第5章_空间分析原理.ppt

1、第五章是空间分析的原理。2.执行摘要。第一部分总结了第二部分，空间数据的综合分析，第三部分，邻域分析和第四部分，数字地面模型。3.第一部分总结和评价了地理信息系统指标，它不同于其他系统。1.空间分析的定义空间分析是一种基于空间数据的分析技术。它依靠地球科学原理，通过分析算法从空间数据中获取地理对象的空间位置、空间分布、空间形式、空间形成和空间演变的信息。空间分析的功能(1)查询和检索：属性、图形、交叉查询等。(2)形态分析：分析几何特征，如计算距离、面积和周长。地形分析：通过数字高程模型，如坡度和坡向分析、层位分析、淹没分析等。叠加分析：基于叠加运算对各种地学信息进行综合分析，从而判断信息之间

2、的关系，获得更丰富的信息。邻域分析：根据指定的目标信息检查相邻区域的目标信息，或者从相邻区域的目标信息中进一步分析特定的目标信息。例如缓冲区分析。(6)网络分析：最短或最佳路径分析，找出两点之间的最佳通道。(7)模型分析：加强系统的分析功能。Return，9，Section 2，Composite Analysis of space Data，Concept :分析和处理同一空间中两个或多个具有不同含义的地理元素的重合点。1.复合分析的数学方法1。逻辑关系分析。逻辑表达式用于分析和处理重合点的非几何特征之间的逻辑关系，从而实现空间数据的合成、提取和删除操作。包括：10，(1)逻辑交集运算。例如

3、，A是针叶林区，B是15度的坡度，子集C表示针叶林和坡度都为15度的区域。(2)逻辑并行操作。逻辑联合运算的子集c，表示该区域为针叶林或坡度为15度。(3)逻辑非运算。子集C通过逻辑非运算得到，代表坡度不小于15度的针叶林区。11，2算术关系分析。通过重合点的非几何特征之间的算术运算获得新的复合层。算术差分运算：对同一区域不同时间拍摄的图像信息进行算术差分运算，得到不同时差的合成图，了解其动态变化。比值处理：在遥感图像处理中，利用图像相位除运算实现图像增量。例如，对多光谱图像进行比值处理后，图像差异被放大，这有利于地物的识别。12、3统计关系分析。统计分析方法用于获取重合点之间的非几何特征值，

4、从而获得新的复合层，该复合层可以表达不同属性之间的关系或根据统计值划分区域。视觉信息有合成分析和叠加分析两种。十三二。视觉信息合成，将相同比例的不同图像叠加在同一区域，从而获得更多的空间信息，让用户可以判断不同地理实体的空间关系。1.点、线、平面图之间的复合通过点、线、平面图之间的复合。寻找特征信息的空间相关性。14、等居住区与污染区的空间位置关系以及旅游路线的确定。3，15，2。生成三维专题地图，并将专题地图与数字高程图相结合，可以增加视觉效果，方便人类对自然资源的理解、转化和利用。3.遥感信息与专题地图的可视化结合是遥感分类中的“同谱异物”现象。遥感分类图与专题图的可视化结合可以提高遥感分

5、类的准确性。16，3。空间叠加分析。叠加分析：形成新的目标，细分空间区域，并且属性数据包含参与叠加的各种数据项空间查询、空间聚类、空间聚合等本质是通过条件叠加实现的。空间聚类：根据聚类条件，合格区域输出到地图，不合格区域为空白。空间聚合：根据聚合条件，将同一层的不同属性进行合并，实现区域整合。20，1叠加条件，但是几何图形，也可以是属性条件。(1)根据解决问题的目标确定条件。例如，知道某一地区的降雨量分布图和土壤图，就必须知道降雨量为1000毫米、土壤厚度为50厘米的地区。然后：E=(降雨量1000)(土壤厚度50厘米)，21，(2)根据专家命题模型确定条件。根据经验确定逻辑分类模型。例如，根

6、据农业专家的经验，适合种植水稻的条件是：积温3200摄氏度；降雨量为800毫米；坡度是200天。然后：E=(积温3200)(降雨量800)(坡度200)，22，2叠加法，网格叠加算法简单，主要是减少库容。单个栅格是具有大量数据的像元的叠加。利用游程编码实现叠加运算可以减少内存，提高运算效率。示例：降雨量和土层厚度如图所示。23，24，如果表中显示了完全叠加后的第k行的游程编码。25，如果根据下面的关系表达式在k行上进行条件叠加，则其条件表达式为：E=(降雨量=1000毫米)(土壤厚度=50厘米)，kth线的运行长度代码如下表所示。0为空。依次覆盖每一行以获得完整的图片。在第3节邻域分析中，概念

7、：根据指定的目标信息检查相邻区域中的目标信息，或者进一步从相邻区域中的目标信息分析特定的目标信息。27，1。泰森多边形分析，定义：如果平面上有n个彼此不重叠的离散数据点，那么任何离散数据点P1都具有相邻的范围Bi，并且Bi中的任何点与P1之间的距离小于它与其他离散数据点之间的距离。Bi是一个不规则多边形，称为多边形。28、生成方法：将点与其周围的几个离散点连接起来，使它们成为由直的垂直平分线和垂直平分线相交而成的多边形，即泰森多边形。参见图abcdef。29，1泰森多边形。(1)每个多边形仅包含一个离散数据点。(2)多边形中任意点(x，y)和(Xi，yi)之间的距离总是小于它和其他离散点之间的

8、距离。(3)阿泰森多边形的任何顶点必须有三条边与之相连，这三条边是三个相邻的泰森多边形的公共边。(4)泰森多边形的任意顶点周围有三个离散点。将它们连接成三角形后，其外接圆的中心就是顶点，称为泰森三角形。30，2泰森多边形的应用广泛应用于地球科学分析。如降水计算。根据面积图和七个离散点，得到七个泰森多边形，面积分别为A1、A2.分别为A7。那么这个地区的平均降水量就是每个泰森多边形面积与其降水量的乘积之和与每个泰森多边形总面积之比。31和其他应用，例如创建泰森多边形(即三角网)以获得等值线，从而获得地形图等。32，2。缓冲区分析：基于点、线、面等因素，根据特定的条件，在其周围建立一定的空间区域作

9、为分析对象，这个区域称为缓冲区。33、34、缓冲区分析广泛应用于地理信息系统中。例如，应在高速公路的噪音污染区建立缓冲区。点的缓冲生成是具有不同半径的三个圆的逻辑“结合”。35，线和面的缓冲生成是为了找到多段线的平行线。36，1当折线的曲率很大时，应该进行处理。当使用bb1.5D、b1和b2线代替b1bb2线时。37，2图形重叠处理。移除交叉区域。38、缓冲区分析包括缓冲区的建立和区域内的分析(查询、覆盖等。)。返回，39，第4节数字地形模型，1。数字地形模型(DTM)是由美国摄影测量科学家c、40、DTM通常以由规则网格点组成的栅格数据的形式表示：z11z12.z1n z21z22.z2n

10、DTM=zm1zm2.zmn，其中Zij是网格点(I，j)上的地形属性数据。当Zij是海拔时，该模型被称为数字高程模型。DTM可以描述与空间相关的各种属性。返回、41、2，数字高程模型的数据源，1。航空影像是高精度、大规模数字高程模型制作最有价值的数据源。空间遥感也是获取数字高程模型数据的一种方式。但是精确度很低。干涉雷达和激光扫描仪是最有前途的数字高程模型数据源。42，2地形图，是丰富而廉价的数字高程模型数据源。从地形图中采集数字高程模型涉及两个问题，一是地图符号的数字化，二是这些数字化数据往往不能满足当前的要求。43、3地面测量数据，利用全球定位系统、全站仪等观测手段获取地面点数据，转换成

11、数字高程模型，一般用于小比例尺和大比例尺(1:2000)。精度高，但工作量大，效率低，成本高。3.数据采集方法、摄影测量和地形图数字化是大规模数字高程模型采集最有效、最常用的方法。1摄影测量数据采集方法摄影测量是空间数据采集最有效的手段之一，具有效率高、劳动强度低、精度高等优点。有许多方法，可以是人机交互的或自动的。45，(1)沿等高线采样在地形复杂和地形陡峭的地区，可以通过沿等高线跟踪进行数据采集，而在平坦地区，不应采用沿等高线采样。沿等高线采样可以等距离间隔或等时间间隔记录数据。46，(2)规则网格采样，通过固定某个方向(如X轴方向)并在另一个方向(如Y轴方向)等间隔移动标记，同时测量每个

12、点的高程值，可以获得规则网格数据。47，(3)轮廓法，仅在一个方向(即轮廓方向)均匀采样。效率较高，但精度低于常规网格。另一个固有的缺点是，如果我们想要保持小而重要的地形特征，我们必须确保采样数据具有高冗余度。48，(4)渐进采样显示，平坦区域的采样点较少，复杂地形区域的采样点较多。小区域的网格间距逐渐变化，采样由粗到细逐渐进行。该方法解决了常规网格采样方法的数据冗余问题，但仍存在一些不足：1 .表面突变邻近区域的采样数据冗余度高；2跟踪路径长，效率低。49，(5)选择性采样，根据地形特征进行选择性采样，如沿山脊(山谷)线和特征点(如山峰顶点)进行采集。优势：只需要几个点就能使它所代表的地面有

13、足够的可信度。缺点：需要大量插值，采样效率不高，不便于自动采样和快速采样。混合采样是一种将选择性采样与常规网格采样或选择性采样与渐进采样相结合的采样方法。当地形突然变化时，该方法以选择性采样的形式执行。使用混合抽样可以解决常规网格抽样和渐进式抽样中遇到的许多问题。然而，数据的存储、管理和应用是复杂的。51、52、(7)交互数据采集，上述(1)、(3)、(5)、(6)混合采样方法适用于计算机辅助测绘仪器的半自动交互数据采集。特别是在数字摄影测量中，混合采样方法不仅可以获得更高的运算效率，而且可以获得更好的数据质量。53，(8)自动采集，根据照片上的规则网格，使用数字图像匹配来采集数据。全数字摄影

14、测量系统在市场上有成熟的产品。优点是自动化，无需太多干预。然而，为了保证数字高程模型的高逼真度，需要采集地貌要素的点和线。返回，54，2地形图数据采集方法，数字化地形图要素，然后插值DEM。半自动扫描数字化技术已经成为地图数字化的主流。55，(1)手动跟踪数字化，坐标记录手动控制，仰角从键盘输入。优点是采集的数据可以很容易地在计算机中处理。缺点是速度慢，劳动强度大。(2)扫描并数字化地图以获得栅格数据，并将栅格数据转换为矢量数据。高效率。56。数字高程模型数据可以通过高程点插值和高程要素生成从数字化等高线数据生成。三角网或栅格数字高程模型可以直接从等高线数据生成。数字高程模型也可以通过等高线映

15、射到三角网和插值(以最佳的精度和效率)获得。Return，57，3关于数字高程模型采集的一些结论：(1)采集方法可以从成本和精度两个方面进行评价。各种采集方法各有利弊，数字高程模型采集方法应从目的要求、精度要求、设备条件和资金条件等方面考虑(见下表)。摄影测量是数字高程模型的重要数据源。交互式数字摄影测量是更新数据库的最有效方法之一，因为它自动化程度高，考虑了地形特征，生成的数字高程模型精度高。(3)地形图是数字高程模型的另一个重要数据源。由等高线地形图生成数字高程模型的方法已经成熟，可以应用于生产。(4)利用全球定位系统、激光扫描和干涉雷达等新技术收集数字高程模型数据是一种很有前途的方法。(

16、5)采集重要的地形特征点和线是保证数字高程模型质量和效率的重要措施。(6)利用三角网进行数据建模和随机网格转换是一种高精度网格数字高程模型的生成方案。61，4。DTM的申请，1 .绘制等高线图的步骤：(1)等高线跟踪使用数字高程模型高程值插值等高线点，并按顺序排列这些等高线点；(2)等高线的平滑利用这些按顺序排列的等高线点的平面坐标进行插值，即将等高线点进一步加密并绘制成平滑曲线。62，2利用数字高程模型绘制阴影图，传统方法费工且主观。以数字高程模型数据为信息源，以地面光照通量为依据，计算网格输出的灰度值，生成的阴影图具有相当逼真的三维效果。过去，绘制透视立体图是通过绘制风景地图来表达立体效果

17、的，这需要很高的艺术技巧，费时费力。基于地理信息系统绘制三维透视立体图为解决这一问题提供了一种新的途径。具有良好的精度和效果。数字高程模型是其制图的数据库。地形分析是64，4DEM的基本应用，其他应用可以扩展。地形分析包括提取地形因素、表面类型分类和绘制剖面图。(1)坡度和坡向分析1坡度分析坡度定义为水平面和地形表面之间的夹角。表达式是高度除以长度(高度/长度)。65，斜率是计算相邻点的拟合曲面并测量每单位距离高度的变化。地理信息系统可以计算整个图层的高度/长度值，生成一个渐变图层。您可以设置不同的坡度来对它们进行分类和划分。66，2坡度方向分析坡度方向是水平面上的坡度法线投影和正北方向之间的角度。(