第六章 GIS的空间分析

3. 基于空间特征和属性特征的联合查询 这种查询条件中涉及空间特征和属性特征， 而不是将查询结果用把空间特性和非空间 （属性）特征结合。 例查长江以南（查空间中位置）、人口数 大于100万的（查属性）与北京的距离 （查空间中距离）小于2000公里的城市。
６.3.２ 空间查询方法
1. 基于SQL的查询。属性SQL语言。 如 Select 所需数据项 From 属性表 Where 条件表达式 2. 基于空间查询语言（Spatial Query Language） 的查询。通常需要增加空间数据类型如，点、 弧段、多边形、图象；增加空间操作算子如一 元空间操作算子、二元空间操作算子等。 3. 基于可视化图形的查询。通过空间操作图形进 行查询，如多边形选择查询、图－属性查询。
６.4 空间叠置（加、合）分析
６.4.1叠置分析概述 • 概念：两（含）幅以上以 上的专题图重叠在一起， 以生成新图及其属性。 • 空间数据的叠置是GIS的重 要功能，通过它能派生数 据。 • 空间数据的叠置在图层间 进行，叠置图层其投影方 式、比例尺必需一致、进 行配准，使同一地区的轮 廓线必需相同。
• 线与面的叠合一般以拓扑结构的矢量模型 比较方便。 • 如果网络层为河流，可得到每个多边形内 的地表水径流量。
3)多边形与多边形叠置
• 多边形与多边形的叠合是将两个多边形层 叠加到一起，合成一个新的多边形层。 • 对两个图层的多边形进行边界求交和弧段 分割运算,并以新弧段为单位重建拓朴关系; • 判断重建多边形落在原始多边形图层的那 个多边形内,从而建立新叠置多边形与原始 多边形的关系,并抽取属性。
第六章 空间分析和分析模型
本章内容 1空间分析概述 2空间数据的量算 3空间数据查询 4空间叠置分析 5临域分析 6空间网络分析 7地形分析及数字地形模型 8空间统计分析
本章重点与难点
1 重点
• • • • • • 空间数据的量算：面积计算、分布中心计算。 空间数据查询：空间逻辑查询、空间关系查询。 空间叠置分析：基于矢量和栅格数据的空间叠置。 临域分析：缓冲区分析，了解泰森多边形分析。 空间网络分析：了解空间网络分析的一般方法。 地形分析及数字地形模型：DEM、常用的DTM模 型. • 空间统计分析:了解一般空间统计方法。
(2) 凸角圆弧法 • 将线的拐点求出凹凸性，凸侧用圆 弧弥合法，以防出现尖角；凹侧用 角平分法。
• 凹凸性的判别——矢量叉积法
3、缓冲区分析的过程
1）建立缓冲区 建立缓冲区实际上要复杂得多，主要表现在：
• 常规方法建立缓冲区会形成很多重叠区，必须解决； • 实际上常要求建立不同距离的缓冲区。
2）进行进一步的分析, 如叠置分析或图形的运算
2.矢量数据叠置常用算法
1）点与多边形叠置
• 根据点在多边形内的条件,判别每个点在哪个多边形内，形成 和多边形联合的属性表。 • 这一功能常用于城市中各种服务设施分布情况的分析。
2）线与多边形叠置 • 根据线在多边形内的条件，确定每条线在 哪个多边形内,以便为弧段给予属性。 • 由于一条线可能穿过多个多边形，必需对 线和多边形进行求交运算，将线分割，以 形成新的空间目标集； • 形成新的属性表，即得到线和多边形联合 的属性表。 • 线与多边形（面）的叠合是将一个线状要 素层或网络状要素层和多边形层叠合。
6.1.1概念与内容
空间分析分类： • 按照Goodchild提出的空间分析框架，分为 两种：
1. 产生式分析：数字地面模型、空间叠合分析、缓 冲区分析、空间网络分析、空间统计分析 2. 咨询式分析：空间集合分析、空间数据查询
•按分析方法来分类
1. GIS系统提供的空间分析（GIS基本分析功能） 主要有：查询检索、空间形态分析、地形分析、 叠置分析、临域分析、网络分析、图像分析、统 计分析等。 2. 专用空间模型分析（扩展分析模型） 根据专业需要结合利用数学模型建立的地理分析 或模拟模型，正是由于该类模型的发展才推动了 GIS向地理决策发展。
4、缓冲区分析模型
二、泰森多边形分析
6.6空间网络分析
(Network Analysis）
• 这里使用的数据常是以点和线组成的网状数据， 为全面的描述网状事物及其相互之间的关系， 形成一类空间分析称网络分析。 • 网络分析的实质是通过研究网络的状态模拟和 分析资源在网络上的流动和分配，对网络结构 及资源等的优化问题进行研究。 • 从数学的角度看:网络分析的基础是图论和运 筹学； • 从数据结构的角度看:网络分析的基础是合作 线性图数据结构。
视觉叠置类型
1）不同要素信息叠置
面状图、线状图和点状图之间的叠置。
面状图区域边界之间或一个面状图与其他专题 区域边界之间的叠置
2）遥感影像与专题地图的叠置 3）专题地图与DEM复合显示立体专题图 4）遥感影像与DTM复合生成三维地物景观图
6.4.3 基于矢量数据的叠置分析
1. 矢量数据叠置常用的两种方式
6.7 地形分析及数字地形模型
• 6.7.1 DTM概述
6.7.2 DEM常用模型
6.7.3数字地形分析
6.8 空间统计分析
• 空间统计分析涉及空间和非空间数据的处理和统 计计算;空间数据之间相关性和内在联系分析。 • 空间统计分析实现方法很多主要内容包括:
多边形叠置处理过程
• 识别线段； • 建立多边形最小的外围矩形； • 根据点在多边形内的处理来判断某多边形的线段 是否在覆盖图形的某多边形内； • 寻找表示边界的线段的交叉点； • 为新线段建立记录，并生成相应的拓扑； • 从可能的线段中，重新组合生成新多边形，这需 要根据线段的连通性来判断； • 如果有新多边形生成，需要重新标识，并重新分 配属性。
关系表达式
（积温> 3200)∩(降雨量> 800)∩(坡度<3)∩(无霜期>200）
2)叠置算法的确定
权重确定, 设选用二值非权重模型； 单个栅格为单元的叠置； 游程编码叠置。
求解例：
• 用游程编码叠置算法求某地区 • 降雨量=1000mm, 且土厚=50cm的区域 • 降雨量图, 土厚分布图
• 统计叠置 叠置图件不做分割、合并等位置分析，目的是计 算一种要素在另一种要素的某个区域多边形内分 布状况和数量特征。如：统计某个县的坡度。 • 类型合成叠置 实质是拓扑叠置，多层目标通过一定条件重新分 割，组合成另外的图层。如：叠置土地利用和土 壤侵蚀图，求出土地利用是农地并且侵蚀强度是 轻度的图斑。
6.5 空间临域分析
一、缓冲区分析 • 缓冲区是指地理目标或工程规划的范围， 如水库淹没范围、街道拓宽的范围、放射 源影响的范围。 • 从数据的角度看，缓冲区是指给定空间对 象的邻域，通常用邻近度（Proximity)描述 地理空间中两个地物距离相近的程度。 • 缓冲区分析是解决邻近度问题的分析工具， 也是GIS中基本的空间分析工具。
6.4.4基于栅格数据的叠置分析
1.非压缩栅格数据叠置分析 计算每个网格单元的逻辑交、并、差及其 组合运算即可。 2.压缩格式的的栅格数据叠置分析 以游程编码为例说明。 1）叠置条件的确定 如：根据求解问题确定关系表达式，如根据水稻
种植条件，求某区域适合种植水稻的地区。
叠置条件为:
积温> 3200度; 积温> 3200度; 坡度<3度； 无霜期>200 天；
2.难点
• 本章的难点为空间关系查询、基于矢量数 据的空间叠置、泰森多边形分析、 DEM和 常用的DTM模型。 • 其中理解了DEM模型是空间插值得到的网 格数据，在此基础上再理解DTM模型就容 易了。 • 为了更好的理解和掌握这些难点，采用边 讲解边通过软件举例演示的教学方法。
6.1 空间分析概述
1、空间逻辑并（或）运算 A∪B =X X∈A 或 X∈ B 2、空间逻辑交（与）运算 A∩B = X X∈A 且 X∈B 3、空间逻辑差运算 A - B =X X∈A 且 X∉B 4、空间包含 A⊆B
６.4.2 视觉叠置
• 视觉信息复合叠置分析的实质是将不同层 面的图信息进行叠加显示，以判断其间的 空间关系。 • 视觉叠置不改变系统的数据结构，不生成 新数据，但能够给用户带来视觉效果，帮 助用户对空间信息进行重新区划，以形成 新的属性数据。
１叠置分析类型
１）按叠置方式分
视觉叠置 信息复合叠置
３）按叠置数据结构分 矢量叠置 栅格叠置 ４）按叠置功能分 合成叠置 统计叠置 信息提取叠置
２）按叠置对象类型分
点和面的叠置 线和面的叠置 面和面的叠置 线和线的叠置 点和点的B，C定义为二值图象
1、缓冲区的类型 • 点缓冲区；线缓冲区；面缓冲区；复杂缓 冲区；可变距离缓冲区。
2、建立缓冲区的算法 1)点缓冲区建立算法 等距离的点缓冲区是一个圆。 2)线缓冲区和面缓冲区建立的基本算法
(1)角平分线法 角平分线法的实质是通过求平行线建立线缓冲区和面 缓冲区。在求算过程中对出现的凸角作特殊处理。
• 按地理分析方法来分类
1. 空间数据的空间特性分析：空间位置、分布、形 态、关系分析 2. 空间数据的非空间分析：统计分析。
6.1.2 空间分析的过程
6.2 空间数据的基本运算
2
又
l ( Nd 2 Nd ) D
2面积量算
1
6.3 空间数据的查询
６.3.1 空间查询类型
１.基于属性的查询 属性—图的查询，是一种逻辑查询。 ２.基于空间特征的查询 • 空间几何查询：长度、面积、坐标点数量 等。 • 空间位置查询：图形与地理坐标配准后显 示的地理坐标。 • 空间关系查询：相交、相离、邻接、包含、 通过等关系。