第8章-GIS基本空間分析課件

06十二月2023第8章GIS基本空間分析空間分析是從空間數(shù)據(jù)中獲取有關(guān)地理對(duì)象的空間位置、分布、形態(tài)、形成和演變等信息的分析技術(shù)疊置分析緩沖區(qū)分析窗口分析網(wǎng)絡(luò)分析教學(xué)內(nèi)容8.1疊置分析疊置分析示意圖1、定義

疊置分析是將有關(guān)主題層組成的各個(gè)數(shù)據(jù)層面進(jìn)行疊置產(chǎn)生一個(gè)新的數(shù)據(jù)層面，其結(jié)果綜合了原來(lái)兩個(gè)或多個(gè)層面要素所具有的屬性被疊加的要素層面必須是基于相同坐標(biāo)系統(tǒng)的，基準(zhǔn)面相同的、同一區(qū)域的數(shù)據(jù)疊置分析是在統(tǒng)一空間坐標(biāo)系統(tǒng)下，將同一地區(qū)的兩個(gè)或兩個(gè)以上地理要素圖層進(jìn)行疊置，以產(chǎn)生空間區(qū)域的多重屬性特征的分析方法。把兩幅或多幅地圖進(jìn)行疊加以生成新的地圖的操作相同的空間尺度只能同時(shí)疊加兩幅地圖，但可連續(xù)操作疊加的結(jié)果：幾何形狀改變屬性改變疊置分析疊置分析矢量數(shù)據(jù)疊置分析柵格數(shù)據(jù)疊置分析點(diǎn)與多邊形疊置分析線與多邊形疊置分析多邊形疊置分析……布爾邏輯運(yùn)算數(shù)學(xué)運(yùn)算復(fù)合法圖8.1疊置分析結(jié)構(gòu)框架重分類8.1.1矢量數(shù)據(jù)的疊置分析點(diǎn)與多邊形疊置：是指一個(gè)點(diǎn)圖層與一個(gè)多邊形圖層相疊，疊置分析的結(jié)果往往是將其中一個(gè)圖層的屬性信息注入到另一個(gè)圖層中，然后更新得到的數(shù)據(jù)圖層；基于新數(shù)據(jù)圖層，通過(guò)屬性直接獲得點(diǎn)與多邊形疊加所需要的信息。步驟：計(jì)算多邊形對(duì)點(diǎn)的包含關(guān)系進(jìn)行屬性信息處理點(diǎn)與多邊形疊置可以查詢每個(gè)多邊形里有多少個(gè)點(diǎn)，以及落入各多邊形內(nèi)部的點(diǎn)的屬性信

輸出地圖包含輸入地圖相同的點(diǎn)要素，但點(diǎn)的屬性已為其落入的多邊形的屬性

線與多邊形疊置：指一個(gè)線圖層與一個(gè)多邊形圖層相疊，疊置結(jié)果通常是將多邊形層的屬性注入另一個(gè)圖層中，然后更新得到的數(shù)據(jù)圖層；基于新數(shù)據(jù)圖層，通過(guò)屬性直接獲得線與多邊形疊加所需要的信息。

多邊形疊置：將兩個(gè)或多個(gè)多邊形圖層進(jìn)行疊加，產(chǎn)生一個(gè)新的多邊形圖層。新圖層的多邊形是原來(lái)各圖層多邊形相交分割的結(jié)果，每個(gè)多邊形的屬性含有原圖層各個(gè)多邊形的所有屬性數(shù)據(jù)

8.1.2柵格數(shù)據(jù)的疊置分析在柵格數(shù)據(jù)內(nèi)部，疊加運(yùn)算是通過(guò)像元之間的各種運(yùn)算來(lái)實(shí)現(xiàn)的。設(shè)x1，x2，x3，分別表示第1層至第n層上同一坐標(biāo)屬性值，f函數(shù)表示各層上屬性與用戶需求之間的關(guān)系，E為疊置后屬性輸出層的屬性值，則疊加操作的輸出結(jié)果可能是：①各層屬性數(shù)據(jù)的算術(shù)運(yùn)算結(jié)果；②各層屬性數(shù)據(jù)的極值；③邏輯條件組合；④其他模型運(yùn)算結(jié)果。同矢量數(shù)據(jù)多邊形疊置分析相比，柵格數(shù)據(jù)的更易處理，簡(jiǎn)單而有效，不存在破碎多邊形的問題等優(yōu)點(diǎn)，使得柵格數(shù)據(jù)的疊置分析在各類領(lǐng)域應(yīng)用極為廣泛。

布爾邏輯運(yùn)算重分類

對(duì)原來(lái)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。重分類時(shí)必須保證多個(gè)相鄰接的同一類別的圖形單元應(yīng)獲得相同的名稱，并將圖形單元合并，從而形成新的圖形單元

數(shù)學(xué)運(yùn)算復(fù)合法------算術(shù)運(yùn)算

數(shù)學(xué)運(yùn)算復(fù)合法------函數(shù)運(yùn)算8.2緩沖區(qū)分析8.2緩沖區(qū)分析緩沖區(qū)分析是研究根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)的點(diǎn)、線、面實(shí)體，自動(dòng)建立其周圍一定寬度范圍內(nèi)的緩沖區(qū)多邊形實(shí)體，從而實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)在水平方向得以擴(kuò)展的信息分析方法?；揪彌_區(qū)類別

基本緩沖區(qū)類別基本緩沖區(qū)類別緩沖區(qū)的變形緩沖距離不一定為常數(shù)

主流用200米，支流用100米可形成緩沖環(huán)核電站：5km,10km,20km,50km單側(cè)緩沖區(qū)單個(gè)緩沖區(qū)與完整緩沖區(qū)緩沖區(qū)的變異緩沖區(qū)的建立對(duì)點(diǎn)狀要素直接以其為圓心，以要求的緩沖區(qū)距離大小為半徑繪圓，所包容的區(qū)域即為所要求區(qū)域，對(duì)點(diǎn)狀要素因?yàn)槭窃谝痪S區(qū)域里所以較為簡(jiǎn)單；而線狀要素和面狀要素則比較復(fù)雜，它們緩沖區(qū)的建立是以線狀要素或面狀要素的邊線為參考線，來(lái)做其平行線，并考慮其端點(diǎn)處建立的原則，即可建立緩沖區(qū)角平分線法和凸角圓弧法

8.3窗口分析窗口分析是指對(duì)于柵格數(shù)據(jù)系統(tǒng)中的一個(gè)、多個(gè)柵格點(diǎn)或全部數(shù)據(jù)，開辟一個(gè)有固定分析半徑的分析窗口，并在該窗口內(nèi)進(jìn)行諸如極值、均值等一系列統(tǒng)計(jì)計(jì)算，或與其它層面的信息進(jìn)行必要的復(fù)合分析，從而實(shí)現(xiàn)柵格數(shù)據(jù)有效的水平方向擴(kuò)展分析窗口分析中的三個(gè)要素：中心點(diǎn)，在單個(gè)窗口中的中心點(diǎn)可能就是一個(gè)柵格點(diǎn)，或者是分析窗口的最中間的柵格點(diǎn)，窗口分析運(yùn)算后的數(shù)值賦予它。分析窗口大小與類型，依據(jù)的單個(gè)窗口中的柵格分布狀況，如平滑運(yùn)算的3×3矩形窗口，扇形窗口等。運(yùn)算方式，圖層根據(jù)窗口分析類型運(yùn)算，依據(jù)不同的運(yùn)算方式獲得新的圖層，如DEM提取坡度、坡向運(yùn)算。分析窗口的類型窗口分析的類型窗口分析的類型追蹤分析8.4網(wǎng)絡(luò)分析網(wǎng)絡(luò)分析是通過(guò)模擬、分析網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)以及資源在網(wǎng)絡(luò)上的流動(dòng)和分配等，研究網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、流動(dòng)效率及網(wǎng)絡(luò)資源等的優(yōu)化問題的領(lǐng)域網(wǎng)絡(luò)組成和屬性網(wǎng)絡(luò)的建立網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用柵格數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)分析網(wǎng)絡(luò)組成和屬性網(wǎng)絡(luò)是現(xiàn)實(shí)世界中，由鏈和結(jié)點(diǎn)組成的、帶有環(huán)路、并伴隨著一系列支配網(wǎng)絡(luò)中流動(dòng)之約束條件的線網(wǎng)圖形

線狀要素——鏈網(wǎng)絡(luò)中流動(dòng)的管線，是構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)的骨架，也是資源或通信聯(lián)絡(luò)的通道，包括有形物體如街道，河流，水管，電纜線等，無(wú)形物體如無(wú)線電通訊網(wǎng)絡(luò)等，其狀態(tài)屬性包括阻力和需求。點(diǎn)狀要素①障礙，禁止網(wǎng)絡(luò)中鏈上流動(dòng)的，或?qū)Y源或通信聯(lián)絡(luò)起阻斷作用的點(diǎn)；②拐角點(diǎn)，出現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)鏈中所有的分割結(jié)點(diǎn)上狀態(tài)屬性的阻力，如拐彎的時(shí)間和限制（如不允許左拐）；③結(jié)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)鏈與網(wǎng)絡(luò)鏈之間的連接點(diǎn)，位于網(wǎng)絡(luò)鏈的兩端，如車站、港口、電站等，其狀態(tài)屬性包括阻力和需求；④中心，是接受或分配資源的位置，如水庫(kù)，商業(yè)中心、電站等。其狀態(tài)屬性包括資源容量，如總的資源量，阻力限額，如中心與鏈之間的最大距離或時(shí)間限制；⑤站點(diǎn)，在路徑選擇中資源增減的站點(diǎn)，如庫(kù)房、汽車站等其狀態(tài)屬性有要被運(yùn)輸?shù)馁Y源需求，如產(chǎn)品數(shù)。網(wǎng)絡(luò)中的屬性阻強(qiáng)指資源在網(wǎng)絡(luò)流動(dòng)中的阻力大小

資源容量網(wǎng)絡(luò)中心為了滿足各鏈的需求，能夠容納或提供的資源總數(shù)量，也指從其他中心流向該中心或從該中心流向其他中心的資源總量。

資源需求量指網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中具體的線路、鏈、結(jié)點(diǎn)所能收集的或可以提供給某一中心的資源量網(wǎng)絡(luò)的建立網(wǎng)絡(luò)分析的基礎(chǔ)是網(wǎng)絡(luò)的建立，一個(gè)完整的網(wǎng)絡(luò)必須首先加入多層點(diǎn)文件和線文件，由這些文件建立一個(gè)空的空間圖形網(wǎng)絡(luò)，然后對(duì)點(diǎn)和線文件建立起拓?fù)潢P(guān)系，加入其各個(gè)網(wǎng)絡(luò)屬性特征值

網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用路徑分析資源分配最佳選址地址匹配路徑分析靜態(tài)最佳路徑：由用戶確定權(quán)值關(guān)系后，即給定每條弧段的屬性，當(dāng)需求最佳路徑時(shí)，讀出路徑的相關(guān)屬性，求最佳路徑。動(dòng)態(tài)分段技術(shù)：給定一條路徑由多段聯(lián)系組成，要求標(biāo)注出這條路上的公里點(diǎn)或要求定位某一公路上的某一點(diǎn)，標(biāo)注出某條路上從某公里數(shù)到另一公里數(shù)的路段。N條最佳路徑分析：確定起點(diǎn)、終點(diǎn)，求代價(jià)較小的幾條路徑，因?yàn)樵趯?shí)踐中往往僅求出最佳路徑并不能滿足要求，可能因?yàn)槟撤N因素不走最佳路徑，而走近似最佳路徑。最短路徑：確定起點(diǎn)、終點(diǎn)和所要經(jīng)過(guò)的中間點(diǎn)、中間連線，求最短路徑。動(dòng)態(tài)最佳路徑分析：實(shí)際網(wǎng)絡(luò)分析中，權(quán)值是隨著權(quán)值關(guān)系式變化的

資源分配資源分配主要是優(yōu)化配置網(wǎng)絡(luò)資源的問題資源分配的目的是對(duì)若干服務(wù)中心，進(jìn)行優(yōu)化劃定每個(gè)中心的服務(wù)范圍，把所有連通鏈都分配到某一中心，并把中心的資源分配給這些鏈以滿足其需求，也即要滿足覆蓋范圍和服務(wù)對(duì)象數(shù)量，篩選出最佳布局和布局中心的位置。資源分配網(wǎng)絡(luò)模型由中心點(diǎn)(分配中心)及其狀態(tài)屬性和網(wǎng)絡(luò)組成。分配有兩種方式，一種是由分配中心向四周輸出，另一種是由四周向中心集中。這種分配功能可以解決資源的有效流動(dòng)和合理分配。具體來(lái)說(shuō)，資源分配是根據(jù)中心容量以及網(wǎng)線和節(jié)點(diǎn)的需求，并依據(jù)阻強(qiáng)大小，將網(wǎng)線和節(jié)點(diǎn)分配給中心，分配是沿著最佳路徑進(jìn)行的。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)元素被分配給某個(gè)中心點(diǎn)時(shí)，該中心擁有的資源量就依據(jù)網(wǎng)絡(luò)元素的需求而縮減，中心資源耗盡，分配亦停止。最佳選址選址功能是指在一定約束條件下、在某一指定區(qū)域內(nèi)選擇設(shè)施的最佳位置，它本質(zhì)上是資源分配分析的延伸服務(wù)中心選址的步驟具體如下：對(duì)若干候選地點(diǎn)或方案進(jìn)行資源分配分析。將待規(guī)劃建設(shè)的服務(wù)中心與現(xiàn)有的中心合在一起進(jìn)行資源分配分析，劃分服務(wù)區(qū)，進(jìn)行不同方案的顯示。對(duì)每種選址方案的資源分配或服務(wù)區(qū)劃分結(jié)果，計(jì)算這些方案中所有參與運(yùn)行的鏈的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行花費(fèi)的總和或平均值。比較各種方案，選擇上述花費(fèi)的總和或平均值為最小的方案即滿足約束條件的最佳地址的選擇。地址匹配地址匹配實(shí)質(zhì)是對(duì)地理位置的查詢它涉及到地址的編碼。地址匹配與其它網(wǎng)絡(luò)分析功能結(jié)合起來(lái)，可以滿足實(shí)際工作中非常復(fù)雜的分析要求。所需輸入的數(shù)據(jù)，包括地址表和含地址范圍的街道網(wǎng)絡(luò)及待查詢地址的屬性值。

第九章、數(shù)字高程模型DEM的基本概念DEM：DigitalElevationModel，數(shù)字高程模型，指通過(guò)有限的地形高程數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)地形曲面的數(shù)字化模擬，它是對(duì)二維地理空間上具有連續(xù)變化特征地理現(xiàn)象的模型化表達(dá)和過(guò)程模擬。DEM：數(shù)學(xué)意義上的數(shù)字高程模型是定義在二維空間上的連續(xù)函數(shù)數(shù)字地形分析的基本概念數(shù)字地形分析，DigitalTerrainAnalysis，DTA：指在數(shù)字高程模型上進(jìn)行地形屬性計(jì)算和特