空間分析的原理與方法

空間分析的原理與方法演示文稿現(xiàn)在是1頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期日（優(yōu)選）空間分析的原理與方法現(xiàn)在是2頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期日空間分析的根本目的：在于通過對(duì)空間數(shù)據(jù)的深加工，獲取新的地理信息?？臻g分析的定義：空間分析是基于空間數(shù)據(jù)的分析技術(shù)，它是以地球科學(xué)原理為依托，通過分析算法，從空間數(shù)據(jù)中獲取有關(guān)地理對(duì)象的空間位置、空間分布、空間形態(tài)、空間構(gòu)成、空間演變等信息。概述現(xiàn)在是3頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期日概述按空間數(shù)據(jù)的形式空間分析的分類矢量數(shù)據(jù)空間分析柵格數(shù)據(jù)空間分析矢量疊合分析矢量臨近性分析網(wǎng)絡(luò)分析數(shù)字地形模型分析柵格疊合分析柵格臨近性分析柵格統(tǒng)計(jì)分析按空間分析框架產(chǎn)生式分析查詢分析數(shù)字地形模型分析疊合分析空間臨近性分析網(wǎng)絡(luò)分析空間統(tǒng)計(jì)分析空間集合分析空間數(shù)據(jù)查詢現(xiàn)在是4頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期日數(shù)字地形模型：DigitalTerrainModel（DTM）是對(duì)連續(xù)變化的地形起伏進(jìn)行數(shù)字表達(dá)，是帶有空間位置特征和地形屬性特征的數(shù)字表達(dá)。包括高程、坡度、坡向及其他地貌特征等。簡(jiǎn)單的說指用數(shù)字化的形式表達(dá)的地形信息。5.1數(shù)字地形模型分析DTM（按形式）規(guī)則格網(wǎng)（Grid）不規(guī)則三角網(wǎng)（TriangulatedIrregularNetwork，TIN）數(shù)字等高線、等深線、地形特征線（山脊線、谷底線、坡度變換線）現(xiàn)在是5頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期日現(xiàn)在是6頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期日規(guī)則格網(wǎng)形式：即二維區(qū)域上的一個(gè)矩陣，它以離散分布的平面點(diǎn)來(lái)模擬連續(xù)分布的地形。按照平面上等間距進(jìn)行規(guī)則采樣，或內(nèi)插所建立的數(shù)字地形模型，稱為柵格的數(shù)字地形模型。z為柵格點(diǎn)（i,j）上的地面屬性數(shù)據(jù)?，F(xiàn)在是7頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期日當(dāng)Z（i，j）為海拔高程數(shù)值時(shí)，則稱為數(shù)字高程模型（DigitalElevationModel，DEM）。在數(shù)字高程模型地圖基礎(chǔ)上派生出的地形模型稱為派生的地形模型，即經(jīng)過計(jì)算得到的地形因子數(shù)據(jù)，例如，坡度、坡向、坡形（凸或凹）、地表面積、類型（山脊或山谷）等。數(shù)字地形模型高程數(shù)據(jù)的采集一般有兩種途徑2）間接采集。在地形圖上通過對(duì)等高線數(shù)字化，并進(jìn)行插值計(jì)算或按網(wǎng)格單元直接量算而獲得。1）直接采集。在立體測(cè)圖儀器上由圖像（目前主要是航空相片）建立立體模型，進(jìn)行量測(cè)，并按指定格網(wǎng)單元大小直接獲得高程數(shù)據(jù)矩陣；現(xiàn)在是8頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期日數(shù)字高程模型的應(yīng)用數(shù)字高程模型在地學(xué)分析的應(yīng)用在工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用提取等高線，進(jìn)行地形制圖制作正射影像地圖為地學(xué)綜合分析提供高程、坡度、坡向等基本分析因子（道路、管線、水利工程設(shè)計(jì)中）可利用它描繪剖面圖計(jì)算填挖土石方、淹沒范圍評(píng)價(jià)工程經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)數(shù)字正射影像圖：是對(duì)遙感數(shù)字影像，經(jīng)逐像元進(jìn)行投影差改正、鑲嵌，按國(guó)家基本比例尺地形圖圖幅范圍剪裁生成的數(shù)字正射投影影像數(shù)據(jù)現(xiàn)在是9頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期日一、地形因子的計(jì)算地形因子坡度坡向曲面面積地表粗糙度高程變異谷脊通過數(shù)字高程模型計(jì)算獲得現(xiàn)在是10頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期日（一）坡度和坡向的計(jì)算坡度：地表面任一點(diǎn)的坡度是指過該點(diǎn)的切平面與水平地面的夾角。坡向定義：地表面上一點(diǎn)的切平面的法線矢量在水平面的投影與該點(diǎn)的正北方向的夾角。即指最大高程變化率所在的方向。在DEM計(jì)算坡度和坡向方法：利用DEM規(guī)則格網(wǎng)上的高程數(shù)值，來(lái)計(jì)算出每一個(gè)格網(wǎng)點(diǎn)或格網(wǎng)單元的坡度和坡向數(shù)值，生成柵格形式的坡度和坡向數(shù)據(jù)。現(xiàn)在是11頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期日計(jì)算坡度和坡向的方法：（1）計(jì)算平均坡度空間矢量分析法（2）計(jì)算最大坡度的擬合曲面法（1）空間矢量分析法：根據(jù)矢量的原理，建立數(shù)字高程模型每一格網(wǎng)單元的法矢量。zyxi+1,ji,ji,j+1i+1,j+1dxdyO現(xiàn)在是12頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期日矢量確定了地表格網(wǎng)單元在空間的特征現(xiàn)在是13頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期日設(shè)法矢量的坐標(biāo)表示為現(xiàn)在是14頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期日φθOzyx地表格網(wǎng)單元的坡度：φ現(xiàn)在是15頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期日現(xiàn)在是16頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期日φθOzyx坡向：θ方位角：指從某點(diǎn)的指北方向線起依順時(shí)針方向至目標(biāo)方向線間的水平夾角。正北現(xiàn)在是17頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期日現(xiàn)在是18頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期日（2）擬合曲面法采用二次曲面來(lái)擬合局部的地形表面，常采用3*3的格網(wǎng)來(lái)計(jì)算中心格網(wǎng)點(diǎn)的坡度和坡向。坡度另一種坡度表示法：坡度百分比坡向現(xiàn)在是19頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期日（二）曲面面積的計(jì)算

地表單元的曲面面積用DEM計(jì)算，根據(jù)空間矢量的幾何性質(zhì)，單元曲面面積可以用該單元邊的中點(diǎn)所建立的矢量確定的法矢量的模定義。現(xiàn)在是20頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期日zyxi+1,ji,ji,j+1i+1,j+1dxdyOabnij現(xiàn)在是21頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期日海倫公式：Di表示第i條三角形邊的長(zhǎng)度；P是三角形周長(zhǎng)的一半。現(xiàn)在是22頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期日（三）地表粗糙度計(jì)算

定義：地表粗糙度是反映地表起伏變化與侵蝕程度的指標(biāo)。一般定義為地表單元曲面面積與投影面積之比。一般用對(duì)角頂點(diǎn)連線中點(diǎn)的高差來(lái)表示粗糙度。現(xiàn)在是23頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期日高程分析（四）高程及變異分析

平均高程相對(duì)高程平均高程:地表單元網(wǎng)格四個(gè)頂點(diǎn)的高程的平均值。相對(duì)高程:以地表單元網(wǎng)格四個(gè)頂點(diǎn)的高程與研究區(qū)域內(nèi)最低點(diǎn)高程之差的平均值。現(xiàn)在是24頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期日什么是鞍點(diǎn)？（五）谷脊特征分析

現(xiàn)在是25頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期日二、地形剖面線計(jì)算

地形剖面線：指在地表從一個(gè)點(diǎn)出發(fā)到另一個(gè)點(diǎn)沿途的地形變化情況。

常以橫坐標(biāo)表示平面上的距離，縱坐標(biāo)表示地形的高度。剖面線的計(jì)算方法：插值算法，即在剖面上的兩點(diǎn)間插值出相應(yīng)的高程數(shù)據(jù)?，F(xiàn)在是26頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期日12345612345678i1,j1xx2xx4i2,j2si2,j2yy2現(xiàn)在是27頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期日三、DEM的通視分析定義：通視分析是利用DEM判斷地形上任意兩點(diǎn)之間是否可以相互可見的技術(shù)方法。應(yīng)用：架設(shè)通信基站，旅游景點(diǎn)的規(guī)劃。方法：再在兩點(diǎn)間形成一條直線，在任意兩點(diǎn)間先生成一條剖面線判斷該直線與剖面線有交點(diǎn)可以通視不可以通視判斷現(xiàn)在是28頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期日AB現(xiàn)在是29頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期日5.2空間疊合分析定義：指在相同的空間坐標(biāo)系統(tǒng)條件下，將同一地區(qū)兩個(gè)不同地理特征的空間和屬性數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)重疊相加，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。目的：用于搜索同時(shí)具有幾種地理屬性的分布區(qū)域。一、基本概念現(xiàn)在是30頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期日分類：基于矢量數(shù)據(jù)的疊合分析基于柵格數(shù)據(jù)的疊合分析點(diǎn)與多邊形疊合分析線與多邊形疊合分析多邊形與多邊形疊合分析現(xiàn)在是31頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期日二、基于矢量數(shù)據(jù)的疊合分析基于矢量數(shù)據(jù)的疊合分析特點(diǎn)：1、參與分析的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2、只能在兩個(gè)空間特征數(shù)據(jù)之間進(jìn)行3、運(yùn)算過程復(fù)雜現(xiàn)在是32頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期日（一）點(diǎn)與多邊形疊合

點(diǎn)與多邊形疊合是通過確定一個(gè)點(diǎn)狀空間特征中的點(diǎn)落在另一個(gè)多邊形空間特征中的哪一個(gè)多變形內(nèi)，以便為每個(gè)點(diǎn)賦予新的多邊形屬性。方法：通過坐標(biāo)計(jì)算點(diǎn)層中的矢量點(diǎn)與面層中的多邊形的包含關(guān)系，確定每個(gè)多邊形內(nèi)有多少個(gè)點(diǎn)，同時(shí)將多邊形的屬性連接到點(diǎn)上?，F(xiàn)在是33頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期日pointpoly1A2C3B1AB23C點(diǎn)與多邊形疊加現(xiàn)在是34頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期日現(xiàn)在是35頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期日（二）線與多邊形疊加通過計(jì)算比較線上坐標(biāo)與多邊形弧段坐標(biāo)的關(guān)系，判斷線是否落在多邊形內(nèi)。產(chǎn)生一個(gè)新圖層—每條線被它穿過的多邊形分成新弧段的圖層。方法：計(jì)算線與多邊形的交點(diǎn)，只要相交則產(chǎn)生一個(gè)結(jié)點(diǎn)，將原線分成一條條弧段。將原線和多邊形的屬性信息一起賦給新弧段現(xiàn)在是36頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期日123B1342ALineIDOldIDPoly11A21B32B43B線與多邊形疊加BA現(xiàn)在是37頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期日現(xiàn)在是38頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期日（3）多邊形的疊加兩個(gè)或多個(gè)面狀圖層進(jìn)行疊加產(chǎn)生一個(gè)新多邊形圖層的操作。先對(duì)兩個(gè)或多個(gè)不同圖層多邊形的弧段求交方法：然后拓?fù)渖尚碌亩噙呅螆D層，新圖層綜合了原來(lái)兩層或多層的屬性。現(xiàn)在是39頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期日ID坡向ID地類IDA1A1A2A2A3A3B1B1B3B3+AB132A1B3A2A3B1=現(xiàn)在是40頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期日現(xiàn)在是41頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期日三、基于柵格數(shù)據(jù)的疊合分析柵格數(shù)據(jù)疊合分析特點(diǎn)：1、參與分析的空間數(shù)據(jù)為柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2、可以有多個(gè)空間特征數(shù)據(jù)參與分析3、只將對(duì)應(yīng)柵格單元的屬性作某種運(yùn)算得到新圖層屬性，而不受其鄰近點(diǎn)的屬性值的影響。4、運(yùn)算過程簡(jiǎn)單柵格數(shù)據(jù)疊合分析要求：柵格行列相同，柵格單元大小相同現(xiàn)在是42頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期日例：已知某地區(qū)的降雨量分布圖及土壤厚度圖，試作疊置分析。求降雨量為1000mm，土壤厚度50cm。降雨量圖土壤厚度圖20040060080030cm800mm1000mm1200mm200400600800K行20cm50cm30cm40cm600mm現(xiàn)在是43頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期日以第k行為例說明疊置方法設(shè)：U為降雨量圖中第k行柵格數(shù)據(jù)；

V為土壤分布圖中第k行柵格數(shù)據(jù)；

Ai，Aj分別為降雨量圖及土壤厚度圖的游程屬性；

Pi，Pj分別為降雨量圖及土壤厚度圖的游程的最右列號(hào)；

m，n分別為降雨量圖及土壤厚度圖中的游程數(shù)；

i=1，2……，m；j=1，2，……，n。則：U=（Ai，Pi）i=1，2……，mV=（Aj，Pj）j=1，2，……，n現(xiàn)在是44頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期日游程號(hào)i游程屬性Ai游程最右列Pi1234600mm800mm1000mm1200mm200400680800第k行降雨量圖游程編碼現(xiàn)在是45頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期日游程號(hào)i游程屬性Ai游程最右列Pi12330cm20cm50cm170360800第k行土壤厚度游程編碼現(xiàn)在是46頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期日游程號(hào)k游程屬性Ak游程最右列Pk123456600mm30cm600mm20cm800mm20cm800mm50cm1000mm50cm1200mm50cm170200360400680800第k行全疊置后游程編碼對(duì)K行按條件:{E=(降雨量=1000)∩(土厚=50cm)}進(jìn)行疊置，得到：現(xiàn)在是47頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期日降雨量圖土壤厚度圖20040060080030cm800mm1000mm1200mm200400600800K行20cm50cm30cm40cm600mm現(xiàn)在是48頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期日游程號(hào)游程屬性游程最右列1230100mm50cm0400680800第k行條件疊置后游程編碼現(xiàn)在是49頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期日11111112222333351111211111442572輸入柵格INGRID1輸入柵格INGRID2操作OUTGRID=INGRID1+INGRID2輸出柵格OUTGRID代數(shù)疊加現(xiàn)在是50頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期日緩沖區(qū)分析應(yīng)用5.3空間鄰近度分析現(xiàn)在是51頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期日緩沖區(qū)分析應(yīng)用現(xiàn)在是52頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期日空間鄰近度定義：簡(jiǎn)單說是指地理空間中兩個(gè)地物距離相近的程度。鄰域分析操作是對(duì)于目標(biāo)點(diǎn)規(guī)定的鄰域范圍內(nèi)的變量建立函數(shù)進(jìn)行特征化來(lái)表達(dá)目標(biāo)的特征或某范圍內(nèi)的屬性，對(duì)該范圍內(nèi)的目標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，以其統(tǒng)計(jì)的總值、平均數(shù)、或中值、標(biāo)準(zhǔn)差或方差等為該范圍的屬性值?，F(xiàn)在是53頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期日一、空間緩沖區(qū)分析空間緩沖區(qū)：基于點(diǎn)、線、面等地理空間目標(biāo)，按指定條件，在其周圍建立一定空間區(qū)域作為分析對(duì)象，該區(qū)域稱為緩沖區(qū)。現(xiàn)在是54頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期日矢量點(diǎn)的緩沖區(qū)：如建立污染源緩沖區(qū)，該區(qū)不能有飲用水源通過

（一）空間緩沖區(qū)的類型現(xiàn)在是55頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期日矢量線的緩沖區(qū)：公路噪聲污染，在公路兩側(cè)建立緩沖區(qū)，該區(qū)內(nèi)不建立居民區(qū)；為防止水土流失，河流兩側(cè)建立緩沖區(qū)，該區(qū)內(nèi)森林不許砍伐