第五章空間分析

第五章空間分析第一頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期五第五章空間分析第二頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期五第五章空間分析的基本方法?

學習目標

?理解GIS中模型的概念、特點和作用

?掌握GIS空間分析的一般步驟

?了解空間查詢與量算的各種方法及其應用

?了解視覺信息復合分析的類型和用途

?理解疊置分析的概念和類型，掌握多邊形疊置分析的步驟和方法

?理解緩沖區(qū)的概念和作用，并能說明其應用方法

?了解泰森多邊形、網(wǎng)絡(luò)分析在地學中的主要用途

?了解空間插值的類型和方法

?了解空間信息分類和統(tǒng)計分析方法重點：矢量數(shù)據(jù)分析方法，柵格數(shù)據(jù)分析方法、空間插值。難點：空間插值技術(shù)第三頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期五??

空間分析的概念空間分析是基于空間數(shù)據(jù)的分析技術(shù)，它以地學原理為依托，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)、空間形成和空間演變等信息。第四頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期五空間分析是綜合分析空間數(shù)據(jù)的技術(shù)的通稱?？臻g分析有著十分豐富的內(nèi)涵，它是構(gòu)成地理信息系統(tǒng)的核心部分之一，在整個地理數(shù)據(jù)的應用中發(fā)揮著舉足輕重的作用，也是GIS區(qū)別與其它信息系統(tǒng)的一個顯著標志。分析技術(shù):

空間圖形數(shù)據(jù)的拓撲運算；非空間屬性數(shù)據(jù)運算；空間和非空間數(shù)據(jù)的聯(lián)合運算。第五頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期五GIS空間分析內(nèi)容1.空間信息量算2.空間信息分類、統(tǒng)計數(shù)字化分層只是一種最基本的分類查詢、選擇、分區(qū)是常用的分類方法3.地理空間分析：空間疊置、緩沖區(qū)分析

及網(wǎng)絡(luò)分析4.模型分析第六頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期五(

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第一節(jié)空間信息的量算P1P3P41.長度量算

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l=?第七頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期五s=

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=第八頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期五3.體積量算等高線法方格法第九頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期五圖形量算包含分析直線段求交圖形裁剪基本圖形分析：其它分析運算的基礎(chǔ)第十頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期五是解決點、線、面之間是否存在直接聯(lián)系的一種方法。例如確定某一礦區(qū)屬于那個行政區(qū)，這是點與面之間的包含分析。通過著名的鉛垂線算法來解決。包含分析——鉛垂線算法第十一頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期五

第二節(jié)空間信息分類、統(tǒng)計1.一般選擇（圖形選擇）1)作用：圖形編輯 查看記錄 另建Table2)方法：使用選擇工具

單選 半徑選擇矩形框選擇邊界選擇復選第十二頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期五2.查詢選擇Selection·查詢選擇可以通過查詢一張表，根據(jù)記錄 或?qū)ο蟮膶傩赃x出滿足某種條件的對象或 記錄?！げ樵兘Y(jié)果將被命名為Selection工作表，并在地圖窗口中突出顯示?！election工作表與普通Table一樣可進行 各種操作，但它是臨時表，若要永久保存 需起名另存。第十三頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期五3.SQL（StandardQueryLanguage）選擇·SQL----Structured

Query

Language

結(jié)構(gòu)化查詢語言·20世紀70年代，IBM公司

SEQL----

Structured

English

Query

Language·1981年，IBM公司

SQL----

Structured

Query

Language·1986年美國國家標準局

SQL----

Standard

Query

Language·國際標準化組織ISO

(International

Standardization

Organization,

International

Organization

for

Standardization)第十四頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期五3.SQL（StandardQueryLanguage）選擇·Selection命令生成的查詢表中的記錄只能包含基礎(chǔ)表的信息?！QL選擇創(chuàng)建的查詢表可以派生出基礎(chǔ)表以外的信息。派生列創(chuàng)建列的別名聚合數(shù)據(jù)(groupby)排序(orderby)連接不同的表第十五頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期五4.重新分區(qū)l重新分區(qū)是將地圖對象分組的處理。當把

地圖對象分組時，MapInfo自動為每組對象 計算總計值，并在一個特殊的瀏覽窗口中 顯示總計值。l重新分區(qū)并不是創(chuàng)建新的地圖對象或永久 改變地圖對象的樣式，它只是一個動態(tài)的 分組工具。l重新分區(qū)有著廣泛的用途：劃分選區(qū)、就近 入學區(qū)、特殊服務（110、119、120）覆蓋區(qū)第十六頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期五

4.重新分區(qū)·MapInfo重新分區(qū)方法添加分區(qū)字段新建重新分區(qū)窗口設(shè)置目標分區(qū)分配選中對象第十七頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期五

第三節(jié)一、緩沖區(qū)分析1.概念：根據(jù)地理對象點、線、面的空間特性，自動建立對象周圍一定距離的區(qū)域范圍（緩沖區(qū)域），以分析該對象對緩沖區(qū)內(nèi)鄰近對象的影響程度。地理空間分析

緩沖區(qū)生成步驟明確目的和標準數(shù)據(jù)準備空間操作統(tǒng)計分析結(jié)果輸出第十八頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期五2.緩沖區(qū)分類點的緩沖區(qū)線的緩沖區(qū)面的緩沖區(qū)一、緩沖區(qū)分析第十九頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期五點的緩沖區(qū)線的緩沖區(qū)面的緩沖區(qū)一、緩沖區(qū)分析2.緩沖區(qū)分類第二十頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期五點的緩沖區(qū)線的緩沖區(qū)面的緩沖區(qū)一、緩沖區(qū)分析2.緩沖區(qū)分類第二十一頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期五f

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- è5.MapInfo中緩沖區(qū)的創(chuàng)建泰森多變形，又稱Voronoi圖：環(huán)繞每個點的多邊形區(qū)域，以此闡明它對圖層中其它點影響區(qū)域。

一、緩沖區(qū)分析3.

應用：分析某地理要素（主體）對鄰近 對象的影響程度、影響范圍4.分析模型第二十二頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期五6.緩沖區(qū)分析實例1.根據(jù)上海市黃浦區(qū)道路中心線生成不同等級寬度的道路

城市道路系統(tǒng)分不同的等級，不同等級道路的寬度有所不同。根據(jù)道路中心線和道路等級生成不同等級的道路系統(tǒng)，并進一步生成道路建筑紅線是城市GIS常用的技術(shù)方法。這里以上海市黃浦區(qū)道路系統(tǒng)為例，說明根據(jù)道路中心線和道路等級生成不同道路的方法。第二十三頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期五6.緩沖區(qū)分析實例（1）準備數(shù)據(jù)：要求有數(shù)字化好的道路中心線圖層，圖層中的每條道路都賦給道路等級屬性值。第二十四頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期五6.緩沖區(qū)分析實例（2）打開圖層，設(shè)置圖層編輯狀態(tài)：打開道路 中心線圖層和相應的背景圖層。將裝飾層設(shè)為 可編輯狀態(tài)，選中道路中心線圖層所以要素。第二十五頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期五6.緩沖區(qū)分析實例（3）確定緩沖區(qū)半徑和相應參數(shù)：打開緩沖區(qū) 對話框，選取按表達式確定緩沖區(qū)半徑選項， 并確定緩沖半徑使用的單位和光滑度。第二十六頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期五6.緩沖區(qū)分析實例（4）保存分析結(jié)果：如果生成的緩沖區(qū)符合要 求，則將緩沖區(qū)分析的結(jié)果保存新圖層，供以 后進一步分析用。第二十七頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期五6.緩沖區(qū)分析實例2.黃浦江上游水源保護區(qū)的劃分有時需要對同一個對象生成多重緩沖區(qū)，以進一步分析地理對象對周圍不同距離范圍的影響程度的不同。如黃浦江上游淀山湖沿岸

500m范圍內(nèi)不得建立永久性建筑物，5㎞范圍內(nèi)不得有污染性工業(yè)。這個問題的實質(zhì)是以淀山湖為多邊形對象，分別生成500m和5000m

為半徑的兩個緩沖區(qū)。第二十八頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期五6.緩沖區(qū)分析實例2.黃浦江上游水源保護區(qū)的劃分第二十九頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期五

二、空間疊置分析1.概念：在統(tǒng)一的坐標系下將同一區(qū)域的 兩個圖層進行疊合，產(chǎn)生新的空間圖形

和屬性。以提取具有多重指定屬性特征 的區(qū)域，或者根據(jù)區(qū)域的多重屬性進行分級、分類。A CB

2A2

C2

34

B3

B4

B1C41A1

C1A2C2

B3B4B1C4A1

C1典型應用：土地適宜性分析第三十頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期五合成疊置：通過區(qū)域多重屬性的模擬，尋找和確定同時具有幾種地理屬性的分布區(qū)域，或者按照確定的地理指標，對疊置后產(chǎn)生的具有不同屬性級的多邊形進行重新分類或分級。因此，合成疊置的結(jié)果為新的多邊形數(shù)據(jù)文件。統(tǒng)計疊置：精確的計算一種要素在另一種要素的某個區(qū)域多邊形范圍內(nèi)的分布狀況和數(shù)量特征，或提取某個區(qū)域范圍內(nèi)某種專題內(nèi)容的數(shù)據(jù)，因此，疊置的結(jié)果為統(tǒng)計報表或列表輸出。

二、空間疊置分析2.類型：根據(jù)要素的空間類型分為

?

點、面疊合

?

線、面疊合

?

面、面疊合

分類第三十一頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期五疊置分析統(tǒng)計示意圖疊置圖某縣土地報表第三十二頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期五3.MapInfo中的疊合1)對象分割方法：a.使對象所在圖層可編輯。b.選中分割對象，對象菜單下將對象設(shè)置為目標。c.創(chuàng)建并選擇分割對象（或使用同一圖層或另一圖層的對象）。分割對象必須封閉。d.選擇“對象”＞“分割”。e.在“數(shù)據(jù)分解”對話框中，將字段函數(shù)設(shè)置為

“空白”、“值”或“面積比例”。f.單擊“確定”。第三十三頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期五3.MapInfo中的疊合2）對象的合并a.任意合并：合并對象必須在同一可編輯層中b.用列合并對象：該圖層可編輯c.目標合并：合并對象不一定在同一圖層，但目標對象所在圖層必須可編輯

?

數(shù)據(jù)聚合方法：無變化、總和（數(shù)值型字段默認）、值（其它型字段默認）、均值、加權(quán)

?

合并結(jié)果：①刪除合并前的對象及其記錄，生成新的對象；②（保留原有對象），生成新的對象；③保留目標對象，刪除同一圖層中的合并對象及其記錄。第三十四頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期五3.MapInfo中的疊合3.對象擦除根據(jù)欲擦除的目標對象與作為擦除工具的對象兩者的疊置情況1)擦除內(nèi)部：疊置部分2)擦除外部：非疊置部分第三十五頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期五三、網(wǎng)絡(luò)分析1.網(wǎng)絡(luò)的概念：指一系列相互聯(lián)結(jié)的線狀 要素的集合，其通常具有一定的流通功 能。如：交通網(wǎng)——車流、人流 管網(wǎng)——水流、煤氣流、熱流 電網(wǎng)——電流因特網(wǎng)Internet——信息流第三十六頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期五三、網(wǎng)絡(luò)分析2.網(wǎng)絡(luò)的基本組成部分

?

鏈（Link）：供物體運移的通道

?

節(jié)/結(jié)點（Node）:網(wǎng)絡(luò)中鏈的端點或任意兩條鏈的交點。結(jié)點中又有下面幾種特殊的類型。?中心（Center）：接受或分配資源的位置，有源、匯之分?站點（Stop）：資源中轉(zhuǎn)站?障礙（Barrier）：資源不能通過的節(jié)點?拐點（Turn）：資源流向發(fā)生改變處，出現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)鏈中的分割結(jié)點上u網(wǎng)絡(luò)的主要屬性：阻強、資源需求量、資源容量第三十七頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期五三、網(wǎng)絡(luò)分析3.應用：選擇最優(yōu)路徑、資源調(diào)配、地址匹配1）路徑分析：求最優(yōu)路徑

?

最優(yōu)狀態(tài)：靜態(tài)、動態(tài)；

?

最優(yōu)目標：距離最短路徑、時間最短路

徑、耗費最低路徑；

?

最優(yōu)數(shù)量：1條、N條第三十八頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期五

三、網(wǎng)絡(luò)分析計算最短路徑的Dijkstra算法

1

0

5

10

5

100

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∞∞∞∞∞∞∞

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4

2

50

帶權(quán)的有向圖和鄰接矩陣第三十九頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期五三、網(wǎng)絡(luò)分析2）資源分配

?

負荷設(shè)計

?

時間和距離估算3）地址匹配第四十頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期五建模（型）分析

第四節(jié)關(guān)于模型l建立模型的基礎(chǔ)在于模型本身與被建對象之間存在著某種相似性。形狀相似結(jié)構(gòu)相似行為相似如果兩個對象之間建立了某種相似，那么它們之間就存在著原型——模型關(guān)系。第四十一頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期五

關(guān)于模型模型的種類lll實物模型：地形模型、建筑物模型圖象模型：地圖、建筑結(jié)構(gòu)圖、工藝流程圖、網(wǎng)絡(luò)圖數(shù)學模型：函數(shù)關(guān)系第四十二頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期五

一、數(shù)字高程模型DEMDEM是國家基礎(chǔ)地理信息產(chǎn)品之一4D產(chǎn)品：DLG、DRG、DEM、DOMDLG：DigitalLineGraphicDRG：DigitalRasterGraphicDEM：DigitalElevationModelDOM：DigitalOrthophotoMap數(shù)字線劃圖數(shù)字柵格圖數(shù)字高程模型數(shù)字正射影像圖第四十三頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期五1.數(shù)字高程模型的含義

DTM（DigitalTerrainModel）是通過地表點集的空間直角坐標（x，y，z）并使需要進一步伴隨若干專題特征來表示地形表面的,它是構(gòu)成地形、地理分析的基礎(chǔ)。

DEM（DigitalElevationModel）是地表單元上高程的集合，是地貌形態(tài)的離散表示。DEM是構(gòu)成DTM的基礎(chǔ)，DTM的其他元素均有DEM導出，顯然，DEM的質(zhì)量好壞直接決定著DTM的精確性。DEM是DTM的一個子集。第四十四頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期五50600

2.

DEM的數(shù)據(jù)模型

?

等高線模型l正方形格網(wǎng)模型（Grid）

7l不規(guī)則三角網(wǎng)模型（TIN）

Delaunay三角網(wǎng)

75

第四十五頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期五Delaunay三角網(wǎng)與Voronoi圖Delaunay三角網(wǎng)與Voronoi圖是互偶的第四十六頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期五Delaunay三角網(wǎng)有以下特性：vDelaunay三角網(wǎng)的唯一性；v沒有任何點在三角形的外接圓內(nèi)部，反之，如果一個三角網(wǎng)滿足此條件，那么它就是Delaunay三角網(wǎng)；vDelaunay三角網(wǎng)中的三角形最接近于等邊三角形第四十七頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期五3.構(gòu)建DEM的主要技術(shù)手段l地面測量l數(shù)字攝影測量l基于數(shù)字線劃圖的內(nèi)插l激光、雷達第四十八頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期五

4.國家DEM庫的建設(shè)目前我國已建成了ll全國1:25萬DEM庫（在建全國1:5萬DEM）七大江河流域重點防范區(qū)的1:1萬DEM庫： 長江、黃河、珠江、淮河、海河、遼河、松花江第四十九頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期五5.DEM的應用l可以較好地將地表三維可視化；能夠方便地

計算坡度、坡向等各種地形因子；求算體 積、表面積；派生等高線、坡度圖、斷面 圖；與其他專題信息進行疊置分析；l規(guī)劃中的項目選址（道路、水庫）、開發(fā)建 設(shè)中土方量計算、通視性的判斷......l在防洪減災方面，DEM是進行水文分析不可 或缺的基礎(chǔ)：匯水區(qū)分析、水系網(wǎng)絡(luò)分析、 淹沒分析……

l

……第五十頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期五杭州灣三維地形第五十一頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期五六、初步成果與研究基礎(chǔ)地形長江口三維第五十二頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期五二、地圖模型l地圖是客觀世界的模型1、基礎(chǔ)地圖的編制2、統(tǒng)計圖的制作3、專題地圖的制作第五十三頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期五2、統(tǒng)計圖的制作l新建統(tǒng)計圖窗口，并選擇數(shù)據(jù)項及標注l選擇統(tǒng)計圖類型l更改標注軸及數(shù)值軸l自定義統(tǒng)計圖的點、線、面式樣l保存統(tǒng)計圖第五十四頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期五3、專題地圖的制作1）選擇專題地圖類型2）選擇欲在圖中表現(xiàn)的數(shù)據(jù)項①從本表中某字段獲取數(shù)據(jù)②從其它相關(guān)的表中獲取數(shù)據(jù)③從本表或相關(guān)表中獲取派生數(shù)據(jù)3）修改、編輯專題圖4）保存專題地圖第五十五頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期五專題地圖類型（表示法）l色級（分級）統(tǒng)計圖法l分區(qū)統(tǒng)計圖法l定位符號法l點值法l質(zhì)量底色法l格網(wǎng)GRID第五十六頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期五質(zhì)量底色法（獨立值圖）l質(zhì)量底色法以不同的顏色或不同的暈線為

底色填充各區(qū)域，從而顯示區(qū)域間的質(zhì)量 差異。簡稱質(zhì)底法。l色級統(tǒng)計圖法與質(zhì)底法都是通過填充底色 來反映區(qū)域?qū)傩缘淖兓?。兩者本質(zhì)的區(qū)別 在于前者反映的是量變，后者反映的是質(zhì) 變。因此前者要求采用漸變色，而后者則 應采用適當?shù)膶Ρ壬?。第五十七頁，共六十四頁，編輯?023年，星期五點值法（點密度）l點值法是用形狀相同、大小相等的點的多

少及其分布密度來反映區(qū)域內(nèi)某要素的數(shù) 量特征及其分布的。l一般方法： ①確定點的形狀和大小 ②確定點值、點數(shù) ③布點第五十八頁，共六十四頁，編輯于2023年，星期五分區(qū)統(tǒng)計圖法、定位符號法l分區(qū)統(tǒng)計圖法(直方圖、餅圖）：用統(tǒng)計

符號表示區(qū)域內(nèi)一定的數(shù)量指標，及其