地理信息系統(tǒng)-GIS-第五章-GIS空間分析技術(shù)課件

地理信息系統(tǒng)GIS地理信息系統(tǒng)GISGIS空間分析技術(shù)概述空間數(shù)據(jù)的量算空間查詢聚類聚合分析信息復(fù)合分析緩沖區(qū)分析網(wǎng)絡(luò)分析DTM與DEM分析簡單的空間分析復(fù)雜的空間分析面向應(yīng)用的分析GIS空間分析技術(shù)概述簡單的空間分析復(fù)雜的空間分析面向應(yīng)用的一、概述空間分析功能是GIS的主要特征與評價GIS軟件的主要指標之一。GIS與一般的計算機輔助制圖（CAC/CAD）系統(tǒng)的主要區(qū)別在于GIS具有空間分析功能。GIS的空間分析是指以地理事物的空間位置和形態(tài)為基礎(chǔ)，以地學(xué)原理為依托，以空間數(shù)據(jù)運算為特征，提取與產(chǎn)生新的空間信息的技術(shù)和過程。如獲取關(guān)于空間分布、空間形成以及空間演變的信息。運用的手段包括各種幾何的邏輯運算、代數(shù)運算及數(shù)理統(tǒng)計分析等數(shù)學(xué)手段。一、概述空間分析功能是GIS的主要特征與評價GIS軟件的主二、空間數(shù)據(jù)的量算

空間數(shù)據(jù)的量算是空間信息分析的定量化基礎(chǔ)。質(zhì)心量算幾何量算形狀量算二、空間數(shù)據(jù)的量算空間數(shù)據(jù)的量算是空間信息分析的質(zhì)心是描述地理對象空間分布的一個重要指標。例如要得到一個全國的人口分布等值線圖，而人口數(shù)據(jù)只能到縣級，所以必須在每個縣域里定義一個點作為質(zhì)心，代表該縣的數(shù)值，然后進行插值計算全國人口等值線。質(zhì)心通常定義為一個多邊形或面的幾何中心。當多邊形比較簡單，如矩形，計算很容易。但當多邊形形狀復(fù)雜時，計算也更加復(fù)雜。在某些情況下，質(zhì)心描述的是分布中心，而不是絕對幾何中心。同樣以全國人口為例，當某個縣絕大部分人口明顯集中于一側(cè)時，可以把質(zhì)心放在分布中心上，這種質(zhì)心稱為平均中心或重心。1、質(zhì)心量測質(zhì)心是描述地理對象空間分布的一個重要指標。例如要得到一個全國如果考慮其它一些因素的話，可以賦予權(quán)重系數(shù)，稱為加權(quán)平均中心。計算公式為：其中，I為離散目標物，Wi為該目標權(quán)重，Xi、Yi為其坐標。質(zhì)心量測經(jīng)常用于宏觀經(jīng)濟分析和市場區(qū)位選擇，還可以跟蹤某些地理分布的變化，如人口變遷，土地類型變化等。

1、質(zhì)心量測如果考慮其它一些因素的話，可以賦予權(quán)重系數(shù)，稱為加權(quán)平均中心2、幾何量測點狀目標（0維）：坐標線狀目標（1維）：長度，曲率，方向。面狀目標（2維）：面積，周長等。體狀目標（3維）：表面積，體積等。2、幾何量測點狀目標（0維）：坐標

距離面積坐標距離長度量算:線由點組成，矢量圖形的長度量算基于直線段的兩點之間距離公式，設(shè)空間兩點p1（x1，y1）和p2（x2，y2），則直線段的長度為

由此不難得出折線與多邊形周長的長度量算公式

式中，i為折線或多邊形的頂點數(shù)，含義為依次求出組成折線或多邊形的所有線段長度，然后累加求和。2、幾何量算長度量算:線由點組成，矢量圖形的長度量算基于直線段的兩點之間已知條件：為多邊形頂點坐標，凸、凹多邊形均可，頂點順序順時針方向、逆時針方向均可。多邊形面積計算及其應(yīng)用：辛普森（Simposion）面積計算公式

在GIS中，梯形法是求面積的主要方法之一。其基本思想是：按照多邊形的頂點順序依次求出多邊形所有邊與X軸或Y軸組成的梯形面積，然后求其代數(shù)和2幾何量算已知條件：多邊形面積計算及其應(yīng)用：辛普森（Simposion地理信息系統(tǒng)-GIS-第五章-GIS空間分析技術(shù)課件求證：求證：由推證過程可看出，順時針坐標點排列面積為正值，逆時針坐標點排列面積為負值，考慮到面積可能為負值，因而取絕對值。辛普森面積計算公式由推證過程可看出，順時針坐標點排列面積為正值，逆時針坐標點排判斷多邊形頂點的走向（逆時針或順時針旋轉(zhuǎn)面積s為正則為順時針走向面積s為負則為逆時針走向

辛普森面積公式的應(yīng)用判斷多邊形頂點的走向（逆時針或順時針旋轉(zhuǎn)辛普森面積公式的應(yīng)用3、形狀量測如果認為一個標準的圓目標既非緊湊型也非膨脹型的，對一個多邊形則可定義其形狀系數(shù)r為

其中，P為目標物周長，A為目標物面積。如果r〈1，目標物為緊湊型；r=1,目標物為一標準圓；r〉1，目標物為膨脹型。3、形狀量測如果認為一個標準的圓目標既非緊湊型也非膨脹型的，空間查詢是GIS的一個重要功能，一般定義為作用在GIS數(shù)據(jù)上的函數(shù)，它返回滿足條件的內(nèi)容。查詢是用戶與系統(tǒng)交流的途徑?；趯傩詳?shù)據(jù)的查詢基于圖形數(shù)據(jù)的查詢圖形與屬性的混合查詢地址匹配三、空間查詢空間查詢是GIS的一個重要功能，一般定義為作用在GIS數(shù)據(jù)上三、空間查詢?nèi)?、空間查詢圖形查詢：圖形查屬性是根據(jù)圖形的空間位置來查詢有關(guān)屬性信息，或者實體之間的空間關(guān)系查詢，實體的屬性信息查詢等。屬性查詢：根據(jù)一定的屬性條件來查詢滿足條件的空間實體的位置，是基于實體的屬性信息進行查詢。與一般的數(shù)據(jù)庫查詢相同，只不過最后查詢的結(jié)果需要再與圖形關(guān)聯(lián)起來。三、空間查詢圖形查詢：圖形查屬性是根據(jù)圖形的空間位置來查詢有關(guān)屬性信息，圖形屬性互查：將空間關(guān)系和屬性結(jié)合起來進行查詢，并將最后結(jié)果以圖形和屬性兩種方式顯示出來。如：查詢京九線沿線人口大于100萬的城市及各種屬性信息。地址匹配：根據(jù)一個地理名字（如學(xué)校名字）來定位相關(guān)實體并獲得其屬性信息。其基礎(chǔ)是地理編碼，即將一個地理名字與一個或若干個空間實體關(guān)聯(lián)起來、或者與實體的某個屬性關(guān)聯(lián)起來、或者與某個地理坐標關(guān)聯(lián)起來。三、空間查詢圖形屬性互查：將空間關(guān)系和屬性結(jié)合起來進行查詢，并將最后結(jié)果例如：查詢?nèi)龒{地區(qū)長江流域人口大于50萬的市或縣

Select*From縣或市

Where縣或市人口>50萬

andCross（河流名稱=“長江”）三、空間查詢?nèi)?、空間查詢四、柵格數(shù)據(jù)的聚類聚合分析1、聚類分析柵格數(shù)據(jù)的聚類是根據(jù)設(shè)定的聚類條件，對原有數(shù)據(jù)系統(tǒng)進行有選擇的信息提取而建立新的柵格數(shù)據(jù)系統(tǒng)的方法。四、柵格數(shù)據(jù)的聚類聚合分析1、聚類分析（a）柵格數(shù)據(jù)系統(tǒng)樣圖(b)提取要素“2”的聚類結(jié)果聚類分析示意圖

圖(a)為一個柵格數(shù)據(jù)系統(tǒng)樣圖，1、2、3、4為其中的四種類型要素，圖(b)為提取其中要素“2”的聚類結(jié)果。（a）柵格數(shù)據(jù)系統(tǒng)樣圖(b)提取要素“2”的聚類結(jié)果聚2、聚合分析柵格數(shù)據(jù)的聚合分析是指根據(jù)空間分辨力和分類表，進行數(shù)據(jù)類型的合并或轉(zhuǎn)換，以實現(xiàn)空間地域的兼并?？臻g聚合的結(jié)果往往將較復(fù)雜的類別轉(zhuǎn)換為較簡單的類別，并且常以較小比例尺的圖形輸出。當從地點、地區(qū)到大區(qū)域的制圖綜合變換時常需要使用這種分析處理方法。2、聚合分析(a)(b)柵格數(shù)據(jù)的聚合

對于圖(a)，如給定聚合的標準為1、2類合并為b，3、4類合并為a，則聚合后形成的柵格數(shù)據(jù)系統(tǒng)如圖(b)所示。

(a)(b)柵格數(shù)據(jù)的聚合對于圖(a)，如給定聚聚類、聚合分析應(yīng)用柵格數(shù)據(jù)的聚類聚合分析處理法在數(shù)字地形模型及遙感圖像處理中的應(yīng)用是十分普遍的。如由數(shù)字高程模型轉(zhuǎn)換為數(shù)字高程分級模型便是空間數(shù)據(jù)的聚合，從遙感數(shù)字圖像信息中提取某一地物的方法則是柵格數(shù)據(jù)的聚類。3、聚類、聚合分析應(yīng)用

聚類、聚合分析應(yīng)用3、聚類、聚合分析應(yīng)用五、信息復(fù)合分析（空間疊加分析）

空間疊加分析（spatialoverlayanalysis）是指在統(tǒng)一空間參照系統(tǒng)條件下，每次將同一地區(qū)兩個地理對象的圖層進行疊合，以產(chǎn)生空間區(qū)域的多重屬性特征，或建立地理對象之間的空間對應(yīng)關(guān)系。

1、視覺信息復(fù)合

2、疊加分析模型五、信息復(fù)合分析（空間疊加分析）空間疊加視覺信息復(fù)合：將不同專題的內(nèi)容疊加顯示在結(jié)果圖件上，以便系統(tǒng)使用者判斷不同專題地理實體的相互空間關(guān)系，獲得更為豐富的信息。簡單視覺信息復(fù)合之后，參加復(fù)合的平面之間沒發(fā)生任何邏輯關(guān)系，仍保留原來的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

點狀圖、線狀圖和面狀圖之間的復(fù)合；面狀圖區(qū)域邊界之間或一個面狀圖與其他專題區(qū)域邊界之間的復(fù)合；遙感影像與專題地圖的復(fù)合；專題地圖與數(shù)字高程模型復(fù)合顯示立體專題圖；遙感影像與DEM復(fù)合生成真三維地物景觀。

1、視覺信息復(fù)合視覺信息復(fù)合：將不同專題的內(nèi)容疊加顯示在結(jié)果圖件上，以便系統(tǒng)點狀圖、線狀圖和面狀圖之間的復(fù)合點狀圖、線狀圖和面狀圖之間的復(fù)合面狀圖與專題區(qū)域邊界之間的復(fù)合面狀圖與專題區(qū)域邊界之間的復(fù)合遙感影像與專題地圖的復(fù)合遙感影像與專題地圖的復(fù)合專題地圖與數(shù)字高程模型復(fù)合專題地圖與數(shù)字高程模型復(fù)合遙感影像與DEM復(fù)合遙感影像與DEM復(fù)合（1）疊加分析的定義疊加是把分散在不同層上的空間、屬性信息按相同的空間位置疊加到一起，合為新的一層。疊合過程往往是對空間信息和對應(yīng)的屬性信息作集合的交、并、差、余運算，也可再進一步對屬性作其他的數(shù)學(xué)運算。

2、疊加分析模型（1）疊加分析的定義疊加是把分散在不同層上的空間、屬性信息按2、疊加分析模型疊加分析模型則根據(jù)參加復(fù)合的數(shù)據(jù)平面各類別的空間關(guān)系新劃分空間區(qū)域，使每個空間區(qū)域內(nèi)各空間點的屬性組合一致，疊加結(jié)果生成新的數(shù)據(jù)平面。該平面圖形數(shù)據(jù)記錄了重新劃分的區(qū)域，而屬性數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)中則包含了原來的各個復(fù)合的數(shù)據(jù)平面的屬性數(shù)據(jù)庫的所有的數(shù)據(jù)項。疊加分析模型用于多要素綜合分類，以劃分最小地理景觀單元，進一步可進行綜合評價以確定各景觀單元的等級序列。2、疊加分析模型疊加分析模型則根據(jù)參加復(fù)合的數(shù)據(jù)平面各類別的地理信息系統(tǒng)-GIS-第五章-GIS空間分析技術(shù)課件（2）疊加分析的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)空間邏輯運算為討論方便將空間圖層A，B定義為二值圖象1、空間邏輯并（或）運算；A∪B=XX∈A或X∈B2、空間邏輯交（與）運算；A∩B=XX∈A且X∈B3、空間邏輯差運算；A-B=XX∈A且X∈B4、空間包含；AB（2）疊加分析的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)空間邏輯運算為討論方便將空間圖層A，

AB123A1A2A3B1B2標號地貌A陽坡B陰坡標號植被1林地2農(nóng)地3牧地標號綜合屬性A1陽坡林地A2陽坡農(nóng)地A3陽坡牧地B1陰坡林地B2陰坡農(nóng)地（3）基于柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的疊加分析AB123A1A2A3B1B2標號地貌標號

土地利用圖

土壤圖

疊置圖疊加AB12A_2A_1B_1B_2（4）疊加分析的數(shù)學(xué)運算復(fù)合法1)算術(shù)運算指兩層以上的對應(yīng)網(wǎng)格值經(jīng)加、減運算，而得到新的柵格數(shù)據(jù)系統(tǒng)的方法。

土地利用圖土壤圖疊置圖疊加AB

柵格數(shù)據(jù)的算術(shù)運算

柵格數(shù)據(jù)的算術(shù)運算2)函數(shù)運算指兩個以上層面的柵格數(shù)據(jù)系統(tǒng)以某種函數(shù)關(guān)系作為復(fù)合分析的依據(jù)進行逐網(wǎng)格運算，從而得到新的柵格數(shù)據(jù)系統(tǒng)的過程。這種復(fù)合疊置分析方法被廣泛地應(yīng)用到地學(xué)綜合分析、環(huán)境質(zhì)量評價、遙感數(shù)字圖像處理等領(lǐng)域中。2)函數(shù)運算函數(shù)運算函數(shù)運算

利用土壤侵蝕通用方程式計算土壤侵蝕量時，就可利用多層面柵格數(shù)據(jù)的函數(shù)運算復(fù)合分析法進行自動處理。一個地區(qū)土壤侵蝕量的大小是降雨(R)、植被覆度(C)、坡度(S)、坡長（L）、土壤抗蝕性(SR)等因素的函數(shù)。

在ArcGIS中，使用MapCalculator可以很方便地實現(xiàn)柵格圖層的復(fù)合（疊加）運算。利用土壤侵蝕通用方程式計算土壤侵蝕量時，就可（5）空間疊加分析類型點與點（point-on-pointoverlay）點和面(point-in-polygonoverlay)線和面(line-in-polygonoverlay)面與面(polygon-on-polygonoverlay)（5）空間疊加分析類型點與點（point-on-pointa、點與點的疊加點與點的疊合通常是在柵格模型中進行。由于柵格模型已把空間事物用網(wǎng)格來描述，柵格數(shù)據(jù)庫中每個基本單元就是一個點，只要不同層之間基本單元的大小、位置可以相互匹配，疊合就很方便。把許多層上有關(guān)點的屬性進行組合后放入新的一層，是柵格模型在空間分析上的一大優(yōu)勢。最典型的用途是農(nóng)業(yè)土地使用的適宜性評價。在多數(shù)情況下，柵格模型點與點的疊合，也是三維表面和三維表面的疊合。a、點與點的疊加點與點的疊合通常是在柵格模型中進行。b、點與面的疊加點與面的疊合可以分析每個多邊形內(nèi)某類點狀要素一共有多少，或哪些點落在哪些多邊形內(nèi)，實質(zhì)是計算包含關(guān)系。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。b、點與面的疊加點與面的疊合可以分析每個多邊形內(nèi)某類點狀要素看看某行政區(qū)劃內(nèi)有多少個鄉(xiāng)鎮(zhèn)？看看某行政區(qū)劃內(nèi)有多少個鄉(xiāng)鎮(zhèn)？C、線與面的疊加線與面的疊合是將一個線狀要素層或網(wǎng)絡(luò)狀要素層和多邊形層疊合，以確定每條線落在哪個多邊形內(nèi)。如網(wǎng)絡(luò)層為道路網(wǎng)，可以得到每個多邊形內(nèi)的道路網(wǎng)密度，內(nèi)部的交通流量，進入、離開各個多邊形的交通量，相鄰多邊形之間的相互交通量。如果網(wǎng)絡(luò)層為河流，可得到每個多邊形內(nèi)的地表水徑流量。線與面的疊合一般采用拓撲結(jié)構(gòu)的矢量模型。C、線與面的疊加線與面的疊合是將一個線狀要素層或網(wǎng)絡(luò)狀要素層新線ID老線ID多邊形線屬性多邊形屬性

12‘22”233AABCD123新線ID老線ID多邊形線屬性多邊形屬性路網(wǎng)密度？——疊加！路網(wǎng)密度？——疊加！各種道路長=830KM區(qū)域面積=2797KM2結(jié)果？各種道路長=830KMd、面與面的疊加面與面的疊合是將兩個不同圖層的多邊形要素疊加到一起，合成一個新的多邊形要素?？梢越鉀Q的問題：模擬分析、地理特征的動態(tài)變化分析、圖幅要素的更新、拼接以及區(qū)域信息提取等。它是空間疊加分析的主要類型。d、面與面的疊加面與面的疊合是將兩個不同圖層的多邊形要素疊加以ARC/INFO為例Union(求和)Intersect（求積）Identity（疊合）Erase（擦除）Update（更新）Clip（剪裁）以ARC/INFO為例Union(求和)原始多邊形的屬性新多邊形的屬性AXYZ新多邊形層1多邊形屬性層2多邊形屬性1A020X3AX40X5A06A07AY8AZ90Y100Z110YID屬性101AID屬性

YZX379101456112層1層2新層層1層2原始多邊形的屬性新多邊形的屬性AXYZ新多邊形層1多坡度圖層肥力圖層疊加？面與面的疊合在城市規(guī)劃、土地評價中用途很廣；例如：算算一等地有多少？坡度圖層肥力圖層疊加？面與面的疊合在城市規(guī)劃、土地評價中用途1、緩沖區(qū)分析原理緩沖區(qū)分析是研究根據(jù)數(shù)據(jù)庫的點、線、面實體，自動建立其周圍一定寬度范圍內(nèi)的緩沖區(qū)多邊形實體，從而實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)在水平方向得以擴展的信息分析方法，它是地理信息系統(tǒng)重要的和基本的空間操作功能之一。緩沖區(qū)就是空間實體的一種影響范圍或服務(wù)范圍。緩沖區(qū)分析的基本思想就是給定一個空間實體或集合，確定它們的鄰域，鄰域的大小由領(lǐng)域半徑R來確定。緩沖分析是對一組或一類地物按照緩沖的距離條件，建立緩沖區(qū)多邊形圖，然后將這個圖層與需要進行緩沖分析的圖層進行疊加分析，得到所需要的結(jié)果。六、緩沖區(qū)分析（Buffer）1、緩沖區(qū)分析原理六、緩沖區(qū)分析（Buffer）

緩沖區(qū)分析緩沖區(qū)分析：在點、線、面空間實體周圍建立一定寬度范圍的緩沖多邊形。點緩沖線緩沖面緩沖緩沖區(qū)分析緩沖區(qū)分析：在點、線、面空間實體周圍建立一定寬度2、緩沖區(qū)分析應(yīng)用在數(shù)據(jù)處理和空間分析的某些過程中需要使用Buffer功能來實現(xiàn)。前者如從單線河生成雙線河或從街道中心線生成雙線街道等；后者如根據(jù)污染源求敏感區(qū)范圍等，城市的噪音污染源所影響的一定空間范圍、交通線兩側(cè)所劃定的綠化帶等。Buffer可以以多邊形、線、點或結(jié)點為輸入數(shù)據(jù)生成緩沖區(qū)，這個緩沖區(qū)必定為多邊形。2、緩沖區(qū)分析應(yīng)用在數(shù)據(jù)處理和空間分析的某些過程中需要使用B3、緩沖區(qū)的建立點緩沖區(qū)以點狀地物為圓心，以緩沖區(qū)距離為半徑繪圓線緩沖區(qū)和面緩沖區(qū)以線狀地物的邊線為參考線，作它們的平行，再考慮端點圓弧，即可建立緩沖區(qū)。

地物緩沖區(qū)示意圖

3、緩沖區(qū)的建立點緩沖區(qū)地物緩沖區(qū)示意圖3、緩沖區(qū)的建立地物緩沖區(qū)示意圖

3、緩沖區(qū)的建立地物緩沖區(qū)示意圖4、緩沖區(qū)分析的過程1）建立緩沖區(qū);2）進行進一步的分析,如疊置分析或圖形的運算。4、緩沖區(qū)分析的過程1）建立緩沖區(qū);5、緩沖區(qū)模型緩沖因素主體。分析的目標，點源、面源、線源；臨近對象。受主體影響的客體，如行政變更涉及的居民區(qū)，森林砍伐涉及的水土流失范圍；作用條件。主體對鄰近對象施加作用的影響條件或強度；分析模型

線性模型：隨距離增大影響呈線性衰減二次模型：隨距離增大影響呈二次形式衰減指數(shù)模型：隨距離增大影響呈指數(shù)形式衰減5、緩沖區(qū)模型緩沖因素

網(wǎng)絡(luò)是用于實現(xiàn)資源運輸和信息交流的一系列相互聯(lián)接的線性特征組合。

1、什么是網(wǎng)絡(luò)分析?

網(wǎng)絡(luò)分析是指依據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓撲關(guān)系（結(jié)點與弧段拓撲、弧段的連通性），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)，對網(wǎng)絡(luò)的性能特征進行多方面研究的一種分析計算。七、網(wǎng)絡(luò)分析網(wǎng)絡(luò)是用于實現(xiàn)資源運輸和信息交流的一系列相互聯(lián)接的線

七、網(wǎng)絡(luò)分析網(wǎng)絡(luò)分析：確定最佳路徑、確定最佳設(shè)施位置、確定服務(wù)范圍確定最佳路徑七、網(wǎng)絡(luò)分析網(wǎng)絡(luò)分析：確定最佳路徑、確定最佳設(shè)施位置、確定七、網(wǎng)絡(luò)分析四種因素和網(wǎng)絡(luò)直接有關(guān)；資源的具體性質(zhì)。如要運送的貨物，輸送的電力、雨水。資源的出發(fā)地點或空間位置。如倉庫的分布，變電站的分布，中小學(xué)的分布；資源送達的目的地。如接受貨物的商店、顧客，消耗電能的工廠、居民區(qū)、排泄雨水的海洋、河湖等。資源在網(wǎng)絡(luò)上運動時的阻抗與制約。如車速限制，轉(zhuǎn)彎或調(diào)節(jié)器頭限制，電纜的電能損耗，雨水排泄的坡度、坡向等。七、網(wǎng)絡(luò)分析四種因素和網(wǎng)絡(luò)直接有關(guān)；2、有關(guān)網(wǎng)絡(luò)的概念在線狀分布中，由節(jié)點和環(huán)線構(gòu)成的系統(tǒng)稱為網(wǎng)絡(luò)。通常用來描述某種資源或物質(zhì)在空間上的運動。網(wǎng)絡(luò)由鏈(Link)、結(jié)點(Node)、站點(Stop)、中心(Center)和轉(zhuǎn)向點(Turn)組成。2、有關(guān)網(wǎng)絡(luò)的概念在線狀分布中，由節(jié)點和環(huán)線構(gòu)成的系統(tǒng)稱為網(wǎng)

網(wǎng)絡(luò)組成要素結(jié)點(Node)：網(wǎng)絡(luò)中任意兩條線段的交點，屬性如資源數(shù)量等；鏈(Link)：連接兩個結(jié)點的弧段。供物體運營的通道，鏈間的連接關(guān)系由弧段-結(jié)點拓撲數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來表達，屬性如資源流動的時間、速度等；中心(Center)：網(wǎng)絡(luò)中位于結(jié)點處，具有沿著鏈收集和發(fā)放資源能力的設(shè)施，如郵局、電站、水庫等；站點(Stop)：資源沿著網(wǎng)絡(luò)路徑流動時被分配或收集的位置，如郵件投放點、公共汽車站，屬性如資源需求量；轉(zhuǎn)向點(拐點，Turn)：鏈路相交處，資源流向發(fā)生改變的點。網(wǎng)絡(luò)組成要素結(jié)點(Node)：網(wǎng)絡(luò)中任意兩條線段的交點，屬網(wǎng)絡(luò)圖是指由一些點及點之間的連線所組成的圖形。設(shè)V是由空間中n個點υi（i=1，2，···，n）所組成的集合，即V={υ1，

υ2，···，

υn}

；E是由m條線ei（i=1，2，···，m）所組成的集合，即E={e1，

e2，···，

em}，而且E中的任意一條線都是以V中的點為端點，任意兩條線除了端點以外沒有其他公共點，那么把V與E合在一起就成為一個圖G，記作G=(V，E)。V中的每一個點稱為G的頂點，E中的每一條線稱為G的邊。3、網(wǎng)絡(luò)圖的定義網(wǎng)絡(luò)圖是指由一些點及點之間的連線所組成的圖形。3、網(wǎng)絡(luò)圖的定(a)無向圖(b)有向圖υ1υ4υ3υ2e1e4e3e2e5υ1e2e3e1e4e5e6υ2υ4υ5υ6υ3(a)無向圖(b)有向圖υ1υ4υ3υ2e1e4e3e2網(wǎng)絡(luò)圖的特點無向圖有n個點，m條邊，點為邊的端點；有向圖同樣有n個點，m條邊，但點為邊的起點和終點；點的位置、邊的類型（是曲線還是折線）與理解網(wǎng)絡(luò)圖的定義無關(guān)。網(wǎng)絡(luò)圖的特點無向圖有n個點，m條邊，點為邊的端點；路與回路所謂圖中的一條路，就是由圖中的一個頂點、一條邊，再一個頂點、一條邊······排列而成，而且要求排在它前面的頂點和排在它后面的頂點都是它的端點。對于有向路來說，要求排在每一條邊之前和之后的頂點分別是這條邊的起點和終點。起始頂點和最后頂點重合的路，則稱為回路。路與回路所謂圖中的一條路，就是由圖中的一個頂點、一條邊，再一（1）P1={υ1，e1，

υ2，e2

，υ3，e3，

υ4，e8

，υ8，e9，

υ9}是一條有向路；（2）P2={υ1，e1，

υ2，e6

，υ6，e7，

υ7}是一條路，但不是有向路；（3）P1={υ2，e2

，υ3，e3，

υ4，e4

，υ5，e5，

υ6，e6，

υ2}是一條回路。υ1υ4υ3υ2υ5υ6e4e3e2e5υ7υ8υ9e8e7e6e9e1（1）P1={υ1，e1，υ2，e2，υ（1）網(wǎng)絡(luò)跟蹤(Trace)概念：網(wǎng)絡(luò)中用于研究網(wǎng)絡(luò)中資源和信息的流向就是網(wǎng)絡(luò)跟蹤的過程。

在點污染研究中，可以跟蹤污染物從污染源開始，沿河流向下游擴散的過程。在電網(wǎng)應(yīng)用中，可以根據(jù)不同開關(guān)的開、關(guān)狀態(tài)，確定電力的流向。網(wǎng)絡(luò)跟蹤中涉及的一個重要概念是“連通性”

(Connectivity)，這定義了網(wǎng)絡(luò)中弧段與弧段的連接方式，也決定了資源與信息在網(wǎng)絡(luò)中流動時的走向。3、網(wǎng)絡(luò)分析功能（1）網(wǎng)絡(luò)跟蹤(Trace)概念：網(wǎng)絡(luò)中用于研究網(wǎng)絡(luò)中資源和（2）路徑分析

在網(wǎng)絡(luò)分析過程中，路徑系統(tǒng)起著相當重要的作用，很多網(wǎng)絡(luò)分析的結(jié)果都是以路徑系統(tǒng)的形式體現(xiàn)出來的。路徑分析是用于模擬兩個或兩個以上地點之間資源流動的路徑尋找過程。當選擇了起點、終點和路徑必須通過的若干中間點后，就可以通過路徑分析功能按照指定的條件尋找最優(yōu)路徑。（2）路徑分析在網(wǎng)絡(luò)分析過程中，路徑系統(tǒng)起著相當重要的作用應(yīng)用：在遠距離送貨、物資派發(fā)、急救服務(wù)和郵遞等服務(wù)中，經(jīng)常需要在一次行程中同時訪問多個站點(收貨方、郵件主人、物資儲備站等)，如何尋找到一個最短和最經(jīng)濟的路徑，保證訪問到所有站點，同時最快最省地完成一次行程，這是很多機構(gòu)經(jīng)常遇到的問題。這類分析中，道路網(wǎng)絡(luò)的不同弧段有不同的影響物流通過的因素，路徑選擇分析必須充分考慮到這些因素，在保證遍歷需要訪問的站點的同時，為用戶尋找出一條最佳(距離、時間或費用等)的運行路徑。（2）路徑分析

應(yīng)用：在遠距離送貨、物資派發(fā)、急救服務(wù)和郵遞等服務(wù)中，經(jīng)常需（3）資源分配(Allocation)反映現(xiàn)實世界網(wǎng)絡(luò)中資源的供需關(guān)系模型?？梢越鉀Q資源的有效利用和合理分配；確定最近中心，實現(xiàn)最佳服務(wù)；“供(Supply)”代表一定數(shù)量的資源或貨物，它們位于被稱之為“CENTER”的設(shè)施中?！靶?Demand)”指對資源的利用。Allocate分析就是在空間中的一個或多個點之間分配資源的過程。為了實現(xiàn)供需關(guān)系，在網(wǎng)絡(luò)中必然存在資源的運輸和流動。資源要么由供方送到需方，要么由需方到供方索取。（3）資源分配(Allocation)反映現(xiàn)實世界網(wǎng)絡(luò)中資源Location-allocation分析是決定一個或多個服務(wù)設(shè)施的最優(yōu)位置的過程，它的定位力求保證服務(wù)設(shè)施可以以最經(jīng)濟有效的方式為它所服務(wù)的人群提供服務(wù)。在此分析中，即有定位過程，也有資源分配過程。（4）定位配置分析(選址和分區(qū))Location-allocation分析是決定一個或多個服定位配置分析的實質(zhì)是線性規(guī)劃問題。主要的算法包括：p-中心問題：在m個候選點中，選擇p個供應(yīng)點，為n個需求點服務(wù)，并使得從服務(wù)中心到需求點之間的距離（或時間、費用）最小。中心服務(wù)范圍的確定：中心服務(wù)范圍是指一個服務(wù)設(shè)施在給定的時間或距離內(nèi)，能夠到達的區(qū)域。（4）定位配置分析(選址和分區(qū))定位配置分析的實質(zhì)是線性規(guī)劃問題。主要的算法包括：（4）定位地址編碼與匹配(GeoCoding)利用人們習(xí)慣的地址(街道門牌號)信息確定它在地圖上的確切位置的技術(shù).地址編碼與匹配就是在含地址的表格數(shù)據(jù)與相關(guān)圖層之間建立聯(lián)系，并為表格數(shù)據(jù)創(chuàng)建一個相應(yīng)的點要素層。當對表格數(shù)據(jù)進行編碼后，就可以對表格數(shù)據(jù)進行空間定位查詢和分析。（5）地址編碼與匹配(GeoCoding)地址編碼與匹配(GeoCoding)（5）地址編碼與匹配(八、DTM與DEM模型分析數(shù)字地面（地形）模型（DTM，DigitalTerrainModel）是通過地表點集的空間坐標及其屬性數(shù)據(jù)表示表面特征的地學(xué)模型，是帶有空間位置特征和地面屬性特征的數(shù)字描述。DTM中屬性為高程的要素叫數(shù)字高程模型（DEMDigitalElevationModel

）。許多GIS系統(tǒng)都有專門的DEM模塊，如ArcInfo中的TIN、GRID模塊。八、DTM與DEM模型分析數(shù)字地面（地形）模型（DTM，Di1、DEM數(shù)據(jù)存儲高程數(shù)據(jù)的柵格稱為DigitalElevationModel(DEM).每個像元只有一個高程值.通過DEM可以計算地表的坡度、坡向等信息1、DEM數(shù)據(jù)存儲高程數(shù)據(jù)的柵格稱為DigitalEle2、DEM的數(shù)據(jù)采集與表示

DEM的數(shù)據(jù)源與采集方法

以航空或航天遙感圖像為數(shù)據(jù)源；以地形圖為數(shù)據(jù)源

以地面實測記錄為數(shù)據(jù)源

DEM的表示方法數(shù)學(xué)分塊曲面表示法

規(guī)則格網(wǎng)表示法

不規(guī)則三角網(wǎng)(TIN)表示法

2、DEM的數(shù)據(jù)采集與表示DEM的數(shù)據(jù)源與采集方法

（1）DEM的數(shù)據(jù)采集以航空或航天遙感圖像為數(shù)據(jù)源:這種方法是由航空或航天遙感立體像對，用攝影測量的方法建立空間地形立體模型，量取密集數(shù)字高程數(shù)據(jù)，建立DTM。采集數(shù)據(jù)的攝影測量儀器包括各種解析的和數(shù)字的攝影測量與遙感儀器。

（1）DEM的數(shù)據(jù)采集以航空或航天遙感圖像為數(shù)據(jù)源:這種方（1）DEM的數(shù)據(jù)采集以地形圖為數(shù)據(jù)源:主要以比例尺不大于1：1萬的國家近期地形圖為數(shù)據(jù)源，從中量取中等密度地面點集的高程數(shù)據(jù)建立DEM。

以地形圖為數(shù)據(jù)源建立DEM（1）DEM的數(shù)據(jù)采集以地形圖為數(shù)據(jù)源建立DEM以地面實測記錄為數(shù)據(jù)源

用電子速測儀(全站儀)和電子手簿或測距經(jīng)緯儀配合PC1500等袖珍計算機，在已知點位的測站上，觀測到目標點的方向、距離和高差三個要素。計算出目標點的x、y、z三維坐標，存儲于電子手簿或袖珍計算機中，成為建立DEM的原始數(shù)據(jù)。這種方法一般用于建立小范圍大比例尺(比例尺大于1：5000)區(qū)域的DEM，對高程的精度要求較高。（1）DEM的數(shù)據(jù)采集（1）DEM的數(shù)據(jù)采集

數(shù)學(xué)分塊曲面表示法

這種方法把地面分成若干個塊，每塊用一種數(shù)學(xué)函數(shù)，如傅立葉級數(shù)高次多項式、隨機布朗運動函數(shù)等，以連續(xù)的三維函數(shù)高平滑度地表示復(fù)雜曲面，并使函數(shù)曲面通過離散采樣點。這種近似數(shù)學(xué)函數(shù)表示的DTM不太適合于制圖，但廣泛用于復(fù)雜表面模擬的機助設(shè)計系統(tǒng)。（2）DEM數(shù)據(jù)的表示數(shù)學(xué)分塊曲面表示法（2）DEM數(shù)據(jù)的表示

高程矩陣（規(guī)則矩形格網(wǎng)）表示方法：將區(qū)域劃分成網(wǎng)格，記錄每個網(wǎng)格的高程；優(yōu)點：計算機處理以柵格為基礎(chǔ)的矩陣很方便，使高程矩陣稱為最常見的DEM；缺點：在平坦地區(qū)出現(xiàn)大量數(shù)據(jù)冗余；若不改變格網(wǎng)大小，就不能適應(yīng)不同的地形條件；在視線計算中過分依賴格網(wǎng)軸線。（2）DEM數(shù)據(jù)的表示高程矩陣（規(guī)則矩形格網(wǎng)）（2）DEM數(shù)據(jù)的表示高程矩陣（規(guī)則矩形格網(wǎng)）DEM來源于直接規(guī)則矩形格網(wǎng)采樣點或由規(guī)則或不規(guī)則離散數(shù)據(jù)點內(nèi)插產(chǎn)生。由于計算機對矩陣的處理比較方便，特別是以柵格為基礎(chǔ)的GIS系統(tǒng)中高程矩陣已成為DEM最通用的形式。

（2）DEM數(shù)據(jù)的表示高程矩陣（規(guī)則矩形格網(wǎng)）DEM來源于直接規(guī)則矩形格網(wǎng)采樣點或規(guī)則網(wǎng)格模型將區(qū)域空間分為規(guī)則的網(wǎng)格單元（可以是正方形或三角形），每個單元對應(yīng)一個數(shù)值。917863505363449481645157625099846655646654958466567271589682666380786091796663808062XY規(guī)則網(wǎng)格模型將區(qū)域空間分為規(guī)則的網(wǎng)格單元（可以是正方形或三角規(guī)則網(wǎng)格模型對于每個網(wǎng)格的數(shù)值有兩種不同的解釋。第一種認為該格網(wǎng)單元的數(shù)值是其中所有點的高程，即格網(wǎng)單元對應(yīng)的地面面積內(nèi)高程是均一的高度。這種數(shù)字高程模型是一個不連續(xù)的函數(shù)，一般用來表示離散空間。第二種認為該格網(wǎng)單元的數(shù)值是網(wǎng)格中心點的高程或該網(wǎng)格單元的平均高程值，這樣則需要用一種插值方法來計算每個點的高程。規(guī)則網(wǎng)格模型對于每個網(wǎng)格的數(shù)值有兩種不同的解釋。不規(guī)則三角網(wǎng)(TIN)表示方法：將區(qū)域劃分為相鄰的三角面網(wǎng)絡(luò)，區(qū)域中任意點落在三角面頂點、線或三角形內(nèi)，落在頂點其高程與頂點相同，落在線上則由兩個頂點線性插值得到，落在三角形內(nèi)則由三個頂點插值得到；TIN允許在地形復(fù)雜地區(qū)收集較多的信息，而在簡單的地區(qū)收集少量信息，避免數(shù)據(jù)冗余；對于某些類型的運算比建立在數(shù)字等高線基礎(chǔ)上的系統(tǒng)更有效，如坡度、坡向等。（2）DEM數(shù)據(jù)的表示（2）DEM數(shù)據(jù)的表示不規(guī)則三角網(wǎng)(TIN):TIN表示法利用所有采樣點取得的離散數(shù)據(jù)，按照優(yōu)化組合的原則，把這些離散點(各三角形的頂點)連接成相互連續(xù)的三角面(在連接時，盡可能地確保每個三角形都是銳角三角形或是三邊的長度近似相等).

（2）DEM數(shù)據(jù)的表示不規(guī)則三角網(wǎng)(TIN):TIN表示法利用所有采樣點取得的離散TIN模型采用不規(guī)則三角網(wǎng)減少網(wǎng)格方法的數(shù)據(jù)冗余。采用不規(guī)則三角網(wǎng)可根據(jù)情況減少野外作業(yè)量。相對平坦的地方采集點少,地形變化劇烈的地方采集點多.TIN模型采用不規(guī)則三角網(wǎng)減少網(wǎng)格方法的數(shù)據(jù)冗余。TIN的光照顯示TIN的光照顯示4、DEM的應(yīng)用解決道路設(shè)計和其他民用及軍用工程中的一些與高程有關(guān)的問題；三維地形顯示及景區(qū)設(shè)計和規(guī)劃；剖面視覺分析；道路規(guī)劃、大壩選址等；產(chǎn)生坡度圖、坡向、及坡度剖面圖，輔助地貌分析（淹沒分析、土方計算等）或建立侵蝕圖；作為專題信息的顯示背景或?qū)⒌匦螖?shù)據(jù)與專題數(shù)據(jù)如土壤、土地利用或植被等進行疊加；為景觀的圖像模擬和景觀處理提供數(shù)據(jù)；4、DEM的應(yīng)用解決道路設(shè)計和其他民用及軍用工程中的一些與高4、DEM的應(yīng)用1）由TIN獲取任意點P的高程已知Q1、Q2、Q3三個頂點，高程線性內(nèi)插求P的Zx y z 1x1 y1 z1 1x2 y2 z2 1x3 y3 z3 1 =0平面方程Z=Z1-（x-x1)(y21z31-y31z21)+(y-y1)(z21x31-z31x21)/(x21y31-x31y21)4、DEM的應(yīng)用1）由TIN獲取任意點P的高程x y z 14、DEM的應(yīng)用2）由TIN進行曲面擬合由于在TIN中可以獲取任意點高程,進行密集插值可獲