大学测量PPT课件：5 空间数据查询与分析 and DEM

1、第五章第五章 空间数据查询与分析空间数据查询与分析现实世界真实模型现实世界真实模型空间数据模型空间数据模型空间数据结构空间数据结构数据库：空间数据物数据库：空间数据物理结构理结构空间数据复原空间数据复原空间数据处理空间数据处理空间数据查询空间数据查询空间数据分析空间数据分析gis5.1 gis 空间查询的概念空间查询的概念5.2 空间数据处理、分析的技术方法空间数据处理、分析的技术方法5.3 空间分析的模型方法空间分析的模型方法5.4 gis在自然资源和环境领域中的应用在自然资源和环境领域中的应用5.5 专家系统专家系统查询条件查询条件查询结果查询结果查询结果查询结果查询方式查询方式 图形图形

2、-属性属性图形图形-属性属性空间数据库空间数据库gisgis软件软件空间查询语言空间查询语言空间数据库空间数据库gisgis软件软件空间查询语言空间查询语言统计结果：统计结果： 图、表、文字图、表、文字新图层新图层新的属性域添加到新的属性域添加到属性数据库属性数据库 闪烁、颜色等明显闪烁、颜色等明显表示表示 统计结果：统计结果： 图、表、文字图、表、文字新图层新图层新的属性域添加到新的属性域添加到属性数据库属性数据库 闪烁、颜色等明显闪烁、颜色等明显表示表示 属性限制属性限制空间拓扑限制空间拓扑限制二者结合二者结合属性限制属性限制空间拓扑限制空间拓扑限制二者结合二者结合应用举例应用举例:（1）

3、为一家新开设的银行选址。要求：）为一家新开设的银行选址。要求：1、远离目前存在的银行、远离目前存在的银行;2、附近有大量的人口数量、附近有大量的人口数量;3、结果以矢量数据的文件形式输出。、结果以矢量数据的文件形式输出。一、一、gis 空间查询的概念空间查询的概念应用举例应用举例: （2 2）某公司制订销售计划，拟定建立一个商品展）某公司制订销售计划，拟定建立一个商品展销馆，用销馆，用gisgis方法选择馆址。条件方法选择馆址。条件: : (1) (1) 馆址坐落的城市人口超过馆址坐落的城市人口超过8000080000人以上；人以上；(2) (2) 该城市距该公司地区仓储中心亚特兰大，或该城市

4、距该公司地区仓储中心亚特兰大，或乔治亚距离为卡车一天路程；乔治亚距离为卡车一天路程；(3) (3) 该展销馆应设在该公司去年商品销售量较弱该展销馆应设在该公司去年商品销售量较弱的地方。的地方。定位查询定位查询分层查询分层查询区域查询区域查询条件查询条件查询空间关系查询空间关系查询最基本的查询功能，可查询图最基本的查询功能，可查询图形与属性数据形与属性数据二、查询方式二、查询方式查询分层存放的图形与查询分层存放的图形与属性数据属性数据定位查询定位查询分层查询分层查询区域查询区域查询条件查询条件查询空间关系查询空间关系查询定位查询定位查询分层查询分层查询区域查询区域查询条件查询条件查询空间关系查询

5、空间关系查询查询区域内的图形与属查询区域内的图形与属性数据性数据定位查询定位查询分层查询分层查询区域查询区域查询条件查询条件查询空间关系查询空间关系查询根据条件表达或查询根据条件表达或查询图形与属性数据图形与属性数据select * from city where population300000定位查询定位查询分层查询分层查询区域查询区域查询条件查询条件查询空间关系查询空间关系查询又称拓扑查询，面与面，又称拓扑查询，面与面，线与线，点与点，点与线，线与线，点与点，点与线，点与面，线与面点与面，线与面三、查询过程分为三种类型：三、查询过程分为三种类型：1.根据数据库中的数据及信息，直接回答人们

6、根据数据库中的数据及信息，直接回答人们的问题；的问题；2.通过逻辑表达式完成查询；通过逻辑表达式完成查询；3.根据现有数据模型，构造复杂模型，回答更根据现有数据模型，构造复杂模型，回答更为为“复杂复杂”的问题的问题 。gisgis查询的例子（查询的例子（1 1） ：为某城市建立新银行选择地址为某城市建立新银行选择地址人口密度专题图人口密度专题图(popden)银行位置专题图银行位置专题图(bank.shp)街区专题图街区专题图(street.shp)1、查询提取私人、查询提取私人储蓄额高于储蓄额高于10000000的银行。的银行。2、计算生成距、计算生成距离远近分布图。离远近分布图。3、根据距

7、离和人中、根据距离和人中密度专题图层，查询密度专题图层，查询提取远离已有银行提取远离已有银行500且人口密度大于且人口密度大于3000的区域。的区域。4、将提取的栅格、将提取的栅格图层转为矢量图层，图层转为矢量图层，并与街区专题图进并与街区专题图进行叠加显示。行叠加显示。gis查询的例子（查询的例子（2） ：了解土壤各部分钾的含量，以确定施肥量的多少。了解土壤各部分钾的含量，以确定施肥量的多少。数据文件：数据文件：土壤养分分布（土壤养分分布（soilmap.shp）农场边界（农场边界（thefarm.shp）利用土壤养分文利用土壤养分文件插值创建钾含件插值创建钾含量表面量表面查询钾含量低于查询

8、钾含量低于300的区域的区域将栅格专题图转将栅格专题图转换成矢量专题图换成矢量专题图空间分析是基于地理对象的位置和形态特征的空间数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，是从地理信息系统目标之间的空间关系据分析技术，是从地理信息系统目标之间的空间关系中获取派生的信息和新的知识，包括了诸如数据格式中获取派生的信息和新的知识，包括了诸如数据格式转换、多边形叠合等操作和按一定模式关系进行的各转换、多边形叠合等操作和按一定模式关系进行的各种数据运算（算术、关系、逻辑、函数运算）。种数据运算（算术、关系、逻辑、函数运算）。根据根据确定的分析模式，提高分析评价、管理与决策的能力，确定的分

9、析模式，提高分析评价、管理与决策的能力，这是地理信息系统的核心功能，是地理信息系统区别这是地理信息系统的核心功能，是地理信息系统区别于计算机制图系统的显著标志之一。于计算机制图系统的显著标志之一。5.2 空间数据分析空间数据分析 空间分析模型是指空间分析模型是指用于用于gisgis空间分析的数学模型，是在空间分析的数学模型，是在gisgis空间数据基础上建立起来的模型，是通过作用于原空间数据基础上建立起来的模型，是通过作用于原始数据和派生数据的一组顺序的、交互的空间分析操始数据和派生数据的一组顺序的、交互的空间分析操作命令，对一个空间决策过程进行的模拟。作命令，对一个空间决策过程进行的模拟。地

10、理信息地理信息系统具有的各种应用模型，是判别一个系统优劣的重系统具有的各种应用模型，是判别一个系统优劣的重要标志，也是空间分析的基础。要标志，也是空间分析的基础。 空间分析内容包括：空间量算、缓冲区分析、叠置分空间分析内容包括：空间量算、缓冲区分析、叠置分析、网络分析、空间插值、统计分析、地形分析等。析、网络分析、空间插值、统计分析、地形分析等。l几何量算线的长度，面状地物的面积l形状量算l质心量算l距离量算（一）空间量算（一）空间量算（二）叠加分析（二）叠加分析将同一空间上多个图层的不将同一空间上多个图层的不同含义的地理要素的重合点同含义的地理要素的重合点之间进行分析处理。之间进行分析处理。

11、分为三类：分为三类：1. 视觉叠加视觉叠加 将不同含义的图层经空间将不同含义的图层经空间配准后叠加显示在屏幕或图配准后叠加显示在屏幕或图件上，研究者通过目视获取件上，研究者通过目视获取更多的空间信息更多的空间信息 ，不产生新，不产生新的图层。的图层。（1）点、线、面状专题图之间的叠加显示；）点、线、面状专题图之间的叠加显示；例例1 a居民区居民区 b污染分级区污染分级区 c叠加区叠加区 ab c ab c 4 1 3 2例例2.将旅游景点图，地形图，交通图与游人位置叠加，将旅游景点图，地形图，交通图与游人位置叠加，帮助游人确定位置。帮助游人确定位置。（2）dem与专题图叠加显示立体专题图；与专

12、题图叠加显示立体专题图；如把稀有树种分布图与如把稀有树种分布图与dem图叠合图叠合（3）dem与遥感图像的叠加，遥感影像与专题图与遥感图像的叠加，遥感影像与专题图之间的叠加。之间的叠加。可解决可解决“异物同谱异物同谱”现象现象 4 1 3 2（1）点与多边形叠加）点与多边形叠加（point-in-polygon overlay） 通过坐标计算点层中的矢量点与面层中的多通过坐标计算点层中的矢量点与面层中的多边形的包含关系，确定每个多边形内有多少边形的包含关系，确定每个多边形内有多少个点，同时将多边形的属性连接到点上。个点，同时将多边形的属性连接到点上。2.矢量图层叠加矢量图层叠加：矢量图层之间的

13、叠加生成新：矢量图层之间的叠加生成新的图层的图层分两步：图层叠加后求交、拓扑生成和属性分两步：图层叠加后求交、拓扑生成和属性处理处理pointa1a2polyb11a2c3b1 1a ab b2 23 3c c点与多边形叠加点与多边形叠加（2）线与多边形叠加）线与多边形叠加（line-in-polygon overlay）通过计算比较线上坐标与多边形弧段坐标通过计算比较线上坐标与多边形弧段坐标的关系，判断线是否落在多边形内。通常的关系，判断线是否落在多边形内。通常是计算线与多边形的交点，只要相交则产是计算线与多边形的交点，只要相交则产生一个结点，将原线分成一条条弧段；并生一个结点，将原线分成一

14、条条弧段；并将原线和多边形的属性信息一起赋给新弧将原线和多边形的属性信息一起赋给新弧段。并产生一个新图层段。并产生一个新图层每条线被它穿过每条线被它穿过的多边形分成新弧段的图层。的多边形分成新弧段的图层。1 12 23 3b b1 13 34 42 2a aline idold idpoly11a21b32b43b线与多边形叠加线与多边形叠加（3）多边形的叠加）多边形的叠加（polygon-on-polygon overlay）两个或多个面状图层进行叠加产生一个两个或多个面状图层进行叠加产生一个新多边形图层的操作。先对两个或多个新多边形图层的操作。先对两个或多个不同图层多边形的弧段求交，然后拓

15、扑不同图层多边形的弧段求交，然后拓扑生成新的多边形图层，新图层综合了原生成新的多边形图层，新图层综合了原来两层或多层的属性。来两层或多层的属性。坡向坡向id坡向坡向a阳坡阳坡b阴坡阴坡地类地类id地类地类1林地林地2农田农田3草地草地id坡向坡向id坡向坡向地类地类id属性属性a1a阳坡阳坡1林地林地a2a阳坡阳坡2农田农田a3a阳坡阳坡3草地草地b1b阴坡阴坡1林地林地b3b阴坡阴坡3草地草地 + +a ab b1 13 32 2a1a1b3b3a2a2 a3a3b1b1= =3. 栅格图层叠加栅格图层叠加（1）“点对点点对点”的叠加运算（单点变换的叠加运算（单点变换 ）概念概念：只将对应栅

16、格单元的属性作某种运算得到新：只将对应栅格单元的属性作某种运算得到新图层属性，而不受其邻近点的属性值的影响。图层属性，而不受其邻近点的属性值的影响。包括算数运算、布尔运算、统计运算等。包括算数运算、布尔运算、统计运算等。参与叠加的各图层必须是存在数学意义时才能进行参与叠加的各图层必须是存在数学意义时才能进行数学运算。数学运算。算法原理：算法原理： 赋常数赋常数 提取提取 加法加法 覆盖覆盖 减法减法 分类分类 逻辑组合逻辑组合（2）“掩膜掩膜”（cover）叠加操作）叠加操作在叠加图层中，如果必须要求有一个图层只起决在叠加图层中，如果必须要求有一个图层只起决定叠加运算的范围和边界的作用，不参与

17、空间变定叠加运算的范围和边界的作用，不参与空间变量的函数运算，而由其它叠加图层的空间变量进量的函数运算，而由其它叠加图层的空间变量进行运算，来作为新图层的值。行运算，来作为新图层的值。（3）“相交相交”（intersection）叠加操作）叠加操作参与叠加的图层各有自己的分类属性，这些属性参与叠加的图层各有自己的分类属性，这些属性彼此彼此“相交相交”组合，形成新的分类属性，其结果组合，形成新的分类属性，其结果产生新的图层。产生新的图层。111 11112222333351111211111442572输入栅格输入栅格ingrid1输入栅格输入栅格ingrid2操作操作outgrid=ingri

18、d1+ingrid2 输出栅格输出栅格outgrid代数叠加代数叠加1 1）类型叠置）类型叠置：获取新的类型：获取新的类型 2 2）数量统计）数量统计: : 即计算某一区域内的类型和面积即计算某一区域内的类型和面积 3 3）动态分析：进行不同时段动态对比分析）动态分析：进行不同时段动态对比分析 4 4）益本分析：效益成本分析）益本分析：效益成本分析 5 5）几何提取；提取符合条件的地物）几何提取；提取符合条件的地物 缓冲区分析是地理信息系统重要的和基本的空缓冲区分析是地理信息系统重要的和基本的空间分析功能之一。如制定自然保护区时，要求间分析功能之一。如制定自然保护区时，要求在距保护区一定范围内

19、规定出禁止砍伐树木，在距保护区一定范围内规定出禁止砍伐树木，就需要用缓冲区来实现。应用缓冲区操作生成就需要用缓冲区来实现。应用缓冲区操作生成的缓冲区多边形将构成新的数据层，这个新的的缓冲区多边形将构成新的数据层，这个新的数据层就是需要的有用的信息。数据层就是需要的有用的信息。 点要素的缓冲区点要素的缓冲区原理原理 通常是以点为圆心、一定距离为半径画圆通常是以点为圆心、一定距离为半径画圆图例图例矢量点的缓冲区：矢量点的缓冲区：如建立污染源缓冲区，该区不能有饮用水源通过如建立污染源缓冲区，该区不能有饮用水源通过 原理 分别对每个顶点和每条边生成缓冲区，分别对每个顶点和每条边生成缓冲区，然后对这些缓

20、冲区进行叠置操作。通常然后对这些缓冲区进行叠置操作。通常形成以线为中心轴线、距其一定距离的形成以线为中心轴线、距其一定距离的平行条带多边形平行条带多边形 图例图例公路噪声污染，在公路两侧建立缓冲区，该区内不公路噪声污染，在公路两侧建立缓冲区，该区内不建立居民区；为防止水土流失，河流两侧建立缓冲建立居民区；为防止水土流失，河流两侧建立缓冲区，该区内森林不许砍伐区，该区内森林不许砍伐 线的窄缓冲区线的窄缓冲区线的宽缓冲区线的宽缓冲区原理原理 面要素的缓冲区，通常是以面的闭合线面要素的缓冲区，通常是以面的闭合线为基础、向内或向外生成的距其一定距为基础、向内或向外生成的距其一定距离的多边形。离的多边形

21、。图例图例如环城封闭高速公路，周围一定范围内无小学校；如环城封闭高速公路，周围一定范围内无小学校；湖泊周围一定范围内为水源涵养林，限砍。湖泊周围一定范围内为水源涵养林，限砍。建立缓冲区时出现图形重叠应处理建立缓冲区时出现图形重叠应处理 原图原图 缓冲区生成过程缓冲区生成过程 生成后的缓冲区生成后的缓冲区缓冲区分析应用缓冲区分析应用缓冲区分析应用缓冲区分析应用（四）网络分析操作（四）网络分析操作 1、定义：网络由一组线状要素（一系列联结、定义：网络由一组线状要素（一系列联结的弧段）相互联结组成的，是物质、信息流的弧段）相互联结组成的，是物质、信息流通的通道，非计算机网络。通的通道，非计算机网络。

22、2 2、网络基本要素：、网络基本要素： 1 1）结点：网络中任意两条线段的交点。）结点：网络中任意两条线段的交点。 2 2）链：连通路线，连结两点的段要素。）链：连通路线，连结两点的段要素。3）转弯：从一条链上经结点转向另一条链。）转弯：从一条链上经结点转向另一条链。 4）停靠点（站点）：网络中资源的上、下结点。）停靠点（站点）：网络中资源的上、下结点。 5）中心：收发资源的结点处的设施。）中心：收发资源的结点处的设施。 6）障碍：资源不能通过的结点。）障碍：资源不能通过的结点。 3、应用、应用1）查找路径）查找路径 最短路径或最佳路径最短路径或最佳路径 动态最佳路径分析动态最佳路径分析2）选

23、择最佳位置）选择最佳位置 选择最佳位置选择最佳位置 确定最佳服务范围确定最佳服务范围3）爆管分析）爆管分析1）查找路径）查找路径最短路径：最短路径：确定起点、终点和要经过的中间点、确定起点、终点和要经过的中间点、中间连线，求最短路径或最佳路径。中间连线，求最短路径或最佳路径。动态最佳路径：动态最佳路径：实际网络中权值是随权值关系式实际网络中权值是随权值关系式变化的，可能还会临时出现一些障碍点，需要动变化的，可能还会临时出现一些障碍点，需要动态计算最佳路径。态计算最佳路径。距离：距离： 欧氏距离：常常无法解决问题欧氏距离：常常无法解决问题 成本或时间问题：更能解决问题成本或时间问题：更能解决问题

24、成本距离受障碍和空间影响成本距离受障碍和空间影响障碍障碍 绝对阻尼：两点之间距离无限远绝对阻尼：两点之间距离无限远 相对阻尼：某种情况下，距离并非无限远相对阻尼：某种情况下，距离并非无限远例：交通运输中从例：交通运输中从a点到点到b点的最短路径是最佳路径？点的最短路径是最佳路径？答：不一定。答：不一定。道路：上坡、下坡、质量、车流量等。道路：上坡、下坡、质量、车流量等。加权最短距离：时间最短距离加权最短距离：时间最短距离 路线最短距离路线最短距离 成本最短距离成本最短距离路径长度：路径上各边的加权值之和。路径长度：路径上各边的加权值之和。2）选择最佳位置）选择最佳位置 选择最佳位置选择最佳位置

25、 确定最佳服务范围确定最佳服务范围3）爆管分析）爆管分析定义定义管网中某一点出现故障后，分析应关闭的阀门和影响的管段、管网中某一点出现故障后，分析应关闭的阀门和影响的管段、用户区域等。水、油、气等物质网络上管道或点设备（用户区域等。水、油、气等物质网络上管道或点设备（阀阀门、门、仪表等）发生故障的分析问题。仪表等）发生故障的分析问题。 目的目的 对该点断流，即检索出全部与该点直接相连的各种断流设备对该点断流，即检索出全部与该点直接相连的各种断流设备 算法算法 基于矢量数据的爆管算法基于矢量数据的爆管算法 基于栅格数据的爆管算法基于栅格数据的爆管算法4）最佳游历方案的求解）最佳游历方案的求解弧段

26、最佳游历方案求解（中国邮递员问题）弧段最佳游历方案求解（中国邮递员问题） ：给定：给定一个边的集合和一个结点，使之由指定结点出发至一个边的集合和一个结点，使之由指定结点出发至少经过每条边一次而回到起始结点。少经过每条边一次而回到起始结点。结点最佳游历方案求解（旅行推销员问题）：给定结点最佳游历方案求解（旅行推销员问题）：给定一个起始结点、一个终止结点和若干中间结点，求一个起始结点、一个终止结点和若干中间结点，求解最佳路径，使之由起点出发遍历（不重复）全部解最佳路径，使之由起点出发遍历（不重复）全部中间结点而到达终点。中间结点而到达终点。18世纪，东普鲁土的哥尼斯城堡中有七座桥，当时有人提出：世

27、纪，东普鲁土的哥尼斯城堡中有七座桥，当时有人提出：怎样才能一次走遍七座桥，不重复，最后返回出发点。怎样才能一次走遍七座桥，不重复，最后返回出发点。1736年，大数学家欧拉用数学方法严格证明了这个问题提出年，大数学家欧拉用数学方法严格证明了这个问题提出的走法是不可能的。的走法是不可能的。一笔画问题在设计最短邮路、送货路线、洒水车线路等问题一笔画问题在设计最短邮路、送货路线、洒水车线路等问题中都有实际应用。中都有实际应用。（五、六）（五、六）常规统计分析主要完成对数据集合的均值、总和、方差、频数、峰度系数等参数的统计分析。空间自相关分析是认识空间分布持征、选择适宜的空间尺度来完成空间分析的最常用的

28、方法。2、空间自相关分析、空间自相关分析1、常规统计分析、常规统计分析对于对于空间自相关分析，空间自相关分析，目前普遍使用空间自相关系数表示，其计算公式如下i =nwijwij ( xi x )( xj x )xi x*其中其中:n 表示空间实体数目；xi 表示空间实体的属性值； x 是 xi 的平均值；wij 表示实体 i 与 j 的空间关系，它通过拓扑关系获得。 wij1表示空间实体 i 与 j 相邻； wij 0表示空间实体 i 与 j 不相邻。i 的值介于 1 与 1 之间： i1 表示空间自正相关，空间实体呈聚合分布； i-1 表示空间自负相关，空间实体呈离散分布； i0 表示空间实

29、体是随机分布的。 回归分析是处理变量之间具有相关关系的一种数理统计方法。实际上，回归分析和相关分析都是研究和处理变量之间具有相互关系的一种数理统计方法，但它们之间既有联系，又有区别。在研究对象和内容上两者是相同的，但相关分析主要是研究要素之间的密切程度，并没有严格的自变量和因变量之分；而回归分析则主要是研究变量之间的数学表达形式，因而有自变量和因变量之分，可以通过自变量的值来预测、内插因变量的取值。从这里可以看出，回归分析有预测的性质。3 3、回归分析、回归分析回归分析的主要内容可概括如下：(1)从一组空间数据出发，确定这些变量间的定量数学表达式，即回归方程；(2)根据一个或几个变量的值来预测

30、或控制另一个变量的取值；(3)从影响某一地学过程的许多变量中，找出那些变量是主要的，那些变量是次要的，这些变量之间又有什么关系。根据变量的多少，可以把回归分析分为一元回归模型和多元回归模型。变量之间的关系有的是线性关系，有的是非线性关系。4 4、趋势分析趋势分析 通过数学模型模拟地理特征的空间分布与时间过程，将地理要素时空分布的实测数据点之间的不足部分内插或预测出来。 趋势面是一个光滑的数学曲面，它能够集中地反映空间数据在大范围内的变化趋势。趋势面与实际地学变量构成的空间曲面不同，它只是实际曲面的一种近似值。即实际曲面等于趋势面与残差面之和。 实际曲面=趋势面+残差面 趋势面反映了区域性的变化

31、规律，它受大范围内系统性因素的控制；残差曲面则反映了局部性的变化特点，这些特点受局部性因素和随机因素的控制。 用于计算趋势面的数学表达式有多项式函数和傅立叶级数之分。最常用的是多项式函数。 按多项式函数中自变量的个数，可分为一维、二维、三维趋势面拟合等种类，每一类又可按多项式的系数分为一次、二次、三次、四次、五次等趋势面。 在实际工作中，二维趋势面是一种最常用的方法。趋势面分析的数学表达式v将相关的影响因素按其相对重要性排队，给出各因素所占的权重值；v对每一要素内部进行进一步分析，按其内部的分类进行排队，按各类对结果的影响给分，从而得到该要素内各类别对结果的影响量；v最后系统进行复合，得出排序

32、结果。以表示对结果影响的优劣程度，作为决策的依据。5 5、专家打分模型专家打分模型其数学表达式为：式中，式中， gp表示p点的最终复合结果值； wi表示第i个要素的权重； cip表示第i个要素在p点的类别的专家打分分值。gp = wicip打分：打分：用户首先在每个feature的属性表里增加一个数据项，填入专家赋给的相应的分值；复合：复合：调用加权符合程序，根据用户对各个 feature 给定的权重值进行叠加得到最后的结果。专家打分模型实现专家打分模型实现概念概念 主成分分析是以取样点作为坐标轴，以变量作为矢量，通过相似系数建立相关矩阵，研究变量之间的亲疏关系。方法方法 利用变量之间的相关矩

33、阵，通过由用户确定的阈值，从数据库变量集合中选择一定数量的关键独立变量，以消除其他冗余变量。这种方法克服了变量选择时的冗余和相关,然后选择信息最丰富的少数因子进行各种聚类分析。6 6、主成分分析法主成分分析法计算方法计算方法设有m个样本，n个变量，构造矩阵其斜方差方阵只为对称矩阵 使得 y1 ， y2，yn互不相关，r矩阵的特征值越大，该主成分的贡献越大，因而可以选择累计贡献百分比在一定阈值以内的若干因子作为主因子参加分析运算。用jacobi方法找出线性变换7 7、层次分析法层次分析法( (ahp) 概念概念 在分析涉及大量相互关联、相互制约的复杂因素时，各因素对问题的分析有着不同程度的重要性

34、，决定它们对目标的重要性序列对问题的分析十分重要。 ahp方法把相互关联的要素按隶属关系划分为若干层次，请有经验的专家们对各层次各因素的相对重要性给出定量指标，利用数学方法，综合众人意见给出各层次各要素的相对重要性权值，作为综合分析的基础。 8 8、聚类分析聚类分析 概念概念 变量聚类分析就是将一组数据点或变量，按照其在性质上亲疏远近的程度进行分类。 两个数据点在m维空间的相似性可以利用这些点在变量空间的距离来度量。一般距离采用欧氏距离或马氏距离。距离越小，表明两者的相似性越大。应用应用 系统聚类是根据多种地学要素对地理实体进行划分，对不同的要素划分类别往往反映不同目标的等级序列，如土地分等定

35、级、水土流失强度分级等。概念概念 判别分析与聚类分析同属分类问题，所不同的是，判别分析是根据理论与实践，预先确定出等级序列的因子标准，再将分析的地理实体安排到序列的合理位置上。 常规的判别分析主要有距离判别法和bayes最小风险判别法等。应用应用 对于诸如水土流失评价、土地适宜性评价等有一定理论根据的分类系统的定级问题比较适用。9 9、判别分析判别分析4. 应用：土地适宜性评价应用：土地适宜性评价1）目的：）目的：找出适宜耕种的地区找出适宜耕种的地区2）标准：）标准： 道路沿线道路沿线300m范围内不能种值；范围内不能种值； 河流沿线河流沿线500m范围内不能种植。范围内不能种植。3）准备数据

36、：）准备数据： 道路分布图道路分布图 河流分布图河流分布图 森林分布图森林分布图 4）空间操作）空间操作河流河流道路道路buffer500mbuffer300m河流缓冲区河流缓冲区道路缓冲区道路缓冲区overlay叠置层叠置层林地林地overlay适宜区域适宜区域空间决策支持空间决策支持-gis空间分析的主要目的空间分析的主要目的1 1、空间决策支持定义、空间决策支持定义 是应用空间分析的各种手段对空间数据进是应用空间分析的各种手段对空间数据进行处理变换，以提取隐含于空间数据中的某些行处理变换，以提取隐含于空间数据中的某些事实和关系，并以图形和文字的形式直观地加事实和关系，并以图形和文字的形式

37、直观地加以表示，为现实世界中的各种应用提供科学、以表示，为现实世界中的各种应用提供科学、合理的支持。合理的支持。 2、gis解决空间问题的一般步骤解决空间问题的一般步骤 1）明确目的、要求；）明确目的、要求； 2）收集（准备）数据并建库）收集（准备）数据并建库; 3）确定）确定gis空间分析步骤；空间分析步骤； 4）输出结果）输出结果 ；例例1 1：道路拓宽改建过程中的拆迁指标计算：道路拓宽改建过程中的拆迁指标计算 1 1）明确分析的目的和标准）明确分析的目的和标准 目的目的：计算由于道路拓宽而需拆迁的建筑物的面积和：计算由于道路拓宽而需拆迁的建筑物的面积和 房产价值。房产价值。 2 2）准备

38、进行分析的数据）准备进行分析的数据 涉及两类信息：涉及两类信息： a、现状道路图；、现状道路图； b、分析区域内建筑物分布图及相关的信息；、分析区域内建筑物分布图及相关的信息； 3、空间决策支持的实例、空间决策支持的实例 3 3）进行空间操作）进行空间操作 a) a) 选择拟拓宽的道路，建立道路的缓冲区。选择拟拓宽的道路，建立道路的缓冲区。 b) b) 将此缓冲区与建筑物层数据进行拓扑叠加，产生一幅新图将此缓冲区与建筑物层数据进行拓扑叠加，产生一幅新图 4 4）进行统计分析）进行统计分析 a) 对全部或部分位于拆迁区内的建筑物进行选择对全部或部分位于拆迁区内的建筑物进行选择 b) 对所有需拆迁

39、的建筑物进行拆迁指标计算。对所有需拆迁的建筑物进行拆迁指标计算。 5 5）将分析结果以地图或表格的形式打印输出）将分析结果以地图或表格的形式打印输出 例例2 2：辅助建筑项目选址：辅助建筑项目选址 1 1）建立分析的目的和标准）建立分析的目的和标准 目的：确定一些具体的地块，作为一个轻度污染工厂目的：确定一些具体的地块，作为一个轻度污染工厂 的可能建设位置。的可能建设位置。 2 2）从数据库中提取用于选址的数据）从数据库中提取用于选址的数据 a、全市所有地块信息的数据层；、全市所有地块信息的数据层； b、全市公共设施的分布图。、全市公共设施的分布图。 3 3）进行特征提取和空间拓扑叠加）进行特

40、征提取和空间拓扑叠加 从地块图中提取满足条件的地块，并与公共设施层数据从地块图中提取满足条件的地块，并与公共设施层数据进行叠加。进行叠加。 4 4）进行邻域分析）进行邻域分析 对叠加结果进行邻域分析和特征提取，去掉周围有幼儿对叠加结果进行邻域分析和特征提取，去掉周围有幼儿园、学校等公共设施的地块，选择满足要求的地块。园、学校等公共设施的地块，选择满足要求的地块。 5 5）将选择的地块及相关信息以地图和表格的形式打印）将选择的地块及相关信息以地图和表格的形式打印输出。输出。 条件条件:n通常用于适宜性分析和脆弱性分析通常用于适宜性分析和脆弱性分析 n例一、森林保护区土地利用研究例一、森林保护区土

41、地利用研究 l 参数确定参数确定 n土壤条件、陡坡、洪涝土壤条件、陡坡、洪涝 n靠近水体、湿地等非点源污染靠近水体、湿地等非点源污染 n公路和开发区公路和开发区 n野生动物栖息地野生动物栖息地 n美学影响美学影响 l过程过程 n对每个参数按环境成本对每个参数按环境成本/开发约束从开发约束从1到到5排序排序 n对每个参数制作格网并进行叠加对每个参数制作格网并进行叠加 n取出每个参数的最大值作为输出值取出每个参数的最大值作为输出值 n从输出格网中选择低值区作为保护区域从输出格网中选择低值区作为保护区域例例4 4：土地适宜性评价：土地适宜性评价一、dem的基本概念二、dem的表示方法 三、dem数据

42、获取和采样方法 四、dem的主要用途 五、dem的可视化 （一）（一）地形表达的方法地形表达的方法 （二）数字高程模型的概念数字高程模型的概念 （三）demdem与传统地形图比较与传统地形图比较 （四）demdem的数学表达的数学表达 （五）demdem数据的分布特征数据的分布特征 1.1.绘图绘图2.2.地图地图3.3.摄影摄影4.4.摄像摄像5.5.三维图三维图6.6.demdem与三维表达与三维表达l人们一直在探索并希望用一种既方便又准确的人们一直在探索并希望用一种既方便又准确的方法来表达实际地表现象，最早的是绘画，它方法来表达实际地表现象，最早的是绘画，它能粗略地反映所见到的地形景观，

43、反映的是形能粗略地反映所见到的地形景观，反映的是形态特征和色彩特征，但定量的描述有限；态特征和色彩特征，但定量的描述有限；l地图也使古老而有效的表达地表现象的方式，地图也使古老而有效的表达地表现象的方式，它是记录和传达关于自然世界、社会和人文它是记录和传达关于自然世界、社会和人文的位置与空间特性信息的工具，等高线地形的位置与空间特性信息的工具，等高线地形图是用来描述地貌形态，地图有数学法则性、图是用来描述地貌形态，地图有数学法则性、制图综合性、内容符号性，现代地图的最大制图综合性、内容符号性，现代地图的最大优点是具有可量测性。优点是具有可量测性。l与各种线划图形相比，影像无疑具有更大的优与各种

44、线划图形相比，影像无疑具有更大的优点，细节丰富、成像快速、直观逼真，点，细节丰富、成像快速、直观逼真，18491849年年开始出现了利用地面摄影相片进行地形图的编开始出现了利用地面摄影相片进行地形图的编绘。航空摄影由于周期短、覆盖面广、现势性绘。航空摄影由于周期短、覆盖面广、现势性强，利用多张具有一定重叠度的相片还能够重强，利用多张具有一定重叠度的相片还能够重建世纪地形的立体模型，并可以进行精确的三建世纪地形的立体模型，并可以进行精确的三维量测。维量测。l2020世纪世纪6060年代初，遥感技术的兴起，遥感技术除年代初，遥感技术的兴起，遥感技术除了是用黑白摄像机，彩色或才红外摄影机、全景了是用

45、黑白摄像机，彩色或才红外摄影机、全景摄影机、红外扫描一、多光谱扫描仪、雷达、摄影机、红外扫描一、多光谱扫描仪、雷达、ccdccd推扫式行扫描仪和矩阵数字摄影机等，能提推扫式行扫描仪和矩阵数字摄影机等，能提供更丰富的影像信息。供更丰富的影像信息。l由于客观世界的丰富多彩，千姿百态，用二位空由于客观世界的丰富多彩，千姿百态，用二位空间的表达寓所表示的三维现实世界之间，有着不间的表达寓所表示的三维现实世界之间，有着不可逾越的鸿沟，因此学者们一直致力于地形图的可逾越的鸿沟，因此学者们一直致力于地形图的立体表示，试图寻求到一种既能符合人们的视觉立体表示，试图寻求到一种既能符合人们的视觉生理习惯，又能恢复

46、真是地形世界的方法。曾先生理习惯，又能恢复真是地形世界的方法。曾先后出现过后出现过写景法、地貌晕渲法、分层设色法写景法、地貌晕渲法、分层设色法等，等，但这些缺乏严密的数学理论以及复制复杂而使其但这些缺乏严密的数学理论以及复制复杂而使其应用受到很大局限。应用受到很大局限。l2020世纪中叶，计算机、现代数学与计算机图形学世纪中叶，计算机、现代数学与计算机图形学的发展，各种数字的地形表达方式得到迅猛发展。的发展，各种数字的地形表达方式得到迅猛发展。借助于数字地形表达，现实世界的三维特征能够借助于数字地形表达，现实世界的三维特征能够得到充分而真实地再现。得到充分而真实地再现。l模型是对现实世界的一种

47、抽象，用来表现其他事物的一个模型是对现实世界的一种抽象，用来表现其他事物的一个对象或概念，是按照比例所缩减转变到我们能够理解的形对象或概念，是按照比例所缩减转变到我们能够理解的形式的事物本体，模型分概念模型、物质模型、数学模型：式的事物本体，模型分概念模型、物质模型、数学模型：l概念模型是基于个人的经验与只是在大脑中形成的关于状概念模型是基于个人的经验与只是在大脑中形成的关于状况或对象的模型；况或对象的模型；l物质模型通常是一个模拟的模型，如三维立体模型；物质模型通常是一个模拟的模型，如三维立体模型；l数学模型一般实际与数字系统的定量模型，根据问题的确数学模型一般实际与数字系统的定量模型，根据

48、问题的确定性和随机性数学模型又有函数模型和随机模型之分。定性和随机性数学模型又有函数模型和随机模型之分。l数字高程模型是新一代的地形图，地貌和地物数字高程模型是新一代的地形图，地貌和地物不再用直观的等高线和图例符号在纸上表达，不再用直观的等高线和图例符号在纸上表达，而是通过储存在磁性介质上的大量密集的地面而是通过储存在磁性介质上的大量密集的地面点的空间坐标和地形属性编码，以数字的形式点的空间坐标和地形属性编码，以数字的形式描述。描述。ldemdem以数字的形式按一定的组织结构组织在一起，以数字的形式按一定的组织结构组织在一起，表示实体地形特征空间分布的模型，是地形形表示实体地形特征空间分布的模

49、型，是地形形状大小和起伏的数字描述。状大小和起伏的数字描述。ldemdem是是2.52.5维表面，具有真实外部形状特征的维表面，具有真实外部形状特征的建筑物表面模型，如有特殊的屋顶达到了建筑物表面模型，如有特殊的屋顶达到了2.752.75维，真三维实体应该是维，真三维实体应该是 完整描述建筑物外部形状特征完整描述建筑物外部形状特征 内部构造特征的模型。内部构造特征的模型。l地球表面的的高低起伏变化是一种连续变化的曲面，二者地球表面的的高低起伏变化是一种连续变化的曲面，二者曲面是无法用平面地图来确切表示的。曲面是无法用平面地图来确切表示的。ldemdem与传统地形图相比有如下特点：与传统地形图相

50、比有如下特点： （1 1）容易以多种形式显示地形信息，地形数据经计算机处）容易以多种形式显示地形信息，地形数据经计算机处理后能产生比例尺、纵横断面图与立体图，而常规地图一理后能产生比例尺、纵横断面图与立体图，而常规地图一旦制作形成，比例尺不容易改变，在绘制其他的地形图需旦制作形成，比例尺不容易改变，在绘制其他的地形图需要人工处理；要人工处理； （2 2）精度不会损失，没有载体变形的问题；）精度不会损失，没有载体变形的问题； （3 3）形象逼真。）形象逼真。ldemdem的核心是地形表面特征点的三维坐标数据和一的核心是地形表面特征点的三维坐标数据和一套对地表提供连续描述的算法，最基本的套对地表提

51、供连续描述的算法，最基本的demdem由一由一系列地面系列地面x,yx,y位置及其相联系的高程位置及其相联系的高程z z所组成。数学所组成。数学表达是表达是z=f(x,y)z=f(x,y)，x,yx,y属于属于demdem所在区域。所在区域。lz=f(x,y)z=f(x,y)，可用其，可用其0 0次项表示平面；用其次项表示平面；用其1 1次项表示次项表示线性；用其线性；用其2 2次项表示二次曲面；用其次项表示二次曲面；用其3 3次项表示三次项表示三次曲面；用其次曲面；用其4 4次项表示四次曲面；用其次项表示四次曲面；用其5 5次项表示次项表示五次曲面；不同的地形可选其中一个或多个描述。五次曲面

52、；不同的地形可选其中一个或多个描述。l按其空间分布特征可分为两类：格网状数据和离散数据。按其空间分布特征可分为两类：格网状数据和离散数据。l把把demdem覆盖区划分为规则格网，每个网格大小和形状都相覆盖区划分为规则格网，每个网格大小和形状都相同，用相应矩阵元素的行列号来实现网格点的二维地理同，用相应矩阵元素的行列号来实现网格点的二维地理空间定位，第三维为特征值，可以是高程和属性。网格空间定位，第三维为特征值，可以是高程和属性。网格大小代表数据精度。大小代表数据精度。l不可能用规格网获取数据时，则获取离散数据，离散数不可能用规格网获取数据时，则获取离散数据，离散数据据demdem的平面二维地理

53、空间定位由不规则分布的离散样点的平面二维地理空间定位由不规则分布的离散样点平面坐标实现，第三维仍未高程或属性特征值。如气象、平面坐标实现，第三维仍未高程或属性特征值。如气象、水文与其他地理抽样条调查等呈不规则分布，需取离散水文与其他地理抽样条调查等呈不规则分布，需取离散数据。数据。1.数学方法数学方法 2.图形法图形法 1.数据获取数据获取 2.采样方法采样方法 tin生成纹理数据的获取建筑物高度数据的获取ldemdem包括平面位置和高程数据两种数据，包括平面位置和高程数据两种数据，2dgis2dgis中中demdem一般由离散高程点通过一般由离散高程点通过tintin构造构造生成，这种方法精

54、度高但费时。目前的主要生成，这种方法精度高但费时。目前的主要研究方向转向由高分辨影像获取，另一方面研究方向转向由高分辨影像获取，另一方面由机载激光扫描仪获取等两条途径。由机载激光扫描仪获取等两条途径。现有的城市三维模型构建中获取途径有以下几种：现有的城市三维模型构建中获取途径有以下几种：l直接使用直接使用2dgis2dgis中的中的demdem。由于其是通过实测高程点构建。由于其是通过实测高程点构建tintin得来，能逼真地反映实体，精度高但获取和更新慢，得来，能逼真地反映实体，精度高但获取和更新慢，不易构建和维护一个大型的虚拟现实系统。不易构建和维护一个大型的虚拟现实系统。l通过数字测量系统

55、，处理摄影影像生成。受扫描仪分辨率通过数字测量系统，处理摄影影像生成。受扫描仪分辨率与测量手段影响，精度受到影响但获取速度较快。与测量手段影响，精度受到影响但获取速度较快。l由机载扫描仪系统直接扫描并经后续处理后得到。优点直由机载扫描仪系统直接扫描并经后续处理后得到。优点直接测量地面高程，无需人工干预自动快速的数据处理，获接测量地面高程，无需人工干预自动快速的数据处理，获取速度快。缺点，精度低，需要专门的处理算法。取速度快。缺点，精度低，需要专门的处理算法。l用合成孔径雷达用合成孔径雷达(sar)(sar)获取数字高程模型。分辨率高，获获取数字高程模型。分辨率高，获取成本高。目前不宜推广。取成

56、本高。目前不宜推广。l影像（航空摄影与航天遥感）影像（航空摄影与航天遥感）l地形图地形图l地面本身：地面本身：gpsgps、全站议、经纬仪在野外获取观测地面点、全站议、经纬仪在野外获取观测地面点数据数据l由计算机作简单模拟提取。获取速度快数据量由计算机作简单模拟提取。获取速度快数据量小，真实感不强。小，真实感不强。l地面摄影相片直接提取。该法须用相机拍摄大地面摄影相片直接提取。该法须用相机拍摄大量的建筑物侧面相片，获取速度慢数据量大，量的建筑物侧面相片，获取速度慢数据量大，但真实感强。但真实感强。l航摄像片由计算机生成。对具有相似的纹理的航摄像片由计算机生成。对具有相似的纹理的建筑物，使用计算

57、机提取建筑物纹理特征，速建筑物，使用计算机提取建筑物纹理特征，速度快，但真实感相对较差。度快，但真实感相对较差。l由空中影像获取。主要用来获取地面影像，影由空中影像获取。主要用来获取地面影像，影像中含有建筑物纹理信息，为减少工作量可对像中含有建筑物纹理信息，为减少工作量可对纹理进行提取并加以处理。获取的纹理变形较纹理进行提取并加以处理。获取的纹理变形较大，真实感较差。大，真实感较差。l在在2dgis2dgis的基础上，按层数粗略求算建筑物高度。建筑物的基础上，按层数粗略求算建筑物高度。建筑物用平顶表达，或者认为加一个装饰性屋顶。用平顶表达，或者认为加一个装饰性屋顶。l用人工或半自动方式借助软件

58、基于影像获取，该方法获取用人工或半自动方式借助软件基于影像获取，该方法获取的数据重构的建筑物形状接近实际，工作量较大。的数据重构的建筑物形状接近实际，工作量较大。l根据算法，从影像中直接提取建筑物高度以及其他信息，根据算法，从影像中直接提取建筑物高度以及其他信息，该法高效，但目前大批量数据的自动处理尚不适宜。该法高效，但目前大批量数据的自动处理尚不适宜。l用机载激光扫描仪结合空中影像，经过算法处理提取建筑用机载激光扫描仪结合空中影像，经过算法处理提取建筑物高程、纹理以及其它数据。该法快速高效，但后续处理物高程、纹理以及其它数据。该法快速高效，但后续处理工作量大，费用可观但发展前途大。工作量大，

59、费用可观但发展前途大。摄影测量数据采集方法 从现有地图获取数据 基于不规则三角网的方法l模拟摄影测量、解析摄影测量与数字摄影测模拟摄影测量、解析摄影测量与数字摄影测量。模拟摄影测量采用光学投影器或机械投量。模拟摄影测量采用光学投影器或机械投影器模拟摄影过程；随着模数转换技术、电影器模拟摄影过程；随着模数转换技术、电子计算机与自动控制技术的发展，用数字投子计算机与自动控制技术的发展，用数字投影仪代替物理投影，物理投影指光学的机械影仪代替物理投影，物理投影指光学的机械的模拟投影，数字投影是利用计算机实时地的模拟投影，数字投影是利用计算机实时地进行共线方程的结算，从而交会被摄物体的进行共线方程的结算

60、，从而交会被摄物体的空间位置空间位置l从地形图上采集数据最基本的问题是数据从地形图上采集数据最基本的问题是数据化处理，如手扶跟踪数字化、扫描数字化化处理，如手扶跟踪数字化、扫描数字化等设备数字化，而后再用某种数据建模方等设备数字化，而后再用某种数据建模方法产生法产生demdem。其过程为：。其过程为：l地形图地形图-地图扫描地图扫描-质量检测与元数据文质量检测与元数据文件记录件记录-矢量化矢量化-等高线高程赋值等高线高程赋值-构造构造三角网三角网内插内插demdem网格网格demdem建库与刻盘。建库与刻盘。l利用基于不规则三角网的方法进行数据建模和利用基于不规则三角网的方法进行数据建模和随机