第五章 GIS空间查询与空间分析
GIS数据处理与空间分析教程
GIS数据处理与空间分析教程引言：地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）是一种将地理空间数据与属性数据进行捆绑组织、存储、查询、分析、可视化并生成可输出图形报告的系统。
在各个领域，如城市规划、环境管理、资源分配、农业发展等都有广泛的应用。
本教程将就GIS数据处理与空间分析的相关内容进行深入的介绍和讲解。
第一章：GIS数据处理的基础知识GIS数据由地理空间数据和属性数据组成，地理空间数据包括点、线、面等地理要素。
在这一章节，我们将学习地图投影的基本知识，了解常见的地理坐标系和地图投影方式，并介绍GIS数据的各种数据格式，如Shapefile、GeoJSON等。
第二章：GIS数据获取与预处理本章节将介绍如何获取地理空间数据，包括地理信息系统数据和其他来源的数据。
我们将探讨如何使用GPS设备采集地理数据，并学习如何使用影像处理软件提取图像中的地理信息。
另外，还将涉及数据预处理的工作，如数据清洗、数据转换和数据拓扑校正等。
第三章：GIS数据管理与存储GIS数据管理与存储是GIS应用中关键的一环，本章节将重点介绍如何进行数据管理和数据存储。
我们将学习如何使用数据库管理系统（DBMS）对GIS数据进行组织和存储，并了解属性数据表的设计和建立。
此外，还将介绍如何维护和更新数据，以及数据备份和恢复的相关策略。
第四章：GIS空间分析基础在进行GIS空间分析之前，我们需要了解一些基础概念和方法。
本章节将介绍GIS空间分析的基本概念，如空间关系、空间查询和空间操作等。
我们还将学习常见的空间分析方法，如缓冲区分析、叠加分析和网格分析等，并通过具体案例来加深理解。
第五章：GIS空间分析进阶本章节将介绍一些进阶的GIS空间分析方法和技术，如网络分析、三维分析和时空分析等。
我们将详细讲解这些方法的原理和应用场景，并通过实际案例来展示如何使用这些方法进行空间分析。
第六章：GIS可视化和报告生成通过可视化和报告生成，我们可以有效地展示和传达GIS数据和分析结果。
地理信息系统考试整理重点2
第一章GIS绪论1、地理信息系统：是地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，对地理数据进行采集、管理、操作、分析、模拟和显示，采用空间模型分析方法提供空间和动态的环境信息，为决策服务而建立起来的计算机技术系统。
2、GIS的组成：硬件环境、软件系统、空间数据、应用人员、应用模型。
3、GIS的软件构成：GIS 软件、系统软件、数据库软件。
4、GIS的功能：数据采集与输入、数据编辑与处理、数据存储和管理、空间查询与分析、数据的显示与输出。
5、论述GIS与自己专业的关系？第二章GIS的地学基础1、地球的三级逼近？一级逼近：大地体-物理表面；二级逼近：旋转椭球体-数字表面；三级逼近：参考椭球体-大地测量面。
2、地理坐标系（大地坐标系）：是以经度和纬度表示地面点位置的球面坐标系统。
3、中国的大地坐标系统：①1954年北京坐标系；②1980年国家大地坐标系（1980西安坐标系）。
4、地图投影：在地球椭球面和平面之间建立点与点之间函数关系的数学方法，称为地图投影。
5、地图投影变形：在地图投影时，把球面上的经纬线网转换到投影平面上，转换后地图上经纬线网格必然产生变形，这种变形称为地图投影变形。
包括长度变形、面积变形和角度变形。
6、按地图投影变形性质分类：等角投影(正形投影)：投影后任意点上任意两条微分线段构成的角度不产生变形。
等积投影：投影前后面积大小不变的投影，即面积变形为零。
任意投影：投影后长度、面积和角度都有变形，它既不等角又不等积。
等距投影是在特定方向上没有长度变形的任意投影的一种。
7、高斯-克吕格投影：是一种横轴等角切椭圆柱投影，它是将一椭圆柱横切于地球椭球体上，并与某一子午线相切，然后用等角条件将中央子午线两侧各一定经差范围内的地区投影圆柱面上，并将此柱面展为平面，即获得高斯克吕格投影。
8、高斯克吕格投影特点：①中央经线和赤道被投影为互相垂直的直线，且为投影的对称轴；②投影后无角度变形，即等角投影；③中央经线投影后没有长度变形。
地理信息系统 GIS 第五章 GIS空间分析技术
1、质心量测
✓质心是描述地理对象空间分布的一个重要指标。例如要 得到一个全国的人口分布等值线图，而人口数据只能到 县级，所以必须在每个县域里定义一个点作为质心，代 表该县的数值，然后进行插值计算全国人口等值线。 ✓质心通常定义为一个多边形或面的几何中心。当多边形 比较简单，如矩形，计算很容易。但当多边形形状复杂 时，计算也更加复杂。 ✓在某些情况下，质心描述的是分布中心，而不是绝对几 何中心。同样以全国人口为例，当某个县绝大部分人口 明显集中于一侧时，可以把质心放在分布中心上，这种 质心称为平均中心或重心。
式中，i为折线或多边形的顶点数，含义为依次求出组 成折线或多边形的所有线段长度，然后累加求和。
2 几何量算
➢多边形面积计算及其应用：辛普森（Simposion）面 积计算公式
在GIS中，梯形法是求面积的主要方法之一。其基 本思想是：按照多边形的顶点顺序依次求出多边形所 有边与X轴或Y轴组成的梯形面积，然后求其代数和
三、空间查询
✓ 例如：查询三峡地区长江流域人口大于50万的市或 县
Select*From县或市Where
县或市人口>50万
and Cross （河流名称=“长江”）
3、形状量测
• 如果认为一个标准的圆目标既非紧凑型也非膨胀型 的，对一个多边形则可定义其形状系数r为
r
P
2 A
• 其中，P为目标物周长， • A为目标物面积。 • 如果 • r〈1，目标物为紧凑型； • r =1, 目标物为一标准圆； • r 〉1，目标物为膨胀型。
三、空间查询
• 空间查询是GIS的一个重要功能，一般定义为作 用在GIS数据上的函数，它返回满足条件的内容。
• 查询是用户与系统交流的途径。
【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）。
使用GIS软件进行空间数据分析的技巧
使用GIS软件进行空间数据分析的技巧随着科技的不断发展，GIS（地理信息系统）软件在各行各业中得到了广泛的应用。
从城市规划到环境保护，从交通管理到灾害应对，GIS软件帮助人们更好地理解和利用地理空间数据。
本文将介绍一些使用GIS软件进行空间数据分析的技巧。
1. 数据获取与处理在进行任何分析之前，首先需要获取和处理地理空间数据。
这些数据可以来自各种来源，如卫星遥感图像、地形数据、人口统计数据等。
使用GIS软件，我们可以将这些数据导入，并进行预处理，如数据清理、格式转换和投影转换等。
确保数据的准确性和一致性对于后续的分析至关重要。
2. 空间查询与可视化GIS软件提供了强大的空间查询和可视化工具，帮助我们快速定位和分析特定区域。
我们可以使用空间查询工具来选择或过滤出感兴趣的空间要素，如选取某个行政区域内的建筑物或某个地段的地形特征。
同时，利用GIS软件的可视化功能，我们可以以地图、图表或统计图等形式对地理空间数据进行展示，使得数据更加直观和易于理解。
3. 空间叠加分析与缓冲区分析空间叠加分析是GIS软件中常用的分析方法之一。
它通过将不同的空间数据层叠加在一起，来探索它们之间的相互关系。
例如，我们可以叠加地形数据和水系数据，以确定哪些地区容易发生洪水。
此外，缓冲区分析也是一种常用的空间分析方法。
它通过在地理空间数据中创建缓冲区来研究特定地点周围的影响范围。
例如，我们可以通过创建一个以学校为中心的缓冲区，来研究该区域内的交通情况和人口密度，并据此进行城市规划。
4. 空间插值与预测分析在一些情况下，我们可能无法获得完整的地理空间数据。
此时，空间插值技术可以帮助我们通过已有的数据点来推测其他地方的数据情况。
GIS软件提供了多种空间插值算法，如反距离加权插值和Kriging插值。
通过对地理空间数据进行插值分析，我们可以获取缺失数据的估算值，并进行进一步的预测分析。
5. 空间统计分析与模型建立空间统计分析是GIS软件中一个重要的功能。
地理信息系统的数据查询与空间分析技巧
地理信息系统的数据查询与空间分析技巧地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）是一种将地理数据与计算机技术相结合的现代信息管理系统。
它能够提供有关地理位置、地物属性和地物关系的信息。
在这个信息大爆炸的时代，GIS正成为人们获取、处理、分析和展示地理数据的重要工具。
本文将探讨地理信息系统中的数据查询与空间分析技巧，旨在帮助读者更好地理解和应用GIS工具。
一、数据查询技巧数据查询是地理信息系统中最基本也是最重要的功能。
通过数据查询，我们可以针对特定条件或属性查找和筛选感兴趣的数据。
以下是几种常见的数据查询技巧。
1. 属性查询属性查询是根据数据表中一列或多列的属性值进行查询的方式。
在进行属性查询时，需要明确查询条件，并利用逻辑运算符（如等于、大于、小于等）组合条件表达式。
例如，我们可以通过属性查询找到特定区域的人口密度高于平均水平的地区。
2. 空间查询空间查询是根据地物之间的空间关系进行查询的方式。
常见的空间查询包括点与面的关系、线与面的关系、面与面的关系等。
例如，在城市规划中，我们可以利用空间查询找到位于某个距离内的商业中心区域，以便进行商业用地的规划。
3. 缓冲区查询缓冲区查询是基于距离测量进行的一种查询方式。
通过设定缓冲区距离，在地图上生成一定距离内的区域范围，以便进行进一步分析。
例如，我们可以利用缓冲区查询找到离公园500米范围内的住宅区，从而评估周边居民的可达性和容量。
二、空间分析技巧空间分析是地理信息系统中的一项重要任务，用于揭示地理现象之间的空间关系和模式。
以下是几种常见的空间分析技巧。
1. 空间叠加分析空间叠加分析是将不同图层的地理要素进行叠加以获得新的结果图层的过程。
通过空间叠加分析，我们可以识别出不同要素之间的重叠区域、相交区域和分离区域，从而发现地理现象之间的关联关系。
例如，我们可以将人口分布图层和道路网络图层进行叠加分析，得到不同人口密度区域的交通便利性。
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。
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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
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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?
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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。
地理信息系统教程(考试重点)
地理信息系统教程第一章绪论1．信息系统：能对数据和信息进行采集、存储、加工和再现，并能回答用户一系列问题的系统。
具有采集、管理、分析和表达数据的能力。
2．地理信息系统：GIS是由计算机硬件、软件和不同的方法组成的系统，该系统设计用来支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题3．GIS与IS之间的区别：GIS是空间数据和属性数据的联合体。
4．GIS系统五个基本组成部分：⑴硬件系统，各种设备-物质基础；⑵软件系统，支持数据采集、存储、加工、回答用户问题的计算机程序系统；⑶数据，系统分析与处理的对象、构成系统的应用基础；⑷应用人员，GIS服务的对象，分为一般用户和从事建立、维护、管理和更新的高级用户；⑸应用模型，解决某一专门应用的应用模型，是GIS技术产生社会经济效益的关键所在5．地理信息系统基本功能：⑴数据采集与编辑；⑵数据存储与管理；⑶数据处理和变换；⑷空间分析和统计；⑸产品制作与显示；⑹二次开发和编程6．地理信息系统应用功能：资源管理；区域规划；国土监测；辅助决策第二章地理信息系统的空间数据结构和数据库1．地理实体：指自然界现象和社会经济事件中不能再分割的单元，它是一个具有概括性，复杂性，相对性的概念。
2．地理实体的特征：⑴属性特征——用以描述事物或现象的特性；⑵空间特征——用以描述事物或现象的地理位置以及空间相互关系；⑶时间特征——用以描述事物或现象随时间的变化3．地理实体数据的类型：⑴属性数据——描述空间对象的属性特征的数据；⑵几何数据——描述空间对象的空间特征的数据；⑶关系数据——描述空间对象之间的空间关系的数据4．点：有特定位置；线：具有相同属性的点的轨迹，由一系列的有序坐标表示；面：对湖泊、岛屿、地块等一类现象的描述。
由封闭曲线加内点来表示；体：用于描述三维空间中的现象与物体，它具有长度、宽度及高度等属性5．空间数据结构：是指空间数据适合于计算机存储、管理、处理的逻辑结构，也就是指空间数据以什么形式在计算机中存储和处理。
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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，如，某省的下属地区，若建立有空 间拓扑关系，可直接查询拓扑关系表来实现。 不同层包含，如某省的湖泊分布，没有建立拓 扑，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。
和传输空间信息） 空间分析内容（按方法）包括：空间统计
分析、缓冲区分析、叠置分析、集合分析、 地学分析、地形分析等。
第二节空间数据查询
空间数据库
空间查询
哈尔滨在哪 里？
78路公交 经过哪些
站？
属性查询
2.1 空间数据查询的定义
一般定义：从GIS数据库中找出所满足属性约 束条件和空间约束条件的地理对象或数据内容。
2．面积
多边形边界也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:
S 1 n xi 2 i1 xi1
yi yi1
3.2 距离量算
--空间运算方法
3 空间关系查询
1）相邻分析检索---通过检索拓扑关系 面—面：如查询与面状地物相邻的多边形的实现方法： 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。
B C
1
A2
线—线（与某干流A相连的所有支流） 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。
4）穿越查询 某公路穿越了某些县，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。
第五章 GIS空间查询与空间分析
学习目标
➢理解空间数据查询和空间分析的概念； ➢掌握缓冲区分析、叠加分析和网络分析的概念、原理、
方法和应用。 ➢了解空间数据的统计分析方法和应用
重点：空间分析的概念、常用空间分析的方法和应用。 难 点：缓冲区分析、叠加分析和网络分析。
第一节 空间分析概述
1.1 空间分析的含义
大致可分为四类： 1. 针对空间特征的查询（单纯的空间查询 ） 2. 针对非空间属性的查询（单纯的属性查询 ） 3. 结合空间关系和非空间属性的查询 （与空间 位置和属性条件同时相关的联合查询 ） 4. 地址匹配查询 （可归为3）
2.2 空间数据的基本查询方式
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、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。
3.1 几何量算
几何量算对点、线、面、体4类目标物而言， 其含义不同的： 点状目标：坐标； 线状目标：长度、曲率、方向； 面状目标：面积、周长等； 体状目标：表面积、体积等。
1 线长度
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：
7）边匹配检索 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。
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。 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。
2 给出属性特征条件
1）检索对应的空间 实体
2）查询属性 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。
三、空间数据查询的种类
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
空间分析是 ——基于空间数据的分析技术，它以地学 原理为依托，通过分析算法，从空间数据 中获取有关地理对象的空间位置、空间分 布、空间形态、空间形成、空间演变等信 息。其根本目的是：通过对空间数据的深 加工或分析，获取新的信息，为空间行为 提供决策依据。 ——空间数据挖掘
1.2 空间分析的目的
在于通过对空间数据的深加工或分析，获 取新的信息。 （基于地理对象的位置和形态 特征的空间数据分析技术，其目的在于提取
2）SQL查询
Select 属性项 From 属性表 Where 条件 or条件 and 条件
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。
第三节 空间数据的量算
空间信息的自动化量算是地理信息系 统所具有的重要功能，也是进行空间分析 的定量化基础。其中的主要量算有： ➢ 几何量算 ➢ 距离量算 ➢ 形状量算 ➢ 质心量算
n 维匀质空间广义距离 公式
距 离
n
1/ q
dij (q) (xli xlj )q
l 1
计
算
公
式
n 维非匀质空间距离计算
dij (xi x j )2 (yi y j )2
i(xi, yi)
dij xi x j yi y j
i
i
j(xj, yj) j
j
dij (xi x j )0.6 ( yi y j )0.6 1/0.6