第六章 空间分析
空间分析的基本方法PPT课件
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四、空间分析的步骤
1. 建立分析的目的和标准 2. 准备空间操作的数据 3. 进行空间分析操作 4. 结合分析的目的和任务，对获得的新空间数据进行分析 5. 结果评价和解释 6. 产生最终的结果图和报表
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第二节 空间查询与量算
一、空间查询
是按一定条件对空间目标的位置和属性信息进行查询，
空间分析 是综合分析空间数据的技术的通
称。空间分析有着十分丰富的内涵，它是构成地 理信息系统的核心部分之一，在整个地理数据的 应用中发挥着举足轻重的作用，也是GIS区别与 其它信息系统的一个显著标志。
分析技术:
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。
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（1）点状地物（0维）：坐标； （2）线状地物（1维）：长度、方向、曲率； （3）面状地物（2维）：面积、周长、形状等； （4）体状地物（3维）：体积、表面积等。
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2. 形状量算 面状目标物的外观是多变的，很难找到一个准确的量对其
进行描述。最常用的指标包括多边形的长短轴之比、周长面积 比等。其中绝大多数指标是基于面积和周长的。通常认为圆形 地物既非紧凑型也非膨胀性，则可定义其形状系数r为：
以形成一个新的数据子集
地理信息系统下的空间分析——第六章_空间数据的量算及统计分析方法0
地理信息系统下的空间分析——第六章_空间数据的量算及统计分析方法0地理信息系统 (Geographic Information System, 简称GIS) 是一种用于捕捉、存储、管理、分析和展示地理数据的技术。
GIS的空间分析是指对地理数据进行计量和统计分析的过程。
本文将介绍GIS中空间数据的量算及统计分析方法。
一、空间数据的量算方法1.面积量算：面积量算是对地理空间对象的面积进行计算的方法。
常见的面积量算方法有几何方法、计算公式等。
在GIS中，可以通过点、线、面等要素的矢量数据来计算其面积。
2.距离量算：距离量算是对地理空间对象之间的距离进行计算的方法。
常见的距离量算方法包括欧氏距离、曼哈顿距离、最短路径距离等。
在GIS中，可以通过点、线、面等要素的矢量数据来计算其之间的距离。
3.方位角量算：方位角量算是对地理空间对象之间的方向角进行计算的方法。
常见的方位角量算方法有方位角计算公式等。
在GIS中，可以通过点、线要素的矢量数据来计算其之间的方位角。
二、空间数据的统计分析方法1.面状数据的统计分析：对面状数据进行统计分析是研究地理空间对象在空间范围内的分布情况和特征的方法。
常见的面状数据的统计分析方法有面积统计分析、面积比例统计分析、分区统计分析等。
2.点状数据的统计分析：对点状数据进行统计分析是研究地理空间对象在空间位置上的分布情况和特征的方法。
常见的点状数据的统计分析方法有点密度统计分析、距离统计分析、聚类统计分析等。
3.线状数据的统计分析：对线状数据进行统计分析是研究地理空间对象在空间路径上的分布情况和特征的方法。
常见的线状数据的统计分析方法有长度统计分析、方向统计分析、曲率统计分析等。
三、GIS空间分析的应用场景1.环境保护：通过对空间数据的量算和统计分析，可以评估环境状况和监测环境污染等问题。
2.城市规划：通过对地理空间对象的量算和统计分析，可以评估城市土地利用情况、交通网络等，为城市规划提供科学依据。
第六章三维数据的空间分析方法
第六章三维数据的空间分析方法三维数据的空间分析方法是地理信息系统中的重要内容之一、随着技术的发展和数据的积累，三维数据的空间分析在城市规划、建筑设计、环境监测等领域得到了广泛的应用。
本章将介绍三维数据的表示方法以及常用的空间分析方法。
一、三维数据的表示方法三维数据的表示方法主要有两种：体素法和表面法。
1.体素法：体素是三维空间中的一个像素，类似于二维空间中的像素。
体素法将三维空间划分为一系列的小立方体，每个立方体称为一个体素。
每个体素可以用一个数值来表示其属性，例如高度、温度等，这样就形成了一个三维数组。
体素法的优势是能够全面地表示三维数据的空间分布特征，但也存在数据量大、计算复杂的缺点。
2.表面法：表面法是用一个或多个表面来表示三维空间中的对象。
表面可以是多边形网格、三角网格等。
表面法常用于建筑设计、可视化等领域。
表面法的优势是数据量相对较小，计算相对简单，但不能很好地反映三维数据的内部特征。
1.空间插值：空间插值是根据已有数据点的属性值，推算未知位置的属性值。
常用的插值方法有反距离加权法、克里金插值法等。
空间插值在三维数据的空间分布分析中起到了至关重要的作用。
2.空间关系分析：空间关系分析是研究不同空间对象之间的关系，如接近、远离、相交等。
在三维数据的空间分析中，常用的空间关系分析方法有空间缓冲区分析、空间接近分析等。
3.可视化分析：可视化分析是通过图形展示三维数据的空间分布特征。
常用的可视化分析方法有三维透视图、等值线图等。
可视化分析能够直观地展示三维数据的分布规律，对于决策和规划具有重要的指导作用。
4.空间统计分析：空间统计分析是通过统计学方法研究三维数据的空间分布特征。
常用的空间统计分析方法有聚类分析、空间自相关分析等。
空间统计分析可以帮助我们理解三维数据的空间格局，并提取有用的信息。
5.空间模拟分析：空间模拟分析是通过模拟方法模拟三维数据的空间变化过程。
常用的空间模拟分析方法有蒙特卡洛模拟、细胞自动机模型等。
地理信息系统第六章
壤类型图与 城市功能分 区图叠置, 可得出商业 区中具有不 稳定土壤结 构的地区有 哪些.
根据叠加结果最后欲保留空间特征的不同要求，一般 的GIS软件都提供了三种类型的多边形叠加操作，如 图所示：
以ArcGIS为例，提供的多边形与多边形叠置 分析功能，包括：
（1）Union。进行多边形叠置，输 出层为保留原来两个输入图层的 所有多边形。如上图的并。 （2） Identify。进行多边形叠置， 输出层为保留以其中一输入图层 为控制边界之内的所有多边形。 如上图的叠和。 （3）Intersect。进行多边形叠置， 输出层为保留原来两个输入图层 的共同多边形。如上图的交。 另外还有Erase、Update、clip等 功能。
6.2 空间数据的叠置分析
从几何运算上看，两个多边形通过不同的叠加运算可以 得到不同的结果：
叠置分析
在统一的空间参照系统条件下，将同一地区两个地理 对象的图层进行叠置，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。。 叠置分析又叫叠合分析、叠加分析。按数据结构分类： 基于矢量数据的叠置分析、基于栅格数据的叠置分 析。
（4） Update 。进行多边形叠置，输出层为一个经删除 处理后的多边形与一个新特征多边形。
（5） Erase 。进行多边形叠置，输出层为保留以其中一 个输入多边形为控制边界之外的所有多边形。
（6）Symmetrical Difference 。对称差、反相交。它和 逻辑交的运算是相反的，逻辑交是保留要素的相交共 同部分，而对称区别是去掉相交部分，保留各自不相 交的部分。
第六章 空间查询与空间分析
6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 空间查询 叠置分析 缓冲区分析 数字高程模型 泰森多边形分析 统计分析 网络分析 空间分析
空间分析
全卷一共十道题第一章绪论空间分析是基于地理对象的位置和形态特征的空间数据分析技术，目的是了解空间事物，从而提取和传输空间信息。
空间分析内容：空间位置、空间分布、空间形态、空间距离、空间方位、拓扑、相似和相关空间分析与地理信息系统之间的关系：由于空间分析对空间信息的提取和传输功能，它已成为地理信息系统区别于其他信息系统的主要功能特征，也成为评价一个地理信息系统功能强弱的主要指标之一。
空间分析是各类综合性地学分析模型的基础，为人们建立复杂的空间应用模型提供了基本工具。
（参考答案）第二章空间数据空间物体：空间物体指具有确定的位置和形态特征，并具有地理意义的地理空间物体。
数据的基本特性1）选择性：侧面的取舍、存在方式的选择。
2）可靠性（正确性）：任何描述是相对精确的，3）时间性：体现了data的现势性4）完备性：空间、时间、主题的完备性。
5）详细性：指数据的分辨率，也就是可描述最细微差异的程度及最微小物体的大小。
详细性的对偶是综合性。
数据尺度：名义尺度、有序尺度、间隔尺度、比率尺度尺度间关系：1）量的概念不断增强2）可以互相转化，但顺序相反3）名义和有序尺度是定性描述，不能施以直接的数值运算，但可以施以间接的数值分析。
间隔和比率尺度是定量描述，可同等对待。
4）尺度差别不是事物本质的差异，而是人们对事物考察角度的差异。
空间数据基本特征：抽样性、概括性、多态性、空间性、时态性。
1）抽样性：空间物体以连续的模拟方式存在于地理空间，为了能以数字的方式对其进行描述，必须将其离散化，即以有限的抽样数据表述无限的连续物体。
2）概括性是地图数据处理的一种手段，是对地理物体的化简和综合。
3）多态性：（1）同样地物在不同情况下的形态差异。
河流的单、双线表示。
（2）不同地物占据同样的空间位置。
如社会经济人文数据与自然环境数据在空间位置上的重叠，长江与省界、县界相重叠。
4）、空间性：指空间物体的位置、形态及由此产生的系列特性。
地理信息系统下的空间分析第六章空间数据的量算及统计分析方法0(1)
2、面状地物的面积
面积是面状地物最基本的参数。 在矢量结构下，面状地物以其轮廓边界弧段构成的多边 形表示的。对于没有空洞的简单多边形，假设有n个顶点， 其面积计算公式为：
S
1 2
n
[
2
(
xi
yi
1
-
xi
1
yi
)
(
xn
y1
-
x1
yn
)]
i 1
即： S 12（[ x1y2 - x2 y1）（x2 y3 - x3 y2）（x3 y4 - x4 y3） ...（xn y1 - x1yn）]
最常用的指标包括：
1）多边形长、短轴之比； 2）周长面积比。 其中绝大多数指标是基于面积和周长之比的。
根据多边形的周长面积之比确定的形状系数计算公式 如下：
式中，P为目标物周长，A为目标物面积。 （1）r < 1，表示目标物为紧凑型； （2）r = 1，表示目标物为一标准圆，表示既非紧凑型也 非膨胀型； （3）r > 1，表示目标物为膨胀型。
局部拟合方法只使用邻近的数据点来估计未知点 的值，包括以下几个步骤：
（1）定义一个邻域或搜索范围； （2）搜索落在此邻域范围的数据点； （3）选择表达这有限点的空间变化的数学函数； （4）为落在规则网格单元上的数据点赋值。
重复这个步骤直到网格上的所有点赋值完毕。
1、线性内插法
此方法用于三角网网格内的插值。假设ABCD为一平
第六章 空间数据的量算及 统计分析方法
6.1 空间数据的量算
主要量算方法有： ⑴ 质心量算 ⑵ 几何量算(长度、面积等) ⑶ 形状量算
6.1.1 质心量算
地理目标的质心量算是描述地理目标空间分布的最有 用的单一量算量之一。
空间分析的基本方法
（6）点—面查询：查询并判断点与面之间的距离、方向及包含关系。如 查找某市的采矿点，或某一矿井的所在辖区等。
二、空间量算 1. 几何量算：
一般GIS软件都具有对点、线、面状地物的量算功能。几 何量算对不同的点、线、面地物有不同的含义：
量与定性相结合的形式； （5）综合性：实用模型往往涉及多种模型方法。
三、空间分析建模，是通过作用于原始数据和派生数
据的一组顺序的、交互的空间分析操作命令，回答有关空间现 象问题的过程。
由于空间分析建模是建立在对图层数据操作上的，又称为 “地图建模”。地图建模的结果得到一个“地图模型”，它是 对空间分析过程及其数据的一种图形或符号表示，目的是帮助 分析人员组织和规划所要完成的分析过程，并逐步指定完成这 一分析过程所需要的数据。
重点：矢量数据分析方法，栅格数据分析方法、空间插值。 • 学习目标
难点：空间插值技术
空间分析 是综合分析空间数据的技术的通
称。空间分析有着十分丰富的内涵，它是构成地 理信息系统的核心部分之一，在整个地理数据的 应用中发挥着举足轻重的作用，也是GIS区别与 其它信息系统的一个显著标志。
分析技术:
空间图形数据的拓扑运算；
二、遥感信息和专题图的视觉复合
遥感信息和非遥感信息结合是地理信息系统和遥感相结合 的基础，遥感和地理信息系统所处理问题具有互补性。遥感图 上信息丰富，但缺乏行政区划界线等非遥感信息，这样不利于 区域分析。另外，在遥感分类中常常出现比较麻烦的“异物同 谱”现象。如荒草和牧草，果园和灌木等，从遥感角度看，因 为具有相同的光谱特性而无法区分，这时如把遥感分类图和专 题图或地形图进行视觉复合，就可以直觉地解决某些“异物同 谱”分类问题，从而大大提高遥感分类精度。
第6章ArcGISEngine二次开发矢量数据空间分析
3.2 添加引用和代码
向工程中添加 SystemUI 、System、Geometry、GeoDatabase、 Display、DataSourcefile、DataSourceGDB、Carto和 Controls 对 象的引用，如下图：
最后是为两种种不同叠置方法添加代码，依次双击叠置求和与叠 置求交，在相应的区域添加函数调用，以叠置求和为例：
叠置分析是将同一地区、同一比例尺的两个或两个以上数据层 进行叠置，生成一个新的数据层， 使新数据层的各要素具有各叠 置层要素的多重属性或与之相关联的属性信息的一种空间分析方 法。这里重点是同一地区、同一比例尺、当然坐标系统还必须一 致。上面就是叠置分析中最常见的两种方法。
其中：Overlay_Union 是给叠置求和按钮定义的名称，Union（） 是定义的求交函数，这里表示调用函数。求交函数 Union（）中 输入以下代码：
运行结果如下（以叠置求和为例）：
3.4 小结
其中的分析数据 states.shp 是 ArcGIS 软件本身自带数据，而 AnalysisShapefile.shp 文件是自己创建的叠置分析文件，利用 ArcCatalog 在选定的文件夹中新建一个 shp 文件，选定为Polygon， 设置坐标系统与 states.shp 文件一致，在 ArcMap 中对其进行编辑， 保存即可。
3.1 添加控件
创建一个新VB工程， 向Form1中拖放一个LicenseControl 和 MapControl以及两个Button控件，如下图：
然后对 MapControl 控件的属性进行设置，将进行叠置分析的 两图层绑定到其中，对两个 Button 控件进行设置，更改 Text 属性分别为：叠置求和和叠置求交，更改它们的名称分别为： Overlay_Union 、 Overlay_Intersect 。
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4 缓冲分析
对于线对象来说，缓冲区是以该线 为中心的多边形矩形，多边形的边 界到该线的距离相等，这个距离就 是缓冲区宽度
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4 缓冲分析
对于多边形对象来说，缓冲区是该 多边形膨胀一定宽度的新多边形， 膨胀的宽度就是缓冲区宽度
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4 缓冲分析
l1
l2
l3
p
l4
D
P：（ l4，D ）
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4 缓冲分析
缓冲区是地理空间目标的一种影响范围或服务范 围，具体指在点、线、面实体的周围，自动建立 的一定宽度的多边形。
数学表达
其中,R为 缓冲宽度，或缓冲半径。 作用： 缓冲区分析是GIS的基本空间操作功能之
一，一般应用于求地理实体的影响范围，即邻近 度问题。 如道路噪声影响范围就是沿道路建一定宽度的 缓冲区，车流量决定缓冲区半径。如某地区有危 险品仓库，要分析一旦仓库爆炸所涉及的范围，
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4 缓冲分析
缓冲分析就是在点、线、面实体（或称缓冲目标） 周围建立一定宽度范围的多边形。换言之，任何 目标所产生的缓冲区总是一些多边形，这些多边 形将构成新的数据层。
2020/8/2326源自4 缓冲分析建立缓冲区的两个依据： 建立对象几何类型与缓冲区宽度
对于点对象来说，缓冲区是围绕点 对象的具有一定半径的圆，这个半 径就是缓冲区的宽度
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属性数据的离散特征数
极差 离差、平均离差与离差平方和 方差与标准差 变差系数
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2.2 布尔逻辑查询
使用布尔规则对属性以及空间特征进行运 算操作来检索数据，使GIS在检索功能方面 具有极大的灵活性，因为它允许用户按属 性数据和空间特性形成任意的组合条件来 查询数据：
起阻断作用。
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特殊的附属元素
（1）网线的阻碍强度
为了实施路径分析和资源分配，网线数据应包含正反两 个方向上的阻碍强度（如流动时间、耗费等）；
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多边形与多边形叠加
是指不同图幅或不同图层多边形要素之间的 叠置，根据两组多边形边界的交点来建立 具有多重属性的多边形，每个多边形内都 具有两个以上属性。
叠加时要注意伪多边形
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多边形与多边形叠加
多边形与多边形的叠加可以有合并、相交、相减和判别等 方式。它们的区别在于输出数据层中的要素不同：
拓扑叠加能够把输入的特征属性合并到一 起，实现特征属性在空间上的连接；拓扑 叠加时，新的组合图关系将被更新。
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叠置分析的主要内容
1. 多边形与多边形分析：合并、相交、相 减、判别
2. 线对多边形分析：相交、判别 3. 点对多边形分析：相交、判别 4. 多边形对点分析：相减、相交 5. 点对线分析：点与线的距离
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附属元素
（1）站点（stop） 站点（stop）是在路径分析中用来表示
途经地点的可以进行资源装卸的结点；
（2）中心（center） 中心（center）是在资源分配中用来表
示资源发散地点或资源汇聚地点的结点；
（3）障碍（barrier） 障碍（barrier）对资源传输或通讯联络
和（AND）：两个条件都为真，才为真，否则为假 或（OR）：两个条件都为假才为假，否则为真 异或（XOR）：两个条件只有一个为真才为真，否则为假 非（NOT）：对一个条件的真假性取反
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2.2 布尔逻辑查询
A AND B：检索出埋深小于3米且长度小于300米的所有煤气管； A OR NOT B： 检索出埋深小于3米及长度大于或等于300米的所有煤气管； A XOR B：检索出埋深小于3米而长度大于或等于300米的煤气管道和长度小于 300米而埋深大于或等于3米的煤气管道；
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网络数据模型
网络数据模型是真实世界中网络系统（如 交通网、通迅网、自来水管网、煤气管网 等）的抽象表示。
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网线和节点
网线是构成网络的线性实体，是资源传输 或通讯联络的通道，可以代表公路、铁路、 航线、水管、煤气管、河流等等。
结点是网线的端点，又是网线汇合点，可 以表示交叉路口、中转站、河流汇合点等。
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4 缓冲分析
基于矢量数据的缓冲区建立（以线为例）
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4 缓冲分析
基于栅格数据的缓冲区建立
栅格数据
距离变换
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缓冲区
提取一定宽度的多边形 33
5 网络分析
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5.1 网络数据模型及其基本概念
对于网络分析系统的设计研制者而言，重 要的问题在于建立一个抽象的、具有相当 适应面的，并且也是便于实现分析任务的 网络模型；而对于这一系统的使用者而言， 关键之处在于：深入理解现实网络系统中 各个组成部分的特点及其相互关系，明确 自身的管理分析任务，在此基础上，用网 络模型中的不同元素合理地表示这些组成 成分。
1、频数和频率 将变量xi（i＝1,2,…，n）按大小顺序排列，并按一定的间距分组。 频数：变量在各组出现或发生的次数； 频率：各组频数与总频数之比； 用以表示事件出现的次数和频率，事件的分布状况。
2、平均数：反映了数据取值的集中位置，通常有简单算术平均数和加权算术平均数。
3、数学期望：反映数据分布的集中趋势。 4、中数：有序数据集中出现频率占半数的数据值。 5、众数：众数是具有最大可能出现的数值。
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1 空间分析的内容与步骤
内容： 属性数据的分析 条件检索、统计分析、分类与合并。 空间与属性数据的联合分析 图形和属性的相互检索，图元间关系检
索,叠置分析,缓冲区分析,网络分析等
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1. 确定分析目的和评价标准
例：建一公园进行选址（目的）标准：
·交通便利、环境优雅 ·设计成环绕一个天然小河
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线对多边形的叠加
线对多边形叠加的结果是一些弧段，这些 弧段也具有它们所在的多边形的属性。
相交：穿过多边形的线要素部分(a)； 判别：所有线要素（被多边形切断） (b) ； 相减：多边形以外的线要素(c)
a
b
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c
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点对多边形叠加
点对多边形叠加实质上上计算包含关系，叠加结果是一串 带有附加属性的点要素，点所在的多边形的属性被连接到 了点的属性中。
空间分析
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教师：杨勇 华中农业大学 资源与环境学院
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引言
所谓空间分析，就是运用一组数字模型， 对空间数据库中的数据进行运算和操作， 从而得到新的空间和属性数据，以帮助解 决现实世界中的实际问题。通常，GIS提供 一系列空间分析工具，用户可以将它们组 合成一个操作系列，从已有模型来求得一 个新模型，这个新模型就有可能展现出数 据集内部或数据集之间新的或未曾明确的 关系，从而深化我们对现实世界的理解。
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2.3 空间数据库查询语言
SQL查询语句：
SELECT<属性名>FROM<属性表>WHERE<条件>
目前空间扩展的SQL语句形式：
SELECT<目标>WITHIN<区域>
查询结果显示：查询结果要突出显示出来。
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图元间关系检索
面一面检索 例如，与某个多边形相邻的多边形是哪些？ 面一线检索 例如，某个多边形的边界是哪些线（弧段）？ 线一面检索 例如，某弧段的左右区域分别是什么？ 线一线检索 例如，与某条河流相连的支流有哪些？ 线一点检索 例如，某条道路上有哪些桥梁？ 点一线检索 例如，某个结点由哪些线（弧段）相交而成？
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2 数据检索
数据的检索可能只是单纯地针对属性数据； 也可能是单纯依据空间拓朴关系；但更多、 更有意义的情况是将空间数据与属性联合 起来实施检索。
检索对象 1. 属性数据 2. 依据空间拓朴关系 3. 联合空间数据与属性数据
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2.1 属性统计分析
属性数据的集中特征数
相交：落在多边形内的点要素 判别：所有点要素（落在不同多边形的结果） 相减：多边形以外的点要素
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多边形对点叠加
多变形对点的叠加结果只保留那些有点落 在上面的多边形
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点对线叠加
结果为点要素，它保留所有点，找到距离某点最 近的线，并计算出点线之间的距离，然后将线号 和点线距离记录到该点的属性中
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数据的统计分析
1. 单个图元：线长度、两点间距离、区域 面积、区域重心等。
2. 图元的某属性项：总和、最大值、最小 值、平均值、字段在某范围内的记录数、 四则运算、函数运算等。
3. 空间量算：填、挖土方体积等。
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3 叠置分析
叠置分析是将同一地区的两组或两组以上 的要素（地图）进行叠置，产生新的特征 （新的空间图形或空间位置上的新属性的 过程）的分析方法。
解释和评价结果，若不满意，返回1、2、3任一处重做。
6. 以专题地图，文字报表形式作为正式结果， 供决策用。
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1 空间分析的内容与步骤
理想状态下，空间分析功能应该独立于数 据模型。即无论是何种数据模型，都能完 成相应的空间分析功能，只不过技术路线 和速度有差异。