地理信息系统叠置分析
GIS技术中矢量数据空间叠置分析及应用
－ ６２ －
２００５ ， １ ： ６１～６２． ［４ ］Ａｌｂｅｒｔｉ， ｅｔ ａｌ． Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＧＩＳ ｔｏ ｓｐａｔｉａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｍｅｓｏｆａｕｌｔ Ｐｏｐ－
ｕｌａｔｉｏｎｓ， Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ ＆ ＧｅｏＳｃｉｅｎｃｅｓ， ２００５， ３１ （１０） ， ｐｐ． １２４９－ １２５９． （ 作者单位系 １ 大连市房地产档案馆 ２ 大连市房地产档案馆）
参考文献 ［１ ］ 范 一 大 ， 史 培 军 等 ． 行 政 单 元 数 据 向 网 格 单 元 转 化 的 技 术 方 法 ［Ｊ］． 地 理 科 学 ， ２００４ ， ２４ （ １ ） ： １０５～０８． ［２ ］Ｂｅｎｓｏｎ ＶＳ， ｅｔ ａｌ． Ｓｐａｔｉａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｌａｎｄ ｕｓｅ ｉｍｐａｃｔ ｏｎ ｇｒｏｕｎｄ ｗａｔｅｒ ｎｉｔｒａｔｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ， Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｑｕａｌｉｔｙ， ２００６， ３５（２）， ｐｐ． ４２１－ ４３２． ［３ ］ 杨 俊 ， 李 雪 铭 等 ． 基 于 赋 值 技 术 地 形 分 析 及 应 用 ［Ｊ］． 测 绘 通 报 ，
１ 引言 空间叠置分析分为两种类型， 一种是以栅格数据为基础， 另一 种 则 是 以 矢 量 数 据 为 基 础 的 。大 部 分 国 内 外 学 者 都 是 以 栅 格 数 据 为 基 础 ， 运 用 地 理 信 息 系 统 空 间 分 析 方 法［１－ ５］。 由 于 以 栅 格 为 基 础 的 空间叠置分析中， 如果研究区域的范围大， 图形的比例尺大的情况 下， 用于叠置分析的栅格数据的巨量， 对计算机的软硬件的要求高， 不支持复杂数学模型下的空间分析。 地 理 信 息 系 统 （ ＧＩＳ） 的 核 心 是 空 间 分 析 功 能 ， 空 间 叠 置 分 析 是 空 间 分 析 的 中 一 个 重 要 的 部 分 ， 如 一 个 地 区 的 土 地 适 应 性 评 价 、生 态 评 价 、土 壤 侵 蚀 等 ， 都 需 要 用 到 空 间 叠 置 分 析 的 方 法 。 ２ 数据源及处理方法 ２．１ 地形图数据处理 ２．１．１ 数据源 数 据 源 旅 顺 １ ： １００００ 地 形 图 （ ９８ 年 ） ， 数 据 格 式 为 ＣＡＤ 格 式 ； 大 连 市 旅 顺 口 区 Ｓｐｏｔ５ 数 据 （ ０５ 年 ） ， 包 括 一 个 ２ ．５ｍ 全 色 波 段 和 ３ 个 １０ｍ 多 光 谱 波 段 ； 旅 顺 １ ： １００００ 土 地 利 用 数 据 （ ０３ 年 ） ， 数 据 格 式 为 ＴＡＢ 格 式 。 ２．１．２ 地形图数据转换 １ ： １００００ 地 形 图 是 ＡｕｔｏＣＡＤ 的 ＤＷＧ 格 式 ， 而 且 图 形 数 据 属 性 。 利 用 ＭａｐＩｎｆｏ 的 Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｔｒａｎｓｌａｔｏｒ ， 把 ＤＷＧ 格 式 的 文 件 转 换 为 Ｔａｂ 格式。转化的基本流程如下：
叠置分析是将两层或多层地图要素进行叠置产生一个新要素层的操作
1、叠置分析是将两层或多层地图要素进行叠置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。
2、合成叠置是将同一地区、同一比例尺的两组或更多的多边形要素的数据文件进行叠置，根据两组多边形边界的交点来建立具有多重属性的多边形，如p133图(a)。
3、统计叠置是将多边形数据层叠加，进行多边形范围的属性特征的统计分析，如p133图(b)。
4、矢量叠置一般经过三个步骤的计算。
第一步:将所有的线段在与另一层的线段相交的位置打断；第二步:重新建立弧-多边形拓扑关系；第三步:设置多边形标识点，传递属性。
5、缓冲区：所谓缓冲区就是地理空间目标的一种影响范围或服务范围。
6、缓冲区分析：是在点、线、面实体周围建立缓冲区多边形的过程。
7、“数字地球”是应用遥感、遥测、全球定位系统、地理信息系统、通信技术、计算机技术、互联网络/万维网、仿真与虚拟现实技术等现代科技的高度综合与集成体。
8、数字城市是指：综合运用空间信息技术、虚拟现实技术、计算机和互联网技术、数据库技术、等，将城市地理、资源、环境、人文、经济、社会和居民日常生活等复杂系统进行数字化、网络化，建立能够分类存储、自动处理和智能识别的海量数据库，并可直接用于城市规划、建设、管理、服务和居民日常生活的综合系统。
9、数字城市建设内容基础地理信息是数字城市的基础信息多尺度、多时相和多分辨率的基础地理信息是数字城市的基础框架，是其他信息的空间定位和载体，同时也是数字城市面向公众用户的直观界面信息高速公路是数字城市的基础设施宽带互联网、通信协议（IP）技术、无线通讯协议（WAP）技术是实现数字城市的基本技术条件。
数字城市具体表现数字城市通过政府上网、电子商务、一卡通、房地产交易、远程教育、娱乐等与人们的日常生活和工作结合在一起。
10、数字城市建设的支撑技术:空间信息技术地理信息系统（GIS）为庞大的城市数据提供了管理、存储和维护的有效手段;遥感（RS）技术中数字摄影测量技术、航空摄影测量与高分辨率卫星遥感技术和激光扫描技术提供了数据获手段;全球定位系统（GPS）提供动态目标的定位。
数据处理及矢量数据的叠置分析
目录
• 引言 • 数据处理基础 • 矢量数据处理 • 矢量数据的叠置分析 • 案例分析与实践 • 结论与展望
01
引言
主题简介
数据处理
数据处理是指对数据进行收集、整理、存储、检索、传输 和利用的过程，旨在提取有用的信息并应用于实际场景。
矢量数据
矢量数据是一种基于几何对象的数据表示方法，包括点、 线、面等几何要素，具有数据精度高、信息量大的特点。
多重叠置
多重叠置是将多个矢量数据层进行多次叠加，以揭示更复杂的空间关系。多重叠置可以用 于分析不同地理要素之间的层次结构和网络关系。
叠置分析的应用场景
城市规划
灾Hale Waihona Puke 预警在城市规划中，可以通过叠置分析来 研究不同土地利用类型之间的空间关 系和相互影响，为城市规划和土地利 用提供决策支持。
在灾害预警中，可以通过叠置分析来 研究不同灾害风险因素之间的相互影 响和关联，为灾害预警和减灾提供决 策支持。
数据转换
将数据转换为适合分析的格式 或类型，如将分类变量转换为 虚拟变量。
数据集成
将多个来源的数据整合到一个 统一的数据集中，解决数据孤 岛问题。
数据归一化
将数据缩放到特定的范围或标 准，如将数据归一化到0-1之间
。
03
矢量数据处理
矢量数据概念
矢量数据
以几何对象为表示形式的地理数据，包括点、线、面等基本元素。
环境保护
在环境保护中，可以通过叠置分析来 研究不同生态系统和环境要素之间的 相互影响和关联，为环境保护和可持 续发展提供决策支持。
05
案例分析与实践
案例一：地理信息系统中的叠置分析
总结词
第20讲-叠置分析与缓冲区分析
三、要求
1、所寻求的区域要满足以下条件
离主要交通要道200m之外，以减少噪音污染（ST 为道路数据中类型为交通要道的要素）。 在商业中心的服务范围之内，服务范围以ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ业中心 规模的大小（属性字段YUZHL）来确定。
距名牌高中在750m之内，以便小孩上学便捷。 距名胜古迹500m之内，环境幽雅。
第20讲 叠置分析
空间分析
空间分析是地理信息系统的核心功能
空间分析的方法：
1.空间查询 2.空间统计分析 3.空间叠置分析
咨询式分析
4.空间缓冲区分析
5.空间网络分析
生产式分析
6.数字地面模型分析
叠置分析
所谓叠置分析，是在同意坐标系下，将同一
地区、同一比例尺的包含感兴趣的空间要素 对象的多个要素层进行叠加，产生一个新的 要素层，该图层综合了原有多层实体要素所 具有的空间和属性特征。
1、属性赋值 （1）分别打开商业中心，名牌高中和名胜古迹影响范围的缓冲区图层的属性列 表，分别添加market, school和famous字段，并全部赋值为1。
（2）向主干道噪音缓冲区图层的属性列表中添加voice字段，全部赋值为－1。
2、区域叠加
（1）打开ArcToolbox，选择Analyst Tools ︱ Overlay︱Union命令，打 开图层合并操作对话框。
完成对主干道噪音污染缓冲区的建立。
（二）商业中心、名牌高中和名胜古迹影响 范围建立方法与主干道噪音污染缓冲区建立 方法一致。
商业中心影响范围
名牌高中影响范围
名胜古迹影响范围图
（三）进行叠置分析，求出满足上述四 个要求的区域 。
1、求取3个点图层缓冲区的交集区域。
地理信息系统叠置分析 ppt课件
地理信息系统叠置分析
例：利用土壤侵蚀通用方程式计算土壤侵蚀量 已知：土壤侵蚀量的大小是降雨(R)、植被覆度(C)、
坡度(S)、坡长（L）、土壤抗蚀性(SR)等因素的函数
地理信息系统叠置分析
土壤侵蚀量的大小是 降雨(R)、植被覆度 (C)、坡度(S)、坡长 （L）、土壤抗蚀性 (SR)等因素的函数
食 虫
鸣
禽
选
择
高
质
量
的
栖
息
地
地理信息系统叠置分析
视觉信息的叠加是将不同层面的信息叠加显示在结 果图件或屏幕上，它不产生新的数据层面，只是将 多层信息复合显示，以便研究者判断其相互关系， 获得更为丰富的空间关系。地理信息系统中视觉信 息的叠加包括以下几类：
面状图、线状图和点状图之间的复合； 面状图区域边界之间或一个面状图与其他专题区域边界
地理信息系统叠置分析
例：有土壤厚度（大于50厘米和其他）和土壤类型 （红壤和其他类型）两个二值化图层，不同的逻辑运算 结果如下：
AND关系：结果是将土层厚度大于50厘米，且土壤为 红壤的土壤单元显示出来；
OR关系：结果将土层厚度大于50厘米，或者土壤为红 壤的土壤单元显示出来；
XOR：结果将土层厚度小于50厘米，或者土壤不是红 壤的土壤单元显示出来；
地理信息系统叠置分析
（二）叠置分析的条件：
区域一致 数据能够有效匹配（投影、比例尺等） 分析模型与分析数据一致 误差及处理方法
地理信息系统叠置分析
叠加生成 的 碎屑多边形
T1 时刻多边形
T2 时刻多边形
多边形叠加结果
多边形叠加产生碎屑多边形
地理信息系统叠置分析
地理信息系统_第5章第2节_空间叠合分析详解
1
3B
5B
降雨量
土壤类型
适宜农作物
基于栅格数据的叠合分析
基于栅格数据的叠合分析
栅格叠合分析的条件：162 栅格土壤抗蚀图
降雨量图
植被覆度图
E F ( R, C, S , L, SR )
侵蚀量图
土壤侵蚀多因子函数运算复合分析示意图
空间数据的集合分析
2.2.1 基于矢量数据的叠合分析：参与分析的两个 图层的要素均为矢量数据。数据存储量小，但运算过 程比较复杂。 2.2.2 基于栅格数据的叠合分析：参与分析的两个 图层的要素均为栅格数据。数据存储量大，但运算过 程比较简单。
基于矢量数据的叠合分析
2 4 3 5 A B 2B 1B
1A 3A 2A 4A 4B
1 2 3 3 1
B C C A C
A
2 3
B
C A
4
1
3 5
B
2
4 5
实例
2.1.3 多边形与多边形的叠加分析
多边形与多边形的叠加是指将两个不同图层的多边形 要素叠合，产生新的多边形要素，以解决地理变量的多准 则分析、区域多重属性的模拟分析、地理特征的动态变化
分析、区域信息提取等。
叠合后产生输出新图层的属性信息与原多边形的继承 关系，要根据叠加的不同方式而定。
多边形的属性信息一起赋给新弧段（建立弧段（原线）与多边
形的归属关系）。 叠加的结果产生一个新的数据层面——每条线被它穿过
的多边形打断成新弧段图层，同时，产生一个相应的属性数据
表记录原线和多边形的属性信息。
叠加结果：产生新弧段，改变线属性内容 P160
3 2
1
C
线 号 1
原 线 号
地理信息系统实习四 叠加分析
实习四叠加分析一实习目的掌握空间分析中叠加分析的基本原理，能用MapGIS软件进行叠加分析的基本方法。
二实习内容运用MapGIS空间分析模块对保定市湖泊、水库、铁路及各县市数据进行空间叠加分析。
三实习要求1. 运用行政界.wp分别与湖泊.wp、水库.wp做区与区的相交分析，目的是得到湖泊和水库的跨县情况。
2. 运用行政界.wp分别与铁路.wl做区与线的相交分析，目的是得到各铁路线穿过各县的长度。
3. 运用行政界.wp分别与县市.wt(政府所在地)做区与点的相交分析，目的是得到各县市与其所在地的对应关系。
4. 分析结果文件并存盘。
四实习步骤1. 启动MapGIS空间分析子系统2. 区对区的叠加分析区对区的叠加分析1）选择“文件>装区文件”，依次打开“行政界.wp、湖泊.wp和水库.wp”三个区文件。
2）选择“空间分析>区空间分析>区对区相交分析”，系统弹出“选择叠加文件”对话框，选择叠加文件1为“行政界.wp”，叠加文件2为“湖泊.wp”，单击确定，弹出对话框要求输入模糊半径，这里输入0，单击“OK”。
3）保存结果文件XH.wp查看结果文件激活结果文件，选择“属性分析>浏览属性数据”，系统弹出“选择属性类型”对话框，选择“区属性”，单击“确定”查看结果。
统计各县市湖泊面积1）选择“属性分析>双属性分类统计>横向直方图”进入“选择文件属性类型”对话框。
选择文件：“XH.wp”；属性类型：“区属性”。
单击“确定”。
进入“确定分类统计信息”对话框。
2）选择分类属性字段：“名称”“单点方式的”；选择统计属性字段：“面积”“累计方式”；选择保留属性字段：“面积”。
单击“确定”。
查看“属性分析结果”及“统计分析结果”文件。
导出属性表并在EXCEL中查看1）启动MapGIS属性管理子系统。
2）选择“文件>装区文件”，打开叠加结果文件XH.wp。
3）选择“属性>输出属性”，进入“输出属性”对话框。
地理信息系统实习五叠加分析
第七讲：实习五、多层面叠合分析一、目的多层面叠合分析是空间数据分析的基本方法，包括栅格数据的信息复合分析与矢量数据的叠置分析。
（1）栅格数据信息复合分析：有时也称为栅格数据的叠置分析,它是指不同层面的栅格数据逐网格按一定的数学法则或逻辑判断进行运算,从而得到新的栅格数据系统的方法。
视觉信息复合是将不同专题的内容叠加显示在结果图件上，以便系统使用者判断不同专题地理实体的相互空间关系，获得更为丰富的信息。
地理信息系统中视觉信息复合包括以下几类：(1) 面状图、线状图和点状图之间的复合；(2) 面状图区域边界之间或一个面状图与其他专题区域边界之间的复合；(3) 遥感影像与专题地图的复合；(4) 专题地图与数字高程模型复合显示立体专题图；(5) 遥感影像与DEM复合生成真三维地物景观。
（2）矢量数据的叠置分析：根据叠加的矢量数据类型的不同，分为点与多边形的叠置、线与多边形的叠置、多边形叠置三种。
多边形叠置分析也称为Polygon-on-polygon 叠置，它是指同一地区、同一比例尺的两组或两组以上的多边形要素的数据文件进行叠置。
参加叠置分析的两个图层应都是矢量数据结构。
若需进行多层叠置，也是两两叠置后再与第三层叠置，依次类推。
其中被叠置的多边形为本底多边形，用来叠置的多边形为上覆多边形，叠置后产生具有多重属性的新多边形。
其基本的处理方法是，根据两组多边形边界的交点来建立具有多重属性的多边形或进行多边形范围内的属性特性的统计分析。
其中，前者叫做地图内容的合成叠置(图6-11)，后者称为地图内容的统计叠置（图6-12）。
合成叠置的目的，是通过区域多重属性的模拟，寻找和确定同时具有几种地理属性的分布区域。
或者按照确定的地理指标，对叠置后产生的具有不同属性的多边形进行重新分类或分级，因此叠置的结果为新的多边形数据文件。
统计叠置的目的，是准确地计算一种要素(如土地利用)在另一种要素(如行政区域)的某个区域多边形范围内的分布状况和数量特征(包括拥有的类型数、各类型的面积及所占总面积的百分比等等)，或提取某个区域范围内某种专题内容的数据。
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5.栅格图层叠加
实质是相应栅格的运算。
注意：栅格大小相同，数目相等。
1. 算术运算：指两层以上的对应网格值经加、减运算，而 得到新的栅格数据系统的方法。
2. 函数运算：指两个以上层面的栅格数据系统以某种函数 关系作为复合分析的依据进行逐网格运算，从而得到 新的栅格数据系统的过程。 应用：地学综合分析、环境质量评价、遥感数字图 像处理等领域
二 叠置分析（overlay）
（一）概念：
叠置分析是将两层或多层地图要素进行 叠置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。
叠置分析（overlay）
叠置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。 叠置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
þ Í µ ¹
Ô ä ë » ã ª ç ¬ Ò Ê È Í ² Î ¼ £ £ ô ß ç Ú ¼ ö à ±Á ±¼ Ä Á · ¶ ß Î Ä ù Ð à ß Î ±Ð µ Ë Ó ¶ ±Ð
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第七章 空间分析
学习目标：
理解空间分析及相关概念
掌握空间分析的方法
重点：叠置分析、缓冲区分析、窗口分析、
网络分析的 方法及软件实现
一 概述
空间分析是指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。 空间分析是GIS的主要特征。 GIS与一般的计算机辅助制图（CAC/CAD）系统的主要区 别在于GIS具有空间分析功能。
分布图（点）， 2. 通过属性查询，可以查询指定省份有多少种矿产，产量 有多少；而且可以查询指定类型的矿产在哪些省里有 分布等信息。
3.线与多边形叠加
线与多边形的叠加，是比较线上坐标与多边形坐
标的关系，判断线是否落在多边形内。 例如：统计各省高速公路里程。各省海岸线里程。
4.多边形与多边形的叠加
TIN 与遥感影像的叠加
2.点与多边形叠置
计算多边形对点的包含关系。通过点与多边形叠
加，可以计算出每个多边形类型里有多少个点，不但 要区分点是否在多边形内，还要描述在多边形内部的 点的属性信息。
例如：1.查询各省有多少种矿产，产量有多少？
2.指定类型的矿产在加分析，一个中国政区图（多边形）和一个全国矿产
三 缓冲区分析（Buffer Wizard）
（一）概念
缓冲区：空间实体的一种影响范围或服务范围。 实质：给定一个空间实体或集合，确定它们的邻域， 邻域的大小由领域半径R来确定。 缓冲分析过程：
1.建立缓冲区图层
2.与其他图层叠加进行分析
（二）缓冲因素
主体
临近对象
分析的目标，点源、面源、线源
受主体影响的客体，如行政变更涉及的居民区， 森林砍伐涉及的水土流失范围
本底多边形：被叠置的多边形。 上覆多边形：用来叠置的多边形。
注意：两种多边形顺序的不同会导致统计结果的不同。
图形结果
属性结果
叠加范围
ä ë » ã Ê È Í ² þ Ó » ã µ » Í ² á û » ã ¼ ¸ Í ²
¢ ²
£ ô ¼ ö ä ë » ã ±Á Á · Ê È Í ² Ä ù Ð à ß Î µ Ë Ó ¶ ±Ð
作用条件
主体对邻近对象施加作用的影响条件或强度
（三）缓冲区半径及实现途径
1.相同距离的单层缓冲区 2.相同距离的多层缓冲区 3.不同距离的缓冲区
（四）缓冲区的类型
为 食 虫 鸣 禽 选 择 高 质 量 的 栖 息 地
1.视觉信息的叠加
视觉信息的叠加是将不同层面的信息叠加显示在结 果图件或屏幕上，它不产生新的数据层面，只是将 多层信息复合显示，以便研究者判断其相互关系， 获得更为丰富的空间关系。地理信息系统中视觉信 息的叠加包括以下几类：
面状图、线状图和点状图之间的复合； 面状图区域边界之间或一个面状图与其他专题区域边界 之间的复合； 遥感影像与专题地图的复合； 专题地图与数字高程模型复合显示立体专题图； 遥感影像与DEM复合生成真三维地物景观
例：利用土壤侵蚀通用方程式计算土壤侵蚀量
已知：土壤侵蚀量的大小是降雨(R)、植被覆度 (C)、坡度(S)、坡长（L）、土壤抗蚀性(SR)等因素的 函数
土壤侵蚀量的大
小是降雨(R)、植被覆 度(C)、坡度(S)、坡
长（L）、土壤抗蚀性
(SR)等因素的函数
布尔逻辑运算
例：有土壤厚度（大于50厘米和其他）和土壤类型 （红壤和其他类型）两个二值化图层，不同的逻辑运 算结果如下： AND关系：结果是将土层厚度大于50厘米，且土壤为 红壤的土壤单元显示出来； OR关系：结果将土层厚度大于50厘米，或者土壤为 红壤的土壤单元显示出来； XOR：结果将土层厚度小于50厘米，或者土壤不是红 壤的土壤单元显示出来； NOT:如结果是将土层厚度大于50厘米，但土壤不是 红壤的土壤单元显示出来；
而产生用户需要的结果或回答用
户提出的问题。
叠置分析（overlay）
（二）叠置分析的条件：
区域一致
数据能够有效匹配（投影、比例尺等）
分析模型与分析数据一致 误差及处理方法
叠加碎屑
叠加生成 碎屑多边形 的
T1 时刻多边形
T2 时刻多边形
多边形叠加结果
多边形叠加产生碎屑多边形
叠置分析
（三）叠置分析的类型： 视觉信息的叠加：将多个图层内容放在一起进行显示 点与多边形的叠加：实质上是计算多边形对点的包含 关系，用于统计或属性赋值。 线与多边形的叠加：主要用于计算线落在哪些多边形 中以及各自的部分。 多边形叠加：最常用的叠加分析。 栅格图层叠加：利用某种计算模型对不同栅格图层中 相同位置像元的值进行计算，得到新的栅格图层。