第五章空间查询与空间分析
GIS原理与应用教案——第五章 空间查询与空间分析

第五章空间查询与空间分析学习要求:掌握1、GIS的数据查询的基本知识2、GIS空间分析模型及其算法§5.1 空间数据的查询一、空间数据查询的含义数据查询是GIS的一个非常重要的功能,定位空间对象、提取对象信息,是地理信息系统进行高层次空间分析的基础。
二、空间数据查询的方式1、基于属性数据的查询:2、基于图形数据的查询:3、图形与属性的混合查询4、模糊查询:5、自然语言空间查询:6、超文本查询7、符号查询三、查询结果的显示方式查询结果的显示环境参数1、显示方式(the display mode)有5种显示方式用语多次查询结果的运算:刷新、覆盖、清除、相交和强调。
2、图形表示(the graphical presentation)用于选定符号、图案、色彩等。
3、绘图比例尺(the scale of the drawing)确定地图显示的比例尺(内容和符号不随比例尺变化)。
4、显示窗口(the window to be shown)确定屏幕上显示窗口的尺寸。
5、相关的空间要素(the spatial context)显示相关的空间数据,使查询结果更容易理解。
6、查询内容的检查(the examination of the content)检查多次查询后的结果。
§5.2 空间数据的统计分析讲述空间数据统计分析中基本统计量的计算和常用统计数据的分类分级算法。
一、属性数据的集中特征数反映属性数据集中特性的参数有:频数:变量在各组出现或发生的次数;频率:各组频数与总频数之比;平均数:反映了数据取值的集中位置;简单算术平均数的计算公式为:加权算术平均数的计算公式为:数学期望:以概率为权值的加权平均数的;中数:对于有序数据集X,如果有一个数x,能同时满足以下两式:则称x为数据集X的中数,记为M。
e若X的总项数为奇数,则中数为:若X的总顶数为偶数,则中数为:众数:众数是具有最大可能出现的数值。
二、属性数据的离散特征数极差:一组数据中最大值与最小值之差;离差:一组数据中的各数据值与平均数之差;标准差:方差的平方根;变差系数:衡量数据在时间和空间上的相对变化的程度。
空间数据查询与分析

第五章 空间数据查询与分析本章主要讲述了空间数据查询和空间数据分析以及数字地面模型的相关知识。
空间数据查询内容包括空间数据查询的含义,各种查询方式、查询结果的显示方式;空间数据查询应用。
空间数据分析的内容包括空间数据分析基础即空间几何量算;空间数据分析方法即缓冲区分析、叠加分析、空间数据再分类、网络分析、空间插值、统计分类分析;,空间数据分析的应用。
在本章的第三节介绍了数字地面模型(DTM)和数字高程模型(DEM)的概念,DEM的数据的采集及表示方法,DEM的应用及地形分析。
第一节 空间数据查询空间数据的查询是地理信息系统的一项重要功能,查询是用户与系统交流的途径,它可以向人们提供与地理空间、时间空间相关的空间数据,或者是与其关联的属性数据。
目前大多数成熟的商品化地理信息系统软件的查询功能都能完美地实现对空间实体的简单查找,如根据鼠标所指的空间位置,系统可查找出该位置的空间实体和空间范围(由若干个空间实体组成)以及它们的属性,并显示出该空间对象的属性列表,并可以进行有关统计分析。
1 空间数据查询的含义空间数据查询首先是给出查询条件,然后系统经过空间量算,或在空间数据库和与其相联的属性数据库中快速检索返回满足条件的内容。
查询是GIS用户最经常使用的功能,用户提出的很大一部分问题都可以通过查询的方式解决,查询的方法和查询的范围在很大程度上决定了GIS的应用程度和应用水平。
通过数据查询可以定位空间对象,提取对象信息,为地理信息系统的高层次空间分析奠定基础。
GIS数据查询包含了图形和属性的双向查询以及基于时间要素的图形、属性联合查询。
2 空间数据查询的方式2.1 基于空间关系查询空间实体间存在着多种空间关系,包括拓扑、顺序、距离、方位等关系。
通过空间关系查询和定位空间实体是地理信息系统不同于一般数据库系统的功能之一。
用户往往希望地理信息系统提供一些更能直接计算空间实体关系的功能,如用户希望查询出满足如下条件的旅游景点:8687(1)在北京三环以外;(3)距离三环线不超过100公里;(3)景点选择区域是特定的多边形;整个查询过程涉及到了空间顺序方位关系:在北京三环以外,距离三环线不超过100公里 ;空间拓扑关系:特定的选择区域之内。
第五章 空间分析原理与方法-空间查询与空间分析(实际上课新)PPT课件

GIS网络分析中涉及的网络是由一系列要素类别组成的,
信 可以度量并能图形表达的网络,又称之为几何网络。图形的
息 特征可以在网络上表现出来,同时也可以在同一个网络中表
系 示出如运输线、闸门、保险丝与变压器等不同性质的数据。
统
一个几何网络包含了线段与交点的连结信息且定义出部
原 分规则,如:哪一个类别的线段可以连至某一特定类别的交 理 点,或某两个类别的线段必须连至哪一个类别的交点。
GIS
15
地 理 信 息 系 统 原 理
GIS
网络数据符号化
16
地
理 2)几何网络要素的编辑
信
添加新的几何网络要素和直接在数据库中添加数据
息 要素是类似的,稍稍不同的是当新的几何网络要素被添
系 统
加到几何网络中的时候,它在空间上和其他网络要素在 空间上的拓扑连接关系将同时由地理数据库自动产生并 同时保存在其中,以便以后分析使用。
系
通过满足必要的条件得到合理的结果。
统
原
网络分析的基础是图论和运筹学。
理
GIS
9
地 二、 网络的组成和建立 理 1)网络的基本组成
信 一般网络的组成
息 GIS中网络的组成
系 (1)结点;
统 (2)链;
原 理
(3)障碍; (4)拐角;
GIS (5)中心;
(6)站点。
பைடு நூலகம்10
地 GIS中网络的组成
理
理 GIS中建立的几何网络的格式是GeoDataBase,将其全部
的数据和组成部分封装在一个文件中。
GIS
13
地 理 三、 ArcGIS网络分析数据的预处理 信 1)网络数据的符号化 息 2)几何网络要素的添加和删除 系 3)网络连通性的变更 统 4)网络可运行性的编辑 原 理
第五章-空间分析的原理和方法PPT课件

• 另外是根据各局部等值线上的高程点,通过插 值公式计算各点的高程,得到DEM。
-
7
• 点模式: • 人工网格法:将地形图蒙上格网,逐格读取中心
-
9
DEM的表示方法
-
10
DEM的应用
不论DEM是高程矩阵、数组、规则的点数据,还是三角网数据等 形式,都可以从中获得多种派生产品。
获得多种(不同类型)的基础图件
三维方块图、剖面图及地层图:三维方块图是最为人们熟 悉的数字地面模型的形式之一。现在已有许多可供三 维方块图计算用的标准程 序,这些程序用线条描绘或阴影栅格显示法表示规则 或不规则x、Y、Z数据组的立体图形。三维方块图在显 示多种土地景观信息中非常有用,它是土地景观设计 和森林覆盖模拟的基础。
空间统计叠合:一般用于提取某个区域范围内某些专题内容
的数量特征。
2 1
地貌图
1
3
2
行政图
A B
土壤图
a
c
e
d
g
b
f
土壤图
2A
1A
2B
1B
合成叠合
合成图
-
区 域
类 型 数
面积 a b…
14
…
23
…
… … ………
统计表
统计叠合
16
二、空间分析类型
1、根据叠合对象图形特征可分为:
并
2
1
3
叠
A
C
A 34 C 2
值的方向。这两个因素基本上能满足环境科学分析
(6)空间查询与分析

5.2 空间查询 二、空间查询的过程
图形--属性 属性限制 空间(拓扑)限制 二者结合
查询方式 查询条件
查询结果
GIS软件 空间查询语言
空间数据库
统计结果: 图、表、文字
新图层
新的属性域添加 到属性数据库
闪烁、颜色等明 显表示
浙江工商大学 计算机与信息工程学院 吴承健
•从多边形与弧段关联表中,检 索该多边形关联的所有弧段; •从 弧 段 关 联 的 左 右 多 边 形 表 中,检索出这些弧段关联的多 边形。
B C
1
A2
浙江工商大学 计算机与信息工程学院 吴承健
5.2 空间查询
三、空间查询的种类
3. 空间拓扑关系查询(由空间要素查空间要素)
1)拓扑相邻关系
线—线:查询与某干流A相连 的所有支流
5.3 Arcview中空间查询的方法
二、条件查询
2.用Query Builder工具 查询
查询表达式的用法: A.字符串如“土壤”、“name”等在查询表达式中通常要加 引号,字符串不区分大小写。 B.查询串可用“*”、“?”通配符,如要查询土壤和土地, 可用 [名称]= "土*"。 C.计算可以包含在查询中,有效的数学操作符为“+”、“-”、 “*”、“/” [Pop_2000]/[Area] <= 3000
5.2 空间查询
三、空间查询的种类
4.属性查询(根据属性条件查找空间要素)
1) Find 查找
选择一个属性表,给定
一个属性值,找出对应的属 性记录或图形,对应的图形 以高亮显示。
实现过程:执行数据库查询 语言,找到满足要求的记 录,得到它的目标标识,再 通过目标标识在图形数据文 件中找到对应的空间对象, 并显示出来。
空间查询和空间分析精品PPT课件

ArcGIS均有对应的功能、 菜单。
2021年1月8日星期五
距离
得分
0—500米 500—1000米 1000—1500米
>1500米
0(不必建设) 1 2
3(必须建设)
[R_school])
人口密度
得分
0 - 50
0(无需建设)
每一个单元,计算与其相邻的8个 单元的之间的坡度、坡向
坡度:高程差/d(单元的大小) 坡向:每一个单元,通过与相邻8
个单元的关系,计算平均方向或最 大的方向。
ArcGIS采用8单元计算法。
e1 e2 e3 e4 C e5 e6 e7 e8
S
d
2 x
d
2 y
d y [(e6 2e7 e8 ) (e1 2e2 e3 )] / 8g d x [(e1 2e4 e6 ) (e3 2e5 e8 )] / 8g
剖面
可以绘制任意方向线,得到沿该线各个单元的高程(属性)数值,将 其展开,得到纵剖面
可以用在道路的选择、坡度的估计等等。
2021年1月8日星期五
accum_cost = a1 + ( (cost_a + cost_b) / 2 ) * D accum_cost:某一单元b的累计通行成本
a1:上一个相邻单元a的累计通行成本 cost_a:单元a的成本 cost_b:单元b的成本
2021年1月8日星期五
成本距离分析
有障碍的通行(坡度、额外的费用) 有运动的成本 累计距离 最低成本表面 最小成本路径
不规则三角网(TIN)
TIN的空间分析与栅格数据格网 分析有许多共同之处。因为都 是表示连续的表面
【精品】第五章空间分析91

第五章空间分析空间分析是对分析空间数据有关技术的统称。
根据作用的数据性质不同,可以分为:(1)基于空间图形数据的分析运算;(2)基于非空间属性的数据运算;(3)空间和非空间数据的联合运算。
一、空间查询与量算简介查询和定位空间对象,并对空间对象进行量算是地理信息系统的基本功能之一,它是地理信息系统进行高层次分析的基础。
•例如:在地理信息系统中,为进行高层次分析,往往需要查询定位空间对象,并用一些简单的量测值对地理分布或现象进行描述,如长度,面积,距离,形状等。
实际上,空间分析首先始于空间查询和量算,它是空间分析的定量基础。
1.空间查询主要有两类:•第一类是按属性信息的要求来查询定位空间位置,称为“属性查图形”。
例如: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?这和一般非空间的关系数据库的SQL查询没有区别,查询到结果后,再利用图形和属性的对应关系,进一步在图上用指定的显示方式将结果定位绘出。
•第二类是根据对象的空间位置查询有关属性信息,称为“图形查属性”。
例如:一般地理信息系统软件都提供一个“INFO”工具,让用户利用光标,用点选、画线、矩形、圆、不规则多边形等工具选中地物,并显示出所查询对象的属性列表,可进行有关统计分析。
该查询通常分为两步,首先借助空间索引,在地理信息系统数据库中快速检索出被选空间实体,然后根据空间实体与属性的连接关系即可得到所查询空间实体的属性列表。
基于空间关系查询空间实体间存在着多种空间关系,包括拓扑、顺序、距离、方位等关系。
通过空间关系查询和定位空间实体是地理信息系统不同于一般数据库系统的功能之一。
例如:查询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–城市选择区域是特定的多边形;整个查询计算涉及了空间顺序方位关系(京沪线东部),空间距离关系(距离京沪线不超过50公里),空间拓扑关系(使选择区域是特定的多边形),甚至还有属性信息查询(城市人口大于100万)。
第五章 空间分析剖析

质心通常是指一个多边形或面积的几何中心。 在有些情况下质心描述的不是几何中心,而是分 布中心,或加权的平均中心。
应用范围极其广泛,如: ✓ 商场选址应该位于具有最佳势能的定位点处。 ✓ 经济的增长极可能发生在高势能地区。
8
几何中心的计算
69.5 70.8 216.2 108.3
查找
101 102 103 104
11
实质是查数据库中植被=“林地 ” 的记录,并显示。
标号
101 102 103 104
植被
林地 农地 工业地 林地
面积
69.5 70.8 216.2 108.3
12
2) 基于空间特性的查询
空间特征的查询可分: (1) 空间几何数据查询 查询空间目标的坐标点、线长、面积、周长及位 置等。 (2) 空间关系查询 基于拓扑关系的查询如邻接性查询、包含性查询、 穿越性查询、落入性查询、方向性查询等。 例:查长江经过哪几个省?
10
1、空间数据查询
1)基于属性(非空间)特征的查询
属性特征的查询主要在属性数据库中完成,这种查询通 常基于标准的SQL查询语言实现,之后按照属性数据和 空间数据的对应关系显示图形。
如:通过对下列数据表中属性“植被”的查找,找到林地。
标号
101 102 103 104
植被
林地 农地 工业地 林地
面积
• 首先求出伊拉克处于那个州;
• 之后求出同伊拉克处于同一州的国家
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5.4 空间数据的叠合 (置)分析
叠合分析(Overlay Analysis)的概念
叠合分析是在统一空间参照系统的条件下,将两层或多层 地图要素进行叠合产生一个新要素层的操作,其结果将原来 要素分割成新的要素,新要素综合了原来两层或多层要素所 具有的属性。也就是说,叠合分析不仅生成了新的空间关系, 还将输入数据层的属性联系起来产生了新的属性关系。叠合 分析是对新要素的属性按一定的数学模型进行计算分析,进 而产生用户需要的结果或回答用户提出的问题。
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第五章 空间查询与空间分析 §5-1 空间查询
二、空间数据查询种类 5、其它查询方法
第五章 空间查询与空间分析 §5-1 空间查询
二、空间数据查询种类
5、其它查询方法
1)可视化空间查询
用直观的图形或符号表示。查询主要使用图形、图像、图标、符号来 表达概念。具有简单、直观、易于使用的特点。
实现:执行数据库查询语言,找到满足要求的记录,得到它的 目标标识,再通过目标标识在图形数据文件中找到对应的空间 对象,并显示出来。
第五章 空间查询与空间分析 §5-1 空间查询
二、空间数据查询种类
4、属性查询
1) 查找
第五章 空间查询与空间分析 §5-1 空间查询
二、空间数据查询种类 4、属性查询
3)自然语言空间查询
在SQL查询中引入一些自然语言,如温度高的城市
SELECT name
FROM Cities
WHERE temperature is high
SELECT name FROM
Cities
作定量转换
WHERE temperature >= 33.75
只适用于某个专业领域的地理信息系统,而不能作为地理信息系统中的 通用数据库查询语言。
3)包含关系查询
查询某个面状地物所包含的空间对象。 同层包含:
可直接查询拓扑关系表来实现。 不同层包含:
实质是叠置分析检索,通过多边形叠置分析技术,只检索出 在窗口界限范围内的地理实体,窗口外的实体作裁剪处理。
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第五章 空间查询与空间分析 §5-1 空间查询
二、空间数据查询种类 3、空间关系查询
二、空间数据查询种类
2、空间定位查询:
给定一个点或一个几何图形,检索该图形范围内的空间对象及其属性。
1)按点查询:
给定一个鼠标点,查询离它最近的对象及属性---点的捕捉。
2)开窗查询----按矩形、圆、多边形查询
分为该窗口包含和穿过的区别。
实现:根据空间索引,检索哪些对象可能位于该窗口,然后根据点、 线、面在查询开窗内的判别计算,检索到目标。--空间运算方法
4)穿越查询
采用空间运算的方法执行,根据一个线目标的空间坐标,计算哪些面或线 与之相交。
5)落入查询
一个空间对象落入哪个空间对象之内。--空间运算
6)缓冲区查询
根据用户给定的一个点、线、面缓冲的距离,从而形成一个缓冲区的多边 形,再根据多边形检索原理,检索该缓冲区内的空间实体。
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第五章 空间查询与空间分析 §5-1 空间查询
缺点:
1)当空间约束条件复杂时,很难用图符描述; 2)用二维图符表示图形之间的关系时,可能会出现歧义; 3)难以表示“非”关系; 4)不易进行范围(圆、矩形、多边形等)约束; 5)无法进行屏幕定位查询等。
第五章 空间查询与空间分析 §5-1 空间查询
二、空间数据查询种类
5、其它查询方法 2)超文本查询
图形、图像、字符等皆当作文本,并设置一些“热点” (HotSpot),“热点”可以是文本、键等。
用鼠标点击“热点”后,可以弹出说明信息、播放声音、完成某项 工作等。但超文本查询只能预先设置好,用户不能实时构建自己 要求的各种查询。
第五章 空间查询与空间分析 §5-1 空间查询
二、空间数据查询种类
5、其它查询方法
单纯查询:单纯地查询属性,或只查询空间拓扑关系 联合查询:将空间数据与属性数据联合查询。
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第五章 空间查询与空间分析 §5-1 空间查询
二、空间数据查询种类 1、几何参数查询:
包括点的位置坐标,两点间的距离,一个或一段线目标的长度,一 个面目标的周长或面积等。
实现:查询属性库或空间计算
第五章 空间查询与空间分析 §5-1 空间查询
B 1C A2
第五章 空间查询与空间分析 §5-1 空间查询
二、空间数据查询种类
3、空间关系查询
2)相关分析检索(不同要素类型之间的关系)--通过检索拓扑关系 线—面(我国边境线总长度) 点—线(自来水GIS中,与某阀门相关的水管) 点—面
第五章 空间查询与空间分析 §5-1 空间查询
二、空间数据查询种类 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ、空间关系查询
统计结果: 图、表、文字
新图层
新的属性域添加到 属性数据库
闪烁、颜色等明显 表示
空间数据库
第五章 空间查询与空间分析 §5-1 空间查询
一、空间查询的方式
1、给出图形信息:如鼠标点取,拉框等方式。 1)检索其相应属性; 2)检索其空间拓扑关系 2、给出属性特征条件 1)检索对应的空间实体 2)查询属性
第五章 空间查询与空间分析 §5-1 空间查询
二、空间数据查询种类
3、空间关系查询
1)相邻分析检索---通过检索拓扑关系
面—面: A、 从多边形与弧段关联表中,检索该多边形关联的所有弧段; B、 从弧段关联的左右多边形表中,检索出这些弧段关联的多 边形。 线—线: A、 从线状地物表中,查找组成A的所有弧段及关联的结点; B、 从结点表中,查询与这些结点关联的弧段; 点—点: (A与B是否相通)等。
第五章 空间查询与空间分析
§5-1 空间查询 §5-2 统计分析 §5-3 DEM分析 §5-4 叠置分析 §5-5 缓冲区分析 §5-6 网络分析 §5-7 空间分析模型
第五章 空间查询与空间分析
§5-1 空间查询
图形--属性
查询方式
属性限制 空间拓扑限制
二者结合
查询条件
查询结果
GIS软件 空间查询语言
二、空间数据查询种类 3、空间关系查询
7)边沿匹配检索 空间查询在多幅地图的数据文件之间进行,这时需应用
边沿匹配处理技术。
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第五章 空间查询与空间分析 §5-1 空间查询
二、空间数据查询种类
4、属性查询
1) 查找 仅选择一个属性表,给定一个属性值,找出对应的属性记录 或图形。 在屏幕上已有一个属性表,用户任意点取记录,对应的图形 以高亮显示。
2)SQL查询 实现:交互式选择各项,输入后,系统再转换为标准的 SQL,由数据库系统执行或ODBC C语言执行,得到结果,提 取目标标识,在图形文件中找到空间对象,并显示。
3)扩展SQL
第五章 空间查询与空间分析 §5-1 空间查询
二、空间数据查询种类 4、属性查询
3)扩展SQL 空间数据查询语言在数据库查询语言上加入空间关系查询。 空间数据类型 增加 空间操作算子 空间概念