第五章空間分析原理與方法

第五章空間分析原理與方法資環(huán)院

空間分析是綜合分析空間數(shù)據(jù)的技術(shù)的通稱。空間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(gè)地理數(shù)據(jù)的應(yīng)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(gè)顯著標(biāo)志。一、空間分析的意義

空間分析是GIS的重要功能之一，是GIS區(qū)別于其它類型系統(tǒng)的一個(gè)最主要的功能特征。二、空間分析的定義

空間分析是基于空間數(shù)據(jù)的分析技術(shù)，它是以地球科學(xué)原理為依托，通過(guò)分析算法，從空間數(shù)據(jù)中獲取有關(guān)地理對(duì)象的空間位置、空間形態(tài)、空間構(gòu)成、空間演變等信息?？臻g分析的對(duì)象一系列跟空間位置有關(guān)的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)包括空間坐標(biāo)和專業(yè)屬性兩部分。其中空間坐標(biāo)用于實(shí)體的空間位置和幾何形態(tài)，專業(yè)屬性則是實(shí)體某一方面的性質(zhì)?？臻g分析的根本目的通過(guò)對(duì)空間數(shù)據(jù)的深加工，獲取新的地理信息?？臻g分析的主要內(nèi)容空間位置：借助于空間坐標(biāo)系傳遞空間對(duì)象的定位信息，是空間對(duì)象表述的研究基礎(chǔ)，即投影與轉(zhuǎn)換理論?？臻g分布：同類空間對(duì)象的群體定位信息，包括分布、趨勢(shì)、對(duì)比等內(nèi)容。空間形態(tài)：空間對(duì)象的幾何形態(tài)?？臻g距離：空間物體的接近程度?？臻g關(guān)系：空間對(duì)象的相關(guān)關(guān)系，包括拓?fù)?、方位、相似、相關(guān)等?？臻g演變：空間對(duì)象的空間變化按空間數(shù)據(jù)的形式分為矢量數(shù)據(jù)空間分析：矢量疊合分析、矢量鄰近性分析、網(wǎng)絡(luò)分析等等；柵格數(shù)據(jù)空間分析：柵格疊合分析（地圖代數(shù)）、柵格鄰近性分析、柵格統(tǒng)計(jì)分析等等；按Goodchild提出的空間分析框架分為：查詢式分析：空間集合分析和空間數(shù)據(jù)查詢等，旨在回答用戶所提出的問(wèn)題。產(chǎn)生式分析：數(shù)字地形模型分析，疊合分析，空間臨近性分析、空間網(wǎng)絡(luò)分析，空間統(tǒng)計(jì)分析等，旨在通過(guò)分析獲取新的信息，尤其是綜合信息。三、空間分析的類型

1.建立分析的目的和標(biāo)準(zhǔn)

2.準(zhǔn)備空間操作的數(shù)據(jù)

3.進(jìn)行空間分析操作

4.結(jié)合分析的目的和任務(wù)，對(duì)獲得的新空間數(shù)據(jù)進(jìn)行分析

5.結(jié)果評(píng)價(jià)和解釋

6.產(chǎn)生最終的結(jié)果圖和報(bào)表

四、空間分析的步驟主要內(nèi)容第1節(jié)數(shù)字地形模型分析第2節(jié)空間疊合分析第5節(jié)空間統(tǒng)計(jì)分析第4節(jié)空間網(wǎng)絡(luò)分析本章重點(diǎn)：GIS空間分析內(nèi)容及其算法第3節(jié)空間鄰近度分析第一節(jié)數(shù)字地形模型分析

數(shù)字地形模型（DTM）是20世紀(jì)50年代由美國(guó)MIT攝影測(cè)量試驗(yàn)室主任米勒（C.L.MILLER）首次提出，并用其成功地解決了道路工程中土方估算等問(wèn)題。此后它被用于各種線路選線（鐵路、公路、輸電線等）的設(shè)計(jì)以及各種工程的面積、體積、坡度計(jì)算，任意兩點(diǎn)間的通視判斷即任意斷面圖繪制。一、數(shù)字高程模型的概念

數(shù)字地形模型DTM（DigitalTerrainModels）是地形起伏的數(shù)字表達(dá)，它由對(duì)地形表面取樣所得到的一組點(diǎn)的x、y、z坐標(biāo)數(shù)據(jù)和一套對(duì)地面提供連續(xù)的描述的算法組成。簡(jiǎn)單地說(shuō)，數(shù)字地面模型是按一定結(jié)構(gòu)組織在一起的數(shù)據(jù)組，它代表著地形特征的空間分布。DEM

數(shù)字地形模型中地形屬性為高程時(shí)稱為數(shù)字高程模型（DEM），是高程關(guān)于平面坐標(biāo)自變量的連續(xù)函數(shù)的一個(gè)有限的離散表示。

DEM是各種地球科學(xué)分析、工程設(shè)計(jì)和輔助決策的重要基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)，有著廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。二、DTM的形式規(guī)則格網(wǎng)（Grid）不規(guī)則三角網(wǎng)（TIN）數(shù)字等高線1.規(guī)則格網(wǎng)即二維區(qū)域上的一個(gè)矩陣，以離散分布的平面點(diǎn)模擬連續(xù)分布的地形。這種按平面上等距離規(guī)則采樣，或內(nèi)插所建立的DTM，稱為基于柵格的數(shù)字地形模型，表示方法為：其中Z為地面屬性數(shù)據(jù)，由此可分為：①數(shù)字高程模型DEM：Z為高程值②派生的地形模型：

由DEM數(shù)據(jù)直接或間接導(dǎo)出DEM數(shù)據(jù)優(yōu)點(diǎn)：可以很容易地用計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，它有利于內(nèi)插等高線，計(jì)算坡度、坡向，自動(dòng)提取流域地形，使得它成為DEM最廣泛使用的格式。缺點(diǎn)：地形簡(jiǎn)單的地區(qū)存在大量冗余數(shù)據(jù)；如不改變格網(wǎng)大小，則無(wú)法適用于起伏復(fù)雜程度不同的地區(qū)；由于格網(wǎng)過(guò)于粗略，不能精確表示地形的關(guān)鍵特征，如山峰、洼地、山脊、山谷線等。

2.不規(guī)則三角網(wǎng)（TIN）模型由不規(guī)則分布的數(shù)據(jù)點(diǎn)，按照優(yōu)化組合的原則，將這些離散點(diǎn)連接成一連續(xù)三角面，采用此不規(guī)則三角面來(lái)逼近地形表面，三角面的形狀和大小取決于不規(guī)則分布的觀測(cè)點(diǎn)或地形特征點(diǎn)的密度和位置。優(yōu)點(diǎn)：可根據(jù)地形的復(fù)雜程度來(lái)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。不規(guī)則三角網(wǎng)模型（TIN模型）規(guī)則格網(wǎng)不規(guī)則三角網(wǎng)3.等高線模型每一條等高線對(duì)應(yīng)一個(gè)已知的高程值，這樣一系列等高線集合和它們的高程值一起就構(gòu)成了一種地面高程模型。一、地形因子計(jì)算

地形因子包括地形坡度、坡向、曲面面積、地表粗糙度、高程變異，以及谷脊特征等與地形有關(guān)的信息，均可以通過(guò)對(duì)DEM的計(jì)算來(lái)獲取。

1.坡度、坡向的計(jì)算

坡度：地表單元的法向與Z軸的夾角，即水平面與局部地表面平面的夾角。坡向：地表單元的法向量在水平面上的投影與y軸之間的夾角，即最大高程變化率所在方向。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。地表單元坡度和坡向示意圖

坡向圖是坡向的類別顯示圖，斜坡的傾斜方向可取方位角0o～360o中的任意方向。坡向一般分為9類：東、南、西、北、東北、西北、東南、西南和平地。在實(shí)際應(yīng)用中，可以綜合為四種坡向，即平緩坡、陽(yáng)坡、半陽(yáng)坡和陰坡，分別用1、2、3和4表示。如圖所示。坡向的綜合表示GridDEM上制作坡度、坡向圖

在DEM上計(jì)算坡度和坡向，就是利用DEM規(guī)則格網(wǎng)上高程數(shù)值，來(lái)計(jì)算出每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)或格網(wǎng)單元的坡度和坡向數(shù)值，生成柵格形式的坡度和坡向數(shù)據(jù)，可以說(shuō)坡度和坡向數(shù)據(jù)是有DEM派生出來(lái)的DTM數(shù)據(jù)。

計(jì)算坡度和坡向算法比較多，通常有計(jì)算平均坡度的空間矢量分析法，計(jì)算最大坡度的擬合曲面法。

通常采用擬合曲面法,比如ARCGIS、ERDAS軟件都是采用的擬合曲面法計(jì)算坡度和坡向的。2.計(jì)算方法計(jì)算格網(wǎng)四個(gè)點(diǎn)的矢量計(jì)算對(duì)角線形成的矢量空間矢量分析法計(jì)算地表單元法矢量寫(xiě)成坐標(biāo)表示法為：寫(xiě)成一般式為：坡度計(jì)算具體應(yīng)用時(shí)，可根據(jù)需要對(duì)度數(shù)進(jìn)行分級(jí)，以形成坡度分析的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)需要時(shí)，也可以把度數(shù)轉(zhuǎn)化為百分比。坡度百分比=高差/長(zhǎng)度×100%坡向計(jì)算法矢量在xoy平面上的投影與y軸的夾角，即：②擬合曲面法

坡度和坡向的計(jì)算一般采用擬合曲面法，通常在3×3個(gè)DEM格網(wǎng)窗口中計(jì)算中心格網(wǎng)點(diǎn)Z0的坡度和坡向。ee1

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e3

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3×3窗口計(jì)算點(diǎn)的坡度和坡向

坡度有兩種表示方法：度或百分比坡度坡向算法1：算法2：算法3：z5z2z6z1z0z3z8z4z7MapGIS坡度和坡向計(jì)算

MapGIS坡度圖MapGIS坡向圖ArcGIS中坡度的計(jì)算坡度計(jì)算操作對(duì)話框坡度計(jì)算按鈕ArcGIS中坡度的計(jì)算結(jié)果：坡度高程TIN表面與計(jì)算所得坡度柵格圖像在一個(gè)區(qū)域內(nèi)提取所有朝南的坡面，為房地產(chǎn)建設(shè)選址提供最佳位置。計(jì)算研究區(qū)域內(nèi)的每一點(diǎn)的太陽(yáng)光照量，從而測(cè)定每一點(diǎn)的生物量。坡向可在數(shù)字高程模型DEM或TIN數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上提取。坡度及坡向的應(yīng)用基于DEM計(jì)算坡向分布圖，坡向柵格單元中的值表示當(dāng)前柵格相對(duì)正北方向的的坡向（從0-360變化）2、曲面面積的計(jì)算

地表單元的曲面面積可用數(shù)字高程模型計(jì)算，其計(jì)算可看作是所包含各個(gè)網(wǎng)絡(luò)的表面積之和。

根據(jù)空間矢量的幾何性質(zhì)，單元曲面的面積可以用單元邊的中點(diǎn)所建立的矢量a,b確定的法矢量n的模定義。地表單元曲面面積（SI,j）可以用該單元邊的中點(diǎn)所建立的矢量及由它們所確定的法矢量的模來(lái)定義。左中點(diǎn)Pl的坐標(biāo)：右中點(diǎn)Pr的坐標(biāo)：下中點(diǎn)Pb的坐標(biāo)：上中點(diǎn)Pt的坐標(biāo)：矢量，的計(jì)算曲面面積Si,j的計(jì)算另一種計(jì)算格網(wǎng)單元表面積的方法是將格網(wǎng)單元分解為兩個(gè)三角形，分別計(jì)算各個(gè)三角形面積，三角形面積用海倫公式計(jì)算：式中：Di表示三角形邊長(zhǎng)，P為三角形周長(zhǎng)的一半。ArcGIS中計(jì)算表面積與體積

表面積與體積計(jì)算操作對(duì)話框表面積和體積計(jì)算按鈕3、地表粗糙度計(jì)算

地表粗糙度是反映地表的起伏變化與侵蝕程度的指標(biāo)，一般定義為地表單元的曲面面積與投影面積之比：

CZ=S表面積/S投影面積

顯然，這種定義對(duì)于表面光滑的斜面也可求出不同的粗糙度，這是不合適的。這里用對(duì)頂點(diǎn)連線L1與L2中點(diǎn)的距離D來(lái)表示粗糙度，如下圖所示，D值愈大，說(shuō)明單元的四個(gè)頂點(diǎn)的起伏變化也愈大。粗糙度ARCGIS計(jì)算粗糙度4、高程及變異分析高程分析包括平均高程和相對(duì)高程的計(jì)算。通常以格網(wǎng)的4個(gè)頂點(diǎn)的高程平均值定義為該格網(wǎng)單元的平均高程以格網(wǎng)的平均高程與研究區(qū)域某一最低點(diǎn)高程之差定義為該單元的相對(duì)高程高程變異高程變異是反映地表單元格網(wǎng)各頂點(diǎn)高程變化的指標(biāo)，它以格網(wǎng)單元頂點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)差與平均高程的比值來(lái)表示。

在地表的基本形態(tài)中，山谷和山脊是常見(jiàn)的兩種主要形態(tài)。它在區(qū)域地形研究和制圖綜合中具有重要的意義。利用數(shù)字高程模型可對(duì)谷脊特征作概略分析。

二、谷脊特征分析1.谷點(diǎn)和脊點(diǎn)的判定谷點(diǎn)是地勢(shì)相對(duì)最低的點(diǎn)集，脊點(diǎn)為地勢(shì)相對(duì)最高的點(diǎn)集如圖7－11所示，要判定高程為Z網(wǎng)格的形態(tài)特征，按照以下判別式可直接提取谷點(diǎn)和脊點(diǎn)。

如果（Zi,j-1―Zi,j

)（Zi,j+1―Zi,j)>0

當(dāng)Zi,j+1>

Zi,j)時(shí)，則P(i,j)=―1………①

當(dāng)Zi,j+1<Zi,j)時(shí)，則P(i,j)=1………②

如果（Zi-1,j―Zi,j)（Zi+1,j―Zi,j)>0j

當(dāng)Zi+1,j>

Zi,j時(shí)，則P(i,j)=―1………③

當(dāng)Zi+1,j<

Zi,j時(shí)，則P(i,j)=1…

…

…④

如果①和④或②和③同時(shí)成立,則P(i,j)=2

如果以上條件均不成立,則P(i,j)=0Zi,j

Zi+1,j

Zi-1,j

Zi,j-1

Zi,j+1

P(i,j)=-1表示谷點(diǎn)

1表示脊點(diǎn)2表示鞍點(diǎn)0表示其它點(diǎn)也可以參照書(shū)上的判斷條件進(jìn)行判別。這種判定只能提供概略的結(jié)果。當(dāng)需對(duì)谷脊特征作較精確分析時(shí)，應(yīng)由曲面擬合法建立地表單元的曲面方程，然后通過(guò)確定曲面上各插值點(diǎn)的極小值和極大值，以及當(dāng)插值點(diǎn)在兩個(gè)相互垂直的方向上分別為極大值或極小值時(shí)，可確定出谷點(diǎn)、脊點(diǎn)或鞍點(diǎn)。判別出谷點(diǎn)和脊點(diǎn)，可計(jì)算：溝谷總長(zhǎng)度：地表單元內(nèi)所有谷點(diǎn)在單元域內(nèi)的延伸長(zhǎng)度累加。溝谷密度：溝谷總長(zhǎng)度與地表單元面積之比。溝谷深度：地表單元內(nèi)幾個(gè)谷點(diǎn)的切割深度的均值，它以地表單元谷點(diǎn)與最近脊點(diǎn)的平均高差來(lái)確定。MapGIS溝脊值提取溝脊特征值A(chǔ)RCGIS溝脊點(diǎn)提取2.溝谷密度分析

溝谷密度是表征地面破碎程度的一種指標(biāo),它是溝谷總長(zhǎng)度(∑L)與地表單元總面積(∑A)之比。提取谷點(diǎn)和脊點(diǎn),將地表單元內(nèi)所有谷點(diǎn)在單元區(qū)域內(nèi)的延伸長(zhǎng)度累加,便獲得單元的溝谷長(zhǎng)度。溝谷密度為:3.切割深度分析

地表單元的谷點(diǎn)與最近脊點(diǎn)的平均高差為谷點(diǎn)的切割深度,區(qū)域平均切割深度為若干谷點(diǎn)切割深度的平均值。式中為距該谷點(diǎn)最近的脊點(diǎn)的平均高程值，為谷點(diǎn)高程。

地形剖面可以概括而直觀地研究區(qū)域的地勢(shì)、地質(zhì)和水文特征，也可以與其他地理變量相疊加，提供農(nóng)業(yè)生產(chǎn)布局的立體背影分析、土地利用規(guī)劃以及工程選址選線等的參考依據(jù)。從DEM可以很方便地制作任一方向上的地形剖面圖。三、地形剖面分析

只要知道所繪剖面線在數(shù)字高程模型中的起點(diǎn)位置和終點(diǎn)位置，就可以惟一地確定這條剖面線與DEM網(wǎng)格各個(gè)交點(diǎn)的平面位置及其高程，根據(jù)選定的垂直比例尺和水平比例尺，就能自動(dòng)繪出所需要的剖面圖?？捎锰菪畏?、辛普森法來(lái)計(jì)算剖面面積。當(dāng)兩個(gè)剖面面積相互平行時(shí)，可用類似的方法計(jì)算該兩個(gè)剖面之間所夾的體積。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。MapGIS剖面圖四、通視分析通視分析是利用DEM判斷地形上任意兩點(diǎn)間是否可以相互可見(jiàn)的技術(shù)方法?？梢杂糜诩茉O(shè)通信基站的工程設(shè)計(jì)、旅游景點(diǎn)規(guī)劃等應(yīng)用領(lǐng)域。通視分析的實(shí)現(xiàn)可以借助地形剖面線完成。在任意兩點(diǎn)間先生成一條剖面線，再在兩點(diǎn)間形成一條直線，判斷直線與剖面線是否有交點(diǎn)，若有交點(diǎn)則兩點(diǎn)不能通視；若沒(méi)有交點(diǎn)，再判斷兩點(diǎn)高程是否高于剖面線高程，以此判斷兩點(diǎn)是否通視。AB通視分析示意圖視線通視分析判斷任意兩點(diǎn)間能否通視。視域通視分析從任意點(diǎn)出發(fā)，判斷整個(gè)區(qū)域內(nèi)所有其他點(diǎn)的通視狀況。0代表不可見(jiàn)區(qū)域，1代表可見(jiàn)區(qū)域。觀察點(diǎn)不通視通視雷達(dá)盲區(qū)飛行可視域的三維顯示MapGIS可視分析MapGIS可視域分析

疊置（疊加、疊合）分析是GIS最常用的提取空間信息的手段之一。第二節(jié)空間疊合分析GIS的疊合分析是將有關(guān)專題層組成的數(shù)據(jù)層面，進(jìn)行疊加產(chǎn)生一個(gè)新數(shù)據(jù)層面的操作，其結(jié)果綜合了原來(lái)兩層或多層要素所具有的屬性。

疊合分析不僅包含空間關(guān)系的比較，還包括屬性關(guān)系的比較。

（1）從疊置條件上分 條件疊置 無(wú)條件疊置 （2）從數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上分 矢量疊置分析 柵格疊置分析以特定的邏輯、算術(shù)表達(dá)式為條件，對(duì)兩組或兩組以上的圖件中相關(guān)要素進(jìn)行疊置。也稱全疊置，將同一地區(qū)、同一比例尺的兩圖層或多圖層進(jìn)行疊合，得到該地區(qū)多因素組成的新分區(qū)圖。用來(lái)求解兩層或兩層以上矢量數(shù)據(jù)的某種集合，實(shí)現(xiàn)拓?fù)浏B置，得到新的空間特性和屬性關(guān)系。用來(lái)求解兩層或兩層以上柵格數(shù)據(jù)的某種集合，得到的是新的柵格屬性。疊合分析類型

疊合分析是指在統(tǒng)一空間參照系統(tǒng)條件下，把兩層或兩層以上的專題要素圖層進(jìn)行疊置，以產(chǎn)生空間區(qū)域的多重屬性特征，或建立地理要素之間的空間對(duì)應(yīng)關(guān)系。矢量數(shù)據(jù)的疊置分析（1）合成疊置（2）統(tǒng)計(jì)疊置

ABC空間疊合分析概念

空間疊合分析根據(jù)疊合對(duì)象圖形特征的不同，分為點(diǎn)與多邊形的疊置、線與多邊形的疊置、多邊形與多邊形的疊置三種類型。

點(diǎn)與多邊形的疊加是確定一圖層上的點(diǎn)落在另一圖層的哪個(gè)多邊形內(nèi)，以便為圖層的每個(gè)點(diǎn)建立屬性。

點(diǎn)與多邊形疊加，實(shí)際上是計(jì)算多邊形對(duì)點(diǎn)的包含關(guān)系通常不直接產(chǎn)生新數(shù)據(jù)層面，只是把屬性信息疊加到原圖層中，然后通過(guò)屬性查詢間接獲得點(diǎn)與多邊形疊加的需要信息。

1.點(diǎn)與多邊形疊置點(diǎn)與多邊形疊置分析（據(jù)黃杏元等，2001年）

看看某行政區(qū)劃內(nèi)有多少個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)？

線與多邊形的疊置是確定一圖層上的弧段落在另一圖層的哪個(gè)多邊形內(nèi)，以便為圖層的每條弧段建立新的屬性。 計(jì)算過(guò)程通常是計(jì)算線與多邊形的交點(diǎn)，只要相交，就產(chǎn)生一個(gè)結(jié)點(diǎn)，將原線打斷成多條弧段，并將原線和多邊形的屬性信息一起賦給新弧段。2.線與多邊形疊置線與多邊形疊置分析（據(jù)黃杏元等，2001年）線與多邊形疊加的例子Arcview中線與多邊形疊加線圖層面圖層疊加圖層路網(wǎng)密度？——疊加！各種道路長(zhǎng)=830KM區(qū)域面積=2797KM2結(jié)果？

多邊形與多邊形疊置分析是將兩個(gè)或兩個(gè)以上多邊形圖層進(jìn)行疊加產(chǎn)生一個(gè)新的多邊形圖層的操作，其結(jié)果將原來(lái)多邊形要素分割成新多邊形，新多邊形要素綜合了原來(lái)所有疊置圖層的屬性，用于解決地理變量的多準(zhǔn)則分析、區(qū)域多重屬性的模擬分析、地理特征的動(dòng)態(tài)變化分析，以及區(qū)域信息提取等。3.多邊形與多邊形疊合分析

多邊形的疊合分析基本的步驟

（1）對(duì)原始多邊形數(shù)據(jù)形成拓?fù)潢P(guān)系； （2）多層多邊形數(shù)據(jù)的空間疊置，形成新的 層； （3）對(duì)新層中的多邊形重新進(jìn)行拓?fù)浣M建； （4）剔除多余的多邊形，提取感興趣的部 分。多邊形疊加多邊形疊加將兩個(gè)或多個(gè)多邊形圖層進(jìn)行疊加產(chǎn)生一個(gè)新多邊形圖層的操作，其結(jié)果將原來(lái)多邊形要素分割成新要素，新要素綜合了原來(lái)兩層或多層的屬性。

以arcinfo為例，分析多邊形的疊加（1）Union

進(jìn)行多邊形疊合，輸出層為保留原來(lái)兩個(gè)輸入圖層的所有多邊形。(2)Intersect

進(jìn)行多邊形疊合，輸出層為保留原來(lái)兩個(gè)輸入圖層的共同多邊形。

（3）Identity

進(jìn)行多邊形疊合，輸出層為保留以其中一輸入圖層為控制邊界之內(nèi)的所有多邊形。

(4)Erase

進(jìn)行多邊形疊合，輸出層為保留以其中一輸入圖層為控制邊界之外的所有多邊形。

(5)Update

進(jìn)行多邊形疊合，輸出層為一個(gè)經(jīng)刪除處理后的圖層與一個(gè)新特征圖層進(jìn)行合并后的結(jié)果。(6)Clip

進(jìn)行多邊形疊合，輸出層為按一個(gè)圖層的邊界，對(duì)另一個(gè)圖層的內(nèi)容要素進(jìn)行截取后的結(jié)果。

柵格數(shù)據(jù)的疊置是一個(gè)比較簡(jiǎn)單的過(guò)程，層間疊置可通過(guò)像元之間的各種運(yùn)算來(lái)實(shí)現(xiàn)。柵格數(shù)據(jù)疊合分析的條件是兩個(gè)或者多個(gè)相同地區(qū)的相同行列數(shù)的柵格數(shù)據(jù)，柵格單元的大小也應(yīng)該相同?；跂鸥駭?shù)據(jù)的疊合分析1)算術(shù)運(yùn)算指兩層以上的對(duì)應(yīng)網(wǎng)格值經(jīng)加、減運(yùn)算，而得到新的柵格數(shù)據(jù)系統(tǒng)的方法。

柵格數(shù)據(jù)的算術(shù)運(yùn)算2)函數(shù)運(yùn)算指兩個(gè)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(jìn)行逐網(wǎng)格運(yùn)算，從而得到新的柵格數(shù)據(jù)系統(tǒng)的過(guò)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(píng)價(jià)、遙感數(shù)字圖像處理等領(lǐng)域中。3統(tǒng)計(jì)運(yùn)算主要利用統(tǒng)計(jì)函數(shù)：最大值、最小值、平均值等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)運(yùn)算。

柵格疊合分析示例 土地利用地形坡度人口密度交通便利度得分得分得分得分方面1方面2方面3方面4自然保護(hù)區(qū)組合適宜性ArcMap中柵格數(shù)據(jù)計(jì)算器柵格代數(shù)運(yùn)算利用土壤侵蝕通用方程式計(jì)算土壤侵蝕量時(shí)，就可利用多層面柵格數(shù)據(jù)的函數(shù)運(yùn)算復(fù)合分析法進(jìn)行自動(dòng)處理。一個(gè)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(zhǎng)（L）、土壤抗蝕性(SR)等因素的函數(shù)?？蓪?xiě)成E＝F(R，C，S，L，SR…)土壤侵蝕多因子函數(shù)運(yùn)算復(fù)合分析示意圖

柵格疊加分析實(shí)例疊加分析應(yīng)用實(shí)例

洪水淹沒(méi)損失分析分析目的和評(píng)價(jià)準(zhǔn)則：1）估計(jì)住宅用地被洪水淹設(shè)而造成的損失；2）洪水水位的相對(duì)高程為500米；3）損失的大小和居民的財(cái)產(chǎn)、地基的穩(wěn)定性有關(guān)；獲取數(shù)據(jù)：1）數(shù)字化的地塊多邊形地圖。每個(gè)地塊均有土地使用、可遭損失的財(cái)產(chǎn)狀況（簡(jiǎn)稱估計(jì)財(cái)產(chǎn)）、不同地基類型等屬性。2）地塊多邊形屬性表中有地均財(cái)產(chǎn)這一項(xiàng)，地均財(cái)產(chǎn)=估計(jì)財(cái)產(chǎn)/地塊面積。3）對(duì)每一類地基，可估計(jì)其穩(wěn)定性，并估計(jì)房屋倒坍的可能性，稱損失系數(shù)（見(jiàn)表）4）數(shù)字化的等高線地形圖?？臻g分析過(guò)程將地塊多邊形和高程多邊形疊合，產(chǎn)生地塊—高程多邊形地圖和對(duì)應(yīng)的屬性表。在地塊—高程屬性表中選擇高程小于等于500，土地使用性質(zhì)為住宅（R1、R2）的記錄和地基—損失系數(shù)對(duì)照表連接，獲得新的地塊—高程屬性表。估計(jì)損失=面積×地均財(cái)產(chǎn)×損失系數(shù)。從表可知，當(dāng)洪水淹沒(méi)了500米以下的地區(qū)時(shí)，每個(gè)地塊財(cái)產(chǎn)的大致?lián)p失狀況。對(duì)地塊——高程圖按對(duì)應(yīng)屬性進(jìn)行分類，得到洪水淹沒(méi)損失分布圖。地塊多邊形圖地塊屬性表地形等高線及其組成的多邊形地形高程表疊合后地塊-高程屬性表的數(shù)據(jù)項(xiàng)（內(nèi)容略）地基類型——損失系數(shù)對(duì)照表地塊和地形疊合后的多邊形

洪水淹沒(méi)損失分布將地塊多邊形和高程多邊形疊合，產(chǎn)生地塊—高程多邊形地圖和對(duì)應(yīng)的屬性表。估計(jì)損失=面積×地均財(cái)產(chǎn)×損失系數(shù)。損失估計(jì)表從表可知，當(dāng)洪水淹沒(méi)了500米以下的地區(qū)時(shí)，每個(gè)地塊財(cái)產(chǎn)的大致?lián)p失狀況。分析結(jié)論表

第三節(jié)空間鄰近度分析鄰近度：描述了地理空間中兩個(gè)地物距離相近的程度。緩沖區(qū)：地理空間目標(biāo)的一種影響范圍或服務(wù)范圍。緩沖區(qū)分析：給定一個(gè)空間對(duì)象或集合，確定它們的鄰域，鄰域的大小由鄰域半徑R決定?？臻g鄰近度分析通常有空間緩沖區(qū)分析和voronoi多邊形分析

緩沖區(qū)就是根據(jù)點(diǎn)、線、面地理實(shí)體，建立其周圍一定寬度范圍內(nèi)的擴(kuò)展距離圖。緩沖區(qū)實(shí)際上是一個(gè)獨(dú)立的多邊形區(qū)域，它的形態(tài)和位置與原來(lái)因素有關(guān)。一、緩沖區(qū)的概念和作用 1、矢量數(shù)據(jù)緩沖區(qū)建立

1）點(diǎn)的緩沖區(qū)點(diǎn)的緩沖區(qū)的生成比較簡(jiǎn)單，是以點(diǎn)實(shí)體為圓心，以測(cè)定的距離為半徑繪圓，這個(gè)圓形區(qū)域即為緩沖區(qū)。

二、緩沖區(qū)的建立MapGIS中點(diǎn)的緩沖區(qū)分析2）線和面的緩沖區(qū)線和面的緩沖區(qū)生成，實(shí)質(zhì)上是求折線段的平行線。線緩沖區(qū)參數(shù)設(shè)置線緩沖區(qū)---矢量法2、柵格緩沖區(qū)建立基于柵格數(shù)據(jù)也可做緩沖區(qū)分析，主要要經(jīng)過(guò)兩個(gè)步驟。

1）對(duì)需要做緩沖區(qū)的柵格單元做距離擴(kuò)散；2）按照設(shè)定的緩沖區(qū)距離提取符合要求的柵格單元

三、緩沖區(qū)分析應(yīng)用實(shí)例

本例以道路拓寬中的拆遷指標(biāo)計(jì)算，說(shuō)明如何利用緩沖區(qū)分析，計(jì)算一條道路拓寬過(guò)程中的拆遷指標(biāo)。操作步驟如下： （1）明確目的和標(biāo)準(zhǔn)：目的是計(jì)算由于道路拓寬而需拆遷的建筑物的建筑面積和房產(chǎn)價(jià)值。道路拓寬標(biāo)準(zhǔn)：①道路從原有的20m拓寬到60m；②道路盡量保持直線；③部分位于拆遷區(qū)內(nèi)的10層以上的建筑不拆除。 （2）數(shù)據(jù)準(zhǔn)備：①現(xiàn)狀道路數(shù)字地圖；②區(qū)域內(nèi)建筑物分布圖及其相關(guān)信息。

（3）空間操作：①以拓寬半徑建立道路緩沖區(qū)；②將緩沖區(qū)與建筑物層數(shù)據(jù)進(jìn)行拓?fù)浏B加，形成包括部分或全部位于道路拓寬區(qū)內(nèi)建筑物信息的新圖。 （4）統(tǒng)計(jì)分析：①根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)部分落入拆遷區(qū)的10層以上高樓，從選擇組中去除，并調(diào)整局部拓寬道路邊界；②對(duì)需拆遷建筑物進(jìn)行拆遷指標(biāo)計(jì)算。 （5）結(jié)果輸出：以地圖或表格形式將分析結(jié)果輸出。一、泰森多邊形的概念和生成

設(shè)平面上有n

個(gè)互不重疊的離散數(shù)據(jù)點(diǎn)，則其中的任意一個(gè)離散數(shù)據(jù)點(diǎn)Pi都有一個(gè)臨近范圍Bi，在Bi中的任一個(gè)點(diǎn)同Pi點(diǎn)之間距離小于它同其他離散數(shù)據(jù)點(diǎn)之間距離。這里的Bi域是一個(gè)不規(guī)則多邊形，該多邊形稱為泰森多邊形。voronoi多邊形分析泰森多邊形的生成

泰森多邊形的生成是將所有相鄰離散數(shù)據(jù)點(diǎn)連成三角形，作這些三角形各邊的垂直平分線，于是每一個(gè)離散數(shù)據(jù)點(diǎn)周圍的若干條垂置平分線相交組成一個(gè)多邊形。

泰森多邊形和泰森三角形泰森多邊形泰森三角形MapGIS中泰森多邊形的生成

二、泰森多邊形的特點(diǎn)（1）每個(gè)多邊形內(nèi)含有且僅含有一個(gè)離散數(shù)據(jù)點(diǎn)。（2）若區(qū)域內(nèi)的任意一點(diǎn)K(xk,yk)位于包含離散點(diǎn)Pi(xi,yi)的多邊形內(nèi)，則K(xk,yk)到Pi(xi,yi)之間的距離總小于它到其他離散點(diǎn)Pj(xj,yj)之間距離。三、泰森多邊形分析的應(yīng)用 泰森多邊形的分析方法及構(gòu)成的多邊形和三角網(wǎng)在區(qū)域地學(xué)分析中，具有廣泛的意義。利用泰森多邊形可以確定一些商業(yè)中心、工廠或其他的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)點(diǎn)的影響范圍。 泰森多邊形分析并不只限于經(jīng)濟(jì)地理方面的應(yīng)用，還可用于近鄰關(guān)系分析，區(qū)域?qū)ｎ}現(xiàn)象的分級(jí)統(tǒng)計(jì)分析，繪制區(qū)域等值線圖等。一、網(wǎng)絡(luò)的概念和構(gòu)成

網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)由點(diǎn)和線的二元關(guān)系構(gòu)成的系統(tǒng)，通常用來(lái)描述某種資源或物質(zhì)在空間上的運(yùn)動(dòng)。第四節(jié)網(wǎng)絡(luò)分析

空間網(wǎng)絡(luò)分析的用途很廣泛，公共交通運(yùn)營(yíng)的線路選擇和緊急救援行動(dòng)線路的選擇等，與網(wǎng)絡(luò)最佳路徑選擇有關(guān)；估計(jì)排水系統(tǒng)在暴雨期間是否溢出及河流是否泛濫時(shí)，需要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)流量分析和負(fù)荷估計(jì)。

網(wǎng)絡(luò)分析的理論基礎(chǔ)是圖論，所用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為非線性圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)分析是運(yùn)籌學(xué)模型中的一個(gè)基本模型，它的根本目的是研究、籌劃一項(xiàng)網(wǎng)絡(luò)工程如何安排，并使其運(yùn)行效果最好，如一定資源的最佳分配，從一地到另一地的運(yùn)輸費(fèi)用最低等。二、網(wǎng)絡(luò)圖論（分析和解決網(wǎng)絡(luò)模型的有力工具）基礎(chǔ)1圖：是一個(gè)以抽象的形式來(lái)表達(dá)確定的事物，以及事物之間是否具備某種特定關(guān)系的數(shù)學(xué)系統(tǒng)或邏輯模型。有向圖樹(shù)V3V1V2V4V5V6V1V10V8V2V3V5V6V4V7e1e2e3e4e5e6e7e9e8e10e1e2e3e4e5e6e7e8e9e11設(shè)V是由空間中n個(gè)點(diǎn)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(diǎn)為端點(diǎn)，任意兩條線除了端點(diǎn)以外沒(méi)有其他公共點(diǎn)，那么把V與E合在一起就成為一個(gè)圖G，記作G=(V，E)。V中的每一個(gè)點(diǎn)稱為G的頂點(diǎn)，E中的每一條線稱為G的邊。網(wǎng)絡(luò)圖的定義2.圖的表示：圖形－>矩陣（鄰接矩陣）V4V3V2V1V5e1e2e4e3e5e7e6鄰接矩陣V1V2V3V5

網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)模型是真實(shí)世界中網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的抽象表示。網(wǎng)絡(luò)是有若干線性實(shí)體互連而成的一個(gè)系統(tǒng)，資源經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)來(lái)傳輸，實(shí)體間的聯(lián)系也經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)達(dá)成。構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)的基本元素主要包括： （1）結(jié)點(diǎn)；網(wǎng)絡(luò)中鏈的節(jié)點(diǎn)，如港口、車站。 （2）鏈；網(wǎng)絡(luò)中流動(dòng)的管線。 （3）障礙；禁止網(wǎng)絡(luò)中鏈上流動(dòng)的點(diǎn)。 （4）拐角； （5）中心； （6）站點(diǎn)。三、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成元素二、常見(jiàn)的網(wǎng)絡(luò)分析功能

1.路徑分析（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。（2）N條最佳路徑分析;確定起點(diǎn)或終點(diǎn)，求代價(jià)最小的N條路徑，因?yàn)樵趯?shí)踐中最佳路徑的選擇只是理想情況，由于種種因素而要選擇近似最優(yōu)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(guò)的中間點(diǎn)、中間連線，求最短路徑或最小耗費(fèi)路徑。（4）動(dòng)態(tài)最佳路徑分析。實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中權(quán)值是隨權(quán)值關(guān)系式變化的，可能還會(huì)臨時(shí)出現(xiàn)一些障礙點(diǎn)，需要?jiǎng)討B(tài)的計(jì)算最佳路徑。

2.資源分配 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。分配有兩種形式，一種是有分配中心向四周輸出；另一種是由四周向中心集中。Mapgis資源分配分析3.定位—配置分析 定位—配置分析是根據(jù)中心地理論框架，通過(guò)對(duì)供給系統(tǒng)和需求系統(tǒng)兩者空間行為相互作用的分析，來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施布局的最優(yōu)化。MapGIS定位分配分析網(wǎng)絡(luò)追蹤分析一、空間信息分類

空間信息分類方法是地理信息系統(tǒng)功 能組成的重要組成部分。與地圖上所負(fù)載 的已經(jīng)專門(mén)分類和處理的數(shù)據(jù)相比較，地 理信息系統(tǒng)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)具有原始數(shù)據(jù)的性 質(zhì)，這樣用戶就可以根據(jù)不同的使用目的 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行任意提取和分析。第五節(jié)空間信息分類與統(tǒng)計(jì)分析1.主成分分析法 地理問(wèn)題往往涉及大量的相互關(guān)聯(lián)的自然和社會(huì)要素，太多的變量，無(wú)疑增加了分析問(wèn)題的難度與復(fù)雜性。主成分分析就是把原來(lái)多個(gè)變量化為少數(shù)幾個(gè)綜合指標(biāo)的一種統(tǒng)計(jì)分析方法。它克服了變量選擇時(shí)的冗余和相關(guān)。要使這些較少的綜合指標(biāo)能夠盡量多地反映原來(lái)較多指標(biāo)的信息，那么它們的形式應(yīng)當(dāng)是原來(lái)變量指標(biāo)的線性組合，且它們之間必須是獨(dú)立的。

設(shè)有n個(gè)樣本，p個(gè)變量指標(biāo)x1，x2

，…