktop、服務(wù)器GIS、嵌入式GIS和移動GIS。

2.1 ArcGIS中的緩沖區(qū)分析

緩沖區(qū)分析是對地理實(shí)體自動建立其周圍一定寬度范圍的緩沖區(qū)多邊形。其基本思想是給定一個(gè)地物，確定它的某鄰域，鄰域大小由鄰域半徑R決定，R為常量，地物的緩沖區(qū)定義如下：

式中：B是距A的距離為d且小于R的全部點(diǎn)的集合。d一般是最小歐氏距離，但也可以是其他定義的距離。

ArcGIS中緩沖區(qū)生成有三種類型：一是基于點(diǎn)要素的緩沖區(qū)，通常以點(diǎn)為圓心、以一定距離為半徑的圓；二是基于線要素的緩沖區(qū)，通常是以線為中心軸線，距中心軸線一定距離的平行條帶多邊形；三是基于面要素多邊形邊界的緩沖區(qū)，向外或向內(nèi)擴(kuò)展一定距離以生成新的多邊形。其中點(diǎn)狀、線狀和面狀要素形成緩沖區(qū)多邊形圖層，是基于矢量結(jié)構(gòu)，并且利用矢量操作方法建立緩沖區(qū)的過程到最后緩沖區(qū)的結(jié)果全部是矢量的數(shù)據(jù)。

圖2 緩沖示意圖

2.2 ArcGIS中的疊加分析

疊加分析，就是將包含感興趣的空間要素對象的多個(gè)數(shù)據(jù)層進(jìn)行疊加，產(chǎn)生一個(gè)新的要素圖層。疊加分析的目標(biāo)是分析在空間位置上有一定關(guān)聯(lián)的空間對象的空間特征和專屬屬性之間的相互關(guān)系［2］。根據(jù)疊加對象圖形特征的不同，分為點(diǎn)與多邊形的疊加、線與多邊形的疊加和多邊形與多邊形的疊加三種類型。

多邊形疊置分析也稱為Polygon-on-polygon疊置，它是指將同一地區(qū)、同一比例尺的兩組或兩組以上的多邊形要素的數(shù)據(jù)文件進(jìn)行疊置。參加疊置分析的兩個(gè)圖層應(yīng)都是矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。若需進(jìn)行多層疊置，也是兩兩疊置后再與第三層疊置，依次類推。其中被疊置的多邊形為本底多邊形，用來疊置的多邊形為上覆多邊形，疊置后產(chǎn)生具有多重屬性的新多邊形。

合成疊置的目的，是通過區(qū)域多重屬性的模擬，尋找和確定同時(shí)具有幾種地理屬性的分布區(qū)域?；蛘甙凑沾_定的地理指標(biāo)，對疊置后產(chǎn)生的具有不同屬性的多邊形進(jìn)行重新分類或分級，因此疊置的結(jié)果為新的多邊形數(shù)據(jù)文件［3～5］。

3 方法實(shí)現(xiàn)及結(jié)果分析

每個(gè)大的區(qū)域都分布有很多相對獨(dú)立的空間目標(biāo)區(qū)域［6～9］，問題在于如何選擇最適宜的目標(biāo)區(qū)域。以某市為例，選擇大區(qū)域中的綠化地、學(xué)校、交通、商業(yè)中心四個(gè)影響因素，實(shí)際工作中要根據(jù)問題需要確定影響因素。如最優(yōu)目標(biāo)區(qū)域的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)可設(shè)定為

1）離主要交通要道200m 之外，基本沒有噪音污染。

2）在商業(yè)中心的服務(wù)范圍之內(nèi)。

3）在重點(diǎn)學(xué)區(qū)的學(xué)區(qū)范圍之內(nèi)（1000m）。

4）距綠化地在500m 之內(nèi)，保證環(huán)境優(yōu)雅。

依據(jù)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)空間分析方法框圖如圖3所示。

圖3 最優(yōu)區(qū)域空間分析圖

依據(jù)ArcGIS的緩沖區(qū)分析得到空間區(qū)域分布圖，如圖4所示，可以看出，同時(shí)滿足四個(gè)條件的目標(biāo)區(qū)域（即落入上述交集區(qū)域），僅僅有不多的幾處。

圖4 某區(qū)域分布圖

4 空間目標(biāo)區(qū)域等級分劃

僅僅獲得滿足四個(gè)條件的區(qū)域地段是不夠的，進(jìn)一步的工作應(yīng)當(dāng)是利用已經(jīng)獲得的數(shù)據(jù)，對大區(qū)域進(jìn)行分等定級，所獲得的結(jié)果可以提供空間目標(biāo)區(qū)域分等定級及分布狀況，可以一目了然地顯示獨(dú)立目標(biāo)區(qū)域的分布優(yōu)劣。

首先，需要對大區(qū)域內(nèi)的空間目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行分等定級，例如，設(shè)置空間目標(biāo)區(qū)域分等定級的標(biāo)準(zhǔn)如下所示：

滿足其中四個(gè)條件的空間目標(biāo)區(qū)域?yàn)橐坏?；滿足其中三個(gè)條件的空間目標(biāo)區(qū)域?yàn)槎?；滿足其中二個(gè)條件的空間目標(biāo)區(qū)域?yàn)槿?；滿足其中一個(gè)條件的空間目標(biāo)區(qū)域?yàn)樗牡取?/p>

其次，分別給滿足四個(gè)條件的緩沖區(qū)圖層屬性表賦值，并向主干道噪音緩沖區(qū)圖層的屬性列表中添加噪音字段，全部賦值為-1，確保緩沖區(qū)之外的區(qū)域滿足要求。再通過區(qū)域疊合、屬性計(jì)算，獲得全部地塊的等級屬性值。

最后，將每一個(gè)空間目標(biāo)區(qū)域與其所處地塊的等級屬性值建立連接，使每一個(gè)目標(biāo)區(qū)域獲得適宜性等級屬性。如利用每一個(gè)目標(biāo)區(qū)域的屬性表的等級屬性值進(jìn)行符號化分等定級：

一等空間目標(biāo)區(qū)域：等級屬性字段數(shù)字為3；

二等空間目標(biāo)區(qū)域：等級屬性字段數(shù)字為2；

三等空間目標(biāo)區(qū)域：等級屬性字段數(shù)字為1；

四等空間目標(biāo)區(qū)域：等級屬性字段數(shù)字為0；

五等空間目標(biāo)區(qū)域：等級屬性字段數(shù)字為-1；

得到整個(gè)大區(qū)域內(nèi)相對獨(dú)立的空間目標(biāo)區(qū)域適應(yīng)性評價(jià)等級分布圖，如圖5所示。

圖5 評價(jià)等級分布圖

其中圖中顏色越深，表示目標(biāo)區(qū)域越優(yōu)。從而需求者就可以直觀、清晰獲取目標(biāo)區(qū)域的適宜性情況，選擇自己最優(yōu)的目標(biāo)區(qū)域。

5 結(jié)語

影響空間目標(biāo)區(qū)域選擇的因素眾多，本文利用地理信息系統(tǒng)中的空間分析方法結(jié)合ArcGIS 中的緩沖區(qū)分析以及疊合分析，幫助需求者獲取最佳的目標(biāo)區(qū)域，并給出了基于ArcGIS的空間區(qū)域的評價(jià)方法，通過實(shí)驗(yàn)可以一目了然地觀察出某區(qū)域的適宜性情況，選取滿足自身?xiàng)l件的最優(yōu)空間目標(biāo)區(qū)域。

［1］湯國安，楊昕.ArcGIS 地理信息系統(tǒng)空間分析方法［M］.北京：科學(xué)出版社，2002：10-15.

［2］Zeshen Wand，Dan lee.Building Simplification Based on Pattern Recognition and Shape Analysis［R］.SDH2000-Conference Proceedings Representation 2a，2000：58-72.

［3］劉仁義，劉南.ArcGIS開發(fā)寶典—從入門到精通［M］.北京：科學(xué)出版社，2006：213-221.

［4］張成才，秦昆，盧艷，等.GIS空間分析理論與方法［M］.武漢：武漢大學(xué)出版社，2004：55-56.

［5］陳述彭，魯學(xué)君，周成虎.地理信息系統(tǒng)導(dǎo)論［M］.北京：科學(xué)出版社，1999：45-48.

［6］王勁峰，武繼磊，孫英君，等.空間信息分析技術(shù)［J］.地理研究，2005，24（3）：461-472.

［7］柏延臣，李新，馮學(xué)智.空間數(shù)據(jù)分析與空間模型［J］.地理研究，1999，18（2）：74-79.

［8］賴格英.地理信息系統(tǒng)空間分析模型與實(shí)現(xiàn)方法的分析和比較［J］.江西師范大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2003，27：164-164.

［9］羅伯特·海寧.空間數(shù)據(jù)分析理論與實(shí)踐［M］.武漢：武漢大學(xué)出版社，2009：283-288.