GIS空间分析原理与方法 用空间聚类分析中国南部地名
gis与空间分析原理与方法
gis与空间分析原理与方法地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）是一种将地理空间信息与属性数据相结合的技术和工具，用于收集、存储、查询、分析和显示地理信息的系统。
空间分析是GIS的重要组成部分，它是通过对地理空间数据进行处理和分析，挖掘地理空间特征和关联关系的一种方法。
本文将介绍GIS与空间分析的原理和常用方法，以及其在实际应用中的意义与挑战。
一、GIS的基本原理GIS的基本原理是将地理空间信息与属性数据进行关联，通过空间参考和属性链接来实现地理数据的管理和分析。
地理空间信息可以是点、线、面等地理实体，属性数据则包括这些地理实体所具有的属性信息，如名称、面积、人口等。
GIS根据地理实体的属性数据和空间坐标，将其存储为地理特征，通过属性查询和空间查询等方法来实现对地理实体的查询和分析。
二、常用的空间分析方法1. 空间查询空间查询是GIS中最常用的空间分析方法之一，它可以根据空间位置和属性属性对地理实体进行查找和分析。
常见的空间查询方法有点查询、线查询和面查询等。
通过空间查询，可以找出特定地区的地理实体，并进行相关的空间分析。
2. 空间插值空间插值是一种通过已知的空间点数据来估计未知位置上的值的方法。
常见的空间插值方法有反距离加权法（IDW）、克里金插值法等。
空间插值可以用来推测地理空间的连续性属性，如温度、降雨量等。
3. 空间连接空间连接是指通过地理空间位置的关联，将不同数据集中的相关要素连接起来，以实现地理实体之间的关联分析。
常见的空间连接方法有点点连接、点线连接和面面连接等。
空间连接能够帮助我们发现地理实体之间的关联关系，如道路和学校的连接关系等。
4. 空间缓冲区分析空间缓冲区分析是通过在地理实体周围创建缓冲区，来研究缓冲区内的空间特征和关联关系。
常见的空间缓冲区分析方法有单一缓冲区分析、多重缓冲区分析等。
空间缓冲区分析可以用于研究城市规划、环境保护等问题。
第6章GIS空间分析原理与方法
空间分析的主要内容
1. 空间位置： 借助于空间坐标系传递空间对 象的定位信息，是空间对象表述的研究基 础，即投影与转换理论。
2. 空间分布：同类空间对象的群体定位信息， 包括分布、趋势、对比等内容。
3. 空间形态：空间对象的几何形态 4. 空间距离：空间物体的接近程度 5. 空间关系：空间对象的相关关系，包括拓
空间分析发展存在问题
地图的直观性，忽视地图信息的解析性和复杂性，缺 少对地图应用的研究
数字地图改变了地图的应用方式，展示了更为广阔的 应用领域和更为灵活的应用方式
空间分析是GIS区别与其他信息系统的标志，是GIS技 术的一个主要发展方向：管理型向分析决策型转变
GIS空间分析模型
地理信息系统不仅要完成管理大量复杂的地理数据 的任务，更为重要的是要完成地理分析、评价、 预测和辅助决策的任务，必须发展广泛的适用于 地理信息系统的地理分析模型，这是地理信息系 统走向实用的关键。
叠加分类模型则根据参加复合的数据平面各类别的 空间关系重新划分空间区域，使每个空间区域内 各空间点的属性组合一致。
逻辑判断复合法
A
B
C
A.AND.B.AND.C A
A
B
C
A.NOT.(B.AND.C)
A
B
C
A.XOR.B.XOR.C
B
C
A.OR.B.OR.C
A
B
C
A.AND.B.OR.C A
B
扑、方位、相似、相关等。
空间分析、GIS和空间模型
空间分析和空间模型是不同层次上的概念 空间分析是基本的，解决一般问题的理论和方法，空
间模型是复杂的，解决专门问题的理论和方法。 例：工厂选址与水库选址，水土流失
GIS原理与应用_5 空间分析原理与方法
2.1 统计图表分析
统计图表分析是数据统计分析中的一种较为直观的方法，主要包括 统计图和统计表两种方法。统计图根据给定的数据以某种图形的形 式反映出来。直观、容易观察和理解。统计表即将所给的数据用表 格形式列出，可以提供详细准确的数据，特别有利于数据之间的比 较。
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空间分析原理与方法
空间分析原理与方法
一 GIS空间分析模型
1） 模型 就是将系统的各个要素，通过适当的筛选，用 一定的表现规则所描写出来的简明映像。 2） 地学模型 用来描述地理系统各地学要素之间的相互关系 和客观规律信息语言的、数学的或其他表达形 式，通常反映了地学过程及其发展趋势或结果 。通常包含逻辑模型、物理模型、数学模型和 图像模型等形式。
2.4 回归分析
回归分析用于分析两组或多组变量之间的相关关系， 常见回归分析方程有线性回归、指数回归、对数回 归、多元回归等。 2.5 趋势分析 通过数学模型模拟地理特征的空间分布与时间过 程，把地理要素时空分布的实测数据点之间的不足 部分内插或预测出来
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空间分析原理与方法
2.6.4 判别分析法 判别分析与聚类分析同属分类问题，所不同的是，判 别分析预先根据理论与实践确定等级序列的因子标 准，再将待分析的地理实体安排到序列的合理位置 上，对于诸如水土流失评价、土地适宜性评价等有一 定理论根据的分类系统定级问题比较适用。 2.6.统计分析主要用于空间数据和非空间数据的分 类、统计、分析和综合评价。主要包括： 1. 统计图表分析 2. 描述统计分析 3. 空间自相关分析 4. 回归分析 5 . 空间信息分类
(GIS)第五章-空间分析原理与方法
二、地形剖面线计算
具体应用时，可根据需要对度数进行分级，以形成坡度分析的分级标 准。当需要时，也可以把度数转化为百分比。
坡度百分比=高差/长度×100%
• 影 与
y轴的夹角，即：
o
y
arctg
y zi1, j x zi1,
zi, j1
一、空间分析的意义
空间分析是GIS的重要功能之一，是GIS区别于其它类型系 统的一个最主要的功能特征。
二、空间分析的定义
空间分析是基于空间数据的分析技术，它是以地球科学原理 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、空间构成、空间 演变等信息。
空间分析的对象 一系列跟空间位置有关的数据，这些数据包括空间坐
一、数字地形模型的概念
数字地形模型DTM（Digital Terrain Models）是地 形起伏的数字表达，它由对地形表面取样所得到的一组点 的x、y、z坐标数据和一套对地面提供连续描述的算法组 成。简单地说，数字地面模型是按一定结构组织在一起的 数据组，它代表着地形特征的空间分布。
二、DTM的形式
xi1, j
xi1, j1 2
,
yi1, j
yi1, j1 2
,
zi1, j
zi1, j1 2
• 矢量 a，' b'
的计算
a'
pr
pl
x,0,
zi, j 1 zi1, j 1 zi, j 2
zi1, j
b'
• 坡度计算
z
GIS的空间分析方法
一、GIS的空间分析方法？（一）叠置分析(Overlay Analysis)覆盖叠置分析是将两层或多层地图要素进行叠加产生一个新要素层的操作，其结果将原来要素分割生成新的要素，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，覆盖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。
覆盖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，进而产生用户需要的结果或回答用户提出的问题。
（二）网络分析(Network Analysis)对地理网络(如交通网络)、城市基础设施网络(如各种网线、电力线、电话线、供排水管线等)进行地理分析和模型化,是地理信息系统中网络分析功能的主要目的。
网络分析是运筹学模型中的一个基本模型，它的根本目的是研究、筹划一项网络工程如何安排，并使其运行效果最好,如一定资源的最佳分配，从一地到另一地的运输费用最低等。
其基本思想则在于人类活动总是趋向于按一定目标选择达到最佳效果的空间位置。
这类问题在生产、社会、经济活动中不胜枚举，因此研究此类问题具有重大意义。
（1）路径分析（2）地址匹配地址匹配实质是对地理位置的查询，它涉及到地址的编码(Geocode)。
地址匹配与其它网络分析功能结合起来，可以满足实际工作中非常复杂的分析要求。
所需输入的数据,包括地址表和含地址范围的街道网络及待查询地址的属性值。
（3）资源分配资源分配网络模型由中心点(分配中心)及其状态属性和网络组成。
分配有两种方式，一种是由分配中心向四周输出，另一种是由四周向中心集中。
这种分配功能可以解决资源的有效流动和合理分配。
其在地理网络中的应用与区位论中的中心地理论类似。
在资源分配模型中，研究区可以是机能区，根据网络流的阻力等来研究中心的吸引区，为网络中的每一连接寻找最近的中心，以实现最佳的服务。
还可以用来指定可能的区域。
资源分配模型可用来计算中心地的等时区，等交通距离区，等费用距离区等。
可用来进行城镇中心，商业中心或港口等地的吸引范围分析，以用来寻找区域中最近的商业中心，进行各种区划和港口腹地的模拟等。
GIS空间分析原理与方法
GIS空间分析原理与方法GIS空间分析是地理信息系统中的一项重要业务，它通过对空间数据的处理和分析，揭示地理现象之间的空间关系和模式，帮助决策者进行科学决策。
在实际应用中，GIS空间分析主要涉及空间数据模型、空间对象关系和空间分析方法三个方面。
一、空间数据模型空间数据模型是GIS空间分析的基础，它描述了在GIS中如何表示和管理地理空间数据。
在空间数据模型中，常用的模型包括向量模型和栅格模型。
向量模型以点、线和面作为基本空间对象，通过记录它们的坐标和属性信息来描述地理对象。
向量模型适合表示形状复杂且几何关系明确的地理实体，如建筑物、道路等。
其中，点对象表示一个位置，线对象表示一条路径，面对象表示一个区域。
向量模型的优点是精度高、适用于复杂的空间关系和拓扑操作；缺点是数据量大，存储和处理复杂。
栅格模型通过将地理空间划分为一个规则的网格单元来表示地理对象，每个网格单元包含高程、属性和坐标信息。
栅格模型适用于描述连续分布的地理数据，如地形、气候等。
栅格模型的优点是数据结构简单，适合于大规模数据的存储和处理；缺点是精度相对较低，不适用于复杂的拓扑关系和空间分析。
二、空间对象关系空间对象关系是指地理实体之间的空间关系，常见的关系包括邻接、包含、相交、接触等。
空间对象关系的研究对于空间分析具有重要意义，它可以帮助我们发现地理现象之间的关联和规律。
邻接关系是指地理实体之间在空间上的直接相连，如一个国家与其邻国之间的关系。
邻接关系可以通过空间查询或空间缓冲区分析来确定。
包含关系是指一个地理实体完全包含另一个地理实体，如一个县完全包含一个乡镇。
包含关系可以通过空间查询和空间缓冲区分析来确定。
相交关系是指地理实体之间在空间上有交集，如两条道路之间的交叉口。
相交关系可以通过空间查询和空间缓冲区分析来确定。
接触关系是指地理实体之间在空间上有接触，但没有重叠，如两个水域之间的接触关系。
接触关系可以通过空间查询和空间缓冲区分析来确定。
地理信息系统中的空间分析算法
地理信息系统中的空间分析算法地理信息系统（Geographic Information System，GIS）是一种将地理空间信息与数据库技术相结合的信息系统。
GIS 可以将地理空间信息进行存储、管理、处理、分析、查询与表达，帮助我们更好地理解地理现象，从而更好地进行空间规划和决策。
GIS的其中一个重要组成部分就是空间分析算法，通过空间分析算法，我们可以对空间数据进行统计、分析与挖掘，提取出空间数据中的特征和规律，进一步支持市政管理、环保监测、自然资源管理、交通规划等领域的工作。
本篇文章将探讨一些常用的空间分析算法。
一、空间统计分析空间统计分析通常是通过 GIS 软件中的空间分析工具或 R 语言中的 spatial 统计包来实现的，目的是通过建模、统计和分析空间数据集，了解数据的分布规律及其空间自相关性，进而挖掘数据中的潜在信息。
在空间统计分析中，空间自相关性是重要的概念之一。
空间自相关性指的是空间邻近地区的相似性。
其通常用半方差函数（Semi-Variogram）来描述。
半方差函数对于空间数据的变异属性及其自相关情况进行了刻画。
空间统计分析通常包括以下步骤：1. 数据预处理：对原始数据进行清理、去除异常值，将其转换为空间数据集。
2. 空间数据可视化：通过 GIS 软件中的空间图表和地图进行可视化展示，直观了解数据的分布情况。
3. 空间自相关性检验：通过计算半方差函数、空间权重矩阵及空间自相关指数等进行检验，判断空间数据的自相关性。
其中，空间权重矩阵通常包括近邻、距离加权、kernel 加权等。
4. 模型拟合：选择合适的空间统计模型，使用最小二乘法等拟合方法来求解模型参数。
5. 空间插值：对于未知位置的点，通过空间插值方法来估算其值。
空间插值方法包括IDW 方法、Kriging 方法、样条插值法等。
二、空间数据挖掘空间数据挖掘是指对空间数据集进行关联规则、分类、聚类、预测等操作，发现空间数据中的模式和规律，进而支持决策和规划。
地理信息系统 GIS空间分析的原理和方法
网络分析
一、路径分析
静态求最短路径 动态分段求最短路径 N条最佳路径分析 最短路径 动态最佳路径分析
网络分析
二、地址匹配
实质是对地理位置的查询，涉及到地址的编码
三、资源分配
两种：中心向四周输出；四周向中心集中
资源分配模型可用来计算中心地的等时区、等交通距 离区、等费用距离区等
Section 4 其它空间分析方法
提取要素为”2”的聚类结果
聚类、聚合分析
聚合分析——指根据空间分辨力和分类表，进行数据类型的
合并或转换以实现空间地域的兼并。
1、2合并为b，3、4 合并为a
2、3合并为c，1、4 合并为d
应用领域——DTM、遥感图像处理…
信息复合分析
视觉信息复合
叠加分类模型
视觉信息复合
定义——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。
空间数据量算
空间数据内插 空间信息分类 空间统计分析
空间数据量算
一、质心计算
定义——描述地理目标空间分布的最有用的单一量算 量是目标的质心位置。
i为离散目标 Wi为目标权重 Xi、Yi为目标坐标
应用——可以跟踪某些地理分布的变化，例如人口的 变迁、土地类型的变化…
空间数据量算
二、几何量算
点状目标——坐标 线状目标——长度、曲率、方向等 面状目标——面积、周长等 体状目标——表面积、体积等
其他数据源
DTM的数字采集与表示
表示方法
数学分块曲面表示方法 规则网格【Grid】表示法——结构简单、计算方便，但 地形简单的地区存在大量冗余数据 如不改变格网大小，则无法适用于起伏程度不同 的地区 对于某些特殊计算如视线计算时，格网的轴线方 法被夸大 由于栅格过于粗略，不能精确表示地形的关键特 征，如山峰、山谷…
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实验九、用空间聚类法分析中国南部地名
—xxxxxxxx xxx 一、实验目的
通过对本实习的学习，应达到以下几个目的：
(1)加深对空间聚类分析基本原理、方法的认识；
(2)熟练掌握ARCGIS下进行空间聚类分析的技术方法。
(3)结合实际、掌握利用空间聚类分析方法解决地学空间分析问题的能力。
二、实验准备
软件准备：ArcMap
数据准备：
钦州市所有乡镇的点数据qztai；
钦州市留个县的面数据qzcnty。
三、实验内容及步骤
3.1 用ArcGIS准备SaTScan软件需要的数据
3.1.1 将e00文件转为coverage文件
（1）双击ArcCatalog—View——Toolsbars——ArcView 8X Tools——Import from Interchange File。
3.1.2 准备控制文件
打开ArcMap，加载数据.
添加字段：
计算：
3.1.3 准备坐标文件
(1) 选择ArcToolBox).
(2)选择Data Management Tools——Features——Features to Point
重计算坐标：
3.1.4 将qztai 图层属性表导出
(1)右击属性表下方的Options ： (2选择Export.
(3)设置导出文件名为qztai.dbf
3.2 用SaTScan执行空间聚类分析3.2.1 运行软件
3.2.2 使用Import Wizard来定义事件文件
参数配置如图所示：
3.2.3 定义非事件文件盒坐标文件
配置如图所示：
配置后的结果图：
3.2.4 执行空间聚类分析
3.3 分析结果的制图
3.3.1 数据准备
双击ArcMap，加载数据.
数据连接：
3.3.2 集聚圈状态可视化
如图配置参数：
3.3.3 标识集聚圈范围
激活编辑工具条，画两个圆：
如图配置参数。
四、实验总结。