GIS GPS RS技術(shù)及其在應(yīng)急管理中的應(yīng)用：第二章 GIS技術(shù)2

2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院1第二章GIS技術(shù)2.1 概述2.2 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2.3 地圖投影 2.4 空間查詢

2.5 空間分析 2.6 空間信息可視化 2.7 空間建模 2.8 GIS的開發(fā)過程 2.9 主流GIS平臺產(chǎn)品介紹2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院22.4空間查詢空間查詢是按一定的要求對GIS所描述的空間實體及其相關(guān)信息進行訪問，從候選的空間實體中挑選出滿足要求的內(nèi)容。通常有以下幾種不同的空間信息查詢方式：基于空間關(guān)系特征的查詢基于屬性特征的查詢混合查詢地址匹配查詢2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院32.4空間查詢（一）基于空間特征的查詢根據(jù)空間實體間拓撲、方位、距離等空間關(guān)系作為條件進行的空間信息查詢。如查詢滿足如下條件的危險源：A）在某條街道的東部；B）距離某學校不超過3公里；C）危險源位于某行政區(qū)內(nèi)；D）危險源面積小于5000平方米。該查詢涉及了幾何度量（D）和多種空間關(guān)系（A、B、C）。這些條件均屬于空間特征描述。2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院42.4空間查詢空間拓撲關(guān)系2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院52.4空間查詢空間方位東、南、西、北前、后、左、右。。。空間距離歐氏距離城市距離。。。2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院6(二)基于屬性特征的查詢根據(jù)屬性特征條件進行空間信息查詢。如查詢滿足如下條件的防護目標：A）防護目標類別為水庫；B）防護目標建設(shè)年數(shù)超過10年。該查詢涉及了防護目標類別（A）和防護目標建設(shè)年數(shù)（B）兩項屬性特征描述。2.4空間查詢2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院72.4空間查詢(三)混合查詢在實際空間信息查詢時，查詢條件可能即包含屬性特征條件也包含空間特征條件。如用戶想查詢滿足如下條件的危險源：A）在某條街道的東部；B）距離某學校不超過3公里；C）危險源位于某行政區(qū)內(nèi)；D）危險源面積小于5000平方米；E）危險源類別為油庫。整個查詢涉及了空間方位關(guān)系（A）、空間距離關(guān)系（B）、空間拓撲關(guān)系（C）、幾何度量（D）和屬性特征條件（E）。2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院82.4空間查詢(四)地址匹配查詢根據(jù)街道地址來查詢事物的空間位置和屬性信息。輸入街道的門牌號碼，就可知道大致的位置和所在的街區(qū)。它對空間分布的社會、經(jīng)濟調(diào)查和統(tǒng)計很有幫助，只要在調(diào)查表中添了地址，地理信息系統(tǒng)可以自動地按空間位置來統(tǒng)計分析各種經(jīng)濟社會調(diào)查資料。2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院92.4空間查詢地址編碼工作過程自然語言描述的地址地址編碼解析器地名數(shù)據(jù)庫空間位置信息2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院102.4空間查詢隨著空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展，目前流行的方式是在傳統(tǒng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，開發(fā)空間數(shù)據(jù)引擎（SpatialDatabaseEngine，SDE），從而實現(xiàn)在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中對空間實體的空間特征和屬性特征進行統(tǒng)一存儲。在空間數(shù)據(jù)引擎的支持下，可以直接使用相似于SQL（StructuredQueryLanguage）的方式進行各種類型的空間信息查詢，這種擴展的SQL語言稱為空間查詢語言。在空間查詢語言中，用戶可以直接調(diào)用一些常用的空間特征操作函數(shù)。2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院112.4空間查詢2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院122.4空間查詢基于空間查詢語言，可以寫出如下形式的查詢語句：SELECT*FROMRiskSourceWHEREDistance(RiskSource,School)<3kmANDArea(RiskSource)<5000ANDRiskSource.TypeIS‘油庫’2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院132.4空間查詢?yōu)榱颂岣呖臻g查詢的效率，需要為存儲在介質(zhì)上的數(shù)據(jù)位置信息建立索引，由于這種索引是針對空間數(shù)據(jù)的，因此稱為空間索引?？臻g索引是索引的一種，是對空間圖形集合做的一個“目錄”，以提高在這個圖形集合中查找某個圖形對象的效率。GIS中常用的索引有：網(wǎng)格索引四叉樹索引R樹索引。。。2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院142.4空間查詢原始圖形集合過濾的候選子集(a,b,c,d,e,f,g)符合條件的集合(a,b,c)根據(jù)空間索引進行過濾精確幾何運算網(wǎng)格索引2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院152.4空間查詢四叉樹索引2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院16第二章GIS技術(shù)2.1 概述2.2 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2.3 地圖投影 2.4 空間查詢 2.5 空間分析

2.6 空間信息可視化 2.7 空間建模 2.8 GIS的開發(fā)過程 2.9 主流GIS平臺產(chǎn)品介紹2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院17鄰近度（Proximity）描述了地理空間中兩個地物距離相近的程度。緩沖區(qū)分析是解決鄰近度問題的空間分析工具之一。所謂緩沖區(qū)就是地理目標的一種影響范圍或服務(wù)范圍。對象Oi的半徑為R的緩沖區(qū)定義為：d一般是最小歐氏距離，也可是其它距離。1.緩沖區(qū)分析2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院18對于對象集合：其半徑為R的緩沖區(qū)是各個對象緩沖區(qū)的并，即：1.緩沖區(qū)分析2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院191.緩沖區(qū)分析點緩沖線緩沖面緩沖2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院201.緩沖區(qū)分析緩沖區(qū)算法可以針對矢量或柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進行實現(xiàn)。針對矢量空間實體的算法一般遵循以下步驟：點：確定中心點——以中心點為圓心、R為半徑生成一個圓——得到緩沖區(qū)邊界線、面：確定軸線——以距離R生成中心軸線的平行曲線——處理轉(zhuǎn)角弧段——對生成的弧段進行求交、合并運算——生成緩沖區(qū)邊界常用的矢量數(shù)據(jù)緩沖區(qū)算法：角分線法、凸角圓弧法2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院211.緩沖區(qū)分析角分線法2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院221.緩沖區(qū)分析凸角圓弧法2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院232.網(wǎng)絡(luò)分析網(wǎng)絡(luò)分析是運籌學中的一個基本模型，它的根本目的是研究、籌劃一項網(wǎng)絡(luò)工程如何安排，并使其運行效果最好。GIS中的網(wǎng)絡(luò)分析功能用于對地理網(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）進行地理分析和模型化。2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院242.網(wǎng)絡(luò)分析(一)圖論的基本知識分析和解決網(wǎng)絡(luò)模型的有力工具是圖論。由點集合V和點與點之間的連線的集合E所組成的集合對（V，E）稱為圖，用G（V，E）來表示。V中的元素稱為節(jié)點，E中的元素稱為邊。節(jié)點集V與邊集合E均為有限的圖稱為有限圖。2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院252.網(wǎng)絡(luò)分析2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院262.網(wǎng)絡(luò)分析如果圖中的邊是有向的，則稱為有向圖，否則稱為無向圖。在無向圖中，首尾相接的一串邊的集合稱為路。在有向圖中，順向的首尾相接的一串有向邊的集合稱為有向路。2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院272.網(wǎng)絡(luò)分析如果圖中任一邊（i，j）都賦一個數(shù)ω（i，j），稱這種數(shù)為該邊的權(quán)數(shù)。賦以權(quán)數(shù)的圖稱為賦權(quán)圖。有向圖的各邊賦以權(quán)數(shù)后，成為有向賦權(quán)圖。根據(jù)實際情況，權(quán)數(shù)的含義可以各不相同。例如，可用權(quán)數(shù)代表兩地之間的實際距離或旅行時間，也可用權(quán)數(shù)代表某工序所需的加工時間等。2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院282.網(wǎng)絡(luò)分析(二)計算最短/最佳路徑的Dijkstra算法Dijkstra算法可以用于計算從有向圖中任意一個節(jié)點到其它節(jié)點的最短/最佳路徑。無論是計算最短路徑還是最佳路徑，其算法都是一致的。如果要計算最短路徑，則權(quán)重設(shè)置為兩個節(jié)點的實際距離；而要計算最佳路徑，則可以根據(jù)“最佳”的含義將權(quán)值設(shè)置為從起點到終點的時間、費用等。2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院292.網(wǎng)絡(luò)分析1)用帶權(quán)的鄰接矩陣Cost來表示帶權(quán)的n個節(jié)點的有向圖，Cost[i,j]表示弧<vi,vj>的權(quán)值，如果從vi到vj不連通，則Cost[i,j]=∞。然后，引進一個輔助向量Dist，每個分量Dist[i]表示從起始點到每個終點vi的最短路徑長度。假定起始點在有向圖中的序號為i0，并設(shè)定該向量的初始值為：Dist[i]=Cost[i0,i] vi∈V。令S為已經(jīng)找到的從起點出發(fā)的最短路徑的終點的集合。2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院302.網(wǎng)絡(luò)分析2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院312.網(wǎng)絡(luò)分析2）選擇Vj，使得Dist[j]=Min{Dist[i]|Vi∈V-S}vi∈Vvj就是當前求得的一條從vi0出發(fā)的最短路徑的終點，令S=S∪{vj}3）修改從vi0出發(fā)到集合V-S中任一頂點vk的最短路徑長度。若Dist[j]+Cost[j,k]<Dist[k]，則修改Dist[k]為：

Dist[k]=Dist[j]+Cost[j,k]4）重復(fù)第2、3步操作共n-1次，由此求得從vi0出發(fā)的到圖上各個頂點的最短路徑是依路徑長度遞增的序列。表8-1是圖8-14根據(jù)Dijkstra計算的結(jié)果。2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院322.網(wǎng)絡(luò)分析終點從v0到其它各個節(jié)點的最短路徑v1∞∞∞∞∞無v210（v0,v2）v3∞60(v0,v2,v3)50(v0,v4,v3)v430（v0,v4）30(v0,v4)v5100（v0,v5）100（v0,v5）90（v0,v4,v5）60（v0,v4,v3,v5）vjv2v4v3v52023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院332.網(wǎng)絡(luò)分析Dijkstra算法正確性證明：假設(shè)下一條最短路徑的終點為x，那么，該路徑必然或者是?。╲0，x），或者是中間只經(jīng)過集合S中的頂點而到達頂點x的路徑。因為假若此路徑上除x之外有一個或一個以上的頂點不在集合S中，那么必然存在另外的終點不在S中而路徑長度比此路徑還短的路徑，這與按路徑長度遞增的順序產(chǎn)生最短路徑的前提相矛盾，所以此假設(shè)不成立。2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院342.網(wǎng)絡(luò)分析（三）GIS中網(wǎng)絡(luò)分析的應(yīng)用最短/最佳路徑計算靜態(tài)求最佳路徑N條最佳路徑分析有限制的最短路徑動態(tài)最佳路徑分析尋找最近設(shè)施確定服務(wù)區(qū)評估可訪問性2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院353.疊置分析疊置分析是將兩個或多個相關(guān)主題層，進行疊置產(chǎn)生一個新數(shù)據(jù)層的操作，其結(jié)果綜合了原來各層要素所具有的屬性。疊置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)疊置分析可以分為以下幾類：可視化疊置、點與多邊形疊置、線與多邊形疊置、多邊形疊置、柵格疊置。

2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院363.疊置分析可視化疊置是將不同圖層的信息內(nèi)容疊加顯示在結(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。地理信息系統(tǒng)中可視化疊置包括以下幾類：點狀圖，線狀圖和面狀圖之間的疊加顯示。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?？梢暬B置不產(chǎn)生新的數(shù)據(jù)層，只是將多層信息復(fù)合顯示，便于分析。2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院373.疊置分析2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院383.疊置分析點與多邊形疊加，計算多邊形對點的包含關(guān)系，進行點是否在一個多邊形中的空間關(guān)系判斷。在完成點與多邊形的幾何關(guān)系計算后，還要進行屬性信息處理。最簡單的方式是將多邊形屬性信息賦給其中的點。也可以將點的屬性疊加到多邊形上，用于標識該多邊形。如果有多個點分布在一個多邊形內(nèi)的情形時，則可采用一些特殊規(guī)則，如將點的數(shù)目或各點屬性的總和等信息疊加到多邊形上。2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院393.疊置分析線與多邊形的疊加，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。疊加的結(jié)果產(chǎn)生了一個新的數(shù)據(jù)層，每條線被它穿過的多邊形打斷成新弧段圖層。根據(jù)疊加的結(jié)果可以確定每條弧段落在哪個多邊形內(nèi)，可以查詢指定多邊形內(nèi)指定線穿過的長度。2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院403.疊置分析2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院413.疊置分析多邊形疊加是將兩個或多個多邊形圖層進行疊加產(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，新要素的屬性綜合了原來兩層或多層的屬性。2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院423.疊置分析根據(jù)疊置結(jié)果最后欲保留空間特征的不同要求，一般的GIS軟件都提供了三種類型的多邊形疊置操作。2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院433.疊置分析2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院443.疊置分析柵格疊置柵格疊置是將不同數(shù)據(jù)層的柵格數(shù)據(jù)疊置在一起，在結(jié)果數(shù)據(jù)層的相應(yīng)位置產(chǎn)生新的屬性的分析方法。新屬性值的計算可由下式表示：

U＝f(A,B,C,…)其中，A，B，C等表示1、2、3等各層柵格單元的屬性值，f函數(shù)取決于疊置的要求。2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院453.疊置分析2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院463.疊置分析柵格疊置的作用包括以下幾種：

類型疊置：即通過疊置獲取新的類型。如土壤圖與植被圖疊置，以分析土壤與植被的關(guān)系。

數(shù)量統(tǒng)計：即計算某一區(qū)域內(nèi)的類型和面積。如行政區(qū)劃圖和土壤類型圖疊圖，可計算出某一行政區(qū)劃中的土壤類型數(shù)，以及各種類型土壤的面積。

變化檢測：即通過對同一地區(qū)、相同屬性、不同時間的柵格數(shù)據(jù)的疊置，分析由時間引起的變化。

范圍提取：即通過與所需提取的范圍的疊置運算，快速地進行范圍內(nèi)信息的提取。2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院474.空間量算(一)幾何量算幾何量算對不同的點、線、面地物有不同的含義：點狀地物（0維）：坐標；線狀地物（1維）：長度，曲率，方向；面狀地物（2維）：面積，周長，形狀，曲率等；體狀地物（3維）：體積，表面積等。

幾何量算可以針對矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進行2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院484.空間量算p1p2長度量算示意圖OYX線的長度計算2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院494.空間量算面狀地物的面積Pk

=

1

2(yk+1+yk)(xk+1-xk)

(yn+y1)(xn–x1)

1

2∑Pk

+

n-1

k=1

P=

2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院504.空間量算①生成等值線圖②量算每條等值線圍成的面積，設(shè)為f0，f1，f2，…fn③設(shè)等值線的間距為h，則體積為：

地形體積量算示意圖其中，f0，h0分別為最上層(或最下層)等高線圍成的面積和相應(yīng)的高程差。體積量算v=f0*h0/3+Σ(f0+2*f1+……+2*(n-1)*fn)*h/22023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院51(二)形狀量算多邊形的外觀是復(fù)雜多變的，很難找到一個準確的指標進行描述。最常用的指標包括多邊形長、短軸之比，周長面積比，面積長度比等。其中絕大多數(shù)指標是基于面積和周長的。通常認為圓形地物既非緊湊型也非膨脹型，則可定義其形狀系數(shù)r為：其中P為地物周長，A為面積。如果r<1為緊湊型；r=1為標準圓；r>1為膨脹型。4.空間量算2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院524.空間量算圓U=1U>1膨脹型U<1緊縮型形狀特征描述參數(shù)2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院534.空間量算(三)質(zhì)心量算質(zhì)心通常定義為一個多邊形或面的幾何中心。在某些情況下，質(zhì)心描述的是分布中心，而不是幾何中心。例如：當某個縣絕大部分人口明顯集中于一側(cè)時，可以把質(zhì)心放在分布中心上，這種質(zhì)心稱為平均中心或重心。如果考慮其它一些因素的話，可以賦予權(quán)重系數(shù)，稱為加權(quán)平均中心。計算公式是：2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院544.空間量算(四)距離量算

2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院555.空間變換空間變換是對原始圖層及其屬性進行一系列的邏輯或代數(shù)運算，以產(chǎn)生新的具有特殊意義的地理圖層及其屬性的過程。空間變換可以基于單個圖層進行，也可以對多個圖層。這里主要介紹基于柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的單圖層變換?；跂鸥窠Y(jié)構(gòu)的空間變換可分為三種方式：（1）單點變換；（2）鄰域變換；（3）區(qū)域變換。2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院565.空間變換單點變換2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院575.空間變換鄰域變換2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院585.空間變換區(qū)域變換2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院596.再分類GIS存儲的數(shù)據(jù)則具有原始數(shù)據(jù)的性質(zhì)，可以根據(jù)不同的需要對數(shù)據(jù)再進行分類和提取。由于這種分類是對原始數(shù)據(jù)進行的再次分類組織，因此稱為再分類（Reclassify）。柵格數(shù)據(jù)再分類：和以上類似，直接改變屬性值。矢量數(shù)據(jù)再分類：改變屬性值，同時對地物對象空間特征進行修改。2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院606.再分類2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院617.空間插值-空間插值的概念和理論空間插值常用于將離散點的測量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為連續(xù)的數(shù)據(jù)曲面，以便與其它空間現(xiàn)象的分布模式進行比較，它包括：空間內(nèi)插：空間內(nèi)插算法是一種通過已知點的數(shù)據(jù)推求同一區(qū)域其它未知點數(shù)據(jù)的計算方法；空間外推：空間外推算法則是通過已知區(qū)域的數(shù)據(jù)，推求其它區(qū)域數(shù)據(jù)的方法。2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院627.空間插值-空間插值的概念和理論需要進行空間插值的場合：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?，F(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?，F(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。2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院637.空間插值-空間插值的數(shù)據(jù)源2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院647.空間插值-空間插值方法空間插值方法可以分為整體插值和局部插值方法兩類。整體插值方法用研究區(qū)所有采樣點的數(shù)據(jù)進行全區(qū)特征擬合；局部插值方法是僅僅用鄰近的數(shù)據(jù)點來估計未知點的值。(一)整體插值方法1）邊界內(nèi)插方法邊界內(nèi)插方法假設(shè)任何重要的變化發(fā)生在邊界上，邊界內(nèi)的變化是均勻的，同質(zhì)的，即在各方向都是相同的。2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院657.空間插值-空間插值方法2）趨勢面分析趨勢面分析的思路是先用已知采樣點數(shù)據(jù)擬合出一個平滑的數(shù)學曲面方程，再根據(jù)該方程計算未觀測點上的數(shù)據(jù)。它的理論假設(shè)是地理坐標（x,y）是獨立變量，屬性值Z也是獨立變量且是正態(tài)分布的，同樣回歸誤差也是與位置無關(guān)的獨立變量。多項式回歸分析的基本思想是用多項式表示線、面，按最小二乘法原理對數(shù)據(jù)點進行擬合。線或面多項式的選擇取決于數(shù)據(jù)是一維的還是二維的。2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院66一維情況下，一次多項式形式一維情況下，二次多項式形式二維情況下，多項式形式7.空間插值-空間插值方法2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院677.空間插值-空間插值方法(二)局部插值方法局部插值方法只使用鄰近的數(shù)據(jù)點來估計未知點的值，包括幾個步驟：1）定義一個鄰域或搜索范圍；2）搜索落在此鄰域范圍的數(shù)據(jù)點；3）選擇表達這有限個點的空間變化的數(shù)學函數(shù)；4）使用求得的數(shù)學函數(shù)計算未觀測值。2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院687.空間插值-空間插值方法1）最近鄰點法：泰森多邊形方法泰森多邊形（Thiessen，又叫Dirichlet或Voronoi多邊形）按數(shù)據(jù)點位置將區(qū)域分割成子區(qū)域，每個子區(qū)域包含一個數(shù)據(jù)點，各子區(qū)域到其內(nèi)數(shù)據(jù)點的距離小于到任何其它數(shù)據(jù)點的距離，并用其內(nèi)數(shù)據(jù)點進行賦值。連接所有數(shù)據(jù)點的連線形成Delaunay三角形，與不規(guī)則三角網(wǎng)TIN具有相同的拓撲結(jié)構(gòu)。2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院697.空間插值-空間插值方法實線為Delaunay三角形，虛線為泰森多邊形2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院702）移動平均方法：距離倒數(shù)插值加權(quán)移動平均方法的計算公式如下：式中，權(quán)重系數(shù)由函數(shù)計算，要求當時一般取倒數(shù)或負指數(shù)形式。其中最常見的形式是距離倒數(shù)加權(quán)函數(shù)，形式如下：式中，xj為未知點，xi為已知數(shù)據(jù)點。7.空間插值-空間插值方法2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院713）樣條函數(shù)插值方法在計算機用于曲線與數(shù)據(jù)點擬合以前，繪圖員是使用一種曲線規(guī)逐段的擬合出平滑的曲線。這種靈活的曲線規(guī)繪出的分段曲線稱為樣條。與樣條匹配的那些數(shù)據(jù)點稱為樁點，繪制曲線時樁點控制曲線的位置。在數(shù)學上可用分段的三次多項式函數(shù)來描述這種曲線，其連接處有連續(xù)的一階和二階連續(xù)導(dǎo)數(shù)。7.空間插值-空間插值方法2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院727.空間插值-空間插值方法樣條曲線樣條曲面2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院738.空間統(tǒng)計分析空間統(tǒng)計分析是指使用統(tǒng)計方法進行空間自相關(guān)性程度的計算，以分析這些空間現(xiàn)象在空間上分布的規(guī)律。常用的空間統(tǒng)計分析指標有：全局空間自相關(guān)指標局部空間自相關(guān)指標地理學第一定律：任何事物之間均相關(guān)，而離得較近的事物總比離得較遠的事物相關(guān)性要高。2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院748.空間統(tǒng)計分析全局空間自相關(guān)統(tǒng)計指標Moran’sI2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院758.空間統(tǒng)計分析2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院768.空間統(tǒng)計分析局部空間自相關(guān)指標：局部Getis2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院779.地形分析地形分析是以數(shù)字地形模型（DTM）為基礎(chǔ)的。數(shù)字地形模型是地形表面形態(tài)屬性信息的數(shù)字表達，是帶有空間位置特征和地形屬性特征的數(shù)字描述。數(shù)字地形模型中地形屬性為高程時稱為數(shù)字高程模型（DigitalElevationModel，簡稱DEM）。DEM是建立DTM的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院789.地形分析DEM從數(shù)學的角度，高程模型是高程Z關(guān)于平面坐標X，Y兩個自變量的連續(xù)函數(shù)，數(shù)字高程模型（DEM）只是它的一個有限的離散表示。高程模型最常見的表達是相對于海平面的海拔高度，或某個參考平面的相對高度。2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院799.地形分析DEM的主要表示模型1）地表規(guī)則網(wǎng)格單元構(gòu)成的高程矩陣規(guī)則網(wǎng)格，通常是正方形，也可以是矩形、三角形等規(guī)則網(wǎng)格。規(guī)則網(wǎng)格將區(qū)域空間切分為規(guī)則的格網(wǎng)單元，每個格網(wǎng)單元對應(yīng)一個數(shù)值。每個格網(wǎng)單元或數(shù)組的一個元素，對應(yīng)一個高程值。2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院809.地形分析2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院819.地形分析2）等高線等高線通常被存成一個有序的坐標點對序列，可以認為是一條帶有高程值屬性的簡單多邊形或多邊形弧段。由于等高線模型只表達了區(qū)域的部分高程值，往往需要一種插值方法來計算落在等高線外的其它點的高程。2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院829.地形分析2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院839.地形分析3）不規(guī)則三角網(wǎng)不規(guī)則三角網(wǎng)（TriangulatedIrregularNetwork,TIN）是另外一種表示數(shù)字高程模型的方法，它既減少規(guī)則格網(wǎng)方法帶來的數(shù)據(jù)冗余，同時在計算（如坡度）效率方面又優(yōu)于純粹基于等高線的方法。2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院849.地形分析2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院859.地形分析DEM數(shù)據(jù)采集方法地面測量：全站儀等現(xiàn)有地圖數(shù)字化空間傳感器：利用全球定位系統(tǒng)GPS，結(jié)合雷達和激光測高儀等進行數(shù)據(jù)采集。數(shù)字攝影測量方法2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院869.地形分析格網(wǎng)DEM應(yīng)用（一）地形曲面擬合DEM最基礎(chǔ)的應(yīng)用是求DEM范圍內(nèi)任意點的高程，在此基礎(chǔ)上進行地形屬性分析。由于已知有限個格網(wǎng)點的高程，可以利用這些格網(wǎng)點高程擬合一個地形曲面，推求區(qū)域內(nèi)任意點的高程。曲面擬合方法可以看作是一個已知規(guī)則格網(wǎng)點數(shù)據(jù)進行空間插值的特例，距離倒數(shù)加權(quán)平均方法，克里金插值方法，樣條函數(shù)等插值方法均可采用。2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院879.地形分析（二）立體透視圖從數(shù)字高程模型繪制透視立體圖是DEM的一個極其重要的應(yīng)用。透視立體圖能更好地反映地形的立體形態(tài)，非常直觀。與采用等高線表示地形形態(tài)相比有其自身獨特的優(yōu)點，更接近人們的直觀視覺。特別是隨著計算機圖形處理工作的增強以及屏幕顯示系統(tǒng)的發(fā)展，使立體圖形的制作具有更大的靈活性，人們可以根據(jù)不同的需要，對于同一個地形形態(tài)作各種不同的立體顯示。例如局部放大，改變高程值Z的放大倍率以夸大立體形態(tài)；改變視點的位置以便從不同的角度進行觀察，甚至可以使立體圖形轉(zhuǎn)動，使人們更好地研究地形的空間形態(tài)。2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院889.地形分析2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院899.地形分析（三）通視分析通視問題可以分為五類：1）已知一個或一組觀察點，找出可見區(qū)域。2）欲觀察到全部地形表面，計算最少觀察點數(shù)量。3）在觀察點數(shù)一定時，計算能獲得的最大觀察區(qū)域。4）以最小代價建造觀察塔，要求全部區(qū)域可見。5）在給定建造代價的前提下，求最大可見區(qū)。2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院909.地形分析2023/2/4zhongshaobo@清華大學公共安全研究院919.地形分析（四）其它地形屬性計算坡度坡向縱斷面面積橫斷面面積體積表面積2023/2/4zho