GIS-7 第八章 空间分析

（2）、空间信息量算-1
2）伸延率(ELONGATION RATIO) 伸延率=L/ L’ 式中， L为区域最长轴长度， L’为区域最短轴 长度。
该指标反映城市的带状延伸程度，带状延 伸越明显则延伸率越大，反映城市的离散程 度越大。
（2）、空间信息量算-1
3）紧凑度(COMPACTNESS RATIO)
（2）、空间信息量算-1
几何量算
1．长度 线状物体的长度是最基本的形态参数之一，在矢量 数据格式下，线由点组成，线状物体表示为一个坐标串 (Xi, Yi)，而线长度可由两点间直线距离相加得到。则线 状物体长度的计算公式为：
（2）、空间信息量算-1
几何量算
2．面积 多边形的面积是一个重要指标。多边形边界可以分 解为上下两半，其面积就是上半边界下的积分值与下 半边界下的积分值之差。设面状物体的轮廓边界由一 个点的序列P1 (x1 , y1), P2 ( x2, y2 ), …，Pn (xn, yn)表示 ，其面积为:
高阻力
低阻力 (各向同性表面） 简单距离 耗费距离
各向同性和各向异性的距离表面
欧氏距离、曼哈顿距离和一种非欧氏距离
欧式距离
(Xi, Yi ) (Xj, Yj ) d=
2 Yi - Y j Xi - X j 2 +
曼哈顿距离
d = Xi - X j + Yi - Y j
非欧式距离
1 0.6 d = X i - X j 0 .6 + Yi - Y j 0 .6
教学难点 网络分析、空间插值、分类统计
教学课时 8课时
教学方法 课堂实例+讲授
空间分析的目的
空间分析:指用于分析空间目标的一系列技术处理, 其目的是：
(1)描述与认知空间数据分布特征，如点线面的空间分异状况；
(2)解释空间现象与空间模式的形成机理，如城市土地利用变化研究；
(3)调控在地理空间上发生的事件，如水资源的合理配置；
4．缓冲区分析
缓冲区：地理空间目标的一种影响范围或服务范围。 缓冲区分析：是指根据分析对象的点、线、面实体，自
动建立其周围一定距离的带状区，用以识别这些实体或者主体 对邻近对象的辐射范围或者影响程度，是解决临近度问题的空 间分析工具之一。 它在交通、林业、资源管理、城市规划中有着广泛的应用。
（1）空间信息查询
图形和属性的互查是最常用的查询，主要有两类： 1、按属性信息的要求来查询定位空间位置，称为 “属性查图形”。如在中国行政区划图上查询人口 大于4000万且城市人口大于1000万的省有哪些?称 为SQL查询. 2、根据对象的空间位置查询有关的属性信息，称 为“图形查属性”。如一般的GIS软件都提供一个 “INFO”工具，让用户利用鼠标，用点选、画线、 矩形、圆、不规则多边形等工具选中地物，并显示 所查询对象的属性列表，可进行有关统计分析。





2．空间变换
为了满足特定空间分析的需要，需对原始图层及其属性进行 一系列的逻辑或代数运算，以产生新的具有特殊意义的地理 图层及其属性，这个过程称为空间变换。 矢量数据结构空间变换复杂繁琐，栅格数据结构空间变换容 易。
基于栅格结构的空间变换可分为三种方式：
• 单点变换：假定运算不受其他邻点属性影响。 • 邻域变换：考虑邻域单元的影响，平滑，坡度，坡向分 析等。 • 区域变换：考虑整个变换区域的属性影响，如整体插值， 求和，归组
距离量算
• “距离”是人们日常生活中经常涉及到的概念，它 描述了两个事物或实体之间的远近程度。最常用的 距离概念是欧氏距离，无论是矢量结构，还是栅格 结构都很容易实现 在GIS中，距离通常是两个地点之间的计算，但有 时人们想知道一个地点到所有其它地点的距离，这 时得到的距离是一个距离表面
•
（2）、空间信息量算-3
例如：湖泊和河流周围的保护区的定界；汽车服务区的选择； 民宅区远离街道网络的缓冲区的建立等。
4．缓冲区分析
2 缓冲区主要的类型
（1）基于点要素的缓冲区：通常以点为圆心、以一定距离为半径的圆
（2）基于线要素的缓冲区：通常是以线为中心轴线，距中心轴线一定距 离的平行条带多边形。
（3）基于面要素的缓冲区：向外或向内扩展一定距离以生成新的多边形。
点、线、多边形的缓冲区
另外，还有特殊形态的缓冲区，如点对象有三角形、矩 形、圆形；线对象有双侧对称，双侧不对称或是单侧缓
冲区，对于面对象有内侧和外侧缓冲区。
第七节 缓冲区分析
不同缓冲区宽度时的处理图示
4 2 5 6 3 7 河流识别码 1 2 3 4 5 6 7 属性类型 3 2 2 1 1 1 1 缓冲区宽度 1200 800 800 0 0 0 0
（1）空间信息查询
2、基于空间关系和属性特征查询 传统的SQL并不能处理空间查询，对GIS而言，需
要对SQL进行扩展,主要包括空间数据与属性数据的匹配等
3、地址匹配查询 根据街道的地址来查询事物的空间位置和属性
信息是GIS特有的一种查询功能，这种查询利用地理编码，输入
街道的门牌号，就可以知道大致的位置和所在的街区。
归组：最常用和最简单的再分类。
ArcGIS中3D分析和空间分析工具条中都有再分 类工具
4．缓冲区分析
1、概念
邻近度：描述了地理空间中两个地物距离相近的程度，
其确定是空间分析的一个重要手段。
交通沿线或河流沿线的地物有其独特的重要性，公共设施的 服务半径，大型水库建设引起的搬迁，铁路、公路以及航运 河道对其所穿过区域经济的发展的重要性等，均是一个邻近 度问题。 缓冲区分析是解决邻近度问题的空间分析工具之一。
S1=(x2-x1)(y1+y2)/2+ (x3-x2)(y2+y3)/2 +
(x4-x3)(y3+y4)/2 + (x5-x4)(y4+y5)/2
（2）、空间信息量算-1
形状量算
面状地物形状量测包括空间一致性问题，即有孔多边形 和破碎多边形的处理；多边形边界特征描述问题 当把城市作为单个面状目标看待时，可以直接使用面状 目标的形状系数，如形状率、圆形率、紧凑度等,这些 指标计算较简单，但只反映一个抽象的形状； 当把城市作为面状目标的集合看待时，可以使用放 射状指数、标准面积指数等形状系数，这些指标计算较 复杂，但反映了城市内部的具体联系。在多数指标中， 都以圆形作为城市的标准形状。
（2）、空间信息量算-1
欧拉数 =（孔数）-（碎片数-1）
欧拉数
空间一致性最常用的指标是欧拉函数，用来计算多边形 的破碎程度和孔的数目。
（2）、空间信息量算-1
1）形状比(FORM RATIO)
形状比=A/L2 其中，A为区域面积，L为区域最长轴的长度。 该指标能反映城市的带状特征，城市的带状特 征越明显则形状比越小。显然，如果城市为狭 长带状分布，其长轴两端的联系是不便捷的。
xi 1 S= ∑ 2 i =1 xi +1
n
yi yi +1
（2）、空间信息量算-1
几何量算
Y
2．面积
1 xi S= 2 i=1 xi+1
n
yi
yi+1
o
S2
S S1
X
S=S2-S1
（2）、空间信息量算-1
Y
(X5,y5) (X1,y1) (X2,y2)
(X4,y4)
S1
o
(X3,y3)
X
Ai =(yi +1 + yi )(xi -xi +1 ) / 2 2 2 = + + Xi Ai (xi +1 xi +1 xi xi )(yi +1 - yi ) / 6 2 2 = + + Yi Ai (yi +1 yi +1 yi yi )(xi -xi +1 ) / 6
按梯形计算重心位置
（1）空间信息查询
1、基于空间关系查询
空间实体间存在多种空间关系，包括拓扑、距离、方
位等。如查找满足下列条件的城市：
在京沪线的东部；距离京沪线不超过50公里;
城市人口大于100万; 城市区域面积5000平方公里.
（1）空间信息查询
简单的点线面相互关系拓扑查询包括： 面面查询:如与某个多边形相邻的多边形有哪些； 面线查询:如某个多边形内包含哪些线； 面点查询:如某个多边形内有哪些点状地物； 线面查询:如某条线经过的多边形有哪些； 线线查询:如与某条河流相连的支流有哪些； 线点查询:如某条道路上有哪些桥梁，某条输电线上有哪些变电站 点面查询:如某个点落在那个多边形内； 点线查询:如某个结点由哪些线相交而成；
1
(a)
(b)
4．缓冲区分析
3 空间缓冲区分析过程
(1)建立缓冲区 以图形元素为基础，拓宽或紧缩一定宽度而形成的区域。 这个宽度通常是等距的，也可以是不等距的缓冲区。 (2)缓冲区分析
根据建立的缓冲区，对缓冲区内的空间信息形态、特征、
第八章 空间分析
课
题 第八章 空间分析
目的要求 通过本章的学习，了解GIS中基本空间分析的功
能及其实现算法。理解叠置分析的概念和类型，掌握多边形 叠置分析的步骤和方法。理解缓冲区的概念和作用，并能说
明其应用方法，理解生成线缓冲区的算法。
教学重点 空间查询与量算、缓冲区分析、叠置分析、网络
分析、空间插值、分类统计
(4)预测预报，如洪水的预测预报。
空间分析的主要方法
(1)基于地图的空间图形分析，如GIS 中的缓冲区、叠加分析、数字高程模 型,数字地面模型等； (2) 空间动力学分析，有城市扩张模型(驱动力等)、空间价格竞争模型(区
位优势)、空间择位模型（中心地等）；