空间查询与空间分析地理信息系统课件

1、地理信息系统原理GIS第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析6-1 6-1 空间查询空间查询6-2 6-2 统计分析统计分析6-6-3 3 DEM分析分析6-46-4 叠置分析叠置分析6-56-5 缓冲区缓冲区分析分析6-66-6 网络分析网络分析6-76-7 空间分析模型空间分析模型二二、空间查询的种类空间查询的种类一、空间查询的方式一、空间查询的方式 一、统计图表分析一、统计图表分析二、属性数据的集中特征数二、属性数据的集中特征数三、属性数据的离散特征数三、属性数据的离散特征数四、统计数据的分类分级四、统计数据的分类分级一一、概述、概述二二、DEM DEM 建立建立三、三、DE

2、M DEM 应用应用一、基于矢量数据的叠置分析一、基于矢量数据的叠置分析二、基于栅格数据的叠置分析二、基于栅格数据的叠置分析一、缓冲区及其作用一、缓冲区及其作用二二、基于矢量缓冲区建立基于矢量缓冲区建立三、三、基于栅格缓冲区建立基于栅格缓冲区建立一、概念一、概念二、网络的组成二、网络的组成三、网络分析三、网络分析二二、空间决策支持空间决策支持一、空间分析建模一、空间分析建模 地理信息系统原理GIS6-1 6-1 空间查询空间查询第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析空间数据库空间数据库查询条件查询条件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GISGIS软件软件查询结

3、果查询结果统计结果：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 查询方式查询方式图形图形-属性属性空间查询语言空间查询语言闪烁、颜色等明显闪烁、颜色等明显表示表示 地理信息系统原理GIS一、空间查询的方式一、空间查询的方式第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析6-1 6-1 空间查询空间查询返回返回1 1、给出图形信息：给出图形信息：如鼠标点取，拉框等方式。如鼠标点取，拉框等方式。1 1）检索其相应属性）检索其相应属性；2）检索其空间拓扑关系检索其空间拓扑关系 2 2、给出属性特征条件、给出属性特征条件1 1）检索对应的空间实

4、体）检索对应的空间实体 2 2）查询属性）查询属性 单纯查询单纯查询：单纯地查询属性，或只查询空间拓扑关系：单纯地查询属性，或只查询空间拓扑关系联合查询联合查询：将空间数据与属性数据联合查询。：将空间数据与属性数据联合查询。地理信息系统原理GIS二、空间数据查询种类二、空间数据查询种类 1 1、几何参数查询、几何参数查询： 包括点的位置坐标，两点间的距离，一个或一段线目标的长度，一个面目标包括点的位置坐标，两点间的距离，一个或一段线目标的长度，一个面目标的周长或面积等。的周长或面积等。 实现实现：查询属性库或空间计算：查询属性库或空间计算2 2、空间定位查询、空间定位查询：给定一个点或一个几何

5、图形，检索该图形范围内的空间对象及其属性。给定一个点或一个几何图形，检索该图形范围内的空间对象及其属性。1 1）按点查询）按点查询： 给定一个鼠标点，查询离它最近的对象及属性给定一个鼠标点，查询离它最近的对象及属性-点的捕捉点的捕捉。2 2）开窗查询）开窗查询-按矩形、圆、多边形查询按矩形、圆、多边形查询 分为该窗口分为该窗口包含包含和和穿过穿过的区别。的区别。实现实现：根据空间索引，检索哪些对象可能位于该窗口，然后根据点、线、面在：根据空间索引，检索哪些对象可能位于该窗口，然后根据点、线、面在查询开窗内的判别计算，检索到目标。查询开窗内的判别计算，检索到目标。-空间运算方法空间运算方法 第六

6、章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析6-1 6-1 空间查询空间查询地理信息系统原理GIS3 3、空间关系查询、空间关系查询1 1）相邻分析检索）相邻分析检索-通过通过检索拓扑关系检索拓扑关系面面面面：如查询与面状地物相邻的多边形的实现方法：如查询与面状地物相邻的多边形的实现方法：A A、 从从多边形与弧段关联表多边形与弧段关联表中，检索该多边形关联的所有弧段；中，检索该多边形关联的所有弧段；B B、 从从弧段关联弧段关联的左右多边形表中，检索出这些弧段关联的多边形。的左右多边形表中，检索出这些弧段关联的多边形。线线线线（与某干流（与某干流A A相连的所有支流）相连的所有支流）A A

7、、 从从线状地物表线状地物表中，查找组成中，查找组成A A的所有弧段及关联的结点；的所有弧段及关联的结点；B B、 从从结点表结点表中，查询与这些结点关联的弧段；中，查询与这些结点关联的弧段；点点点（点（A A与与B B是否相通）等。是否相通）等。2 2）相关分析检索）相关分析检索（不同要素类型之间的关系）（不同要素类型之间的关系）-通过通过检索拓扑关系检索拓扑关系线线面（我国边境线总长度）、点面（我国边境线总长度）、点线（自来水线（自来水GISGIS中，与某阀门相关的水管）、中，与某阀门相关的水管）、点点面面第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析6-1 6-1 空间查询空间查询A

8、 A12BC地理信息系统原理GIS3 3）包含关系查询）包含关系查询 查询某个面状地物所包含的空间对象。查询某个面状地物所包含的空间对象。同层包含同层包含，如，某省的下属地区，若建立有空间拓扑关系，可，如，某省的下属地区，若建立有空间拓扑关系，可直接查询拓扑关系表直接查询拓扑关系表来来实现。实现。不同层包含不同层包含，如某省的湖泊分布，如某省的湖泊分布，没有建立拓扑没有建立拓扑，实质是，实质是叠置分析检索叠置分析检索，通过多边形，通过多边形叠置分析技术，只检索出在窗口界限范围内的地理实体，窗口外的实体作裁剪处理。叠置分析技术，只检索出在窗口界限范围内的地理实体，窗口外的实体作裁剪处理。4）穿越

9、查询）穿越查询 某公路穿越了某些县，采用某公路穿越了某些县，采用空间运算空间运算的方法执行，根据一个线目标的空间坐标，计算的方法执行，根据一个线目标的空间坐标，计算哪些面或线与之相交。哪些面或线与之相交。5）落入查询）落入查询 一个空间对象落入哪个空间对象之内。一个空间对象落入哪个空间对象之内。-空间运算空间运算 6 6）缓冲区查询）缓冲区查询根据用户给定的一个点、线、面缓冲的距离，从而形成一个根据用户给定的一个点、线、面缓冲的距离，从而形成一个缓冲区的多边形缓冲区的多边形，再根据，再根据多边形检索多边形检索原理，检索该缓冲区内的空间实体。原理，检索该缓冲区内的空间实体。第六章第六章 空间查询

10、与空间分析空间查询与空间分析6-1 6-1 空间查询空间查询返回返回7 7）边沿匹配检索）边沿匹配检索 空间查询在空间查询在多幅地图多幅地图的数据文件的数据文件之间进行，这时需应用之间进行，这时需应用边沿匹配处边沿匹配处理理技术。技术。地理信息系统原理GIS4 4、属性查询、属性查询 1 1） 查找查找 仅选择一个属性表，给定一个属性值，找出对应仅选择一个属性表，给定一个属性值，找出对应的属性记录或图形。的属性记录或图形。 在屏幕上已有一个属性表，用户任意点取记录，在屏幕上已有一个属性表，用户任意点取记录，对应的图形以高亮显示。对应的图形以高亮显示。 实现实现：执行数据库执行数据库查询语言查询

11、语言，找到满足要求的，找到满足要求的记录记录，得到它的得到它的目标标识目标标识，再通过目标标识在，再通过目标标识在图形数据文图形数据文件件中找到中找到对应的空间对象对应的空间对象，并，并显示出来显示出来。 第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析6-1 6-1 空间查询空间查询实现：实现：交互式选择各项，输入后，系统再交互式选择各项，输入后，系统再转换转换为标准的为标准的SQLSQL，由数据库系统执行或，由数据库系统执行或ODBC CODBC C语言执行，得到结果，语言执行，得到结果，提取目标标识，在图形文件中找到空间对象，并显示。提取目标标识，在图形文件中找到空间对象，并显示。Se

12、lect Select 属性项属性项 From From 属性表属性表 Where Where 条件条件 oror条件条件 and and 条件条件2 2）SQLSQL查询查询3 3）扩展）扩展SQLSQL地理信息系统原理GIS3 3）扩展）扩展SQLSQL 空间数据查询语言是通过对标准空间数据查询语言是通过对标准SQLSQL的的扩展扩展来形成的，即在数据库查询语言上加来形成的，即在数据库查询语言上加入入空间关系查询空间关系查询。为此需要增加。为此需要增加空间数据类型空间数据类型（如点、线、面等）和（如点、线、面等）和空间操作算子空间操作算子（如求长度、面积、叠加等）。在给定查询条件时也需含有

13、（如求长度、面积、叠加等）。在给定查询条件时也需含有空间概念空间概念，如距离、邻近、，如距离、邻近、叠加等。叠加等。例如，例如，“查询长江流域人口大于查询长江流域人口大于5050万的县或市万的县或市”，可表示为：，可表示为：SELECTSELECT * *FROMFROM县或市县或市WHEREWHERE 县或市县或市. .人口人口 50 50万万 ANDAND CROSSCROSS（河流（河流. .名称名称= =“长江长江”）主要优点主要优点是：保留了是：保留了SQLSQL的风格，便于熟悉的风格，便于熟悉SQLSQL的用户的掌握，通用性较好，易于与关的用户的掌握，通用性较好，易于与关系数据库连

14、接。系数据库连接。执行执行扩展扩展SQLSQL，如果要将属性和空间关系整体统一起来，如果要将属性和空间关系整体统一起来，从底层从底层进行查询优化，有一进行查询优化，有一定困难。定困难。目前目前一般将两层一般将两层分开进行分开进行查询。查询。第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析6-1 6-1 空间查询空间查询返回返回5 5、其它查询方法、其它查询方法地理信息系统原理GIS5 5、其它查询方法、其它查询方法1 1）可视化空间查询）可视化空间查询 可视化查询是指将查询语言的元素，特别是可视化查询是指将查询语言的元素，特别是空间关系空间关系，用，用直观的图形或符号直观的图形或符号表示。表

15、示。查询主要使用图形、图像、图标、符号来表达概念。查询主要使用图形、图像、图标、符号来表达概念。具有简单、直观、易于使用的特点。具有简单、直观、易于使用的特点。缺点缺点：当空间约束条件复杂时，很难用图符描述；用二维图符表示图形之间的关系时，：当空间约束条件复杂时，很难用图符描述；用二维图符表示图形之间的关系时，可能会出现歧义；难以表示可能会出现歧义；难以表示“非非”关系；不易进行范围（圆、矩形、多边形等）约束；关系；不易进行范围（圆、矩形、多边形等）约束；无法进行屏幕定位查询等。无法进行屏幕定位查询等。第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析6-1 6-1 空间查询空间查询地理信息系

16、统原理GIS2 2）超文本查询）超文本查询图形、图像、字符等皆当作文本，并设置一些图形、图像、字符等皆当作文本，并设置一些“热点热点”（HotSpotHotSpot），），“热点热点”可可以是文本、键等。以是文本、键等。用鼠标点击用鼠标点击“热点热点”后，可以弹出说明信息、播放声音、完成某项工作等。但超后，可以弹出说明信息、播放声音、完成某项工作等。但超文本查询只能文本查询只能预先设置预先设置好，用户好，用户不能实时不能实时构建自己要求的各种查询。构建自己要求的各种查询。3 3）自然语言空间查询）自然语言空间查询在在SQLSQL查询中引入一些自然语言，如温度高的城市查询中引入一些自然语言，如温

17、度高的城市 SELECT nameSELECT name FROM Cities FROM Cities WHERE WHERE temperature is hightemperature is high SELECT name SELECT name FROM Cities FROM Cities WHERE WHERE temperature = 33.75temperature = 33.75这种查询方式只能适用于这种查询方式只能适用于某个专业领域某个专业领域的地理信息系统，而的地理信息系统，而不能不能作为地理信息系作为地理信息系统中的统中的通用通用数据库查询语言。数据库查询语言。第六

18、章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析6-1 6-1 空间查询空间查询作定量转换作定量转换地理信息系统原理GIS一、统计图表分析一、统计图表分析能被用户能被用户直观地直观地观察和理解数据。观察和理解数据。统计表格统计表格是是详尽地详尽地表示非空间数据的方法，表示非空间数据的方法，不直观不直观，但可提供详细数据，便于对，但可提供详细数据，便于对数据进行数据进行再处理再处理。 第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析6-2 6-2 统计分析统计分析 散点图散点图折线图折线图扇形图扇形图柱状图柱状图直方图直方图二、属性数据的集中特征数二、属性数据的集中特征数返回返回地理信息系统原理

19、GIS50年后世界人口年后世界人口90亿亿其中亚洲人口最多，将达到52.68亿地理信息系统原理GIS地理信息系统原理GIS二、属性数据的集中特征数二、属性数据的集中特征数-找出数据分布的找出数据分布的集中位置集中位置3 3、数学期望：、数学期望：反映数据分布的集中趋势。反映数据分布的集中趋势。4 4、中数：、中数：有序数据集中出现频率占半数的数据值。有序数据集中出现频率占半数的数据值。5 5、众数、众数：众数是具有最大可能出现的数值。：众数是具有最大可能出现的数值。第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析6-2 6-2 统计分析统计分析1 1、频数和频率、频数和频率将变量将变量x x

20、i i（i i1,2,1,2,，n n）按大小顺序排列，并按一定的间距分组。）按大小顺序排列，并按一定的间距分组。频数：频数：变量在各组出现或发生的次数；变量在各组出现或发生的次数；频率：频率：各组频数与总频数之比；各组频数与总频数之比；用以表示用以表示事件出现事件出现的的次数次数和和频率频率，事件的，事件的分布状况分布状况。2 2、平均数：、平均数：反映了数据反映了数据取值取值的的集中位置集中位置，通常有简单，通常有简单算术平均数算术平均数和和加权算术平均数加权算术平均数。三、属性数据的离散特征数三、属性数据的离散特征数返回返回地理信息系统原理GIS三、属性数据的离散特征数三、属性数据的离散

21、特征数3 3、 方差与标准差方差与标准差 1 1） 方差方差：是均方差的简称，是以离差平方和除以变量个数求得的，记为是均方差的简称，是以离差平方和除以变量个数求得的，记为2 2； 2 2） 标准差标准差：标准差是方差的平方根；标准差是方差的平方根； 第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析6-2 6-2 统计分析统计分析描述数据集的描述数据集的离散离散程度，相对于中心位置的程度程度，相对于中心位置的程度1 1、 极差极差：是一组数据中最大值与最小值之差；：是一组数据中最大值与最小值之差；2 2、 离差，离差，平均离差与离差平方平均离差与离差平方：1 1）离差）离差：一组数据中的各数据

22、值与平均数之差；：一组数据中的各数据值与平均数之差；2 2）平均离差平均离差：将离差取绝对值，然后求和，再取平均数；将离差取绝对值，然后求和，再取平均数；3 3）离差平方离差平方：离差求平方和；离差求平方和；平均离差平均离差和和离差平方和离差平方和是表示各数值是表示各数值相对于相对于平均数平均数的离散程度的的离散程度的重要重要统计量统计量。4 4、变差系数、变差系数： 用来衡量数据在时间和空间上的用来衡量数据在时间和空间上的相对变化相对变化的程度，它是无量纲的量。的程度，它是无量纲的量。 为标准差除以平均数取百分。为标准差除以平均数取百分。四、统计数据的分类分级四、统计数据的分类分级返回返回地

23、理信息系统原理GIS四、统计数据的分类分级四、统计数据的分类分级1 1、系统聚类法：、系统聚类法：根据距离，将根据距离，将相似相似的样本的样本归为归为一类，把一类，把差异大差异大的样本的样本区分区分开来。开来。第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析6-2 6-2 统计分析统计分析距离距离：表示表示相似程度相似程度，可以欧，可以欧氏距离，绝对值距离、相似系氏距离，绝对值距离、相似系数距离等。数距离等。1 1：东北区：东北区 2 2：内蒙古及长城沿线区：内蒙古及长城沿线区3 3：黄淮海区：黄淮海区 4 4：黄土高原区：黄土高原区 5 5：长江中下游区：长江中下游区 6 6：西南区：西南

24、区 7 7：华南区：华南区 8 8：甘新区：甘新区 9 9：青藏区：青藏区九大农业区聚类分析九大农业区聚类分析3 34 9 2 8 1 5 7 64 9 2 8 1 5 7 6基本思想基本思想：首先是：首先是n n个样本各自成一类，然后计算类与类之间的距离，选择个样本各自成一类，然后计算类与类之间的距离，选择距离最小距离最小的两类的两类合并合并成一个成一个新类新类，计算，计算新类新类与与其它类其它类的距离，再将的距离，再将距离最小距离最小的两类进行的两类进行合并合并，这样每次减少一类，直到达到所需的分类数或所有的样本，这样每次减少一类，直到达到所需的分类数或所有的样本都归为一类为止。都归为一类

25、为止。 地理信息系统原理GIS2 2、最优分割分级法、最优分割分级法针对针对有序样本有序样本或或可变为有序可变为有序( (排序排序) )的样本的样本 n n个数据按大小顺序排列后，有个数据按大小顺序排列后，有( (n-1n-1) )个个“空隙空隙”，如分成，如分成k k个等级个等级，则需，则需(k-1)(k-1)个分级界线。因此，个分级界线。因此，n n个数据个数据分成分成k k级级的的可能分法可能分法有有 种。种。 对于对于每种分级每种分级，可按定义为各级内数据的，可按定义为各级内数据的离差平方和离差平方和之和的误差函数公式来计之和的误差函数公式来计算算分级误差分级误差的大小，选择的大小，选

26、择级内级内离差平方和离差平方和为为最小最小而而级间级间离差平方和离差平方和为为极大极大的一种的一种分级方法为分级方法为最优最优。离差：一组数据中的各数据值与平均数之差称为离差。离差：一组数据中的各数据值与平均数之差称为离差。 第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析6-2 6-2 统计分析统计分析地理信息系统原理GIS一、一、DEM DEM 概述概述 1 1、含义、含义： DEMDEM，（，（Digital Elevation ModelsDigital Elevation Models），是国家基础空间数据的重要组成部分，它），是国家基础空间数据的重要组成部分，它表示地表区域上地形

27、的表示地表区域上地形的三维向量三维向量的的有限有限序列，即地表单元上序列，即地表单元上高程的集合高程的集合，数学表达为：，数学表达为：z = fz = f（x x，y y）。）。 DTMDTM：当：当z z为其他二维表面上为其他二维表面上连续变化连续变化的的地理特征地理特征，如地面温度、降雨、地球磁力、重，如地面温度、降雨、地球磁力、重力、土地利用、土壤类型等其他地面诸特征，此时的力、土地利用、土壤类型等其他地面诸特征，此时的DEMDEM成为成为DTMDTM（Digital Terrain Digital Terrain ModelsModels）。）。 第六章第六章 空间查询与空间分析空间查

28、询与空间分析6-6-3 3 DEM分析分析2 2、表示法：、表示法：地理信息系统原理GIS2 2、表示法：、表示法：1） 等高线法等高线法 第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析6-3 DEM6-3 DEM分析分析 等高线通常被存储成一个等高线通常被存储成一个有序有序的的坐标点序列坐标点序列，可以认为是一条带有高程值属性的，可以认为是一条带有高程值属性的简简单多边形单多边形或多边形弧段。由于等高线模型只是表达了区域的或多边形弧段。由于等高线模型只是表达了区域的部分高程值部分高程值，往往需要一，往往需要一种种插值方法插值方法来计算落在来计算落在等高线以外等高线以外的的其他点其他点的高

29、程，又因为这些点是落在两条等高线的高程，又因为这些点是落在两条等高线包围的区域内，所以，通常只要使用包围的区域内，所以，通常只要使用外包的外包的两条等高线的高程进行两条等高线的高程进行插值插值。 地理信息系统原理GIS2 2）TIN TIN 法法 TIN TIN（Triangulated Irregular Network)Triangulated Irregular Network)表示法利用所有采样点取得的离散数表示法利用所有采样点取得的离散数据，按照据，按照优化组合优化组合的原则，把这些离散点（各三角形的顶点）连接成相互连续的的原则，把这些离散点（各三角形的顶点）连接成相互连续的三角面三

30、角面（在连接时，尽可能地确保每个三角形都是（在连接时，尽可能地确保每个三角形都是锐角三角形锐角三角形或是三边的或是三边的长度近长度近似似相等相等-Delaunay-Delaunay）。）。 因为因为TINTIN可根据地形的可根据地形的复杂程度复杂程度来确定采样点的来确定采样点的密度密度和和位置位置，能，能充分表示充分表示地形地形特征点和线，从而特征点和线，从而减少了减少了地形较平坦地区的地形较平坦地区的数据冗余数据冗余。 第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析6-3 DEM6-3 DEM分析分析3 3） 规则格网法规则格网法(Grid)(Grid)地理信息系统原理GIS3 3） 规

31、则格网法规则格网法(Grid)(Grid) 规则格网法是把规则格网法是把DEMDEM表示成表示成高程矩阵高程矩阵，此时，此时，DEMDEM来源于直接规则矩形格网采样点或由不规则来源于直接规则矩形格网采样点或由不规则离散数据点内插产生。离散数据点内插产生。 结构简单结构简单，计算机对矩阵的计算机对矩阵的处理处理比较比较方便方便，高程矩阵已成为高程矩阵已成为DEMDEM最通用最通用的形式。高程矩阵特的形式。高程矩阵特别别有利于有利于各种应用各种应用。 第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析6-3 DEM6-3 DEM分析分析但但GridGrid系统也有下列系统也有下列缺点缺点：a) a

32、) 地形简单的地区存在地形简单的地区存在大量冗余数大量冗余数据据；b) b) 如不改变如不改变格网大小格网大小, ,则则无法适用无法适用于起伏程度不同于起伏程度不同的地区；的地区；c) c) 对于某些特殊计算如对于某些特殊计算如视线视线计算时，格网的计算时，格网的轴线方轴线方向被夸大向被夸大；d) d) 由于栅格过于粗略，由于栅格过于粗略，不能精确不能精确表示地形的关键特表示地形的关键特征征, ,如山峰、洼坑、山脊等；如山峰、洼坑、山脊等； 3 3、DEM DEM 特点特点地理信息系统原理GIS3 3、DEM DEM 特点特点1 1）容易以多种形式显示地形信息）容易以多种形式显示地形信息。地形

33、数据经过计算机软件处理过后，产生多。地形数据经过计算机软件处理过后，产生多种比例尺的地形图、纵横断面图和立体图。而常规地形图一经制作完成后，比例种比例尺的地形图、纵横断面图和立体图。而常规地形图一经制作完成后，比例尺尺不容易不容易改变或需要人工处理。改变或需要人工处理。2 2）精度不会损失）精度不会损失。常规地图随着时间的推移，图纸。常规地图随着时间的推移，图纸将会变形将会变形，失掉失掉原有的精度。原有的精度。而而DEMDEM采用数字媒介，因而能保持采用数字媒介，因而能保持精度不变精度不变。另外，由常规的地图用人工的方法。另外，由常规的地图用人工的方法制作其他种类的地图，精度会制作其他种类的地

34、图，精度会受到损失受到损失，而由，而由DEMDEM直接输出，精度可直接输出，精度可得到控制得到控制。3 3）容易实现自动化、实时化）容易实现自动化、实时化。常规地图要增加和修改都。常规地图要增加和修改都必须重复必须重复相同的工序，相同的工序，劳动强度大劳动强度大而且而且周期长周期长，而，而DEMDEM由于是数字形式的，所以增加和修改地形信息由于是数字形式的，所以增加和修改地形信息只只需需将修改信息直接将修改信息直接输入计算机输入计算机，经软件经软件处理后即可得各种地形图。处理后即可得各种地形图。第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析6-3 DEM6-3 DEM分析分析与与传统地形图

35、传统地形图比较，比较，DEMDEM作为地形表面的一种数字表达形式有如下特点：作为地形表面的一种数字表达形式有如下特点： 地理信息系统原理GIS4 4、DEMDEM应用应用 1 1）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； 2 2）土木工程、景观建筑与矿山工程规划与设计；）土木工程、景观建筑与矿山工程规划与设计； 3 3）为军事目的而进行的三维显示；）为军事目的而进行的三维显示； 4 4）景观设计与城市规划；）景观设计与城市规划； 5 5）流水线分析、可视性分析；）流水线分析、可视性分析； 6 6）交通路线的规划与大坝选址；）交通路线的规划与大坝选址； 7 7）不同地表的统计分

36、析与比较；）不同地表的统计分析与比较； 8 8）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； 9 9）作为背景叠加各种专题信息如土壤、土地利用及植被覆盖数据等，以进行显示与）作为背景叠加各种专题信息如土壤、土地利用及植被覆盖数据等，以进行显示与分析；分析； 1010）与）与GISGIS联合进行空间分析；联合进行空间分析； 1111）虚拟现实）虚拟现实(Virtual Reality)(Virtual Reality)； 此外，从此外，从DEMDEM还能派生以下主要产品：平面等高线图、立体等高线图、等坡度图、还能派生以

37、下主要产品：平面等高线图、立体等高线图、等坡度图、晕渲图、通视图、纵横断面图、三维立体透视图、三维立体彩色图等。晕渲图、通视图、纵横断面图、三维立体透视图、三维立体彩色图等。 第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析6-3 DEM6-3 DEM分析分析返回返回地理信息系统原理GIS二、二、DEMDEM建立建立1 1、数据获取与处理、数据获取与处理第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析6-3 DEM6-3 DEM分析分析沿断面采集沿断面采集选点采集选点采集1 1）数据采集数据采集资料来源于张超主编的资料来源于张超主编的地理信息地理信息系统教程系统教程所配光盘所配光盘地理信息

38、系统原理GIS2) 2) 数据处理数据处理 第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析6-3 DEM6-3 DEM分析分析资料来源于张超主编的资料来源于张超主编的地理信息系统教程地理信息系统教程所配光盘所配光盘地理信息系统原理GIS2 2、DEM DEM 生成生成1 1）人工网格法）人工网格法 在地形图上蒙上格网，在地形图上蒙上格网，逐格逐格读读取取中心点中心点或或交点交点的高程值。的高程值。第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析6-3 DEM6-3 DEM分析分析 对有限个离散点，对有限个离散点，每三个每三个邻近点邻近点联联结成结成三角形，每个三角形代表一个三角形，每个三

39、角形代表一个局局部平面部平面，再根据每个平面方程，可计，再根据每个平面方程，可计算算各格网点各格网点高程，生成高程，生成DEMDEM。 2 2）三角网法）三角网法地理信息系统原理GIS3 3）立体像对法）立体像对法 第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析6-3 DEM6-3 DEM分析分析资料来源于张超主编的资料来源于张超主编的地理信息系统教程地理信息系统教程所配光盘所配光盘地理信息系统原理GIS4 4）曲面拟合法）曲面拟合法 根据根据有限个有限个离散点的高程，采用离散点的高程，采用多项式多项式或或样条函数样条函数求得求得拟合公式拟合公式，再逐个计算各点，再逐个计算各点的高程，得到

40、拟合的的高程，得到拟合的DEMDEM。可反映。可反映总的地势总的地势，但，但局部局部误差误差较大较大。可分为：可分为：整体拟合整体拟合：根据研究区域内：根据研究区域内所有采样点所有采样点的观测值建立的观测值建立趋势面模型趋势面模型。特点是不能反映内。特点是不能反映内插区域内的局部特征。插区域内的局部特征。局部拟合局部拟合：利用：利用邻近的邻近的数据点数据点估计估计未知点的值，能未知点的值，能反映局部反映局部特征。特征。第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析6-3 DEM6-3 DEM分析分析地理信息系统原理GIS5 5）等值线插值法）等值线插值法 第六章第六章 空间查询与空间分析空

41、间查询与空间分析6-3 DEM6-3 DEM分析分析资料来源于资料来源于张超主编的张超主编的地理信息地理信息系统教程系统教程所配光盘所配光盘地理信息系统原理GIS三、三、DEM DEM 的应用的应用（一）（一） 基于基于DEMDEM的信息提取的信息提取1 1、坡度、坡度定义为定义为地表单元的法向地表单元的法向与与Z Z轴轴的夹角，即的夹角，即切平面切平面与与水平面水平面的夹角。的夹角。 在计算出各地表单元的坡度后，可对不同的坡度设定不同的在计算出各地表单元的坡度后，可对不同的坡度设定不同的灰度级灰度级，可得到坡度图。，可得到坡度图。2 2、坡向、坡向 坡向是地表单元的法向量在坡向是地表单元的法

42、向量在水平面上的投影水平面上的投影与与X X轴轴之间的夹角，之间的夹角， 在计算出每个地表单元的坡向后，可制作坡向图，通常把坡向在计算出每个地表单元的坡向后，可制作坡向图，通常把坡向分为分为东、南、西、北、东、南、西、北、东北、西北、东南、西南东北、西北、东南、西南8 8类，再加上平地，共类，再加上平地，共9 9类，用类，用不同的色彩不同的色彩显示，即可得到坡显示，即可得到坡向图。向图。（Grid DEMGrid DEM上制作坡度、坡向图上制作坡度、坡向图）3 3、地表粗造度（破碎度）、地表粗造度（破碎度） 是反映地表的起伏变化和侵蚀程度的指标，一般定义为地表单元的是反映地表的起伏变化和侵蚀程

43、度的指标，一般定义为地表单元的曲面面积曲面面积与其水平与其水平面上的面上的投影面积投影面积之比。之比。4 4、高程变异分析、高程变异分析第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析6-3 DEM6-3 DEM分析分析地理信息系统原理GISGrid DEMGrid DEM上制作坡度、坡向图上制作坡度、坡向图 通常用通常用3 3* *3 3的格网窗口在的格网窗口在DEMDEM数据矩阵中连续移动计算完成。数据矩阵中连续移动计算完成。 第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析6-3 DEM6-3 DEM分析分析返回返回部分资料来源于张超主编的部分资料来源于张超主编的地理地理信息系统教程

44、信息系统教程所配光盘所配光盘地理信息系统原理GIS4 4、高程变异分析、高程变异分析第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析6-3 DEM6-3 DEM分析分析平地平地岗丘岗丘丘陵丘陵低山低山高山高山绝对绝对h h400600400600相对相对h h100100100-200100-200坡向坡向33DEMDEM计算地表形态要素计算地表形态要素H,HH,H, ,坡度、坡向等坡度、坡向等地形分类标准表地形分类标准表地形自动分类地形自动分类5 5、地貌形态的自动分类地貌形态的自动分类 包括平均高程、相对高程、高程标准差，高程变异。包括平均高程、相对高程、高程标准差，高程变异。高程变异：

45、为格网顶点的高程变异：为格网顶点的高程标准差高程标准差与与平均高程平均高程的的比值比值。地理信息系统原理GIS（二）等高线的绘制（二）等高线的绘制 在格网在格网DEMDEM上上自动绘制自动绘制等高线主要包括两个步骤：等高线主要包括两个步骤：1 1、等高线追踪、等高线追踪，利用，利用DEMDEM矩形格网点的高程内插出矩形格网点的高程内插出格网边上格网边上的等高线的等高线点，并将这些等高线点点，并将这些等高线点排序排序；2 2、等高线光滑、等高线光滑，进一步，进一步加密加密等高线点并绘制光滑曲线。等高线点并绘制光滑曲线。 第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析6-3 DEM6-3 DE

46、M分析分析地理信息系统原理GIS（三）（三）基于基于DEMDEM的可视化分析的可视化分析1 1、剖面分析、剖面分析1 1）意义）意义： 常常可以常常可以以线代面以线代面，研究区域的地貌形态、轮廓形状、地势变化、地质构造、斜坡，研究区域的地貌形态、轮廓形状、地势变化、地质构造、斜坡特征、地表切割强度等。特征、地表切割强度等。 如果在地形剖面上如果在地形剖面上叠加叠加其它地理变量，例如坡度、土壤、植被、土地利用现状等，其它地理变量，例如坡度、土壤、植被、土地利用现状等，可以提供土地利用规划、工程选线和选址等的决策依据。可以提供土地利用规划、工程选线和选址等的决策依据。 2 2）绘制）绘制 第六章第

47、六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析6-3 DEM6-3 DEM分析分析 可在可在格网格网DEMDEM或或三角网三角网DEMDEM上上进行。进行。 已知两点的坐标已知两点的坐标A(xA(x1 1，y y1 1) )，B(xB(x2 2，y y2 2) )，则可求出，则可求出两点连线两点连线与与格网格网或或三角网三角网的的交点交点，并，并内内插插交点上的高程，以及各交点交点上的高程，以及各交点之间的距离。然后按之间的距离。然后按选定选定的垂的垂直比例尺和水平比例尺，按直比例尺和水平比例尺，按距距离离和和高程高程绘出剖面图。绘出剖面图。 剖面图剖面图不一定不一定必须沿直线绘必须沿直线绘制，也

48、可沿一条制，也可沿一条曲线绘制曲线绘制。地理信息系统原理GIS2 2、通视分析通视分析 通视分析是指以通视分析是指以某一点某一点为观察点，研究为观察点，研究某一区域某一区域通视情况通视情况的地形分析。的地形分析。1）方法）方法：a a、以以O O为为观察点观察点，对格网，对格网DEMDEM或三角网或三角网DEMDEM上的上的每个点每个点判断通视与否，通视赋值为判断通视与否，通视赋值为1 1，不，不通视赋值为通视赋值为0 0。由此可形成属性值为。由此可形成属性值为0 0和和1 1的格网或三角网。对此以的格网或三角网。对此以0.50.5为值追踪等值线，为值追踪等值线，即得到以即得到以O O为观察点

49、的通视图。为观察点的通视图。 b b、以以观察点观察点O O为轴，以一定的为轴，以一定的方位角间隔方位角间隔算出算出0 0360360的的所有方位线上所有方位线上的通视情的通视情况。对于每条方位线，通视的地方绘线，不通视的地方断开，或相反。这样可得出射况。对于每条方位线，通视的地方绘线，不通视的地方断开，或相反。这样可得出射线状的通视图。线状的通视图。 第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析6-3 DEM6-3 DEM分析分析2）关键算法）关键算法 均是判断格网或三角网上的某一点是否通视（即均是判断格网或三角网上的某一点是否通视（即两点是否两点是否可见可见）。）。(两点是否可见的算

50、法两点是否可见的算法)3）通视分析示例）通视分析示例地理信息系统原理GIS两点是否可见的算法：两点是否可见的算法：a a）倾角法）倾角法格网格网DEMDEM为例，为例，O(xO(xo o，y yo o，z zo o) )为为观察点观察点，P(xP(xp p,y,yp p,z,zp p) )为某一为某一格网点格网点，OPOP与格网的与格网的交点交点为为A A、B B、C C。 OPOP的的倾角倾角为为 观察点与观察点与各交点各交点的的倾角倾角为为i i (i(iA,B,C)A,B,C)若若tgtgmax(tgmax(tgi i , i, iA A、B B、C)C)，则，则OPOP通视通视 否则，

51、不通视。否则，不通视。第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析6-3 DEM6-3 DEM分析分析b) b) 剖面图剖面图 两点连线是否与剖面相交。两点连线是否与剖面相交。A AB BA A返回返回地理信息系统原理GIS3）通视分析示例）通视分析示例观察点观察点第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析6-3 DEM6-3 DEM分析分析不通视不通视通视通视雷雷达达盲盲区区飞飞行行 可可视视域域的的三三维维显显示示资料来源于张超主编的资料来源于张超主编的地理信息系统教程地理信息系统教程所配光盘所配光盘地理信息系统原理GIS3 3、地形三维图绘制、地形三维图绘制 第六章第六章

52、空间查询与空间分析空间查询与空间分析6-3 DEM6-3 DEM分析分析DEMDEM高程点高程点建立几建立几何模型何模型透视透视变换变换隐藏线、隐藏线、面的消除面的消除光照光照模型模型计算计算贴贴纹纹理理图形图形输出输出开放式图形标准库（开放式图形标准库（OpenGLOpenGL）。）。部分图片摘自张超主部分图片摘自张超主编的编的地理信息系统地理信息系统教程教程所配光盘所配光盘地理信息系统原理GIS4 4、地貌晕渲图绘制、地貌晕渲图绘制第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析6-3 DEM6-3 DEM分析分析资料来源于张超主编的资料来源于张超主编的地理信息系统教程地理信息系统教程所

53、配光盘所配光盘地理信息系统原理GIS5 5、模模拟拟飞飞行行第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析6-3 DEM6-3 DEM分析分析地形地形 资料来源于资料来源于张超主编的张超主编的地理信息地理信息系统教程系统教程所配光盘所配光盘地理信息系统原理GIS（四）流域水文特征及土木工程（四）流域水文特征及土木工程 水淹示例水淹示例 三维规划设计三维规划设计 第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析6-3 DEM6-3 DEM分析分析 用于工程项目中的开挖填方、线路勘测设用于工程项目中的开挖填方、线路勘测设计、水利建设工程等。计、水利建设工程等。资料来源于资料来源于张超主编的张

54、超主编的地理信息地理信息系统教程系统教程所配光盘所配光盘地理信息系统原理GIS一、基于矢量数据的叠置分析一、基于矢量数据的叠置分析叠置分析叠置分析是将是将同一地区同一地区的的两组两组或或两组以上两组以上的要素的要素（地图）进行（地图）进行叠置叠置，产生，产生新的特征新的特征（新的空间图（新的空间图形或空间位置上的新属性的过程）的形或空间位置上的新属性的过程）的分析方法分析方法。 第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析6-46-4 叠置分析叠置分析1 1、内容、内容1 1）点与多边形的叠置）点与多边形的叠置点层与面层的叠置点层与面层的叠置核心算法核心算法为判断点是否在多边形内。为判断

55、点是否在多边形内。2 2）线与多边形的叠置）线与多边形的叠置 3 3）多边形与多边形的叠置）多边形与多边形的叠置 线与多边形的叠置是把一幅图线与多边形的叠置是把一幅图( (或一个数据层或一个数据层) )中的多边形的中的多边形的特征加到另一幅图特征加到另一幅图( (或另或另 一个数据层一个数据层) )的线上。的线上。线与多边形叠置的算法就是线与多边形叠置的算法就是线的多边形裁剪线的多边形裁剪。图片摘自张超主编的图片摘自张超主编的地理信息系统教程地理信息系统教程所配光盘所配光盘地理信息系统原理GIS2 2、多边形与多边形的叠置、多边形与多边形的叠置1 1）定义：）定义： 是指是指不同图幅不同图幅或

56、或不同图层不同图层多边形要素之间的叠置，根据两组多多边形要素之间的叠置，根据两组多边形边界的交点来边形边界的交点来建立建立具有具有多重多重属性的属性的多边形多边形（合成叠置）或进（合成叠置）或进行多边形范围内的行多边形范围内的属性特性属性特性的统计分析（统计叠置）。的统计分析（统计叠置）。合成叠置合成叠置需要进行需要进行属性合并属性合并。方法可用加、减、乘、除，也可取。方法可用加、减、乘、除，也可取平均值、最大最小值，或取逻辑运算的结果等。平均值、最大最小值，或取逻辑运算的结果等。统计叠置统计叠置是确定一个多边形中含有其它多边形的属性类型的面积是确定一个多边形中含有其它多边形的属性类型的面积等

57、，即把其它图上的多边形的属性信息等，即把其它图上的多边形的属性信息提取到提取到本多边形中来。本多边形中来。2 2）应用）应用：寻求和确定：寻求和确定同时具有同时具有几种属性的分布区域。几种属性的分布区域。例如，土壤类型图（例如，土壤类型图（1 1，2 2）与城市功能分区图（）与城市功能分区图（a,ba,b）叠置，可得）叠置，可得出土壤与分区合成图，也可得出新属性统计表（属性出土壤与分区合成图，也可得出新属性统计表（属性 面积面积 ）。）。 第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析6-46-4 叠置分析叠置分析3 3）实施步骤）实施步骤地理信息系统原理GIS3 3）实施步骤）实施步骤a

58、 a）对原始数据（多边形）形成）对原始数据（多边形）形成拓扑关系拓扑关系。b) b) 多层多边形数据的多层多边形数据的空间叠置空间叠置，形成新层。，形成新层。c c）对新层中的多边形）对新层中的多边形重建拓扑重建拓扑。d d）删除多余多边形删除多余多边形（或处理意义多边形）提取感兴趣的部分。（或处理意义多边形）提取感兴趣的部分。第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析4) 4) 难点难点a a）叠置后会产生）叠置后会产生大量大量对用户对用户无关无关的多边形，在用户做提取前仍需建拓扑，工作量大。且的多边形，在用户做提取前仍需建拓扑，工作量大。且新层的多边形数目不仅与原多边形数目有关，还

59、与其复杂程度有关，越复杂，多边形数新层的多边形数目不仅与原多边形数目有关，还与其复杂程度有关，越复杂，多边形数目越多。目越多。b b）由于叠置的多边形往往是不同类型或不同比例尺的地图，在叠置时就会产生一系列无）由于叠置的多边形往往是不同类型或不同比例尺的地图，在叠置时就会产生一系列无意义的多边形，即产生多边形叠置的意义的多边形，即产生多边形叠置的位置误差位置误差，需要进行处理。，需要进行处理。c c）建新多边形拓扑和多边形与新属性的）建新多边形拓扑和多边形与新属性的连接连接，工作量大。，工作量大。6-46-4 叠置分析叠置分析二、基于栅格数据的叠置分析二、基于栅格数据的叠置分析地理信息系统原理

60、GIS二、基于栅格数据的叠置分析二、基于栅格数据的叠置分析（一）单层栅格数据的分析（一）单层栅格数据的分析-空间变换之一空间变换之一空间变换空间变换：对原始图层及其属性进行一系列的逻辑或代数运算，以产生新的具有特：对原始图层及其属性进行一系列的逻辑或代数运算，以产生新的具有特殊意义的地理图层及其属性的过程。殊意义的地理图层及其属性的过程。1 1、布尔逻辑运算、布尔逻辑运算用布尔逻辑运算组合更多的属性作为检索条件，以进行更复杂的逻辑选择运算。用布尔逻辑运算组合更多的属性作为检索条件，以进行更复杂的逻辑选择运算。2 2、重分类、重分类重分类是将属性数据的类别重分类是将属性数据的类别合并合并或或转换