六章空间查询与空间分析知识讲解.ppt

地理信息系统原理GIS六章空间查询与空间分析￿￿￿￿Still￿waters￿run￿deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深￿￿￿￿Where￿there￿is￿life,￿there￿is￿hope有生命必有希望有生命必有希望分析模型建立部分分析模型建立部分空间分析部分空间分析部分空间查询部分空间查询部分本章安排本章安排空间数据的统计分析空间数据的统计分析2DEM分析分析3叠置分析叠置分析4缓冲区分析缓冲区分析5空间数据的查询空间数据的查询1网络分析网络分析6空间分析模型空间分析模型7地理信息系统原理GIS§6-1 §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、、 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——面面（（我我国国边边境境线线总总长长度度））、、点点——线线（（自自来来水水GISGIS中中，，与与某某阀阀门门相相关关的的水水管管））、、点点——面面A A12BC二、空间数据查询种类二、空间数据查询种类 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同层层包包含含，，如如，，某某省省的的下下属属地地区区，，若若建建立立有有空空间间拓拓扑扑关关系系，，可可直直接接查查询询拓拓扑扑关关系系表表来来实现不不同同层层包包含含，，如如某某省省的的湖湖泊泊分分布布，，没没有有建建立立拓拓扑扑，，实实质质是是叠叠置置分分析析检检索索，，通通过过多多边边形形叠置分析技术，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）穿越查询）穿越查询 某某公公路路穿穿越越了了某某些些县县，，采采用用空空间间运运算算的的方方法法执执行行，，根根据据一一个个线线目目标标的的空空间间坐坐标标，，计计算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）缓冲区查询根根据据用用户户给给定定的的一一个个点点、、线线、、面面缓缓冲冲的的距距离离，，从从而而形形成成一一个个缓缓冲冲区区的的多多边边形形，，再再根根据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之间的数据文件之间进行，这时需应用进行，这时需应用边沿匹配处理边沿匹配处理技术第六章第六章 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地理信息系统原理GIS4 4、属性查询、属性查询 1 1）） 查找查找    仅仅选选择择一一个个属属性性表表，，给给定定一一个个属属性性值值，，找找出出对对应应的属性记录或图形。

的属性记录或图形 在在屏屏幕幕上上已已有有一一个个属属性性表表，，用用户户任任意意点点取取记记录录，，对应的图形以高亮显示对应的图形以高亮显示 实实现现：：执执行行数数据据库库查查询询语语言言，，找找到到满满足足要要求求的的记记录录，，得得到到它它的的目目标标标标识识，，再再通通过过目目标标标标识识在在图图形形数数据据文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 空间查询空间查询二、空间数据查询种类二、空间数据查询种类 地理信息系统原理GIS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Select Select 属性项属性项 From From 属性表属性表 Where Where 条件条件 or or条件条件 and and 条件条件2 2））SQLSQL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4、属性查询、属性查询二、空间数据查询种类二、空间数据查询种类 地理信息系统原理GIS3 3）扩展）扩展SQLSQL        空空间间数数据据查查询询语语言言是是通通过过对对标标准准SQLSQL的的扩扩展展来来形形成成的的，，即即在在数数据据库库查查询询语语言言上上加加入入空空间间关关系系查查询询。

为为此此需需要要增增加加空空间间数数据据类类型型（（如如点点、、线线、、面面等等））和和空空间间操操作作算算子子（（如如求求长长度度、、面面积积、、叠叠加加等等））在在给给定定查查询询条条件件时时也也需需含含有有空空间间概概念念，，如如距距离离、、邻邻近近、、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”））主主要要优优点点是是：：保保留留了了SQLSQL的的风风格格，，便便于于熟熟悉悉SQLSQL的的用用户户的的掌掌握握，，通通用用性性较较好好，，易易于于与与关关系数据库连接系数据库连接执执行行扩扩展展SQLSQL，，如如果果要要将将属属性性和和空空间间关关系系整整体体统统一一起起来来，，从从底底层层进进行行查查询询优优化化，，有有一一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4、属性查询、属性查询二、空间数据查询种类二、空间数据查询种类 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     可可视视化化查查询询是是指指将将查查询询语语言言的的元元素素，，特特别别是是空空间间关关系系，，用用直直观观的的图图形形或或符符号号表表示示。

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、易于使用的特点缺缺点点：：当当空空间间约约束束条条件件复复杂杂时时，，很很难难用用图图符符描描述述；；用用二二维维图图符符表表示示图图形形之之间间的的关关系系时时，，可可能能会会出出现现歧歧义义；；难难以以表表示示“非非”关关系系；；不不易易进进行行范范围围（（圆圆、、矩矩形形、、多多边边形形等等））约约束束；；无法进行屏幕定位查询等无法进行屏幕定位查询等二、空间数据查询种类二、空间数据查询种类 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地理信息系统原理GIS2 2）超文本查询）超文本查询图图形形、、图图像像、、字字符符等等皆皆当当作作文文本本，，并并设设置置一一些些“热热点点”（（HotSpotHotSpot）），，“热热点点”可可以是文本、键等以是文本、键等用用鼠鼠标标点点击击“热热点点”后后，，可可以以弹弹出出说说明明信信息息、、播播放放声声音音、、完完成成某某项项工工作作等等但但超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，如温度高的城市  SELECT name SELECT 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这这种种查查询询方方式式只只能能适适用用于于某某个个专专业业领领域域的的地地理理信信息息系系统统，，而而不不能能作作为为地地理理信信息息系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作定量转换作定量转换第六章第六章 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地理信息系统原理GIS空间分析空间分析:是综合分析空间数据的技术的通称。

空间分析有着十分丰富的内涵，它是构成地理信息系统的核心部分之一，在整个地理数据的应用中发挥着举足轻重的作用，也是GIS区别与其它信息系区别与其它信息系统的一个显著标志统的一个显著标志地理信息系统原理GIS本章安排本章安排DEM分析分析3缓冲区分析缓冲区分析4叠置分析叠置分析5空间数据的查询空间数据的查询1网络分析网络分析6空间分析模型空间分析模型7空间数据的统计分析空间数据的统计分析2地理信息系统原理GIS一、统计图表分析一、统计图表分析能能被被用用户户直直观观地地观观察察和和理理解解数据统统计计表表格格是是详详尽尽地地表表示示非非空空间间数数据据的的方方法法，，不不直直观观，，但但可可提提供供详详细细数数据据，，便便于于对对数数据进行据进行再处理再处理 §6-2空间数据的统计分析空间数据的统计分析 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第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析概念：空间数据的统计分析指对概念：空间数据的统计分析指对GISGIS地理数据库地理数据库中的中的专题数专题数 据据进行统计分析进行统计分析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--------找出数据分布的集中位置找出数据分布的集中位置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频率最高频率最高第六章第六章 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 xi i（（i i＝＝1,2,1,2,…，，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三、属性数据的离散特征数三、属性数据的离散特征数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σ2 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地理信息系统原理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：内蒙古及长城沿线区区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：西南区 7 7：华南区：华南区 8 8：甘新区：甘新区 9 9：青藏：青藏区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，选择距距离最小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的两类进行两类进行合并合并，这样每次减少一类，直到达到所需的分类数或所有的样本都，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。

归为一类为止 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    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 §6-2空间数据的统计分析空间数据的统计分析第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析地理信息系统原理GIS分析模型建立部分分析模型建立部分空间分析部分空间分析部分空间查询部分空间查询部分本章安排本章安排空间数据的统计分析空间数据的统计分析2DEM分析分析3叠置分析叠置分析4缓冲区分析缓冲区分析5空间数据的查询空间数据的查询1网络分析网络分析6空间分析模型空间分析模型7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，它表），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的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 z = f= 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、重力、，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 DEM§6-3 DEM分析分析 等高等高线通常被存通常被存储成一个成一个有序有序的的坐坐标点序列点序列，可以，可以认为是一条是一条带有高程有高程值属性的属性的简单多多边形形或多或多边形弧段由于等高形弧段由于等高线模型只是表达了区域的模型只是表达了区域的部分高程部分高程值，往往需要一，往往需要一种种插插值方法方法来来计算落在算落在等高等高线以外以外的的其他点其他点的高程，又因的高程，又因为这些点是落在两条等高些点是落在两条等高线包包围的区域内，所以，通常只要使用的区域内，所以，通常只要使用外包的外包的两条等高两条等高线的高程的高程进行行插插值。

地理信息系统原理GIS2 2））TIN TIN 法法 TIN TIN（（Triangulated Irregular Network)Triangulated Irregular Network)表示法利用所有采表示法利用所有采样点取得的离散数点取得的离散数据，按照据，按照优化化组合合的原的原则，把，把这些离散点（各三角形的些离散点（各三角形的顶点）点）连接成相互接成相互连续的的三角面三角面（在（在连接接时，尽可能地确保每个三角形都是，尽可能地确保每个三角形都是锐角三角形角三角形或是三或是三边的的长度近度近似似相等相等--Delaunay--Delaunay） 因因为TINTIN可根据地形的可根据地形的复复杂程度程度来确定采来确定采样点的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特征点和线，从而，从而减少了减少了地形地形较平坦地区的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 DEM§6-3 DEM分析分析3 3）） 规则格网法格网法(Grid)(Grid)地理信息系统原理GIS3 3）） 规则格网法格网法(Grid)(Grid) 规则格网法是把格网法是把DEMDEM表示成表示成高程矩高程矩阵，此，此时，，DEMDEM来源于直接来源于直接规则矩形格网采矩形格网采样点或由不点或由不规则离散数据点内插离散数据点内插产生。

生 结构简单结构简单，，计算机算机对矩矩阵的的处理理比比较方便方便，，高程矩高程矩阵已成已成为DEMDEM最通用最通用的形式高程矩的形式高程矩阵特特别有利于有利于各种各种应用用 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 DEM§6-3 DEM分析分析但但GridGrid系系统也有下列也有下列缺点缺点：：a) a) 地形地形简单的地区存在的地区存在大量冗余数大量冗余数据据；；b) b) 如不改如不改变格网大小格网大小, ,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) 对于某些特殊于某些特殊计算如算如视线计算算时，格网的，格网的轴线方方向被夸大向被夸大；；d) d) 由于由于栅格格过于粗略，于粗略，不能精确不能精确表示地形的关表示地形的关键特特征征, ,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））容容易易以以多多种种形形式式显显示示地地形形信信息息地地形形数数据据经经过过计计算算机机软软件件处处理理过过后后，，产产生生多多种种比比例例尺尺的的地地形形图图、、纵纵横横断断面面图图和和立立体体图图。

而而常常规规地地形形图图一一经经制制作作完完成成后后，，比比例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））精精度度不不会会损损失失常常规规地地图图随随着着时时间间的的推推移移，，图图纸纸将将会会变变形形，，失失掉掉原原有有的的精精度度而而DEMDEM采采用用数数字字媒媒介介，，因因而而能能保保持持精精度度不不变变另另外外，，由由常常规规的的地地图图用用人人工工的的方方法法制作其他种类的地图，精度会制作其他种类的地图，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））容容易易实实现现自自动动化化、、实实时时化化常常规规地地图图要要增增加加和和修修改改都都必必须须重重复复相相同同的的工工序序，，劳劳动动强强度度大大而而且且周周期期长长，，而而DEMDEM由由于于是是数数字字形形式式的的，，所所以以增增加加和和修修改改地地形形信信息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 DEM§6-3 DEM分析分析与与传统地形地形图比比较，，DEMDEM作作为地形表面的一种数字表达形式有如下特点：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））作作为为背背景景叠叠加加各各种种专专题题信信息息如如土土壤壤、、土土地地利利用用及及植植被被覆覆盖盖数数据据等等，，以以进进行显示与分析；行显示与分析； 10 10）与）与GISGIS联合进行空间分析；联合进行空间分析； 11 11）虚拟现实）虚拟现实(Virtual Reality)(Virtual Reality)；； 此外，从此外，从DEMDEM还能派生以下主要能派生以下主要产品：平面等高品：平面等高线图、立体等高、立体等高线图、等、等坡度坡度图、、晕渲渲图、通、通视图、、纵横断面横断面图、三、三维立体透立体透视图、三、三维立体彩色立体彩色图等。

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 DEM§6-3 DEM分析分析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 DEM§6-3 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《地理信息资料来源于张超主编的《地理信息系统教程》所配光盘系统教程》所配光盘地理信息系统原理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 DEM§6-3 DEM分析分析资料来源于张超主编的《地理信息系统教程》所配光盘资料来源于张超主编的《地理信息系统教程》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 DEM§6-3 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 DEM§6-3 DEM分析分析资料来源于张超主编的《地理信息系统教程》所配光盘资料来源于张超主编的《地理信息系统教程》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，得到拟合的的高程，得到拟合的DEMDEM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插特点是不能反映内插区域内的局部特征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 DEM§6-3 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间查询与空间分析§6-3 DEM§6-3 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    在在计计算算出出各各地地表表单单元元的的坡坡度度后后，，可可对对不不同同的的坡坡度度设设定定不不同同的的灰灰度度级级，，可可得得到到坡坡度度图图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，   在在计计算算出出每每个个地地表表单单元元的的坡坡向向后后，，可可制制作作坡坡向向图图，，通通常常把把坡坡向向分分为为东东、、南南、、西西、、北北、、东东北北、、西西北北、、东东南南、、西西南南8 8类类，，再再加加上上平平地地，，共共9 9类类，，用用不不同同的的色色彩彩显显示示，，即即可可得得到到坡坡向向图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）  是是反反映映地地表表的的起起伏伏变变化化和和侵侵蚀蚀程程度度的的指指标标，，一一般般定定义义为为地地表表单单元元的的曲曲面面面面积积与与其其水水平平面上的面上的投影面积投影面积之比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 DEM§6-3 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*33*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 DEM§6-3 DEM分析分析返回返回部分资料来源于张超主编的《地理部分资料来源于张超主编的《地理信息系统教程》所配光盘信息系统教程》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 DEM§6-3 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 h……<400<600<400<600……相对相对h h…<100<100100-200100-200……坡向坡向<3<3……………DEMDEM计算地表形态要素计算地表形态要素H,H’,H,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：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 DEM§6-3 DEM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，可其它地理变量，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 第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析§6-3 DEM§6-3 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 已知两点的坐标已知两点的坐标A(xA(x1 1，，y y1 1) )，，B B(x(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，并内插内插交点上的高程，以及各交点之交点上的高程，以及各交点之间的距离。

然后按间的距离然后按选定选定的垂直的垂直比例尺和水平比例尺，按比例尺和水平比例尺，按距离距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为为观观察察点点，，对对格格网网DEMDEM或或三三角角网网DEMDEM上上的的每每个个点点判判断断通通视视与与否否，，通通视视赋赋值值为为1 1，，不不通通视视赋赋值值为为0 0由由此此可可形形成成属属性性值值为为0 0和和1 1的的格格网网或或三三角角网网对对此此以以0.50.5为为值值追追踪踪等等值值线线，，即得到以即得到以O O为观察点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°0°～～360°360°的的所有方位线上所有方位线上的通视情况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。

这样可得出射线状的对于每条方位线，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 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 DEM§6-3 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 OP OP的的倾角倾角为为αα 观察点与观察点与各交点各交点的的倾角倾角为为ββi i (i(i＝＝A,B,C)A,B,C)若若tgtgα＞＞max(tgmax(tgβi i , i, i＝＝A A、、B B、、C)C)，则，则OPOP通视通视  否则，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 DEM§6-3 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 DEM§6-3 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《地理信息系统教程》所配光盘资料来源于张超主编的《地理信息系统教程》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 空间查询与空间分析空间查询与空间分析§6-3 DEM§6-3 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《地理信息系统编的《地理信息系统教程》所配光盘教程》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 DEM§6-3 DEM分析分析资料来源于张超主编的《地理信息系统教程》所配光盘资料来源于张超主编的《地理信息系统教程》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 DEM§6-3 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 DEM§6-3 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创业开超市，创业开超市，选在什么位置选在什么位置生意好？？生意好？？人流量大？人流量大？交通便利？交通便利？购买力强购买力强…地理信息系统原理GIS影响超市选址的因素影响超市选址的因素环境因素环境因素用地性质对超市的选址有限制用地性质对超市的选址有限制, ,研究范围之外研究范围之外的区域不符合环境要求的区域不符合环境要求市场因素市场因素周围其它同类超市的情况、交通因素、其它周围其它同类超市的情况、交通因素、其它人流汇集点的分布情况对超市的选址都有影人流汇集点的分布情况对超市的选址都有影响经济因素经济因素主要指土地价格对用地选址的影响主要指土地价格对用地选址的影响人口因素人口因素主要是人口密度的影响主要是人口密度的影响地理信息系统原理GIS以以GIS角度分析角度分析•点状元素点状元素 对于小型超市选址有吸引力对于小型超市选址有吸引力的设施，如其中包括各公的设施，如其中包括各公交站点、公交始末站、地交站点、公交始末站、地铁入口、医院、大型服务铁入口、医院、大型服务设施以及学校设施以及学校 有排斥力的要素，如其它同有排斥力的要素，如其它同类超市类超市•线状元素线状元素 区域内的道路区域内的道路,表现为线性表现为线性元素。

元素 有排斥力的要素，如铁路和有排斥力的要素，如铁路和高架高架•面状元素面状元素 各种区域范围各种区域范围,表现为面性表现为面性元素包括用地性质、人元素包括用地性质、人口与收入统计区以及研究口与收入统计区以及研究范围以内的区域范围以内的区域地理信息系统原理GIS本章安排本章安排DEM分析分析3缓冲区分析缓冲区分析4叠置分析叠置分析5空间数据的查询空间数据的查询1网络分析网络分析6空间分析模型空间分析模型7空间数据的统计分析空间数据的统计分析2地理信息系统原理GIS一、缓冲区及其作用一、缓冲区及其作用    缓缓冲冲区区是是地地理理空空间间目目标标的的一一种种影影响响范范围围或或服服务务范范围围，，具具体体指指在在点点、、线线、、面面实实体体的的周围，自动建立的周围，自动建立的一定宽度一定宽度的的多边形多边形数学表达数学表达为：为： 其中其中,R R为为 缓冲宽度缓冲宽度，或，或缓冲半径缓冲半径作作用用：： 缓缓冲冲区区分分析析是是GISGIS的的基基本本空空间间操操作作功功能能之之一一，，一一般般应应用用于于求求地地理理实实体体的的影影响响范围，即范围，即邻近度问题邻近度问题。

     如如道道路路噪噪声声影影响响范范围围就就是是沿沿道道路路建建一一定定宽宽度度的的缓缓冲冲区区，，车车流流量量决决定定缓缓冲冲区区半半径径如如某某地地区区有有危危险险品品仓仓库库，，要要分分析析一一旦旦仓仓库库爆爆炸炸所所涉涉及及的的范范围围，，这这就就需需要要进进行行点点缓缓冲冲区分析等等区分析等等 §6-4§6-4 缓冲区缓冲区分析分析二、基于矢量数据的缓冲区的建立二、基于矢量数据的缓冲区的建立第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析二、基于矢量数据的缓冲区的建立二、基于矢量数据的缓冲区的建立1 1、、线线的的重重采采样样，，对对线线进进行行化化简简，，以以加加快快缓缓冲冲区区建建立立的的速速度度线线的的矢量数据压缩算法矢量数据压缩算法2 2、、建建立立线线缓缓冲冲区区，，在线的的两两边边按按一一定定的的距距离离（（缓缓冲冲距距））绘绘平平行行线线，，并并在线的的端端点点处处绘绘半半圆圆，，连连成成缓缓冲冲区区多边形3 3、、重重叠叠处处理理：：对对缓缓冲冲区区边边界界求求交交，，并并判判断断每每个个交交点点是是出出点点还还是是入入点点，，以以决决定定交交点点之之间间的的线线段段保保留留或或删删除除。

这样就可得到岛状的缓冲区这样就可得到岛状的缓冲区 点的缓冲区点的缓冲区面的缓冲面的缓冲线的缓冲区线的缓冲区以以线状地物线状地物为例：为例：多个实体的缓冲区，多个实体的缓冲区，各实体缓冲区的并，各实体缓冲区的并，半径可以不同半径可以不同 §6-4§6-4 缓冲区缓冲区分析分析第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析地理信息系统原理GIS三、基于栅格的缓冲区建立三、基于栅格的缓冲区建立算法比较简单，核心问题是算法比较简单，核心问题是距离变换距离变换 栅格数据栅格数据距离变换距离变换提取一定宽度的多边形提取一定宽度的多边形缓冲区缓冲区§6-4§6-4 缓冲区缓冲区分析分析第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析地理信息系统原理GIS本章安排本章安排DEM分析分析3缓冲区分析缓冲区分析4叠置分析叠置分析5空间数据的查询空间数据的查询1网络分析网络分析6空间分析模型空间分析模型7空间数据的统计分析空间数据的统计分析2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。

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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《地理信息系统教程》所配光盘图片摘自张超主编的《地理信息系统教程》所配光盘§6-5§6-5 叠置叠置分析分析第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析一、基于矢量数据的叠置分析一、基于矢量数据的叠置分析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：      是是指指不不同同图图幅幅或或不不同同图图层层多多边边形形要要素素之之间间的的叠叠置置，，根根据据两两组组多多边边形形边边界界的的交交点点来来建建立立具具有有多多重重属属性性的的多多边边形形（（合合成成叠叠置置））或或进进行行多边形范围内的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）合合成成叠叠置置需需要要进进行行属属性性合合并并方方法法可可用用加加、、减减、、乘乘、、除除，，也也可可取取平平均值、最大最小值，或取逻辑运算的结果等均值、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等，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，即把其它图上的多边形的属性信息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 ） 3 3）实施步骤）实施步骤§6-5§6-5 叠置叠置分析分析第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析一、基于矢量数据的叠置分析一、基于矢量数据的叠置分析地理信息系统原理GIS3 3）实施步骤）实施步骤a 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，工作量大工作量大二、基于栅格数据的叠置分析二、基于栅格数据的叠置分析§6-5§6-5 叠置叠置分析分析第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析一、基于矢量数据的叠置分析一、基于矢量数据的叠置分析地理信息系统原理GIS2. 2. 分类分类原理上划分：原理上划分：原理上划分：原理上划分：ØØ逻辑交逻辑交逻辑交逻辑交ØØ逻辑并逻辑并逻辑并逻辑并ØØ逻辑差逻辑差逻辑差逻辑差根据操作要素的不同：根据操作要素的不同：根据操作要素的不同：根据操作要素的不同：ØØ点与多边形叠加点与多边形叠加点与多边形叠加点与多边形叠加ØØ线与多边形叠加线与多边形叠加线与多边形叠加线与多边形叠加ØØ多边形与多边形叠加多边形与多边形叠加多边形与多边形叠加多边形与多边形叠加根据操作形式的不同：根据操作形式的不同：根据操作形式的不同：根据操作形式的不同：Ø图层擦除图层擦除Ø识别叠加识别叠加Ø交集操作交集操作Ø均匀差值均匀差值Ø图层合并图层合并Ø修正更新修正更新一一基于矢量数据的叠置分析基于矢量数据的叠置分析§6-5§6-5 叠置叠置分析分析第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析地理信息系统原理GIS二二 6种矢量叠置分析种矢量叠置分析 1 1 图层擦除（图层擦除（EraseErase）） 图层擦除是指图层擦除是指输入图层输入图层根据根据擦除图层擦除图层的范围大小，将擦除参照图层所覆盖的范围大小，将擦除参照图层所覆盖的输入图层内的要素去除，最后得到剩余的输入图层的结果。

的输入图层内的要素去除，最后得到剩余的输入图层的结果点与多边形点与多边形线与多边形线与多边形多边形与多边形多边形与多边形§6-5§6-5 叠置叠置分析分析第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析地理信息系统原理GIS二二 6种矢量叠置分析种矢量叠置分析 2 2 识别叠加（识别叠加（IdentityIdentity）） 输输入入图图层层和和另另外外一一个个图图层层进进行行识识别别叠叠加加，，在在图图形形交交迭迭的的区区域域，，识识别别图图层层的的属属性性将将赋赋给给输输入入图图层层在在该该区区域域内内的的地地图图要要素素，，同同时时也也有有部部分分的图形的变化在其中的图形的变化在其中点与多边形点与多边形线与多边形线与多边形多边形与多边形多边形与多边形§6-5§6-5 叠置叠置分析分析第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析地理信息系统原理GIS地理信息系统原理GIS二二 6种矢量叠置分析种矢量叠置分析 3 3 交集操作（交集操作（IntersectIntersect）） 交交集集操操作作是是得得到到两两个个图图层层的的交交集集部部分分，，并并且且原原图图层层的的所所有有属属性性将将同同时在得到的新的图层上显示出来。

时在得到的新的图层上显示出来点与点交集点与点交集点与线交集点与线交集点与面交集点与面交集§6-5§6-5 叠置叠置分析分析第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析地理信息系统原理GIS二二 6种矢量叠置分析种矢量叠置分析 面面——商业中心辐射范围商业中心辐射范围点点——名胜古迹名胜古迹目的目的:找出已被商业找出已被商业中心影响的名胜古迹中心影响的名胜古迹个数及分布个数及分布§6-5§6-5 叠置叠置分析分析第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析地理信息系统原理GIS多边形与多边形多边形与多边形线与多边形线与多边形线与线边形线与线边形点、线与多边形相交点、线与多边形相交二二 6种矢量叠置分析种矢量叠置分析 3 3 交集操作（交集操作（IntersectIntersect））§6-5§6-5 叠置叠置分析分析第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析地理信息系统原理GIS道路影响范围§6-5§6-5 叠置叠置分析分析第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析地理信息系统原理GIS商业中心影响范围商业中心影响范围§6-5§6-5 叠置叠置分析分析第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析地理信息系统原理GIS§6-5§6-5 叠置叠置分析分析第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析地理信息系统原理GIS二二 6种矢量叠置分析种矢量叠置分析 4 4 均匀差值（均匀差值（Symmetrical differenceSymmetrical difference）） 在在矢矢量量的的叠叠置置分分析析中中也也有有为为了了获获得得两两个个图图层层去去掉掉它它们们之之间间的的公公共共部部分分，，而而只只需需要要剩剩下下的的部部分分，，同同时时对对原原有有图图层层的的空空间间上上的的分分布布也也进进行行一一定定区区域域内内的的调整，新生成的图层的属性也是综合两者的属性而产生的。

调整，新生成的图层的属性也是综合两者的属性而产生的均匀差值图解均匀差值图解 §6-5§6-5 叠置叠置分析分析第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析地理信息系统原理GIS§6-5§6-5 叠置叠置分析分析第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析二二 6种矢量叠置分析种矢量叠置分析 5 5 图层合并（图层合并（UnionUnion）） 图图层层合合并并是是通通过过把把两两个个图图层层的的区区域域范范围围联联合合起起来来而而保保持持来来自自输输入入地地图和叠加地图的所有地图要素图和叠加地图的所有地图要素在布尔运算上用的是在布尔运算上用的是oror关键字，即输入图层关键字，即输入图层oror叠加图层叠加图层图层合并图解图层合并图解 如学校范围和名胜古迹范围如学校范围和名胜古迹范围地理信息系统原理GIS§6-5§6-5 叠置叠置分析分析第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析6 6 修正更新（修正更新（IntersectIntersect）） 修修正正更更新新指指，，首首先先对对输输入入的的图图层层和和修修正正图图层层进进行行几几何何相相交交的的计计算算，，然然后后输输入入的的图图层层被被修修正正图图层层覆覆盖盖的的那那一一部部分分的的属属性性被被修修正正图图层层而而代代替。

替点与多边形点与多边形线与多边形线与多边形多边形与多边形多边形与多边形二二 6种矢量叠置分析种矢量叠置分析 地理信息系统原理GIS 矢量的空间叠置分析虽然远远要多于以上所说的矢量的空间叠置分析虽然远远要多于以上所说的6 6种方种方式，但是将它们逐个细化下来离不开这式，但是将它们逐个细化下来离不开这6 6种基本方式，也种基本方式，也就是说这些就是组成矢量空间分析的最基本的小元素但就是说这些就是组成矢量空间分析的最基本的小元素但是实际中空间分析还远远不是几个小元素组件就可以实现是实际中空间分析还远远不是几个小元素组件就可以实现其操作其操作二二 6种矢量叠置分析种矢量叠置分析 §6-5§6-5 叠置叠置分析分析第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析地理信息系统原理GIS综合运用叠置分析和缓冲区分析等多种综合运用叠置分析和缓冲区分析等多种GIS手段和方法，最终确定超市选址方案手段和方法，最终确定超市选址方案§6-5§6-5 叠置叠置分析分析第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析地理信息系统原理GIS三、基于栅格数据的叠置分析三、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空间间变变换换：：对对原原始始图图层层及及其其属属性性进进行行一一系系列列的的逻逻辑辑或或代代数数运运算算，，以以产产生生新新的的具具有有特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重重分分类类是是将将属属性性数数据据的的类类别别合合并并或或转转换换成成新新类类即即对对原原来来数数据据中中的的多多种种属属性性类类型型，，按照一定的原则进行重新分类，以利于分析按照一定的原则进行重新分类，以利于分析在多数情况下，重分类都是将在多数情况下，重分类都是将复杂复杂的类型合并成的类型合并成简单简单的类型例例如如，，可可以以将将各各种种土土壤壤类类型型重重分分类类为为水水面面和和陆陆地地两两种种类类型型在在重重分分类类策策略略下下，，属属性性代换，并去掉公共边代换，并去掉公共边 §6-5§6-5 叠置叠置分析分析第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析地理信息系统原理GIS3 3、滤波运算、滤波运算滤滤波波运运算算可可将将破破碎碎的的地地物物合合并并和和光光滑滑化化，，以以显显示示总总的的状状态态和和趋趋势势，，也也可可以以通通过过边边缘缘增增强强和提取，获取区域的边界。

和提取，获取区域的边界4 4、特征参数计算、特征参数计算即对栅格数据计算区域的周长、面积、重心等，以及线的长度、点的坐标等即对栅格数据计算区域的周长、面积、重心等，以及线的长度、点的坐标等在在栅栅数数数数据据上上量量算算面面积积有有其其独独特特的的方方便便之之处处，，只只要要对对栅栅格格进进行行计计数数，，再再乘乘以以栅栅格格的的单单位位面积即可面积即可在栅格数据中计算距离时，距离有不同意义：在栅格数据中计算距离时，距离有不同意义： 四方向距离四方向距离是通过水平或垂直的相邻像元来定义路径的；是通过水平或垂直的相邻像元来定义路径的； 八方向距离八方向距离是根据每个像元的八个相邻像元来定义的；是根据每个像元的八个相邻像元来定义的； 在计算在计算欧几里德距离欧几里德距离时，需将连续的栅格线离散化，再用欧几里德距离公式计算时，需将连续的栅格线离散化，再用欧几里德距离公式计算 例：四方向距离计算的距离为例：四方向距离计算的距离为6 6，， 用八方向计算的距离为用八方向计算的距离为 5 5、相似运算、相似运算----------匹配识别匹配识别 相似运算是指按某种相似性度量来搜索与给定物体相似相似运算是指按某种相似性度量来搜索与给定物体相似的其它物体的运算。

的其它物体的运算 §6-5§6-5 叠置叠置分析分析第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析三、基于栅格数据的叠置分析三、基于栅格数据的叠置分析（二）多层栅格数据的叠置分析（二）多层栅格数据的叠置分析A A，，B B，，C C等等表表示示各各层层上上的的属属性性值值，，f f函函数数取取决于叠置的要求决于叠置的要求1 1、单点变换：、单点变换：1）概念）概念：：  只将对应只将对应栅格单元栅格单元的属性作某种运算（加、减、乘、除、三角函数、逻辑运算的属性作某种运算（加、减、乘、除、三角函数、逻辑运算等）得到新图层属性，而等）得到新图层属性，而不受不受其邻近点的属性值的影响其邻近点的属性值的影响2）算法原理：）算法原理：3）实际应用：）实际应用：+U U＝＝f(A,B,C,f(A,B,C,……) )部分资料摘自张超主编的《地理信息系统教程部分资料摘自张超主编的《地理信息系统教程》所配光盘》所配光盘§6-5§6-5 叠置叠置分析分析第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析三、基于栅格数据的叠置分析三、基于栅格数据的叠置分析地理信息系统原理GIS2 2、区域变换、区域变换          新新属属性性的的值值不不仅仅与与对对应应的的原原属属性性值值相相关关，，而而且且与与原原属属性性值值所所在在的的区域区域的长度、面积、形状等特性相关。

的长度、面积、形状等特性相关 如输出如输出面积面积大于大于x 的图班的图班  3、邻域变换、邻域变换    计计算算新新图图层层属属性性时时，，不不仅仅考考虑虑原原始始图图上上对对应应栅栅格格本本身身的的值值，，还还需需考考虑该图元虑该图元邻域关联邻域关联的其他图元值的影响的其他图元值的影响    如如面面元元分分布布图图，，生生成成面面元元边边界界图图时时，，判判断断是是否否为为边边界界点点，，需需判判断断本本身为面属性，且其邻域包含背景属性（四、八邻域身为面属性，且其邻域包含背景属性（四、八邻域 栅格叠置的作用：栅格叠置的作用：1 1）类型叠置）类型叠置，获取新的类型获取新的类型2 2）数量统计）数量统计: :即计算某一区域内的类型和即计算某一区域内的类型和面积3 3）动态分析）动态分析: :4 4）益本分析）益本分析: :5 5）几何提取）几何提取: :§6-5§6-5 叠置叠置分析分析第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析三、基于栅格数据的叠置分析三、基于栅格数据的叠置分析地理信息系统原理GIS本章安排本章安排DEM分析分析3缓冲区分析缓冲区分析4叠置分析叠置分析5空间数据的查询空间数据的查询1网络分析网络分析6空间分析模型空间分析模型7空间数据的统计分析空间数据的统计分析2地理信息系统原理GIS一、概念一、概念 网络分析的基础是网络分析的基础是图论图论和和运筹学。

运筹学 资料来源于张超主编的《地理信息系统教程》所配光盘资料来源于张超主编的《地理信息系统教程》所配光盘§6-6§6-6 空空间数据的网数据的网络分析分析第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析地理信息系统原理GIS二、网络的组成二、网络的组成 1 1、、网网络络：：是是一一系系列列联联结结的的弧弧段段，，形形式式物物质质，，信信息流通的通道息流通的通道2 2、网络基本要素：、网络基本要素：1 1）结点）结点：网络中任意两条线段的交点网络中任意两条线段的交点2 2））链链，，连连通通路路线线，，连连结结两两点点的的段段要要素素，，是是资资源源运运移的通道移的通道结点结点站站点点3）转弯）转弯：在连通路线相连的结点处，资源运移方向：在连通路线相连的结点处，资源运移方向                可能转变，从一条链上经结点转向另一条链可能转变，从一条链上经结点转向另一条链4）停靠点（站点））停靠点（站点）：网络中资源的上、下结点网络中资源的上、下结点5）中心）中心：收发资源的结点处的设施，如河流网络中的水库，公共汽车停车场收发资源的结点处的设施，如河流网络中的水库，公共汽车停车场。

6）障碍）障碍：资源不能通过的结点资源不能通过的结点3、属性、属性1）阻碍）阻碍：资源在网络中运行的阻力资源在网络中运行的阻力2）资源需求量）资源需求量：网络中与弧段和停靠点相联系资源的数量，如某条街所住的学生数网络中与弧段和停靠点相联系资源的数量，如某条街所住的学生数3）资源容量）资源容量：网络中心为弧段的需求能容纳或提供的资源总数量，：网络中心为弧段的需求能容纳或提供的资源总数量，                              如接收的学生总数如接收的学生总数§6-6§6-6 空空间数据的网数据的网络分析分析第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析4 4、网络要素的表示、网络要素的表示 1 1）链弧）链弧4 42 255553535链弧号链弧号起结点起结点终结点终结点长度长度(km)正方向阻正方向阻强强(km/h)反方向阻强反方向阻强(km/h)资源需资源需求量求量2024145.33555（（-1:表示不表示不通，单行道）通，单行道）…2) 2) 转弯转弯：： M M条弧相连共有转弯个数条弧相连共有转弯个数N N：：结点号结点号从弧段从弧段至弧段至弧段角度角度时间阻强时间阻强(s)34L2L1906034L1L11803034L2L3-90-1(不允许拐弯）不允许拐弯）34L1L300(无阻强无阻强)34L1L1L2L2L3L3停靠点停靠点§6-6§6-6 空空间数据的网数据的网络分析分析第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析二、网络的组成二、网络的组成 地理信息系统原理GIS3 3）停靠点、中心的属性）停靠点、中心的属性停靠点：直接在相应的结点上附上需求量属性，负为下卸，正值为装载，停靠点：直接在相应的结点上附上需求量属性，负为下卸，正值为装载，中中心心：：资资源源最最大大容容量量、、服服务务范范围围和和服服务务延延迟迟数数（（在在其其它它中中心心达达到到某某个个数数量量时时才才提提供服务）。

供服务）结点号需求量453546-20结点号资源最大容量资源最大容量服务范围服务范围服务延迟数服务延迟数2410002000…………学校学校§6-6§6-6 空空间数据的网数据的网络分析分析第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析4 4、网络要素的表示、网络要素的表示 二、网络的组成二、网络的组成 三、网络分析三、网络分析 （一）路径分析（一）路径分析1、、最短路径分析含义：最短路径分析含义：在网络中从起点经一系列特定在网络中从起点经一系列特定的结点至终点的资源运移的最佳路线，即阻力最小的路径的结点至终点的资源运移的最佳路线，即阻力最小的路径2 2、、路径分析包括：路径分析包括：1 1）静态求最佳路径）静态求最佳路径：在给定每条链上的属性后，求最佳路径在给定每条链上的属性后，求最佳路径一般分析从一般分析从p1p1到到p2p2共有共有n n条路径，计算各路径上的权数之和，取最小者为最佳路径条路径，计算各路径上的权数之和，取最小者为最佳路径2 2））N N条最佳路径条最佳路径给给定定起起点点、、终终点点，，求求代代价价最最小小的的N N条条路路径径，，事事实实上上，，理理论论上上只只有有一一条条，，实实际际上上需需选选择择N N条近似最佳路径。

条近似最佳路径3 3）最短路径或最低耗费路径）最短路径或最低耗费路径确定起点、终点和要经过的中间点、链，求最短或耗费最小路径确定起点、终点和要经过的中间点、链，求最短或耗费最小路径4 4）动态最佳路径分析）动态最佳路径分析实际中权数可能是变化的，可能会临时产生一些障碍点，要动态计算最佳路径实际中权数可能是变化的，可能会临时产生一些障碍点，要动态计算最佳路径3 3、、核心算法核心算法 求两点间的权数最小路径，常用的算法是求两点间的权数最小路径，常用的算法是DijkstraDijkstra §6-6§6-6 空空间数据的网数据的网络分析分析第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析地理信息系统原理GIS（二）（二） 连通分析连通分析------最小生成树最小生成树1 1、含义、含义：：连通图连通图：如果一个图中，任意两个节点之间都存在一条路如果一个图中，任意两个节点之间都存在一条路树树：若一个连通图中不存在任何回路，则称为树若一个连通图中不存在任何回路，则称为树最小生成树最小生成树：生成树是图的极小连通子图生成树是图的极小连通子图生生成成树树T T的的权权数数：：设设T T为为图图G G的的一一个个生生成成树树，，若若把把T T中中各各边边的的权权数数相相加加，，则则这这个个和和数数称称为为生生成成树树T T的的权权数数。

在在G G的的所所有有生生成成树树中中，，权权数数最最小小的的生生成成树树称称为为G G的的最小生成树最小生成树2 2、应用、应用：： 类似在类似在n n个城市间建立通信线路这样的连通分析问题个城市间建立通信线路这样的连通分析问题 图的图的顶点顶点表示表示城市城市，，边边表示两城市间的表示两城市间的线路线路，，边边上所赋的上所赋的权值权值表示表示代价代价对对n n个顶点的图可以建立许多生成树，个顶点的图可以建立许多生成树，每一棵树每一棵树可以是一个可以是一个通信网通信网若要使通信网的通信网的造价最低造价最低，就需要构造图的，就需要构造图的最小生成树最小生成树 126543161118656§6-6§6-6 空空间数据的网数据的网络分析分析第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析三、网络分析三、网络分析 地理信息系统原理GIS3 3、构造最小生成树的依据有两条、构造最小生成树的依据有两条 4 4、算法、算法（（KruskalKruskal，克罗斯克尔，克罗斯克尔算法，也叫算法，也叫“避圈避圈”法）法）设图设图G G是由是由m m个节点构成的连通赋权图，则构造最小生成树的个节点构成的连通赋权图，则构造最小生成树的步骤步骤如下：如下：1）先把图）先把图G G中的各边按权数从小到大重新排列，并取权数最小的一条边为中的各边按权数从小到大重新排列，并取权数最小的一条边为T T中的边。

中的边2 2））在在剩剩下下的的边边中中，，按按顺顺序序取取下下一一条条边边若若该该边边与与T T中中已已有有的的边边构构成成回回路路，，则则舍舍去去该该边边，，否则选进否则选进T T 中3 3）重复）重复2 2），直到有），直到有m-1m-1条边被选进条边被选进T T中，这中，这m-1m-1条边就是条边就是G G的 1 1））在网中选择在网中选择n n－－1 1条边连接网的条边连接网的n n个顶点；个顶点；2 2））尽可能选取权值为最小的边尽可能选取权值为最小的边1265431619332111141865612654316111865612654316111856赋权图赋权图最小生成树之一最小生成树之一最小生成树之二最小生成树之二§6-6§6-6 空空间数据的网数据的网络分析分析第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析三、网络分析三、网络分析 （三）资源分配（三）资源分配——定位与分配问题定位与分配问题 1、含义、含义：： 定定位位与与分分配配模模型型是是根根据据需需求求点点的的空空间间分分布布，，在在一一些些候候选选点点中中选选择择给给定定数数量量的的供供应应点点以以使使预预定定的的目目标标方方程程达到最佳结果。

达到最佳结果最佳分配中心最佳分配中心，，最优配置最优配置包括：包括： 定定位位问问题题是是指指已已知知需需求求源源的的分分布布，，确确定定在在哪哪里里布布设设供供应应点点最合适的问题；最合适的问题；分配问题是分配问题是确定这些需求源分别受哪个供应点服务的问题确定这些需求源分别受哪个供应点服务的问题2 2、算法、算法 在运筹学的理论中，定位与分配模型常可用在运筹学的理论中，定位与分配模型常可用线性规划线性规划求得全局性的最佳结果由于求得全局性的最佳结果由于其计算量以及内存需求巨大，所以在实际应用中常用一些其计算量以及内存需求巨大，所以在实际应用中常用一些启发式算法启发式算法来逼近或求得最佳来逼近或求得最佳结果 如如P—P—中心的定位分配问题中心的定位分配问题：在：在m m个候选点中选择个候选点中选择P P个供应点为个供应点为n n个需求点服务，使得个需求点服务，使得为这几个需求点服务的总距离为这几个需求点服务的总距离( (或时间或费用或时间或费用) )为最少3 3、、应用应用：： 实际应用中，选择供应点时，并不只是要使总的加权距离为最小，有时需要使总的服实际应用中，选择供应点时，并不只是要使总的加权距离为最小，有时需要使总的服务范围为最大，有时又限定服务的最大距离不能超过一定的值，因此仅仅是务范围为最大，有时又限定服务的最大距离不能超过一定的值，因此仅仅是P P中心模型中心模型不足以不足以解决更多的实际问题，需要进行解决更多的实际问题，需要进行修改、扩充修改、扩充。

三、网络分析三、网络分析 §6-6§6-6 空空间数据的网数据的网络分析分析第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析地理信息系统原理GIS（四）流分析（四）流分析1 1、概念、概念：：1 1）流）流：资源在结点间的传输资源在结点间的传输2 2））流流分分析析：：按按照照某某种种优优化化标标准准（（时时间间最最少少、、费费用用最最低低、、路路程程最最短短或或运运送送量量最最大大等等））设计资源的运送方案设计资源的运送方案3 3））最最小小费费用用最最大大流流量量：：不不仅仅要要考考虑虑使使网网络络上上的的流流量量最最大大，，而而且且要要使使运运送送流流的的费费用用或或代价最小代价最小2 2、为了实施流分析，就要根据最优化标准的不同扩充网络模型、为了实施流分析，就要根据最优化标准的不同扩充网络模型例例如如：：把把结结点点分分为为发发货货中中心心和和收收货货中中心心，，分分别别代代表表资资源源运运送送的的起起始始点点和和目目标标点点这这时时发发货货中中心心的的容容量量代代表表待待运运送送资资源源量量，，收收货货中中心心的的容容量量代代表表它它所所需需要要的的资资源源量量。

弧弧段段的的相相关关数数据据也也要要扩扩充充，，如如果果最最优优化化标标准准是是运运送送量量最最大大，，需需要要设设定定边边的的传传输输能能力力；；若是若是费用最低费用最低，则要设定边的，则要设定边的传输费用传输费用等3 3、计算、计算：：网络流理论网络流理论是它的计算基础是它的计算基础 三、网络分析三、网络分析 §6-6§6-6 空空间数据的网数据的网络分析分析第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析地理信息系统原理GIS本章安排本章安排DEM分析分析3叠置分析叠置分析4缓冲区分析缓冲区分析5空间数据的查询空间数据的查询1网络分析网络分析6空间分析模型空间分析模型7空间数据的统计分析空间数据的统计分析2地理信息系统原理GIS一、空间分析建模一、空间分析建模—专业应用模型专业应用模型1 1、定义、定义：： 空间分析模型是指用于空间分析模型是指用于GISGIS空间分析的数学模型，是在空间分析的数学模型，是在GISGIS空间数据基础上建立起来空间数据基础上建立起来的模型，是通过作用于原始数据和派生数据的一组顺序的、交互的的模型，是通过作用于原始数据和派生数据的一组顺序的、交互的空间分析操作命令空间分析操作命令，，对一个对一个空间决策过程空间决策过程进行的进行的模拟模拟。

如国家森林公园选址需要建立相应如国家森林公园选址需要建立相应选址模型选址模型 数据源已知，包括公路铁路分布图（线状地物），森林类型分布图（面状），城镇区数据源已知，包括公路铁路分布图（线状地物），森林类型分布图（面状），城镇区划图（面状），需要得到国家森林公园候选地址信息提取的模型划图（面状），需要得到国家森林公园候选地址信息提取的模型 步骤步骤空间操作命令空间操作命令找出所有森林地区（找出所有森林地区（1 1为林地，为林地，0 0为非林地）为非林地）合并森林分类图属性相同的相邻多边形的边界合并森林分类图属性相同的相邻多边形的边界属性再分类（聚类）属性再分类（聚类）归组归组找出距公路或铁路找出距公路或铁路0.50.5公里的地区（保持安静）公里的地区（保持安静）缓冲区分析缓冲区分析找出距公路或铁路找出距公路或铁路1 1公路公路1 1公里的地区（交通方便）公里的地区（交通方便）缓冲区分析缓冲区分析找出非城市区用地找出非城市区用地再分类再分类找出森林地区、非市区、且距公路或铁路找出森林地区、非市区、且距公路或铁路0.50.5至至1 1公公里范围内的地区里范围内的地区叠置分析叠置分析§6-7§6-7 空空间分析模型分析模型第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析地理信息系统原理GIS2 2、空间分析与应用模型的关系、空间分析与应用模型的关系 （（1））空空间间分分析析模模型型是是联联系系GISGIS应应用用系系统统与与专专业业领领域域的的纽纽带带，，必必须须以以广广泛泛、、深深入入的的专业研究为基础；专业研究为基础；（（2））空空间间分分析析模模型型是是综综合合利利用用GISGIS中中大大量量数数据据的的工工具具，，数数据据的的综综合合分分析析和和应应用用主主要通过模型来实现；要通过模型来实现；（（3 3））空空间分分析析模模型型是是分分析析型型和和辅助助决决策策型型GISGIS区区别于于管管理理型型GISGIS的的一一个个重重要要特特征征，，是解决空是解决空间分析和分析和辅助决策助决策问题的核心。

的核心 3、空间分析模型的意义、空间分析模型的意义空间分析空间分析应用模型应用模型 空间分析是基本的，解决空间分析是基本的，解决一般问题一般问题的理论和方法，的理论和方法，而一般应用模型是不可枚举的，是复合、复杂的，解而一般应用模型是不可枚举的，是复合、复杂的，解决决专门问题专门问题的理论和方法，它的解决应以空间分析的的理论和方法，它的解决应以空间分析的基本方法和算法模型为基本方法和算法模型为基础基础局部与整体的关系）局部与整体的关系） 一、空间分析建模一、空间分析建模—专业应用模型专业应用模型§6-7§6-7 空空间分析模型分析模型第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析4 4、地理信息建模系、地理信息建模系统（（geographic information modelling systemgeographic information modelling system，简称，简称GIMSGIMS））   是是研研究究如如何何根根据据给给定定条条件件（（如如已已知知数数据据和和约约束束条条件件））自自动动生生成成解解决决问问题题（（如如确确定定候候选选地地址址））的的整整个个操操作作过过程程。

它它能能支支持持面面向向用用户户的的空空间间分分析析模模型型的的定定义义、、生生成成和和检检验验的的环环境境，，支支持持与与用用户户交交互互式式的的基基于于GISGIS的的分分析析、、建建模模和和决决策策，，GIMSGIMS是是目目前前GISGIS研究的热点问题之一研究的热点问题之一 自动空间建模极为复杂，目前，自动空间建模极为复杂，目前，GISGIS空间建模是空间建模是GISGIS的一个的一个重要的研究方向重要的研究方向5 5、空、空间建模建模现状：状：通用通用GISGIS空空间分析功能与各种分析功能与各种领域域专用模型的用模型的结合主要有合主要有三种途径三种途径：：3)3)混合型空混合型空间模型法模型法 是前两种方法的结合，即尽可能利用是前两种方法的结合，即尽可能利用GISGIS提供的功能，最大限度地减少用户自行开提供的功能，最大限度地减少用户自行开发的工作量和难度，又保持外部空间模型法的灵活性发的工作量和难度，又保持外部空间模型法的灵活性2)2)嵌入式嵌入式（（内部空内部空间模型法模型法））1)1)松散耦合式松散耦合式（（外部空外部空间模型法模型法））高级语言建立高级语言建立专业模型专业模型 GISGIS空间空间数据库数据库数据通讯数据通讯二次开发语言二次开发语言专业模型专业模型空间空间数据库数据库6 6、、GISGIS中常用空中常用空间分析模型分析模型一、空间分析建模一、空间分析建模—专业应用模型专业应用模型§6-7§6-7 空空间分析模型分析模型第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析地理信息系统原理GIS6 6、、GISGIS中常用空中常用空间分析模型分析模型1) 1) 相关分析模型相关分析模型------用来分析研究各种地理要素数据之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。

相互关系的一种有效手段2) 2) 趋势面分析模型趋势面分析模型—-—-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) 3) 预测模型预测模型----反映地理要素的动态发展规律，并用于预测分析反映地理要素的动态发展规律，并用于预测分析常用常用回归模型回归模型4 4）聚类模型）聚类模型——描述各种地理要素数据之间的近似程度，相似的可合并描述各种地理要素数据之间的近似程度，相似的可合并 四、空间决策支持四、空间决策支持一、空间分析建模一、空间分析建模—专业应用模型专业应用模型§6-7§6-7 空空间分析模型分析模型第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析地理信息系统原理GIS二、空间决策支持二、空间决策支持---GIS空间分析的主要目的空间分析的主要目的1 1、空间决策支持定义、空间决策支持定义   是是应应用用空空间间分分析析的的各各种种手手段段对对空空间间数数据据进进行行处处理理变变换换，，以以提提取取隐隐含含于于空空间间数数据据中中的的某某些些事事实实和和关关系系，，并并以以图图形形和和文文字字的的形形式式直直观观地地加加以以表表示示，，为为现现实实世世界界中中的的各各种种应用提供科学、合理的应用提供科学、合理的支持支持。

2、、GIS解决空间问题的一般步骤解决空间问题的一般步骤1）明确目的、要求；）明确目的、要求；2）收集（准备）数据并建库）收集（准备）数据并建库;3）确定）确定GIS空间分析步骤；空间分析步骤；4））输出结果输出结果 ；；§6-6§6-6 空空间分析模型分析模型第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析例例1 1：道路拓宽改建过程中的拆迁指标计算：道路拓宽改建过程中的拆迁指标计算1 1）明确分析的目的和标准）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；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：道路拓宽改建的标准是：a)a)道路从原有的道路从原有的20m20m拓宽至拓宽至60m60m；；b)b)拓宽道路应尽量保持直线；拓宽道路应尽量保持直线；c)c)部分位于拆迁区内的部分位于拆迁区内的1010层以上的建筑不拆除层以上的建筑不拆除2 2）准备进行分析的数据）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；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 3）进行空间操作）进行空间操作a) a) 选择拟拓宽的道路，根据拓宽半径，建立道路的缓冲区。

选择拟拓宽的道路，根据拓宽半径，建立道路的缓冲区b) b) 将将此此缓缓冲冲区区与与建建筑筑物物层层数数据据进进行行拓拓扑扑叠叠加加，，产产生生一一幅幅新新图图，，此此图图包包括括所所有有部部分分或或全全部部位位于于缓缓冲区内的建筑物信息冲区内的建筑物信息4 4）进行统计分析）进行统计分析a) a) 对对全全部部或或部部分分位位于于拆拆迁迁区区内内的的建建筑筑物物进进行行选选择择，，凡凡部部分分落落入入拆拆迁迁区区且且楼楼层层高高于于1010层层以以上上的的建建筑物，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) b) 对所有需拆迁的建筑物进行拆迁指标计算对所有需拆迁的建筑物进行拆迁指标计算5 5）将分析结果以地图或表格的形式打印输出将分析结果以地图或表格的形式打印输出 第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析§6-7§6-7 空间空间分析模型分析模型地理信息系统原理GIS例例2 2：辅助建筑项目选址：辅助建筑项目选址1 1）建立分析的目的和标准）建立分析的目的和标准目的目的：确定一些具体的地块，作为一个轻度污染工厂的可能建设位置。

确定一些具体的地块，作为一个轻度污染工厂的可能建设位置工厂选址的工厂选址的标准标准包括：包括：a a））  地块建设用地面积不小于地块建设用地面积不小于1000010000平方米；平方米；b b））  地块的地价不超过地块的地价不超过1 1万元万元/ /平方米；平方米；c c））  地块周围不能有幼儿园、学校等公共设施，以免受到工厂生产的影响地块周围不能有幼儿园、学校等公共设施，以免受到工厂生产的影响2 2）从数据库中提取用于选址的数据）从数据库中提取用于选址的数据一一类类为为全全市市所所有有地地块块信信息息的的数数据据层层；；另另一一类类为为全全市市公公共共设设施施（（包包括括幼幼儿儿园园、、学学校校））的分布图的分布图3 3）进行特征提取和空间拓扑叠加）进行特征提取和空间拓扑叠加从地块图中提取满足条件从地块图中提取满足条件a)b)a)b)的地块，并与公共设施层数据进行叠加的地块，并与公共设施层数据进行叠加4 4）进行邻域分析）进行邻域分析对对叠叠加加结结果果进进行行邻邻域域分分析析和和特特征征提提取取，，去去掉掉周周围围有有幼幼儿儿园园、、学学校校等等公公共共设设施施的的地地块，选择满足要求的地块。

块，选择满足要求的地块5 5）将选择的地块及相关信息以地图和表格的形式打印输出）将选择的地块及相关信息以地图和表格的形式打印输出 §6-7§6-7 空空间分析模型分析模型第六章第六章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析二、空间决策支持二、空间决策支持---GIS---GIS空间分析的主要目的空间分析的主要目的分析模型建立部分分析模型建立部分空间分析部分空间分析部分空间查询部分空间查询部分本章安排本章安排空间数据的统计分析空间数据的统计分析2DEM分析分析3叠置分析叠置分析4缓冲区分析缓冲区分析5空间数据的查询空间数据的查询1网络分析网络分析6空间分析模型空间分析模型7。