空间分析总结.ppt

1、空间分析,空间分析是GIS系统的重要功能之一，是GIS系统与计算机辅助绘图系统的主要区别。空间分析的对象是一系列跟空间位置有关的数据，这些数据包括空间坐标和专业属性两部分。其中空间坐标用于实体的空间位置和几何形态，专业属性则是实体某一方面的性质。,空间分析的定义,字面定义：空间数据的分析和数据的空间分析。 空间数据分析 1、描述空间对象的非空间特性 2、方法：概率、数理统计等数学方法 3、特点：几何特征不是主要限制因子（例：聚类分析）数据处理与一般的数据统计分析基本一致分析结果依托于地理空间，描述的是空间过程，揭示空间规律和机制。 数据空间分析 1、描述空间对象的空间位置、关系，对空间对象进行

2、定量描述 2、方法：空间统计学、图论、拓扑学、计算几何等。 3、特点：非严格意义的分析，是空间事物的描述和说明，特征提取和参数计算回答是什么、在那里、有多少和怎么样，并不回答为什么。 定义：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，其目的在于提取和传输空间信息。,GIS应用模式,结合计算机技术的最新发展和GIS技术应用的发展，确定GIS的应用领域。地理信息系统可用于回答以下问题： 定位(Location)：对象在何处? 条件(Condition)：哪些地方符合.特定的条件? 趋势(Trends)：从何时起发生了哪些变化？ 模式(Patterns)： 对象的分布存在何种空间模式？

3、 模拟(Modeling)：如果.将如何?,GIS应用方式,如何为一公园选择合理位置？,空间分析的主要内容,1、空间位置： 借助于空间坐标系传递空间对象的 定位信息，是空间对象表述的研究基础，即投影与 转换理论。 2、空间分布：同类空间对象的群体定位信息，包 括分布、趋势、对比等内容。 3、空间形态：空间对象的几何形态。 4、空间距离：空间物体的接近程度。 5、空间关系：空间对象的相关关系，包括拓扑、 方位、相似、相关等。,各种空间分析术语,基本的空间分析包括以下方面： 空间查询 第11章 空间量算 补充 矢量数据分析（缓冲、叠加、模式分析） 栅格数据分析（局部运算、邻域运算、 分区、距离量测

4、、其他） 空间统计分析 网络分析 空间插值 数字高程模型（地形分析、流域分析） 空间建模与空间决策支持系统,面向应用的分析,简单的空间分析,复杂的空间分析,空间查询的定义,什么是空间查询？ 空间查询是空间分析基础，任何空间分析都开始于空间查询。 回答用户的简单问题 不改变空间数据库数据 不产生新的空间实体和数据 空间查询技术由简单到复杂 查询和推理。,空间查询分析,空间数据库,查询条件,属性限制,空间拓扑限制,二者结合,GIS软件,查询结果,统计结果： 图、表、文字,新图层,新的属性域添加到属性数据库,查询方式,图形-属性,空间查询语言,闪烁、颜色等明显表示,1、空间查询方式？ 2、查询结果显

5、示？,空间查询方式,图形查询：实体之间的空间关系查询，实体的属性信息查询等。 属性查询：基于实体的属性信息进行查询，与一般的数据库查询相同，只不过最后查询的结果需要再与图形关联起来。 图形属性互查：将空间关系和属性结合起来进行查询，并将最后结果以图形和属性两种方式显示出来。如：查询京九线沿线人口大于100万的城市及各种属性信息。 地址匹配：根据一个地理名字（如学校名字）来定位相关实体并获得其属性信息。其基础是地理编码，即将一个地理名字与一个或若干个空间实体关联起来、或者与实体的某个属性关联起来、或者与某个地理坐标关联起来。,空间查询显示,空间量算分析,几何量算 点：坐标 线：长度、曲率、方向

6、面：面积、周长、形状、曲率等 体：体积、表面积 形状量算 质心量算：面或离散实体的分布中心 距离量算：实体之间的各种距离计算（大地测量距离、曼哈顿距离、时间距离等）。,r1为膨胀面,几何量算,含义： 点：0维，坐标。 线：1维，长度、曲率、方向。 面：2维，面积、周长等。 体：3维，表面积、体积等。 线长度计算 矢量：两点之间的直线距离，复合线段累加求和。 栅格：网格数目累加。 面积计算 矢量：几何交叉求积（坐标法）。 栅格：相同属性值的格网数目与格网面积的乘积。,形状量算,基本考虑：空间完整性、多边形形状特征,质心量算,定义：目标的半径位置或保持均匀的平衡点，一般为多边形的几何中心或质心。

7、计算公式： i为离散目标，w为权重，x，y为目标坐标 应用 跟踪某些地理分布的变化，如人口变迁、土地类型变化等。 简化复杂目标的模型建立等。,距离量算1,含义： 距离描述了空间对象之间的接近程度。 地理空间上的距离所描述的对象一定发生在地理空间上。 距离的定义与度量空间和空间匀质性是相关的，不同的度量空间和介质空间，距离定义不同。 不同的距离有不同的特性，距离的定义是由应用决定的，可根据需要重新定义距离。 在非匀质空间，距离定义不仅仅是表达式上的变化，而且还具有研究区域上的变化，这时的距离计算一般在多边形范围内按一定算法进行。,距离量算2,n 维匀质空间广义距离公式,距离计算公式,n 维非匀质

8、空间距离计算,q=2，二维欧氏距离,q=1，曼哈顿距离,q=0.6,非殴氏距离,基于矢量和栅格数据的空间分析总概述,基于矢量数据的空间分析,叠加分析,定义、类型,点、线、面分别和多边形叠置的原理,叠加运算（and，or）,局部运算,基于栅格数据的空间分析,缓冲区分析,定义、类型,三要素,基于栅格数据的空间分析,邻域运算,基于矢量数据的空间分析,网络分析,最短路径分析原理,基于矢量数据的空间分析,基于栅格数据的空间分析,自然距离量测运算,模式分析,基于矢量数据的空间分析,莫兰指数、G统计量,缓冲区分析,基于矢量数据建立缓冲区,点的缓冲区,面的缓冲,线的缓冲区,1、线的重采样，对线进行化简，以加快

9、缓冲区建立的速度。-线的矢量数据压缩算法。 2、建立线缓冲区，在线的两边按一定的距离（缓冲距）绘平行线，并在线的端点处绘半圆，连成缓冲区多边形。 3、重叠处理：对缓冲区边界求交，并判断每个交点是出点还是入点，以决定交点之间的线段保留或删除。这样就可得到岛状的缓冲区。,以线状地物为例：,缓冲区的示意图,叠加分析,多边形的叠加,从几何运算上看，两个多边形通过不同的叠加运算可以得到不同的结果：,叠加的实施步骤,实施步骤： a）对原始数据（多边形）形成拓扑关系。 b) 多层多边形数据的空间叠置，形成新层。 c）对新层中的多边形重建拓扑。 d）删除多余多边形（或处理意义多边形）提取感兴趣的部分。,难点：

10、 a）叠置后会产生大量对用户无关的多边形，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，还与其复杂程度有关，越复杂，多边形数目越多。 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意义的多边形，即产生多边形叠置的位置误差，需要进行处理。 c）建新多边形拓扑和多边形与新属性的连接，工作量大。,矢量图层叠加分析,网络分析,路径分析,静态最佳路径：给定每条链上的属性后，求两点间的最佳路径。 动态最佳路径：网络中每条链上的属性是动态变化的，而且可能出现一些障碍点，需要动态求最佳路径。 N条最佳路径：求出代价较小的N条路径，以供选择。 最短

11、路径：确定起点、终点以及所要经过的中间点、中间线，求最短路径。 动态分段：将网络中的链根据其属性将特征相近的连线分段。分段是动态进行的，因为它与当前连线的属性相对应，如果属性改变了，动态分段将创建一组新的分段。如按公里数将一条道路分段。,地址分配与资源分配,地址匹配 将路径分析和地理编码结合起来使用，如物流配送，需要将货物送到多家单位。此时可先通过地理编码进行地址查询，获得各单位的地理位置，再利用最短路径方法确定最短送货线路。 资源分配 资源分配模型中的网络主要由中心点（分配中心）组成，有两种分配方式：一是由分配中心向四周输出资源；另一种是从四周向分配中心集中资源。资源分配的应用包括消防站点的

12、分布和求援区划分、学校/工厂选址、停水/停电对区域的社会和经济的影响等。,栅格图层叠加分析,空间数据统计分析,多数据空间统计分类分析,主成分分析,空间聚类分析,层次分析,判别分析,作用、目的,可视统计数据,散点图,折线图,扇形图,柱状图,直方图,能被用户直观地观察和理解数据。 统计表格是详尽地表示非空间数据的方法，不直观，但可提供详细数据，便于对数据进行再处理。,属性数据的集中特征数,3、数学期望：反映数据分布的集中趋势。 4、中数：有序数据集中出现频率占半数的数据值。 5、众数：众数是具有最大可能出现的数值。,1、频数和频率,将变量xi（i1,2,，n）按大小顺序排列，并按一定的间距分组。

13、频数：变量在各组出现或发生的次数； 频率：各组频数与总频数之比； 用以表示事件出现的次数和频率，事件的分布状况。,2、平均数：反映了数据取值的集中位置，通常有简单算术平均数和加权算术平均数。,属性数据的离散特征数,3、 方差与标准差 1） 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2； 2） 标准差：标准差是方差的平方根；,1、 极差：是一组数据中最大值与最小值之差；,2、 离差，平均离差与离差平方：,1）离差：一组数据中的各数据值与平均数之差；,2）平均离差：将离差取绝对值，然后求和，再取平均数；,3）离差平方：离差求平方和；,平均离差和离差平方和是表示各数值相对于平均数

14、的离散程度的重要统计量。,4、变差系数： 用来衡量数据在时间和空间上的相对变化的程度，它是无量纲的量。 为标准差除以平均数取百分。,空间插值,定义,方法,全局,局部,趋势面（思想，定义）,IDW （思想，定义）,样条函数（思想，定义）,克里金插值（思想，定义）,泰森多边形,地形分析,地形分析,DTM/DEM（数据源）表示模型(GRID/TIN/等高线模型）,坡度坡向分析,可视域分析,水文分析,地形制图,等高线,地图阴影图,剖面图、立体图,地理信息系统空间建模,GIS的建模,建模的目的思路,类型,二值模型(步骤、示意图),指数模型(步骤、示意图),回归模型,过程模型,空间分析模型,GIS常用的分

15、析模型,1) 相关分析模型-用来分析研究各种地理要素数据之间相互关系的一种有效手段。 2) 趋势面分析模型-用来将现象的空间分布特征及其区域变化趋势模拟出来。 3) 预测模型-反映地理要素的动态发展规律，并用于预测分析。-常用回归模型。 4）聚类模型描述各种地理要素数据之间的近似程度，相似的可合并。,空间分析、GIS和空间模型,空间分析和空间模型是不同层次上的概念 空间分析是基本的，解决一般问题的理论和方法，空间模型是复杂的，解决专门问题的理论和方法。 例：工厂选址与水库选址，水土流失 应用模型无可枚举，而空间分析技术是有限的。 应用模型建立过程比较复杂，有些还不能用数学方法描述，空间分析技术

16、为解决复杂的应用模型提供基本的分析工具。 GIS是空间数据处理理论和方法的集成化实现。包含了大部分的空间分析技术，是GIS的技术特色。 空间分析和空间模型是零件和机器的关系。,GIS空间分析模型1,地理信息系统不仅要完成管理大量复杂的地理数据的任务，更为重要的是要完成地理分析、评价、预测和辅助决策的任务，必须发展广泛的适用于地理信息系统的地理分析模型，这是地理信息系统走向实用的关键。 模型：所谓模型，就是将系统的各个要素，通过适当的筛选，用一定的表现规则描写出来的简明的映象。通常表达了某个系统的发展过程或发展结果。 地学模型：是用来描述地理系统各个要素之问相互关系和客观规律的，它用信息的、语言

17、的、数学的或其它表达形式，通常反映地学过程及其发展趋势或结果。是在对系统所描述的具体对象与过程，进行大量专业研究的基础上，总结出来的客观规律的抽象或模拟。地学模型也称为专题分析模型。,GIS空间分析模型2,数学模型 ：是应用数学的语言和工具，对部分现实世界的信息(现象、数据)加以翻译、归纳的产物。数学模型经过演绎、推导，给出数学上的分析、预报、决策或控制，再经过解释回到现实世界，完成实践理论实践这一循环。,模型的作用和特点,应用模型是联系GIS应用系统与常规专业研究的纽带 应用模型是综合利用GIS应用系统中大量数据的工具 应用模型是GIS应用系统解决各种实际问题的武器 应用模型是GIS应用系统

18、向更高技术水平发展的基础,空间分析信息的一般过程,实例,例1：道路拓宽改建过程中的拆迁指标计算,1）明确分析的目的和标准 目的：计算由于道路拓宽而需拆迁的建筑物的面积和房产价值； 道路拓宽改建的标准是： a)道路从原有的20m拓宽至60m； b)拓宽道路应尽量保持直线； c)部分位于拆迁区内的10层以上的建筑不拆除。 2）准备进行分析的数据 涉及两类信息：一类是现状道路图；另一类是分析区域内建筑物分布图及相关的信息； 3）进行空间操作 a) 选择拟拓宽的道路，根据拓宽半径，建立道路的缓冲区。 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，此图包括所有部分或全部位于缓冲区内的建筑物信息。 4）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，凡部分落入拆迁区且楼层高于10层以上的建筑物，将其从选择组中去除，并对道路的拓宽边界进行局部调整。 b) 对所有需拆迁的建筑物进行拆迁指标计算。 5）将分析结果以地图或表格的形式打印输出。,实例,例2：辅助建筑项目选址,1）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