第四章：空間查詢、分析、表達(dá)(1)

1、2021-12-151第四章 空間查詢、分析、表達(dá)(1)22021-12-15查詢n空間查詢是空間分析基礎(chǔ) 回答用戶的簡單問題、不改變空間數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)、不產(chǎn)生新的空間實體和數(shù)據(jù)n空間查詢技術(shù)n 圖查文(幾何查詢)n文查圖(屬性查詢)n邏輯查詢(SQL查詢)n空間關(guān)系的查詢(面點、面線、面面、線點、線線查詢 )（ArcGIS 中 select by location）n屬性的查詢與計算 累計、求和、求平均32021-12-15圖查文(幾何查詢)文查圖(屬性查詢)邏輯查詢(SQL查詢)空間關(guān)系的查詢42021-12-1552021-12-15量算幾何量算：空間事物的幾何特征，幾何位置、形態(tài)參數(shù)的簡單

2、計算n點：0維，坐標(biāo)獲取空間位置信息n線：1維，長度、曲率、方向n面：2維，面積、周長等 n體：3維，表面積、體積等（體積的計算，曲面與基準(zhǔn)平面之間的空間體積）n空間對象之間的幾何關(guān)系量算，距離、方位n線長度計算矢量：兩點之間的直線距離，復(fù)合線段累加求和柵格：網(wǎng)格數(shù)目累加n面積計算 矢量：幾何交叉求積（坐標(biāo)法）柵格：相同屬性值的格網(wǎng)數(shù)目與格網(wǎng)面積的乘積62021-12-15地址匹配（Geocoding, Address Matching）n將以文字、數(shù)字表達(dá)的位置信息轉(zhuǎn)換表達(dá)為幾何上的空間位置72021-12-15空間分析的歷史n有地圖以來，就開始有各種各樣利用地圖的空間分析。在地圖上量算地理

3、要素之間的距離方位、面積，利用地圖進(jìn)行各種研究和決策，都是空間分析的實例。n空間分析( Spatial Analysis )的歷史遠(yuǎn)長于GIS的歷史。82021-12-15疊合分析（Overlay）n不同圖層上的空間信息（包括空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)），按相同的空間位置疊合在一起，合成新的一個圖層。n進(jìn)行疊合操作的圖層，必須在同一個坐標(biāo)系內(nèi) n柵格與柵格疊合n矢量與矢量疊合nArcGIS，ArcView具有良好的矢量疊合、柵格疊合功能92021-12-15矢量數(shù)據(jù)之間的疊合n點多邊形：公共設(shè)施的分布n線多邊形：道路網(wǎng)密度計算、停水停電范圍分析.n多邊形多邊形:用地適宜性評價n輸出圖層的空間數(shù)據(jù)n輸出

4、圖層的屬性數(shù)據(jù)包含了輸入圖層中所有的屬性102021-12-15n植被類型植被類型n道路道路112021-12-15多邊形和多邊形的疊合n布爾計算（Boolean），交集、并集、補(bǔ)集nclip與intersect區(qū)別122021-12-15132021-12-15McHarg, Design with Nature坡度 地面排水 土壤排水巖層地基承載力 土壤地基承載力 侵蝕疊合結(jié)果142021-12-15疊合案例洪水淹沒區(qū)分析n按地塊面積平均計算財產(chǎn)密度。n疊合處理（疊合處理（Union），），生成的疊合多邊形（Union1）具有高程、土地使用、地基類型、地塊財產(chǎn)密度等屬性。n計算疊合后的多邊

5、形面積。n將地基損失參數(shù)表（found.dbf）連接到Union1，以地基類型（Class）為關(guān)鍵字n計算每個多邊形的估計損失 = 財產(chǎn)密度 疊合后的多邊形面積 損失系數(shù)n在View中對Union1的要素進(jìn)行過濾，只有高程小于等于500、土地使用為住宅的多邊形才進(jìn)入估計其損失的選擇集，據(jù)此，顯示按損失密度的高低分類的專題地圖，匯總估計損失值。152021-12-15柵格數(shù)據(jù)之間的疊合 n圖層之間的對應(yīng)單元數(shù)值進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算。n疊合之后的圖層中單元的數(shù)值是對應(yīng)單元數(shù)值進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算的結(jié)果，n原理上比較簡單（相對矢量的疊合）n在ArcView中，使用 菜單map calculator（地圖運(yùn)算器）nA

6、rcGIS中使用Raster Calculator（柵格運(yùn)算器）162021-12-15中學(xué)的選址結(jié)果 R_land R_popu R_school 使用性質(zhì)得分工業(yè)或綠地0（不能建設(shè)）商業(yè)1居住2（可以建設(shè)） 人口密度得分0 - 500（無需建設(shè)）50 - 100 1100 - 200 2200 - 300 3（需要建設(shè)）距離得分0500米0（不必建設(shè)）5001000米110001500米21500米3（必須建設(shè)）R_landR_popuR_school)為什么采用乘法疊合為什么采用乘法疊合 ？172021-12-15為什么用權(quán)重為什么用權(quán)重 ？為什么要數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)化？為什么要數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)化？182

7、021-12-15192021-12-15網(wǎng)絡(luò)分析（Network）n矢量數(shù)據(jù)特有的空間分析方法。n網(wǎng)絡(luò)：線的組合，由線 link 、節(jié)點node組成。n網(wǎng)絡(luò)分析的基礎(chǔ)：線點拓?fù)潢P(guān)系。n網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)模型是真實世界中網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(如交通網(wǎng)、通訊網(wǎng)、自來水管網(wǎng)、煤氣管網(wǎng)等)的抽象表示。n依據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)，對網(wǎng)絡(luò)的特征、性能進(jìn)行分析。nShape文件是沒有拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)矢量數(shù)據(jù)，但是在網(wǎng)絡(luò)分析時可以產(chǎn)生臨時的拓?fù)潢P(guān)系。線段號 起結(jié)點 終結(jié)點 1 A D 2 B F 3 C D 4 D E 5 E F 6 F G 7 E J 8 F J 9 H I 10 I J 11 D I 12 I

8、 K 13 J L結(jié)點號 線段號 A 1 B 2 C 3 D 1, 3, 4, 1, 1 E 4, 5, 7 F 2, 5, 6, 8 G 6 H 9 I 9, 10, 11, 12 K 12 L 13ABCDEFGHIJKL12345678910111213202021-12-15網(wǎng)絡(luò)分析路徑選擇和工序安排n計算最佳網(wǎng)絡(luò)路徑。（推銷員問題）nGIS中廣泛采用Dijkstra算法求最佳路徑n線的阻抗：可以是長度、時耗，單向交通n節(jié)點的阻抗：交叉口的延誤、轉(zhuǎn)彎的限制，是否互通n路徑選擇在交通研究中的意義。212021-12-15網(wǎng)絡(luò)分析服務(wù)范圍（Service Area）的劃分n基于網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)區(qū)

9、n基于緩沖區(qū)（Buffer ）的服務(wù)區(qū)兩者比較n生成的原理不同：前者靠網(wǎng)絡(luò)中的路徑產(chǎn)生服務(wù)區(qū)邊界，后者按直線距離產(chǎn)生服務(wù)區(qū)邊界。 n一般情況下，后者比前者的范圍要小1.適用的范圍不同：基于交通網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)距離，考慮交通速度、運(yùn)動成本。222021-12-15網(wǎng)絡(luò)分析資源分配（Allocation）n為網(wǎng)絡(luò)中的線（結(jié)點）尋找最近(阻抗強(qiáng)度的大小)的資源（發(fā)散地）n每個資源有自身的最大承受能力n確保有效的分配，根據(jù)資源容量以及網(wǎng)絡(luò)線（結(jié)點）的需求將網(wǎng)絡(luò)線和結(jié)點分配給各個資源。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)元素被分配給某個中心時，該資源點擁有的容量依據(jù)網(wǎng)絡(luò)需求而縮減，當(dāng)資源容量耗盡，分配就停止232021-12-15網(wǎng)絡(luò)分析

10、與引力模型n引力模型Spatial interaction model空間相互作用模型n類似牛頓力學(xué)的萬有引力定律 Reilly零售商業(yè)模型（1930s） 廣泛運(yùn)用于交通規(guī)劃模型、區(qū)域研究、城市研究 n引力模型與網(wǎng)絡(luò)分析 距離 dijjijjidMPaijjiijdPPGT 242021-12-15網(wǎng)絡(luò)分析的相關(guān)因素n資源的性質(zhì)：電力、給水等n資源的出發(fā)點：n資源的目的點：n網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)動的阻抗與制約：車速、交叉口制約、電力損耗等252021-12-15鄰近分析（Neighborhood，Proximity） n鄰近：根據(jù)空間要素的相對位置相對位置進(jìn)行分類分類的操作n柵格數(shù)據(jù)和矢量數(shù)據(jù)都有的空間分

11、析方法。鄰域分析也稱為窗口分析，主要應(yīng)用于柵格數(shù)據(jù)模型。地理要素在空間上存在著一定的關(guān)聯(lián)性。對于柵格數(shù)據(jù)所描述的某項地學(xué)要素，其中的(I，J)柵格往往會影響其周圍柵格的屬性特征。準(zhǔn)確而有效地反映這種事物空間上聯(lián)系的特點，是計算機(jī)地學(xué)分析的重要任務(wù)。窗口分析是指對于柵格數(shù)據(jù)系統(tǒng)中的一個、多個柵格點或全部數(shù)據(jù)，開辟一個有固定分析半徑的分析窗口，并在該窗口內(nèi)進(jìn)行諸如極值、均值等一系列統(tǒng)計計算，從而實現(xiàn)柵格數(shù)據(jù)有效的水平方向擴(kuò)展分析。262021-12-15272021-12-15鄰近區(qū)（緩沖區(qū)，Buffer）n緩沖區(qū)：從空間要素的周邊作特定等距離特定等距離的線框，目的是分析地理要素之間的相互作用。n

12、點、線、多邊形點、線、多邊形的緩沖區(qū)多邊形多邊形n不受方向限制不受方向限制nbuffer分析在城市規(guī)劃中的應(yīng)用：歷史建筑保護(hù)區(qū)、噪聲范圍、設(shè)施服務(wù)范圍282021-12-15292021-12-15泰森多邊形（Thiessen Polygon）n又叫Dirichlet圖、或Voronoi圖n荷蘭的氣象學(xué)家A. H. Thiessen提出的，原用于計算降水量的分布。n點連成三角形連線中點作垂線生成泰森多邊形n計算求得每個點的鄰近范圍的多邊形。n總降雨量=點（上觀察到的降雨密度）*Thiesssen多邊形面積302021-12-15泰森多邊形312021-12-15泰森多邊形與Delauney三角形nDelaunay三角形是Voronoi圖的偶圖nDelaunay三角形是由與相鄰Voronoi多邊形共享一條邊的相關(guān)點連接而成的三角形。nDelaunay三角形的外接圓圓心是與三角形相關(guān)的Voronoi多邊形的一個頂點。322021-12-15Delaunay三角形332021-