第6章空間數(shù)據(jù)查詢與分析

地理信息系統(tǒng)原理王增武Tel/p>

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WangZengwu@QQ:cuitgis@(1810989625)第一章地理信息系統(tǒng)概論第二章空間數(shù)據(jù)模型第三章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第四章空間數(shù)據(jù)組織與管理第五章空間數(shù)據(jù)采集與處理第六章空間數(shù)據(jù)查詢與分析第七章數(shù)字地形模型與地形分析第八章空間建模與空間決策支持第九章3S集成技術(shù)及應(yīng)用章節(jié)目錄對(duì)空間對(duì)象進(jìn)行查詢是地理信息系統(tǒng)最基本的功能之一。在地理信息系統(tǒng)中，為進(jìn)行深層次分析，往往需要查詢定位空間對(duì)象，并用一些簡(jiǎn)單的量測(cè)值對(duì)地理分布或現(xiàn)象進(jìn)行描述，實(shí)際上，空間分析首先始于空間數(shù)據(jù)查詢，它是空間分析的定量基礎(chǔ)。第七章空間分析地理信息系統(tǒng)集成了多學(xué)科的最新技術(shù)，為空間分析提供了強(qiáng)大的工具，使得過(guò)去復(fù)雜困難的高級(jí)空間分析任務(wù)變得簡(jiǎn)單易行。目前絕大多數(shù)地理信息系統(tǒng)軟件都有空間分析功能?？臻g分析早已成為地理信息系統(tǒng)的核心功能之一，它特有的對(duì)地理信息（特別是隱含信息）的提取、表現(xiàn)和傳輸功能，是地理信息系統(tǒng)區(qū)別于一般信息系統(tǒng)的主要功能特征。

第七章空間分析空間分析是對(duì)分析空間數(shù)據(jù)有關(guān)技術(shù)的統(tǒng)稱。根據(jù)作用的數(shù)據(jù)性質(zhì)不同，可以分為：（1）基于空間圖形數(shù)據(jù)的分析運(yùn)算；（2）基于非空間屬性的數(shù)據(jù)運(yùn)算；（3）空間和非空間數(shù)據(jù)的聯(lián)合運(yùn)算?？臻g分析賴以進(jìn)行的基礎(chǔ)是地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)，其運(yùn)用的手段包括各種幾何的邏輯運(yùn)算、數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析，代數(shù)運(yùn)算等數(shù)學(xué)手段，最終的目的是解決人們所涉及到地理空間的實(shí)際問(wèn)題，提取和傳輸?shù)乩砜臻g信息，特別是隱含信息，以輔助決策。第六章空間數(shù)據(jù)查詢與分析

第1節(jié)空間查詢與量算

第2節(jié)空間變換

第3節(jié)再分類

第4節(jié)緩沖區(qū)分析

第5節(jié)疊加分析

第6節(jié)網(wǎng)絡(luò)分析

第7節(jié)空間插值

第8節(jié)空間統(tǒng)計(jì)分類分析1)空間數(shù)據(jù)查詢類型和方式查詢內(nèi)容數(shù)據(jù)庫(kù)連接與處理輸出結(jié)果查詢方式：圖形屬性、圖形定位以及空間關(guān)系查詢；

查詢內(nèi)容：空間位置、空間分布、空間關(guān)系、屬性特征、幾何特征結(jié)果形式：高亮顯示、列表輸出、統(tǒng)計(jì)圖表、數(shù)據(jù)集1、空間查詢與量算

2)空間度量的主要參數(shù)和基本原理，如使用長(zhǎng)度、面積、體積、距離、方位、形狀和質(zhì)心等量測(cè)值對(duì)地理分布或現(xiàn)象進(jìn)行描述。1、空間查詢與量算

查詢的過(guò)程大致可分為三類：①直接復(fù)原數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)及所含信息，來(lái)回答人們提出的一些比較“簡(jiǎn)單”的問(wèn)題；②通過(guò)一些邏輯運(yùn)算完成一定約束條件下的查詢；③根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中現(xiàn)有的數(shù)據(jù)模型，進(jìn)行有機(jī)的組合構(gòu)造出復(fù)合模型，模擬現(xiàn)實(shí)世界的一些系統(tǒng)和現(xiàn)象的結(jié)構(gòu)、功能，來(lái)回答一些“復(fù)雜”的問(wèn)題，預(yù)測(cè)一些事務(wù)的發(fā)生、發(fā)展的動(dòng)態(tài)趨勢(shì)。1)空間數(shù)據(jù)查詢空間數(shù)據(jù)查詢的方式主要有兩大類，即“屬性查圖形”和“圖形查屬性”。屬性查圖形，主要是用SQL語(yǔ)句來(lái)進(jìn)行簡(jiǎn)單和復(fù)雜的條件查詢。圖形查屬性，可以通過(guò)點(diǎn)、矩形、圓和多邊形等圖形來(lái)查詢所選空間對(duì)象的屬性，也可以查找空間對(duì)象的幾何參數(shù)，如兩點(diǎn)間的距離，線狀地物的長(zhǎng)度，面狀地物的面積等1)空間數(shù)據(jù)查詢摘自南京師大湯國(guó)安屬性查詢簡(jiǎn)單的屬性查詢：查找不需要構(gòu)造復(fù)雜的SQL命令，只要選擇一個(gè)屬性值，就可以找到對(duì)應(yīng)的空間圖形SQL查詢，包括標(biāo)準(zhǔn)的SQL查詢語(yǔ)言、擴(kuò)展的SQL查詢1)空間數(shù)據(jù)查詢圖形查詢利用光標(biāo)，用點(diǎn)選、畫(huà)線、矩形、圓或其他不規(guī)則工具選中感興趣的地物，就可以得到查詢對(duì)象的屬性、空間位置、空間分布以及與其他空間對(duì)象的空間關(guān)系。點(diǎn)擊查詢矩形或圓查詢多邊形查詢1)空間數(shù)據(jù)查詢空間關(guān)系查詢拓?fù)潢P(guān)系查詢：鄰接關(guān)系查詢穿越查詢落入查詢緩沖區(qū)查詢1)空間數(shù)據(jù)查詢簡(jiǎn)單的面、線、點(diǎn)相互關(guān)系的查詢包括：面面查詢，如與某個(gè)多邊形相鄰的多邊形有哪些。面線查詢，如某個(gè)多邊形的邊界有哪些線。面點(diǎn)查詢，如某個(gè)多邊形內(nèi)有哪些點(diǎn)狀地物。線面查詢，如某條線經(jīng)過(guò)（穿過(guò)）的多邊形有哪些，某條鏈的左、右多邊形是哪些。線線查詢，如與某條河流相連的支流有哪些，某條道路跨過(guò)哪些河流。線點(diǎn)查詢，如某條道路上有哪些橋梁，某條輸電線上有哪些變電站。點(diǎn)面查詢，如某個(gè)點(diǎn)落在哪個(gè)多邊形內(nèi)。點(diǎn)線查詢，如某個(gè)結(jié)點(diǎn)由哪些線相交而成。

空間信息的自動(dòng)化量算是地理信息系統(tǒng)所具有的重要功能，也是進(jìn)行空間分析的定量化基礎(chǔ)。其中的主要量算有：幾何量算形狀量算質(zhì)心量算距離量算2)空間量算幾何量算幾何量算對(duì)不同的點(diǎn)、線、面地物有不同的含義：點(diǎn)狀地物（0維）：坐標(biāo)；線狀地物（1維）：長(zhǎng)度，曲率，方向；面狀地物（2維）：面積，周長(zhǎng)，形狀，曲率等；體狀地物（3維）：體積，表面積等。一般的GIS軟件都具有對(duì)點(diǎn)、線、面狀地物的幾何量算功能，或者是針對(duì)矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，或者是針對(duì)柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的空間數(shù)據(jù)。線的長(zhǎng)度計(jì)算線狀地物對(duì)象最基本的形態(tài)參數(shù)之一是長(zhǎng)度。在矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)下，線表示為點(diǎn)對(duì)坐標(biāo)（X，Y）或（X，Y，Z）的序列，在不考慮比例尺情況下，線長(zhǎng)度的計(jì)算公式為：對(duì)于復(fù)合線狀地物對(duì)象，則需要在對(duì)諸分支曲線求長(zhǎng)度后，再求其長(zhǎng)度總和。在柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)里，線狀地物的長(zhǎng)度就是累加地物骨架線通過(guò)的格網(wǎng)數(shù)目，骨架線通常采用8方向連接，當(dāng)連接方向?yàn)閷?duì)角線方向時(shí)，還要乘上。面狀地物的面積面積是面狀地物最基本的參數(shù)。在矢量結(jié)構(gòu)下，面狀地物以其輪廓邊界弧段構(gòu)成的多邊形表示的。對(duì)于沒(méi)有空洞的簡(jiǎn)單多邊形，假設(shè)有N個(gè)頂點(diǎn)，其面積計(jì)算公式為：對(duì)于柵格結(jié)構(gòu)，多邊形面積計(jì)算就是統(tǒng)計(jì)具有相同屬性值的格網(wǎng)數(shù)目。但對(duì)計(jì)算破碎多邊形的面積有些特殊，可能需要計(jì)算某一個(gè)特定多邊形的面積，必須進(jìn)行再分類，將每個(gè)多邊形進(jìn)行分割賦給單獨(dú)的屬性值，之后再進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。形狀量算地物外形是影像處理中模式識(shí)別的一個(gè)重要部分。例如海岸線的外形是島嶼的重要特征，森林中不同類型的土地外形對(duì)野生生物顯得非常重要。目標(biāo)物的外觀是多變的，很難找到一個(gè)準(zhǔn)確的量對(duì)其進(jìn)行描述。

基本考慮：空間一致性問(wèn)題，即有孔多邊形和破碎多邊形的處理；多邊形邊界特征描述問(wèn)題?？臻g一致性問(wèn)題:度量空間一致性最常用的指標(biāo)是歐拉函數(shù)，用來(lái)計(jì)算多邊形的破碎程度和孔的數(shù)目。歐拉函數(shù)的結(jié)果是一個(gè)數(shù)，稱為歐拉數(shù)。歐拉函數(shù)的計(jì)算公式為：歐拉數(shù)=（孔數(shù)）-（碎片數(shù)-1）多邊形邊界特征描述問(wèn)題：形狀量算圓U=1U>1膨脹型U<1緊縮型質(zhì)心量算質(zhì)心是描述地理對(duì)象空間分布的一個(gè)重要指標(biāo)。例如要得到一個(gè)全國(guó)的人口分布等值線圖，而人口數(shù)據(jù)只能到縣級(jí)，所以必須在每個(gè)縣域里定義一個(gè)點(diǎn)作為質(zhì)心，代表該縣的數(shù)值，然后進(jìn)行插值計(jì)算全國(guó)人口等值線。質(zhì)心通常定義為一個(gè)多邊形或面的幾何中心，當(dāng)多邊形比較簡(jiǎn)單，比如矩形，計(jì)算很容易。但當(dāng)多邊形形狀復(fù)雜時(shí)，計(jì)算也更加復(fù)雜。其中，Wi為第i個(gè)離散目標(biāo)物權(quán)重，Xi，Yi為第i個(gè)離散目標(biāo)物的坐標(biāo)。距離量算“距離”是人們?nèi)粘Ｉ钪薪?jīng)常涉及到的概念，它描述了兩個(gè)事物或?qū)嶓w之間的遠(yuǎn)近程度。最常用的距離概念是歐氏距離，無(wú)論是矢量結(jié)構(gòu)，還是柵格結(jié)構(gòu)都很容易實(shí)現(xiàn)。以旅行時(shí)間為例：如果從某一點(diǎn)出發(fā)，到另一點(diǎn)的所耗費(fèi)的時(shí)間只與兩點(diǎn)之間的歐氏距離成正比，則從一固定點(diǎn)出發(fā)，旅行特定時(shí)間后所能達(dá)到的點(diǎn)必然組成一個(gè)等時(shí)圓。而現(xiàn)實(shí)生活中，旅行所耗費(fèi)的時(shí)間不只與歐氏距離成正比，還與路況、運(yùn)輸工具性能等有關(guān)?？紤]到阻力影響，計(jì)算的距離稱為耗費(fèi)距離。阻力越大耗費(fèi)也越大。相應(yīng)的通過(guò)耗費(fèi)距離得到的距離表面稱為阻力表面或耗費(fèi)表面，其屬性值代表一耗費(fèi)或阻力大小。歐氏距離通常用于計(jì)算兩點(diǎn)的直線距離：計(jì)算非標(biāo)準(zhǔn)歐氏距離的一般公式為：當(dāng)k=2時(shí)，就是歐氏距離計(jì)算公式。當(dāng)k=1時(shí)，得到的距離稱為曼哈頓距離。歐氏距離、曼哈頓距離和非歐氏距離的計(jì)算第六章空間數(shù)據(jù)查詢與分析

第1節(jié)空間查詢與量算

第2節(jié)空間變換

第3節(jié)再分類

第4節(jié)緩沖區(qū)分析

第5節(jié)疊加分析

第6節(jié)網(wǎng)絡(luò)分析

第7節(jié)空間插值

第8節(jié)空間統(tǒng)計(jì)分類分析地理信息系統(tǒng)通常是按有一定意義的圖層和相應(yīng)的屬性建立空間數(shù)據(jù)庫(kù)的。為了滿足特定空間分析的需要，需對(duì)原始圖層及其屬性進(jìn)行一系列的邏輯或代數(shù)運(yùn)算，以產(chǎn)生新的具有特殊意義的地理圖層及其屬性，這個(gè)過(guò)程稱為空間變換?？臻g變換可以基于單個(gè)圖層進(jìn)行，也可以對(duì)多個(gè)圖層。地理信息系統(tǒng)中空間數(shù)據(jù)可分為矢量和柵格兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。由于矢量結(jié)構(gòu)中包含了大量的拓?fù)湫畔?，?shù)據(jù)組織復(fù)雜，使得空間變換十分繁瑣。而柵格結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單規(guī)則，空間變換比較容易。另外基于矢量結(jié)構(gòu)的空間變換，對(duì)于單個(gè)圖層意義不大。2、空間變換基于柵格結(jié)構(gòu)的空間變換可分為三種方式：?jiǎn)吸c(diǎn)變換:只考慮單個(gè)點(diǎn)的屬性值進(jìn)行運(yùn)算，假定獨(dú)立單元的變換不依賴于其鄰點(diǎn)上屬性的影響，也不受區(qū)域內(nèi)一般特征的影響。鄰域變換:是指在計(jì)算新圖層圖元值時(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鄰域關(guān)聯(lián)的其它圖元值的影響。這種關(guān)聯(lián)可以是直接的幾何關(guān)聯(lián)，也可能是間接的幾何關(guān)聯(lián)。區(qū)域變換:是指在計(jì)算新圖層屬性值時(shí)，要考慮整個(gè)區(qū)域的屬性值，即通過(guò)一個(gè)函數(shù)對(duì)某一區(qū)域內(nèi)的所有值進(jìn)行綜合，然后計(jì)算新屬性值。2、空間變換1）局部工具集局部工具可以將輸出柵格中各個(gè)像元位置上的值作為所有輸入項(xiàng)在同一位置上的值的函數(shù)進(jìn)行計(jì)算。通過(guò)局部工具，您可以合并輸入柵格，計(jì)算輸入柵格上的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，還可以根據(jù)多個(gè)輸入柵格上各個(gè)像元的值，為輸出柵格上的每個(gè)像元設(shè)定一個(gè)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。

ArcGis地理處理工具像元統(tǒng)計(jì)根據(jù)多個(gè)柵格數(shù)據(jù)計(jì)算每個(gè)像元的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。可用的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)有：眾數(shù)、最大值、均值、中位數(shù)、最小值、少數(shù)、范圍、標(biāo)準(zhǔn)差、總和及變異度。合并合并多個(gè)柵格，從而為輸入值的各種唯一組合生成唯一輸出值。等于頻數(shù)基于單個(gè)像元計(jì)算一組柵格數(shù)據(jù)值等于另一個(gè)柵格數(shù)據(jù)值的次數(shù)。大于頻數(shù)基于單個(gè)單元計(jì)算一組柵格數(shù)據(jù)值大于另一個(gè)柵格數(shù)據(jù)值的次數(shù)。最高位置逐個(gè)像元來(lái)確定一組柵格中具有最大值的柵格的位置。小于頻數(shù)逐個(gè)像元來(lái)計(jì)算一組柵格小于另一個(gè)柵格的次數(shù)。最低位置基于單個(gè)像元確定一組柵格數(shù)據(jù)中具有最小值的柵格的位置。頻數(shù)取值逐個(gè)像元地確定參數(shù)列表中具有特定頻數(shù)級(jí)別的值。特定的頻數(shù)級(jí)別（每個(gè)值的出現(xiàn)次數(shù)）由第一個(gè)參數(shù)指定。等級(jí)輸入柵格集中的值將被逐個(gè)像元地進(jìn)行等級(jí)排定，返回哪個(gè)等級(jí)將由等級(jí)輸入柵格的值來(lái)確定。要計(jì)算多個(gè)柵格間的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)時(shí)，可計(jì)算像元統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。例如，使用工具對(duì)某段時(shí)間內(nèi)的特定現(xiàn)象進(jìn)行分析：例如，確定25年內(nèi)的年均降雨量或最小年降雨量以分配農(nóng)業(yè)援助資金，或計(jì)算各年間的溫度變化以了解全球變暖的情況。下圖顯示了連續(xù)幾十年內(nèi)的城市土地利用類型（橙色陰影）。通過(guò)計(jì)算不同年份中像元土地利用類型的變異度，標(biāo)識(shí)了變異度大于一的區(qū)域（洋紅色陰影區(qū)域）。這可指示在該段時(shí)間內(nèi)土地利用類型曾發(fā)生變化的區(qū)域，為高亮顯示的城市擴(kuò)張區(qū)域。年均作物產(chǎn)量下圖根據(jù)10個(gè)輸入柵格（每個(gè)柵格表示10年中1年的作物產(chǎn)量）計(jì)算出了1980年到1990年的年均作物產(chǎn)量。1）鄰域分析工具鄰域工具基于自身位置值以及指定鄰域內(nèi)標(biāo)識(shí)的值為每個(gè)像元位置創(chuàng)建輸出值。鄰域可分為兩類：移動(dòng)或搜索半徑。此工具在將柵格分辨率更改為較粗糙的像元大小時(shí)十分有用。

ArcGis地理處理工具塊統(tǒng)計(jì)將輸入分割放入非重疊塊中，然后計(jì)算每個(gè)塊中值的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。在輸出中，將值分配給每個(gè)塊中的所有像元。過(guò)濾器對(duì)柵格執(zhí)行平滑（低通）濾波器或邊緣增強(qiáng)（高通）濾波器。焦點(diǎn)流確定輸入柵格中每個(gè)像元的直接鄰域內(nèi)值的流量。焦點(diǎn)統(tǒng)計(jì)為每個(gè)輸入像元位置計(jì)算其周圍指定鄰域內(nèi)的值的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。線統(tǒng)計(jì)計(jì)算每個(gè)輸出柵格周圍圓形鄰域中線屬性的統(tǒng)計(jì)信息。點(diǎn)統(tǒng)計(jì)對(duì)每個(gè)輸出像元周圍的鄰域中的點(diǎn)計(jì)算統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。計(jì)算鄰域統(tǒng)計(jì)信息對(duì)于根據(jù)指定鄰域獲取每個(gè)像元的值十分有用。例如，檢測(cè)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性時(shí)，可以用于獲取各鄰域的物種種類，從而確定物種分布缺乏變化性的位置。對(duì)于此數(shù)據(jù)，您可以通過(guò)為焦點(diǎn)統(tǒng)計(jì)工具指定“種類”統(tǒng)計(jì)計(jì)算出各鄰域內(nèi)不同土地覆被類型的數(shù)目。通過(guò)查看輸出柵格的屬性表，您可以了解到在指定鄰域內(nèi)包含多種土地覆被類型的像元的數(shù)目。第六章空間數(shù)據(jù)查詢與分析

第1節(jié)空間查詢與量算

第2節(jié)空間變換

第3節(jié)再分類

第4節(jié)緩沖區(qū)分析

第5節(jié)疊加分析

第6節(jié)網(wǎng)絡(luò)分析

第7節(jié)空間插值

第8節(jié)空間統(tǒng)計(jì)分類分析

通過(guò)分類找出隱藏信息是地理信息系統(tǒng)的重要功能之一。與傳統(tǒng)地圖相比，地圖上所載負(fù)的數(shù)據(jù)是經(jīng)過(guò)專門分類和處理過(guò)的，而地理信息系統(tǒng)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)則具有原始數(shù)據(jù)的性質(zhì)，所以可以根據(jù)不同的需要對(duì)數(shù)據(jù)再進(jìn)行分類和提取。由于這種分類是對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行的再次分類組織，因此稱為再分類（Reclassification）。3、再分類1）點(diǎn)、線狀地物的再分類2）面狀地物的再分類對(duì)于柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)則和點(diǎn)、線分類一樣，簡(jiǎn)單的改變屬性數(shù)值并改變圖例表現(xiàn)這一變化。。對(duì)于矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的面狀地物再分類，則需要同時(shí)改變實(shí)體的幾何形狀和屬性。3、再分類可以結(jié)合鄰域范圍的屬性值進(jìn)行再分類。如坡度計(jì)算，緩沖區(qū)計(jì)算。再分類還可以綜合多個(gè)圖層的屬性信息，如圖所示(多個(gè)屬性的再分類)。3、再分類第六章空間數(shù)據(jù)查詢與分析

第1節(jié)空間查詢與量算

第2節(jié)空間變換

第3節(jié)再分類

第4節(jié)緩沖區(qū)分析

第5節(jié)疊加分析

第6節(jié)網(wǎng)絡(luò)分析

第7節(jié)空間插值

第8節(jié)空間統(tǒng)計(jì)分類分析

鄰近度（Proximity）描述了地理空間中兩個(gè)地物距離相近的程度，其確定是空間分析的一個(gè)重要手段。交通沿線或河流沿線的地物有其獨(dú)特的重要性，公共設(shè)施（商場(chǎng)，郵局，銀行，醫(yī)院，車站，學(xué)校等）的服務(wù)半徑，大型水庫(kù)建設(shè)引起的搬遷，鐵路，公路以及航運(yùn)河道對(duì)其所穿過(guò)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要性等均是一個(gè)鄰近度問(wèn)題。緩沖區(qū)分析是解決鄰近度問(wèn)題的空間分析工具之一。4．緩沖區(qū)分析所謂緩沖區(qū)就是地理空間目標(biāo)的一種影響范圍或服務(wù)范圍。從數(shù)學(xué)的角度看，緩沖區(qū)分析的基本思想是給定一個(gè)空間對(duì)象或集合，確定它們的鄰域，鄰域的大小由鄰域半徑R決定。因此對(duì)象Oi的緩沖區(qū)定義為：即對(duì)象Oi的半徑為R的緩沖區(qū)為距Oi的距離d小于R的全部點(diǎn)的集合。d一般是最小歐氏距離，但也可是其它定義的距離。對(duì)于對(duì)象集合其半徑為R的緩沖區(qū)是各個(gè)對(duì)象緩沖區(qū)的并，即：4．緩沖區(qū)分析點(diǎn)對(duì)象、線對(duì)象、面對(duì)象及對(duì)象集合的緩沖區(qū)示例

:4．緩沖區(qū)分析固定距離、字段決定的距離4．緩沖區(qū)分析另外還有一些特殊形態(tài)的緩沖區(qū)，如點(diǎn)對(duì)象有三角形，矩形和圈形等，對(duì)于線對(duì)象有雙側(cè)對(duì)稱，雙側(cè)不對(duì)稱或單側(cè)緩沖區(qū)，對(duì)于面對(duì)象有內(nèi)側(cè)和外側(cè)緩沖區(qū)。這些適合不同應(yīng)用要求的緩沖區(qū)，盡管形態(tài)特殊，但基本原理是一致的。4．緩沖區(qū)分析緩沖區(qū)計(jì)算的基本問(wèn)題是雙線問(wèn)題。雙線問(wèn)題有很多另外的名稱，如圖形加粗，加寬線，中心線擴(kuò)張等，它們指的都是相同的操作。4．緩沖區(qū)分析

1）角分線法

4．緩沖區(qū)分析2）凸角圓弧法在軸線首尾點(diǎn)處，作軸線的垂線并按雙線和緩沖區(qū)半徑截出左右邊線起止點(diǎn)；在軸線其它轉(zhuǎn)折點(diǎn)處，首先判斷該點(diǎn)的凸凹性，在凸側(cè)用圓弧彌合，在凹側(cè)則用前后兩鄰邊平行線的交點(diǎn)生成對(duì)應(yīng)頂點(diǎn)。這樣外角以圓弧連接，內(nèi)角直接連接，線段端點(diǎn)以半圓封閉。

4．緩沖區(qū)分析在凹側(cè)平行邊線相交在角分線上。交點(diǎn)距對(duì)應(yīng)頂點(diǎn)的距離與角分線法類似公式：該方法最大限度的保證了平行曲線的等寬性，避免了角分線法的眾多異常情況。

4．緩沖區(qū)分析基于柵格結(jié)構(gòu)也可以作緩沖區(qū)分析，通常稱為推移或擴(kuò)散（Spread）。推移或擴(kuò)散實(shí)際上是模擬主體對(duì)鄰近對(duì)象的作用過(guò)程，物體在主體的作用下在一阻力表面移動(dòng)，離主體越遠(yuǎn)作用力越弱。例如可以將地形、障礙物和空氣作為阻力表面，噪聲源為主體，用推移或擴(kuò)散的方法計(jì)算噪聲離開(kāi)主體后在阻力表面上的移動(dòng)，得到一定范圍內(nèi)每個(gè)柵格單元的噪聲強(qiáng)度。

4．緩沖區(qū)分析應(yīng)用：1、點(diǎn)水源污染防治、醫(yī)院的服務(wù)影響范圍，點(diǎn)圖層的緩沖區(qū)。2、道路的擴(kuò)建，線的緩沖區(qū)3、自然生態(tài)保護(hù)區(qū)，面對(duì)象的緩沖第六章空間數(shù)據(jù)查詢與分析

第1節(jié)空間查詢與量算

第2節(jié)空間變換

第3節(jié)再分類

第4節(jié)緩沖區(qū)分析

第5節(jié)疊加分析

第6節(jié)網(wǎng)絡(luò)分析

第7節(jié)空間插值

第8節(jié)空間統(tǒng)計(jì)分類分析經(jīng)常問(wèn)到的一個(gè)最基本GIS問(wèn)題：什么土地利用在什么土壤類型上？哪個(gè)地塊在百年一遇的洪泛區(qū)中？成渝高速在四川段有多少公里？我們學(xué)校在哪個(gè)范圍內(nèi)？疊加分析是地理信息系統(tǒng)最常用的提取空間隱含信息的手段之一。地理信息系統(tǒng)的疊加分析是將有關(guān)主題層組成的數(shù)據(jù)層面，進(jìn)行疊加產(chǎn)生一個(gè)新數(shù)據(jù)層面的操作，其結(jié)果綜合了原來(lái)兩層或多層要素所具有的屬性。疊加分析不僅包含空間關(guān)系的比較，還包含屬性關(guān)系的比較。地理信息系統(tǒng)疊加分析可以分為以下幾類：視覺(jué)信息疊加矢量數(shù)據(jù)疊加：點(diǎn)與多邊形疊加、線與多邊形疊加、多邊形疊加?xùn)鸥駡D層疊加1)、視覺(jué)信息疊加地理信息系統(tǒng)中視覺(jué)信息疊加包括以下幾類：點(diǎn)狀圖，線狀圖和面狀圖之間的疊加顯示。面狀圖區(qū)域邊界之間或一個(gè)面狀圖與其他專題區(qū)域邊界之間的疊加。遙感影象與專題地圖的疊加。專題地圖與數(shù)字高程模型（DEM）疊加顯示立體專題圖。視覺(jué)信息疊加不產(chǎn)生新的數(shù)據(jù)層面，將多層信息復(fù)合顯示，便于分析。2)、點(diǎn)與多邊形疊加點(diǎn)與多邊形疊加，實(shí)際上是計(jì)算多邊形對(duì)點(diǎn)的包含關(guān)系。矢量結(jié)構(gòu)的GIS能夠通過(guò)計(jì)算每個(gè)點(diǎn)相對(duì)于多邊形線段的位置，進(jìn)行點(diǎn)是否在一個(gè)多邊形中的空間關(guān)系判斷。在完成點(diǎn)與多邊形的幾何關(guān)系計(jì)算后，還要進(jìn)行屬性信息處理。例如：一個(gè)中國(guó)政區(qū)圖（多邊形）和一個(gè)全國(guó)礦產(chǎn)分布圖（點(diǎn)），二者經(jīng)疊加分析后，并且將政區(qū)圖多邊形有關(guān)的屬性信息加到礦產(chǎn)的屬性數(shù)據(jù)表中，然后通過(guò)屬性查詢。查詢指定省有多少種礦產(chǎn)，產(chǎn)量有多少；查詢指定類型的礦產(chǎn)在哪些省里有分布等信息。

3)、線與多邊形疊加線與多邊形的疊加，是比較線上坐標(biāo)與多邊形坐標(biāo)的關(guān)系，判斷線是否落在多邊形內(nèi)。計(jì)算過(guò)程通常是計(jì)算線與多邊形的交點(diǎn)，將原線打斷成一條條弧段，并將原線和多邊形的屬性信息一起賦給新弧段。疊加的結(jié)果產(chǎn)生了一個(gè)新的數(shù)據(jù)層面，每條線被它穿過(guò)的多邊形打斷成新弧段圖層，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的屬性數(shù)據(jù)表記錄原線和多邊形的屬性信息。根據(jù)疊加的結(jié)果可以確定每條弧段落在哪個(gè)多邊形內(nèi)，可以查詢指定多邊形內(nèi)指定線穿過(guò)的長(zhǎng)度。4、多邊形疊加多邊形疊加是GIS最常用的功能之一。多邊形疊加將兩個(gè)或多個(gè)多邊形圖層進(jìn)行疊加產(chǎn)生一個(gè)新多邊形圖層的操作，其結(jié)果將原來(lái)多邊形要素分割成新要素，新要素綜合了原來(lái)兩層或多層的屬性。

5．疊加分析

進(jìn)行多個(gè)多邊形的疊加運(yùn)算，在參與運(yùn)算多邊形所構(gòu)成的屬性空間（就圖而言，為宗地ID，宗地號(hào)，土壤ID，穩(wěn)定性）內(nèi)，每個(gè)結(jié)果多邊形內(nèi)部的屬性值是一致的，可以稱為最小公共地理單元（LeastCommonGeographicUnit,LCGU）疊加過(guò)程可分為幾何求交過(guò)程和屬性分配過(guò)程兩步：幾何求交過(guò)程首先求出所有多邊形邊界線的交點(diǎn)，再根據(jù)這些交點(diǎn)重新進(jìn)行多邊形拓?fù)溥\(yùn)算，對(duì)新生成的拓?fù)涠噙呅螆D層的每個(gè)對(duì)象賦一多邊形唯一標(biāo)識(shí)碼，同時(shí)生成一個(gè)與新多邊形對(duì)象一一對(duì)應(yīng)的屬性表。由于矢量結(jié)構(gòu)的有限精度原因，幾何對(duì)象不可能完全匹配，疊加結(jié)果可能會(huì)出現(xiàn)一些碎屑多邊形（SilverPolygon），通?？梢栽O(shè)定一模糊容限以消除它。ArcGis中“疊加”工具集中包含的工具用于疊加多個(gè)要素類以合并、擦除、修改或更新空間要素，從而生成新要素類。擦除：通過(guò)將擦除要素的多邊形與輸入要素相疊加來(lái)創(chuàng)建要素類。只將輸入要素處于擦除要素外部邊界之外的部分復(fù)制到輸出要素類。標(biāo)識(shí)：計(jì)算輸入要素和標(biāo)識(shí)要素的幾何交集。疊置標(biāo)識(shí)要素的輸入要素或其各個(gè)部分將獲得這些標(biāo)識(shí)要素的屬性.相交：計(jì)算輸入要素的幾何交集。所有圖層和/或要素類中相疊置的要素或要素的各部分將被寫(xiě)入到輸出要素類。空間連接根據(jù)空間關(guān)系將一個(gè)要素類的屬性與另一個(gè)要素類的屬性進(jìn)行連接。目標(biāo)要素和來(lái)自連接要素的被連接屬性寫(xiě)入到輸出要素類。交集取反：輸入要素和更新要素中不疊置的要素或要素的各部分將被寫(xiě)入到輸出要素類。聯(lián)合：計(jì)算輸入要素的幾何并集。所有要素都將被寫(xiě)入到輸出要素類，且具有來(lái)自與其重疊的輸入要素的屬性。更新：計(jì)算輸入要素和更新要素的幾何交集。輸入要素的屬性和幾何。根據(jù)輸出要素類中的更新要素來(lái)進(jìn)行更新5)柵格圖層疊加?xùn)鸥駭?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)空間信息隱含屬性信息明顯的特點(diǎn)，可以看作是最典型的數(shù)據(jù)層面，通過(guò)數(shù)學(xué)關(guān)系建立不同數(shù)據(jù)層面之間的聯(lián)系是GIS提供的典型功能?？臻g模擬尤其需要通過(guò)各種各樣的方程將不同數(shù)據(jù)層面進(jìn)行疊加運(yùn)算，以揭示某種空間現(xiàn)象或空間過(guò)程。柵格數(shù)據(jù)疊加運(yùn)算是通過(guò)像元之間的各種運(yùn)算來(lái)實(shí)現(xiàn)的。設(shè)X1，X2，…Xn，分別表示第1層至第n層上同一坐標(biāo)屬性值，f函數(shù)表示各層上屬性與用戶需求之間的關(guān)系，E為疊置后屬性輸出層的屬性值，則E=f(x1,x2,…xn)疊加操作的輸出結(jié)果可能是：①各層屬性數(shù)據(jù)的算術(shù)運(yùn)算結(jié)果；②各層屬性數(shù)據(jù)的極值；③邏輯條件組合；④其他模型運(yùn)算結(jié)果。例如：土壤侵蝕強(qiáng)度與土壤可蝕性，坡度，降雨侵蝕力等因素有關(guān)，可以根據(jù)多年統(tǒng)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)方程，把土壤可蝕性、坡度、降雨侵蝕力作為數(shù)據(jù)層面輸入，通過(guò)數(shù)學(xué)運(yùn)算得到土壤侵蝕強(qiáng)度分布圖。這種作用于不同數(shù)據(jù)層面上的基于數(shù)學(xué)運(yùn)算的疊加運(yùn)算，在地理信息系統(tǒng)中稱為地圖代數(shù)。

例如：已知某區(qū)域指定高度的氣溫分布數(shù)據(jù)、高程數(shù)據(jù)以及溫度隨高度的變化率，求該區(qū)域的氣溫分布情況。假定該區(qū)域溫度隨高度變化為每100米遞減0.5度。第六章空間數(shù)據(jù)查詢與分析

第1節(jié)空間查詢與量算

第2節(jié)空間變換

第3節(jié)再分類

第4節(jié)緩沖區(qū)分析

第5節(jié)疊加分析

第6節(jié)網(wǎng)絡(luò)分析

第7節(jié)空間插值

第8節(jié)空間統(tǒng)計(jì)分類分析對(duì)地理網(wǎng)絡(luò)（如交通網(wǎng)絡(luò)）、城市基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)（如各種網(wǎng)線、電力線、電話線、供排水管線等）進(jìn)行地理分析和模型化，是地理信息系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)分析功能的主要目的。

網(wǎng)絡(luò)分析是運(yùn)籌學(xué)模型中的一個(gè)基本模型，它的根本目的是研究、籌劃一項(xiàng)網(wǎng)絡(luò)工程如何安排，并使其運(yùn)行效果最好，如一定資源的最佳分配，從一地到另一地的運(yùn)輸費(fèi)用最低等。

1、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本組成部分和屬性如下：1）鏈（Link）2）結(jié)點(diǎn)（Node）結(jié)點(diǎn)中又有下面幾種特殊的類型:障礙（Barrier）拐點(diǎn)（Turn）中心（Center）站點(diǎn)（Stop）除了基本的組成部分外，有時(shí)還要增加一些特殊結(jié)構(gòu)，如鄰接點(diǎn)鏈表用來(lái)輔助進(jìn)行路徑分析。2主要網(wǎng)絡(luò)分析功能（1）路徑分析1）靜態(tài)求最佳路徑2）N條最佳路徑分析3）最短路徑或最低耗費(fèi)路徑4）動(dòng)態(tài)最佳路徑分析（2）計(jì)算最短路徑的Dijkstra算法無(wú)論是計(jì)算最短路徑還是最佳路徑，其算法都是一致的，不同之處在于有向圖中每條弧的權(quán)值設(shè)置。如果要計(jì)算最短路徑，則權(quán)重設(shè)置為兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的實(shí)際距離；而要計(jì)算最佳路徑，則可以將權(quán)值設(shè)置為從起點(diǎn)到終點(diǎn)的時(shí)間或費(fèi)用。Dijkstra算法可以用于計(jì)算從有向圖中任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)到其它節(jié)點(diǎn)的最短路徑。3、資源分配資源分配網(wǎng)絡(luò)模型由中心點(diǎn)（分配中心或收集中心）及其屬性和網(wǎng)絡(luò)組成。分配有兩種形式，一種是由分配中心向四周分配，另一種是由四周向收集中心分配。資源分配的應(yīng)用包括消防站點(diǎn)分布和求援區(qū)劃分、學(xué)校選址、垃圾收集站點(diǎn)分布，停水停電對(duì)區(qū)域的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)影響估計(jì)等。1）負(fù)荷設(shè)計(jì)2）時(shí)間和距離估算

第六章空間數(shù)據(jù)查詢與分析

第1節(jié)空間查詢與量算

第2節(jié)空間變換

第3節(jié)再分類

第4節(jié)緩沖區(qū)分析

第5節(jié)疊加分析

第6節(jié)網(wǎng)絡(luò)分析

第7節(jié)空間插值

第8節(jié)空間統(tǒng)計(jì)分類分析1、空間插值在以下幾種情況下必須作空間插值：

1）現(xiàn)有的離散曲面的分辨率，象元大小或方向與所要求的不符，需要重新插值。

2）現(xiàn)有的連續(xù)曲面的數(shù)據(jù)模型與所需的數(shù)據(jù)模型不符，需要重新插值。

3）現(xiàn)有的數(shù)據(jù)不能完全覆蓋所要求的區(qū)域范圍，需要插值。

2、空間插值的數(shù)據(jù)源連續(xù)表面空間插值的數(shù)據(jù)源包括：攝影測(cè)量得到的正射航片或衛(wèi)星影象；衛(wèi)星或航天飛機(jī)的掃描影象；野外測(cè)量采樣數(shù)據(jù)，采樣點(diǎn)隨機(jī)分布或有規(guī)律的線性分布（沿剖面線或沿等高線）；數(shù)字化的多邊形圖、等值線圖；

3、空間插值方法空間插值方法可以分為：整體插值、局部插值方法兩類。整體插值方法用研究區(qū)所有采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行全區(qū)特征擬合；局部插值方法是僅僅用鄰近的數(shù)據(jù)點(diǎn)來(lái)估計(jì)未知點(diǎn)的值。整體插值方法1）邊界內(nèi)插方法2）趨勢(shì)面分析3）變換函數(shù)插值整體內(nèi)插，就是在整個(gè)區(qū)域用一個(gè)數(shù)學(xué)函數(shù)來(lái)表達(dá)地形曲面。整體內(nèi)插函數(shù)保凸性較差不容易得到穩(wěn)定的數(shù)值解解多項(xiàng)式系數(shù)物理意義不明顯不能提供內(nèi)插區(qū)域的局部地形特征但其優(yōu)點(diǎn)也是明顯的、充分反映宏觀地形特征等。整體內(nèi)插函數(shù)常常用來(lái)揭示整個(gè)區(qū)域內(nèi)的地形宏觀起伏態(tài)勢(shì)。局部插值方法局部插值方法只使用鄰近的數(shù)據(jù)點(diǎn)來(lái)估計(jì)未知點(diǎn)的值，包括幾個(gè)步驟：1）定義一個(gè)鄰域或搜索范圍；2）搜索落在此鄰域范圍的數(shù)據(jù)點(diǎn)；3）選擇表達(dá)這有限個(gè)點(diǎn)的空間變化的數(shù)學(xué)函數(shù)；4）為落在規(guī)則格網(wǎng)單元上的數(shù)據(jù)點(diǎn)賦值。重復(fù)這個(gè)步驟直到格網(wǎng)上的所有點(diǎn)賦值完畢。局部插值方法1）最近鄰點(diǎn)法：泰森多邊形方法2）移動(dòng)平均插值方法：距離倒數(shù)插值3）樣條函數(shù)插值方法4）空間自協(xié)方差最佳插值方法：克里金插值1）最近鄰點(diǎn)法：泰森多邊形方法最近鄰點(diǎn)插值法(NearestNeighbor)又稱泰森多邊形方法,泰森多邊形(Thiesen,又叫Dirichlet或Voronoi多邊形)分析法是荷蘭氣象學(xué)家A.H.Thiessen提出的一種分析方法。最初用于從離散分布?xì)庀笳镜慕涤炅繑?shù)據(jù)中計(jì)算平均降雨量,現(xiàn)在GIS和地理分析中經(jīng)常采用泰森多邊形進(jìn)行快速的賦值。1）最近鄰點(diǎn)法：泰森多邊形方法泰森多邊形（Thiessen，又叫Dirichlet或Voronoi多邊形）采用了一種極端的邊界內(nèi)插方法，只用最近的單個(gè)點(diǎn)進(jìn)行區(qū)域插值。泰森多邊形按數(shù)據(jù)點(diǎn)位置將區(qū)域分割成子區(qū)域，每個(gè)子區(qū)域包含一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，各子區(qū)域到其內(nèi)數(shù)據(jù)點(diǎn)的距離小于任何到其它數(shù)據(jù)點(diǎn)的距離，并用其內(nèi)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行賦值。連接所有數(shù)據(jù)點(diǎn)的連線形成Delaunay三角形，與不規(guī)則三角網(wǎng)TIN具有相同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。Delaunay三角網(wǎng)與Voronoii圖圖2）移動(dòng)平均插值方法：距離倒數(shù)插值距離倒數(shù)插值方法綜合了泰森多邊形的鄰近點(diǎn)方法和趨勢(shì)面分析的漸變方法的長(zhǎng)處，它假設(shè)未知點(diǎn)x0處屬性值是在局部鄰域內(nèi)中所有數(shù)據(jù)點(diǎn)的距離加權(quán)平均值。距離倒數(shù)插值方法是加權(quán)移動(dòng)平均方法的一種。加權(quán)移動(dòng)平均方法的計(jì)算公式：加權(quán)移動(dòng)平均公式最簡(jiǎn)單的形式稱為線性插值：距離倒數(shù)插值方法是GIS軟件根據(jù)點(diǎn)數(shù)據(jù)生成柵格圖層的最常見(jiàn)方法。距離倒數(shù)法計(jì)算值易受數(shù)據(jù)點(diǎn)集群的影響，計(jì)算結(jié)果經(jīng)常出現(xiàn)一種孤立點(diǎn)數(shù)據(jù)明顯高于周圍數(shù)據(jù)點(diǎn)的“鴨蛋”分布模式，可以在插值過(guò)程中通過(guò)動(dòng)態(tài)修改搜索準(zhǔn)則進(jìn)行一定程度的改進(jìn)。3）樣條函數(shù)插值方法從數(shù)學(xué)上講，就是一個(gè)分段的低次多項(xiàng)式，多項(xiàng)式的次數(shù)一般不超過(guò)三階。通過(guò)樣條函數(shù)，可以獲取在各個(gè)采樣點(diǎn)上具有最小曲率的擬合曲面。4）空間自協(xié)方差最佳插值方法：克里金插值趨勢(shì)面分析的控制參數(shù)和距離倒數(shù)插值方法的權(quán)重對(duì)結(jié)果影響很大，這些問(wèn)題包括：需要計(jì)算平均值數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)目；搜索數(shù)據(jù)點(diǎn)的鄰域大小、方向和形狀如何確定；有沒(méi)有比計(jì)算簡(jiǎn)單距離函數(shù)更好的估計(jì)權(quán)重系數(shù)的方法；與插值有關(guān)的誤差問(wèn)題。為解決這些問(wèn)題，法國(guó)地理數(shù)學(xué)學(xué)家GeorgesMatheron和南非礦山工程師D.G.Krige