地理信息系统 GIS 第五章 GIS空间分析技术
ArcGIS培训教程
ArcGIS培训教程引言地理信息系统（GIS）是一种强大的工具，能够帮助用户捕捉、分析和管理地理和空间数据。
ArcGIS是由Esri公司开发的一款领先的GIS软件，广泛应用于各个领域，包括城市规划、环境管理、资源监测等。
本教程旨在为初学者提供ArcGIS的基本知识和操作技能，帮助用户快速入门并掌握ArcGIS的使用。
第一章：ArcGIS简介1.1地理信息系统（GIS）的概念1.2ArcGIS的特点和优势1.3ArcGIS的应用领域第二章：ArcGIS软件安装与配置2.1系统要求2.2安装步骤2.3许可证配置第三章：ArcGIS界面与基本操作3.1ArcGIS软件界面介绍3.2地图导航与缩放3.3图层管理与符号化3.4基本地图元素编辑与标注3.5基本空间分析工具的使用第四章：空间数据管理4.1空间数据的概念与类型4.2空间数据获取与导入4.3空间数据库管理4.4空间数据质量控制与维护第五章：空间数据分析与应用5.1空间查询与选择5.2缓冲区分析5.3地图代数与栅格分析5.4网络分析5.5三维分析第六章：地图设计与输出6.1地图设计原则与布局6.2地图元素设计与布局6.3地图标注与注记6.4地图打印与输出第七章：ArcGIS高级功能与应用7.1地理处理模型与脚本编写7.2ArcGISServer与WebGIS7.3三维GIS与虚拟现实7.4大数据与实时GIS分析结论本教程从ArcGIS的基本概念和操作入手，逐步介绍了ArcGIS 软件的安装与配置、界面与基本操作、空间数据管理、空间数据分析与应用、地图设计与输出以及高级功能与应用等方面的内容。
通过本教程的学习，用户可以掌握ArcGIS的基本使用方法，并能够进行简单的空间数据分析和地图制作。
然而，GIS是一个不断发展和创新的领域，要成为一名优秀的GIS专业人员，还需要不断学习和实践，探索更深入的空间分析技术和应用领域。
希望本教程能为您的GIS学习之旅提供有价值的帮助。
【GIS】地理信息系统复习资料
第一章绪论1、信息的特点1)信息的客观性2)信息的适用性3)信息的传输性4)信息的共享性2、数据处理：即对数据进行收集、筛选、排序、归并、转换、存储、检索、计算，以及分析、模拟和预测等操作。
3、地理信息的特点:1）空间分布性2）具有多维结构的特征3）时序特征十分明显4、地理数据：是与地理环境要素有关的物质的数量、质量、分布特征、相互联系和变化规律的数字、文字、图像和图形等的总称。
5、地理信息系统：它是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。
6、简述GIS的构成。
它的的基本功能有哪些？硬件系统、软件系统、空间数据库、应用模型、用户基本功：数据采集与编辑、数据存储与管理、数据处理与变换、空间分析和统计、产品制作与显示、二次开发和编辑。
第二章地理信息系统的数据结构1、矢量表示法：采用一个没有大小的点（坐标）来表达基本点元素。
2、栅格表示法：采用一个有固定大小的点（面元）来表达基本点元素。
3、空间数据的基本特征。
1)属性特征：描述空间对象的特性，即是什么。
如对象的类别、等级、名称、数量等。
2)空间特征：描述空间对象的地理位置以及相互关系，又称几何特征和拓扑特征，前者用经纬度、坐标表示，后者用拓扑关系表示，如交通学院与电力学院相邻等。
3)时间特征：描述空间对象随时间的变化。
4、拓扑关系的类型1）拓扑邻接：相同拓扑元素之间的关系。
2）拓扑关联：不同拓扑元素之间的关系。
3）拓扑包含：同类但不同级元素之间的关系。
5、空间数据拓扑关系意义1）根据拓扑关系，不需要利用坐标或距离，可以确定一种地理实体相对于另一种地理实体的空间位置关系。
2）有利于空间要素的查询。
3）可以利用拓扑关系数据作为工具，重建地理实体。
6、建立如下图所示的拓扑关系的全显式表达。
（方向自己给定）弧段与结点关系表多边形与弧段关系表结点与弧段关系表弧段与多边形7、栅格数据单元值的确定方法有哪些？①中心点法：②面积占优法：③重要性法：④百分比法：8、如何确定合理的网格尺寸？为了逼近原始数据精度，除了采用这几种取值方法外，还可以采用缩小单个栅格单元的面积，增加栅格单元总数的方法。
GIS数据处理与空间分析教程
GIS数据处理与空间分析教程引言：地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）是一种将地理空间数据与属性数据进行捆绑组织、存储、查询、分析、可视化并生成可输出图形报告的系统。
在各个领域，如城市规划、环境管理、资源分配、农业发展等都有广泛的应用。
本教程将就GIS数据处理与空间分析的相关内容进行深入的介绍和讲解。
第一章：GIS数据处理的基础知识GIS数据由地理空间数据和属性数据组成，地理空间数据包括点、线、面等地理要素。
在这一章节，我们将学习地图投影的基本知识，了解常见的地理坐标系和地图投影方式，并介绍GIS数据的各种数据格式，如Shapefile、GeoJSON等。
第二章：GIS数据获取与预处理本章节将介绍如何获取地理空间数据，包括地理信息系统数据和其他来源的数据。
我们将探讨如何使用GPS设备采集地理数据，并学习如何使用影像处理软件提取图像中的地理信息。
另外，还将涉及数据预处理的工作，如数据清洗、数据转换和数据拓扑校正等。
第三章：GIS数据管理与存储GIS数据管理与存储是GIS应用中关键的一环，本章节将重点介绍如何进行数据管理和数据存储。
我们将学习如何使用数据库管理系统（DBMS）对GIS数据进行组织和存储，并了解属性数据表的设计和建立。
此外，还将介绍如何维护和更新数据，以及数据备份和恢复的相关策略。
第四章：GIS空间分析基础在进行GIS空间分析之前，我们需要了解一些基础概念和方法。
本章节将介绍GIS空间分析的基本概念，如空间关系、空间查询和空间操作等。
我们还将学习常见的空间分析方法，如缓冲区分析、叠加分析和网格分析等，并通过具体案例来加深理解。
第五章：GIS空间分析进阶本章节将介绍一些进阶的GIS空间分析方法和技术，如网络分析、三维分析和时空分析等。
我们将详细讲解这些方法的原理和应用场景，并通过实际案例来展示如何使用这些方法进行空间分析。
第六章：GIS可视化和报告生成通过可视化和报告生成，我们可以有效地展示和传达GIS数据和分析结果。
《第五章第三节GIS的数据库及其应用》作业设计方案-高中地理人教版选修7
《GIS的数据库及其应用》作业设计方案（第一课时）一、作业目标本作业旨在通过学习GIS（地理信息系统）的数据库基础知识和应用案例，使学生掌握GIS数据库的基本概念、数据结构和空间数据组织方法，并能够初步应用GIS技术解决实际问题，提升学生地理信息素养和空间思维能力。
二、作业内容1. 基础知识学习：学生需自学GIS数据库的基本概念、数据类型、数据结构及空间数据的组织方式。
重点掌握空间数据的分类、存储及管理方法，理解GIS数据库在地理信息分析中的重要性。
2. 案例分析：学生需选择一个与日常生活或社会热点相关的GIS应用案例，如城市交通拥堵分析、环境质量评价等，分析该案例中GIS数据库的构建过程及如何利用GIS技术解决问题。
3. 实践操作：学生需利用已有的地理信息数据（如学校周边环境数据），使用GIS软件进行数据导入、编辑、分析等操作，理解GIS数据库的实用价值。
4. 作业报告：学生需撰写一份关于上述学习的报告，包括对GIS数据库的理解、案例分析的详细过程及实践操作的体会和发现。
三、作业要求1. 基础知识学习要求全面掌握，能够准确阐述GIS数据库的基本概念和数据结构。
2. 案例分析需具体、详细，能够清晰地展示GIS数据库在具体问题中的应用过程和效果。
3. 实践操作需真实进行，并记录操作过程中的问题和解决方法，以及最终的分析结果。
4. 作业报告需条理清晰，观点明确，结合实际案例和实践操作，体现学生的理解和应用能力。
四、作业评价1. 评价标准：评价将依据学生对GIS数据库基础知识的掌握程度、案例分析的深度和实用性、实践操作的正确性和创新性以及作业报告的逻辑性和深度进行综合评价。
2. 评价方式：教师将对作业报告进行评分和评语，同时结合学生的课堂表现和小组讨论情况进行综合评定。
五、作业反馈1. 教师将对学生在作业中的表现进行详细点评，指出学生的优点和不足，并提出改进建议。
2. 学生需根据教师的反馈进行自我反思和总结，明确自己的学习目标和学习计划。
《地理信息系统概论》课程笔记
《地理信息系统概论》课程笔记第一章地理信息系统基本概念1.1 数据与信息数据是原始的、未经处理的素材，它是信息的表现形式。
信息是从数据中提取的有意义的内容，它能够帮助人们做出决策。
在地理信息系统中，数据主要指的是空间数据，而信息则是通过对空间数据进行分析和处理得到的结果。
例如，一个地区的土地利用数据是原始数据，而通过分析这些数据得出的土地利用分布情况就是信息。
1.2 地理信息与地理信息系统地理信息指的是与地球表面位置相关的信息，包括自然地理信息（如地形、气候等）和人文地理信息（如人口、交通等）。
地理信息系统（GIS）是一种专门用于获取、存储、管理、分析和展示地理信息的计算机系统。
GIS能够将空间数据与属性数据结合起来，为用户提供强大的空间分析和决策支持功能。
例如，GIS可以用来分析城市交通拥堵情况，帮助规划交通路线。
1.3 地理信息系统的基本构成GIS由硬件、软件、空间数据、应用人员和应用模型五个基本部分组成。
硬件包括计算机、输入输出设备（如扫描仪、打印机等）；软件包括操作系统、数据库管理系统、GIS软件等；空间数据是GIS的核心，包括地图数据、遥感数据等；应用人员是使用GIS进行空间分析和决策的主体；应用模型则是根据实际问题构建的模型，用于解决具体问题。
例如，一个GIS系统可能包括一台计算机、GIS软件、地图数据和应用模型，用于分析土地利用变化。
1.4 地理信息系统的功能简介GIS的基本功能包括数据采集、数据管理、空间分析、可视化表达和输出等。
数据采集主要是获取空间数据和属性数据，可以通过遥感、野外调查等方式获取；数据管理主要是对数据进行存储、查询、更新和维护，确保数据的准确性和完整性；空间分析主要包括空间查询、空间叠合、空间邻近度分析等，用于解决实际问题；可视化表达主要是将空间数据以图形或图像的形式展示给用户，增强数据的可读性和可理解性；输出则是将分析结果以报表、地图等形式输出，为决策提供支持。
利用GIS软件进行地理空间分析的教程
利用GIS软件进行地理空间分析的教程GIS（地理信息系统）软件是一款强大的工具，可用于进行地理空间分析。
地理空间分析是利用地理信息和位置数据进行研究、可视化和预测的过程。
在本教程中，我们将介绍一些常见的地理空间分析技术和如何使用GIS软件进行这些分析。
第一章：GIS软件简介首先我们将介绍GIS软件的基本概念和功能。
GIS软件可以处理、存储、分析和可视化地理数据，它可以帮助人们更好地理解地理现象和问题。
常见的GIS软件包括ArcGIS、QGIS和Google Earth等。
第二章：地图投影和坐标系统在进行地理空间分析之前，我们需要了解地图投影和地理坐标系统。
地图投影是将地球的曲面投影到平面上的过程，而地理坐标系统则是在地图上标识位置的方式。
不同的地图投影和坐标系统对地理空间分析有重要的影响。
第三章：地图数据采集与处理地理空间分析的第一步是采集和处理地图数据。
通过使用GPS设备、航空遥感和卫星图像等工具，可以收集到各种类型的地理数据，包括地形、建筑物、道路和土地利用等。
然后，可以使用GIS软件对这些数据进行处理和清洗，以便进行进一步的分析。
第四章：空间查询和数据查询地理空间分析的核心是空间查询和数据查询。
空间查询是通过在地图上绘制特定范围的区域来找到符合特定条件的要素，例如，在一个城市中找到所有的公园。
数据查询是通过指定特定的属性条件来查找符合要求的数据记录，例如，查找特定类型的建筑物或土地利用。
第五章：空间分析和空间统计使用GIS软件进行地理空间分析还包括空间分析和空间统计。
空间分析是通过对地理数据的空间关系进行计算和分析，以研究地理现象和模式。
常见的空间分析技术包括缓冲区分析、交互分析和网络分析等。
空间统计是利用统计方法来研究地理现象的空间分布和相关性。
第六章：地理可视化和地图制图地理空间分析的结果通常需要以地图或其他可视化形式进行展示和传达。
使用GIS软件可以创建各种类型的地图，包括点线面地图、等值线地图和热力图等。
地理信息系统概论——知识点总结
地理信息系统概论第一章导论数据与信息的关系：数据：是通过数字化或记录下来可以可以被鉴别的符号，不仅数字是数据，而且文字、符号、图象也是数据，数据本身没有意义；信息：是对数据的解释、运用与解算，数据即使是经过处理以后的数据，只有经过解释才有意义，才成为信息。
数据（data）是信息(information)的表达，而信息是数据的内容。
数据是未经加工的原始材料，地理信息系统的设计和建立，首先是收集数据和处理数据。
就本质而言数据是客观对象的表示，而信息则是数据内涵的意义，只有数据对实体行为产生影响时才成为信息。
信息是用数字、文字、符号、语言等介质来表示事件、事物、现象等的内容、数量或特征，以便向人们（或系统）提供关于现实世界新的事实的知识，作为生产、管理和决策的依据。
数据处理：是指对数据进行收集、筛选、排序、归并、转换、存储、检索、计算，以及分析、模拟和预测等操作。
信息的特点：客观性、适用性、传输性、共享性。
地理信息：是指表征地理圈或地理环境固有要素或物质的数量、质量、分布特征、联系和规律等的数字、文字、图象和图形的总称。
地理信息属于空间信息，它具有空间定位特征、多维结构特征和动态变化特征。
地理信息系统（Geographical Information System）：地理信息系统既是管理和分析空间数据的应用工程技术，又是跨越地球科学、信息科学和空间科学的应用基础学科。
其技术系统是由计算机硬件、软件和不同的方法组成的系统，该系统设计支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题。
GIS的基本构成：GIS一般包括以下5个主要部分：系统硬件、系统软件、空间数据、应用人员和应用模型。
1、系统硬件：（1）GIS主机：包括大型、中型、小型机，工作站∕服务器和微型计算机，其中各种类型的工作站∕服务器成为GIS的主流。
（2）GIS外部设备：包括各种输入（如图形数字化仪、图形扫描仪、解析和数字摄影测量设备等）和输出设备（如各种绘图仪、图形显示终端和打印机）。
GIS空间分析
空间叠置分析
(Spatial Overlay Analysis)
唐振武
空间分析（Spatial Analysis）
间数据分析技术，是从地理信息系统目标之间的空间 区别与其它信息系统的 本质特征。 关系中获取派生的信息和新的知识。
叠置后每条线被它穿过的多边形打断成 新弧段，要将原线和多边形的属性信息 一起赋给新弧段。
（二）基于矢量数据的叠置分析（Vector Data）
2.线与多边形叠置
2 1 河流图
1
3
3
2
Line ID
Old ID
Poly
1
2 3
1
2 2 3 3 3
C
C B C A B
政区图
C
2 5
1 4 新弧段图层
② 识别操作（Identity） ③ 交操作（Intersect） ④ 擦除操作（Erase） ⑤ 裁剪操作（Clip）
⑥ 更新操作（Update）
（二）基于矢量数据的叠置分析（Vector Data）
① 并操作(A∪B)
保留两个图层的所有图形要素和属性数据。
A
A∪B
B
（二）基于矢量数据的叠置分析（Vector Data）
name
C
point
A B
C
poly
A B C
进德小区 阳光小区 花园小区
1 2 3,4
（二）基于矢量数据的叠置分析（Vector Data）
某行政区划内有多少个乡镇？
（二）基于矢量数据的叠置分析（Vector Data）
2.线与多边形叠置 线与多边形的叠置，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。
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1、质心量测
✓质心是描述地理对象空间分布的一个重要指标。例如要 得到一个全国的人口分布等值线图，而人口数据只能到 县级，所以必须在每个县域里定义一个点作为质心，代 表该县的数值，然后进行插值计算全国人口等值线。 ✓质心通常定义为一个多边形或面的几何中心。当多边形 比较简单，如矩形，计算很容易。但当多边形形状复杂 时，计算也更加复杂。 ✓在某些情况下，质心描述的是分布中心，而不是绝对几 何中心。同样以全国人口为例，当某个县绝大部分人口 明显集中于一侧时，可以把质心放在分布中心上，这种 质心称为平均中心或重心。
式中，i为折线或多边形的顶点数，含义为依次求出组 成折线或多边形的所有线段长度，然后累加求和。
2 几何量算
➢多边形面积计算及其应用：辛普森（Simposion）面 积计算公式
在GIS中，梯形法是求面积的主要方法之一。其基 本思想是：按照多边形的顶点顺序依次求出多边形所 有边与X轴或Y轴组成的梯形面积，然后求其代数和
三、空间查询
✓ 例如：查询三峡地区长江流域人口大于50万的市或 县
Select*From县或市Where
县或市人口>50万
and Cross （河流名称=“长江”）
3、形状量测
• 如果认为一个标准的圆目标既非紧凑型也非膨胀型 的，对一个多边形则可定义其形状系数r为
r
P
2 A
• 其中，P为目标物周长， • A为目标物面积。 • 如果 • r〈1，目标物为紧凑型； • r =1, 目标物为一标准圆； • r 〉1，目标物为膨胀型。
三、空间查询
• 空间查询是GIS的一个重要功能，一般定义为作 用在GIS数据上的函数，它返回满足条件的内容。
• 查询是用户与系统交流的途径。
– 基于属性数据的查询 – 基于图形数据的查询 – 图形与属性的混合查询 – 地址匹配
三、空间查询
三、空间查询
➢图形查询：图形查属性是根据图形的空间位置 来查询有关属性信息，或者实体之间的空间关系 查询，实体的属性信息查询等。 ➢属性查询：根据一定的属性条件来查询满足条 件的空间实体的位置，是基于实体的属性信息进 行查询。与一般的数据库查询相同，只不过最后 查询的结果需要再与图形关联起来。
n 1
S Si ( xn x1 ) ( y1 yn ) 2
i 1
n 1
n 1
n 1
n 1
2S xi yi1 xi1 yi1 xi yi xi1 yi (xn x1) ( y1 yn )
i 1
i 1
i 1
i 1
n 1
n 1
x1 y2 xi yi1 xn yn x1 y1 xi yi1 xn yn1 (xn x1) ( y1 yn )
距离 面积 坐标
2、几何量算
➢长度量算:线由点组成，矢量图形的长度量算基于直线 段的两点之间距离公式，设空间两点p1（x1，y1）和 p2（x2，y2），则直线段的长度为
d (x2 x1)2 ( y2 y1)2
由此不难得出折线与多边形周长的长度量算公式
l
(xi1 xi ) 2 ( yi1 yi ) 2
n
A 1/ 2 | s | 1/ 2 |
xi ( yi1
yi 1 )
yo yn yn1 y1
i 1
由推证过程可看出，顺时针坐标点排列面积为正值，逆 时针坐标点排列面积为负值，考虑到面积可能为负值， 因而取绝对值。
辛普森面积公式的应用
✓判断多边形顶点的走向（逆时针或顺时针旋 转
面积s为正则为顺时针走向 面积s为负则为逆时针走向
✓ GIS的空间分析是指以地理事物的空间位置和形态为 基础，以地学原理为依托，以空间数据运算为特征， 提取与产生新的空间信息的技术和过程。如获取关 于空间分布、空间形成以及空间演变的信息。
✓ 运用的手段包括各种几何的逻辑运算、代数运算及 数理统计分析等数学手段。
二、空间数据的量算
空间数据的量算是空间信息分析的定量化 基础。
i2
i2
n 1
xi ( yi1 yi1 ) x1 y2 xn yn1 xn y1 x1 yn
i2
n 1
xi ( yi1 yi1 ) x1 ( y 2 y n ) xn ( y1 y n1 )
i2
n
x ( y y ) i i1
y0 yn i 1 yn1 y1
i 1
辛普森面积计算公式
1
GIS空间分析技术
概述 空间数据的量算 空间查询 聚类聚合分析 信息复合分析 缓冲区分析 网络分析 DTM与DEM分析
简单的空间分析 复杂的空间分析 面向应用的分析
一、概 述
✓ 空间分析功能是GIS的主要特征与评价GIS软件的主 要指标之一。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。
已知条件： (x1, y1) (x2. y2 ) (xn , yn ) 为多边形顶点坐标，凸、凹多边形均可，顶点顺序
顺时针方向、逆时针方向均可。
n
求证： A 1/ 2• | xi ( yi1 yi1 ) | y0 yn
i 1
yn1 y1
点pi与pi1面积元为 : si ( xi xi1 ) ( yi 1 yi ) / 2
1、质心量测
✓如果考虑其它一些因素的话，可以赋予权重系数，称为 加权平均中心。计算公式为：
WY ii
Yi
G
W i
i
其中，I为离散目标物，Wi为该目标权重，Xi、Yi为其坐
标。质心量测经常用于宏观经济分析和市场区位选择，还
可以跟踪某些地理分布的变化，如人口变迁，土地类型变
化等。
2、几何量测
• 点状目标（0维）：坐标 • 线状目标（1维）：长度，曲率，方向。 • 面状目标（2维）：面积，周长等。 • 体状目标（3维）：表面积，体积等。
三、空间查询
➢图形属性互查：将空间关系和属性结合起来进行 查询，并将最后结果以图形和属性两种方式显示出 来。如：查询京九线沿线人口大于100万的城市及 各种属性信息。 ➢地址匹配：根据一个地理名字（如学校名字）来 定位相关实体并获得其属性信息。其基础是地理编 码，即将一个地理名字与一个或若干个空间实体关 联起来、或者与实体的某个属性关联起来、或者与 某个地理坐标关联起来。