第九届GIS技能应用大赛试题技术文档 -下午

1 项目概述

1.1 项目要求

    根据题目要求，现作为江苏省城市研究科研项目组的一员，接收到了3个任务。
    （1）具体任务要求如下，
        ①任务一：创建三甲医院20分钟、45分钟服务区，并计算每一个地级市/县级市拥有的三甲医院20分钟、45分钟服务区占全市面积百分比。
        ②任务二：制作各地级市/县级市城市联系强度图。城市强连通图示例如图1.1-1所示。

图1.1-1 城市强连通图示例

        ③任务三：制作江苏省地级市/县级市城市中心度专题地图。

    （2）已有数据说明如下，
        ①研究区是地级市市区和县级市，所提供的待处理数据为shp矢量数据和区县统计数据。
        ②数据内容主要包括：
            A）主要道路.shp：江苏省主要道路数据来源于OpenStreet网站；
            B）江苏省省界.shp：江苏省行政区面数据；
            C）江苏市届.shp：江苏省地级市面数据；
            D）江苏县界.shp：江苏省区县面数据；
            E）市级点.shp：江苏省地级市点数据；
            F）县级点.shp：江苏省区县点数据；
            G）三甲医院.shp：江苏省三甲医院点数据；
            H）区县数据.xls：江苏省各区县GDP数据。
    （3）数据提交要求如下，
        ①提交所有中间数据、最终结果数据、工作文档，存放在\A上午\结果文件夹中；
        ②工作文档应包括解题思路、解题过程说明和结果等内容，解题过程说明中，关键步骤附图说明；
        ③请将A下午文件夹重命名为“A下午+小组编号”，如“A下午0111”。

1.2 项目分析

    根据题目要求、所给数据及其分析要求，对项目中的三个任务进行了详细分析，使用ArcGIS软件操作平台对数据进行分析处理，以解决各个目标任务。所作详细分析如下，     （1）处理研究区数据。首先，使用“选择按位置选择”工具和切换选择工具，通过SQL查询从县级点数据中筛选出“XX区”县级点的补集、从江苏县界数据中筛选出“XX区”县级面及其补集，并将其导出；其次，使用“数据管理工具常规追加”工具将市级点追加到“XX区”县级点的补集数据中，得到市县级点数据；再次，使用“数据管理工具制图综合融合”工具，消除“XX区”县级面的边界，并构造多部件要素；最后，使用“数据管理工具常规合并”工具，将“XX区”县级面数据、“XX区”县级面数据的补集进行合并，得到市县级面数据。
    （2）创建网络数据集。首先，在GeoDataBase下新建存储用于构建网络数据集的道路数据和网络数据集的要素数据集；其次，通过“选择-->按属性选择”工具，使用SQL查询语句获取flclass字段值为primary、secondary和tertiary的目标道路数据，并将其导出到要素数据集中；最后，右键要素数据集，通过“新建-->网络数据集”生成忽略所有转弯耗时的网络数据集。
    （3）创建服务区并计算面积比。首先，使用网络分析工具条-->创建服务区和求解按钮，基于（2）中创建好的网络数据集，将三甲医院点图层作为设施点导入，创建阻抗为时间（分钟），默认中断为“20,45”的服务区；其次，依次选中0-20分钟车程服务区、20-45分钟车程服务区，并将其导出为单独的要素图层；再次，通过先后使用融合工具、求交工具、空间连接工具，得到按照行政区分布的、包含总面积值信息的服务区碎片，使用计算计算器工具根据题意计算服务区面积比；最后，使用“转换工具-->Excel-->表转Excel”工具，将计算好的服务区面积比导出为Excel文件存储，并将其重命名为“江苏各县市三甲医院服务区面积占比表”。
    （4）绘制各地级市/县级市城市联系强度图。首先，使用“连接与关联连接”，将包含GDP数据的区县数据$连接到县级点数据中，得到县级点GDP图层；其次，点击Network Analyst工具条-->新建OD成本矩阵，创建OD成本矩阵，并为其添加起始点和目的地点，完成各项参数的设置，对其求解，得到成本路径并将其导出为线要素；再次，将导出的线要素图层与县级点GDP图层进行属性连接，并使用字段计算器得到江苏各县市联系强度值；最后，使用“选择-->按属性选择”筛选出联系强度大于300的目标线，并通过符号系统中的分级符号用不同粗细的线表示。
    （5）绘制城市中心度专题图。首先，使用“关联与连接-->连接”工具，将包含成本路径信息的图层与市县级面图层进行属性连接，并得到对于连接强度字段的汇总属性——“总和”，从而得到具有成本路径信息的市县级面数据；其次，使用分级色彩来表示不同联系强度的线；再次，将数据视图切换为布局视图，添加标题、比例尺、图例、指北针，得到江苏各县市城市中心度专题地图。

2 技术路线

    详细的技术路线如图2-1所示。

图2.1 技术路线流程图

3 数据准备

    已有数据以D_China_2000为基准面，采用高斯克吕格投影。其地理坐标系和投影坐标系分别为GCS_China_Geodetic_Coordinate_System_2000、CGCS2000_GK_CM_119E，线性单位为米，角度单位为度。其它具体的描述性信息如下，
    （1）主要道路.shp：江苏省主要道路数据来源于OpenStreet网站；
    （2）江苏省省界.shp：江苏省行政区面数据；
    （3）江苏市届.shp：江苏省地级市面数据。几何类型为面；
    （4）江苏县界.shp：江苏省区县面数据。几何类型为面；
    （5）市级点.shp：江苏省地级市点数据。几何类型为点；
    （6）县级点.shp：江苏省区县点数据。几何类型为点；
    （7）三甲医院.shp：江苏省三甲医院点数据；
    （8）区县数据.xls：江苏省各区县GDP数据。

4 项目实施

4.1 处理研究区数据

    此部分目标任务为：根据题意创建市县级点数据和是县级面数据。

4.1.1 操作分析

    （1）根据题意可知：①县级点数据中Name字段属性值为“XX区”并且属于同一个地级市的点，需要使用市级点代替；

（2）结合题目要求和已有数据可知，只需将“**区”以外的所有记录筛选出来并将其导出，在和市级数据进行合并即可得到最终的市县级数据。

4.1.2 操作流程‘

    （1）新建文件地理数据库。首先，在D://GIS_Contest//xia1午//结果”路径下新建result.gdb数据库；其次，在该数据库下新建dataSet要素数据集，用于存储此部分操作过程中的中间数据和结果数据。

图4.1.2-1 新建gdb和要素数据集

    （2）创建市县级点数据。首先，使用“选择按属性选择”工具，将县级点作为目标图层，使用条件查询语句““NAME” LIKE ‘%区’”选择出“XX区”的所有点记录；其次，使用鼠标右键点击县级点图层，通过“选择切换选择”工具，选择出“XX区”记录的补集，并使用“导出数据”工具将其导出至dataSet数据集中，名称为：市县级点；再次，使用“数据管理工具–>常规–>追加”工具，将市级点作为输入数据集、将市县级点作为目标数据集，合并市级点数据至市县级点图层中；最后，得到如图4.1.2-5所示的、包含55个点记录的市县级点数据结果。

图4.1.2-2 按属性选择-“XX区”记录

图4.1.2-3 切换选择-“XX区”记录的补集

图4.1.2-4 追加工具-合并数据

图4.1.2-5 追加结果

    （3）创建市县级面数据。首先，使用“选择按属性选择”工具，将江苏县界作为目标图层，使用条件查询语句““NAME” LIKE ‘%区’”选择出“XX区”的所有面记录，并将其导出，名称为江苏县界_Export，如图4.1.2-7所示；其次，使用“数据管理工具制图综合融合”工具，将江苏县界_Export作为输入要素，融合字段设置为隶属市，并取消勾选创建多部件要素，得到包含14个记录的江苏县界_Dissolve图层；再次，继续使用融合工具，将江苏县界_Dissolve作为输入要素，融合字段设置为隶属市，勾选创建多部件要素，得到包含多部件要素的江苏县界_Dissolve2；最后，使用属性选择工具，选择出“XX区”记录的补集，将其导出后与江苏县界_Dissolve2图层合并，即可得到市县级面数据，如图4.1.2-12所示。

图4.1.2-6 按属性选择-“XX区”县级面

图4.1.2-7 “XX区”县级面导出结果

图4.1.2-8 融合处理-消除面的边界

图4.1.2-9 融合处理-构造多部件要素

（a） 融合后的县级面要素 （b）提取出的“XX区”补集要素
图4.1.2-10 合并要素数据集

图4.1.2-11 合并要素数据集-参数设置

图4.1.2-12 市县级面数据

4.1.3 操作结果

    经过上述操作流程，得到了如图4.1.3-1所示的市县级点数据、如图4.1.3-2所示的市县级面数据。此外，当前GeoDataBase结构如图4.1.3-3所示。

图4.1.3-1 市县级点数据

图4.1.3-2 市县级面数据

图4.1.3-3 当前GeoDataBase结构

4.2 创建网络数据集

    此部分目标任务为：创建江苏省主要道路的道路网络，忽略所有转弯耗时。

4.2.1 操作分析

    （1）主要道路数据的属性表信息如图4.2.1-1所示，并不包含时间信息，而题目中给出了不同类型道路对应的行驶速度信息，如图4.2.1-2所示，因此，可先将该表保存为Excel文件（97-2003），然后将其连接到属性表中，配合计算几何工具得到道路的长度信息，从而得到通过时间。

图4.2.1-1 主要道路数据-属性表信息

图4.2.1-2 不同类型道路的行驶速度信息表内容     （2）题目中要求计时单位为分钟。由于主要道路图层所使用的线性单位为m；题目中所给的速度单位为km/h，因此，在使用公式“时间=路程/速度”计算时间时，要考虑单位换算的问题，可将上述公式做变换为“时间（min）=3/50*路程（m）*/速度（km/h）”。
    （3）由于题目中所给的道路数据的十字路口连接处已经全部打断，所以在构建网络数据集时无需再执行额外的处理。
    （4）由于路网分析定位时，只定位在primary、secondary和tertiary道路上，并且在最近的道路形状上（如图4.2.1-3所示），因此，在构建网络数据集之前，需要先将符合要求的道路数据进行提取。

图4.2.1-3 路网分析定位示例图

    （5）由于题目中未对转弯时的通行成本做任何要求，因此，可不为网络数据集构建转弯模型。
    （6）由于所给主要道路数据中不涉及高程值，因此，在构建网络数据集时，可将高程字段设置为无。

4.2.2 操作流程

    （1）构建主要道路的fclass字段含义和车行平均速度表。该表的主要内容及其格式如图4.2.1-2所示，根据已有信息构建Excel表，如图4.2.2-1所示。

图4.2.2-1 不同类型道路的行驶速度信息Excel表内容

    （2）计算时间。首先，为主要道路新建“长度”字段，并使用“计算几何”工具，计算道路的长度值，如图4.2.1-4所示为计算结果；其次，将（1）中制作好的Excel表基于fclass字段连接到主要道路图层的属性表中，连接结果如图4.2.1-5所示；最后，为该图层添加“时间”字段，使用字段计算器，使用VB脚本“[主要道路.长度] *3/50 / [Sheet1$.行驶速度]”计算时间字段的值，得到如图4.2.1-7所示的结果。

图4.2.2-2 计算几何

图4.2.2-3 主要道路长度计算结果

图4.2.2-4 主要道路属性表连接-基于fclass字段

图4.2.2-5 属性表连接结果

图4.2.2-6 字段计算器-计算时间

图4.2.2-7 时间计算结果

    （3）提取目标道路。首先，在result.gdb下新建用于存放目标道路的要素数据集NetWork_Road；其次，使用“选择按属性选择”工具，通过SQL查询语句““主要道路.fclass” = ‘primary’ OR “主要道路.fclass” = ‘secondary’ OR “主要道路.fclass” = ‘tertiary’”，选中173755条目标道路；再次，使用鼠标右键主要道路图层，通过“导出数据”工具，导出目标道路；最后，得到如图4.2.2-9所示的结果。

图4.2.2-8 按属性选择-目标道路

图4.2.2-9 目标道路数据

    （4）创建网络数据集。首先，右键包含目标道路要素类的要素数据集NetWork_Road，选择“新建网络数据集”，设置网络数据集的名称为NetWork_Road_ND，版本使用默认的10.1即可；其次，选择将参与到网路数据集中的要素类为目标道路、取消在网络中构建转弯模型、不对网络要素的高程进行建模；再次，为网络数据集指定属性。先添加时间属性，将其类型设置为成本，按照题意将时间单位设置为分钟，数据类型采用双精度；并使用赋值器将长度的源值类型修改为字段，值设定为“长度”、将时间的源值类型修改为字段，值设定为“时间”；最后生成的网络数据集如图4.2.2-13所示。

图4.2.2-10 添加新属性

图4.2.2-11 为网络数据集指定属性-长度和时间

图4.2.2-12 网络数据集摘要

图4.2.2-13 网络数据集

4.2.3 操作结果

    经过上述操作流程，得到了如图4.2.3-1所示的网络数据集。

图4.2.3-1 网络数据集

4.3 创建服务区并计算面积比

    此部分目标任务为：创建服务区并计算面积比。

4.3.1 操作分析

    （1）服务区的构建需要基于4.2中创建的网络数据集，根据题意，需要创建三甲医院0-20分钟、20-45分钟车程服务区（方向是默认的离开设施点）。因此，需要将三甲医院添加为要生成服务区面的设施点。
    （2）根据题意，面积比的计算及其结果的要求为：
        ①计算每个行政区内0-20分钟、20-45分钟三甲医院服务区占总面积的百分比（面积百分比为除法结果乘以100）。
        ②将结果表格转出成Excel表格，命名为“江苏各县市三甲医院服务区面积占比表”，保存在结果文件夹中。
    （3）由于要计算每个行政区内0-20分钟、20-45分钟三甲医院服务区占该行政区总面积的百分比，因此，首先需要先将0-20分钟服务区、20-45分钟服务区中的所有要素进行融合；其次，将融合得到的要素与市县级面要素类做求交运算，以获得被行政区边界分割后、按照行政区分布的服务区碎片；最后，通过连接-->空间连接工具，将服务区碎片和市县级面数据连接，统计得到行政区总面积。最后，基于上述结果，再执行面积比计算。

4.3.2 操作流程

    （1）创建服务区。首先，打开网络分析工具条—— Network Analyst，通过点击“新建服务区”，创建服务区分析图层（如图4.3.2-1所示），并打开Network Analyst窗口；其次，在网络分析窗口中右键设施点，将三甲医院作为设施点进行添加，添加结果如图4.3.2-2所示；再次，在网络分析窗口中服务区属性，打开图层属性，并切换到分析设置窗口，将阻抗设置为时间（分钟），默认中断设置为“20,45”（以逗号分开），点击求解，即可得到设施点0-20、20-45分钟的车程服务区，将其导出为面要素图层，名称为“车程服务区”；最后，依次在结果中选中0-20、20-45分钟服务区，将其依次导出，即可得到设施点0-20、20-45分钟的车程服务区。

图4.3.2-1 服务区分析图层

图4.3.2-2 添加设施点结果

图4.3.2-3 服务区属性设置

图4.3.2-4 三甲医院0-20分钟车程服务区

图4.3.2-4 三甲医院20-45分钟车程服务区

    （2）计算面积比。首先，使用“数据管理工具–>制图综合–>融合”工具，分别将服务区0_20作为输入要素，将FromBreak、ToBreak字段作为融合字段，得包含多部件要素的服务区0_20融合；其次，使用“分析工具–>叠加分析–>相交”工具，将处理后的服务区0_20融合图层与市县级面作为输入要素，连接属性使用ALL（全连接），输出类型采用默认，得到0-20分钟车行服务区碎片；再次，右键服务区碎片图层，通过“连接和关联连接”工具，选择“基于空间位置的另一图层的数据”，将市县级面作为要连接到此的图层，汇总属性设置为总和，得到带有总面积的服务区碎片；再次，为该图层新建字段“面积比”，使用字段计算器计算该字段的值；最后，使用相同的方式计算20-45分钟服务区对应的面积比，并使用“转换工具Excel表转Excel”工具，将结果图层中的属性表转换为Excel文件存储在“结果”文件夹中，重命名为“江苏各县市三甲医院服务区面积占比表”。得到如图4.3.2-5所示的、带有地方名称的0-20分钟车程服务区要素图层；

图4.3.2-5 融合-获取多部件要素

图4.3.2-6 相交-获取服务区碎片

图4.3.2-7 连接数据-面积汇总

图4.3.2-8 字段计算器-计算面积比

图4.3.2-9 面积比计算结果

图4.3.2-10 表转Excel

4.3.3 操作结果

    经过上述操作流程，得到了如图4.3.3-1所示的三甲医院0-20分钟车程服务区，如图4.3.3-2所示的三甲医院20-45分钟车程服务区，以及如图4.3.3-3、4.3.3-4所示的江苏各县市三甲医院服务区面积占比表。

图4.3.3-1 三甲医院0-20分钟车程服务区

图4.3.3-2 三甲医院20-45分钟车程服务区

图4.3.3-3 江苏各县市三甲医院0-20分钟车程服务区面积占比表

图4.3.3-4 江苏各县市三甲医院20-45分钟车程服务区面积占比表

4.4 绘制各地级市/县级市城市联系强度图

    此部分目标任务为：绘制各地级市/县级市城市联系强度图。

4.4.1 操作分析

    （1）由于原始的县级点图层中不包含GDP数据，因此，需要先将地区GDP数据的区县数据连接到县级点图层中。     （2）由于用于计算两个区域经济联系的典型公式中用到了时间成本，因此，在求解OD成本矩阵时，要选择时间作为累积量。

4.4.2 操作流程

     （1）获取GDP数据。右键县级点图层，使用“连接与关联连接”，通过某一表的属性连接到该图层，基于字段为NAME，将要连接到的表设置为区县数据$，基础字段为名称，执行连接操作；其次，将所得结果导出，重命名为“县级点GDP”，并删除属性表中的重复性字段；最后，得到的属性表信息如图4.4.2-2所示。

图4.4.2-1 连接

图4.4.2-2 县级点GDP-属性表信息

     （2）OD成本矩阵建立与求解。首先，点击Network Analyst工具条上的新建OD成本矩阵，创建OD成本矩阵；其次，将县级点GDP图层中的点作为起始点和目的地点进行加载，各项参数使用默认值，如图4.4.2-3所示；再次，再OD成本矩阵图层属性中，在分析设置选项卡下，将阻抗设置为时间（分钟）、在累计选项卡下，勾选时间作为累积属性，然后点击求解，得到如图4.4.2-5所示的求解结果；最后，导出OD成本矩阵生成的路径。

图4.4.2-3 加载起始点

图4.4.2-4 OD成本矩阵图层属性-阻抗

图4.4.2-5 求解结果

     （3）计算区域经济联系强度。首先，基于成本路径图层的OriginID字段、DestinationID字段，分别与县级点GDP图层的OBJECTID字段，将两者进行连接，得到如图4.4.2-7所示的结果；再次，为连接结果新建P字段，并使用字段计算器来计算该字段的值，如图4.4.2-8所示；最后，使用“转换工具–>Excel–>表转Excel”工具，将包含计算结果的图层转为Excel表，并将其重命名为“江苏各县市联系强度表”，保存在“结果”文件夹下。

图4.4.2-6 属性连接

图4.4.2-7 属性连接结果

图4.4.2-8 字段计算器-计算联系强度值

图4.4.2-9 计算结果

     （4）选择出联系强度大于300的线并执行符号化。首先，使用“选择按属性选择”工具，使用SQL查询语句筛选出联系强度大于300的直线，并将其导出，如图4.4.2-10所示；其次，打开结果的图层属性窗口，切换到符号系统选项卡，选择数量下的分级符号，采用自然断点分级法分为5类，并将符号大小设置为从0.5-5.5，如图4.4.1.12所示；最后得到如图4.4.2.13所示。

图4.4.2-10 联系强度大于300的直线

图4.4.2-11 按属性选择-联系强度大于300

图4.4.2-12 图层属性设置-分级符号

图4.4.2-13 符号化结果

4.4.3 操作结果

     经过上述操作流程，得到了如图4.4.3-1所示的江苏各县市联系强度表，如图4.4.3-2所示的城市之间联系强度值大于300时成本路径连线。

图4.4.3-1 江苏各县市联系强度表

图4.4.3-2 成本路径符号化结果

4.5 绘制城市中心度专题地图

    此部分目标任务为：绘制城市中心度专题地图。

4.5.1 操作分析

     （1）为了得到使市县级面数据具有成本路径信息，可使用基于空间位置的连接，将成本路径连接到市县级面数据图层中，同时采用总和来汇总数据，得到带有成本路径信息的市县级面数据。

4.5.2 操作流程

     （1）制作具有成本路径信息的市县级面数据。右键市县级面数据，使用“关联与连接连接”，在连接数据窗口中选择将“基于空间位置的另一图层的数据”连接到该图层，将成本路径Res图层作为要连接到此图层的图层，汇总属性选择“总和”，得到具有成本路径信息的市县级面数据，如图4.5.2-2所示。最后，使用“转换工具-->Excel-->表转Excel”工具，将结果表格转出成 Excel 表格，命名为“江苏各县市城市中心度表”，保存在结果文件夹中。

图4.5.2-1 数据连接

图4.5.2-2 输出结果

     （2）制作城市中心度专题地图。首先，打开市县级面_成本距离图层的图层属性窗口，切换到符号系统选项卡，选择数量下面的分级色彩，将字段值设置为Sum_P，采用自然间断点分级法，分为10类。点击应用，得到如图4.5.2-4所示的结果；其次，调整好地图显示的比例尺值，将数据视图切换到布局视图，并添加标题、比例尺、图例、指北针，得到如图4.5.2-5所示的专题图。

图4.5.2-3 图层属性设置-分级色彩

图4.5.2-4 以分级色彩表示城市中心度

图4.5.2-5 城市中心度专题地图

4.5.3 操作结果

     经过上述操作流程，得到了如图4.5.3-1所示的江苏各县市城市中心度表，如图4.5.3-2所示的江苏各县市城市中心度专题地图。

图4.5.3-1 江苏各县市城市中心度表

图4.5.3-2 江苏各县市城市中心度专题地图

5 项目成果

     （1）处理研究数据结果。经过mubiao要素的选择、合并、融合等一系列操作，得到了如图5-1所示的市县级点数据、如图5-2所示的市县级面数据。

图5-1 市县级点数据

图5-2 市县级面数据

     （2）创建网络数据集。经过属性表连接、时间字段计算、目标道路提取、网络数据集构建与求解，得到了如图5-3所示的网络数据集。

图5-3 网络数据集

     （3）创建服务区并计算面积。经过服务区分析图层创建、相关参数设置与服务区求解、要素融合与面积比计算，得到了如图5-4所示的三甲医院0-20分钟车程服务区，如图5-5所示的三甲医院20-45分钟车程服务区，以及如图5-6、5-7所示的江苏各县市三甲医院服务区面积占比表。

图5-4 三甲医院0-20分钟车程服务区

图5-5 三甲医院20-45分钟车程服务区

图5-6 江苏各县市三甲医院0-20分钟车程服务区面积占比表

图5-7 江苏各县市三甲医院20-45分钟车程服务区面积占比表

     （4）创建各地级市/县级市城市联系强度图。经过OD成本矩阵建立与求解、区域经济联系强度计算与目标数据筛选、地图的符号化表达，得到了如图5-8所示的江苏各县市联系强度表，如图5-9所示的城市之间联系强度值大于300时成本路径连线。

图5-8 江苏各县市联系强度表

图5-9 成本路径符号化结果

     （5）绘制城市中心度专题地图。经过具有成本路径信息的市县级面数据制作、地图版本设计与图面要素添加，得到了如图5-10示的江苏各县市城市中心度表，如图5-11所示的江苏各县市城市中心度专题地图。

图5-10 江苏各县市城市中心度表

图5-11 江苏各县市城市中心度专题地图