以GIS方法模擬公園選址分析步驟

A. GIS選址方法

歸納起來，GIS選址方法主要有層次分析法、重心法、網路覆蓋模型和模擬模擬法等幾種方法，下面對這幾種方法進行簡要的分析。

1.層次分析法

層次分析法是美國運籌學家T.L.Saaty教授於20世紀70年代提出的一種實用的多方案或多目標的決策方法。它合理地將定性與定量的決策結合起來，按照思維、心理的規律把決策過程層次化、數量化，特別適合那些難於完全定量進行分析的復雜問題。它首先將所要分析的問題層次化，即根據問題的性質和要達到的總目標，將問題分解成不同的組成因素，按照因素間的相互關系及隸屬關系，將因素按不同層次聚集組合。形成一個多層分析結構模型，最終歸結為最低層（方案、措施、指標等）相對於最高層（總目標）相對重要程度的權值或相對優劣次序的問題。

層次分析法的優點是：(1)簡單明了，提供了層次框架，便於整理思路；(2)通過對比進行標度，增加了判斷的客觀性；(3)把定性判斷與定量推斷結合，增強科學性和實用性。

然而層次分析法也存在明顯的不足：(1)層次分析法客觀性很高，因素較多（超過9個）時，標度工作量太大，易引起標度專家反感和判斷混亂；(2)層次分析法也有致命的缺點，它只能在給定的策略中去選擇最優的，而不能給出新的策略；(3)層次分析法中所用的指標體系需要有專家系統的支持，如果給出的指標不合理則得到的結果也就不準確；(4)構造判斷矩陣時，由於受資料、信息和分析人員水平的限制，很難准確地用「稍微！ 重要」、「較為重要」 和「極端！ 重要」 等模糊字眼來表示兩元素間的關系，評價結果受人為主觀因素影響大，且判斷矩陣的一致性不甚理想。

層次分析法可用於CO₂地質封存選址工作中，這主要是由地質封存選址的多因子性決定的（參見第六章第四節多因子排序選址技術的GIS實現）。在因子權重分配結構表中可以看出，因子根據特性劃分為指標層A、指標亞層B、指標亞層C和具體指標層D。在劃分層次時，要考慮因子的歸屬關系。另外，具有一票否決的因子應予以關注，並在評價時單獨考慮，不計入同一層級的因子權重計算中。

2.重心法

重心法是單個設施選址最常用的方法，如物流配送中心、油庫選址、庫房、工具設備存放點、停車場等，重心法也常常用於剔除一些不合適的備選方案。重心法是一種靜態的方法，將需求點看成是分布在某一平面范圍內的物體系統，各點的需求量和資源量分別看成是物體的重量，物體系統的重心點將作為選址空間的最佳設置點。

GIS中的最短路徑分析是重心法中常用的方法。

重心法的優點是：(1)計算簡單，數據容易搜集，易於理解；(2)對於單一設施定位時應用解析方法簡便易行；

重心法的不足有：(1)自由度過多導致計算量較大；(2)迭代法計算求得的最佳地點實際上往往很難找到；(3)對於復雜的選址問題，使用重心法常常感到困難，通常需要藉助其他更為綜合的分析技術。

若碳源分布清楚，目標靶區地質條件相似，為求得最佳CO₂運輸路由，即可用該方法進行選址。

3.網路覆蓋模型

網路覆蓋模型可用於移動基站覆蓋、服務網點覆蓋、油庫最大覆蓋面積選址等多方面，可解決對於需求已知的一些需求點，如何確定一組服務設施來滿足這些需求點的需求，也就是需要確定服務設施的最小數量和合適的位置。可分為兩種不同的模型：集合覆蓋模型（用最小數量的設施去覆蓋所有的需求點）和最大覆蓋模型（在給定數量的設施下，覆蓋盡可能多的需求點）。前者常用啟發式演算法；後者常用貪婪演算法。移動基站覆蓋等選址可以首先根據GIS中地圖進行場址初選，根據數字地形圖，生成正射三維影像，或進行三維瀏覽，從而能夠快速地把握整個地區的地形特點，同時參考已有的站點、居民區位置、道路位置，就可以初步推測若干個比較合理的站址。初選出部分地址點後可以使用DEM分析方法優化站址選擇方案，使用GIS中的同時分析計算出幾個候選站點的可視域，並把可視域疊加到地圖上，依此衡量是否能夠覆蓋決策者感興趣的區域。

在綜合考慮碳源（需求點）、場地封存規模（最大覆蓋模型）、交通條件或道路位置，在選址地質條件清楚的情況下，可用此法確定場地范圍，為灌注井布置提供經濟上的依據。

4.模擬模擬法

模擬模擬方法是將實際問題用數學方法和邏輯關系表示出來，建立數學邏輯模型，利用計算機來運行模擬模擬模型，模擬時間系統的運行狀態及其隨時間變化的過程，對一個系統按照一定的作業規則由一個狀態變換為另一個狀態的動態行為進行描述或分析，並通過對模擬模擬運行過程的觀察和統計，得到被模擬模擬系統的輸出參數和基本特徵，以此來估計和推斷實際系統的真實參數和真實性能，然後通過模擬計算及邏輯推理確定最佳布局方案。

模擬模擬法的優點有：(1)直觀形象，清晰明了；(2)研究結果相對解析方法更接近於實際的情況。

其缺點是：(1)進行相對比較嚴格的模型的可信性和有效性的檢驗；(2)有些模擬系統對初始偏差比較敏感，往往使得模擬結果與實際結果有較大的偏差；(3)要求設計人員必須具備豐富的經驗和較高的分析能力，面對相對復雜的模擬系統。

模擬模擬方法在CO₂地質封存選址工作中主要應用於具體的單點位置選取及灌注井施工選點等工作。在具體使用時應結合其他數值模擬方法綜合運用。

當然，應用空間選址方法進行選址不是單一方法的簡單運用，可以是好幾種方法綜合的使用，另外，還可以使用模糊聚類法、遺傳演算法等眾多演算法進行數學建模。

B. 應用地理信息系統公園選址

參照
實習六 ArcGIS空間分析--公園選址

一、主要內容
圍繞公園選址問題，練習ArcGIS中的空間分析功能，主要使用緩沖區分析、疊置分析和特徵選擇分析等。

二、學時安排：2學時
三、預習內容
1、ArcToolbox的相關知識

ArcToolbox是用於空間數據格式轉換、疊加處理、緩沖區生成、坐標轉換等的集成化「工具箱」。ArcToolbox以樹形結構方式組織了120多個不同的空間數據處理工具，並且都是以菜單驅動的方式提供出來，這為我們以一種確定的、輕松的方式去完成哪怕是很復雜的工作提供了前所未有的方便。

2、GIS中緩沖區分析、疊置分析和特徵選擇分析的含義和用途；

3、預習ArcGIS中緩沖區分析、疊置分析和特徵選擇分析的具體操作；

4、公園選址問題：

公園選址條件：

1)相對安靜（離主要公路0.2公里之外）且交通方便（離主要公路0.8公里之內）

2)公園最好依附在大小適中的天然河流上。

3)公園選址要避免沼澤地；

相關數據，提供三層模擬數據：

交通圖（公路分為主要、次要兩個等級）---Road層；

水系圖（河流分為1-3等）---Stream層，等級為2的河流才適合建公園。

沼澤地圖（類型為1是沼澤地，99為非沼澤地）---marsh層；

針對公園選址的要求，列出空間操作順序：

a)對Road層中的主要公路建立0.8,0.2公里緩沖區，將兩緩沖區進行空間疊置得到公園候選區域---zones。

b)將Marsh層和zones進行多邊形空間疊置分析，取位於zone內的非沼澤地區域Zmarsh；

c)將Stream層與Zmarsh進行空間疊置，取位於Zmarsh內，等級為2的河流段為公園建立的候選地址。

四、具體內容及操作
1． 首先進行模擬數據的瀏覽，啟動ArcCatalog，如圖

2． 創建Connect Folder到E:\park，以方便進一步操作。

3． 實習數據包括road ，marsh ，steam三個Coverage層，用ArcCatalog瀏覽實習數據

注意marsh層的屬性表中有type屬性項，1表示沼澤區，99表示非沼澤區

注意stream層的屬性表中有class屬性項，0，1，2，3表示河流等級

4． 打開Buffer Wizard工具：打開ArcMap程序，點擊Tools/Custmize…，進入Commands頁；在Catagorie下點Tools，將Commands下的Buffer Wizard..拖到ArcMap的工具欄（如下圖）。

5． 將Road層添加到新的Map中，點Layers的Properties，在General欄中的Unit設置為meters:

6. 點擊工具欄上buffer wizard.. ,對Road arc要素建立半徑為0.2km的NearBuf;在ArcMap下增加一屬性項Inside（Short integer型）。

7.類似6，建立半徑為0.8的FarBuf.

8、點擊工具欄上ArcToolBox圖標啟動ArcToolBox ，啟動後如圖：

ArcToolBox由3D Analyst Tools, Analysis Tools，Conversion Tools，Data Management Tools和Coverage Tools等工具組成。點前面的加號可展開各項。

9、將FarBuf與NearBuf兩層疊置，得到Zones層：

點擊ArcToolBox/Analysis Tools/Overlay，如下設置：

OK後，得到疊加層Zones.

10、打開Zones層的屬性表，增加一屬性項Inside（Short integer型，用於區分環內外），啟動Editor/Start Editing,將小緩沖區內的Inside值設為1，遠近緩沖區的環的Inside值設置為2，關閉編輯狀態，Editor/Stop Editing,注意保存編輯結果。

11、將Marsh層與Zones層多邊形疊置分析，找出緩沖帶內的非沼澤地—zmarsh。

雙擊選擇Analysis Tools下Overlay工具下的Intersect將其啟動

在彈出的對話框中輸入以下內容，定義要進行Intersect的兩個層分別為E:\park\zones和E:\park\marsh, 輸出圖層為E:\park\zmarsh。

點擊OK,成功後，得到疊置結果，如圖：

12、對Zmarsh層選擇符合條件的區域：

選擇Selection菜單下的Select By Attributes，在彈出的對話框中輸入查詢語句如下圖

其中Inside＝2表示在0.8公里緩沖區而不在0.2公里緩沖區，Type＝99表示非沼澤地。選擇Apply，然後點Close,則滿足條件的Polygon被選中。

在zmarsh polygon處點滑鼠右鍵，在彈出的菜單中選擇Properties,彈出如下的對話框，選擇Selection，為它賦予比較明顯的符號，如黃色。

可以看到賦色後的效果。

13、將stream層與zmarsh層進行疊置分析，得到sitecov圖層：

雙擊選擇Analysis Tools下Overlay工具下的Intersect將其啟動

在彈出的對話框中輸入定義要進行Intersect的兩個層分別為E:\park\stream和E:\park\zmarsh, 輸出圖層為E:\park\sitecov,其它和第7步做法相同。操作完成後，查看新生成的sitecov層

14、sitecov圖層包含了提取河流特徵所需要的信息（由屬性項class、inside、type表示），滿足公園選址的所列要求。距公路0.2—0.8km的區域（inside值為2表示），穿過非沼澤地（type值為99），分類級別為2的河流（class為2）。

下面進行特徵提取，將滿足條件的河流分離到一個新的層中final：

雙擊選擇Analysis Tools下Extract工具下的Select將其啟動.在彈出的對話框中選擇要進行特徵提取操作的圖層E:\park\sitecov,輸出層設為Final.

按 ，在Query Builder對話框中填入特徵提取語句。

點「OK」，回到上一步對話框，再OK，

若沒有，選擇Finish完成操作。在ArcCatalog中瀏覽最終結構final。圖上顯示的即為滿足條件的工業備選地址，即距公路0.2—0.8km的區域（inside值為2表示），穿過非沼澤地（type值為99），分類級別為2的河流（class為2）。

五、附：Overlay工具下Identity，Union，Intersect，Update的區別

Identity（識別操作）：先計算兩圖層集合交集，只有覆蓋在輸入圖層范圍內的要素被保留。

Intersect（求交操作）：計算兩圖層幾何交集，兩圖層公共部分予以保留。

Union（合並操作）：計算兩圖層幾何交集, 兩圖層所有要素均予以保留。

Update（圖層更新操作）：通過疊置兩圖層要素來創建新圖層，操作圖層定義圖層更新區域，操作圖層替換被它覆蓋的原圖層的圖形要素，結構存貯在輸出圖層中。

C. GIS空間分析方法是什麼

指在GIS(地理信息系統）里實現分析空間數據，即從空間數據中獲取有關地理對象的空間位置、分布、形態、形成和演變等信息並進行分析。

根據作用的數據性質不同，可以分為：

1、基於空間圖形數據的分析運算；

2、基於非空間屬性的數據運算；

3、空間和非空間數據的聯合運算。空間分析賴以進行的基礎是地理空間資料庫，其運用的手段包括各種幾何的邏輯運算、數理統計分析，代數運算等數學手段，最終的目的是解決人們所涉及到地理空間的實際問題，提取和傳輸地理空間信息，特別是隱含信息，以輔助決策。

(3)以GIS方法模擬公園選址分析步驟擴展閱讀

空間分析源於60年代地理學的計量革命，在開始階段，主要是應用定量（主要是統計）分析手段用於分析點、線、面的空間分布模式。後來更多的是強調地理空間本身的特徵、空間決策過程和復雜空間系統的時空演化過程分析。

實際上自有地圖以來，人們就始終在自覺或不自覺地進行著各種類型的空間分析。如在地圖上量測地理要素之間的距離、方位、面積，乃至利用地圖進行戰術研究和戰略決策等，都是人們利用地圖進行空間分析的實例，而後者實質上已屬較高層次上的空間分析。