地理信息系统.pdf

Dr Huiping Liu2011 9 15 第六章 空间数据分析1 第六章第六章第六章第六章 空间数据分析空间数据分析空间数据分析空间数据分析 第六章 空间数据分析 2 空间数据分析空间数据分析空间数据分析空间数据分析 数字地形模型分析数字地形模型分析 网格数据分析的基本方法举例网格数据分析的基本方法举例 遥感数据分析遥感数据分析 矢量数据分析的基本方法举例矢量数据分析的基本方法举例 空间数据的量算空间数据的量算 专家系统介绍专家系统介绍 第六章 空间数据分析 3 1 1 数字地形模型分析数字地形模型分析数字地形模型分析数字地形模型分析 定义定义 基础数据和派生数据基础数据和派生数据 DEM数据的获取数据的获取 派生数据的产生派生数据的产生 DEM数据的不规则表示 数据的不规则表示 TIN DTM应用应用 第六章 空间数据分析 4 1 11 1定义定义定义定义 数字地形模型 数字地形模型 DTM Digital Terrain Model 是空间 数据库中存储并管理的空间地形数 据的集合的通称 是带有空间位置 特征和地形属性特征的数字描述 是空间 数据库中存储并管理的空间地形数 据的集合的通称 是带有空间位置 特征和地形属性特征的数字描述 第六章 空间数据分析 5 1 11 1定义定义定义定义 类型 类型 高程 高程 等高线 平均高程 极值高程 相对高程等 高程 高程 等高线 平均高程 极值高程 相对高程等 坡度 坡度 坡向 坡度变化率 等 坡度 坡度 坡向 坡度变化率 等 地面形态 形态 地形剖面 糙 度 流域 沟谷密度等 地面形态 形态 地形剖面 糙 度 流域 沟谷密度等 其他 太阳辐射 三维立体图其他 太阳辐射 三维立体图等等 第六章 空间数据分析 6 DTMDTM应用举例应用举例应用举例应用举例 地形分析地形分析 可视性分析可视性分析 基于基于TIN的三维显示的三维显示 工程中土方量测工程中土方量测 Dr Huiping Liu2011 9 15 第六章 空间数据分析2 第六章 空间数据分析 7 1 2 1 2 基础数据和派生数据基础数据和派生数据基础数据和派生数据基础数据和派生数据 基础数据 基础数据 指指DEM Digital Elevation Model 在 在DTM中 属性为高程的要素 一般指 以网格组织的某一区域的地 面高程数据 中 属性为高程的要素 一般指 以网格组织的某一区域的地 面高程数据 第六章 空间数据分析 8 1 2 1 2 基础数据和派生数据基础数据和派生数据基础数据和派生数据基础数据和派生数据 必要性必要性 网格的大小对应地面距离为 地面分辨率 空间分辨率 网格的大小对应地面距离为 地面分辨率 空间分辨率 派生数据派生数据 DTM中由中由DEM产生的数据 产生的数据 第六章 空间数据分析 9 基础数据和派生数据基础数据和派生数据基础数据和派生数据基础数据和派生数据 DEM主要应用 主要应用 作为国家地理信息的基础数据 作为国家地理信息的基础数据 4D数据 数字线化图 数据 数字线化图 Digital Linear Graphs DLG 数字高程 模型 数字高程 模型 DEM 数字正射影像 数字正射影像 Digital Orthophoto Quadrangles DOQ 数字栅格 图 数字栅格 图 Digital Raster Graphs DRG 前三者为国家空间数据基础设施 前三者为国家空间数据基础设施 NSDI 的框架数据 的框架数据 第六章 空间数据分析 10 基础数据和派生数据基础数据和派生数据基础数据和派生数据基础数据和派生数据 土木工程 景观建筑与矿山工程的 规划与设计 土木工程 景观建筑与矿山工程的 规划与设计 交通线路的规划与大坝的选址 交通线路的规划与大坝的选址 为军事目的 军事模拟等 而进行 的地表三维显示 为军事目的 军事模拟等 而进行 的地表三维显示 景观设计与城市规划 景观设计与城市规划 流水线分析 可视性分析 流水线分析 可视性分析 第六章 空间数据分析 11 基础数据和派生数据基础数据和派生数据基础数据和派生数据基础数据和派生数据 生成坡度图 坡向图 剖面图 辅助 地貌分析 估计侵蚀和径流等 生成坡度图 坡向图 剖面图 辅助 地貌分析 估计侵蚀和径流等 不同地表的统计分析与比较 不同地表的统计分析与比较 作为背景叠加各种专题信息 以显示 和分析 三维显示 作为背景叠加各种专题信息 以显示 和分析 三维显示 第六章 空间数据分析 12 1 3 DEM1 3 DEM数据的获取数据的获取数据的获取数据的获取 人工量取人工量取 以网格法读取并键入以网格法读取并键入 半自动法 半自动法 数字化仪的手扶跟踪数字化仪的手扶跟踪 扫描输入扫描输入 数字测图数字测图 Dr Huiping Liu2011 9 15 第六章 空间数据分析3 第六章 空间数据分析 13 1 4 1 4 派生数据的产生派生数据的产生派生数据的产生派生数据的产生 由由DEM派生多种地形数据 派生多种地形数据 例例1 平均高程 图像处理中求 平均灰度的方法 平均高程 图像处理中求 平均灰度的方法 1 1 1 1 9 1 j jl i ik lkhh 第六章 空间数据分析 14 1 4 1 4 派生数据的产生派生数据的产生派生数据的产生派生数据的产生 例2 坡度 网格模型 例2 坡度 网格模型 对一个3x3的窗口 中心点为 i j 有8个邻 域 设各点高程 hm m 1 2 3 8 对于每一 个方向上的坡度 m m ji L mhjih arctg 2 Lm 网格长度 Lm 网格长度 取8个方向坡度的最大坡度为中心点的 坡度 第六章 空间数据分析 15 坡度模型 坡度模型 坡度模型 坡度模型 Slope Models Slope Models 矢量模型 矢量模型 矢量模型 矢量模型 Slope is a vector i e it has a direction and length A slope can be measured by its horizontal angle slope and azimuth aspect 第六章 空间数据分析 16 计算坡度 计算坡度 计算坡度 计算坡度 Calculation of Slope Calculation of Slope Where Hxand Hy denote the local relief within the neighbourhood along the west east and south north directions respectively and x and y denote the distances of the neighbourhood along west east and south north directions Y x x H x y y H X Z 2 2 y Hy x H slope x 第六章 空间数据分析 17 坡向计算 坡向计算 坡向计算 坡向计算 Calculation of Aspect Calculation of Aspect xH yH aspect x y arctan 180 90 0 x H for x xH yH aspect x y arctan 180 270 aspect 0 00 y H and x H for y x aspect 180 第六章 空间数据分析 18 坡向坡向坡向坡向 Slope Aspect Slope Aspect 坡向计算 North 337 5 22 5 Northeast 22 5 67 5 East 67 5 112 5 Southeast 112 5 157 5 South 157 5 202 5 Southwest 202 5 247 5 West 247 5 292 5 Northwest 292 5 337 5 Dr Huiping Liu2011 9 15 第六章 空间数据分析4 第六章 空间数据分析 19 1 5 1 5 DEMDEM数据的不规则表示 数据的不规则表示 数据的不规则表示 数据的不规则表示 TINTIN TIN Triangulated Irregular Network 不规则三角网 是专为 产生 不规则三角网 是专为 产生DTM数据设计的一种采样表示 系统 数据设计的一种采样表示 系统 对有限个离散点 每三个最邻近点联 结成三角形 每个三角形代表一个局 部平面 再根据每个平面方程计算各 网格点高程 生成 对有限个离散点 每三个最邻近点联 结成三角形 每个三角形代表一个局 部平面 再根据每个平面方程计算各 网格点高程 生成DEM 第六章 空间数据分析 20 1 5 1 5 DEMDEM数据的不规则表示 数据的不规则表示 数据的不规则表示 数据的不规则表示 TINTIN 优点 可以消除数据冗余 能随地 形起伏变化的复杂性而改变采样的 密度和决定采样点的位置 优点 可以消除数据冗余 能随地 形起伏变化的复杂性而改变采样的 密度和决定采样点的位置 存储方式 总体上 是一种拓扑结 构 存储方式 总体上 是一种拓扑结 构 由记录每个三角形相邻的三角形编号 表 由记录每个三角形相邻的三角形编号 表 每个三角形结点编号表每个三角形结点编号表 结点坐标值 结点坐标值 第六章 空间数据分析 21 1 5 1 5 DEMDEM数据的不规则表示 数据的不规则表示 数据的不规则表示 数据的不规则表示 TINTIN TIN 的拓扑结构的拓扑结构 TriangleNodeNeighbo rs A1 2 3 B D B2 4 3 C A C4 8 3 G B D1 3 5A F E E1 5 6D H F3 7 5G H D G3 8 7C F H5 7 6F E IDXYZ 1x1y1z1 2 第六章 空间数据分析 22 地形分析地形分析地形分析地形分析 第六章 空间数据分析 23 基于基于基于基于DTMDTM的可视性分析的可视性分析的可视性分析的可视性分析 基本因子基本因子 又称通视分析 属于对地形进行 优化处理的范畴 比如设置雷达 站 电视台的发射站 道路选 择 航海导航等 又称通视分析 属于对地形进行 优化处理的范畴 比如设置雷达 站 电视台的发射站 道路选 择 航海导航等 因子 两点之间的通视性因子 两点之间的通视性 intervisibility 可视域 可视域 view shed 第六章 空间数据分析 24 基于基于基于基于DTMDTM的可视性分析的可视性分析的可视性分析的可视性分析 视线分析视线分析视线分析视线分析 Dr Huiping Liu2011 9 15 第六章 空间数据分析5 第六章 空间数据分析 25 基于基于基于基于DTMDTM的可视性分析的可视性分析的可视性分析的可视性分析 视域分析视域分析视域分析视域分析 第六章 空间数据分析 26 基于基于基于基于DTMDTM的工程土方量测的工程土方量测的工程土方量测的工程土方量测 第六章 空间数据分析 27 2 2 网格数据分析基本方法举例网格数据分析基本方法举例网格数据分析基本方法举例网格数据分析基本方法举例 网格数据空间分析 网格数据空间分析 局部功能 局部功能 local function 区域功能区域功能 Zonal function 实例 实例 洪水后退农业发展区 洪水后退农业发展区 Recessional agriculture 第六章 空间数据分析 28 局部功能 局部功能 局部功能 局部功能 local function local function 点功能 点功能 点功能 点功能 局部功能是对每个网格 局部功能是对每个网格 location 所有相关属性 的操作 其操作是不受周围 网格属性的影响 所有相关属性 的操作 其操作是不受周围 网格属性的影响 其结果是 一个新的网格文 件 是一或多个输入网格的 函数 其结果是 一个新的网格文 件 是一或多个输入网格的 函数 第六章 空间数据分析 29 简单叠加 简单叠加 简单叠加 简单叠加 simple overlay 1 simple overlay 1 2 03 02 53 0 2 52 53 02 5 2 03 03 02 0 1 52 53 03 0 均值 3322 3321 2211 2111 1334 2244 2453 1455 算术平均 arithmetic mean 例 outgrid mean ingrid 1 2 ingrid 2 ingrid 3 ingrid 4 第六章 空间数据分析 30 简单叠加 简单叠加 简单叠加 简单叠加 simple overlay 2 simple overlay 2 3322 3321 2211 2111 1334 2244 2453 1455 3334 3344 2453 2455 max U max x1 x2 例 outgrid max ingrid 1 ingrid 2 最大化 maximizing Dr Huiping Liu2011 9 15 第六章 空间数据分析6 第六章 空间数据分析 31 简单叠加 简单叠加 简单叠加 简单叠加 simple overlay 3 simple overlay 3 33 331 11 111 1334 2244 2453 1455 3334 3341 2411 1111 merge 合并 merge If x1 NODATA then U x2 Else U x1 例 ougrid merge ingrid 1 ingrid 2 第六章 空间数据分析 32 区域功能区域功能区域功能区域功能 Zonal functions Zonal functions 区域功能 区域功能 对于给定单元所属区域特性的 操作 对于给定单元所属区域特性的 操作 操作 对面积 长度 形状 操作 对面积 长度 形状 area length shape 第六章 空间数据分析 33 区域功能区域功能区域功能区域功能 Zonal functions Zonal functions 区域功能的特性区域功能的特性 不改变区域的边界不改变区域的边界 根据用户指令或统计值改变区 域的属性 根据用户指令或统计值改变区 域的属性 应用 应用 空间分布 空间分布 形状的定量量测 形状的定量量测 空间联系分析和统计特征分析 空间联系分析和统计特征分析 第六章 空间数据分析 34 重分重分重分重分类 类 类 类 Reclassification Reclassification 通过重 再 分类找出隐藏信息 是GIS的重要功能 通过重 再 分类找出隐藏信息 是GIS的重要功能 重 再 分类 对原始数据的再 次分类组织 重 再 分类 对原始数据的再 次分类组织 对数据用新的等级体系进行分 类 对数据用新的等级体系进行分 类 将多个数据用统一的等级体系 重新归类 将多个数据用统一的等级体系 重新归类 第六章 空间数据分析 35 实例实例实例实例 洪水后退农业发展区 洪水后退农业发展区 洪水后退农业发展区 洪水后退农业发展区 Recessional Recessional agriculture agriculture 研究区 研究区 Mauritania along the Senegal River 洪水后退农业发展区 洪水后退农业发展区 Recessional agriculture 选择常年洪泛区选择常年洪泛区 土壤最适合高粱农业发展土壤最适合高粱农业发展 第六章 空间数据分析 36 实例实例实例实例 洪水后退农业发展区 洪水后退农业发展区 洪水后退农业发展区 洪水后退农业发展区 Recessional Recessional agriculture agriculture 基本数据 基本数据 DEM 土壤类型图土壤类型图 解决的问题 解决的问题 绘出所有洪水淹没并且适合洪 水退后高粱农业的发展区域 绘出所有洪水淹没并且适合洪 水退后高粱农业的发展区域 Dr Huiping Liu2011 9 15 第六章 空间数据分析7 第六章 空间数据分析 37 3 3 遥感数据分析遥感数据分析遥感数据分析遥感数据分析 遥感系列解译图遥感系列解译图 指经过遥感图像目视判读后 编制的各种专题图 经过数 字化后进入 指经过遥感图像目视判读后 编制的各种专题图 经过数 字化后进入GIS 遥感数据的直接应用遥感数据的直接应用 第六章 空间数据分析 38 3 3 遥感数据分析遥感数据分析遥感数据分析遥感数据分析 cont cont 遥感信息与非遥感信息的综合应用遥感信息与非遥感信息的综合应用 以非遥感数据为基础以非遥感数据为基础 以遥感数据为基础以遥感数据为基础 第六章 空间数据分析 39 遥感数据的直接应用遥感数据的直接应用遥感数据的直接应用遥感数据的直接应用 过程 遥感数 据 计 算机图 像处理 专题 图 过程 遥感数 据 计 算机图 像处理 专题 图 GIS 数据库数据库 第六章 空间数据分析 40 4 4 矢量数据分析基本方法举例矢量数据分析基本方法举例矢量数据分析基本方法举例矢量数据分析基本方法举例 矢量分析方法 矢量分析方法 拓扑叠加拓扑叠加 网络分析网络分析 缓冲区分析缓冲区分析 实例 实例 市区择房分析 第六章 空间数据分析 41 拓扑叠加拓扑叠加拓扑叠加拓扑叠加 Topological overlay Topological overlay 根据叠加对象的图形特征 根据叠加对象的图形特征 点与多边形的叠加 点与多边形的叠加 point in polygon overlay 线与多边形的叠加 线与多边形的叠加 line in polygon overly 多边形与多边形的叠加 多边形与多边形的叠加 polygon on polygon overlay 第六章 空间数据分析 42 点与多边形的叠加点与多边形的叠加点与多边形的叠加点与多边形的叠加 确定图层上的点落在另一图层的哪个多边形 内 以便为每个点建立新属性 确定图层上的点落在另一图层的哪个多边形 内 以便为每个点建立新属性 IDowner 1Jones 2Murray 3Smith 4McBran 5Harris IDSoil type ablack bbrown cred IDSoil ty Owner 1BlackJones 2brow n Murray 3brow n Smith 4redMcBran 5redHarris Dr Huiping Liu2011 9 15 第六章 空间数据分析8 第六章 空间数据分析 43 线与多边形的叠加线与多边形的叠加线与多边形的叠加线与多边形的叠加 是确定一图层的弧段落在另一图层的哪个多边 形内 以便为图层的每条弧段建立新的属性 是确定一图层的弧段落在另一图层的哪个多边 形内 以便为图层的每条弧段建立新的属性 IDOld ID Polygon 11a 22b 33b 44b 54c 61c 第六章 空间数据分析 44 多边形叠加多边形叠加多边形叠加多边形叠加 多边形叠加分析 称多边形叠加分析 称 polygon on polygon 叠置 指同一区域 同一比例尺的两组或两组以上的 多边形要素的数据文件进行叠置 叠置 指同一区域 同一比例尺的两组或两组以上的 多边形要素的数据文件进行叠置 第六章 空间数据分析 45 多边形与多边形的叠加多边形与多边形的叠加多边形与多边形的叠加多边形与多边形的叠加 指将两个不同图层的多边形要素相 叠加 产生输出层的新多边形要素 指将两个不同图层的多边形要素相 叠加 产生输出层的新多边形要素 区域多重属性的模拟分析 区域多重属性的模拟分析 地理特征的动态变化分析 地理特征的动态变化分析 图幅要素的更新 图幅要素的更新 相邻图幅的拼接 相邻图幅的拼接 区域信息提取 区域信息提取 第六章 空间数据分析 46 多边形叠加 叠置 多边形叠加 叠置 多边形叠加 叠置 多边形叠加 叠置 分类 分类 合成叠置 其目的是通过区域多重 属性的模拟 寻找和确定同时具有 几种地理属性的分布区域 合成叠置 其目的是通过区域多重 属性的模拟 寻找和确定同时具有 几种地理属性的分布区域 统计叠置 其目的是准确地计算一 种要素在另一种要素的某个区域多 边形范围内的分布状况和数量特征 统计叠置 其目的是准确地计算一 种要素在另一种要素的某个区域多 边形范围内的分布状况和数量特征 第六章 空间数据分析 47 多边形叠加 叠置 多边形叠加 叠置 多边形叠加 叠置 多边形叠加 叠置 第六章 空间数据分析 48 地理分析过程地理分析过程地理分析过程地理分析过程 Geographical analysis procedure Geographical analysis procedure Establish the objectives and criteria for the analysis Prepare the data for spatial operations Perform the spatial operations Prepare the derived data for tabular analysis Evaluate the interpret the results Refine the analysis as needed Dr Huiping Liu2011 9 15 第六章 空间数据分析9 第六章 空间数据分析 49 例 例 例 例 市区择房分析市区择房分析 所寻求的区域要满足以下条件 所寻求的区域要满足以下条件 离主要交通要道200米之外 以减少噪音污 染 离主要交通要道200米之外 以减少噪音污 染 在商业中心的服务范围之内 服务范围以商 业中心的规模的大小来确定 在商业中心的服务范围之内 服务范围以商 业中心的规模的大小来确定 距名牌高中在750米之内 以便小孩上学便 捷 距名牌高中在750米之内 以便小孩上学便 捷 距名胜古迹500米之内 环境幽雅 距名胜古迹500米之内 环境幽雅 Step1 Establish the objectives and criteria for the analysis 第六章 空间数据分析 50 例 例 例 例 市区择房分析 市区择房分析 cont cont 数据 数据 城市市区交通网络图 城市市区交通网络图 network shp 商业中心分布图 商业中心分布图 Marketplace shp 名牌高中分布图 名牌高中分布图 school shp 名胜古迹分布图 名胜古迹分布图 famous place shp Step2 Prepare the data for spatial operations 第六章 空间数据分析 51 例 例 例 例 市区择房分析 市区择房分析 cont cont 数 据 图 数 据 图 第六章 空间数据分析 52 例 例 例 例 市区择房分析 市区择房分析 cont cont 主干道噪音缓冲 区的建立 主干道噪音缓冲 区的建立 Step3 Perform the spatial operations 第六章 空间数据分析 53 例 例 例 例 市区择房分析 市区择房分析 cont cont 商业中心影响 范围建立 商业中心影响 范围建立 第六章 空间数据分析 54 例 例 例 例 市区择房分析 市区择房分析 cont cont 名牌高中的影 响范围建立 名牌高中的影 响范围建立 Dr Huiping Liu2011 9 15 第六章 空间数据分析10 第六章 空间数据分析 55 例 例 例 例 市区择房分析 市区择房分析 cont cont 名胜古迹的影 响范围建立 名胜古迹的影 响范围建立 第六章 空间数据分析 56 例 例 例 例 市区择房分析 市区择房分析 cont cont 商业中心的缓冲区 名牌高中的缓冲区 和名胜古迹的缓冲区交集区域 商业中心的缓冲区 名牌高中的缓冲区 和名胜古迹的缓冲区交集区域 第六章 空间数据分析 57 例 例 例 例 市区择房分析 市区择房分析 cont cont 求取同时满足四个条件的 区域 求取同时满足四个条件的 区域 第六章 空间数据分析 58 例 例 例 例 市区择房分析 市区择房分析 cont cont 对整个城市区域的住房条 件进行评价 对整个城市区域的住房条 件进行评价 第六章 空间数据分析 59 例 例 例 例 市区择房分析 市区择房分析 cont cont 第一等级 数值为3 第一等级 数值为3 第二等级 数值为2 第二等级 数值为2 第三等级 数值为1 第三等级 数值为1 第四等级 数值为0 第四等级 数值为0 第五等级 数值为 1 第五等级 数值为 1 第六章 空间数据分析 60 5 5 空间数据的量算空间数据的量算空间数据的量算空间数据的量算 3 1 几何量算几何量算 点状目标 坐标 点状目标 坐标 线状目标 长度 曲率等线状目标 长度 曲率等 面状目标 面积 周长等 面状目标 面积 周长等 体状目标 表面积 体积 等 体状目标 表面积 体积 等 3 2 空间数据的内插空间数据的内插 Dr Huiping Liu2011 9 15 第六章 空间数据分析11 第六章 空间数据分析 61 空间数据的内插空间数据的内插空间数据的内插空间数据的内插 定义 通过已知点或分区数据推 求任意点和分区数据的方法 定义 通过已知点或分区数据推 求任意点和分区数据的方法 应用 应用 等值线自动制图等值线自动制图 DTM的建立的建立 不同区域界线的相关分析不同区域界线的相关分析 第六章 空间数据分析 62 空间数据的内插 空间数据的内插 空间数据的内插 空间数据的内插 cont cont 点内插 研究具有连续变化特 征现象的数值内插方法 点内插 研究具有连续变化特 征现象的数值内插方法 第六章 空间数据分析 63 空间数据的内插 空间数据的内插 空间数据的内插 空间数据的内插 cont cont 过程 数据采样过程 数据采样 数据处理数据处理 数据 记录 数据 记录 第六章 空间数据分析 64 空间数据的内插 空间数据的内插 空间数据的内插 空间数据的内插 cont cont 如如TIN 通过通过T1 T2 T3的的X Y Z 值求出系数值求出系数 yaxaaza 210 T1 T2 T3 第六章 空间数据分析 65 表面分析表面分析表面分析表面分析 插值插值插值插值 第六章 空间数据分析 66 表面分析表面分析表面分析表面分析 网格插值网格插值网格插值网格插值 反距离权重插值 反距离权重插值 Inverse Distance Weighted IDW 通过计算未测量点附 近区域各个点的测量 值的加权平均来进行 插值 其中 最近处 的点的权值最大 通过计算未测量点附 近区域各个点的测量 值的加权平均来进行 插值 其中 最近处 的点的权值最大 i i i ii wzwxz 2 1 ii dw 公式 权值 权值 未测点坐标x 值z x 已知点坐标xi 值zi 到各已知点的 距离di Dr Huiping Liu2011 9 15 第六章 空间数据分析12 第六章 空间数据分析 67 表面分析表面分析表面分析表面分析 网格插值网格插值网格插值网格插值 IDW提供了一种简单的方法 用来推测 连续场中 某个未测量的地点的值 提供了一种简单的方法 用来推测 连续场中 某个未测量的地点的值 通过创建了一个光滑的表面来到达插值 的目的 通过创建了一个光滑的表面来到达插值 的目的 为精确插值方法 用为精确插值方法 用IDW计算某个观测 点的值 会得到该点的实际测量值 相对于近似插值方法 计算某个观测 点的值 会得到该点的实际测量值 相对于近似插值方法 第六章 空间数据分析 68 表面分析表面分析表面分析表面分析 网格插值网格插值网格插值网格插值 ArcG