GIS Chapt空间分析 [自动保存的].ppt

第五章 GIS空间分析原理与方法空间间分析是GIS系统统的重要功能之一,是GIS系统统与 计计算机辅辅助绘图绘图 系统统的主要区别别空间间分析的 对对象是一系列跟空间间位置有关的数据，这这些数据 包括空间间坐标标和专业专业 属性两部分其中空间间坐标标 用于实实体的空间间位置和几何形态态，专业专业 属性则则是 实实体某一方面的性质质 1. GIS空间间分析模型 2. 栅栅格数据分析基本模式 3. 矢量数据分析的基本方法 4. 空间间数据的其他分析方法 5. 数字地面模型及其应应用vv 主要内容主要内容一 GIS空间分析模型1） 模型就是将系统统的各个要素，通过过适当的筛选筛选 ，用 一定的表现规则现规则 所描写出来的简简明映像 2） 地学模型 用来描述地理系统统各地学要素之间间的相互关系 和客观规观规 律信息语语言的、数学的或其他表达形 式，通常反映了地学过过程及其发发展趋势趋势 或结结果 通常包含逻辑逻辑 模型、物理模型、数学模型和 图图象模型等形式3） 地理信息系统统模型化的一般方法XOY＝M 4） 地理信息系统统模型类类型vv概念模型（概念模型（逻辑逻辑逻辑逻辑 模型）模型）vv数学模型（理数学模型（理论论论论模型）模型）vv统计统计统计统计 模型（模型（经验经验经验经验 模型）模型）5） 建立地理信息系统统模型的步骤骤系系统统统统描述与数据分析描述与数据分析理论论推导导简简简简化表达化表达参数确定参数确定地理地理专题专题专题专题 分析模型分析模型运用运用综综综综合方法合方法获获获获得模型的步得模型的步骤骤骤骤GIS空间分析的步骤二 栅格数据分析的基本模式 vv数学基数学基础础础础：：线线线线性代数的二性代数的二维维维维数字矩数字矩阵阵阵阵分析分析 法法1.1.栅栅栅栅格数据的聚格数据的聚类类类类聚合分聚合分 析析栅格数据的聚类、聚合分析均是指将一个单一层面的栅格 数据系统经某种变换而得到一个具有新含义的栅格数据系 统的数据处理过程。

v 聚类分析 栅格数据的聚类是根据设定的聚类条件对原有数据系统 进行有选择的信息提取而建立新的栅格数据系统的方法 （a） 栅格数据系统样图 (b) 提取要素“2”的聚类结果 聚类分析示意图 v 聚合分析 栅格数据的聚合分析是指根据空间分辨力和分类表，进行 数据类型的合并或转换以实现空间地域的兼并 聚合分析示意图 1、2并为b，3、4并为a 1、4并为d，3、2并为c 2.2.栅栅栅栅格数据的信息复合分析（格数据的信息复合分析（OverlayOverlay））能够极为便利地进行同地区多层面空间信息的自动复合叠置 分析 v 视觉信息复合 视觉信息复合是将不同专题的内容叠加显示在结果图件上 ，以便系统使用者判断不同专题地理实体的相互空间关系 ，获得更为丰富的信息层面之间无实际逻辑关系可以 分为：1) 面状图图、线线状图图和点状图图之间间的复合；2) 面状图图区域边边界之间间或一个面状图图与其他专题专题 区域边边 界之间间的复合；3) 遥感影像与专题专题 地图图的复合；4) 专题专题 地图图与数字高程模型复合显显示立体专题图专题图 ；5) 遥感影像与DEM复合生成真三维维地物景观观v 叠加分类模型叠加分类类模型则则根据参加复合的数据平面各类别类别 的空间间 关系重新划分空间间区域，使每个空间间区域内各空间间点的 属性组组合一致。

v 复合运算方法1）逻辑逻辑 判断复合法 布尔逻辑算子文氏图 2）数学运算复合法是指不同层层面的栅栅格数据逐网格按一定的数学法则进则进 行 运算,从而得到新的栅栅格数据系统统的方法 v 算术运算指两层层以上的对应对应 网格值经值经 加、减运算，而得到新的栅栅 格数据系统统的方法这这种复合分析法具有很大的应应用范 围围 v 函数运算指两个以上层层面的栅栅格数据系统统以某种函数关系作为为复 合分析的依据进进行逐网格运算，从而得到新的栅栅格数据 系统统的过过程 栅格数据的算术运算 土壤侵蚀多因子函数运算复合分析示意图 3.3.栅栅栅栅格数据的追踪分析格数据的追踪分析 是指对于特定的栅格数据系统，由某一个或多个起点，按照 一定的追踪线索进行追踪目标或者追踪轨迹信息提取的空间 分析方法 3238121718174991218232320413162025282620312212333322920714253239312514122127303224171115223425211512816192025107464.4.栅格数据的窗口分析栅格数据的窗口分析 指对对于栅栅格数据系统统中的一个、多个栅栅格点或全部数据， 开辟一个有固定分析半径的分析窗口，并在该该窗口内进进行 诸诸如极值值、均值值等一系列统计计统计计 算，或与其它层层面的信息 进进行必要的复合分析，从而实现栅实现栅 格数据有效的水平方向 扩扩展分析。

vv窗口窗口类类类类型型1 1）矩形窗口）矩形窗口2 2））圆圆圆圆形窗口形窗口3 3））环环环环形窗口形窗口4 4）扇形窗口）扇形窗口vv窗口内窗口内统计统计统计统计 分析分析类类类类型型( (1 1) ) MeanMean；；(2) Maximum; (2) Maximum; (3) Minimum (3) Minimum；；( (4) Median;4) Median;( (5 5) ) Sum;Sum;( (6) Range6) Range；；( (7) Majority7) Majority；；( (8) Minority8) Minority；；( (9 9) ) VarietyVariety 分析窗口的类型 3×3窗口 5×5窗口 7×7窗口 圆形窗口 环形窗口 扇形窗口 三 矢量数据分析的基本方法 1.1.包含分析包含分析确定要素之间是否存在着直接的联系，即矢量点、线 、面之间是否存在空间位置上的联系，这是地理信息 分析处理中常要提出的问题，也是在地理信息系统中 实现图形—属性对位检索的前提条件与基本的分析方 法。

在包含分析的具体算法中，点与点、点与线的包含分 析一般均可以分别通过先计算点到点，点到线之间的 距离，然后，利用最小距离阈值判断包含的结果点 与面之间的包含分析，或称为Point-Polygon分析包含分析 通过点的包含提取中国的属性值 三 矢量数据分析的基本方法 2.2.缓缓缓缓冲区分析冲区分析缓冲区分析是根据数据库的点、线、面实体，自动建立其周 围一定宽度范围内的缓冲区多边形实体，从而实现空间数据 在水平方向得以扩展的信息分析方法它是地理信息系统重 要的和基本的空间操作功能之一 a. 点的缓冲b. 线的缓冲 c. 面的缓冲 矢量数据的缓冲区分析 3.3.多多边边边边形叠置分析形叠置分析也称为Polygon-on-polygon 叠置，它是指同一地区、同一 比例尺的两组或两组以上的多边形要素的数据文件进行叠 置可以分为合成叠置和统计叠置4.4.矢量数据的网矢量数据的网络络络络分析分析主要用途是：选择最佳路径；选择最佳布局中心的位置 最佳路径是指从始点到终点的最短距离或花费最少的路线 ；最佳布局中心位置是指各中心所覆盖范围内任一点到中 心的距离最近或花费最小矢量数据的多边形叠置分析合成叠置 统计叠置 网络分析的主要用途是：选择最佳路径 ；选择最佳布局中心的位置。

网络分析的基本方法： • 路径分析 • 地址匹配 • 资源分配 vv网网络络络络分析分析网络中的基本组成部分和属性： • 链(Link)：网络中流动的管线，如街道，河流，水管等， 其状态属性包括阻力和需求 • 障碍：禁止网络中链上流动的点 • 拐角点：出现在网络链中所有的分割结点上状态属性的阻 力，如拐弯的时间和限制(如不允许左拐) • 中心：是接受或分配资源的位置，如水库、商业中心、电 站等其状态属性包括资源容量，如总的资源量；阻力限 额，如中心与链之间的最大距离或时间限制 • 站点：在路径选择中资源增减的站点，如库房、汽车站等 ，其状态属性有要被运输的资源需求，如产品数 vv网网络络络络分析分析三 空间数据其他分析方法 vv空空间间间间数据量算数据量算1.1.质质质质心量算心量算描述地理目标空间分布的最有用的单一量算量是目标的质 心位置地理目标的质心是目标的半径位置 00定义：定义：目标的半径位置或目标的半径位置或 保持均匀的平衡点，一般为保持均匀的平衡点，一般为 多边形的几何中心或重心多边形的几何中心或重心vv质质质质心量算心量算0应用 l跟踪某些地理分布的变化， 如人口变迁、土地类型变化 等。

l简化复杂目标的模型建立等2.2.几何量算几何量算几何量算对点、线、面、体4类目标物而言，其含义是不同的 ：·点状目标：坐标；·线状目标：长度、曲率、方向；·面状目标：面积、周长等；·体状目标：表面积、体积等 n 维匀质空间广义距离公式 j(xj, yj)i(xi, yi)ijij距 离 计 算 公 式n n 维非匀质空间距离计算维非匀质空间距离计算q=2，二维欧氏距离q=1，曼哈顿距离q=0.6,非欧氏距离vv几何量算几何量算• 线长度可由两点间直线距离 相加得到 • 面积和周长的计算在平面 直角坐标系中，计算面积时 ，计算y值以下面积．按矢量 方向，分别求出向右向左两 个方向各自的面积，它们的 绝对值之差，便是多边形面 积值，周长则是线段之和 vv几何量算几何量算地物外形是影像处理中模式识别的一个重要部分 例如海岸线的外形是岛屿的重要特征，森林中 不同类型的土地外形对野生生物显得非常重要 目标物的外观是多变的，很难找到一个准确的量 对其进行描述 基本考虑：空间完整性、多边形形状特征3.3.形状量算形状量算• 第一种量算方法：首先统计线段的总长度得到多边 形的周长，然后与同该多边形面 积相同的圆的周长进行比较。

将多边形周长与圆周长相除得到 一个参数，可以很快比较出多边 形的不同来vv形状量算形状量算• 第二种量算方法： 从多边形中心画出一组规则 半径，设其半径长为 ，圆的半径长为 ，然后计算参量从而比较出多边形的差别来 • 第三种量算方法：如果认为一个标准的圆目标既非紧凑型也非膨 胀型，则可定义其形状系数为：其中，P为目标物周长，A为目标物面积如果 r＜1，目标物为紧凑型；r＝1，目标物为一标准圆；r＞1，目标物为膨胀型圆U=1U>1膨胀型U0 时若 zi,(j+1) > zi,j 则VR(i, j) = -1若 zi,(j+1) 0 时若 z(i+1),j > zi,j 则VR(i, j) = -1若 zi,(j+1) dist[u]+dist[w]) dist[w]=dist[u]+M[u][w]; } }带权的有向图和邻接矩阵6．网络分析105310510030601020∞ ∞ 10 ∞ 30 100∞ ∞ 5 ∞ ∞ ∞∞ ∞ ∞ 50 ∞ ∞∞ ∞ ∞ ∞ ∞ 10∞ ∞ ∞ 20 ∞ 60∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞4250网络分析——服务范围（Service Area）的划分•基于网络的服务区 •基于缓冲区（Buffer ）的服 务区两者比较 1.生成的原理不同：前者 靠网络中的路径产生服务 区边界，后者按直线距离 产生服务区边界。

2.一般情况下，后者比前者 的范围要小 3.适用的范围不同：网络分析——资源分配（Allocation）•为网络中的线（结点）寻找最近(阻抗强度的大小)的资源（发散 地） •每个资源有自身的最大承受能力 •确保有效的分配，根据资源容量以及网络线（结点）的需求将 网络线和结点分配给各个资源当网络元素被分配给某个中心 时，该资源点拥有的容量依据网络需求而缩减，当资源容量耗 尽，分配就停止•资资源分配 –资资源分配网络。