GIS空间分析基础.
ARCGIS空间分析基础
在Coverage中,存储要素属性的数据表是以 INFO格式存储 (ArcInfo中的一种文件格式),与Shape文件不同,Coverage中可 以将要素的拓扑信息(长度,面积,连通性,相邻关系)作为属性 表的一部分来存储.INFO数据表有一个标识字段(关键字段) cover# (具体比如: landusecover#) ,通过关键字段关联要素的几 何数据与属性表.
4.1.1.9
栅格: Grids
除了影像外,ArcGIS 还支持一种称为GRID的栅 格数据格式. 有两种类型的栅格数据:连续数据和离散数据. 这两种数据和结构是相同的,都是由一定大小的 栅格单元组成的矩阵表示.不同之处在于,连续 栅格数据中栅格单元的值可以是浮点数,栅格单 元的值域是一个连接变化的区间; 而离散栅格数据 中,栅格单元的值是整型数,值域区间是离散的 有限区间. 连续栅格通常用于表示可度量和具有一定数量的 数据,普通的例子比如:高程,降雨量等.
EDGES
NODES Nodes A B C D E F G H 1, 5, 2 2, 5, 4 2, 4, 3 1, 6, 5 5, 6, 7 5, 7, 8 5, 8, 4 3, 4, 8
Adjacent A B C D E F G H B, D A, G, C B, H A, E D, F E, G B, F, H C, G
– 空间数据是指以地球表面空间位置为参照的自 然,社会和人文经济景观数据,可以是图形, 图像,文字,表格和数字等.它是GIS所表达 的现实世界经过模型抽象后的内容,一般通过 扫描仪,键盘,光盘或其它通讯系统输入GIS.
4.1.1.1空间数据的表示
点
在某一尺度下, 可以用点,线, 面,体来表示 各类地理空间 要素
实验4-1 GIS空间分析(空间分析基本操作)
实验4-1、空间分析基本操作一、实验目的1. 了解基于矢量数据和栅格数据基本空间分析的原理和操作。
2. 掌握矢量数据与栅格数据间的相互转换、 栅格重分类(Raster Reclassify)、 栅格计算－查询符合条件的栅格(Raster Calculator)、 面积制表（Tabulate Area）、 分区统计(Zonal Statistic)、 缓冲区分析(Buffer) 、采样数据的空间内插(Interpolate)、 栅格单元统计（Cell Statistic）、 邻域统计（Neighborhood）等空间分析基本操作和用途。
3. 为选择合适的空间分析工具求解复杂的实际问题打下基础。
二、实验准备预备知识：空间数据及其表达空间数据（也称地理数据）是地理信息系统的一个主要组成部分 。
空间数据是指以地球表面空间位置为参照的自然、社会和人文经济景观数据，可以是图形、图像、文字、表格和数字等。
它是GIS 所表达的现实世界经过模型抽象后的内容，一般通过扫描仪、键盘、光盘或其它通讯系统输入GIS。
在某一尺度下，可以用点、线、面、体来表示各类地理空间要素。
有两种基本方法来表示空间数据：一是栅格表达; 一是矢量表达。
两种数据格式间可以进行转换。
空间分析空间分析是基于地理对象的位置和形态的空间数据的分析技术，其目的在于提取空间信息或者从现有的数据派生出新的数据，是将空间数据转变为信息的过程。
空间分析是地理信息系统的主要特征。
空间分析能力（特别是对空间隐含信息的提取和传输能力）是地理信息系统区别与一般信息系统的主要方面，也是评价一个地理信息系统的主要指标。
空间分析赖以进行的基础是地理空间数据库。
空间分析运用的手段包括各种几何的逻辑运算、数理统计分析，代数运算等数学手段。
空间分析可以基于矢量数据或栅格数据进行，具体是情况要根据实际需要确定。
空间分析步骤根据要进行的空间分析类型的不同，空间分析的步骤会有所不同。
通常，所有的空间分析都涉及以下的基本步骤，具体在某个分析中，可以作相应的变化。
GIS的核心之一：空间分析-图文
GIS的核心之一:空间分析■图文第8章GIS基本空间分析空间分析是从空间数据中获取有关地理对象的空间位置、分布、形态、形成和演变等信息的分析技术，是地理信息系统的核心功能之一，它特有的对地理信息的提取、表现和传输的功能，是地理信息系统区别于一般管理信息系统的主要功能特征。
在空间分析的研究和实践中，很多在应用领域具有一定普遍意义的、涉及空间位置的分析手段和方法被总结、提炼出来，形成了在GIS 软件中均包含的一些固有的空间分析功能模块。
这些功能具有一定的通用性质，故而称之为GIS基本空间分析，具体的有叠置分析、缓冲区分析、窗口分析和网络分析。
了解GIS基本空间分析对于进一步掌握复杂空间分析方法，具有一定的指导意义。
8. 1叠置分析叠置分析是地理信息系统中常用的提取空间隐含信息的方法之一，叠置分析是将有关主题层组成的各个数据层面进行叠置产生一个新的数据层面，其结果综合了原来两个或多个层面要素所具有的属性，同时叠置分析不仅生成了新的空间关系，而且还将输入的多个数据层的属性联系起来产生新的属性关系。
其中，被叠加的要素层面必须是基于相同坐标系统的，叠置分析矢量数据叠置分析栅格数据叠置分析图&1叠置分析结构框架基准面相同的、同一区域的数据。
按照GIS中最常用的两种数据结构将叠置分析分成矢量数据叠置分析和栅格数据叠置分析，具体如图8.1。
根据操作形式的不同，叠置分析可以分为图层擦除、交集操作、图层合并等；根据操作要素的不同，可以将矢量数据叠置分析分成点与多边形叠加、线与多边形叠加、多边形与多边形叠加，栅格数据叠置分析分为单层与多层栅格数据叠置分析。
要注意的是这里也要对属性进行一定的操作，所指的属性是较为简单的属性值，但注解属性，尺度属性，网络属性等均不能作为输入的属性值。
8.1.1矢量数据的叠置分析1•点与多边形叠置点与多边形叠置，是指一个点图层与一个多边形图层相叠，叠置分析的结果往往是将其中一个图层的属性信息注入到另一个图层中，然后更新得到的数据图层；基于新数据图层，通过属性直接获得点与多边形叠加所需要的信息。
第四部分 空间分析基本原理和方法(一)
第二节 GIS的空间分析模型 的空间分析模型
GIS支持的空间分析模型是多样的。它们支 持多种类型的空间分析需求。
第二节 GIS的空间分析模型 的空间分析模型
一、GIS空间分析模型的概念 空间分析模型的概念 GIS空间分析模型是在GIS空间数据基础上 建立起来的模型，它是对现实世界科学体系 问题域抽象的空间概念模型，和广义的模型 概念既有区别，又相互联系。GIS空间分析 模型主要是数学模型。特点表现在：
第二节 GIS的空间分析模型 的空间分析模型
1、空间定位是空间分析模型特有的特性， 构成空间分析模型的空间目标(点、弧段、 网络、面域、复杂地物等)的多样性决定了 空间分析模型建立的复杂性。 2、空间关系也是空间分析模型的一个重要 特征，空间层次关系、相邻关系以及空间目 标的拓扑关系也决定了空间分析模型建立的 特殊性。
第一节 关于模型的一般知识
四、模型的分类 模型可以分为两类，即形象模型和抽象模型。 前者包括直观模型、物理模型等，后者包括 思维模型、符号模型、数学模型和仿真模型 等。但这些模型之间是互相联系的，一个系 统中往往需要多种类型的模型。
研究生11.11.16
第一节 关于模型的一般知识
(1)直观模型，只供展览用的实物模型以及玩具、 照片等。通常是把原型的尺寸放大或缩小。 (2)物理模型，主要是直观模型的进一步改进，它 不仅可以显示原形的外形和特征，而且可以用来进 行模拟实验，间接地研究原形的外形的某些规律。 (3)思维模型，指通过人们对原型的反复认识，将 获取的知识以经验形式直接存储于大脑中，从而可 以根据思维或直觉作出相应的决策。专家系统中的 专家知识就是一种思维模型。 (4)符号模型，是在一些约定或假设下借助于专门 的符号、线条等，按一定形式组合起来描述原型。 地图就是一种典型的符号模型。
gis空间分析原理与方法
gis空间分析原理与方法GIS（地理信息系统）是一种以地理空间数据为基础，利用计算机技术进行数据管理、空间分析和空间可视化的系统。
GIS空间分析是GIS系统中最核心和重要的功能之一，它基于地理空间数据，通过一系列的理论和方法，揭示地理现象之间的空间关系和规律。
本文将介绍GIS空间分析的原理和方法。
一、GIS空间分析的原理GIS空间分析的原理包括空间对象和空间关系。
1. 空间对象在GIS中，地理空间数据可以表示为不同的空间对象，如点、线、面等。
每个空间对象都有其特定的几何形状和属性信息。
2. 空间关系空间关系指的是空间对象之间的相对位置和相互作用。
常见的空间关系有邻接关系、包含关系、重叠关系等。
空间关系能够帮助我们理解地理现象之间的联系和相互影响。
二、GIS空间分析的方法GIS空间分析方法包括空间查询、空间统计、空间插值和空间模型等。
1. 空间查询空间查询是根据特定的空间条件，在地理空间数据集中提取与条件匹配的数据信息。
常见的空间查询操作有点查询、线查询和面查询等。
2. 空间统计空间统计是通过对地理空间数据的属性信息进行统计和分析，揭示地理现象的空间分布和规律。
常见的空间统计方法有点密度分析、热力图和聚类分析等。
3. 空间插值空间插值是通过已知的有限样本点，推算未知位置处的属性值。
常见的空间插值方法有反距离加权插值法、克里金插值法和样条插值法等。
4. 空间模型空间模型是对地理现象和过程进行建模和模拟，从而预测和分析未来的空间变化。
常见的空间模型有流域模型、土地利用模型和城市增长模型等。
三、GIS空间分析的应用GIS空间分析在各个领域都有广泛的应用，如城市规划、环境保护、农业管理和风险评估等。
1. 城市规划GIS空间分析可以帮助城市规划师分析和评估不同用地类型之间的空间关系，进行最优用地布局和交通规划。
2. 环境保护GIS空间分析可以用于环境监测和评估，分析污染源的扩散范围和影响程度，制定环境保护措施和应急预案。
gis与空间分析原理与方法
gis与空间分析原理与方法地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）是一种将地理空间信息与属性数据相结合的技术和工具，用于收集、存储、查询、分析和显示地理信息的系统。
空间分析是GIS的重要组成部分，它是通过对地理空间数据进行处理和分析，挖掘地理空间特征和关联关系的一种方法。
本文将介绍GIS与空间分析的原理和常用方法，以及其在实际应用中的意义与挑战。
一、GIS的基本原理GIS的基本原理是将地理空间信息与属性数据进行关联，通过空间参考和属性链接来实现地理数据的管理和分析。
地理空间信息可以是点、线、面等地理实体，属性数据则包括这些地理实体所具有的属性信息，如名称、面积、人口等。
GIS根据地理实体的属性数据和空间坐标，将其存储为地理特征，通过属性查询和空间查询等方法来实现对地理实体的查询和分析。
二、常用的空间分析方法1. 空间查询空间查询是GIS中最常用的空间分析方法之一，它可以根据空间位置和属性属性对地理实体进行查找和分析。
常见的空间查询方法有点查询、线查询和面查询等。
通过空间查询，可以找出特定地区的地理实体，并进行相关的空间分析。
2. 空间插值空间插值是一种通过已知的空间点数据来估计未知位置上的值的方法。
常见的空间插值方法有反距离加权法（IDW）、克里金插值法等。
空间插值可以用来推测地理空间的连续性属性，如温度、降雨量等。
3. 空间连接空间连接是指通过地理空间位置的关联，将不同数据集中的相关要素连接起来，以实现地理实体之间的关联分析。
常见的空间连接方法有点点连接、点线连接和面面连接等。
空间连接能够帮助我们发现地理实体之间的关联关系，如道路和学校的连接关系等。
4. 空间缓冲区分析空间缓冲区分析是通过在地理实体周围创建缓冲区，来研究缓冲区内的空间特征和关联关系。
常见的空间缓冲区分析方法有单一缓冲区分析、多重缓冲区分析等。
空间缓冲区分析可以用于研究城市规划、环境保护等问题。
GIS空间分析理论与方法复习资料
GIS空间分析理论与方法第一章绪论1.空间分析概念GIS空间分析是从一个或多个空间数据图层获取信息的过程。
空间分析是集空间数据分析和空间模拟于一体的技术，通过地理计算和空间表达挖掘潜在空间信息，以解决实际问题(刘湘南等, 2008)。
2.空间分析与GIS的关系空间分析是地理信息系统的核心和灵魂。
空间分析是地理信息系统的主要特征，是评价一个地理信息系统的主要指标之一。
3.空间分析在GIS中的地位和作用空间分析是GIS的核心；空间分析是GIS的核心功能；空间分析的理论性和技术性第二章GIS空间分析的基本理论1.空间分析有哪些理论？空间关系理论；地理空间认知理论；地理空间推论理论；空间数据的不确定性分析理论2.简述空间关系的类型及各类型的特点？GIS空间关系主要分为顺序关系、度量关系和拓扑关系三大类型。
顺序关系描述目标在空间中的某种排序，主要是目标间的方向关系，如前后左右、东西南北等。
度量关系是用某种度量空间中的度量来描述的目标间的关系，主要是指目标间的距离关系。
拓扑空间关系是指拓扑变换下的拓扑不变量，如空间目标的相邻和连通关系，以及表示线段流向的关系。
3.简述拓扑空间关系的特点？拓扑空间关系是指拓扑变换下的拓扑不变量，如空间目标的相邻和连通关系，以及表示线段流向的关系。
拓扑变换：拓扑所研究的是几何图形的一些性质，它们在图形被弯曲、拉大、缩小或任意的变形下保持不变，只要在变形过程中不使原来不同的点重合为同一个点，又不产生新点。
拓扑变换的条件：在原来图形的点与变换了图形的点之间存在着一一对应的关系，并且邻近的点还是邻近的点。
拓扑关系表达的代表性模型：4元组模型、9元组模型、基于Voronoi图的V91模型、RCC 模型、空间代数模型4.简述方向空间关系的类型和特点？方向关系是顺序关系中的最主要的关系。
方向关系的描述方式包括定量描述和定性描述两种。
一般方向关系的形式化描述：使用的是绝对方向关系参考。
九种方向关系：正东：restricted-east(pi,qi)≡X(pi)>X(qi)∧Y(pi)=Y(qi)5.简述距离关系的类型和计算方法？欧氏距离、切比雪夫距离、马氏距离、明氏距离P216.简述空间关系描述模型的评价准则？一般从完备性、严密性、唯一性、通用性1.空间关系表达是否是形式化的、无歧义的2.表达的完备性3.表达的可靠性4.表达的唯一性5.表达的课推理性7.简述时空空间关系的特点？地理实体之间的空间关系往往随着时间而变化，时间关系交织在一起就形成了多种时空关系。
GIS空间分析资料
GIS空间分析复习资料一、简答题1、地理空间数据挖掘典型方法：（1）地理空间统计方法：地理空间统计是指分析地理空间数据的统计方法，主要是基于空间中邻近的要素通常比相聚教员的要素具有较高的相似性这一原理。
地理空间统计模型可分为：地统计、格网空间模型和空间点分布形态。
（2）地理空间聚类方法：地理空间聚类方法是按照某种距离量度准则，在大型、多维数据集中标识出聚类或稠密分布的区域，从而发现数据集的整体空间分布模式。
该方法把空间数据库中的对象分为与意义的子类，是同一子类内部成员有尽可能多的相同属性，而不同的子类之间差异较大。
其方法主要有：分割法、层次法、基于密度的方法、基于网格的方法。
（3）地理空间关联分析：地理空间关联分析利用空间关联规则提取算法发现空间数据库中空间目标间的关联程度，其核心内容是挖掘空间关联规则。
（4）地理空间分类与预测分析：地理空间分类与预测是根据已知的分类模型把数据库中的数据映射到给定类别中，进行数据趋势预测分析的方法。
（5）异常值分析：若一个数据库包含的数据目标与通常的行为或数据模型不一致，则这些数据目标被称为异常值。
在很多情况下，异常值会导致重要隐含信息的丢失。
它是内在数据可变性的必然结果，对异常值进行检测和分析，具有很重要的价值，也是一项重要的数据挖掘技术。
2、属性数据的量测尺度？（1）命名量：命名量是空间属性量测中的的一个重要尺度，描述事物名义上的差别，起到区分不同本质空间目标的作用。
命名式的量测尺度也成为类型量测尺度，只对特定现象进行标示，赋予一定相知而不定量描述，对命名数据的逻辑运算只有“等于”或“不等于”两种形式而其近似均值只能使用众数。
（2）次序量：次序量是通过对空间目标进行排列来标示的一种量测尺度面对空间目标的描述不按值得的大小，而是按顺序排列，对次序逻辑运算除了“等于”或“不等于”之外，还可以比较它们的大小，即“大于”或“小于”，但是它们之间不能进行加、减、乘、除运算。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
GIS空间分析基础
目录
空间与地理空间 地理空间参考系统 地理空间数据特征
地理空间问题
GIS空间分析基础
❖地理信息系统区别于其他信息系 统的独特功能？
▪ 空间分析，空间分析处理的对象是 [地 理空间目标].熟识[地理空间数据的特征] 是进行GIS空间分析的[前提]和[基础]
空间与地理空间
空间的概念
点数据
线数据
面数据
点实体
• 抽象的点 •有位置，无宽度和长度
美国佛罗里达洲地震监测站2002年9月该洲 可能的500个地震位置
线实体
• 用来描述线状实体，通常在网络分析中使用较多 • 度量实体距离 • 有长度，但无宽度和高度
香港城市道路网分布
面实体
• 通常用来表示自然或人工的封闭多边形 • 具有长和宽的目标 • 一般分为连续面和不连续面
角度表达的地理坐标概念
第49条纬线
北极 =
纬度角
赤道面
经度角
球体（椭球体）坐标的特性
❖经纬线 ❖旋转轴、南北极、坐标原点 ❖经纬度表达为角度值 - 度分秒（DMS）或十
进制度（DD），为从地心到地表任一点的 量测值。 ❖地表上任一点的位置都可以用一对经纬度 值来表示。
平面直角坐标的特性
❖具有任意原点的笛卡尔网格系统 ❖使用 x, y 坐标对定义平面上的位置 ❖方便距离、面积、周长，方位等空间信息
地球椭球体
地球椭球体
以一个接近地球整体形状的 旋转椭球代替真实的地球形 体，这个旋转椭球为参考椭 球
极移现象 与协议地 球坐标系
参心坐标系
坐标系统
Z Pn
天球坐标系
S γ
M
δ
M
春分点
α
Γ
天球赤道
Y
X
天球空间直角坐标系与天球球面坐标系
地心坐标系
站心坐标系
极移现象 与协议地 球坐标系
坐标系统
天球坐标系
❖ 地理坐标（球面角度） 向直角坐标系（平面距 离）的数学转换：
x f ,; y f ,.
投影面
为什么要进行投影?
❖地理坐标为球面坐标，不方便进行距离、 方位、面积等参数的量算
❖地球椭球体为不可展曲面
❖地图为平面，符合视觉心理，并易于进行 距离、方位、面积等量算和各种空间分析
❖GIS以地图方式显示地理信息。地图是平面， 而地理信息则是在地球椭球上，因此地图 投影在GIS中不可缺少。
中国土地利用分布图（不连续面）
空间对象（实体）的地图表达
点：位置：（x，y） 属性：符号
空间对象（实体）的地图表达
线：位置： (x1,y1),(x2,y2),…,(xn,yn)
属性：符号—形状、颜色、尺寸
空间对象（实体）的地图表达
面：位置：(x1,y1),(x2,y2),…,(xi,yi),…,(x1,y1)
属性：符号变化 等值线
空间对象（实体）的遥感影像表达
遥感传感器平台 传感器
地理空间参考系统
❖地理实体空间位置、分布、形态、空间关 系（距离、方位、拓扑、相关场）等基本 特征的精确描述依赖于空间参考系统，空 间参考系统定义了地理空间三维表面的空 间坐标系统及各坐标系统间的数学关系。
地理空间坐标系统
空间
是一个复杂的概念，具有多义性， 既有与时间对应的含义，也有“宇 宙空间”的含义。
欧式空间
欧氏空间是对物理空间的一种数学理 解与表达，是GIS中常用的一种重要空 间。欧式空间擅长平面二维空间目标 的空间方位、规模的表达 。
拓扑空间是另一种理解和描述物理空间的 数学方法，也是GIS中常用的重要数学空
▪ GIS的任何空间数据都必须纳入一个统一的空间参照系 中，以实现不同来源数据的融合、连接与统一；
▪ 目前，我国采用的大地坐标系为1980年中国国家大地 坐标系，现在规定的高程起算基准面为1985国家高程 基准。
地理空间
GIS中地理空间被定义为绝对空间和相对空间两种形式
绝对空间
定义
具有属性描述的空间几 何位置的集合，由一系 列不同位置的空间坐标 组成
包括
坐标、角度、方位、距 离等
相对空间
定义
具有空间属性特征的实 体集合，由不同实体之 间的空间关系构成
包括
相邻、包含、关联等
地理空间的特性
地理空间 的特性
空间多维性
可分性
尺度特征
地理空间的抽象
GIS采用高度抽象的方法将空间地物或现象抽象成几种基本类型—— 点、线、面和复合对象。空间地物间的位置关系采用空间拓扑关系 来描述。
地球椭球体
坐标系统
地理空间坐标系统是空间位置的度量 衡，是确定空间位置、空间距离、空 间方位、空间关系等信息必需的工具 ，是空间数据分析的基础和前提
[Image Info] www.wizdata.co.kr
- Note to customers : This image has been licensed to be used within this PowerPoint template only. You may not extract the image for any other use.
高斯－克吕格投影示意图
北极
中 央
赤 6道0经 线
BIH1984.0 零度子午面
Z（BIH1984.0定义的CTP）
O 地球质心
E
Y X 南极
WGS-84坐标系是地图投影？
❖ 地球的全部或部分表面 在平面上的系统表达。
❖ 将地球椭球面上的点映 射到平面上的方法，称 为地图投影。
地理坐标系统基本构成
地理网格:
经线 – 经度（Longitude） 纬线 – 纬度（Latitude）
原点:
初始子午线 – 0 赤道 – 0
方向:
经度 – 东-西（East/West） 纬度 – 北-南（North/South）
最大值:
经度 – 180 (E or W) 纬度 – 90 (N or S)
参心坐标系 站心坐标系
z hp
地心坐标系
φ O
E
λ
y
x
地心空间直角坐标系和地心大地坐标系
坐标系统
极移现象 与协议地 球坐标系
zΊ
（北） φhss S xΓ
zГ （东）
yГ OГ
参心坐标系
φ
O
yΊ
λ
xΊ
站心直角坐标系和站心极坐标系
站心坐标系
天球坐标系 地心坐标系
常用椭球面上的坐标系统
AB DC 中 央 子 午 线
拓扑空间 间。而拓扑空间则是描述空间目标宏观分
布或目标之间相互关系的有效方法 。
地理空间的概念
▪ GIS中的概念常用“地理空间”(geo-spatial)来表述，一 般包括地理空间定位框架及其所连接的空间对象；
▪ GIS中的地理空间（Geo-spatial）是指经过投影变换后， 在笛卡尔坐标系中的地球表层特征空间 ；