【学习课件】第五章空间分析的原理和方法

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第五章 空间分析的原理和方法课件PPT

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第二节 空间叠合分析
一、什么是空间叠合分析? 是指在统一空间参照系统条件下,每次将同一地区两个
地理对象的图层进行叠合,以产生空间区域的多重属性特征, 或建立地理对象之间的空间对应关系。
空间合成
空 间
叠加






2021/3/10
A 空间统计 叠加
B
C
1
二、空间分析类型
1、根据叠合对象图形特征可分为:
• 优点:容易实现 • 缺点:图元间拓朴关系信息丢失
2021/3/10
21
1
1
1
1
1
1
1
D
1
=
A
+
B1+1 C
1
1
11
A
B
1
1
1
1
212
1 31
212
1
1
1
1
D
11 11
E
1
1
1
1
12 11 12
1 13 1
12 11 21
1
1
1
1
DC
1
1
1
1
11 1 131
1 1111
1
1
F=D-E
第三节 空间邻近度分析
一、缓冲区:地理空间目标的一种影响范围或服务范围。 二、缓冲区分析: 三、分析要素:主体,临近对象,作用条件
2021/3/10了地理空间中两个地物距离相近的 程度度,其确定是空间分析的一个重要手段。
• 交通沿线或河流沿线的地物有其独特的重要性,公共设施的服 务半径,大型水库建设引起的搬迁,铁路、公路以及航运河道 对其所穿过区域经济的发展的重要性等,都是一个邻近度问题 。

空间分析原理和方法PPT讲稿

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• 计算地表单元法矢量
i jk nij a b xa ya za
xb yb zb ( ya zb yb za )i ( xb za xa zb ) j ( xa yb xb ya )k
写成坐标表示法为:
nij y(zi1, j zi, j1 zi1, j1 zi, j ),x(zi1, j1 zi, j zi1, j zi, j1),2xy
➢ 空间分析的根本目的
通过对空间数据的深加工,获取新的地理信息。
➢ 空间分析的主要内容 • 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。
• 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。
• 空间形态:空间对象的几何形态。 • 空间距离:空间物体的接近程度。 • 空间关系:空间对象的相关关系,包括拓扑、方位、相似、
栅格相对正北方向的的坡向(从0-360变化)
2、曲面面积的计算
地表单元的曲面面积可用数字高程模型 计算,其计算可看作是所包含各个网络的 表面积之和。
根据空间矢量的几何性质,单元曲面的 面积可以用单元边的中点所建立的矢量a,b 确定的法矢量n的模定义。
地表单元曲面面积(S I,j)可以用该单 元边的中点所建立的矢量及由它们 所确定的法矢量的模来定义。
N
NW
NE
4
3 W
E 3
2
SW
SE
坡向的S综合表示
Grid DEM 上制作坡度、坡向图
在DEM上计算坡度和坡向,就是利用 DEM规则格网上高程数值,来计算出每个 网格点或格网单元的坡度和坡向数值,生 成栅格形式的坡度和坡向数据,可以说坡 度和坡向数据是有DEM派生出来的DTM数 据。

第五章 空间分析的原理和方法

第五章 空间分析的原理和方法

可视化空间查询方法;
基于自然语言的查询方法; 超文本查询方法。
1. 缓冲区的定义
• 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。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决 定。因此对象Oi的缓冲区定义为:
Bi x : d x, Oi R
d R sinB 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。
折点凸凹性的自动判断
注意:当存在岛屿和重叠自相交多边形时, 最终计算的边线被分为外部边线和若干岛 屿。对于缓冲区边线绘制,只要把外围边 线和岛屿轮廓绘出即可。
3.基于栅格结构的缓冲区分析
• 基于栅格结构也可以作缓冲区分析,通常 称为推移或扩散(Spread)。推移或扩散实 际上是模拟主体对邻近对象的作用过程, 物体在主体的作用下在一阻力表面移动, 离主体越远作用力越弱。 例如:可以将地形、障碍物和空气作为阻 力表面,噪声源为主体,用推移或扩散的 方法计算噪声离开主体后在阻力表面上的 移动,得到一定范围内每个栅格单元的噪 声强度。
采用向量叉乘判断向量排列
C b
S
A a B C b
BC X C X B , YC YB bx , b y
S AB BC a b a x by bx a y
AB X B X A , YB YA a x , a y
• 空间分析的根本目的:通过对空间数据的 深加工或分析,获取新的信息。

第五章 空间分析原理与方法-空间查询与空间分析(实际上课新)PPT课件

第五章 空间分析原理与方法-空间查询与空间分析(实际上课新)PPT课件

GIS网络分析中涉及的网络是由一系列要素类别组成的,
信 可以度量并能图形表达的网络,又称之为几何网络。图形的
息 特征可以在网络上表现出来,同时也可以在同一个网络中表
系 示出如运输线、闸门、保险丝与变压器等不同性质的数据。

一个几何网络包含了线段与交点的连结信息且定义出部
原 分规则,如:哪一个类别的线段可以连至某一特定类别的交 理 点,或某两个类别的线段必须连至哪一个类别的交点。
GIS
15
地 理 信 息 系 统 原 理
GIS
网络数据符号化
16

理 2)几何网络要素的编辑

添加新的几何网络要素和直接在数据库中添加数据
息 要素是类似的,稍稍不同的是当新的几何网络要素被添
系 统
加到几何网络中的时候,它在空间上和其他网络要素在 空间上的拓扑连接关系将同时由地理数据库自动产生并 同时保存在其中,以便以后分析使用。

通过满足必要的条件得到合理的结果。


网络分析的基础是图论和运筹学。

GIS
9
地 二、 网络的组成和建立 理 1)网络的基本组成
信 一般网络的组成
息 GIS中网络的组成
系 (1)结点;
统 (2)链;
原 理
(3)障碍; (4)拐角;
GIS (5)中心;
(6)站点。
பைடு நூலகம்10
地 GIS中网络的组成

理 GIS中建立的几何网络的格式是GeoDataBase,将其全部
的数据和组成部分封装在一个文件中。
GIS
13
地 理 三、 ArcGIS网络分析数据的预处理 信 1)网络数据的符号化 息 2)几何网络要素的添加和删除 系 3)网络连通性的变更 统 4)网络可运行性的编辑 原 理

第五章-空间分析的原理和方法PPT课件

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线模式:表示地形的最普通线模式是一系列描述 高程曲线的等高线。地图(有等高线)便是数 字地面模型的现成数据源,用扫描仪在这些图 上自动获取DEM数据方面已做了许多工作。
• 另外是根据各局部等值线上的高程点,通过插 值公式计算各点的高程,得到DEM。
-
7
• 点模式: • 人工网格法:将地形图蒙上格网,逐格读取中心
-
9
DEM的表示方法
-
10
DEM的应用
不论DEM是高程矩阵、数组、规则的点数据,还是三角网数据等 形式,都可以从中获得多种派生产品。
获得多种(不同类型)的基础图件
三维方块图、剖面图及地层图:三维方块图是最为人们熟 悉的数字地面模型的形式之一。现在已有许多可供三 维方块图计算用的标准程 序,这些程序用线条描绘或阴影栅格显示法表示规则 或不规则x、Y、Z数据组的立体图形。三维方块图在显 示多种土地景观信息中非常有用,它是土地景观设计 和森林覆盖模拟的基础。
空间统计叠合:一般用于提取某个区域范围内某些专题内容
的数量特征。
2 1
地貌图
1
3
2
行政图
A B
土壤图
a
c
e
d
g
b
f
土壤图
2A
1A
2B
1B
合成叠合
合成图
-
区 域
类 型 数
面积 a b…
14

23

… … ………
统计表
统计叠合
16
二、空间分析类型
1、根据叠合对象图形特征可分为:

2
1
3

A
C
A 34 C 2
值的方向。这两个因素基本上能满足环境科学分析

第五章 空间分析的原理与方法

第五章 空间分析的原理与方法

方法:
在任意两点间先生成一条剖面线 再在两点间形成一条直线, 判断该直线与剖面线有交点
判断
可以通视
不可以通视
B
A
5.2 空间叠合分析
一、基本概念 定义:指在相同的空间坐标 系统条件下,将同一地区两 个不同地理特征的空间和属 性数据数据重叠相加,以产 生空间区域的多重属性特征, 或建立地理对象之间的空间 对应关系。 目的:用于搜索同时具有几 种地理属性的分布区域。
Di x y z
2 i 2 i
2 i
(三)地表粗糙度计算
定义:地表粗糙度是反映地表起伏变化与侵蚀 程度的指标。一般定义为地表单元曲面面积与 投影面积之比。 一般用对角顶点连线中点的高差来表示粗糙度。
1 Ri, j D zi 1, j 1 zi , j zi , j 1 zi 1, j 2
2)间接采集。在地形图上通过对等高线数字化,并 进行插值计算或按网格单元直接量算而获得。
数字高程模型的应用
提取等高线, 进行地形制图
制作正射 影像地图
数字高程模型 在地学分析的 应用
为地学综合分析提供 高程、坡度、坡向等 基本分析因子
数字正射影像图:是对遥感数字影像,经逐像元进行投影差改正、镶 嵌,按国家基本比例尺地形图图幅范围剪裁生成的数字正射投影影像 数据
z
y
Pi , j
Pi 1, j
nij b
Pi 1, j 1
a
i+1,j
Pi , j 1
dy
i+1,j+1
i,j
O
dx
i,j+1
x
ni , j a b
ni , j

第五章——空间分析的原理与方法

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

第五章 空间分析的原理与方法2解剖

第五章 空间分析的原理与方法2解剖
空间叠合分析是指在统一空间参照系统条件下,每次将同 一地区两个地理对象的图层进行叠合,以产生空间区域的 多重属性特征,或建立地理对象之间的空间对应关系。
因此,叠置后产生的新的图形属性就是原叠置相应位置 处的图形对应属性的函数,可用下述关系式表达:
u=f(A,B,C,……)
式中u 表示叠置后图形的属性,A,B,C,……表示原叠置 层的图形的属性,f函数取决于各层上的属性与用户需要之 间的关系。
这种方法一般用于建立小范围大比例尺(比 例尺大于1:5000)区域的DEM,对高程的精度要求较高。 另外气压测高法获取地面稀疏点集的高程数据,也可用 来建立对高程精度要求不高的DEM。
DEM的表示
1、规则格网表示法 我们通常见到的是规则格网的DEM,它可以表示为高程
矩阵。
DEM={Hij}, i=1,2,3…,m-1,m (4-19) j=1,2,3…,n-1,n
例:工厂选址与水库选址,水土流失
应用模型无可枚举,而空间分析技术是有限的。
空间图形数据的拓扑运算;
非空间属性数据运算;
空间和非空间数据的联合运算。
应用模型建立过程比较复杂,有些还不能用数学方法 描述,空间分析技术为解决复杂的应用模型提供基本 的分析工具。
空间分析和空间模型是零件和机器的关系
back
空间合成叠合: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级的多边形进行 重新分类或分级。因此,合成叠置的结果为新的多边形 数据文件。
空间统计叠合:精确的计算一种要素在另一种要素的某 个区域多边形范围内的分布状况和数量特征,或提取某 个区域范围内某种专题内容的数据,因此,叠置的结果 为统计报表或列表输出
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四、空间分析类型:
1. 产生式分析:如数字地面模型分析、空间叠合分析、缓冲区 分析、空间网络分析、空间统计分析;
2. 咨询式分析:如空间集合分析,空间数据查询等。
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3
第一节 数字地面模型分析
一、DTM与DEM
1. DTM:数字地面模型,是定义于二维区域上的一个有限 项的向量序列,以离散的平面点来模拟连续分布的地形。
.
2
第五章 空间分析的原理和方法
一、空间分析的意义
是地理信息系统的重要组成部分,也是区别于其它类型系统 的一个最主要的功能特性。
二、空间分析的目的:在于通过对空间数据的深加工或分析, 获取新的信息。
三、空间分析:是基于空间数据的分析技术,以地学原理为依 托,通过分析算法,从空间数据中获取有关地理现象的空间 位置、空间分布、空间形态、空间形成、空间演变等信息。
第五章 空间分析的原理和方法
第一节 数字地面模型分析 第二节 空间叠合分析 第三节 空间缓冲区分析 第四节 空间网络分析 第五节 空间统计分析 第六节 空间数据的集合分析和查询
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1
空间分析是GIS系统的重要功能之一,是 GIS系统与计算机辅助绘图系统的主要 区别。空间分析的对象是一系列跟空间 位置有关的数据,这些数据包括空间坐 标和专业属性两部分。其中空间坐标用 于实体的空间位置和几何形态,专业属 性则是实体某一方面的性质。
• DEM生成的上述方法中,人工网格方法的精底低、 工作量大,不宜采用;立体像对分析要求有立体像 对影像和特殊的软件,且运算时间较长,技术条件 特殊;三角网法在有足够离散点的情况下效果较好; 曲面拟合可反映总的地势,但局部误差较大;等值 线插值是用的比较普遍的方法,输入等值线后,可 在矢量格式的等值数据基础上进行,插值效果较好。
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4
数字地形模型
DTM和DEM
数字地形模型(Digital Terrain Model,DTM)是在 空间数据库中存储并管理的空间地形数据集合的 统称。是带有空间位置特征和地形属性特征的数 字描述。是建立不同层次的资源与环境信息系统 不可缺少的组成部分。
地表属性的三维特征,诸如高度、坡度、坡向等重 要的地貌要素,是地学分析和生产应用中的基础 数据,它们可以广泛地应用在多种领域,如农、 林、牧、水利、交通、军事领域等。具体地说象 公路、铁路、输电线的选线、水利工程的选址、 军事制高点的地形选择、土壤侵蚀、土地类型的 分析等;也可应用于测绘、制图、遥感等领域。 DTM的生成已成为GIS的研究课题之一。
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DEM的表示方法
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10
DEM的应用
不论DEM是高程矩阵、数组、规则的点数据,还是三角网数据等 形式,都可以从中获得多种派生产品。
获得多种(不同类型)的基础图件
三维方块图、剖面图及地层图:三维方块图是最为人们熟 悉的数字地面模型的形式之一。现在已有许多可供三维 方块图计算用的标准程 序,这些程序用线条描绘或阴影栅格显示法表示规则或 不规则x、Y、Z数据组的立体图形。三维方块图在显示 多种土地景观信息中非常有用,它是土地景观设计和森 林覆盖模拟的基础。
视线图:确定土地景观中点与点之间相互通视的能力,公园景 点的选择,通过数字高程模型能方便地算出一个观察点 所能看到的各个部分。
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8
• 不规则三角网方法(TIN):对有限个离散点,每三 个最邻近点联结成三角形,每个三角形代表一个局 部平面,再根据每个平面方程,可计算各网格点高 程,生成DEM。 不规则三角网是产生DEM数据而设计的采样系统。 该DEM系统克服了高程矩阵中冗余数据的问题, 而且能更加有效地用于各类以DEM为基础的计算。
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5
DTM中属性为高程的要素叫数字高程模型(Digital Elevation Model,简称DEM)。高程是地理空间 的第三维坐标,DEM是地表单元上的高程集合, 通常用矩阵表示,广义的DEM可包括等高线、三 角网等,这里特指由地表网格单元构成的高程矩阵。 DEM是建立DTM的“基础数据”或称为单要素图, 其它要素均可以从 DEM数据直接或间接导出,因此称为“派生数 据”,如:平均高程、坡度、坡向等仍是系统数据 库中存储的一个层面或基本图件。这些层面都是位 置配准的,将它们与其它属性的层面叠置,可以完 成多种资源与环境分析。
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7
• 点模式: • 人工网格法:将地形图蒙上格网,逐格读取中心
或角点的高程值,构成数字高程模型。由于计算 机中矩阵的处理比较方便,特别是以网格为基础 的地理信息系统中高程矩阵已成为DEM最通用 的形式。 网格法的缺点,即:①地形简单的地区存在大量 冗余数据;②如果不改变网格大小,无法适用地 形复杂程度不同的地区。 • 立体像对分析:先进采样法(Progressive Sampling)(消除冗余数据问题)就是通过遥感 立体像对,根据视差模型,自动选配左右影像的 同名点,建立数字高程模型。在产生DEM数据 时,地形变化复杂的地区,增加网格数量(提高 分辨率),而在地形起伏不大的地区,则减少网 格数量(降低分辨率)。
对于DTM,只输入和存储数字高程模型DEM,并保 证其精度符合要求,其它派生要素在需要的时候通 过计算得到且精度就可以得到保证。
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6
DEM的表示方法 某地区地表高程的变化可用多种方法模拟。用数学
定义的表面或点、线影像都可用来表示DEM。 数学分块法 数学方法拟合表面时需依靠连续的三维函数,连续 的三维函数能以高平滑度表示复杂表面。局部 拟合法是将复杂表面分成正方形像元,或面积 大致相同的不规则形状小块,根据有限个离散 点的高程,可得到拟合的DEM。 图形法 线模式:表示地形的最普通线模式是一系列描述 高程曲线的等高线。地图(有等高线)便是数 字地面模型的现成数据源,用扫描仪在这些图 上自动获取DEM数据方面已做了许多工作。 • 另外是根据各局部等值线上的高程点,通过插 值公式计算各点的高程,得到DEM。
2. DEM:数字高程模型,是高程关于平面坐标自变量的连 续函数的一个有限的离散表示。又叫地形模ห้องสมุดไป่ตู้。
DTM={Zi,j} i=1,2,3,…,m-1,m;j=1,2,3,…,n-1,n 二、DEM的主要表示模型
1. 规则格网模型
2. 等高线模型
3. 不规则三角网模型(TIN)
4. 层次模型
三、DEM的建立
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