地理信息系统空间分析2.

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的栅格属性值的影响。
1.栅格数据结构图进行叠置图件的要求
同矢量数据结构图进行叠置图件的要求 区域格网数相同(插值) 2)非压缩栅格数据结构图进行叠置

区域分成m*n个格网的不同图层 在确定叠置条件的条件表达式后,对栅格阵列中 的每一个格网顺序进行运算(逻辑运算,算术运 算,关系运算) 根据编码方式,按确定叠置条件的条件表达式进 行上述运算
全不同。
第四节 空间叠置分析
点变换实例1:土地利用变化区域探测
80年遥感影像
10 10 30 Legend 10 10 30 60 30 30 60 60 60
90年遥感影像
10 10 10 30 10 20 30 60 60 60 0
点变换后影像
0 0 0 50 10 0 0 0 0
-
10 30
28
3. 缓冲区分析的过程 1)建立缓冲区
以图形元素为基础,拓宽或紧缩一定宽度而形成的区 域。这个宽度通常是等距的,也可以是不等距的缓冲区。 建立缓冲区实际上要复杂得多,主要表现在:
建立缓冲区会形成很多重叠区,必须解决 实际上常要求建立不同距离的缓冲区
29
3 .空间缓冲区分析过程
2)缓冲区的分析
(4) 森林分布图中可采伐林地、道路缓冲区及河流缓冲区图进行叠置,叠 置条件表达式为:
解: (1)先建立缓冲区; (2)同现有污染性工业企业图叠置,显 示在范围内应禁止的污染性工业企业; (3)同现有永久性建筑物图叠置,显示 在范围内应禁止的永久性建筑物。
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空间分析实例 2 已知一伐木公司,获准在某林区采伐,为防止水土流失,规定不得 在河流周围 1km 内采伐林木。另外,为便于运输,决定将采伐区定在 道路周围 5km 之内。请找出符合上述条件的采伐区,输出森林采伐图。 解题过程 首先要以区域的道路分布 图、河流分布图、森林分布图 为数据源。解题流程见图所示。
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角分线法的缺点是难以 最大限度保证双线的等 宽性,尤其是在凸侧角 点在进一步变锐时,将 远离轴线顶点。
d R sinB 2
当缓冲区半径不变时,d随张角B的减小而增大, 结果在尖角处双线之间的宽度遭到破坏。
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(2) 凸角圆弧法 在轴线首尾点处,作轴线的垂线并按双线和缓冲区半 径截出左右边线起止点;在轴线其它转折点处,首先 判断该点的凸凹性,在凸侧用圆弧弥合,在凹侧则用 前后两邻边平行线的交点生成对应顶点。这样外角以 圆弧连接,内角直接连接,线段端点以半圆封闭。

缓冲区分析在交通、林业、资源管理、城市规划中有着 广泛的应用。例如:湖泊和河流周围的保护区的定界;汽 车服务区的选择;民宅区远离街道网络的缓冲区的建立等

20
空间缓冲区分析
2. 缓冲区主要的类型
(1)基于点要素的缓冲区:通常以点为圆心、以一定距离为半径 的圆。
(2)基于线要素的缓冲区:通常是以线为中心轴线,距中心轴线 一定距离的平行条带多边形。 (3)基于面要素的缓冲区:向外或向内扩展一定距离以生成新的 多边形。
第四节
空间数据的叠合 (置)分析
一、叠合分析(Overlay Analysis)的概念
空间叠置分析:是指在统一空间参照系统条件下,把同
一地区的两幅或两幅以上的图形重叠在一起进行图形运 算和属性运算,产生新的空间图形和属性的过程。
叠置(overlay)分析是GIS最常用的提取空间隐含信息
的手段之一。该方法源于传统的透明材料叠加,即将来 自不同数据源的图纸绘于透明纸上,在透光桌上将其叠 放在一起,然后用笔勾出感兴趣的部分提取出感兴趣 的信息。
影响度Fi
O
A
其中 距离ri d0 主体对临近对象的影响的最大距离 F0 = f0 di 临近对象离主体的实际距离 FA= 0 f0 主体自身的影响指数 F0---- FA呈二次衰减 Fi 主体对临近对象的影响度
34
3) 指数模型
主体对象对临近对象的影响随距离的增大呈指数衰 影响度F 减
i
Fi = f0(1- ri) ri = di /d0 0 <ri 1
(4)复杂缓冲区;
(5)可变距离缓冲区。
点缓冲区
线缓冲区
面缓冲区
可变距离缓冲区
复杂缓冲区
22
Airport Noise Pollution
23
2.建立缓冲区的算法
1) 点缓冲区建立算法 等距离的点缓冲区是一个圆。
24
2. 线缓冲区和面缓冲区建立的基本算法 (1) 角平分线法 角平分线法的实质是通过求平行线建立线缓冲 区和面缓冲区。角平分法由三步组成,即逐个 线段计算简单平行线,尖角光滑矫正和自相交 处理。
O
A
距离ri
其中 d0 主体对临近对象的影响的最大距离 F = f 0 0 di 临近对象离主体的实际距离 FA= 0 f0 主体自身的影响指数 F0---- FA呈线性衰减 Fi 主体对临近对象的影响度
2) 二次模型
主体对象对临近对象的影响随距离的增大呈二次形式 衰减
Fi = f0 (1- ri)2 ri = d i / d 0 0 < ri 1
14
3)压缩栅格数据结构图进行叠置
2.叠置算法的确定
栅格数据结构 如单个栅格为单元的叠置;游程编码叠置等。 常用非权重叠置。 (权重叠置是指不同图层, 选不同权重)
15
3. 叠置算法求解例
找出某地区
降雨量=1000mm, 且土厚=50cm的区域
要求用游程编码叠置算法实现
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叠置条件的表达式为: 降雨量=1000mm ∩ 土厚=50cm
根据建立的缓冲区,对缓冲区内的空间信息形态、 特征、分布作进一步分析。
基于叠置分析或图形的运算 基于模型的分析
30
4.缓冲区分析模型
缓冲区分析模型用来描述主体对象的邻近区域内,不同地区受 主体对象影响的变化。在进行空间缓冲区分析时,通常要将研 究的问题抽象为以下三类因素(缓冲区分析三要素)来进行分 析: (1)主体对象: 表示分析的主要目标, 主要包括点、线、面 对象;
各图层的邻域点的属性无关,也不受区域内一般特征的影响。
运算方法包括: * 算术运算
*
*
指数运算
三角函数运算等
第四节 空间叠置分析
点变换示意
2
2
5
4
2
4 3 3
4 4 7
6 6 7
0
-2 0 0
1 2 -1
-2 -2 -1
2
3
3
3
6
6
4
6

3 3
=
-1 0
结果特征:运算后得到的新属性值可能与原图层的属性意义完
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(3)复杂缓冲区
复杂缓冲区生成时常常会发生边线相交 的情况,当区域边界距离近时会产生双线 边界压盖。如图中区域C不是缓冲区的有 效闭环。
分析时,岛多边形和重叠多边形的走向 相反。
A
C B
如图多边形A、B走向是逆时针,称岛多 边形,多边形C走向是顺时针,称重叠多 边形。 顺时针或逆时针由面积值正负值确定。
二次模型
指数模型
O 距离ri
O 距离ri
O
距离ri
O
A
ri = di / d0 0< ri <1 d0 主体对临近对象的影响的最大距离 di 临近对象离主体的实际距离
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1) 线性模型
主体对象对临近对象的影响随距离的增大呈线性衰减
影响度Fi
Fi = f0(1-ri) ri = di/d0 0 < ri 1
O
A
其中 d0 主体对临近对象的影响的最大距离 di 临近对象离主体的实际距离 f0 主体自身的影响指数 Fi 主体对临近对象的影响度
距离ri
35
4) 其它模型 如:烟囱产生污染随距离的变化
影响度Fi
距离ri
36
5. 缓冲区分析案例 1). 已知一湖泊,要求在它周围5000m 内必需 禁止任何污染性工业企业存在,在它周围500m 内必需禁止建筑任何永久性建筑物。
(2)邻近对象: 指受主体对象影响的客体; (3)对象的作用条件 表示主体对邻近对象施加作用的影响条 件或强度。根据主体对邻近对象作用的不同,一般分线性模型、 指数模型、其它复杂模型等。
31
缓冲区分析模型例
线性模型、二次模型、指数模型。
影响度Fi
100 影响度Fi 100 影响度Fi
100
线性模型
用类型分布图层,求该地区各村土地利用类型统计数据。
图层1 图层2
某地区行政界限图
某地区土地利用类型图
第四节 空间叠置分析
图层1:图形,属性表
行政区界图属性表
地区行政区界线图
第四节 空间叠置分析
图层2:图形,属性表
地区土地利用类型分布图属性表
地区土地利用类型分布图
第四节 空间叠置分析
使用叠加命令,进行两图层空间叠置,得到叠置图
第四节 空间叠置分析
点变换实例2:土地利用变化分析
1992年
2002年
新增城市用地 减少城市用地
无变化城市用地
第四节 空间叠置分析
研究方法 使用景观生态学方法,计算土地类型转移矩阵。 土地类型转移矩阵:
根据两个不同时间(t和t+△t)的土地利用图计算从一种类型
到另一种类型的转换概率,来分析土地利用变化过程。它依靠 GIS技术,将两个不同时间的土地利用图进行栅格化处理,计算t 时刻上A类有多少格网点转换成在t+△t时刻的B,C,D等类型, 转换点数占该类型总数的百分比可称为转移概率。
第四节 空间叠置分析
(2)区域变换方法 指在计算新图层相应的属性值时,不仅与原图层对应的栅格 的属性值有关,而且要顾及原图层所在区域的集合特征(区域长 度、面积、周长等)。 (3)邻域变换方法 指在计算新图层相应的属性值时,不仅考虑原图层对应的栅格
及其属性,而且还应顾及与该栅格相关联的邻域或者影响半径内
叠置 道路分布图 森林分布图 河流分布图
生成道路周围 5km缓冲区
叠置
生成河流周围 1km缓冲区
结束
(1) 将该地区具有相同比例尺且进行配准的道路分布图、河流分布图、森 林分布图,进行预处理和数字化; (2) 利用河流分布图生成1km的等距离缓冲区;
(3) 利用道路分布图生成5km的等距离缓冲区;
50cm
第 K行
800mm
1000mm 1200mm
20cm
30cm 40cm
Βιβλιοθήκη Baidu游程号
1 2 3 4
降雨游程
600mm 800mm 1000mm 1200mm
游程最右列(终止码)
200 400 680 800
游程号
1 2 3
土厚游程
30cm 20cm 50cm
游程最右列(终止码)
170 360 800
1
第四节 空间叠置分析
例如:当确定某一行政区内各种等级道路的里程数时,就需要将
道路图与境界图相叠置,计算弧段与多边形边界的交点,在交点
处截断弧段,并对弧段重新编号,建立弧段与多边形的归属关系。
线与多边形叠置分析
第四节 空间叠置分析
叠置分析实例:有某地区的行政界线图层和通过遥感技术提取的该区土地利
叠置图属性表
空间叠置图
第四节 空间叠置分析
二、基于栅格数据的叠置分析
基于栅格数据的叠置分析是参与分析的两个图层的要素均为栅格数据。 特点:栅格数据的叠置算法,虽然数据存贮量比较大,但运算过 程比较简单。 变换方法: (1)点变换 (2)区域变换方法
(3)邻域变换方法
第四节 空间叠置分析
(1)点变换 点变换只依据参与叠置图层相应点的属性值进行新的运算,既与
800mm
1000mm 700mm
20cm 30cm 40cm
(a ) 降雨量图
0 200 400 600
( b ) 土厚图
800
30cm 1000mm 50cm 20cm
30cm
40cm
第K行游程 降 雨 量 =1000mm∩ 土 厚 =50cm
18
0
600mm
400
800
0
30cm
400
800
19
第五节 空间数据的邻域分析
一、缓冲区分析
缓冲区分析是研究根据地理空间中的点、线、面实体, 自动建立其周围一定宽度范围内的一定距离的带状区(缓 冲区多边形),用以识别这些实体或者主体对邻近对象的 辐射范围或者影响程度,是解决邻近度问题的空间分析工 具之一。

从数学的角度看,缓冲区分析的基本思想是给定一个空 间对象或集合,确定它们的邻域,邻域的大小由邻域半径 R确定。
=
0 0
点变换后影像分析
耕地 居民点 水域 草地 未利用地 林地
10 20 30 40 50 60
通过80和90年两期影像的相减运算后得 到变换影像,如果: 变换影像值 = 0;说明该区未发生变化 变换影像值 ≠ 0;说明该区已发生变化
注意:此处的遥感影像可以是分类结果,也可以是原始的遥感影像。
在一般应用中,多使用原始的遥感影像,可提高变化探测速度。
游程编码的降雨量图 游程编码的土厚分布图
0 200
600mm
400
600
800
0
200
400
600
800
30cm 50cm
800mm
1000mm 700mm
20cm 30cm 40cm
(a ) 降雨量图
(b)
土厚图
17
0
200
600mm
400
600
800
0
200
400
600
800
30cm 50cm
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