地理信息系统第六

1、 第六章空 间 分 析第六章第六章 空间分析的基本方法空间分析的基本方法 学习目标学习目标理解理解GIS中模型的概念、特点和作用中模型的概念、特点和作用掌握掌握GIS空间分析的一般步骤空间分析的一般步骤了解空间查询与量算的各种方法及其应用了解空间查询与量算的各种方法及其应用了解视觉信息复合分析的类型和用途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理解缓冲区的概念和作用，并能说明其应用方法了解泰森多边形、网络分析在地学中的主要用途了解泰森多边形、网络分析

2、在地学中的主要用途了解空间插值的类型和方法了解空间插值的类型和方法了解空间信息分类和统计分析方法了解空间信息分类和统计分析方法 重点：矢量数据分析方法，栅格数据分析方法、空间插值。重点：矢量数据分析方法，栅格数据分析方法、空间插值。 难点：空间插值技术难点：空间插值技术 空间分析空间分析是综合分析空间数据的技术的通称。空间分析有着十分丰富的内涵，它是构成地理信息系统的核心部分之一，在整个地理数据的应用中发挥着举足轻重的作用，也是GIS区别与其它信息系统的一个显著标志。分析技术分析技术: 空间图形数据的拓扑运算； 非空间属性数据运算； 空间和非空间数据的联合运算。数字地形模型分析数字地形模型分析

3、空间变换分析空间变换分析空间决策支持空间决策支持基本图形分析基本图形分析网络分析网络分析图形量算图形量算包含分析包含分析直线段求交直线段求交图形裁剪图形裁剪基本图形分析：其它分析运算的基础基本图形分析：其它分析运算的基础DTMDTM（Digital Terrain ModelDigital Terrain Model）是通过地表点集的空间直角坐标（x，y，z）并使需要进一步伴随若干专题特征来表示地形表面的,它是构成地形、地理分析的基础。DEMDEM（ Digital Elevation ModelDigital Elevation Model）是地表单元上高程的集合，是地貌形态的离散表示。DE

4、M是构成DTM的基础，DTM的其他元素均有DEM导出，显然，DEM的质量好坏直接决定着DTM的精确性。第一节第一节 数字地形模型分析数字地形模型分析一、数字高程模型的生成方法一、数字高程模型的生成方法等高线数字化法等高线数字化法地性线数字化法地性线数字化法三角网法三角网法摄影测量法摄影测量法人工网格法人工网格法地貌类型的自动化分；极值高程和最大高差 相对高程和平均高程；坡度和坡向；求地表面积； 地表粗糙度；谷脊特征分析；形剖面分析；淹没损失估算；地形的立体显示。二二 数数 字字 地地 形形 模模 型型 分分 析析第二节第二节 空空 间间 变变 换换 分分 析析矢量数据的空间 变换分析 珊格数据

5、的空间 变换分析叠合分析缓冲分析叠置分析空聚类间空间聚合是解决点、线、面之间是否存在直接联系的一种方法。例如确定某一矿区属于那个行政区，这是点与面之间的包含分析。通过著名的铅垂线算法来解决。算法原理一、包含分析 即点与多边形叠合和线与多边形叠合分析第二节第二节 空空 间间 变变 换换 分分 析析矢量数据矢量数据第二节第二节 空空 间间 变变 换换 分分 析析矢量数据矢量数据二、多边形叠置分析定义步骤分类同一地区、同一比例尺的两种或同一地区、同一比例尺的两种或两种以上专题要素进行叠置，形两种以上专题要素进行叠置，形成具有二重或多重属性的相交多成具有二重或多重属性的相交多边形集合。边形集合。第二节

6、第二节 空空 间间 变变 换换 分分 析析矢量数据矢量数据二、多边形叠置分析定义步骤分类对原始多边形数据形成拓扑关系多层多边形数据的空间叠置，形成新的层对新层中的多边形重新进行拓扑组建剔除多余的多边形，提取出感兴趣的部分第二节第二节 空空 间间 变变 换换 分分 析析矢量数据矢量数据二、多边形叠置分析定义步骤分类合成叠置合成叠置：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，或者按照确定的地理指标，对叠置后产生的具有不同属性级的多边形进行重新分类或分级。因此，合成叠置的结果为新的多边形数据文件。统计叠置统计叠置：精确的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

7、和数量特征，或提取某个区域范围内某种专题内容的数据，因此，叠置的结果为统计报表或列表输出叠 置 分 析 统 计 示 意 图叠置图某县土地报表缓冲区是根据点、线、面地理实体，建立起周围一定宽度范围内的扩展距离图，缓冲区的作用是用来限定所需处理的专题数据的空间范围，一般认为缓冲区以内的信息均是与构成缓冲区的核心实体相关的，及邻接或关联关系，而缓冲区以外的数据与分析无关。明确目的和标准明确目的和标准缓冲区生成步骤数据准备数据准备空间操作空间操作统计分析统计分析结果输出结果输出二、缓冲区分析第二节第二节 空空 间间 变变 换换 分分 析析矢量数据矢量数据缓 冲 区 分 类点的缓冲区线的缓冲区面的缓冲区

8、二、缓冲区分析第二节第二节 空空 间间 变变 换换 分分 析析矢量数据矢量数据缓 冲 区 分 类点的缓冲区线的缓冲区面的缓冲区二、缓冲区分析第二节第二节 空空 间间 变变 换换 分分 析析矢量数据矢量数据缓 冲 区 分 类点的缓冲区线的缓冲区面的缓冲区二、缓冲区分析第二节第二节 空空 间间 变变 换换 分分 析析矢量数据矢量数据栅格叠置分析栅格叠置分析与多边形叠置分析一样，是求两组或两组以上空间图形的交集，但是多边形叠置分析得到的是合成多边形，而栅格叠置分析得到的是合成数据串，这些合成的数据文件是进一步进行空间聚类或聚合的依据。 类型叠置 将两组或两组以上的地理编码数据，求它们的交集，以建立新

9、的数据文件，根据分析任务，设置命令，得到最后的类型叠置结果。统计叠置 将区域界线(政区、自然区域或经济区域等)，与专题数字地图叠置，建立的合成数据串，作出各区专门内容的数量统计。动态分析 将同一种要素在不同时期的两组属性数据叠置，建立合成数据串，它们之差就是该要素在该时段内的变化，在土地利用动态监测中，常要使用这种分析方法。一、叠置分析第二节第二节 空空 间间 变变 换换 分分 析析栅格数据栅格数据栅 格 叠 置 示 意 图一、叠置分析第二节第二节 空空 间间 变变 换换 分分 析析栅格数据栅格数据空间聚类空间聚类 根据预先设定的聚类条件，从栅格数据中将所有符合标准的区域输出在图上，不符合条件

10、的区域为空白。在空间聚类中常用的是逻辑运算。其逻辑设定条件可以按照需要的属性条件设定，也可按照空间要素的几何条件设定。二、空间聚类 第二节第二节 空空 间间 变变 换换 分分 析析栅格数据栅格数据空间聚类 分析一幅某乡土地利用现状图，空间聚类条件： E=（属性=“水域” 面积1公顷水域邻接居民地）二、空间聚类 第二节第二节 空空 间间 变变 换换 分分 析析栅格数据栅格数据空间聚合空间聚合 根据空间分辨力和分类表，进行数据类别的合并或转换，以实现空间地域的兼并。空间聚合的结果是将较复杂的类别转换为较简单的类别，大多数以小比例尺图形输出。当从地点 地区 大区域的转换时，常要使用这种方法。三、空间

11、聚合第二节第二节 空空 间间 变变 换换 分分 析析栅格数据栅格数据空间聚合 分析三、空间聚合第二节第二节 空空 间间 变变 换换 分分 析析栅格数据栅格数据第三节第三节 网络分析网络分析网络是地理信息系统中一类独特的数据实体，它由若干个线性实体通过结点连结而成。网络分析是空间分析的一个重要方面，是依据网络拓朴关系（线性实体之间，线性实体与结点之间、结点与结点之间的连结、连通关系），并通过考察网络元素的空间，属性数据，对网络的性能特征进行多方面的分析计算。一、一、 网络数据模型及基本概念网络数据模型及基本概念对于网络分析系统的设计研制者而言，重要的问题在于建立一个抽象的、具有相当适应面的，并且

12、也是便于实现分析任务的网络模型；而对于这一系统的使用者而言，关键之处在于：深入理解现实网络系统中各个组成部分的特点及其相互关系，明确自身的管理分析任务，在此基础上，用网络模型中的不同元素合理地表示这些组成成分。1、网络数据模型、网络数据模型 网络数据模型网络数据模型是真实世界中网络系统（如水系网、渠系网、交通网、通迅网、自来水管网、煤气管网等）的抽象表示。2.网络的概念网络的概念 网络网络是由若干线性实体互连而成的一个系统，资源经由网络来传输，实体间的联络也经由网络来达成。构成网络的最基本元素是上述线性实体以及这些实体的连接交汇点。前者常被称为网线或链网线或链（link），后者一般称为结点（结

13、点（node）。 网线网线是构成网络的线性实体，是资源传输或通讯联络的通道，可以代表公路、铁路、航线、水管、煤气管、河流等等。 结点结点是网线的端点，又是网线汇合点，可以表示交叉路口、中转站、河流汇合点等。3、附属元素、附属元素（1）站点（）站点（stop）是在路径分析中用来表示途经地点的可以进行资源装卸的结点；（2）中心（中心（center）是在资源分配中用来表示资源发散地点或资源汇聚地点的结点；（3）障碍（障碍（barrier）对资源传输或通讯联络起阻断作用。4、特殊的属性数据、特殊的属性数据（1）网线的阻碍强度）网线的阻碍强度为了实施路径分析和资源分配，网线数据应包含正反两个方向上的阻碍

14、强度阻碍强度（如流动时间、耗费等）；（2）网线的资源需求量网线的资源需求量，如学生人数、水流量、顾客量等；（3）结点资源需求量结点资源需求量（4）结点转角数据可以更加细致地模拟资源流动时的转向特性，具体地说，每个结点可以拥有一个转向表（turntable），其中的每一项说明了资源从某一网线经该结点到另一网线时所受的阻碍强度。5、与中心相联系的数据（1）中心的资源容量中心的资源容量（2）阻碍限度阻碍限度即资源流出或流向该中心所能克服的最大累积阻碍；（3）延迟量延迟量表达该中心相对于其它中心进行资源分配的优先程度。6、与站点相关的数据与站点相关的数据与站点相关的数据一般有传输量，即资源装卸量、阻碍

15、强度。二、常规的网络分析功能二、常规的网络分析功能 常规网络分析功能有:路径分析资源分配连通分析流分析选址1、路径分析其核心是最佳路径和最短路径的求解。路径分析包括：最佳路径最短路径网线最佳游历方案结点最佳游历方案（1）最佳路径在指定网络中两结点间找一条阻碍强度最小的路径，最佳路径的产生基于网线和结点转角的阻碍强度。例如：救护车需要了解从医院到病人家里走哪条路最快，此时阻碍强度为预先设定的通过网线或在结点处转弯所花费的时间；又比如，旅客往往要在众多航线中找到费用最小的中转方案，此时阻碍强度就应该是费用。（2）最短路径当网线在顺逆两个方向上的阻碍强度都是该网线的长度，而结点无转角数据（阻碍强度）

16、或转角数据为零，最佳路径就成为最短路径。（3）网线最佳游历方案给定一个网线集合和一个结点，求解最佳路径，使之由指定结点出发至少经过每条网线一次而回到起始结点。例如：警察需要了解巡查完他担任巡逻的各个街道的最有效线路。（4）结点最佳游历方案给定一个起始结点、一个终止结点和若干中间结点，求解最佳路径使之由起始点出发遍历全部中间结点而到达终点。例如：推销员可以利用求解结果，以尽可能最少的旅程遍访其所分配的每一座城市。2、资源分配就是为网络中的网线和结点寻找最近（远近按阻碍强度的大小来确定）的中心（资源发散或汇集地）。例如：资源分配能为城市中的每一条街道上的学生确定最近的学校；为水库提供其供水区等等。

17、资源分配根据中心容量以及网线和结点的需求将网线和结点分配给中心，分配是沿最佳路径进行的。当网络元素被分配给某个中心，该中心拥有的资源量就依据网络元素的需求而缩减，当中心的资源耗尽，分配就停止。3、连通分析欲知道从某一结点或网线出发能够到达的全部结点或网线，这一类问题称为连通分量求解。例如：当地震发生时，救灾指挥部需要知道，把所有被破坏的公路和桥梁考虑在内，救灾物质能否从集散地出发送到每个居民点，如果有若干居民点与物质集散地不在一个连通分量之内，指挥部就不得不采用特殊的救援方式（如派遗直升机）。4、流分析所谓流，就是将资源由一个地点运送到另一个地点。流分析的问题主要是按照某种最现化标准（如时间最

18、少、费用最低、路程最短或运送量最大等）设计运送方案。为了实施流分析，就要根据最优化标准的不同扩允网络模型。要把中心分为发贷中心和收贷中心，分别代表资源运送的起始点和目标点。这时发货中心的容量就代表待运送资源量，收货中心的容量代表它所需的资源量。网线的相关数据也要扩允，如果最优化标准是运送量最大，就要设定网线的传输能力；如果目标是使用费用最低，则要为网线设定传输费用（在该网线上运送一个单位的资源所需的费用。）5、选址该功能涉及在某一指定区域内选择服务性设施的位置。例如：市郊商业区、消防站、工厂、飞机场、仓库等的最佳位置的确定。在网络分析中的选址问题一般限定设施必须位于某个结点或位于某条网线上，或者限定在若干候选地点中选择位置。存在种类繁多的选址问题，实现方法和技巧也多种多样，不同GIS系统在这方面各有特色。造成这种多样性的原因主要在于：对“最佳位置”的