第五章 GIS空间查询与分析

ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
五、空间数据的查询检索

5、空间关系查询 它又称拓扑查询。空间目标之间拓扑关系分两类：一种是 几何元素之间的结构关系，如点、弧段和面之间的关联关 系，用来描述和表达几何元素间的拓扑数据结构。另一种 是空间目标之间的位置关系，用来描述所表达几何元素之 间的分布特征，如邻接关系、包含关系、重叠关系、方向 关系等。空间关系查询的目的是检索与指出相关的空间目 标。 (1)面－面关系。查询并判断两个面状地物之间是否相邻、 包含、相交以及方向距离关系。例如查询某一湖泊周围的 土地类型，就是查询同湖面相邻接区域的图形属性。 (2)线一线关系。查询并判断线与线之间是否有邻接、相 交、平行、重叠以及方向距离关系。例如，查询河流的支 流就是查询同主流相交的河流。
五、空间数据的查询检索 空间数据的查询检索是地理信息系统 中最基本的分析功能，通过它，用户 可以进一步获取很多派生空间数据。 空间数据的查询检索实质上是按一定 条件对空间目标的位置和属性信息进 行查询，以形成一个新的数据子集， 可大致分下面几种：
五、空间数据的查询检索


1、定位查询 用于实现图形数据和属性数据的双向查询。如将 光标指向屏幕上图形的某一部分时，可得到相应 的属性数据。相反，当光标指向属性数据中某一 数据项时，在屏幕上显示该数据项相关联的图形。 定位查询是最基本的查询功能。 2、分层查询 用于查询分层存放的图形数据和属性数据。如当 地图的地理要素分成行政界线、交通、水系及居 民地等层时，为了提取行政界线可只查询行政界 线层。
一、缓冲区（Buffer）分析 缓冲区是根据数据库中事物的点、线、 面实体，自动建立其周围一定宽度范围内 的缓冲区多边形 。 缓冲区的建立如下图所示，可以在 任一特征（点、线或多边形）的周围建立 缓冲区。
不 同 类 型 实 体 缓 冲 区 的 建 立
二、拓扑叠加分析
拓扑叠加分析是把分散在不同层上 的空间属性信息按相同的空间位置加到 一起，合为新的一层。
二）辅助建设项目选址
1、目的和标准： ⑴目的：将建设项目选在最佳位置 ⑵标准：面积﹤1万m2 地价﹤5000元/m2 地块周围不能 有小学、幼儿园等 2、准备数据： 地块数据（含地价属性） 小学、幼儿园等公共设施分布图 3、空间操作： ⑴选择地块：①查询面积﹤1万m2地块 ②地价﹤5000元/m2 将满足上述两条件的地块提取出来 ⑵邻域分析：将学校等公共设施的信息叠加到选中地块的层 次上进行分析 4、统计分析： 将满足条件的地块选出来 5、打印输出图形或表格

点—点关系 点—线关系 点—面关系 线—线关系 线—面关系 面—面关系
二、图文互访 图文互访是最常用的查询，主要有两 类：第一类是按属性信息的要求来查询空 间位置，俗称“文查图”。第二类是按空 间位置来查询属性信息，俗称“图查文”。
三、点、线、面相互关系的查询
面－面查询：与某个多边形相邻的多边形是哪些；
4、点与面的叠合
点与面的叠合可以分析每个多边形内某类
点状要素一共有多少，或哪些点落在哪些多边 形内。 这一功能常用于城市中各种服务设施分布 情况的分析。 四分树结构的栅格模型，拓扑结构或非拓
扑结构的矢量模型均可方便地实现这一功能。
三、逻辑关系分析
用逻辑表达式来分析处理重合点的非几何 特性之间的逻辑关系，实现对空间数据复合、提 取、删除等操作。 常用逻辑运算包括： 逻辑交运算 逻辑并运算 逻辑非运算
第四节
一、DTM和DEM
数字地形模型
数字地形模型(Digital Terrain Model，简 称DTM)，是在空间数据库中存储并管理的空间 地形数据集合的统称。是带有空间位置特征和 地形属性特征的数字描述。
数字高程模型（Digital Elevation Model， 简称 DEM）是给二维的点、线、面赋予特殊的 属性：高程，使其变为三维的表面模型。
线状河流与多边形的叠加
“使公园的可利用面积最大，公园中应很少或 没有沿河流分布的沼泽地.”这段说明可以转换为： 在一个沼泽地的多边形上，对上面选出的河段进 行线与多边形的叠加，叠加的结果可以确定一些 河段，使整个河岸长度都可用于野餐、散步等。 如图：
缓冲区与沼泽地数据的叠加
四）准备表格分析的数据 五）进行表格分析 利用逻辑表达式和算术表达式可以对在第三 步中进行的空间操作所获得的新的属性关系进行 分析。例如，在第一步中用于公园选址的标准， 可以改变成下面的表达式： “公园的位置必须是从主要公路上容易到达的， 但又不能太靠近公路，以减少燥声或其它干扰。” 这段话可以根据沿主要公路建立两个缓冲区，所 得到的结果可以改变为：只有那些位于缓冲区所 确定的范围内的地区，可以考虑做进一步分析。
No 1 2 P1 1 1 P2 2 3 P3 3 4
No 1 2 3 :
1
2
90.0 10.0 50.7 10.0 67.2 23.9 : :
2
3 4 5 6 7 8 : 37 38
3
4 5 9 3 1 : 9 8 6
3
:
4
：
5
：
1
：
10
10.0 90.0
81. 0
36

六、量算
常用的简单量算有： 累计某个多边形内某种点状要素的数量； 两点之间或点到线的距离； 线的长度和线的非直线系数（曲线长度/该线 起终点的直线距离）； 多边形的周长和面积； 多边形的形心位置； 居住人口的重心位置； 某施工场地填、挖方的体积等等。
第二节

空间分析的方法
缓冲区（Buffer）分析 拓扑叠加分析 逻辑关系分析 关系操作：相关和连接
该层的属性由被叠加层各自的属性 组合而成。这种组合可以是简单的逻辑 合并的结果，也可以是复杂的函数运算 的结果。
1、点与点的叠合
点与点的叠合通常是在栅格模型中进行。由 于栅格模型已把空间事物用网格来描述，栅格 数据库中每个基本单元就是一个点，只要不同 层之间基本单元的大小、位置可以相互匹配， 叠合就很方便。 把许多层上有关点的属性进行组合后放入 新的一层，是栅格模型在空间分析上的一大优 势。
二）准备空间操作的数据 这一步骤用于确定和准备分析中所要用到的 数据。例如：可能需要对存储特殊属性的单位进 行转换（如将以平方英尺为单位存储的面积测量 数据值转换为以英亩为单位存储） 三）进行空间操作 空间操作包括建立特征缓冲区，进行拓扑叠加、 特征提取、特征合并等。 对于公园选址的例子来说，对每项标准的说明 都可以用来确定需要进行的一系列空间操作，如： “公园的位置必须是从主要公路上容易到达的， 但又不能太靠近公路，以减少燥声或其它干扰” 这这段说明可以转换为下面一系列空间操作。 如图：
六）结果的评价和解释 七）如有需要，改进分析 八）产生结果的最终地图和表格报告
二、空间分析实例
一）道路拓宽拆迁指标计算 1、目的和标准： ⑴目的：了解拆迁房屋的面积和价值 ⑵标准：拓宽20—60米，尽量保持直线，部分位于拆迁区内 的10层以上建筑不拆 2、准备数据： 道路现状图 建筑物分布图 3、空间操作： ⑴建立道路缓冲区 ⑵与建筑物分布图进行叠加 4、统计分析： 统计分析部分和全部位于拆迁区内的建筑，将不拆迁 的10层以上建筑从中删除，然后统计位于拆迁区内的建筑 面积和价值 5、打印输出表格
五、空间数据的查询检索
5、空间关系查询 (3)点－点关系。查询并判断点与点之间的距离、方 向及重叠关系。例如，查询某居民点周围距离小 于2㎞的商店。 (4)线－面关系。查询并判断线与面之间的距离、方 向、相交及重叠等关系。例如，求通过某县的公 路或某一高速公路所经过的县、市。 (5)点一线关系。查询并判断点与线之间的距离、方 向及重叠的关系。例如，查找某一条河流上的桥 梁或通过某一居民点的公路。 (6)点一面关系。查询并判断点与面之间的距离、方 向及包含关系。例如查找某林区内的消防站。
第一节
第二节
查询与量算
空间分析的方法
第三节
第四节
执行空间分析的步骤
数字地形模型
第一节

查询与量算
空间关系的类型 图文互访 点、线、面相互关系的查询 地址匹配查询 量算
一、空间关系的类型 空间关系主要是指地理实体之间的位置 关系，即点、线、面三类基本数据之间的关系， 它们两两相关，显然有六种关系，即：
点－线查询：某个结点由哪些线（链）相交而成。
“开窗”查询： 在图形显示屏幕上用光标临时划定 一 个不规则的多边形，好像在背景地图 上开了一个“窗”，然后查出和该窗 口 有关的点、线、面及其属性信息。
四、地址匹配查询
从街道的自然地址来查询事物的空间位置是 GIS一种特有的查询方法，这种查询往往需要建立 DIME或TIGER的地理编码。（见下图示意）。
二、DTM
DTM的表示方法： 主要有规则格网（GRID）表示法和 不规则三角网(TIN)表示法，此外还有离 散点表示法和数学分块曲面表示法。
TIN三角网

TIN存储方式：
1 3 2 3 4 5 7 6 9
1
2
4
6
8 11 10 8
7
5
9
10

TIN存储方式：
No X Y Z 43. 5 67. 3 62. 6 : P 1 5 8 :
四、关系操作:相关和连接
相关是利用一个公共项，在两个表的 相对应记录中建立起联系。 关系连接是利用一个公共项，将两个 表在物理上组合在一起的相关操作。
空间分析示例－面域分析
空间分析示例－点状要素分析
空间分析示例－属性查询与分析
第三节
执行空间分析的步骤
一、执行空间分析的步骤 一）建立分析目的和标准 以公园选址为例，可能用到的标准有： 1、公园的位置必须是从主要公路上容易到达的,但 又不能太靠近公路，以减少噪声或其它干扰 2、公园应设计成环绕着一条天然的小河流 3、使公园的可利用面积最大，公园中应很少或没 有沿河流分布的沼泽地