浙江大学ARCGIS 第四章空间分析

1、.第四章GIS的空间分析技术，空间分析，空间分析是分析空间数据的技术的总称。这些技术从宏观上加以区分，可以概括为1)空间图形数据的拓扑运算。2)非空间属性的数据运算；3)空间和非空间属性的联合运算。空间分析是一组技术，分析结果依赖于正在分析的对象的位置信息。GIS中的空间分析，测量，长度，造型，区域等，网络流量的模拟分析，最佳路径分析，时间，距离分析，单变量分类分析，多元统计分析，图像分析，属性分析，数据转换，栅格矢量交换，图形分析，旋转，空间测量，一，中心测量，覆盖面很广。1)购物中心位置应位于具有最佳势能的位置点。2)经济增长极有可能发生在高潜在能源地区。I是离散目标，Wi是通过计算其目标

2、权重，Xi，Yi是通过计算其坐标值的加权平均值得到的。目标对周围目标的影响会随距离减少。其中I是目标。d是与目标的距离，w是权重。v与d成反比，所有位置点的目标都可以得到潜在能量图。2，几何图形测量，点目标(零维):坐标线性目标(一维):长度、曲率、方向。平面目标(二维):面积、周长等。主体目标(三维):表面积、体积等。3，形状测量，如果标准圆目标被认为是小的或未膨胀的，则可以将该形状数据定义为r。其中p是目标对象周长，a是目标对象区域。R 1，目标密那托，R=1目标是标准圆。R 1，目标是扩展类型。空间转换，为了满足空间分析的需要，需要具有空间转换特殊意义的新地理图层及其属性的一系列逻辑或代

3、数运算。向量结构资料的空间转换需要完成的步骤如下：1)形成原始数据(多边形)的拓扑关系。2)叠加多层多边形数据的空间，形成新的层。3)将新层中的多边形重新创建为拓扑。4)移除多馀的多边形，并提取感兴趣的部分。可以按以下方式分割栅格结构的空间变换：1)点转换方法；2)区域转换方法；3)邻居转换方法。转换点方法、转换点仅适用于每个地物中相应点的属性值。实际上，点转换假定独立图元的转换不受相邻点的属性值或该区域内常规要素的影响。现有双层栅格数据图层，植物分布图，区域开发图。植物分布图分为4种栽培，其要素值分别为0无林1硬木林23354软木林33混合林地，地区发展图为6个地区03闲置1主要道路地区23

4、354布洛区333居住区4公共地区建设区5公墓，基于点元素的两个图层的空间转换原则是植物分布图中的图元重新分类为：0武林1森林和区域开发图重叠的话，图元0武林育英区1主路23354辅助路住宅区4公共建设区5坟墓区6有林区、近邻转换方法，在计算新级别图元值时，不仅考虑原始图层上该图元本身的值，还考虑与该图元具有域关联的其他图元值的影响。1)直接几何图元关联2)间接几何图元关联，植物分布图层作为域转换新图层图元值：非边缘=0:相邻元素值相同时的硬木林边缘=1:相邻元素为滑翔，硬木林相交时的软木林边缘=2:相邻元素与软木林相交时的混成边缘=3:相邻元素与软木林相交时的混成边缘区域转换方法，同一层的自

5、转换操作，数学运算转换(三角函数、乘法等)直方图统计重新分类群集空间插值缓冲区，多层数据的空间转换操作，数学运算(加、减、乘、除等)逻辑组合拓扑嵌套缓冲区，信息复合模型、图形、折线图和点图形之间的复合；绘图区域边界之间或一个绘图区域和另一个专题区域边界之间的复合；遥感图像和专题地图合成；主题图和数字高程模型复合显示三维主题图；遥感图像与DTM结合生成三维地形景观。视觉信息复合，嵌套分类模型、嵌套分类模型可以根据参与复合的数据平面各类型的空间关系，对空间区域进行新分区，以匹配每个空间区域内每个空间点的属性组合，嵌套结果生成记录细分区域的新数据平面，属性数据库结构包含原始各个复合数据平面的属性数据

6、库的所有数据项，嵌套分类模型用于多元素集成分类，以分割最小地理景观单元，并通过进一步的综合评价确定每个景观单元的排名顺序。分类表，点和点的重叠、点和点的重叠通常在栅格模型中完成，合并多个层上的点的属性，然后导入到新层上，是空间分析中栅格模型的主要优点。面与面重叠，面与面重叠是通过重叠两个多边形层合成新的多边形层。多边形复叠分析，线和面的复叠、线和面的复叠是一个线图征图层或网路图征图层与多边形的重叠。如果网络层次是道路网络，则可以获得每个多边形内道路网络的密度、内部交通、进入和离开各个多边形的交通以及相邻多边形之间的相互交通。如果网络层是河流，则可以在每个多边形内获得地表水径流。线和面的复叠通常

7、使用拓朴的向量模型更方便。包括分析、可以分析点和面重叠、点和面重叠等要素类型(例如每个多边形中的点)共有的点或哪些点位于哪些多边形中。此功能经常用于分析城市中各种服务设施的分布情况。包括分析，概念和类别包括用于确定点、线和面之间互连的分析，这是GIS经常需要解决的问题。有两种类型的连接：点和面之间的包含分析，例如确定自然区域中有多少个气象站。二是确定通过栽培区的沟渠等线与面之间的包含分析。实施方法和阶段包括以下分析实施方法和阶段：首先数字化这些气象测量点或线性要素(例如沟渠)，处理它们，然后形成具有拓扑的相应图层。然后，复叠系统中已储存的多边形图层(例如农业宗地、行政区地图等)和点、线和面，并

8、确定每个多边形或区域的这些点或线的自动计数或所有权。使用垂直线算法。垂直方法，由于通常有大量的线、斑点数据，目前常用的GIS软件平台(例如ARC/INFO、GENAMAP等)引入了包络矩形(Range)概念。包络矩形是图4-4中用虚线表示的矩形，其特性值为xmin=min (x1，x2，xn) ymin=min (y1，y2，yn) xmax=max (x1，x2，xn) ymax=max (y1，y2，yn)，其中(x1，y1)，(x2，y2)，(xn，yn)是当前斑点的坐标链。进行重叠分析时，如果先使用包络矩形执行粗加工检查，则检索速度将提高一至二倍。，多边形叠置分析(overlay)、语

9、义多边形叠置分析用于叠置相同区域、相同比例尺的两组或两组以上多边形要素图层，以基于两组多边形边界的交点创建具有多个属性的多边形，或执行多边形范围的属性要素的统计分析。多边形复叠的计算步骤，多边形复叠是向量类型结构的空间资料的复杂计算，产生新多边形的一般步骤为：(1)识别弧段，识别需要拓朴的弧段。(2)创建多边形包络矩形。(3)多边形内的点处理决定多边形线段是否在复盖图形的多边形内。(4)找到表示边界的线段的交点。(5)为新线段创建记录并创建相应的拓扑。(6)要从可能的线段重新生成新多边形，必须根据线段的连接性进行判断；(7)如果存在新多边形生成，则需要重新识别并根据应用目的重新分配属性。缓冲区

10、模型。缓冲区模型将面、直线、点地物(例如经济区交通线、城市等)转换为这些地物的延伸距离图，结果图中每个点的值表示该点与最近地物(例如交通线、城市或商业点)的距离。创建缓冲区的算法。创建一种算法，用于查找多边形或线段的所有角点和端点，然后沿垂直方向向左或向右平移相同距离。此时，线段之间可能会有相交或断开的部分，可以删除多馀的部分，平滑连接未连接圆弧段的曲线，创建新的多边形直线或线段组，最终形成新的多边形。必须指出环域会产生一些新多边形，并且不包含原点、线和面图征。点的缓冲区是半径为缓冲区宽度的圆。行的缓冲区是条带。面的缓冲区是闭合条带，具有岛(内部边界)的面的缓冲区是两个闭合条带。缓冲区的大小由

11、缓冲区宽度决定。需要注意的问题，(1)缓冲区重叠时，处理缓冲区的复盖包括多个要素缓冲区之间的复盖以及同一要素缓冲区图形的复盖。在前一种情况下，首先通过拓扑分析自动识别缓冲区内部的段或圆弧段，然后删除该段或圆弧段以获得处理的连接缓冲区。在后一种情况下，可以通过缓冲区边界曲线逐线段相交。(2)在执行具有不同缓冲区宽度的处理缓冲区分析时，不同级别的相同类经常需要不同的缓冲区大小。例如，在城市土地价格评估中，主要街道两侧的无障碍、繁华辐射范围大、小的街道与要素的类型和特性有关。创建此类缓冲区时，必须首先创建要素属性表以确定每个属性的不同缓冲区宽度，然后生成缓冲区。(3)复杂图形缓冲区的内部和外部id通

12、过缓冲区分析处理复杂图形，从而生成大量多边形。您必须将图征属性加入至这些多边形，以识别哪些区域是环域，哪些区域是环域外部。如果ARC/INFO在缓冲区分析后将INSIDE添加到多边形属性表，则INSIDE值为1表示多边形在缓冲区内，值为0表示多边形在缓冲区外。离散点的插值模型，该模型是已知多个单独点pi的值，用于估计由x，y坐标平面组成的二维空间中要插值的点的值。如果采样的数据点离散分布，或数据点按栅格排列，但栅格的密度不满足使用要求，则需要基于数据点进行插值。已知数值点的数量和分布对空间插值的精度有很大影响。空间插值的基本假设之一是，估计点的值比已知点受相邻已知点的影响更大。此已知点对目标点

13、的影响是，基于距离的k平方衰减插值模型根据距离衰减原理，结果更稳定，采样点的值更准确。，特定地区土壤样本点分布图，样式中的n是已知点数。Zi是第一个已知点的值。Dip是第一个已知点到目标点p的距离。k是衰减价格。可以分为全局插值方法和局部插值方法两类。两种方法之间的区别是使用已知数值点(一种使用每个已知数值点估计未知点的值的全局方法)，局部方法使用已知点的一部分进行估计。使用全局插值方法，利用研究区域中所有已知的数值点构造方程或模型，然后使用相应的方程或模型估计未知点的数值。环境资源数据的空间插值中最常用的全局插值方法是趋势曲面分析。趋势曲面分析使用多项式方程式近似拟合已知数值点。此方程式也称

14、为趋势面模型，可用于估算其他未知点的值。离散点多项式拟合模型、离散点多项式拟合模型是用已知有限点查找整个区域的空间分布的模型，拟合模型使用最小二乘原理查找离离散已知点最近的s阶抽象趋势面，并根据此拟合多项式计算整个区域每个空间点的值的分布图，局部插值方法，局部插值方法使用已知值的采样集估计未知值，因此参与此方法的采样点非常重要。用于估算的取样点数。GIS包通常允许用户决定自己的锚点数量，或选择作为默认值样本。简单的方法是使用距估计点最近的点作为估计的样例点。另一种方法是使用半径选择采样点，半径的大小必须根据该点的分布进行调整。其他方法考虑方向因素，例如象限或八房间方法。象限方法是在围绕要估算的

15、每个单元的四个方向上选择采样点，八角方法是在八个方向上选择采样点。泰森多边形将所有相邻气象站合并为三角形，使其成为这些三角形各边的垂直平分线，从而使其成为每个气象站周围的多个垂直平分线的多边形。此多边形中唯一气象站的降雨强度可用于表示此多边形区域内的降雨强度，这称为泰森多边形。二进制样条函数插值二进制样条函数在研究区域中根据一定的规则，使用相邻数据点边界分割为多个多边形切片(如果数据点组分布在方形栅格节点上，则每个切片都是大小相等的矩形)，通过每个切片上的所有数据点扩展平滑的数学曲面，并确保相邻切片之间保持连续平滑的连接。由二进制样条函数插值方法插值的土壤有机质分布图(单位：g/kg)，逆距离

16、加权插值逆距离加权插值方法是局部方法，该方法假定未知点的值受更远点的值影响，并且通常表示为点之间距离的倒数，与影响度(权重)和距离成反比。平方为1.0时，点之间的数值变化率是常数，在此情况下称为线性插值。平方大于2.0时，离已知点越近，值的变化率越大，远离已知点的倾向越稳定。逆距离加权法插补的土壤有机质分布图、Kriging方法的统计分析是以区域化变量为核心和理论基础的空间相关和变异函数作为基本工具的数学地质方法。Kriging(南非采矿工程师D.G.Krige创立)是地球统计中最常用的空间插值方法。属性的空间变化(例如矿石体内等级的变化)不是完全随机或完全确定的，但是假设可以包括三种影响：表示趋势的空间相关因素、表示区域变量变化的偏移(drift)或结构。存在随机错误。由于是否发生偏移以及对区域变量的解释，出现了用于空间插值的不同克里格方法。普通克里格法普通克里格法其他克里格法，例如块克里格法、联合克里格法、指示克里格法(indicatorkriging)等。，由一般krkin插值方法插补的土壤有机质分布图，数字地面模型及其地形分析，DTM的概念数字地面