GIS空间分析原理与方法.ppt

第六章GIS空间分析原理与方法,空间分析是GIS系统的重要功能之一,是GIS系统与计算机辅助绘图系统的主要区别。空间分析的对象是一系列跟空间位置有关的数据，这些数据包括空间坐标和专业属性两部分。其中空间坐标用于实体的空间位置和几何形态，专业属性则是实体某一方面的性质。定义：空间分析是基于地理对象的位置和形态特征的空间数据分析技术，其目的在于提取和传输空间信息,要求：理解GIS中模型的概念、特点和作用掌握GIS空间分析的一般步骤了解视觉信息复合分析的类型和用途理解叠置分析的概念和类型，掌握多边形叠置分析的步骤和方法理解缓冲区的概念和作用，并能说明其应用方法,一、地学模型概述模型概念：就是将系统的各个要素，通过适当的筛选，用一定的表现规则所描写出来的简明映像，是对现实世界的简化表达。地学模型：用来描述地理系统各地理要素之间的项目关系和客观规律信息的语言的、数学的或其他的表达形式，通常反映了地学过程及其发展趋势或结果。地学模型主要包含以下几种形式：（1）逻辑模型（2）物理模型（3）数学模型（4）图像模型,第一节地理信息系统的空间分析模型,专题分析模型在地理信息系统中的作用表现在以下几个方面：1）地理信息系统的设计：数据项的选择；硬件环境的选择；软件功能的选择2）地理信息系统的应用：硬件环境特殊，不易配备；GIS知识没有为许多用户掌握；缺乏足够的专题分析模型，而最重要的因素在于GIS是否真正具有实用价值，实用性则必须依靠正确地应用专题分析模型。3）利于信息交流,第一节地理信息系统的空间分析模型,二、GIS模型化的一般方法分析模型按建立的方法主要有三种类型：1）概念模型：又称为逻辑模型，主要指通过观察、总结、提炼而得到的文字描述或逻辑表达式，常由此构成专家系统的知识库。2）数学模型：又称为理论模型，是应用数学分析方法建立的数学表达式，反映地理过程本质的物理规律，如区位模型就是解决地理空间问题的很有价值的理论模型。3）统计模型，包括经验模型，是通过数理统计方法和大量观察实验得到的定量模型。,第一节地理信息系统的空间分析模型,GIS分析建模可采用如下步骤：（1）系统描述与数据分析；（2）理论推导；（3）简化表达；（4）参数确定；（5）分析模型建立。,第一节地理信息系统的空间分析模型,四、空间分析的步骤1.建立分析的目的和标准2.准备空间操作的数据3.进行空间分析操作4.结合分析的目的和任务，对获得的新空间数据进行分析5.结果评价和解释6.产生最终的结果图和报表,第一节地理信息系统的空间分析模型,第二节栅格数据分析的基本模式,一栅格数据的聚类、聚合分析1）聚类分析：根据设定的聚类条件对原有数据系统进行有选择的信息提取而建立新的栅格数据系统的方法2）聚合分析：是指根据空间分辨率和分类表，进行数据类型的合并或转换以实现空间地域的兼并。,第四节空间聚类与聚合分析算,空间聚类示例：,（1）某镇土地利用现状（2）空间聚类分析输出图形,第四节空间聚类与聚合分析算,空间聚合分析输出图形：,农用地建设用地未利用土地,第二节栅格数据分析的基本模式,二栅格数据的信息复合分析信息复合模型包括两类：简单的视觉信息复合和较为复杂的叠加分类模型1视觉信息复合：将不同专题的内容叠加显示在结果图件上，以便系统系统使用者判断不同专题地理实体的相互空间关系，获得更为丰富的信息。2叠加分类模型：根据参加复合的数据平面各类别的空间关系重新划分空间区域，使每个空间区域内各空间点的属性组合一直。,第二节栅格数据分析的基本模式,1）逻辑判断复合法,（1）交运算（2）并运算（3）非运算,2）数学运算复合法：指不同层面的栅格数据逐网格按一定的数学法则进行运算，从而得到新的栅格数据系统的方法。主要有算术运算、函数运算算术运算：指两层以上的对应网络值经加、减运算，而得到新的栅格数据系统的方法。具有很大的应用范围函数运算：指两个以上层面的栅格数据系统，以某种函数关系作为复合分析的依据进行逐网格运算，从而得到新的栅格数据系统的过程。,第二节栅格数据分析的基本模式,第二节栅格数据分析的基本模式,栅格叠置分析示例（函数运算）,三、栅格数据的追踪分析：是指对于特定的栅格数据系统，由某一个或多个起点，按照一定的追踪线索进行追踪目标或者追踪轨迹信息提取的空间分析方法。四、栅格数据的窗口分析（对应neighborhoodstatistic）1、分析窗口的类型：矩型窗口；圆型窗口；环型窗口、扇型窗口2窗口内统计分析的类型,第二节栅格数据分析的基本模式,栅格数据的窗口分析,33窗口55窗口77窗口,圆形窗口环形窗口扇形窗口,按窗口统计分析分类：MeanMaximumMinimumMedianSumRangeMajorityMinorityVariety,按窗口形状分类：矩形窗口圆型窗口环型窗口扇型窗口,与栅格数据分析处理方法相比，矢量数据一般不存在模式化的分析处理方法，而表现为处理方法的多样性与复杂性一、包含分析确定要素之间是否存在着直接的联系，即矢量点、线、面之间是否存在在空间位置上的联系。,第三节矢量数据分析的基本方法,第三节矢量数据分析的基本方法,二、矢量数据的缓冲区分析1、概念：缓冲区就是根据点、线、面地理实体，建立其周围一定宽度范围内的扩展距离图。缓冲区实际上是一个独立的多边形区域，它的形态和位置与原来因素有关。,2、缓冲区的建立一是基于点要素的缓冲区，是以点实体为圆心，以测定的距离为半径绘圆，这个圆形区域即为缓冲区。二是基于线要素的缓冲区，通常是以线为中心轴线，距中心轴线一定距离的平行条带多边形；三是基于面要素多边形边界的缓冲区，向外或向内扩展一定距离以生成新的多边形。,3、重叠缓冲区的处理,4、不同缓冲区宽度时的处理,缓冲区分析,缓冲区实例在流域规划中，想对部分河段进行改造施工，需要了解可能波及的200M范围内，有多少农用地、果园、林地和居民地等，以辅助规划决策。为此需要进行缓冲区分析。,步骤：（1）明确目的和标准（2）空间数据准备：水系数据、土地利用数据（3）空间操作（在研究区确定河段，沿河段产生200米缓冲区，去除两个缓冲区重叠部分）（4）将土地利用数据叠加到产生的缓冲区结果上，使二者相交，从而确定位于缓冲区内有哪些土地利用数据。（5）按土地利用类型统计出波及范围内，有多少农用地、果园、林地等。,三、多边形叠置分析叠置分析是指在统一空间参照系统条件下，把两层或两层以上的专题要素图层进行叠置，以产生空间区域的多重属性特征，或建立地理要素之间的空间对应关系。根据叠置目的的不同可分为合成叠置与统计叠置两类。,合成叠置与统计叠置,（1）合成叠置（2）统计叠置,常用的三种多边形叠置：(1)多边形之和(UNION)：输出保留了两个输入的所有多边形。(2)多边形之积(INTERSECT)：输出保留了两个输入的共同覆盖区域。(3)多边形叠合(IDENTITY)：以一个输入的边界为准，而将另一个多边形与之相匹配，输出内容是第一个多边形区域内二个输入层所有多边形。,空间分析功能应用实例,公园选址条件：（1）公园的位置是从主要公路上容易达到的，但又不能太靠近公路，以减少噪声的或其他干扰。（2）公园的设计应该围绕一天然小河。（3）公园的可利用面积最大，公园中很少或没有沼泽分布,公园选址,步骤：（1）明确目的和标准（2）空间数据准备：道路数据、水系数据、沼泽数据（3）空间操作（在研究区确定主要公路，沿主要公路产生两个缓冲区，去除两个缓冲区重叠部分）（4）将河流数据叠加到产生的缓冲区结果上，使二者相交，从而确定位于距公路适当范围内有哪些河段。（5）将沼泽数据与上述河段数据叠加，选出没有沼泽分布的河段，整个河岸都可以用于野餐、散步等,四、缓冲区分析应用实例本例以道路拓宽中的拆迁指标计算，说明如何利用缓冲区分析，计算一条道路拓宽过程中的拆迁指标。操作步骤如下：（1）明确目的和标准：目的是计算由于道路拓宽而需拆迁的建筑物的建筑面积和房产价值。道路拓宽标准：道路从原有的20m拓宽到60m；道路尽量保持直线；部分位于拆迁区内的10层以上的建筑不拆除。（2）数据准备：现状道路数字地图；区域内建筑物分布图及其相关信息。,（3）空间操作：以拓宽半径建立道路缓冲区；将缓冲区与建筑物层数据进行拓扑叠加，形成包括部分或全部位于道路拓宽区内建筑物信息的新图。（4）统计分析：根据标准对部分落入拆迁区的10层以上高楼，从选择组中去除，并调整局部拓宽道路边界；对需拆迁建筑物进行拆迁指标计算。（5）结果输出：以地图或表格形式将分析结果输出。,第四节空间数据的其他分析方法,一、空间数据的量算二、空间数据的内插三、空间信息分类:是GIS功能的重要组成部分。GIS中存储的数据具有原理数据的性质，这样用户就可以根据不同的使用目的对数据进行任意提取和分析。四、空间统计分析：常规统计分析主要完成数据集合的均值、总和、方差、频数、峰度系数等参数的统计分析。,第五节数字地面模型及其应用,一、DTM和DEM的概念DTM是利用一个任意坐标场中大量选择