地理信息系統(tǒng)概論(第四章)

第四章

GIS空間分析

Spatialanalysis空間分析概述基本空間分析技術(shù)數(shù)字地面模型分析疊置分析緩沖區(qū)分析空間統(tǒng)計(jì)分析空間查詢§1.數(shù)字地面模型分析DEM:（DigitalElevationModels），是國(guó)家基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)的重要組成部分，它表示地表區(qū)域上地形的三維向量的有限序列，即地表單元上高程的集合，數(shù)學(xué)表達(dá)為：z=f（x，y）。DTM：當(dāng)z為其他二維表面上連續(xù)變化的地理特征，如地面溫度、降雨、地球磁力、重力、土地利用、土壤類型等其他地面諸特征，此時(shí)的DEM成為DTM（DigitalTerrainModels）。DTM={Zi,j},i=1,2,3,…,m-1,m;j=1,2,3,…,n-1,nGridDEM上制作坡度、坡向圖§1.數(shù)字地面模型分析地表形態(tài)的自動(dòng)分類平地崗丘丘陵低山高山絕對(duì)h……<400<600……相對(duì)h…<100100-200……坡向<3…………DEM計(jì)算地表形態(tài)要素H,H’,坡度、坡向等地形分類標(biāo)準(zhǔn)表地形自動(dòng)分類§1.數(shù)字地面模型分析剖面分析意義：常常可以以線代面，研究區(qū)域的地貌形態(tài)、輪廓形狀、地勢(shì)變化、地質(zhì)構(gòu)造、斜坡特征、地表切割強(qiáng)度等。如果在地形剖面上疊加其它地理變量，例如坡度、土壤、植被、土地利用現(xiàn)狀等，可以提供土地利用規(guī)劃、工程選線和選址等的決策依據(jù)?！?.數(shù)字地面模型分析繪制可在格網(wǎng)DEM或三角網(wǎng)DEM上進(jìn)行。已知兩點(diǎn)的坐標(biāo)A(x1，y1)，B(x2，y2)，則可求出兩點(diǎn)連線與格網(wǎng)或三角網(wǎng)的交點(diǎn)，并內(nèi)插交點(diǎn)上的高程，以及各交點(diǎn)之間的距離。然后按選定的垂直比例尺和水平比例尺，按距離和高程繪出剖面圖。剖面圖不一定必須沿直線繪制，也可沿一條曲線繪制?！?.數(shù)字地面模型分析§2.空間疊合分析空間疊合分析的概念（SpatialOverlayAnalysis）空間疊合分析是在統(tǒng)一空間參照系統(tǒng)條件下，將同一地區(qū)兩個(gè)地里對(duì)象的圖層進(jìn)行疊合，以產(chǎn)生空間區(qū)域的多重屬性特征或建立地理對(duì)象之間的空間對(duì)應(yīng)關(guān)系空間合成疊合：對(duì)疊合后產(chǎn)生的多重屬性進(jìn)行新的分類空間統(tǒng)計(jì)疊合：提取某個(gè)范圍內(nèi)某些專題內(nèi)容的數(shù)量特征§2.空間疊合分析矢量GIS疊合點(diǎn)與多邊形疊合將一個(gè)含有點(diǎn)的圖層疊置在一個(gè)多邊形圖層上以確定每個(gè)點(diǎn)落在哪個(gè)多邊形內(nèi)§2.空間疊合分析線與多邊形疊合將一個(gè)含有線的圖層疊置在一個(gè)多邊形圖層上，以確定每條線各落在哪個(gè)多邊形內(nèi)§2.空間疊合分析多邊形與多邊形疊合將兩個(gè)或多個(gè)多邊形圖層進(jìn)行疊加，產(chǎn)生一個(gè)新的多邊形圖層點(diǎn)變換方法

點(diǎn)變換方式只對(duì)各圖上相應(yīng)的點(diǎn)的屬性值進(jìn)行運(yùn)算。實(shí)際上，點(diǎn)變換方式假定獨(dú)立圖元的變換不受其鄰近點(diǎn)上的屬性值的影響，也不受區(qū)域內(nèi)一般特征的影響§2.空間疊合分析現(xiàn)有兩層?xùn)鸥駭?shù)據(jù)層，一為植被分布圖，另一為區(qū)域開(kāi)發(fā)圖。植被分布圖分為4種植被，其圖元值分別為：0——無(wú)林地1——硬木林地2——軟木林地3——混合林地區(qū)域開(kāi)發(fā)圖分為6種區(qū)域0——空閑地1——主要道路區(qū)2——次要道路區(qū)3——居住區(qū)4——公區(qū)建筑區(qū)5——墳區(qū)基于點(diǎn)像元的兩圖層的空間變換原則是：植被分布圖中圖元重分類為：0——無(wú)林地1——有林地與區(qū)域開(kāi)發(fā)圖疊加后圖元0——無(wú)林空閑區(qū)1——主要道路2——次要道路3——居住區(qū)4——公共建筑區(qū)5——墳區(qū)6——有林區(qū)§2.空間疊合分析區(qū)域變換方法

新屬性的值不僅與對(duì)應(yīng)的原屬性值相關(guān)，而且與原屬性值所在的區(qū)域的長(zhǎng)度、面積、形狀等特性相關(guān)§2.空間疊合分析鄰域變換方法

鄰域變換是在計(jì)算新層圖元值時(shí)，不僅考慮原始圖層上相應(yīng)圖元本身的值，而且還要考慮與該圖元有領(lǐng)域關(guān)聯(lián)的其他圖元值影響。1）直接幾何關(guān)聯(lián)2）間接幾何關(guān)聯(lián)植被分布圖圖層作一領(lǐng)域變換，得新圖層圖元值：非邊緣=0：當(dāng)鄰元值相同時(shí)硬木林邊緣=1：當(dāng)鄰元為空地與硬木林地交叉時(shí)（0及1）軟木林邊緣=2：當(dāng)鄰元為空地與軟木林地交叉時(shí)（0及2）混合邊緣=3：當(dāng)鄰元為空地與混合林地交叉時(shí)（0及3）由此得到樹(shù)林邊緣圖§3.空間緩沖區(qū)分析緩沖區(qū)及其作用緩沖區(qū)是地理空間目標(biāo)的一種影響范圍或服務(wù)范圍，具體指在點(diǎn)、線、面實(shí)體的周圍，自動(dòng)建立的一定寬度的多邊形。數(shù)學(xué)表達(dá)為：

其中,R為緩沖寬度，或緩沖半徑。作用：緩沖區(qū)分析是GIS的基本空間操作功能之一，一般應(yīng)用于求地理實(shí)體的影響范圍，即鄰近度問(wèn)題。

§3.空間緩沖區(qū)分析基于柵格的緩沖區(qū)建立（距離變換）柵格數(shù)據(jù)距離變換提取一定寬度的多邊形緩沖區(qū)§4.空間統(tǒng)計(jì)分析變量篩選分析原理：復(fù)雜的多變量之間有許多是相互關(guān)聯(lián)的，可以通過(guò)尋找一組相互獨(dú)立的變量，使多變量數(shù)據(jù)得到簡(jiǎn)化方法：主成分分析主因子分析關(guān)鍵變量分析法§4.空間統(tǒng)計(jì)分析主成分分析§4.空間統(tǒng)計(jì)分析關(guān)鍵變量分析

利用變量之間的相關(guān)矩陣，通過(guò)由用戶確定的域值，選擇一定數(shù)量的關(guān)鍵獨(dú)立變量。變量xi和xj的相關(guān)系數(shù)為：i,j=1,2,…,m

k=1,2,…,n§4.空間統(tǒng)計(jì)分析rij>0表示正相關(guān)，兩要素同向發(fā)展；rij<0表示負(fù)相關(guān)，兩要素異向發(fā)展；rij絕對(duì)值越接近0，兩要素的關(guān)系越不密切；rij絕對(duì)值越接近1，兩要素的關(guān)系越密切。§4.空間統(tǒng)計(jì)分析變量聚類分析定義：根據(jù)距離，將相似的樣本歸為一類，把差異大的樣本區(qū)分開(kāi)來(lái)。距離：表示相似程度，可以歐氏距離，絕對(duì)值距離、相似系數(shù)距離等?；舅枷耄菏紫仁莕個(gè)樣本各自成一類，然后計(jì)算類與類之間的距離，選擇距離最小的兩類合并成一個(gè)新類，計(jì)算新類與其它類的距離，再將距離最小的兩類進(jìn)行合并，這樣每次減少一類，直到達(dá)到所需的分類數(shù)或所有的樣本都?xì)w為一類為止。

49281576九大農(nóng)業(yè)區(qū)聚類分析31：東北區(qū)2：內(nèi)蒙古及長(zhǎng)城沿線區(qū)3：黃淮海區(qū)4：黃土高原區(qū)5：長(zhǎng)江中下游區(qū)6：西南區(qū)7：華南區(qū)8：甘新區(qū)9：青藏區(qū)§4.空間統(tǒng)計(jì)分析§5.空間數(shù)據(jù)的集合分析與查詢空間集合分析空間數(shù)據(jù)庫(kù)查詢條件屬性限制空間拓?fù)湎拗贫呓Y(jié)合GIS軟件查詢結(jié)果統(tǒng)計(jì)結(jié)果：圖、表、文字新圖層新的屬性域添加到屬性數(shù)據(jù)庫(kù)查詢方式圖形--屬性空間查詢語(yǔ)言閃爍、顏色等明顯表示§5.空間數(shù)據(jù)的集合分析與查詢空間數(shù)據(jù)的查詢§5.空間數(shù)據(jù)的集合分析與查詢幾何查詢幾何參數(shù)查詢：包括點(diǎn)的位置坐標(biāo)，兩點(diǎn)間的距離，一個(gè)或一段線目標(biāo)的長(zhǎng)度，一個(gè)面目標(biāo)的周長(zhǎng)或面積等?？臻g定位查詢：給定一個(gè)點(diǎn)或一個(gè)幾何圖形，檢索該圖形范圍內(nèi)的空間對(duì)象及其屬性。按點(diǎn)查詢：給定一個(gè)鼠標(biāo)點(diǎn)，查詢離它最近的對(duì)象及屬性---點(diǎn)的捕捉。開(kāi)窗查詢----按矩形、圓、多邊形查詢分為該窗口包含和穿過(guò)的區(qū)別。

空間定位查詢：點(diǎn)鼠標(biāo)選取此面空間定位查詢：開(kāi)窗查詢鼠標(biāo)選取此點(diǎn)查詢結(jié)果§5.空間數(shù)據(jù)的集合分析與查詢空間關(guān)系查詢相鄰分析檢索---通過(guò)檢索拓?fù)潢P(guān)系面—面：如查詢與面狀地物相鄰的多邊形的實(shí)現(xiàn)方法：線—線（與某干流A相連的所有支流）點(diǎn)—點(diǎn)（A與B是否相通）等。相關(guān)分析檢索（不同要素類型之間的關(guān)系）--通過(guò)檢索拓?fù)潢P(guān)系如：線—面、點(diǎn)—線、點(diǎn)—面包含關(guān)系查詢穿越查詢落入查詢緩沖區(qū)查詢空間關(guān)系查詢§5.空間數(shù)據(jù)的集合分析與查詢屬性查詢查找：僅選擇一個(gè)屬性表，給定一個(gè)屬性值，找出對(duì)應(yīng)的屬性記錄或圖形。在屏幕上已有一個(gè)屬性表，用戶任意點(diǎn)取記錄，對(duì)應(yīng)的圖形以高亮顯示。SQL查詢擴(kuò)展SQL屬性查詢：屬性查圖形屬性查詢：SQL查詢條件：面積大于2000平方公里且每平方公里人口大于100的地區(qū)空間查詢：擴(kuò)展SQL查詢圖形與屬性的聯(lián)合查詢。條件：長(zhǎng)江三峽地區(qū)長(zhǎng)江流域人口大于70萬(wàn)的縣、市地區(qū)可視化空間查詢

可視化查詢是指將查詢語(yǔ)言的元素，特別是空間關(guān)系，用直觀的圖形或符號(hào)表示。查詢主要使用圖形、圖像、圖標(biāo)、符號(hào)來(lái)表達(dá)概念。具有簡(jiǎn)單、直觀、易于使用的特點(diǎn)。缺點(diǎn)：當(dāng)空間約束條件復(fù)雜時(shí)，很難用圖符描述；用二維圖符表示圖形之間的關(guān)系時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)歧義；難以表示“非”關(guān)系；不易進(jìn)行范圍（圓、矩形、多邊形等）約束；無(wú)法進(jìn)行屏幕定位查詢等?！?.空間數(shù)據(jù)的集合分析與查詢自然語(yǔ)言空間查詢?cè)赟QL查詢中引入一些自然語(yǔ)言，如溫度高的城市

SELECTname FROMCities WHEREtemperat