第七章 地理信息系統(tǒng)的空間分析

第七章地理信息系統(tǒng)的空間分析第1頁(yè)，共68頁(yè)，2023年，2月20日，星期三§7-1空間查詢第七章空間查詢與空間分析空間數(shù)據(jù)庫(kù)查詢條件屬性限制空間拓?fù)湎拗贫呓Y(jié)合GIS軟件查詢結(jié)果統(tǒng)計(jì)結(jié)果：圖、表、文字新圖層新的屬性域添加到屬性數(shù)據(jù)庫(kù)查詢方式圖形--屬性空間查詢語(yǔ)言閃爍、顏色等明顯表示第2頁(yè)，共68頁(yè)，2023年，2月20日，星期三一、空間查詢的方式第七章空間查詢與空間分析§7-1空間查詢返回1、給出圖形信息：如鼠標(biāo)點(diǎn)取，拉框等方式。1）檢索其相應(yīng)屬性；2）檢索其空間拓?fù)潢P(guān)系

2、給出屬性特征條件1）檢索對(duì)應(yīng)的空間實(shí)體2）查詢屬性單純查詢：?jiǎn)渭兊夭樵儗傩裕蛑徊樵兛臻g拓?fù)潢P(guān)系聯(lián)合查詢：將空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)聯(lián)合查詢。第3頁(yè)，共68頁(yè)，2023年，2月20日，星期三二、空間數(shù)據(jù)查詢種類1、幾何參數(shù)查詢：包括點(diǎn)的位置坐標(biāo)，兩點(diǎn)間的距離，一個(gè)或一段線目標(biāo)的長(zhǎng)度，一個(gè)面目標(biāo)的周長(zhǎng)或面積等。

實(shí)現(xiàn)：查詢屬性庫(kù)或空間計(jì)算2、空間定位查詢：給定一個(gè)點(diǎn)或一個(gè)幾何圖形，檢索該圖形范圍內(nèi)的空間對(duì)象及其屬性。1）按點(diǎn)查詢：

給定一個(gè)鼠標(biāo)點(diǎn)，查詢離它最近的對(duì)象及屬性---點(diǎn)的捕捉。2）開窗查詢----按矩形、圓、多邊形查詢

分為該窗口包含和穿過的區(qū)別。實(shí)現(xiàn)：根據(jù)空間索引，檢索哪些對(duì)象可能位于該窗口，然后根據(jù)點(diǎn)、線、面在查詢開窗內(nèi)的判別計(jì)算，檢索到目標(biāo)。--空間運(yùn)算方法

第七章空間查詢與空間分析§7-1空間查詢第4頁(yè)，共68頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3、空間關(guān)系查詢1）相鄰分析檢索---通過檢索拓?fù)潢P(guān)系面—面：如查詢與面狀地物相鄰的多邊形的實(shí)現(xiàn)方法：A、

從多邊形與弧段關(guān)聯(lián)表中，檢索該多邊形關(guān)聯(lián)的所有弧段；B、

從弧段關(guān)聯(lián)的左右多邊形表中，檢索出這些弧段關(guān)聯(lián)的多邊形。線—線（與某干流A相連的所有支流）A、

從線狀地物表中，查找組成A的所有弧段及關(guān)聯(lián)的結(jié)點(diǎn)；B、

從結(jié)點(diǎn)表中，查詢與這些結(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)的弧段；點(diǎn)—點(diǎn)（A與B是否相通）等。2）相關(guān)分析檢索（不同要素類型之間的關(guān)系）--通過檢索拓?fù)潢P(guān)系線—面（我國(guó)邊境線總長(zhǎng)度）、點(diǎn)—線（自來水GIS中，與某閥門相關(guān)的水管）、點(diǎn)—面第七章空間查詢與空間分析§7-1空間查詢A12BC第5頁(yè)，共68頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3）包含關(guān)系查詢查詢某個(gè)面狀地物所包含的空間對(duì)象。同層包含，如，某省的下屬地區(qū)，若建立有空間拓?fù)潢P(guān)系，可直接查詢拓?fù)潢P(guān)系表來實(shí)現(xiàn)。不同層包含，如某省的湖泊分布，沒有建立拓?fù)?，?shí)質(zhì)是疊置分析檢索，通過多邊形疊置分析技術(shù)，只檢索出在窗口界限范圍內(nèi)的地理實(shí)體，窗口外的實(shí)體作裁剪處理。4）穿越查詢某公路穿越了某些縣，采用空間運(yùn)算的方法執(zhí)行，根據(jù)一個(gè)線目標(biāo)的空間坐標(biāo)，計(jì)算哪些面或線與之相交。5）落入查詢一個(gè)空間對(duì)象落入哪個(gè)空間對(duì)象之內(nèi)。--空間運(yùn)算

6）緩沖區(qū)查詢根據(jù)用戶給定的一個(gè)點(diǎn)、線、面緩沖的距離，從而形成一個(gè)緩沖區(qū)的多邊形，再根據(jù)多邊形檢索原理，檢索該緩沖區(qū)內(nèi)的空間實(shí)體。第七章空間查詢與空間分析§7-1空間查詢返回第6頁(yè)，共68頁(yè)，2023年，2月20日，星期三4、屬性查詢1）

查找僅選擇一個(gè)屬性表，給定一個(gè)屬性值，找出對(duì)應(yīng)的屬性記錄或圖形。在屏幕上已有一個(gè)屬性表，用戶任意點(diǎn)取記錄，對(duì)應(yīng)的圖形以高亮顯示。

實(shí)現(xiàn)：執(zhí)行數(shù)據(jù)庫(kù)查詢語(yǔ)言，找到滿足要求的記錄，得到它的目標(biāo)標(biāo)識(shí)，再通過目標(biāo)標(biāo)識(shí)在圖形數(shù)據(jù)文件中找到對(duì)應(yīng)的空間對(duì)象，并顯示出來。

第七章空間查詢與空間分析§7-1空間查詢實(shí)現(xiàn)：交互式選擇各項(xiàng)，輸入后，系統(tǒng)再轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的SQL，由數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)執(zhí)行或ODBCC語(yǔ)言執(zhí)行，得到結(jié)果，提取目標(biāo)標(biāo)識(shí)，在圖形文件中找到空間對(duì)象，并顯示。Select屬性項(xiàng)From屬性表Where條件or條件and條件2）SQL查詢3）擴(kuò)展SQL第7頁(yè)，共68頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3）擴(kuò)展SQL空間數(shù)據(jù)查詢語(yǔ)言是通過對(duì)標(biāo)準(zhǔn)SQL的擴(kuò)展來形成的，即在數(shù)據(jù)庫(kù)查詢語(yǔ)言上加入空間關(guān)系查詢。為此需要增加空間數(shù)據(jù)類型（如點(diǎn)、線、面等）和空間操作算子（如求長(zhǎng)度、面積、疊加等）。在給定查詢條件時(shí)也需含有空間概念，如距離、鄰近、疊加等。例如，“查詢長(zhǎng)江流域人口大于50萬的縣或市”，可表示為：

SELECT*

FROM縣或市

WHERE

縣或市.人口>50萬

AND

CROSS（河流.名稱=“長(zhǎng)江”）主要優(yōu)點(diǎn)是：保留了SQL的風(fēng)格，便于熟悉SQL的用戶的掌握，通用性較好，易于與關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)連接。執(zhí)行擴(kuò)展SQL，如果要將屬性和空間關(guān)系整體統(tǒng)一起來，從底層進(jìn)行查詢優(yōu)化，有一定困難。目前一般將兩層分開進(jìn)行查詢。第七章空間查詢與空間分析§7-1空間查詢返回5、其它查詢方法第8頁(yè)，共68頁(yè)，2023年，2月20日，星期三5、其它查詢方法1）可視化空間查詢可視化查詢是指將查詢語(yǔ)言的元素，特別是空間關(guān)系，用直觀的圖形或符號(hào)表示。查詢主要使用圖形、圖像、圖標(biāo)、符號(hào)來表達(dá)概念。具有簡(jiǎn)單、直觀、易于使用的特點(diǎn)。缺點(diǎn)：當(dāng)空間約束條件復(fù)雜時(shí)，很難用圖符描述；用二維圖符表示圖形之間的關(guān)系時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)歧義；難以表示“非”關(guān)系；不易進(jìn)行范圍（圓、矩形、多邊形等）約束；無法進(jìn)行屏幕定位查詢等。第七章空間查詢與空間分析§7-1空間查詢第9頁(yè)，共68頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2）超文本查詢圖形、圖像、字符等皆當(dāng)作文本，并設(shè)置一些“熱點(diǎn)”（HotSpot），“熱點(diǎn)”可以是文本、鍵等。用鼠標(biāo)點(diǎn)擊“熱點(diǎn)”后，可以彈出說明信息、播放聲音、完成某項(xiàng)工作等。但超文本查詢只能預(yù)先設(shè)置好，用戶不能實(shí)時(shí)構(gòu)建自己要求的各種查詢。3）自然語(yǔ)言空間查詢?cè)赟QL查詢中引入一些自然語(yǔ)言，如溫度高的城市

SELECTname FROMCities WHEREtemperatureishighSELECTname FROMCities WHEREtemperature>=33.75這種查詢方式只能適用于某個(gè)專業(yè)領(lǐng)域的地理信息系統(tǒng)，而不能作為地理信息系統(tǒng)中的通用數(shù)據(jù)庫(kù)查詢語(yǔ)言。第七章空間查詢與空間分析§7-1空間查詢作定量轉(zhuǎn)換第10頁(yè)，共68頁(yè)，2023年，2月20日，星期三一、統(tǒng)計(jì)圖表分析能被用戶直觀地觀察和理解數(shù)據(jù)。統(tǒng)計(jì)表格是詳盡地表示非空間數(shù)據(jù)的方法，不直觀，但可提供詳細(xì)數(shù)據(jù)，便于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行再處理。第七章空間查詢與空間分析§7-2統(tǒng)計(jì)分析

散點(diǎn)圖折線圖扇形圖柱狀圖直方圖二、屬性數(shù)據(jù)的集中特征數(shù)返回第11頁(yè)，共68頁(yè)，2023年，2月20日，星期三二、屬性數(shù)據(jù)的集中特征數(shù)----找出數(shù)據(jù)分布的集中位置3、數(shù)學(xué)期望：反映數(shù)據(jù)分布的集中趨勢(shì)。4、中數(shù)：有序數(shù)據(jù)集中出現(xiàn)頻率占半數(shù)的數(shù)據(jù)值。5、眾數(shù)：眾數(shù)是具有最大可能出現(xiàn)的數(shù)值。第七章空間查詢與空間分析§7-2統(tǒng)計(jì)分析1、頻數(shù)和頻率將變量xi（i＝1,2,…，n）按大小順序排列，并按一定的間距分組。頻數(shù)：變量在各組出現(xiàn)或發(fā)生的次數(shù)；頻率：各組頻數(shù)與總頻數(shù)之比；用以表示事件出現(xiàn)的次數(shù)和頻率，事件的分布狀況。2、平均數(shù)：反映了數(shù)據(jù)取值的集中位置，通常有簡(jiǎn)單算術(shù)平均數(shù)和加權(quán)算術(shù)平均數(shù)。三、屬性數(shù)據(jù)的離散特征數(shù)返回第12頁(yè)，共68頁(yè)，2023年，2月20日，星期三三、屬性數(shù)據(jù)的離散特征數(shù)3、

方差與標(biāo)準(zhǔn)差1）

方差：是均方差的簡(jiǎn)稱，是以離差平方和除以變量個(gè)數(shù)求得的，記為σ2；2）

標(biāo)準(zhǔn)差：標(biāo)準(zhǔn)差是方差的平方根；

第七章空間查詢與空間分析§7-2統(tǒng)計(jì)分析描述數(shù)據(jù)集的離散程度，相對(duì)于中心位置的程度1、

極差：是一組數(shù)據(jù)中最大值與最小值之差；2、

離差，平均離差與離差平方：1）離差：一組數(shù)據(jù)中的各數(shù)據(jù)值與平均數(shù)之差；2）平均離差：將離差取絕對(duì)值，然后求和，再取平均數(shù)；3）離差平方：離差求平方和；平均離差和離差平方和是表示各數(shù)值相對(duì)于平均數(shù)的離散程度的重要統(tǒng)計(jì)量。4、變差系數(shù)：用來衡量數(shù)據(jù)在時(shí)間和空間上的相對(duì)變化的程度，它是無量綱的量。為標(biāo)準(zhǔn)差除以平均數(shù)取百分。四、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的分類分級(jí)返回第13頁(yè)，共68頁(yè)，2023年，2月20日，星期三四、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的分類分級(jí)1、系統(tǒng)聚類法：根據(jù)距離，將相似的樣本歸為一類，把差異大的樣本區(qū)分開來。第七章空間查詢與空間分析§7-2統(tǒng)計(jì)分析距離：表示相似程度，可以歐氏距離，絕對(duì)值距離、相似系數(shù)距離等。1：東北區(qū)

2：內(nèi)蒙古及長(zhǎng)城沿線區(qū)3：黃淮海區(qū)

4：黃土高原區(qū)

5：長(zhǎng)江中下游區(qū)

6：西南區(qū)

7：華南區(qū)

8：甘新區(qū)

9：青藏區(qū)九大農(nóng)業(yè)區(qū)聚類分析349281576基本思想：首先是n個(gè)樣本各自成一類，然后計(jì)算類與類之間的距離，選擇距離最小的兩類合并成一個(gè)新類，計(jì)算新類與其它類的距離，再將距離最小的兩類進(jìn)行合并，這樣每次減少一類，直到達(dá)到所需的分類數(shù)或所有的樣本都?xì)w為一類為止。

第14頁(yè)，共68頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2、最優(yōu)分割分級(jí)法—針對(duì)有序樣本或可變?yōu)橛行?排序)的樣本n個(gè)數(shù)據(jù)按大小順序排列后，有(n-1)個(gè)“空隙”，如分成k個(gè)等級(jí)，則需(k-1)個(gè)分級(jí)界線。因此，n個(gè)數(shù)據(jù)分成k級(jí)的可能分法有種。對(duì)于每種分級(jí)，可按定義為各級(jí)內(nèi)數(shù)據(jù)的離差平方和之和的誤差函數(shù)公式來計(jì)算分級(jí)誤差的大小，選擇級(jí)內(nèi)離差平方和為最小而級(jí)間離差平方和為極大的一種分級(jí)方法為最優(yōu)。離差：一組數(shù)據(jù)中的各數(shù)據(jù)值與平均數(shù)之差稱為離差。

第七章空間查詢與空間分析§7-2統(tǒng)計(jì)分析第15頁(yè)，共68頁(yè)，2023年，2月20日，星期三一、DEM概述1、含義：

DEM，（DigitalElevationModels），是國(guó)家基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)的重要組成部分，它表示地表區(qū)域上地形的三維向量的有限序列，即地表單元上高程的集合，數(shù)學(xué)表達(dá)為：z=f（x，y）。DTM：當(dāng)z為其他二維表面上連續(xù)變化的地理特征，如地面溫度、降雨、地球磁力、重力、土地利用、土壤類型等其他地面諸特征，此時(shí)的DEM成為DTM（DigitalTerrainModels）。第七章空間查詢與空間分析§7-3DEM分析2、表示法：第16頁(yè)，共68頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2、表示法：1）

等高線法第七章空間查詢與空間分析§7-3DEM分析等高線通常被存儲(chǔ)成一個(gè)有序的坐標(biāo)點(diǎn)序列，可以認(rèn)為是一條帶有高程值屬性的簡(jiǎn)單多邊形或多邊形弧段。由于等高線模型只是表達(dá)了區(qū)域的部分高程值，往往需要一種插值方法來計(jì)算落在等高線以外的其他點(diǎn)的高程，又因?yàn)檫@些點(diǎn)是落在兩條等高線包圍的區(qū)域內(nèi)，所以，通常只要使用外包的兩條等高線的高程進(jìn)行插值。

第17頁(yè)，共68頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2）TIN法TIN（TriangulatedIrregularNetwork)表示法利用所有采樣點(diǎn)取得的離散數(shù)據(jù)，按照優(yōu)化組合的原則，把這些離散點(diǎn)（各三角形的頂點(diǎn)）連接成相互連續(xù)的三角面（在連接時(shí)，盡可能地確保每個(gè)三角形都是銳角三角形或是三邊的長(zhǎng)度近似相等--Delaunay）。因?yàn)門IN可根據(jù)地形的復(fù)雜程度來確定采樣點(diǎn)的密度和位置，能充分表示地形特征點(diǎn)和線，從而減少了地形較平坦地區(qū)的數(shù)據(jù)冗余。

第七章空間查詢與空間分析§7-3DEM分析3）規(guī)則格網(wǎng)法(Grid)第18頁(yè)，共68頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3）規(guī)則格網(wǎng)法(Grid)規(guī)則格網(wǎng)法是把DEM表示成高程矩陣，此時(shí)，DEM來源于直接規(guī)則矩形格網(wǎng)采樣點(diǎn)或由不規(guī)則離散數(shù)據(jù)點(diǎn)內(nèi)插產(chǎn)生。

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，計(jì)算機(jī)對(duì)矩陣的處理比較方便，高程矩陣已成為DEM最通用的形式。高程矩陣特別有利于各種應(yīng)用。第七章空間查詢與空間分析§7-3DEM分析但Grid系統(tǒng)也有下列缺點(diǎn)：

a)地形簡(jiǎn)單的地區(qū)存在大量冗余數(shù)據(jù)；b)如不改變格網(wǎng)大小,則無法適用于起伏程度不同的地區(qū)；

c)對(duì)于某些特殊計(jì)算如視線計(jì)算時(shí)，格網(wǎng)的軸線方向被夸大；

d)由于柵格過于粗略，不能精確表示地形的關(guān)鍵特征,如山峰、洼坑、山脊等；

3、DEM特點(diǎn)第19頁(yè)，共68頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3、DEM特點(diǎn)1）容易以多種形式顯示地形信息。地形數(shù)據(jù)經(jīng)過計(jì)算機(jī)軟件處理過后，產(chǎn)生多種比例尺的地形圖、縱橫斷面圖和立體圖。而常規(guī)地形圖一經(jīng)制作完成后，比例尺不容易改變或需要人工處理。

2）精度不會(huì)損失。常規(guī)地圖隨著時(shí)間的推移，圖紙將會(huì)變形，失掉原有的精度。而DEM采用數(shù)字媒介，因而能保持精度不變。另外，由常規(guī)的地圖用人工的方法制作其他種類的地圖，精度會(huì)受到損失，而由DEM直接輸出，精度可得到控制。

3）容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、實(shí)時(shí)化。常規(guī)地圖要增加和修改都必須重復(fù)相同的工序，勞動(dòng)強(qiáng)度大而且周期長(zhǎng)，而DEM由于是數(shù)字形式的，所以增加和修改地形信息只需將修改信息直接輸入計(jì)算機(jī)，經(jīng)軟件處理后即可得各種地形圖。第七章空間查詢與空間分析§7-3DEM分析與傳統(tǒng)地形圖比較，DEM作為地形表面的一種數(shù)字表達(dá)形式有如下特點(diǎn)：

第20頁(yè)，共68頁(yè)，2023年，2月20日，星期三4、DEM應(yīng)用1）作為國(guó)家地理信息的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；2）土木工程、景觀建筑與礦山工程規(guī)劃與設(shè)計(jì)；3）為軍事目的而進(jìn)行的三維顯示；4）景觀設(shè)計(jì)與城市規(guī)劃；5）流水線分析、可視性分析；6）交通路線的規(guī)劃與大壩選址；7）不同地表的統(tǒng)計(jì)分析與比較；8）生成坡度圖、坡向圖、剖面圖、輔助地貌分析、估計(jì)侵蝕和徑流等；9）作為背景疊加各種專題信息如土壤、土地利用及植被覆蓋數(shù)據(jù)等，以進(jìn)行顯示與分析；10）與GIS聯(lián)合進(jìn)行空間分析；11）虛擬現(xiàn)實(shí)(VirtualReality)；此外，從DEM還能派生以下主要產(chǎn)品：平面等高線圖、立體等高線圖、等坡度圖、暈渲圖、通視圖、縱橫斷面圖、三維立體透視圖、三維立體彩色圖等。

第七章空間查詢與空間分析§7-3DEM分析返回第21頁(yè)，共68頁(yè)，2023年，2月20日，星期三二、DEM建立1、數(shù)據(jù)獲取與處理第七章空間查詢與空間分析§7-3DEM分析沿?cái)嗝娌杉x點(diǎn)采集1）數(shù)據(jù)采集資料來源于張超主編的《地理信息系統(tǒng)教程》所配光盤第22頁(yè)，共68頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2)數(shù)據(jù)處理第七章空間查詢與空間分析§7-3DEM分析資料來源于張超主編的《地理信息系統(tǒng)教程》所配光盤第23頁(yè)，共68頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2、DEM生成1）人工網(wǎng)格法

在地形圖上蒙上格網(wǎng)，逐格讀取中心點(diǎn)或交點(diǎn)的高程值。第七章空間查詢與空間分析§7-3DEM分析對(duì)有限個(gè)離散點(diǎn)，每三個(gè)鄰近點(diǎn)聯(lián)結(jié)成三角形，每個(gè)三角形代表一個(gè)局部平面，再根據(jù)每個(gè)平面方程，可計(jì)算各格網(wǎng)點(diǎn)高程，生成DEM。2）三角網(wǎng)法第24頁(yè)，共68頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3）立體像對(duì)法第七章空間查詢與空間分析§7-3DEM分析資料來源于張超主編的《地理信息系統(tǒng)教程》所配光盤第25頁(yè)，共68頁(yè)，2023年，2月20日，星期三4）曲面擬合法根據(jù)有限個(gè)離散點(diǎn)的高程，采用多項(xiàng)式或樣條函數(shù)求得擬合公式，再逐個(gè)計(jì)算各點(diǎn)的高程，得到擬合的DEM。可反映總的地勢(shì)，但局部誤差較大?？煞譃椋赫w擬合：根據(jù)研究區(qū)域內(nèi)所有采樣點(diǎn)的觀測(cè)值建立趨勢(shì)面模型。特點(diǎn)是不能反映內(nèi)插區(qū)域內(nèi)的局部特征。局部擬合：利用鄰近的數(shù)據(jù)點(diǎn)估計(jì)未知點(diǎn)的值，能反映局部特征。第七章空間查詢與空間分析§7-3DEM分析第26頁(yè)，共68頁(yè)，2023年，2月20日，星期三5）等值線插值法第七章空間查詢與空間分析§7-3DEM分析資料來源于張超主編的《地理信息系統(tǒng)教程》所配光盤第27頁(yè)，共68頁(yè)，2023年，2月20日，星期三三、DEM的應(yīng)用（一）

基于DEM的信息提取1、坡度定義為地表單元的法向與Z軸的夾角，即切平面與水平面的夾角。在計(jì)算出各地表單元的坡度后，可對(duì)不同的坡度設(shè)定不同的灰度級(jí)，可得到坡度圖。2、坡向坡向是地表單元的法向量在水平面上的投影與X軸之間的夾角，

在計(jì)算出每個(gè)地表單元的坡向后，可制作坡向圖，通常把坡向分為東、南、西、北、東北、西北、東南、西南8類，再加上平地，共9類，用不同的色彩顯示，即可得到坡向圖。（GridDEM上制作坡度、坡向圖）3、地表粗造度（破碎度）是反映地表的起伏變化和侵蝕程度的指標(biāo)，一般定義為地表單元的曲面面積與其水平面上的投影面積之比。4、高程變異分析第七章空間查詢與空間分析§7-3DEM分析第28頁(yè)，共68頁(yè)，2023年，2月20日，星期三GridDEM上制作坡度、坡向圖通常用3*3的格網(wǎng)窗口在DEM數(shù)據(jù)矩陣中連續(xù)移動(dòng)計(jì)算完成。第七章空間查詢與空間分析§7-3DEM分析返回部分資料來源于張超主編的《地理信息系統(tǒng)教程》所配光盤第29頁(yè)，共68頁(yè)，2023年，2月20日，星期三4、高程變異分析第七章空間查詢與空間分析§7-3DEM分析平地崗丘丘陵低山高山絕對(duì)h……<400<600……相對(duì)h…<100100-200……坡向<3…………DEM計(jì)算地表形態(tài)要素H,H’,坡度、坡向等地形分類標(biāo)準(zhǔn)表地形自動(dòng)分類5、地貌形態(tài)的自動(dòng)分類包括平均高程、相對(duì)高程、高程標(biāo)準(zhǔn)差，高程變異。高程變異：為格網(wǎng)頂點(diǎn)的高程標(biāo)準(zhǔn)差與平均高程的比值。第30頁(yè)，共68頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（二）等高線的繪制在格網(wǎng)DEM上自動(dòng)繪制等高線主要包括兩個(gè)步驟：1、等高線追蹤，利用DEM矩形格網(wǎng)點(diǎn)的高程內(nèi)插出格網(wǎng)邊上的等高線點(diǎn)，并將這些等高線點(diǎn)排序；2、等高線光滑，進(jìn)一步加密等高線點(diǎn)并繪制光滑曲線。第七章空間查詢與空間分析§7-3DEM分析第31頁(yè)，共68頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（三）基于DEM的可視化分析1、剖面分析1）意義：常?？梢砸跃€代面，研究區(qū)域的地貌形態(tài)、輪廓形狀、地勢(shì)變化、地質(zhì)構(gòu)造、斜坡特征、地表切割強(qiáng)度等。如果在地形剖面上疊加其它地理變量，例如坡度、土壤、植被、土地利用現(xiàn)狀等，可以提供土地利用規(guī)劃、工程選線和選址等的決策依據(jù)。

2）繪制

第七章空間查詢與空間分析§7-3DEM分析可在格網(wǎng)DEM或三角網(wǎng)DEM上進(jìn)行。已知兩點(diǎn)的坐標(biāo)A(x1，y1)，B(x2，y2)，則可求出兩點(diǎn)連線與格網(wǎng)或三角網(wǎng)的交點(diǎn)，并內(nèi)插交點(diǎn)上的高程，以及各交點(diǎn)之間的距離。然后按選定的垂直比例尺和水平比例尺，按距離和高程繪出剖面圖。剖面圖不一定必須沿直線繪制，也可沿一條曲線繪制。第32頁(yè)，共68頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2、通視分析通視分析是指以某一點(diǎn)為觀察點(diǎn)，研究某一區(qū)域通視情況的地形分析。1）方法：a、以O(shè)為觀察點(diǎn)，對(duì)格網(wǎng)DEM或三角網(wǎng)DEM上的每個(gè)點(diǎn)判斷通視與否，通視賦值為1，不通視賦值為0。由此可形成屬性值為0和1的格網(wǎng)或三角網(wǎng)。即得到以O(shè)為觀察點(diǎn)的通視圖。

b、以觀察點(diǎn)O為軸，以一定的方位角間隔算出0°～360°的所有方位線上的通視情況。對(duì)于每條方位線，通視的地方繪線，不通視的地方斷開，或相反。這樣可得出射線狀的通視圖。第七章空間查詢與空間分析§7-3DEM分析2）關(guān)鍵算法

均是判斷格網(wǎng)或三角網(wǎng)上的某一點(diǎn)是否通視（即兩點(diǎn)是否可見）。(兩點(diǎn)是否可見的算法)3）通視分析示例第33頁(yè)，共68頁(yè)，2023年，2月20日，星期三兩點(diǎn)是否可見的算法：a）傾角法格網(wǎng)DEM為例，O(xo，yo，zo)為觀察點(diǎn)，P(xp,yp,zp)為某一格網(wǎng)點(diǎn)，OP與格網(wǎng)的交點(diǎn)為A、B、C。OP的傾角為α觀察點(diǎn)與各交點(diǎn)的傾角為βi(i＝A,B,C)若tgα＞max(tgβi,i＝A、B、C)，則OP通視否則，不通視。第七章空間查詢與空間分析§7-3DEM分析b)剖面圖兩點(diǎn)連線是否與剖面相交。ABA返回第34頁(yè)，共68頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3）通視分析示例觀察點(diǎn)第七章空間查詢與空間分析§7-3DEM分析不通視通視雷達(dá)盲區(qū)飛行可視域的三維顯示資料來源于張超主編的《地理信息系統(tǒng)教程》所配光盤第35頁(yè)，共68頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3、地形三維圖繪制第七章空間查詢與空間分析§7-3DEM分析DEM高程點(diǎn)建立幾何模型透視變換隱藏線、面的消除光照模型計(jì)算貼紋理圖形輸出開放式圖形標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)（OpenGL）。部分圖片摘自張超主編的《地理信息系統(tǒng)教程》所配光盤第36頁(yè)，共68頁(yè)，2023年，2月20日，星期三4、地貌暈渲圖繪制第七章空間查詢與空間分析§7-3DEM分析資料來源于張超主編的《地理信息系統(tǒng)教程》所配光盤第37頁(yè)，共68頁(yè)，2023年，2月20日，星期三碧塔海衛(wèi)星影像圖的3維顯示第38頁(yè)，共68頁(yè)，2023年，2月20日，星期三5、模擬飛行第七章空間查詢與空間分析§7-3DEM分析地形資料來源于張超主編的《地理信息系統(tǒng)教程》所配光盤第39頁(yè)，共68頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（四）流域水文特征及土木工程水淹示例三維規(guī)劃設(shè)計(jì)第七章空間查詢與空間分析§7-3DEM分析用于工程項(xiàng)目中的開挖填方、線路勘測(cè)設(shè)計(jì)、水利建設(shè)工程等。資料來源于張超主編的《地理信息系統(tǒng)教程》所配光盤第40頁(yè)，共68頁(yè)，2023年，2月20日，星期三一、基于矢量數(shù)據(jù)的疊置分析疊置分析是將同一地區(qū)的兩組或兩組以上的要素（地圖）進(jìn)行疊置，產(chǎn)生新的特征（新的空間圖形或空間位置上的新屬性的過程）的分析方法。第七章空間查詢與空間分析§7-4

疊置分析是將同一地區(qū)的兩組或兩組以上的要素進(jìn)行疊置，產(chǎn)生新的特征的分析方法，簡(jiǎn)單地說就是將兩幅或多幅地圖重疊在一起，產(chǎn)生新多邊形范圍內(nèi)的屬性，可以分為基于矢量數(shù)據(jù)的疊置分析和基于柵格數(shù)據(jù)的疊置分析。

1、內(nèi)容1）點(diǎn)與多邊形的疊置2)線與多邊形的疊置3)多邊形與多邊形的疊置第41頁(yè)，共68頁(yè)，2023年，2月20日，星期三1點(diǎn)與面的疊合點(diǎn)與面的疊合可以分析每個(gè)多邊形內(nèi)某類點(diǎn)狀要素一共有多少，或哪些點(diǎn)落在哪些多邊形內(nèi)。這一功能常用于城市中各種服務(wù)設(shè)施分布情況的分析點(diǎn)號(hào)屬性1屬性2多邊形號(hào)屬性1A2C3B4D第42頁(yè)，共68頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2線與多邊形的疊置線與面的疊合是將一個(gè)線狀要素層或網(wǎng)絡(luò)狀要素層和多邊形層疊合。如網(wǎng)絡(luò)層為道路網(wǎng)，可以得到每個(gè)多邊形內(nèi)的道路網(wǎng)密度，內(nèi)部的交通流量，進(jìn)入、離開各個(gè)多邊形的交通量，相鄰多邊形之間的相互交通量。如果網(wǎng)絡(luò)層為河流，可得到每個(gè)多邊形內(nèi)的地表水徑流量。線與面的疊合一般以拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的矢量模型比較方便。第43頁(yè)，共68頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3、多邊形與多邊形的疊置1）定義：是指不同圖幅或不同圖層多邊形要素之間的疊置，根據(jù)兩組多邊形邊界的交點(diǎn)來建立具有多重屬性的多邊形（合成疊置）或進(jìn)行多邊形范圍內(nèi)的屬性特性的統(tǒng)計(jì)分析（統(tǒng)計(jì)疊置）。合成疊置需要進(jìn)行屬性合并。方法可用加、減、乘、除，也可取平均值、最大最小值，或取邏輯運(yùn)算的結(jié)果等。統(tǒng)計(jì)疊置是確定一個(gè)多邊形中含有其它多邊形的屬性類型的面積等，即把其它圖上的多邊形的屬性信息提取到本多邊形中來。2）應(yīng)用：尋求和確定同時(shí)具有幾種屬性的分布區(qū)域。例如，土壤類型圖（1，2）與植被圖（a,b）疊置，可得出土壤與植被類型合成圖,以便分析土壤類型與植被的相關(guān)性，也可得出新屬性統(tǒng)計(jì)表（屬性面積）。第七章空間查詢與空間分析§7-4

疊置分析第44頁(yè)，共68頁(yè)，2023年，2月20日，星期三合成疊置實(shí)例一

云南保山市小流域森林資源動(dòng)態(tài)分析(ICRAF項(xiàng)目)ForestMapofYangliuwatershedin199410年后第45頁(yè)，共68頁(yè)，2023年，2月20日，星期三合成疊置實(shí)例一（續(xù)）

云南保山市小流域森林資源動(dòng)態(tài)分析10年間增加的林地10年間由農(nóng)地轉(zhuǎn)化的林地通過對(duì)兩期森林分布圖層的疊置分析，得出森林地塊變化的空間分布信息第46頁(yè)，共68頁(yè)，2023年，2月20日，星期三合成疊置實(shí)例二

通過對(duì)影響水土流失的因子（植被蓋度、坡度、土壤可侵蝕因子等）圖層的疊置分析，得出水土流失的等級(jí)評(píng)價(jià)圖第47頁(yè)，共68頁(yè)，2023年，2月20日，星期三統(tǒng)計(jì)疊置分析示意圖某縣土地報(bào)表第48頁(yè)，共68頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3）實(shí)施步驟a）對(duì)原始數(shù)據(jù)（多邊形）形成拓?fù)潢P(guān)系。b)多層多邊形數(shù)據(jù)的空間疊置，形成新層。c）對(duì)新層中的多邊形重建拓?fù)?。d）刪除多余多邊形（或處理意義多邊形）提取感興趣的部分。第七章空間查詢與空間分析4)難點(diǎn)a）疊置后會(huì)產(chǎn)生大量對(duì)用戶無關(guān)的多邊形，提取前仍需建拓?fù)?，工作量大。且新層的多邊形?shù)目不僅與原多邊形數(shù)目有關(guān)，還與其復(fù)雜程度有關(guān)，越復(fù)雜，多邊形數(shù)目越多。b）由于疊置的多邊形往往是不同類型或不同比例尺的地圖，在疊置時(shí)就會(huì)產(chǎn)生一系列無意義的多邊形，即產(chǎn)生多邊形疊置的位置誤差，需要進(jìn)行處理。c）建新多邊形拓?fù)浜投噙呅闻c新屬性的連接，工作量大?！?-4

疊置分析第49頁(yè)，共68頁(yè)，2023年，2月20日，星期三5.ArcInfo中的疊置分析

UNION，IDENTIFY和INTERSECT

1、UNION命令的使用

2、IDENTITY命令的使用

第50頁(yè)，共68頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2、IDENTITY命令的使用第51頁(yè)，共68頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3、INTERSECT命令的使用

用于計(jì)算兩個(gè)多邊形Coverage的地物特征間的交集。只有屬于將兩個(gè)輸入多邊形Coverage的相同范圍內(nèi)的多邊形疊置生成新的多邊形，輸出到<out_cover>中，可以點(diǎn)、線、面多種形式進(jìn)行疊置。其POLY疊置的示意圖如下：

第52頁(yè)，共68頁(yè)，2023年，2月20日，星期三二、基于柵格數(shù)據(jù)的疊置分析（一）單層?xùn)鸥駭?shù)據(jù)的分析----空間變換之一空間變換：對(duì)原始圖層及其屬性進(jìn)行一系列的邏輯或代數(shù)運(yùn)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。1、布爾邏輯運(yùn)算用布爾邏輯運(yùn)算組合更多的屬性作為檢索條件，以進(jìn)行更復(fù)雜的邏輯選擇運(yùn)算。2、重分類重分類是將屬性數(shù)據(jù)的類別合并或轉(zhuǎn)換成新類。即對(duì)原來數(shù)據(jù)中的多種屬性類型，按照一定的原則進(jìn)行重新分類，以利于分析。在多數(shù)情況下，重分類都是將復(fù)雜的類型合并成簡(jiǎn)單的類型。例如，可以將各種土壤類型重分類為水面和陸地兩種類型。在重分類策略下，屬性代換，并去掉公共邊。第七章空間查詢與空間分析§7-4

疊置分析第53頁(yè)，共68頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（二）多層?xùn)鸥駭?shù)據(jù)的疊置分析A，B，C等表示各層上的屬性值，f函數(shù)取決于疊置的要求。第七章空間查詢與空間分析§7-4

疊置分析1、單點(diǎn)變換：1）概念：只將對(duì)應(yīng)柵格單元的屬性作某種運(yùn)算（加、減、乘、除、三角函數(shù)、邏輯運(yùn)算等）得到新圖層屬性，而不受其鄰近點(diǎn)的屬性值的影響。2）算法原理：3）實(shí)際應(yīng)用：+。。。U＝f(A,B,C,……)部分資料摘自張超主編的《地理信息系統(tǒng)教程》所配光盤第54頁(yè)，共68頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2、區(qū)域變換新屬性的值不僅與對(duì)應(yīng)的原屬性值相關(guān)，而且與原屬性值所在的區(qū)域的長(zhǎng)度、面積、形狀等特性相關(guān)。如輸出面積大于x的圖班

3、鄰域變換計(jì)算新圖層屬性時(shí)，不僅考慮原始圖上對(duì)應(yīng)柵格本身的值，還需考慮該圖元鄰域關(guān)聯(lián)的其他圖元值的影響。如面元分布圖，生成面元邊界圖時(shí)，判斷是否為邊界點(diǎn)，需判斷本身為面屬性，且其鄰域包含背景屬性（四、八鄰域。第七章空間查詢與空間分析§7-4

疊置分析柵格疊置的作用：1）類型疊置，獲取新的類型。2）數(shù)量統(tǒng)計(jì):即計(jì)算某一區(qū)域內(nèi)的類型和面積。3）動(dòng)態(tài)分析:4）益本分析:

5）幾何提取:第55頁(yè)，共68頁(yè)，2023年，2月20日，星期三一、緩沖區(qū)及其作用

緩沖區(qū)是地理空間目標(biāo)的一種影響范圍或服務(wù)范圍，具體指在點(diǎn)、線、面實(shí)體的周圍，自動(dòng)建立的一定寬度的多邊形。數(shù)學(xué)表達(dá)為：

其中,R為

緩沖寬度，或緩沖半徑。作用：緩沖區(qū)分析是GIS的基本空間操作功能之一，一般應(yīng)用于求地理實(shí)體的影響范圍，即鄰近度問題。如道路噪聲影響范圍就是沿道路建一定寬度的緩沖區(qū)，車流量決定緩沖區(qū)半徑。如某地區(qū)有危險(xiǎn)品倉(cāng)庫(kù)，要分析一旦倉(cāng)庫(kù)爆炸所涉及的范圍，這就需要進(jìn)行點(diǎn)緩沖區(qū)分析等等。

第七章空間查詢與空間分析§7-5

緩沖區(qū)分析二、基于矢量數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)的建立第56頁(yè)，共68頁(yè)，2023年，2月20日，星期三二、基于矢量數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)的建立第七章空間查詢與空間分析點(diǎn)的緩沖區(qū)面的緩沖線的緩沖區(qū)以線狀地物為例：多個(gè)實(shí)體的緩沖區(qū)，各實(shí)體緩沖區(qū)的并，半徑可以不同

§7-5

緩沖區(qū)分析第57頁(yè)，共68頁(yè)，2023年，2月20日，星期三三、基于柵格的緩沖區(qū)建立算法比較簡(jiǎn)單，核心問題是距離變換。第七章空間查詢與空間分析柵格數(shù)據(jù)距離變換提取一定寬度的多邊形緩沖區(qū)§7-5

緩沖區(qū)分析第58頁(yè)，共68頁(yè)，2023年，2月20日，星期三一、概念第七章空間查詢與空間分析§7-6

網(wǎng)絡(luò)分析空間網(wǎng)絡(luò)分析(spatialnetworkanalysis)是GIS空間分析的重要組成部分.網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)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(dòng)。GIS中的網(wǎng)絡(luò)分析是依據(jù)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)潢P(guān)系（線形實(shí)體之間、線形實(shí)體與結(jié)點(diǎn)之間、結(jié)點(diǎn)與結(jié)點(diǎn)之間的連接、連通關(guān)系），通過考察網(wǎng)絡(luò)元素的空間及屬性數(shù)據(jù)，以數(shù)學(xué)理論模型為基礎(chǔ)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的性能特征進(jìn)行多方面的一種分析計(jì)算。網(wǎng)絡(luò)分析的基礎(chǔ)是圖論和運(yùn)籌學(xué)。

第59頁(yè)，共68頁(yè)，2023年，2月20日，星期三二、網(wǎng)絡(luò)的組成1、網(wǎng)絡(luò)：是一系列聯(lián)結(jié)的弧段，形式物質(zhì)，信息流通的通道。2、網(wǎng)絡(luò)基本要素：1）結(jié)點(diǎn)：網(wǎng)絡(luò)中任意兩條線段的交點(diǎn)。2）鏈，連通路線，連結(jié)兩點(diǎn)的段要素，是資源運(yùn)移的通道。第七章空間查詢與空間分析§7-6

網(wǎng)絡(luò)分析結(jié)點(diǎn)站點(diǎn)3）轉(zhuǎn)彎：在連通路線相連的結(jié)點(diǎn)處，資源運(yùn)移方向可能轉(zhuǎn)變，從一條鏈上經(jīng)結(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)向另一條鏈。4）停靠點(diǎn)（站點(diǎn)）：網(wǎng)絡(luò)中資源的上、下結(jié)點(diǎn)。5）中心：收發(fā)資源的結(jié)點(diǎn)處的設(shè)施，如河流網(wǎng)絡(luò)中的水庫(kù)，公共汽車停車場(chǎng)。6）障礙：資源不能通過的結(jié)點(diǎn)。3、屬性1）阻礙：資源在網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行的阻力。2）資源需求量：網(wǎng)絡(luò)中與弧段和?？奎c(diǎn)相聯(lián)系資源的數(shù)量，如某條街所住的學(xué)生數(shù)。3）資源容量：網(wǎng)絡(luò)中心為弧段的需求能容納或提供的資源總數(shù)量，如接收的學(xué)生總數(shù)。第60頁(yè)，共68頁(yè)，2023年，2月20日，星期三三、網(wǎng)絡(luò)分析（一）路徑分析1、最短路徑分析含義：在網(wǎng)絡(luò)中從起點(diǎn)經(jīng)一系列特定的結(jié)點(diǎn)至終點(diǎn)的資源運(yùn)移的最佳路線，即阻力最小的路徑。2、路徑分析包括：1）靜態(tài)求最佳路徑：在給定每條鏈上的屬性后，求最佳路徑。一般分析從p1到p2共有n條路徑，計(jì)算各路徑上的權(quán)數(shù)之和，取最小者為最佳路徑。2）N條最佳路徑給定起點(diǎn)、終點(diǎn)，求代價(jià)最小的N條路徑，事實(shí)上，理論上只有一條，實(shí)際上需選擇N條近似最佳路徑。3）最短路徑或最低耗費(fèi)路徑確定起點(diǎn)、終點(diǎn)和要經(jīng)過的中間點(diǎn)、鏈，求最短或耗費(fèi)最小路徑。4）動(dòng)態(tài)最佳路徑分析實(shí)際中權(quán)數(shù)可能是變化的，可能會(huì)臨時(shí)產(chǎn)生一些障礙點(diǎn)，要?jiǎng)討B(tài)計(jì)算最佳路徑。3、核心算法求兩點(diǎn)間的權(quán)數(shù)最小路徑，常用的算法是Dijkstra。第七章空間查詢與空間分析§7-6

網(wǎng)絡(luò)分析第61頁(yè)，共68頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（二）資源分配—定位與分配問題含義：

定位與分配模型是根據(jù)需求點(diǎn)的空間分布，在一些候選點(diǎn)中選擇給定數(shù)量的供應(yīng)點(diǎn)以使預(yù)定的目標(biāo)方程達(dá)到最佳結(jié)果。---最佳分配中心，最優(yōu)配置。包括：第七章空間查詢與空間分析§7-6

網(wǎng)絡(luò)分析定位問題是指已知需求源的分布，確定在哪里布設(shè)供應(yīng)點(diǎn)最合適的問題；分配問題是確定這些需求源分別受哪個(gè)供應(yīng)點(diǎn)服務(wù)的問題。第62頁(yè)，共68頁(yè)，2023年，2月20日，星期三1、定義：空間分析模型是指用于GIS空間分析的數(shù)學(xué)模型，是在GIS空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上建立起來的模型，是通過作用于原始數(shù)據(jù)和派生數(shù)據(jù)的一組順序的、交互的空間分析操作命令，對(duì)一個(gè)空間決策過程進(jìn)行的模擬。如國(guó)家森林公園選址需要建立相應(yīng)選址模型。數(shù)據(jù)源已知，包括公路鐵路分布圖（線狀地物），森林類型分布圖（面狀），城鎮(zhèn)區(qū)劃圖（面狀），需要得到國(guó)家森林公園候選地址信息提取的模型。第七章空間查詢與空間分析§7-7

空間分析模型步驟空間操作命令找出所有森林地區(qū)（1為林地，0為非林地）合并森林分類圖屬性相同的相鄰多邊形的邊界屬性再分類（聚類）歸組找出距公路或鐵路0.5公里的地區(qū)（保持安靜）緩沖區(qū)分析找出距公路或鐵路1公路1公里的地區(qū)（交通方便）緩沖區(qū)分析找出非城市區(qū)用地再分類找出森林地區(qū)、非市區(qū)、且距公路或鐵路0.5至1公里范圍內(nèi)的地區(qū)疊置分析第63頁(yè)，共68頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2、空間分析與應(yīng)用模型的關(guān)系

（1）空間分析模型是聯(lián)系GIS應(yīng)用系統(tǒng)與專業(yè)領(lǐng)域的紐帶，必須以廣泛、深入的專業(yè)研究為基礎(chǔ)；（2）空間分析模型是綜合利用G