空間分析方法

班級：交工1102 姓名：高志波 學號：201111010212簡析幾種空間分析方法空間分析是對分析空間數(shù)據(jù)有關(guān)技術(shù)的統(tǒng)稱。空間分析賴以進行的基礎(chǔ)是地理空間數(shù)據(jù)庫，其運用的手段包括各種幾何的邏輯運算、數(shù)理統(tǒng)計分析，代數(shù)運算等數(shù)學手段，最終的目的是解決人們所涉及到地理空間的實際問題，提取和傳輸?shù)乩砜臻g信息，特別是隱含信息，以輔助決策。緩沖區(qū)分析定義緩沖區(qū)分析是指根據(jù)分析對象的點、線、面實體，自動建立其周圍一定距離的帶狀區(qū)，用以識別這些實體或者主體對鄰近對象的輻射范圍或者影響程度，是解決臨近度問題的空間分析工具之一。它在交通、林業(yè)、資源管理、城市規(guī)劃中有著廣泛的應用。分類（1）基于點要素的緩沖區(qū)：通常以點為圓心、以一定距離為半徑的圓；（2）基于線要素的緩沖區(qū)：通常是以線為中心軸線，距中心軸線一定距離的平行條帶多邊形；（3）基于面要素的緩沖區(qū)：向外或向內(nèi)擴展一定距離以生成新的多邊形。空間緩沖區(qū)分析模型緩沖區(qū)分析的三要素在進行空間緩沖區(qū)分析時，通常要將研究的問題抽象為以下三類要素:①主體表示分析的主要目標，一般分為點源、線源和面源三種類。②鄰近對象表示受主體影響的客體，例如行政界線變更時所涉及的居民區(qū)、森林遭砍伐時所影響的水土流失范圍等。③對象的作用條件表示主體對鄰近對象施加作用的影響條件或強度。緩沖區(qū)分析模型根據(jù)主體對鄰近對象作用性質(zhì)的不同，一般可采用以下三種不同的分析模型:線性模型、二次模型、指數(shù)模型線性模型力匕體對鄰近對象的影響度（即隨距離S）的增大而空線性形式衰減的，其表達式為：巧如喝） 0-30）四卜，見縫性哂工0:4/4 （5-31）四卜，見縫性哂工0亡=氣＜=I式中心為主體對鄰近對象的實際影響度；方為主體自身的綜合規(guī)模指數(shù)t",為鄰近對象離開.卜:休的實際距離］%為主體對鄰近對象的最大影響距離二次模型

用于當K體對鄰近對象的影響度SJ隨距離S）的增大而呈「：次形式衰減時（圖529）,其表達式為：式中心為主體對鄰近對象的實際蛾響度;力為主體自身的綜合規(guī)模指數(shù)；內(nèi)為鄰近對象離開主體的實際距離；為為主體對鄰近對象的最大影響距離O與尸(5-32)r=d/d^(5-33)0<=rt<-用于當K體對鄰近對象的影響度SJ隨距離S）的增大而呈「：次形式衰減時（圖529）,其表達式為：式中心為主體對鄰近對象的實際蛾響度;力為主體自身的綜合規(guī)模指數(shù)；內(nèi)為鄰近對象離開主體的實際距離；為為主體對鄰近對象的最大影響距離O與尸(5-32)r=d/d^(5-33)0<=rt<-ISL-25二次模型指數(shù)模型四、空間緩沖區(qū)分析在林業(yè)上的應用已知一伐木公司，獲準在某林區(qū)采伐，為防止水土流失，規(guī)定不得在河流周圍1km內(nèi)采伐林木。另外，為便于運輸，決定將采伐區(qū)定在道路周圍5km之內(nèi)。請找出符合上述條件的采伐區(qū)，輸出森林采伐圖。解題過程首先要以區(qū)域的道路分布圖、河流分布圖、森林分布圖為數(shù)據(jù)源。解題流程見圖所示。式中巧為主體對鄰近對象的實際影響度；力為卞體自身的綜合規(guī)模指數(shù):4為鄰近對象離開主體的實際距離；心為主體對鄰近對象的最大影響距離口門，(5-34)n工iu 10005-3C元物穴型獻.題流程（1）將該地區(qū)具有相同比例尺且進行配準的道路分布圖、河流分布圖、森林分布圖，進行預處理和數(shù)字化；⑵利用河流分布圖生成1km的等距離緩沖區(qū)；生成.祖路冏倒5kE線沖區(qū)生成河流周國1km魂》|“父河流分布圖禰林分布圖道蛤分布圖⑶利用道路分布圖生成5km的等距離緩沖區(qū)；（4）森林分布圖中可采伐林地、道路緩沖區(qū)及河流緩沖區(qū)圖進行疊置，疊置條件表達式為:采伐區(qū)=森林分布圖中可伐林地n道路周圍5km緩沖區(qū)n非河流周圍1km緩沖區(qū)將上述3張圖進行兩兩疊置，所得結(jié)果即為森林采伐圖。疊置分析一、定義疊置分析是GIS中的一項非常重要的空間分析功能。是指在統(tǒng)一空間參考系統(tǒng)下，通過對兩個數(shù)據(jù)進行的一系列集合運算，產(chǎn)生新數(shù)據(jù)的過程。這里提到的數(shù)據(jù)可以是圖層對應的數(shù)據(jù)集，也可以是地物對象。疊置分析的疊置分析的目標是分析在空間位置上有一定關(guān)聯(lián)的空間對象的空間特征和專屬屬性之間的相互關(guān)系。多層數(shù)據(jù)的疊置分析，不僅僅產(chǎn)生了新的空間關(guān)系，還可以產(chǎn)生新的屬性特征關(guān)系，能夠發(fā)現(xiàn)多層數(shù)據(jù)間的相互差異、聯(lián)系和變化等特征.在疊置分析中至少涉及到三個數(shù)據(jù)，其中一個數(shù)據(jù)的類型可以是點、線、面等，被稱作輸入數(shù)據(jù)（Demo中稱作被操作圖層/地物）；另一個數(shù)據(jù)是面數(shù)據(jù)被稱作疊置數(shù)據(jù)（Demo中稱作操作圖層/地物）；還有一個數(shù)據(jù)就是疊置結(jié)果數(shù)據(jù)，包含疊置后數(shù)據(jù)的幾何信息和屬性信息。根據(jù)GIS數(shù)據(jù)基本結(jié)構(gòu)不同，將GIS疊置分析分為基于矢量數(shù)據(jù)的疊置分析和基于柵格數(shù)據(jù)的疊置分析兩大類。二、分類疊置分析有以下幾種類型：.視覺信息疊置：視覺信息疊置是將不同側(cè)面的信息內(nèi)容疊置顯示在結(jié)果圖件或屏幕上，以便研究者判斷其相互空間關(guān)系，獲得更為豐富的空間信息。視覺信息疊置不產(chǎn)生新的數(shù)據(jù)層面，只是將多層信息復合顯示，便于分析。包括（1）點狀圖，線狀圖和面狀圖之間的疊置顯示。（2）面狀圖區(qū)域邊界之間或一個面狀圖與其他專題區(qū)域邊界之間的疊置。（3）遙感影象與專題地圖的疊置。（4）專題地圖與數(shù)字高程模型（DEM）疊置顯示立體專題圖。.點與多邊形疊置：實際上是計算多邊形對點的包含關(guān)系。還要進行屬性信息處理。通常不直接產(chǎn)生新數(shù)據(jù)層面。例如一個中國政區(qū)圖（多邊形）和一個全國礦產(chǎn)分布圖（點），二者經(jīng)疊置分析后，并且將區(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，然后通過屬性查詢，可以查詢指定省有多少種礦產(chǎn)，產(chǎn)量有多少；而且可以查詢，指定類型的礦產(chǎn)在哪些省里有分布等信息。.線與多邊形疊置：是比較線上坐標與多邊形坐標的關(guān)系，判斷線是否落在多邊形內(nèi)。計算過程通常是計算線與多邊形的交點，只要相交，就產(chǎn)生一個結(jié)點，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。疊置的結(jié)果產(chǎn)生了一個新的數(shù)據(jù)層面。.多邊形疊置：多邊形疊置將兩個或多個多邊形圖層進行疊置產(chǎn)生一個新多邊形圖層的操作，其結(jié)果將原來多邊形要素分割成新要素，新要素綜合了原來兩層或多層的屬性。一般的GIS軟件都提供了三種類型的多邊形疊置操作：疊置的結(jié)果產(chǎn)生了一個新的數(shù)據(jù)層面。.柵格圖層疊置：這種作用于不同數(shù)據(jù)層面上的基于數(shù)學運算的疊置運算，在地理信息系統(tǒng)中稱為地圖代數(shù)。地圖代數(shù)功能有三種不同的類型：（1）基于常數(shù)對數(shù)據(jù)層面進行的代數(shù)運算；（2）基于數(shù)學變換對數(shù)據(jù)層面進行的數(shù)學變換（指數(shù)、對數(shù)、三角變換等）；（3）多個數(shù)據(jù)層面的代數(shù)運算（加、減、乘、除、乘方等）和邏輯運算（與、或、非、異或等）。三、GIS疊置分析在景觀規(guī)劃設計中的應用1.服務區(qū)場址的選擇分析在以往的項目中,根據(jù)筆者的規(guī)劃設計經(jīng)驗,往往是項目所有者提出建議地點,規(guī)劃設計方進行現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果并結(jié)合設計人員的規(guī)劃設計經(jīng)驗,在主觀上確定一處、兩處或三處場址,然后再進行深入調(diào)查分析、比較,最終得出服務區(qū)的場址地點。這樣的結(jié)果往往不是非常倉促的主觀臆斷的決定就是耗時漫長且效率和科學性不高的分析判斷。在本次規(guī)劃項目中,使用了GIS進行了服務區(qū)的場址選擇,一改往常大尺度規(guī)劃時的郁悶心情,所有過程清晰明了,高效且分析結(jié)果的準確程度令人滿意。以下就是本次規(guī)劃的分析步驟:首先,根據(jù)坡度與工程性建設的關(guān)系（建筑設計資料集第六冊）,服務區(qū)應建在坡度15°以下的區(qū)域;其次,服務區(qū)應處于高山反應線以下;然后,坡向應朝南的區(qū)域,滿足采光和冬季取暖要求;此外,應使服務區(qū)較為隱蔽,視線不可達,其目的是為了弱化建筑,強調(diào)區(qū)域自然的統(tǒng)一性。這也是對場地的尊重,對自然的尊重。在這樣一個自然景觀占主體的區(qū)域內(nèi),任何人工的造作都應當注意,尋求建筑與山景的“視覺和諧”（VisualHarmony）,達到二者的和諧共生。所以,我們歸納出以下選址的技術(shù)路線（見圖1）。實施步驟如下:步驟一：提取坡度W15°區(qū)域。在ArcView下，使用該風景區(qū)坡度分析中SlopeofTingride,運用［MapQuery］,提取坡度W15°區(qū)域。步驟二：提取南向坡向。在ArcView下，使用坡向分析中AspectofTingride,運用［MapQuery］,提取坡向三157.5°且W202.5。的區(qū)域，適于興建服務區(qū)的地方有很多，此時還無法做出有益的判斷。步驟三：提取3000m高山反應線。在ArcInfo下，加載該風景區(qū)的Tin圖層，我們把新的高程屬性定位3個級別，分別為：1400m?2278m;2278m?3000m;3000m?4027m。重新生成數(shù)字高程。在海拔3000m以上的高原反應區(qū)，弱勢群體的游客不能達到這里，更不能在這里修建服務區(qū)。在ArcView下我們可以得到準確的高原反應線。步驟四：提取南向的坡度W15°的區(qū)域。在ArcView下，使用上述步驟一、步驟二和步驟三的圖層，運用［MapCalculator］數(shù)學算子，提取非高山反應線以上的，坡向三157.5°且W202.5°,并坡度W15°的區(qū)域（見圖2），顯示了高山反應線以下坡向為南向的坡度W15°的坡面區(qū)域。此時由圖上看來適于興建服務區(qū)的場址有4處，分別為A,B,C,D,其中A處面積最大,D處次之,B處最小。哪一個是服務區(qū)得最佳場址選地，還有待下一步分析。步驟五：重新在ArcView中提取不可見區(qū)域。在ArcView下,插入8個高點的--完整版學習資料分享 Point_LS.shp,進行視閾分析，得不可見區(qū)域。步驟六：提取服務區(qū)場址區(qū)域。在ArcView下，使用上述步驟三和步驟四的圖層，運用［MapCalculator］數(shù)學算子，提取服務區(qū)場址區(qū)域，即圖3中的A,D兩點。由分析結(jié)果看，服務區(qū)場址選擇有兩個區(qū)域，一南一北，即A,D兩處,B,C被排除。步驟七:分析結(jié)果。根據(jù)現(xiàn)狀情況,該規(guī)劃區(qū)域為一南北長條形區(qū)域,考慮到均衡的原則,而且可根據(jù)進一步的現(xiàn)場調(diào)查反饋結(jié)果，在A,D兩處之中任選一處。建議在面積較大的A處修建綜合性主服務區(qū)。2．優(yōu)良游覽區(qū)的選擇分析在本項目規(guī)劃時,由于場地條件的廣袤性和復雜性,運用GIS技術(shù)對場地進行分析,來確定優(yōu)良游覽用地是十分必要的。首先,優(yōu)良游覽區(qū)要滿足充分的安全依據(jù),包括坡度的要求與控制,是否存在著塌方、泥石流等險情,如果存在安全隱患,是不能夠作為可游覽區(qū)的用地的。根據(jù)規(guī)范,坡度大于25°屬于陡坡,對游人來說存在安全隱患,而且也不利于景觀設施的建設。其次,優(yōu)良游覽區(qū)應該具有充沛的日照條件,本規(guī)劃設置為每天日照5h以上的南向坡向區(qū)域。第三,優(yōu)良可游覽區(qū)對海拔高度應處于高原反應線以下。第四,優(yōu)良游覽區(qū)還應該選擇在地面較平坦的地塊,便于建設服務設施,給游人提供充分的休憩空間,而且有利于當?shù)毓芾頇C構(gòu)的管理與提供緊急避難、救災防火等。由此，我們得出以下優(yōu)良游覽區(qū)選擇的技術(shù)路線（見圖4）。實施步驟如下:步驟一：提取坡度W25°區(qū)域。在ArcView下，使用該風景區(qū)坡度分析中SlopeofTingride,運用[MapQuery],提取坡度W25°區(qū)域。步驟二：提取所有的南向坡向。在ArcView下，使用坡向分析中AspectofTingride,運用[MapQuery],提取坡向三90°且W70°的區(qū)域。步驟三：提取全部的南向的坡度W25°的坡面。在ArcView下，使用上述步驟一和步驟二的圖層，運用[MapCalculator]數(shù)學算子，疊置兩個圖層，顯示全部的坡向為南向坡度W25°的坡面區(qū)域步驟四：選擇非3000m以上的區(qū)域。將高山反應線與步驟三疊置，選擇非高山反應區(qū)域。步驟五：分析結(jié)果。根據(jù)步驟四的分析結(jié)果（見圖5）,并可結(jié)合現(xiàn)場的勘測結(jié)果,篩選出可作為優(yōu)良游覽區(qū)的位置,建設不同的景點,形成不同聚合及分散的景區(qū)景點。陽5優(yōu)區(qū)游覽區(qū)的選樣分所可建設區(qū)的選擇分析同樣由于場地條件的廣袤性和復雜性，運用GIS技術(shù)對場地進行分析，來確定可建設用地也是非?？旖轀蚀_的。首先,可建設區(qū)域應在坡度小于15°的區(qū)域,最好在原有地貌有破損,有水土流失的地方搞建設,這樣可以避免破壞植被完好區(qū)域,最小限度的“震動”原有生態(tài)平衡。其次,需在高山反應線以下。最佳路徑分析定義最佳路徑分析是遙感和地理信息系統(tǒng)空間分析的重要技術(shù)之一,其目的就是找出一條從出發(fā)點到終點的最佳路徑（距離最小、時間最短或者是最喜歡的路線等）。根據(jù)數(shù)據(jù)類型,可劃分為基于柵格數(shù)據(jù)的最佳路徑分析和基于矢量數(shù)據(jù)的最佳路徑分析?；谑噶康淖罴崖窂椒治?是沿著具體的路線和節(jié)點,找出一條最佳的路線。該路線是原有矢量圖中多個線段的組合,主要應用于交通路線的選擇等;基于柵格的最佳路徑分析,是以柵格數(shù)據(jù)（圖像數(shù)據(jù)、Arc/Info的GRID數(shù)據(jù)等）為基礎(chǔ)，找出一條最佳路徑。路徑分類靜態(tài)最佳路徑：由用戶確定權(quán)值關(guān)系后，即給定每條弧段的屬性，當需求最佳路徑時，讀出路徑的相關(guān)屬性，求最佳路徑。動態(tài)分段技術(shù)：給定一條路徑有多段線組成，要求標注出這條路上的公里點或要求定位公路上的某一點，標注出某條路上從某一公里數(shù)到另一公里數(shù)的路段。N條最佳路徑：確定起點、終點，求代價最小的幾條路徑，因為在實踐中往往盡求出最佳路徑并不能滿足要求，可能因為某種因素不走最佳路徑，而走近似最佳路徑。最短路徑：確定起點、重點和所要經(jīng)過的中間點、中間連線，求最短路徑。動態(tài)最佳路徑分析：實際網(wǎng)絡分析中權(quán)值是隨著權(quán)值系是變化的，而且可能會臨時出現(xiàn)一些障礙點，所以往往需要動態(tài)的計算最佳路徑。最佳路徑法在射線追蹤上的應用1．基本原理最佳路徑射線追蹤方法是基于圖形理論的射線追蹤技術(shù)［12-17］。將二維介質(zhì)模型離散化,并假定每個網(wǎng)格內(nèi)慢度S為常數(shù)。在每個網(wǎng)格界上設置節(jié)點，并在每個網(wǎng)格內(nèi)部將各節(jié)點連接起來在整個空間形成一個空間網(wǎng)絡圖。相鄰節(jié)點之間的旅行時為它們之間的歐氏距離與其平均慢度之積。如圖1所示,在圖中從一個節(jié)點出發(fā)到另一個節(jié)點接收的射線可通過網(wǎng)絡圖