地理信息系統(tǒng)第五章

地理信息系統(tǒng)第五章第1頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一主講內(nèi)容7地圖制圖與輸出1地理信息系統(tǒng)導(dǎo)論2地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)3空間數(shù)據(jù)獲取與處理地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫45空間分析的原理與方法6地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用模型分類地理信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與評價(jià)8第2頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一空間和非空間分析的差別處理對象的差別：空間分析著重對象的位置信息，這些位置可以在地圖上顯示出來；非空間分析不考慮位置信息。分析方法的差別：空間分析是在考慮地理現(xiàn)象的空間依賴性的基礎(chǔ)上，通常使用GIS和空間分析軟件來完成；非空間分析不考慮空間要素的空間關(guān)聯(lián)性，通常用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)或統(tǒng)計(jì)軟件包來進(jìn)行。分析結(jié)果依賴性的差別：空間分析位置的改變導(dǎo)致分析結(jié)果的改變；非空間分析，位置的改變不影響分析結(jié)果第3頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一第五章空間分析的原理與方法空間分析是GIS的重要組成部分，也是評價(jià)一個GIS功能強(qiáng)弱的主要標(biāo)志之一，區(qū)別于其他信息系統(tǒng)的主要功能特征。定義：基于空間數(shù)據(jù)的分析技術(shù)，它以地學(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)地理對象的空間位置、空間分布、空間形態(tài)、空間形成、空間演變等信息。基礎(chǔ)：空間數(shù)據(jù)庫方法：邏輯運(yùn)算、數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析、代數(shù)運(yùn)算目的：不僅是自動制圖，更是通過對空間數(shù)據(jù)的深加工，獲取新的地理信息，提供空間決策信息。第4頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一第五章空間分析的原理與方法

GIS在發(fā)展過程中對空間分析有細(xì)致的研究，代表作有：1981年，Unwin的《空間分析入門》1990年，Haining的《社會與環(huán)境科學(xué)中的空間數(shù)據(jù)分析》1994年，Goodchild的《GIS環(huán)境下的空間分析》等。第5頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一第五章空間分析的原理與方法分類：按照空間數(shù)據(jù)的形式：矢量數(shù)據(jù)空間分析、柵格數(shù)據(jù)空間分析。按照Goodchild提出的空間分析框架，分為：產(chǎn)生式分析、查詢式分析。第6頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一空間分析的內(nèi)容從宏觀上，空間分析可以歸納為三個方面：

1.拓?fù)浞治?/p>

2.屬性分析

3.拓?fù)浞治雠c屬性聯(lián)合分析第7頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一主要的空間分析空間查詢分析空間疊合分析空間鄰近度分析網(wǎng)絡(luò)分析數(shù)字地形模型分析第8頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一(1)建立分析目的和評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：分析的目的是定義打算利用地理數(shù)據(jù)庫解決什么問題，而標(biāo)準(zhǔn)則具體規(guī)定了將如何利用GIS回答用戶所提出的問題。

例：建一公園進(jìn)行選址（目的）標(biāo)準(zhǔn)：

交通便利、環(huán)境優(yōu)雅

設(shè)計(jì)成環(huán)繞一個天然小河

可利用面積大、少沼澤地(2)收集、輸入空間和屬性數(shù)據(jù):包括地理底圖數(shù)據(jù)、地籍?dāng)?shù)據(jù)、土壤數(shù)據(jù)等。數(shù)據(jù)準(zhǔn)備在信息系統(tǒng)建立過程中是一個非常重要的階段，需要投入大量的資金和人力來建立地理數(shù)據(jù)庫。空間分析的步驟第9頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一(3)做空間位置的處理和分析：為了得到所需數(shù)據(jù)，可能需要進(jìn)行許多操作，如檢索提取、緩沖、疊置等。作空間位置的處理和分析（包括檢索、提取，緩沖區(qū)分析、疊置分析等）作屬性數(shù)據(jù)的處理和分析（加所需的屬性項(xiàng)、好地價(jià)）。(4)準(zhǔn)備表格分析的數(shù)據(jù)(包括地圖和表格):大多數(shù)分析都要求利用空間操作得到一個（或一組）最終的數(shù)據(jù)層，還必須準(zhǔn)備用于分析的數(shù)據(jù)，包括空間和屬性數(shù)據(jù)，所生成的層的屬性表應(yīng)包括利用邏輯表達(dá)式和算術(shù)表達(dá)式進(jìn)行表格分析的信息，通常必須將進(jìn)行分析時(shí)所需要的數(shù)據(jù)項(xiàng)加到屬性表中。空間分析的步驟第10頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一(5)進(jìn)行表格分析：利用邏輯表達(dá)式和算術(shù)表達(dá)式，可以對進(jìn)行空間操作時(shí)所獲得的新的屬性關(guān)系進(jìn)行分析。(6)結(jié)果的評價(jià)和解釋：在通過表格分析獲得了一個答案之后，必須對結(jié)果進(jìn)行評價(jià)，以確定其有效性。(7)如有必要改進(jìn)分析:如果感到很多進(jìn)行的分析還有局限性和缺點(diǎn)，需要進(jìn)一步改善，則可以返回適當(dāng)?shù)牟襟E重新分析。(8)以專題地圖、文字報(bào)表形式作為正式結(jié)果，供決策用。空間分析的成果往往表現(xiàn)為圖件或報(bào)表，圖件對于凸顯地理關(guān)系是最好不過的，而報(bào)表則用于概括數(shù)據(jù)并記錄計(jì)算結(jié)果。空間分析的步驟第11頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一5.1GIS空間查詢空間數(shù)據(jù)庫的一個主要功能就是能夠進(jìn)行空間數(shù)據(jù)的查詢，即根據(jù)用戶的要求，從數(shù)據(jù)庫中找出符合用戶要求的空間數(shù)據(jù)子集，提供給用戶作進(jìn)一步的處理工作。對空間實(shí)體的簡單查找：屬性查圖形、圖形查屬性。屬性查圖形：按屬性信息的要求查詢定位空間位置。圖像查屬性：根據(jù)對象的空間位置查詢有關(guān)屬性信息。第12頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一5.1GIS空間查詢相對復(fù)雜的空間數(shù)據(jù)查詢功能：（1）針對空間關(guān)系的查詢：查詢一條公路途經(jīng)的所有城鎮(zhèn)；（2）針對非空間屬性的查詢：查詢一個城市的人口數(shù)量；（3）結(jié)合空間關(guān)系和非空間屬性的查詢：查詢距某條河流的距離大于500m（空間關(guān)系）、種植玉米（屬性）、且面積大于800hm2（既可以是空間計(jì)算，也可以是屬性）的土地利用單元。第13頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一5.1GIS空間查詢空間關(guān)系查詢：（1）點(diǎn)-點(diǎn)查詢：（2）線-點(diǎn)查詢：（3）面-點(diǎn)查詢：（4）點(diǎn)-線查詢：（5）線-線查詢：（6）面-線查詢：（7）點(diǎn)-面查詢：（8）線-面查詢：（9）面-面查詢：第14頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一5.1GIS空間查詢另外一種表述對空間關(guān)系的查詢主要是對空間實(shí)體間存在的拓?fù)?、順序、距離、方位等關(guān)系的查詢。簡單的點(diǎn)、線、面實(shí)體相互關(guān)系的查詢包括：鄰接查詢：多邊形鄰接查詢、線與線鄰接查詢等通過拓?fù)潢P(guān)系表查詢。包含關(guān)系查詢：可以多邊形的定位查詢，也可以使用空間運(yùn)算執(zhí)行（判斷點(diǎn)是否落在面內(nèi)）穿越查詢：一般采用空間運(yùn)算方法執(zhí)行。根據(jù)一個線狀目標(biāo)的空間坐標(biāo)，計(jì)算出哪些面狀地物或線狀地物與它相交。落入查詢：可以采用空間運(yùn)算，即使用點(diǎn)在多邊形內(nèi)，線在多邊形內(nèi)或面在多邊形內(nèi)的判斷方法。緩沖區(qū)查詢：只是根據(jù)用戶需要給定一個點(diǎn)緩沖、線緩沖或面緩沖的距離，從而形成一個緩沖區(qū)的多邊形，再根據(jù)多邊形檢索的原理，檢索出該緩沖區(qū)多邊形內(nèi)的空間地物。第15頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一5.1GIS空間查詢空間關(guān)系查詢：（1）點(diǎn)-點(diǎn)查詢：（2）線-點(diǎn)查詢：（3）面-點(diǎn)查詢：（4）點(diǎn)-線查詢：（5）線-線查詢：（6）面-線查詢：（7）點(diǎn)-面查詢：（8）線-面查詢：（9）面-面查詢：第16頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一5.1GIS空間查詢屬性數(shù)據(jù)查詢：主要是針對非空間的信息的查詢大多數(shù)的GIS軟件都將屬性信息存儲在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，相對成熟的關(guān)系數(shù)據(jù)庫為GIS提供了完備的數(shù)據(jù)索引方法及查詢手段。關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)基本都支持SQL（結(jié)構(gòu)化查詢語言）。第17頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一5.1GIS空間查詢空間數(shù)據(jù)庫查詢語言：指從空間數(shù)據(jù)庫中查找出所有滿足空間約束條件和屬性約束條件的地理實(shí)體的算法語言。常規(guī)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫查詢語言是SQL，它可以作為屬性數(shù)據(jù)的查詢語言。SELECT名稱FROMProvinceWHERE面積>50AND人口<1000面積單位（105km2）人口單位（萬人）SQL不能處理空間關(guān)系查詢，要實(shí)現(xiàn)空間查詢，需要對SQL進(jìn)行空間擴(kuò)展，但空間擴(kuò)展的SQL還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。第18頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一5.1GIS空間查詢空間屬性聯(lián)合查詢：既包括查詢空間位置關(guān)系，又包括查詢屬性信息。分步驟借助于單獨(dú)的空間關(guān)系查詢和屬性查詢來實(shí)現(xiàn)。第19頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一5.2空間疊合分析一空間疊合分析概念二基于矢量數(shù)據(jù)的空間疊合分析

點(diǎn)與多邊形的疊合 線與多邊形的疊合 多邊形與多邊形的疊合三基于柵格數(shù)據(jù)的疊合分析第20頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一疊置分析(overlayanalysis)（又稱疊加分析），是指將同一地區(qū)、同一比例尺、同一坐標(biāo)系統(tǒng)、不同信息表達(dá)的兩組或多組專題要素的圖層進(jìn)行疊加，從而產(chǎn)生一個新圖層的過程。一、概念第21頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一其目的是為了有效地綜合多種地理要素，從其中提取出隱含的數(shù)據(jù)信息。ABC第22頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一基于矢量數(shù)據(jù)的疊置分析；基于柵格數(shù)據(jù)的疊置分析。二、分類第23頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一矢量疊置分析的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)（空間邏輯運(yùn)算）3、空間邏輯差運(yùn)算；A-B=XX∈A且X∈B1、空間邏輯并（或）運(yùn)算；A∪B=XX∈A或X∈B2、空間邏輯交（與）運(yùn)算；A∩B=XX∈A且X∈B4、空間包含；AB第24頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一點(diǎn)與多邊形的疊置線與多邊形的疊置面與多邊形的疊置第25頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一基于矢量數(shù)據(jù)的疊置分析點(diǎn)與多邊形的疊置：是計(jì)算多邊形對點(diǎn)的包含關(guān)系，將一個含有點(diǎn)的圖層疊加在另一個含有多邊形的圖層上，以確定每個點(diǎn)落在哪個多邊形內(nèi)，以便為圖層上的點(diǎn)建立新的屬性。AABB第26頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一線與多邊形的疊置：它也是計(jì)算一種包含關(guān)系，但與點(diǎn)不同的是，往往一條線跨越多個多邊形，這時(shí)需要線與多邊形邊界求交，并將線目標(biāo)進(jìn)行切割、疊置，形成一個新的空間目標(biāo)的結(jié)果集，同時(shí)產(chǎn)生一個相應(yīng)的屬性數(shù)據(jù)表記錄原線和多邊形的屬性信息。AABB基于矢量數(shù)據(jù)的疊置分析第27頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一多邊形與多邊形的疊置：是最復(fù)雜的一種疊置，它需要將兩層多邊形的邊界全部進(jìn)行邊界求交的運(yùn)算和切割，然后根據(jù)切割的弧段重建拓?fù)潢P(guān)系，最后判斷疊置的多邊形分別落在原始多邊形層的哪個多邊形內(nèi)，并建立起疊置多邊形與原多邊形的關(guān)系。其目的是通過區(qū)域多重屬性的模擬，尋找和確定同時(shí)具有幾種地理屬性的分布區(qū)域?；谑噶繑?shù)據(jù)的疊置分析第28頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一基于矢量數(shù)據(jù)的疊置分析第29頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一圖層擦除（Erase）識別疊加（Identity）交集操作（Intersect）圖層合并（Union）修正更新（Update）基于矢量數(shù)據(jù)的操作第30頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一圖層合并（Union）把兩個圖層的區(qū)域聯(lián)合起來并保持來自輸入地圖和疊加地圖的所有地圖要素。第31頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一交集操作（Intersect）可以得到兩個圖層的交集部分，并且原圖層的所有屬性都將在輸出圖層上同時(shí)顯示。第32頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一識別疊加（Identity）識別圖層的屬性將賦給其所覆蓋的輸入圖層的地圖要素。第33頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一圖層擦除（Erase）擦除圖層將擦除其所覆蓋的輸入圖層內(nèi)的要素。第34頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一修正更新（Update）輸入圖層中被修正圖層覆蓋的那部分的屬性將被修正圖層的屬性替代。第35頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一基于柵格數(shù)據(jù)的疊置分析

柵格數(shù)據(jù)的疊置分析較矢量數(shù)據(jù)的疊置分析要簡單得多，它主要是通過柵格間的各種運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)?？梢詫螌訑?shù)據(jù)進(jìn)行各種數(shù)學(xué)運(yùn)算如加、減、乘、除、指數(shù)、對數(shù)等等，也可以通過數(shù)學(xué)關(guān)系式建立多個數(shù)據(jù)層之間的關(guān)系模型。這種基于數(shù)學(xué)運(yùn)算的數(shù)據(jù)層間的疊加運(yùn)算，在地理信息系統(tǒng)中稱為地圖代數(shù)（代數(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算）。

第36頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一基于柵格數(shù)據(jù)的疊置分析

柵格數(shù)據(jù)的疊置分析條件：具備兩個或多個相同地區(qū)的相同行列數(shù)的柵格數(shù)據(jù)，柵格單元的大小也相同。柵格疊合分析的結(jié)果是一個新生成的柵格數(shù)據(jù)，其中的每一個柵格的數(shù)值都是由參與計(jì)算的原柵格數(shù)據(jù)計(jì)算得到的，柵格疊合通過計(jì)算產(chǎn)生新的空間信息。第37頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一設(shè)a、b、c等表示不同專題要素圖層上同一個柵格單元的屬性值，f表示各層上屬性與用戶需求之間的關(guān)系，A表示疊加后輸出層的屬性值，則可有這樣的關(guān)系式：A=f（a,b,c…）基于柵格數(shù)據(jù)的疊置分析第38頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一基于柵格數(shù)據(jù)的操作基于柵格的地圖代數(shù)運(yùn)算或邏輯運(yùn)算。第39頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一244633463377225423643366-=0-21-2-102-200-1-1結(jié)果特征：運(yùn)算后得到的新屬性值可能與原圖層的屬性意義完全不同?；跂鸥駭?shù)據(jù)的疊置分析第40頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一點(diǎn)與多邊形的疊置：如何得到某省區(qū)內(nèi)雨量站點(diǎn)的個數(shù)？如何知道某個水文站點(diǎn)屬于哪個行政區(qū)劃？如何獲取某城市的郵局分布密度？如何了解某個水質(zhì)監(jiān)測井屬于哪個等級的水資源分區(qū)？

……應(yīng)用第41頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一*1*3*4*2ADBC點(diǎn)屬性1234多邊形屬性1屬性2ABCD點(diǎn)多邊形點(diǎn)屬性面屬性1面屬性21A2D3C4B點(diǎn)與多邊形的疊置：例如將水井與規(guī)劃區(qū)圖層相疊置，可確定每口井所屬的規(guī)劃區(qū)范圍。實(shí)例第42頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一線與多邊形的疊置：如何得到某省區(qū)內(nèi)高速公路的長度？如何知道某段公路屬于哪個行政區(qū)劃？如何求取某城市的河網(wǎng)密度？如何了解某條河流流經(jīng)哪幾個行政區(qū)？如何確定哪種地層巖性中發(fā)育了斷層？

……應(yīng)用第43頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一例如：當(dāng)確定某一行政區(qū)內(nèi)各種等級道路的里程數(shù)時(shí)，就需要將道路圖與境界圖相疊置，計(jì)算弧段與多邊形邊界的交點(diǎn)，在交點(diǎn)處截?cái)嗷《?，并對弧段重新編號，建立弧段與多邊形的歸屬關(guān)系。線與多邊形疊置分析實(shí)例第44頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一多邊形與多邊形的疊置：如何得到某省區(qū)內(nèi)有哪幾種土地利用類型？如何知道不同級別的災(zāi)害分區(qū)中的植被覆蓋情況？如何獲取某行政區(qū)劃內(nèi)的地層巖性分布情況？……應(yīng)用第45頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一日喀則地區(qū)沙漠化類型分布圖日喀則地區(qū)行政區(qū)界線圖有日喀則地區(qū)的行政界線圖層和通過遙感技術(shù)提取的該區(qū)沙漠化類型分布圖層，求日喀則地區(qū)各縣沙漠化類型統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。圖層1圖層2實(shí)例第46頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一行政區(qū)界圖屬性表圖層1：圖形，屬性表日喀則地區(qū)行政區(qū)界線圖第47頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一日喀則地區(qū)沙漠化類型分布圖屬性表圖層2：圖形，屬性表日喀則地區(qū)沙漠化類型分布圖第48頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一空間疊置圖疊置圖屬性表使用IDENTITY命令，進(jìn)行兩圖層空間疊置，得到疊置圖第49頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一疊置圖層屬性表圖層1屬性表圖層2屬性表第50頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一柵格數(shù)據(jù)的疊置分析：遙感數(shù)字圖像的拼接；環(huán)境評價(jià)及分區(qū)；災(zāi)害危險(xiǎn)度分區(qū)；土地利用與土地覆被變化（LUCC）；

……應(yīng)用第51頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一101060601010206030303060101060601010306030303060-=0000001000000土地利用變化區(qū)域探測80年遙感影像90年遙感影像點(diǎn)變換后影像通過80和90年兩期影像的相減運(yùn)算后得到變換影像，如果：變換影像值＝0；說明該區(qū)未發(fā)生變化變換影像值≠0；說明該區(qū)已發(fā)生變化10耕地20居民點(diǎn)30水域40草地50未利用地60林地Legend注意：此處的遙感影像可以是分類結(jié)果，也可以是原始的遙感影像。在一般應(yīng)用中，多使用原始的遙感影像，可提高變化探測速度。實(shí)例1第52頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一實(shí)例2第53頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一疊置分析的目標(biāo)是分析在空間位置上有一定關(guān)聯(lián)度空間對象的空間特征和專題屬性之間的相互關(guān)系，其結(jié)果不僅可以產(chǎn)生新的空間關(guān)系，還可以生成新的屬性特征關(guān)系，能夠發(fā)現(xiàn)多層數(shù)據(jù)間的相互聯(lián)系和變化等特征，使我們可以提取并挖掘出大量的隱含信息。小結(jié)第54頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一而疊置分析的強(qiáng)大功能可以在我們眾多的GIS（ArcGIS、SuperMap、ERDAS等）軟件中均可以輕松實(shí)現(xiàn)。小結(jié)第55頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一5.3空間鄰近度分析空間鄰近度描述了地理空間中兩個地物距離相近的程度，鄰近度分析是空間分析的一種重要手段。所研究道路沿線的廢氣污染或河流沿線的供水能力公共設(shè)施的服務(wù)區(qū)域劃分確定工程建設(shè)引起的搬遷范圍等空間緩沖區(qū)分析Voronoi多邊形分析第56頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一5.3.1緩沖區(qū)分析的定義☆緩沖區(qū)（影響區(qū)、影響帶）：是指地理空間實(shí)體的一種影響范圍或服務(wù)范圍。☆緩沖區(qū)分析：是圍繞空間的點(diǎn)、線、面實(shí)體，自動建立其周圍一定寬度范圍內(nèi)的多邊形，用以識別這些實(shí)體或主體對鄰近對象的輻射范圍，以便為某項(xiàng)分析或決策提供依據(jù)。☆基本思想就是給定一個空間實(shí)體或集合，確定它們的鄰域，鄰域的大小由領(lǐng)域半徑R來確定。

第57頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一在進(jìn)行空間緩沖區(qū)分析時(shí)，通常要將研究的問題抽象為以下三類因素來進(jìn)行分析：（1）主體：表示分析的主要目標(biāo)，一般分為點(diǎn)源、線源和面源三種類型。（2）鄰近對象：表示受主體影響的客體，例如行政界限變更時(shí)所涉及的居民、森林遭砍伐時(shí)所影響的水土流失范圍等等。（3）作用條件：表示主體對鄰近對象施加作用的影響條件或強(qiáng)度。

5.3.2緩沖區(qū)分析的組成要素第58頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一根據(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：用于當(dāng)主體對鄰近對象的影響度（F）隨距離(r)的增大而呈線形形式衰減時(shí)。冪函數(shù)模型：用于當(dāng)主體對鄰近對象的影響度隨距離的增大而呈現(xiàn)二次形式衰減時(shí)。指數(shù)模型：用于當(dāng)主體對鄰近對象的影響度隨距離的增大而呈指數(shù)形式衰減時(shí)。三種分析模型第59頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一基于矢量數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)分析；基于柵格數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)分析。5.3.3緩沖區(qū)分析的類型基于點(diǎn)特征基于線特征基于面特征第60頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一☆點(diǎn)緩沖區(qū)

以點(diǎn)為圓心，以一定距離為半徑畫圓所圍成的區(qū)域?！钣猛荆横槍c(diǎn)要素的一定半徑范圍的分析。

相互靠近的圓可以相互重疊單級緩沖區(qū)多級緩沖區(qū)第61頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一

☆線緩沖區(qū)

分別對每一個頂點(diǎn)和每條邊（按緩沖距離在線的兩側(cè)作平行線，在線的端點(diǎn)處作半圓與平行線連接成封閉的區(qū)域）生成緩沖區(qū)，然后對這些緩沖區(qū)多邊形進(jìn)行疊置操作?！钣猛荆横槍€要素的一定范圍帶狀范圍的分析。

雙側(cè)對稱緩沖區(qū)第62頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一BdR第63頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一☆面緩沖區(qū)

首先生成多邊形周長的緩沖區(qū)（線緩沖區(qū)），多邊形緩沖區(qū)有內(nèi)外之分。外緩沖區(qū)在面狀地物的外圍形成緩沖區(qū)、內(nèi)緩沖區(qū)則在面狀地物的內(nèi)側(cè)形成緩沖區(qū)。

緩沖區(qū)綜合第64頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一☆多重緩沖區(qū)生成

以不同的半徑首先分別生成一定寬度的緩沖區(qū)，然后對不同半徑的緩沖區(qū)進(jìn)行疊置操作?！?/p>

多重緩沖區(qū)有利于空間分析中針對不同的距離采用不同的處理方法。同樣也可以對不同的空間實(shí)體根據(jù)需要，分別采用不同距離生成緩沖區(qū)，通常將緩沖區(qū)的距離存儲在空間實(shí)體的屬性表的一個字段里。

第65頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一5.3.4矢量緩沖區(qū)的建立從原理上講，緩沖區(qū)的建立相當(dāng)簡單，建立緩沖區(qū)僅是以點(diǎn)狀地物為圓心，以緩沖區(qū)距離為半徑繪圓即可，線狀地物和面狀地物的緩沖區(qū)的建立也是以線狀地物或面狀地物的邊線為參考線，作它們的平行線，再考慮端點(diǎn)圓弧，即可建立緩沖區(qū)。對于簡單情形，緩沖區(qū)是一個簡單多邊形，但當(dāng)計(jì)算形狀比較復(fù)雜的對象或多個對象集合的緩沖區(qū)時(shí)，就復(fù)雜得多。第66頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一可變距離緩沖區(qū)示意圖當(dāng)對特征規(guī)定不同緩沖區(qū)寬度時(shí)的處理空間緩沖區(qū)建立應(yīng)注意的方面:根據(jù)不同屬性建立不同的緩沖區(qū)寬度第67頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一

空間緩沖區(qū)建立應(yīng)注意的方面:

當(dāng)緩沖區(qū)發(fā)生重疊時(shí)的處理多個特征緩沖區(qū)圖形的處理拓?fù)渥R別，刪除緩沖區(qū)內(nèi)弧段第68頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一5.3.5柵格緩沖區(qū)的建立

基于柵格結(jié)構(gòu)也可以作緩沖區(qū)分析，柵格緩沖區(qū)的生成可以通過兩個步驟來實(shí)現(xiàn)。首先，對需要做緩沖區(qū)的柵格單元作距離擴(kuò)散，即計(jì)算其他柵格到要做緩沖區(qū)的柵格距離。然后按照設(shè)定的緩沖區(qū)距離提取出符合要求的柵格單元。第69頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一緩沖區(qū)應(yīng)用意義核電站的5公里緩沖區(qū)緊急疏散區(qū)我國30公里內(nèi)緩沖區(qū)

沿邊地區(qū)海島國家的n公里外緩沖區(qū)領(lǐng)海高速公路的50米緩沖區(qū)噪音的嚴(yán)重污染區(qū)空間緩沖區(qū)分析實(shí)例第70頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一5.3.6Voronoi多邊形分析

其原理是根據(jù)離散分布的已知數(shù)據(jù)點(diǎn)對研究區(qū)域進(jìn)行劃分，使得劃分成的多邊形覆蓋整個研究區(qū)域，形成一個Voronoi圖，且每一個多邊形中僅包含一個已知的數(shù)據(jù)點(diǎn)。則可以用該已知數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)據(jù)來表達(dá)和分析該多邊形內(nèi)的所有其他數(shù)據(jù)點(diǎn)，所以常用于空間插值計(jì)算。第71頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一荷蘭氣候?qū)W家A·H·Thiessen提出了一種根據(jù)離散分布的氣象站的降雨量來計(jì)算平均降雨量的方法，即將所有相鄰氣象站連成三角形，作這些三角形各邊的垂直平分線，于是每個氣象站周圍的若干垂直平分線便圍成一個多邊形。用這個多邊形內(nèi)所包含的一個唯一氣象站的降雨強(qiáng)度來表示這個多邊形區(qū)域內(nèi)的降雨強(qiáng)度，并稱這個多邊形為泰森多邊形。第72頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一其中虛線構(gòu)成的多邊形就是泰森多邊形。泰森多邊形每個頂點(diǎn)是每個三角形的外接圓圓心第73頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一泰森多邊形的性質(zhì)是：1、每個泰森多邊形內(nèi)僅含有一個離散點(diǎn)數(shù)據(jù)；2、泰森多邊形內(nèi)的點(diǎn)到相應(yīng)離散點(diǎn)的距離最近；3、位于泰森多邊形邊上的點(diǎn)到其兩邊的離散點(diǎn)的距離相等。4、所有的泰森多邊形都是凸多邊形5、頂點(diǎn)是外接圓的圓心6、所有的外接圓內(nèi)部不包含已知點(diǎn)第74頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一如何實(shí)現(xiàn)在每棵樹的周圍圈上圍欄？如何拓寬一條道路？如何確定在距學(xué)校的一定范圍內(nèi)禁鳴喇叭？如何定出河流或湖泊周圍保護(hù)區(qū)的范圍？如何選擇汽車服務(wù)區(qū)的定位？應(yīng)用第75頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一實(shí)例1已知一伐木公司，獲準(zhǔn)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(yùn)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。解題思路：

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。第76頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一解題流程圖：

道路分布圖森林分布圖河流分布圖結(jié)束生成道路周圍5km緩沖區(qū)疊置生成河流周圍1km緩沖區(qū)疊置第77頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一將該地區(qū)具有相同比例尺且進(jìn)行配準(zhǔn)的道路分布圖、河流分布圖、森林分布圖，進(jìn)行預(yù)處理和數(shù)字化；利用河流分布圖生成1km的等距緩沖區(qū)；利用道路分布圖生成5km的等距緩沖區(qū)；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(jìn)行疊置，疊置條件表達(dá)式為:

采伐區(qū)＝森林分布圖中可伐林地∩道路周圍5km緩沖區(qū)∩非河流周圍1km緩沖區(qū)將上述3張圖進(jìn)行兩兩疊置，所得結(jié)果即為森林采伐圖。解題詳細(xì)步驟：

第78頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一已知一湖泊，要求在它周圍5000m內(nèi)必須禁止任何污染性工業(yè)企業(yè)存在，在它周圍500m內(nèi)必須禁止建筑任何永久性建筑物。實(shí)例2解題思路：

（1）先建立緩沖區(qū)；（2）同現(xiàn)有污染性工業(yè)企業(yè)圖疊置，顯示在范圍內(nèi)應(yīng)禁止的污染性工業(yè)企業(yè)；（3）同現(xiàn)有永久性建筑物圖疊置，顯示在范圍內(nèi)應(yīng)禁止的永久性建筑物。第79頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一5.4空間網(wǎng)絡(luò)分析網(wǎng)絡(luò)分析的概念網(wǎng)絡(luò)分析的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)分析的功能網(wǎng)絡(luò)分析的常用方法網(wǎng)絡(luò)分析的應(yīng)用第80頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一網(wǎng)絡(luò)是一個由點(diǎn)、線的二元關(guān)系構(gòu)成的系統(tǒng)，通常用來描述某種資源或物質(zhì)在空間上的運(yùn)動。網(wǎng)絡(luò)分析(networkanalysis)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)上的流動和分配情況，對網(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。這里的網(wǎng)絡(luò)是指由地理實(shí)體抽象而形成的圖或者網(wǎng)絡(luò)圖等表現(xiàn)形式，如交通道路網(wǎng)、供水網(wǎng)、管道網(wǎng)和水系網(wǎng)等。概念第81頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一網(wǎng)絡(luò)分析的理論基礎(chǔ)是運(yùn)籌學(xué)和圖論。在地理信息系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)分析功能依據(jù)圖論和運(yùn)籌學(xué)原理，在計(jì)算機(jī)軟硬件支持下，將與網(wǎng)絡(luò)有關(guān)的實(shí)際問題抽象化、模型化、可操作化，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)元素的拓?fù)潢P(guān)系，通過考察網(wǎng)絡(luò)元素的空間、屬性數(shù)據(jù)，對網(wǎng)絡(luò)的性能特征進(jìn)行多方面的分析計(jì)算，從而為制定系統(tǒng)的優(yōu)化途徑和方案提供科學(xué)決策的依據(jù)，最終達(dá)到使系統(tǒng)運(yùn)行最優(yōu)的目的。運(yùn)籌學(xué)是近代形成的一門應(yīng)用科學(xué)，主要研究各種有組織系統(tǒng)的管理問題及其經(jīng)營活動，一般使用定量化的研究方法，尤其是運(yùn)用數(shù)學(xué)模型來解決問題。圖論是運(yùn)籌學(xué)中有著廣泛應(yīng)用的一個分支，主要研究事物及其關(guān)系，任何一個能用二元關(guān)系描述的系統(tǒng)，都可以用圖形提供數(shù)學(xué)模型?；A(chǔ)第82頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一圖的幾個基本概念：

圖是由點(diǎn)集合V和V中點(diǎn)與點(diǎn)之間的連線的集合E構(gòu)成的二元組（V,E）；其中V叫圖中的頂點(diǎn)或結(jié)點(diǎn)，E叫圖的邊；一般用G=(V,E)來表示一個圖，通常，也將圖G的頂點(diǎn)集和邊集分別記為V(G)和E(G)；兩個端點(diǎn)重合的邊稱為環(huán)；若兩條邊的端點(diǎn)是相同的，則稱其為重邊；既沒有環(huán)也沒有重邊的圖稱為簡單圖。基礎(chǔ)第83頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一如果圖中的邊是有向的，則稱為有向圖，其中的邊叫做弧或鏈；在無向圖中，首尾相接的一串邊的集合叫做路；有向圖中，順向的首尾相接的一串邊的集合叫做有向路；如果一個圖中，任意兩個節(jié)點(diǎn)之間都存在一條路，則稱之為連通圖，具有連通性；若給圖中的每一條邊賦以一個實(shí)數(shù)，則該數(shù)稱為邊的權(quán)數(shù)，不同情況下權(quán)數(shù)的含義不同。基礎(chǔ)第84頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一將圖論中的網(wǎng)絡(luò)概念引入到地理空間中描述和表達(dá)基于網(wǎng)絡(luò)的地理目標(biāo)，就產(chǎn)生了地理網(wǎng)絡(luò)。地理網(wǎng)絡(luò)是GIS中一類獨(dú)特的數(shù)據(jù)實(shí)體，是由若干線實(shí)體相互連接形成的系統(tǒng)，它除了具有一般網(wǎng)絡(luò)的邊、節(jié)點(diǎn)間的抽象拓?fù)湟饬x之外，還具有空間定位上的地理意義和目標(biāo)復(fù)合上的層次意義?；A(chǔ)第85頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)模型：

網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)模型是現(xiàn)實(shí)世界網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的抽象表示。按照幾何形態(tài)，空間實(shí)體被抽象為點(diǎn)、線、面目標(biāo)，構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)的最基本元素是線性實(shí)體以及這些實(shí)體的連接交匯點(diǎn)。用公式NET=(V,E)來表示。

基礎(chǔ)第86頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的基本組成：鏈（?。╨ink）：

鏈?zhǔn)菢?gòu)成網(wǎng)絡(luò)的骨架，是現(xiàn)實(shí)世界中各種線路的抽象，也是資源傳輸或通信網(wǎng)絡(luò)的通道，可以代表公路、鐵路、街道、航線、水管、輸電線、河流等。

鏈包括圖形信息和屬性信息，其屬性信息包括阻礙強(qiáng)度和資源需求量。鏈的阻礙強(qiáng)度是指在通過一條鏈時(shí)所需花費(fèi)的時(shí)間或費(fèi)用等，如資源流動的時(shí)間、速度等。鏈的資源需求量是指沿著網(wǎng)絡(luò)鏈可以收集到的或者可以分配給一個中心的資源總量?；A(chǔ)第87頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的基本組成：結(jié)點(diǎn)（node）：鏈的端點(diǎn)，又是鏈的匯合點(diǎn)。

障礙（barrier）：禁止資源在鏈上流動的點(diǎn)。

拐點(diǎn)（turn）：出現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)鏈中的分割結(jié)點(diǎn)上。

中心（center）：網(wǎng)絡(luò)中具有一定的容量、能夠接受或分配資源的結(jié)點(diǎn)。

站點(diǎn)（stop）：在路徑選擇中資源增減的結(jié)點(diǎn)，如庫房、車站等?；A(chǔ)第88頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一功能路徑分析連通分析拓?fù)渑判蛸Y源分配流分析動態(tài)分段地址匹配第89頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一方法最佳路徑分析連通性分析拓?fù)渑判蛸Y源分配第90頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一路徑分析是GIS中最基本的功能，其核心是對最佳路徑的求解；從網(wǎng)絡(luò)模型的角度看，最佳路徑的求解是在指定網(wǎng)絡(luò)的兩個結(jié)點(diǎn)之間找一條阻礙強(qiáng)度最小的路徑；阻礙強(qiáng)度可以是所經(jīng)路徑需要花費(fèi)的時(shí)間，也可以是所經(jīng)路徑的長度。方法——最佳路徑分析第91頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一求最佳路徑的最好方法是Dijkstra的貪婪算法。即采用逐步構(gòu)造最優(yōu)解的方法，在每個階段都做出一個在當(dāng)前情況下最優(yōu)的決策，直到獲得最后結(jié)果。如下圖城市通信網(wǎng)絡(luò)：方法——最佳路徑分析第92頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一求最佳路徑的步驟：先找出起始結(jié)點(diǎn)并在路徑中加入；從剩余的結(jié)點(diǎn)中找距起始結(jié)點(diǎn)最近的頂點(diǎn)并加入路徑；重復(fù)步驟②，直至目的結(jié)點(diǎn)。方法——最佳路徑分析第93頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一方法——連通性分析連通分析主要包括兩方面的問題：連通分量求解問題——分析從某一結(jié)點(diǎn)出發(fā)能夠到達(dá)的全部結(jié)點(diǎn)或邊；最少耗費(fèi)連通求解問題——即在耗費(fèi)最小的情況下使全部結(jié)點(diǎn)相互連通。第94頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一方法——連通性分析連通分析的求解——網(wǎng)絡(luò)的遍歷算法：深度優(yōu)先搜索（DFS）：假定圖中某個頂點(diǎn)v1為出發(fā)點(diǎn)，首先訪問出發(fā)點(diǎn)v1，然后任選一個v1的未訪問過的鄰接點(diǎn)v2，以v2為新的出發(fā)點(diǎn)繼續(xù)前面的步驟，直至圖中所有頂點(diǎn)被訪問過。圖的深度優(yōu)先搜索是一個遞歸過程，類似于樹的前序遍歷，它的特點(diǎn)是盡可能先對縱深方向進(jìn)行搜索，故稱之為深度優(yōu)先搜索。

第95頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一方法——連通性分析②廣度優(yōu)先搜索（BFS）：從圖中某個頂點(diǎn)v1出發(fā)，訪問了v1之后依次訪問v1的所有鄰接點(diǎn)；然后分別從這些鄰接點(diǎn)出發(fā)按深度優(yōu)先搜索遍歷圖的其它頂點(diǎn)，直至所有頂點(diǎn)都被訪問到。它類似于樹的按層次遍歷，其特點(diǎn)是盡可能優(yōu)先對橫向搜索，故稱之為廣度優(yōu)先搜索。第96頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一方法——連通性分析如下連通圖的兩種搜索方法：第97頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一方法——連通性分析深度優(yōu)先搜索廣度優(yōu)先搜索第98頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一在工程實(shí)踐中，一個工程項(xiàng)目往往由若干個子項(xiàng)目組成，這些子項(xiàng)目間往往存在兩種關(guān)系：①先后關(guān)系，即必須在一項(xiàng)目完成之后，才能開始實(shí)施另一個子項(xiàng)目；②子項(xiàng)目間無關(guān)系，即兩個子項(xiàng)目可以同時(shí)進(jìn)行，互不影響。項(xiàng)目的實(shí)施可以構(gòu)成一個有向圖，現(xiàn)在要從這個有向圖上找出一個施工流程圖，以便順利進(jìn)行施工，解決這個問題可以采用拓?fù)渑判虻姆椒?。方法——拓?fù)渑判虻?9頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一設(shè)G=（V，E）是一個具有n個頂點(diǎn)的有向圖，V中頂點(diǎn)的序列V1，V2，Vn稱為一個拓?fù)湫蛄?，?dāng)且僅當(dāng)該頂點(diǎn)序列滿足下列條件：若在有向圖G中，從頂點(diǎn)Vi到Vj有一條路徑，則在序列中頂點(diǎn)Vi必須排在頂點(diǎn)Vj之前。找一個有向圖的一個拓?fù)湫蛄械倪^程稱為拓?fù)渑判颉?/p>

方法——拓?fù)渑判虻?00頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一有向圖拓?fù)渑判蛩惴ǖ幕静襟E：

①從圖中選擇一個入度為0的頂點(diǎn)，輸出該頂點(diǎn)；

②從圖中刪除該頂點(diǎn)及其相關(guān)聯(lián)的??；

③重復(fù)執(zhí)行①、②直到所有頂點(diǎn)均被輸出。

可以證明，任何一個無環(huán)有向圖，其全部頂點(diǎn)都可以排成一個拓?fù)湫蛄?。而且其拓?fù)湫蛄胁灰欢ㄊ俏ㄒ坏?。方法——拓?fù)渑判虻?01頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一以右圖為例：

某施工工序的有向圖，對其進(jìn)行拓?fù)渑判?。方法——拓?fù)渑判蚪Y(jié)果：對這個有向圖進(jìn)行拓?fù)渑判蚩傻玫揭粋€拓?fù)湫蛄校篊1，C2，C7，C6，C3，C4，C5。也可得到另一個拓?fù)湫蛄蠧1，C7，C2，C3，C6，C4，C5。第102頁，共115頁，2023年，2月20日，星期一資源分配就是為網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)線和結(jié)點(diǎn)尋找最近(這里的遠(yuǎn)近是按阻礙強(qiáng)度的大小來確定的)的中心(資源發(fā)散或匯集地)。資源分配是模擬資源如何在中心(學(xué)