空間分析知識(shí)點(diǎn)

空間分析知識(shí)點(diǎn)4/14/2023第1頁(yè)，共15頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.地理信息系統(tǒng)中空間表達(dá)的內(nèi)容和形式主要包括數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型、空間參考系統(tǒng)、時(shí)空尺度與比例尺以及圖形表達(dá)?？臻g表達(dá)的意義？？？？3.緩沖區(qū)是指為了識(shí)別某一地理實(shí)體或空間物體對(duì)其周圍地物的影響度而在其周圍建立的具有一定寬度的帶狀區(qū)域。緩沖區(qū)實(shí)現(xiàn)有兩種基本算法：矢量方法和柵格方法。緩沖區(qū)的應(yīng)用（景觀生態(tài)，污染，規(guī)劃等）第2頁(yè)，共15頁(yè)，2023年，2月20日，星期一4.疊加分析是指將同一地區(qū)，同一比例尺、同一數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、不同信息表達(dá)的兩組或多組專題要素的圖形或數(shù)據(jù)文件盡享疊加，根據(jù)各類要素與多邊形邊界的交點(diǎn)或多邊形屬性建立具有多重屬性組合的新圖層。點(diǎn)與多邊形的疊加線與多邊形的疊加多邊形與多邊形的疊加第3頁(yè)，共15頁(yè)，2023年，2月20日，星期一5.網(wǎng)絡(luò)分析是通過研究網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)以及模擬和分析資源在網(wǎng)絡(luò)上的流動(dòng)和分配情況，對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及其資源等的優(yōu)化問題進(jìn)行研究的一種空間分析方法。

網(wǎng)絡(luò)分析的功能：路徑分析連通分析資源分配流分析動(dòng)態(tài)分段地址匹配第4頁(yè)，共15頁(yè)，2023年，2月20日，星期一6.空間統(tǒng)計(jì)學(xué)：是以區(qū)域化變量理論為基礎(chǔ)，以變異函數(shù)為主要工具，研究具有地理空間信息特性的事物或現(xiàn)象的空間相互作用及變化規(guī)律的學(xué)科。根據(jù)變異的性質(zhì)可以分為三種類型：絕對(duì)型變異（如花形態(tài)，紅色或白色）等級(jí)型變異（如植被密度等級(jí)等）連續(xù)型變異（如形態(tài)測(cè)量，基因頻率等）空間局部估計(jì)：空間局部插值，它是利用在地表不同位置采集的樣點(diǎn)生成（內(nèi)插）一個(gè)連續(xù)表面?？臻g局部插值法不僅能獲得預(yù)測(cè)表面，而且能獲得誤差表面，有助于了解獲得的預(yù)測(cè)表面的精確性?？臻g局部插值法有多種，但它們都源自同一個(gè)家族——克里格家族常見的克里格插值模型為：普通克里格，簡(jiǎn)單克里格，泛克里格，概率克里格，指示克里格析取克里格及協(xié)同克里格第5頁(yè)，共15頁(yè)，2023年，2月20日，星期一影響變異函數(shù)的主要因素：（1）樣點(diǎn)間的距離和支撐的大?。?）樣本數(shù)量的大?。?）異常值的影響（4）比例效應(yīng)的影響（5）漂移的影響克里格插值法概述?。。。。。。ɡ习鏁鳳199）第6頁(yè)，共15頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（1）所有估計(jì)塊段的實(shí)際值與其估計(jì)值之間的偏差平均數(shù)為0，即估計(jì)誤差的期望值等于0，則稱這種估計(jì)是無偏的。（2）塊段的估計(jì)樣品與實(shí)際樣品之間的單個(gè)偏差應(yīng)該盡可能小，即誤差平方的期望值應(yīng)該盡可能小。

克里格插值法是空間統(tǒng)計(jì)分析方法的重要內(nèi)容之一，它是建立在半變異函數(shù)理論分析基礎(chǔ)上的。是對(duì)有限區(qū)域內(nèi)的區(qū)域化變量取值進(jìn)行無偏最優(yōu)估計(jì)的一種方法?；谶@種方法進(jìn)行插值時(shí)，不僅考慮了待預(yù)測(cè)點(diǎn)與鄰近樣點(diǎn)數(shù)據(jù)的空間距離關(guān)系，還考慮了各參與預(yù)測(cè)的樣點(diǎn)之間的位置關(guān)系，充分利用了各樣點(diǎn)數(shù)據(jù)的空間分布結(jié)構(gòu)特征，使其估計(jì)結(jié)果比傳統(tǒng)方法更精確，更符合實(shí)際，更有效地避免了系統(tǒng)誤差的出現(xiàn)。第7頁(yè)，共15頁(yè)，2023年，2月20日，星期一探索性空間數(shù)據(jù)分析（ESDA）整個(gè)探索性數(shù)據(jù)分析的過程有四個(gè)主題：耐抗性，殘差，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換以及圖示。探索性空間數(shù)據(jù)分析的內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：1）檢查數(shù)據(jù)是否有錯(cuò)誤。異常值？2）獲得數(shù)據(jù)的分布特征。服從正態(tài)分布？3）對(duì)數(shù)據(jù)規(guī)律的初步考察?？疾煲?guī)律？應(yīng)用：1）檢驗(yàn)數(shù)據(jù)分布2）尋找離群值3）全局趨勢(shì)分析第8頁(yè)，共15頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第9頁(yè)，共15頁(yè)，2023年，2月20日，星期一三維GIS功能與特點(diǎn)2.1三維GIS的定義

從不同的角度出發(fā)，GIS有三種定義：①基于工具箱的定義，認(rèn)為GIS是一個(gè)從現(xiàn)實(shí)世界采集、存貯、轉(zhuǎn)換、顯示空間數(shù)據(jù)的工具集合；②數(shù)據(jù)庫(kù)定義，認(rèn)為GIS是一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，在數(shù)據(jù)庫(kù)里的大多數(shù)數(shù)據(jù)能被索引和操作，以回答各種各樣的問題；③基于組織機(jī)構(gòu)的定義，認(rèn)為GIS是一個(gè)功能集合，能夠存貯、檢索、操作和顯示地理數(shù)據(jù)，是一個(gè)集數(shù)據(jù)庫(kù)、專家和持續(xù)經(jīng)濟(jì)支持的機(jī)構(gòu)團(tuán)體和組織結(jié)構(gòu)，提供解決環(huán)境問題的各種決策支持。基于工具箱的定義強(qiáng)調(diào)對(duì)地理數(shù)據(jù)的各種操作，基于數(shù)據(jù)庫(kù)的定義強(qiáng)調(diào)用來處理空間數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)組織的差異，而基于組織的定義強(qiáng)調(diào)機(jī)構(gòu)和人在處理空間信息上的作用，而不是他們需要的工具的作用。

TURNER認(rèn)為“GeographicalInformationSystem”主要用來區(qū)分純粹的二維GIS與三GIS，為強(qiáng)調(diào)在三維任務(wù)如地質(zhì)或地貌應(yīng)用上的擴(kuò)展，人們創(chuàng)造了術(shù)語“GeoscientificInformationSystem”(GSIS)。后來這個(gè)詞被修改為一個(gè)縮寫形式“Geo-InformationSystem”(GIS)。為區(qū)分三維GIS與現(xiàn)今世界上比較成熟的流行的各種二維商業(yè)GIS，這里傾向于BREUNIG的觀點(diǎn)，用GIS指代“Geo-InformationSystem”，認(rèn)為三維GIS是布滿整個(gè)三維空間的GIS，與傳統(tǒng)的基于平面的二維GIS或2.5維GIS明顯不同，尤其體現(xiàn)在空間位置與拓?fù)潢P(guān)系的描述及空間分析的伸展方向上。

三維GIS加上時(shí)間維方面的處理即為四維GIS。

第10頁(yè)，共15頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.2三維GIS的特點(diǎn)

在三維GIS中，空間目標(biāo)通過X、Y、Z三個(gè)坐標(biāo)軸來定義，它與二維GIS中定義在二維平面上的目標(biāo)具有完全不同的性質(zhì)。在目前二維GIS中已存在的0，1，2維空間要素必須進(jìn)行三維擴(kuò)展，在幾何表示中增加三維信息，同時(shí)增加三維要素來表示體目標(biāo)。空間目標(biāo)通過三維坐標(biāo)定義使得空間關(guān)系也不同于二維GIS，其復(fù)雜程度更高。二維GIS對(duì)于平面空間的有限-互斥-完整劃分是基于面的劃分，三維GIS對(duì)于三維空間的有限-互斥-完整劃分則是基于體的劃分，因而，通過分析基于（單一）體劃分的三維矢量結(jié)構(gòu)GIS幾何成分之間的拓?fù)潢P(guān)系，李青元提出五組簡(jiǎn)化的拓?fù)潢P(guān)系。三維GIS的可視表現(xiàn)也比二維GIS復(fù)雜得多，以致于出現(xiàn)了專門的三維可視化理論、算法和系統(tǒng)。

總起來說，與二維GIS相比，三維GIS對(duì)客觀世界的表達(dá)能給人以更真實(shí)的感受，它以立體造型技術(shù)給用戶展現(xiàn)地理空間現(xiàn)象，不僅能夠表達(dá)空間對(duì)象間的平面關(guān)系，而且能描述和表達(dá)它們之間的垂向關(guān)系；另外對(duì)空間對(duì)象進(jìn)行三維空間分析和操作也是三維GIS特有的功能。而與CAD及各種科學(xué)計(jì)算可視化軟件相比，它具有獨(dú)特的管理復(fù)雜空間對(duì)象能力及空間分析的能力。三維空間數(shù)據(jù)庫(kù)是三維GIS的核心，三維空間分析則是其獨(dú)有的能力。與功能增強(qiáng)相對(duì)應(yīng)的是，三維GIS的理論研究和系統(tǒng)建設(shè)工作比二維GIS也更加復(fù)雜。

第11頁(yè)，共15頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.3三維GIS的功能

RHIND基于二維GIS的發(fā)展?fàn)顩r提出了三維GIS可能包括的十項(xiàng)功能：數(shù)據(jù)采集和檢驗(yàn)有效性；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化和轉(zhuǎn)化為新的結(jié)構(gòu)（包括創(chuàng)建拓?fù)潢P(guān)系和從一種拓?fù)潢P(guān)系轉(zhuǎn)化為另一種拓?fù)潢P(guān)系）；各種變化（平移、旋轉(zhuǎn)、比例、剪切（shear））；選擇；布爾操作（交、并差、或及切割斷面、開隧道（tunneling）、建筑building）；計(jì)算（體積、表面積、中心、距離、方向）；分析；可視化；系統(tǒng)管理。KELK為三維地學(xué)模擬提出過14項(xiàng)功能：1）從其它系統(tǒng)中引進(jìn)數(shù)據(jù)和部分分析功能；2）保存和操作真三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)；3）無原始坐標(biāo)信息損失地變化方向；4）保存和顯示地理對(duì)象內(nèi)部組分的信息；5）能夠方便地進(jìn)行交互式修改，可針對(duì)地理對(duì)象及其數(shù)據(jù)庫(kù)；6）允許滿足不同數(shù)據(jù)模型要求的模型重建；7）將斷層等特征作為事件考慮，允許它們影響地學(xué)對(duì)象；8）處理大的比例尺差異；9）處理內(nèi)部流體運(yùn)動(dòng)和其它時(shí)間方面的事件；10）和其它定量公式交互；11）允許局部細(xì)節(jié)和更廣的軟中心（soft-focus）圖片顯示；12）視覺上使用戶滿意；13）分析各種建模趨勢(shì)、模式及與其它GIS模塊的聯(lián)系；14）在主要的數(shù)據(jù)庫(kù)中存貯模型和導(dǎo)出報(bào)表。

第12頁(yè)，共15頁(yè)，2023年，2月20日，星期一BREUNIG從空間信息集成的角度為三維GIS的發(fā)展提出了三項(xiàng)必備的功能：1）復(fù)雜地學(xué)對(duì)象的管理和處理；2）能夠?qū)τ筛鞣N空間對(duì)象表達(dá)形式表示的地學(xué)復(fù)雜對(duì)象進(jìn)行有效的空間存?。?）能夠?qū)Ω鞣N空間對(duì)象進(jìn)行有效的空間操作[28]。ALEXANDER和SIGRID在城市三維GIS的設(shè)計(jì)者中提到了三維城市GIS應(yīng)該具備的另兩項(xiàng)功能：1）應(yīng)能受益于現(xiàn)代數(shù)據(jù)獲取方法的進(jìn)步；2）三維城市GIS應(yīng)面向未來的技術(shù)[38]。三維GIS也必須解決一些傳統(tǒng)問題：不確定性；誤差定位和消除；處理數(shù)據(jù)模型的不連續(xù)；處理時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)；處理在不同數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的不同類型和不同比例尺數(shù)據(jù)[18]。作者認(rèn)為，三維GIS除了具備二維GIS的傳統(tǒng)功能以外,還應(yīng)該具有如下獨(dú)有的功能:●包容一維、二維對(duì)象

三維GIS不僅要表達(dá)三維對(duì)象,而且要研究一維、二維對(duì)象在三維空間中的表達(dá)。三維空間中的一維、二維對(duì)象與傳統(tǒng)GIS的二維空間中的一維、二維對(duì)象在表達(dá)上是不一樣的。傳統(tǒng)的二維GIS將一維、二維對(duì)象垂直投影到二維平面上，存儲(chǔ)它們投影結(jié)果的幾何形態(tài)與相互間的位置關(guān)系。而三維GIS將一維、二維對(duì)象置于三維立體空間中考慮，存儲(chǔ)的是它們真實(shí)的幾何位置與空間拓?fù)潢P(guān)系，這樣表達(dá)的結(jié)果就能區(qū)分出一維、二維對(duì)象在垂直方向上的變化。二維GIS也能通過附加屬性信息等方式體現(xiàn)這種變化，但存儲(chǔ)、管理的效率就顯得較低，輸出的結(jié)果也不直觀。

第13頁(yè)，共15頁(yè)，2023年，2月20日，星期一●可視化2.5維、三維對(duì)象

三維GIS的首要特色是要能對(duì)2.5維、三維對(duì)象進(jìn)行可視化表現(xiàn)。在建立和維護(hù)三維GIS的各個(gè)階段中，不論是對(duì)三維對(duì)象的輸入、編輯、存儲(chǔ)、管理，還是對(duì)它們進(jìn)行空間操作與分析或是輸出結(jié)果，只要涉及到三維對(duì)象，就存在三維可視化問題。三維對(duì)象的幾何建模與可視表達(dá)在