1、第六章 空間分析和分析模型1空間分析概述2空間數據的量算3空間數據查詢4空間疊置分析5臨域分析6空間網絡分析7地形分析及數字地形模型8空間統計分析本章重點與難點1 重點 空間數據的量算：面積計算、分布中心計算。 空間數據查詢：空間邏輯查詢、空間關系查詢。 空間疊置分析：基于矢量和柵格數據的空間疊置。 臨域分析：緩沖區分析，了解泰森多邊形分析。 空間網絡分析：了解空間網絡分析的一般方法。 地形分析及數字地形模型：DEM、常用的DTM模型. 空間統計分析:了解一般空間統計方法。2.難點 本章的難點為空間關系查詢、基于矢量數據的空間疊置、泰森多邊形分析、 DEM和常用的DTM模型。 其中理解了DEM

2、模型是空間插值得到的網格數據，在此基礎上再理解DTM模型就容易了。 為了更好的理解和掌握這些難點，采用邊講解邊通過軟件舉例演示的教學方法。6.1 空間分析概述空間分析分類：按照按照GoodchildGoodchild提出的空間分析框架，分為提出的空間分析框架，分為兩種：兩種：1. 產生式分析：產生式分析：數字地面模型、空間疊合分析、緩沖區分析、空間網絡分析、空間統計分析2. 咨詢式分析：咨詢式分析：空間集合分析、空間數據查詢6.1.1概念與內容概念與內容按分析方法來分類按分析方法來分類1. GIS系統提供的空間分析（GIS基本分析功能）主要有：查詢檢索、空間形態分析、地形分析、疊置分析、臨域分

3、析、網絡分析、圖像分析、統計分析等。2. 專用空間模型分析（擴展分析模型）根據專業需要結合利用數學模型建立的地理分析或模擬模型，正是由于該類模型的發展才推動了GIS向地理決策發展。按地理分析方法來分類按地理分析方法來分類1. 空間數據的空間特性分析：空間位置、分布、形態、關系分析2. 空間數據的非空間分析：統計分析。6.1.2 空間分析的過程空間分析的過程6.2 空間數據的基本運算2又又DNNldd)2(2面積量算面積量算16.3空間數據的查詢.3.1 空間查詢類型空間查詢類型.基于屬性的查詢基于屬性的查詢屬性圖的查詢，是一種邏輯查詢。.基于空間特征的查詢基于空間特征的查詢 空間幾何查詢：長度

4、、面積、坐標點數量等。 空間位置查詢：圖形與地理坐標配準后顯示的地理坐標。 空間關系查詢：相交、相離、鄰接、包含、通過等關系。3. 基于空間特征和屬性特征的聯合查詢基于空間特征和屬性特征的聯合查詢這種查詢條件中涉及空間特征和屬性特征，而不是將查詢結果用把空間特性和非空間（屬性）特征結合。例查長江以南（查空間中位置）、人口數大于100萬的（查屬性）與北京的距離（查空間中距離）小于2000公里的城市。.3. 空間查詢方法空間查詢方法1.基于SQL的查詢。屬性SQL語言。如 Select 所需數據項From 屬性表Where 條件表達式2.基于空間查詢語言（Spatial Query Languag

5、e）的查詢。通常需要增加空間數據類型如，點、弧段、多邊形、圖象；增加空間操作算子如一元空間操作算子、二元空間操作算子等。3.基于可視化圖形的查詢。通過空間操作圖形進行查詢，如多邊形選擇查詢、圖屬性查詢。.4 空間疊置（加、合）分析.4.1疊置分析概述 概念：兩（含）幅以上以概念：兩（含）幅以上以上的專題圖重疊在一起，上的專題圖重疊在一起，以生成新圖及其屬性。以生成新圖及其屬性。 空間數據的疊置是GIS的重要功能，通過它能派生數據。 空間數據的疊置在圖層間進行，疊置圖層其投影方式、比例尺必需一致、進行配準，使同一地區的輪廓線必需相同。疊置分析類型）按疊置方式分v視覺疊置v信息復合疊置）按疊置對象

6、類型分v點和面的疊置v線和面的疊置v面和面的疊置v線和線的疊置v點和點的疊置）按疊置數據結構分v矢量疊置v柵格疊置）按疊置功能分v合成疊置v統計疊置v信息提取疊置疊置分析的數學基礎空間邏輯運算為討論方便將空間圖層A，B，C定義為二值圖象1、空間邏輯并（或）運算AB =X XA 或 X B2、空間邏輯交（與）運算AB = X XA 且 XB 3、空間邏輯差運算A - B =X XA 且 X B 4、空間包含AB.4.2 視覺視覺疊置 視覺信息復合疊置分析的實質是將不同層面的圖信息進行疊加顯示，以判斷其間的空間關系。 視覺疊置不改變系統的數據結構，不生成新數據，但能夠給用戶帶來視覺效果，幫助用戶對

7、空間信息進行重新區劃，以形成新的屬性數據。視覺疊置類型視覺疊置類型1）不同要素信息疊置不同要素信息疊置v面狀圖、線狀圖和點狀圖之間的疊置。v面狀圖區域邊界之間或一個面狀圖與其他專題區域邊界之間的疊置2）遙感影像與專題地圖的疊置遙感影像與專題地圖的疊置3）專題地圖與）專題地圖與DEM復合顯示立體專題圖復合顯示立體專題圖4）遙感影像與）遙感影像與DTM復合生成三維地物景觀復合生成三維地物景觀圖圖6.4.3 基于矢量數據的基于矢量數據的疊置分析疊置分析1. 矢量數據矢量數據疊置常用的兩種方式疊置常用的兩種方式 統計疊置統計疊置 疊置圖件不做分割、合并等位置分析，目的是計疊置圖件不做分割、合并等位置分

8、析，目的是計算一種要素在另一種要素的某個區域多邊形內分算一種要素在另一種要素的某個區域多邊形內分布狀況和數量特征。如：統計某個縣的坡度。布狀況和數量特征。如：統計某個縣的坡度。 類型合成疊置類型合成疊置 實質是拓撲疊置，多層目標通過一定條件重新分實質是拓撲疊置，多層目標通過一定條件重新分割，組合成另外的圖層。如：疊置土地利用和土割，組合成另外的圖層。如：疊置土地利用和土壤侵蝕圖，求出土地利用是農地并且侵蝕強度是壤侵蝕圖，求出土地利用是農地并且侵蝕強度是輕度的圖斑。輕度的圖斑。2.矢量數據疊置常用算法矢量數據疊置常用算法1）點與多邊形疊置）點與多邊形疊置 根據點在多邊形內的條件根據點在多邊形內的

9、條件,判別每個點在哪個多邊形內，形成判別每個點在哪個多邊形內，形成和多邊形聯合的屬性表。和多邊形聯合的屬性表。 這一功能常用于城市中各種服務設施分布情況的分析。這一功能常用于城市中各種服務設施分布情況的分析。2）線與多邊形疊置）線與多邊形疊置 根據線在多邊形內的條件，確定每條線在根據線在多邊形內的條件，確定每條線在哪個多邊形內哪個多邊形內,以便為弧段給予屬性。以便為弧段給予屬性。 由于一條線可能穿過多個多邊形，必需對由于一條線可能穿過多個多邊形，必需對線和多邊形進行求交運算，將線分割，以線和多邊形進行求交運算，將線分割，以形成新的空間目標集；形成新的空間目標集； 形成新的屬性表，即得到線和多邊

10、形聯合形成新的屬性表，即得到線和多邊形聯合的屬性表。的屬性表。 線與多邊形（面）的疊合是將一個線狀要線與多邊形（面）的疊合是將一個線狀要素層或網絡狀要素層和多邊形層疊合。素層或網絡狀要素層和多邊形層疊合。 線與面的疊合一般以拓撲結構的矢量模型線與面的疊合一般以拓撲結構的矢量模型比較方便。比較方便。 如果網絡層為河流，可得到每個多邊形內如果網絡層為河流，可得到每個多邊形內的地表水徑流量。的地表水徑流量。3)多邊形與多邊形疊置 多邊形與多邊形的疊合是將兩個多邊形層疊加到一起，合成一個新的多邊形層。 對兩個圖層的多邊形進行邊界求交和弧段分割運算,并以新弧段為單位重建拓樸關系; 判斷重建多邊形落在原始

11、多邊形圖層的那個多邊形內,從而建立新疊置多邊形與原始多邊形的關系,并抽取屬性。多邊形疊置處理過程 識別線段； 建立多邊形最小的外圍矩形； 根據點在多邊形內的處理來判斷某多邊形的線段是否在覆蓋圖形的某多邊形內； 尋找表示邊界的線段的交叉點； 為新線段建立記錄，并生成相應的拓撲； 從可能的線段中，重新組合生成新多邊形，這需要根據線段的連通性來判斷； 如果有新多邊形生成，需要重新標識，并重新分配屬性。6.4.4基于柵格數據的疊置分析1.非壓縮柵格數據疊置分析非壓縮柵格數據疊置分析 計算每個網格單元的邏輯交、并、差及其 組合運算即可。2.壓縮格式的的柵格數據疊置分析壓縮格式的的柵格數據疊置分析 以游程

12、編碼為例說明。1）疊置條件的確定）疊置條件的確定 如：如：根據求解問題確定關系表達式，如根據水稻種植條件，求某區域適合種植水稻的地區。v疊置條件為:積溫 3200度;積溫 3200度;坡度200 天；v關系表達式（積溫（積溫 3200)(降雨量降雨量 800)(坡度坡度200）2)疊置算法的確定權重確定, 設選用二值非權重模型；單個柵格為單元的疊置；游程編碼疊置。求解例： 用游程編碼疊置算法求某地區 降雨量=1000mm, 且土厚=50cm的區域 降雨量圖, 土厚分布圖6.5 空間臨域分析一、緩沖區分析一、緩沖區分析 緩沖區是指地理目標或工程規劃的范圍，緩沖區是指地理目標或工程規劃的范圍，如水

13、庫淹沒范圍、街道拓寬的范圍、放射如水庫淹沒范圍、街道拓寬的范圍、放射源影響的范圍。源影響的范圍。 從數據的角度看，緩沖區是指給定空間對從數據的角度看，緩沖區是指給定空間對象的鄰域，通常用鄰近度（象的鄰域，通常用鄰近度（Proximity)描述描述地理空間中兩個地物距離相近的程度。地理空間中兩個地物距離相近的程度。 緩沖區分析是解決鄰近度問題的分析工具，緩沖區分析是解決鄰近度問題的分析工具，也是也是GIS中基本的空間分析工具。中基本的空間分析工具。1、緩沖區的類型、緩沖區的類型 點緩沖區；線緩沖區；面緩沖區；復雜緩沖區；可變距離緩沖區。2、建立緩沖區的算法、建立緩沖區的算法 1)點緩沖區建立算法

14、點緩沖區建立算法 等距離的點緩沖區是一個圓。等距離的點緩沖區是一個圓。 2)線緩沖區和面緩沖區建立的基本算法線緩沖區和面緩沖區建立的基本算法(1)角平分線法角平分線法角平分線法的實質是通過求平行線建立線緩沖區和面角平分線法的實質是通過求平行線建立線緩沖區和面緩沖區。在求算過程中對出現的凸角作特殊處理。緩沖區。在求算過程中對出現的凸角作特殊處理。(2) 凸角圓弧法凸角圓弧法 將線的拐點求出凹凸性，凸側用圓將線的拐點求出凹凸性，凸側用圓弧彌合法，以防出現尖角；凹側用弧彌合法，以防出現尖角；凹側用角平分法。角平分法。 凹凸性的判別凹凸性的判別矢量叉積法矢量叉積法3、緩沖區分析的過程、緩沖區分析的過程

15、1）建立緩沖區）建立緩沖區建立緩沖區實際上要復雜得多，主要表現在： 常規方法建立緩沖區會形成很多重疊區，必須解決；常規方法建立緩沖區會形成很多重疊區，必須解決； 實際上常要求建立不同距離的緩沖區。實際上常要求建立不同距離的緩沖區。2）進行進一步的分析）進行進一步的分析, 如疊置分析或圖形的運算如疊置分析或圖形的運算4、緩沖區分析模型、緩沖區分析模型二、泰森多邊形分析二、泰森多邊形分析6.6空間網絡分析(Network Analysis） 這里使用的數據常是以點和線組成的網狀數這里使用的數據常是以點和線組成的網狀數據，為全面的描述網狀事物及其相互之間的據，為全面的描述網狀事物及其相互之間的關系，形成一類空間分析稱網絡分析。關系，形成一類空間分析稱網絡分析。 網絡分析的實質是通過研究網絡的狀態模擬網絡分析的實質是通過研究網絡的狀態模擬和分析資源在網絡上的流動和分配，對網絡和分析資源在網絡上的流動和分配，對網絡結構及資源等的優化問題進行研究。結構及資源等的優化問題進行研究。 從數學的角度看從數學的角度看:網絡分析的基礎是圖論和運網絡分析的基礎是圖論和運籌學；籌學； 從數據結