第五章——空间分析的原理与方法

第5章 空间分析的原理与方法
定义：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，从空间取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、空间信息等信息。
GIS的特点在于——空间分析 GIS不但实现自动制图，更主要的目的是分析空间数据，
提供空间决策信息。——区别于其他系统的最主要特征。 空间分析目的：
（一）点与多边形的叠合：用以确定一图层上的 点落在另一图层的哪个多边形内，以便为图层的 点建立新的属性。可采用铅垂线算法来实现。
（二）线与多边形的叠合：用以确定一图层上的弧段落 在另一图层的哪个多边形内，以便为图层的弧段建立新 的属性。
（三）多边形与多边形的叠和（polygon-on-polygon overlay)
将两个不同图层的多边形叠和，产生输出层的新多边形和新多边形的多 重属性。形成各种应用功能。如ARC/INFO的6种多边形叠和命令：
（1） Union：输出层保留输入图层 的所有多边形要素。
（2）Intersect：输出层保留输入图 层共同的多边形要素。
（3）Identity：保留以 一多边形为控制边界 内的所有多边形要素。
3、曲面面积计算
单元曲面的面积可用该单元边的中点所建立的矢量a’、 b’即它们所确定的法矢量n’的模来确定：
整个曲面的面积为各单元表面积之和。
4、地表粗糙度计算
反映地表起伏变化与侵蚀程度 的指标，定义为地表单元曲面 面积与投影面积之比。
用对顶点连线L1与L2中点的高 差D来衡量。D越大，说明4个 顶点的起伏变化越大。
栅 格 计 算 器 计 算 举 例 ：
第3节 空间邻近度分析
概念（proximity）：描述地理空间2 个地物距离相近的程度。 分类： ➢空间缓冲区分析 ➢Voronoi多边形分析
一、空间缓冲区分析
概念：是指根据分析对象的点、线、面实 体，自动建立它们周围一定距离的带状区， 用以识别这些实体或主体对邻近对象的辐射 范围或影响度，以便为某项分析或决策提供 依据。
应用：地震震源扩散影响、洪涝灾害影响、 道路修建拆迁、生态保护区范围设定、城市 公共设施的服务半径等。
（一）空间缓冲区的类型
不同距离空间缓冲区分析
（二）矢量缓冲区的建立：见上所述。 （三）栅格缓冲区的建立：
（四）确定空间缓冲区半径的模型
可用的分析模型：
（1）线性模型：当实体的影响度（Fi）随距离（ri）的 增大而线性衰减时：
基于栅格的DTM
按等间距规则采样（或内插）建立的DTM。
DTM＝{Z i,j} Z i,j 为栅格结点（i，j）上的地面属性。当属性为高程
时，称为数字高程模型（DEM）。 DTM的形式： ✓ 规则格网（Grid）； ✓ 不规则三角网（Tin）； ✓ 数字等高线、等深线、地形特征线等。
GIS
对道路、造林等 具有重要意义
（3）法矢量n的计算
具体应用：
1、坡度计算
即计算地表单元的 法矢量与Z轴的夹角。
2、坡向分析
坡向即法矢量在XOY平面上与南（X轴）的夹角。
求出的用中还可将坡向综合为平缓坡、阳坡、半 阳坡、阴坡，分别以1、2、3、4、表示。
5、高程及变异分析
该单元的平均高程：
该单元的相对高程：
标准差及高程变异：
6、谷脊特征分析
7、日照强度分析
根据坡度、坡向、太阳变化，计算某点在某时刻 的日照强度：
为坡度
8、淹没边界计算
设网格边长x，洪水实 际淹没高程为H，该处 平均坡度为，则
•淹没网格的高程一定在H2之下，故小于H2的网格均可 作为淹没区。以H2为临界值，对地形进行二值分类：
通过对空间数据的深加工，获取新的信息。 常用空间分析方法
产生式分析——数字地行模型分析、叠合分析、空间临 近性分析、空间网络分析、空间统计分析；
查询式分析——空间集合分析、空间数据查询
第1节 数字地形模型分析
数字地形模型（Digital Terrain Model，DTM）
以二维平面上有限的离散点来模拟地表某属性的连续分布。
（2）二次模型：当实体的影响度（Fi）随距
离（ri）的增大而呈二次衰减时：
数字地形模型（DTM）分析的步骤：
第2节 空间叠合分析
一、 空间叠合分析的概念：指在相同的空间参照系统条 件下，将同一地区两个不同地理特征的空间和属性数据进 行重叠相加，以产生空间区域的多重属性特征（合成叠 合），或建立地理对象之间的空间对应关系（空间统计叠 合）。
合 成 叠 合
统 计 叠 合
二、基于矢量的叠合分析
（4）Erase：保留以一 多边形为控制边界外 的所有多边形要素
(5)Update:删除重叠的 部分
（6）Clip：一图层的 边界对另一图层内容 的截取
三、基于栅格数据的叠合分析（地图代数） ➢条件：相同地区、相同行列数、相同栅格单元大小。 ➢通过栅格计算器完成；计算种类见书P162表5-3。
➢
高程分带图
GIS
研究区域坡度
分析：按
坡 度
0—6、
图
6—25、
25—30、
30—45、
45—60、
60—80共六个
等级分类
GIS
研究区域坡向分析：
——可按无坡、北、
东北、东、东南、南、 西南、西、西北共九 个等级提供地形分析 结果
坡 向 图
坡度和坡向分析可 用于造林规划的造林 地块的选择，如退耕 还林工程规划等具有 参考意义
再与土地利用数据叠合，即可确定各类土地的淹没面积。
二、地形剖面线的计算
是指从一个点出发到另一个点沿途的地形变化情况。 以平面上的距离为横坐标，地形高度为纵坐标。
三、DEM的通视分析
概念：就是利用DEM判断地形上任意2点间是 否可以相互可见的技术方法；
分类：视线通视分析和视域通视分析；
应用：假设通信基站、旅游景点规划、防火瞭 望台的设计等。
模拟山体阴影效 果： ——定制太 阳方位角：西北 315度，太阳高度 角：45度
山体阴影图真 实地表现了地表 光线的照度，对 苗圃等需要光照 较好的山坡的选 址具有一定的参 考意义
一、地形因子的自动提取
先计算每一地表单元（由相邻四个网格点确定）的法矢量： （1）标准矢量P的计算
（2）基本矢量a、b的计算