第5章 空间分析的原理与方法-3讲义

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1、第五章 空间分析的原理与方法(3),第五章 空间分析的原理与方法,第一节 空间分析概述 第二节 空间查询与量算 第三节 数字地形模型分析 第四节 空间叠合分析 第五节 空间缓冲区分析 第六节 空间网络分析,第一节 空间分析概述,空间分析的含义 空间分析的意义 空间分析的目的 空间分析类型 空间分析的主要内容 空间分析的步骤 各种空间分析术语,各种空间分析术语,基本的空间分析包括以下方面： 空间查询 空间量算 缓冲区分析 叠加分析 网络分析 空间统计分析 空间插值 数字高程模型 空间建模与空间决策支持系统,面向应用的分析,简单的空间分析,复杂的空间分析,第一节 空间分析概述,第三节 数字地形模型

2、分析,DTM与DEM概述 DEM的主要表示模型 DEM的分析与应用原理 基于DEM的可视化分析,第四节 空间叠合分析,空间叠合分析的概念 基于矢量数据的叠合分析 基于栅格数据的叠合分析,第四节 空间叠合分析,一、空间叠合分析的概念： 空间叠合分析(Spatial Overlay Analysis)是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叠置相加，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。,空间合成叠合：一般用于搜索同时具有几种地理属性的分布区域，或对叠合后产生的多重属性进行新的分类； 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

3、数量特征。,第四节 空间叠合分析,二、基于矢量数据的叠合分析,基于矢量数据的叠合分析是指参与分析的两个图层的要素均为矢量数据。,点-面叠合分析 线-面叠合分析 面-面叠合分析,矢量叠合分析的数学基础（空间逻辑运算） 为讨论方便将空间图层A，B，C定义为二值图象,第四节 空间叠合分析,点与多边形的叠合是确定一个图层上的点落在另一图层的哪个多边形内，以便为图层上的点建立新的属性。 例如：将水井与规划区图层相叠合，可确定每口井所属的规划区范围。,(1) 点与多边性的叠合,第四节 空间叠合分析,线与多边形的叠合是将线状要素层或网状要素层和多边形叠合，对线和多边形求交运算，根据每个线要素同多边形的关系，

4、以形成新的空间目标集、新的属性表，得到线与多边性联合的属性表。 线与多边形的叠合的目的是确定某一线状图层上的弧段落在另一多边形图层上的哪个多边形内，以便为图层的每条弧段建立新的属性。,(2)线与多边形的叠合,第四节 空间叠合分析,例如：当确定某一行政区内各种等级道路的里程数时，就需要将道路图与境界图相叠合，计算弧段与多边形边界的交点，在交点处截断弧段，并对弧段重新编号，建立弧段与多边形的归属关系。,线与多边形叠合分析,第四节 空间叠合分析,多边形与多边形的叠合是指将两个不同图层的多边形要素相叠加，根据两组多边形的交点来建立多重属性的多边形或进行多边形范围内的属性特征的统计分析。,(3)多边形与

5、多边形的叠合,第四节 空间叠合分析,新多边形的属性,多边形之间的叠合,新层,第四节 空间叠合分析,多边形之间的叠合,第四节 空间叠合分析,多边形与多边形的叠合原理,多边形叠合过程分几何求交过程和属性确定过程，算法的核心是多边形求交。 对两个多边形进行边界求交和弧段分割运算，并以新弧段为单位重建拓扑关系； 判断重建多边形落在原始多边形层的哪个多边形内，从而建立新叠合多边形与原始多边形的关系，并抽取属性,第四节 空间叠合分析,多边形的叠合流程图,第四节 空间叠合分析,多边形与多边形的叠合分析功能,并(Union)：保留两个输入层中所有多边形；,交(Intersect)：保留两个输入层中的公共区域,

6、判断(Identity)：以输入图层为界，保留边界内的所有多边形；,第四节 空间叠合分析,擦除(Erase)：输出层为保留以其中一输入图层为控制边界之外的所有多边形。即：在将更新的特征加入之前，须将控制边界之内的内容删除。 更新(Update)：输出层为一个经删除处理后的图层与一个新特征图层进行合并后的结果。 切割(Clip)：输出层为按一个图层的边界，对另一个图层的内容要素进行截取后的结果。,第四节 空间叠合分析,叠合分析实例：有日喀则地区的行政界线图层和通过遥感技术提取的该区沙漠化类型分布图层，求日喀则地区各县沙漠化类型统计数据。,第四节 空间叠合分析,图层1：图形，属性表,日喀则地区行政

7、区界线图,第四节 空间叠合分析,图层2：图形，属性表,日喀则地区沙漠化类型分布图,第四节 空间叠合分析,空间叠合图,使用IDENTITY（判断），进行两图层空间叠合，得到叠合图,第四节 空间叠合分析,三、基于栅格数据的叠合分析,特点：栅格数据的叠合算法，虽然数据存贮量比较大，但运算过程比较简单。 变换方法： （1）点变换 （2）区域变换方法 （3）邻域变换方法,基于栅格数据的叠合分析是参与分析的两个图层的要素均为栅格数据。,第四节 空间叠合分析,（1）点变换,点变换只依据参与叠合图层相应点的属性值进行新的运算，既与各图层的邻域点的属性无关，也不受区域内一般特征的影响。,运算方法包括： 算术运算

8、， 指数运算， 三角函数运算等,第四节 空间叠合分析,点变换示意：,结果特征：运算后得到的新属性值可能与原图层的属性意义完全不同。,第四节 空间叠合分析,(2)区域变换方法,指在计算新图层相应的属性值时，不仅与原图层对应的栅格的属性值有关，而且要顾及原图层所在区域的集合特征（区域长度、面积、周长等）。,(3)邻域变换方法,指在计算新图层相应的属性值时，不仅考虑原图层对应的栅格及其属性，而且还应顾及与该栅格相关联的邻域或者影响半径内的栅格属性值的影响。,第四节 空间叠合分析,点变换实例1：土地利用变化区域探测,点变换后影像分析 通过80年和90年两期影像的相减运算后得到变换影像，如果： 变换影像

9、值 0；说明该区未发生变化 变换影像值 0；说明该区已发生变化,第四节 空间叠合分析,信息获取 研究方法 变化过程分析 机制分析,点变换实例2：土地利用变化分析,第四节 空间叠合分析,信息获取,第四节 空间叠合分析,土地类型转移矩阵: 根据两个不同时间（t和t+t）的土地利用图计算从一种类型到另一种类型的转换概率，来分析土地利用变化过程。它依靠GIS技术，将两个不同时间的土地利用图进行删格化处理，计算t时刻上A类有多少格网点转换成在t+t时刻的B，C，D等类型，转换点数占该类型总数的百分比可称为转移概率。,研究方法,使用景观生态学方法，计算土地类型转移矩阵。,第四节 空间叠合分析,变化过程分析

10、,第四节 空间叠合分析,第四节 空间叠合分析,第四节 空间叠合分析,缓冲区分析的概念 缓冲区的主要类型 空间缓冲区分析过程 空间缓冲区分析模型 空间缓冲区分析实例,第五节 空间缓冲区分析,第五节 空间缓冲区分析,缓冲区分析是指根据分析对象的点、线、面实体，自动建立其周围一定距离的带状区，用以识别这些实体或者主体对邻近对象的辐射范围或者影响程度，是解决临近度问题的空间分析工具之一。 它在交通、林业、资源管理、城市规划中有着广泛的应用。 例如：湖泊和河流周围的保护区的定界；汽车服务区的选择；民宅区远离街道网络的缓冲区的建立等。,一、概念,第五节 空间缓冲区分析,二、缓冲区主要的类型 （1）基于点要

11、素的缓冲区：通常以点为圆心、以一定距离为半径的圆 （2）基于线要素的缓冲区：通常是以线为中心轴线，距中心轴线一定距离的平行条带多边形。 （3）基于面要素的缓冲区：向外或向内扩展一定距离以生成新的多边形。,第五节 空间缓冲区分析,建立线缓冲区，在线的两边按一定的距离（缓冲距）绘平行线，并在线的端点处绘半圆，连成缓冲区多边形。,以线状地物为例：,第五节 空间缓冲区分析,三、空间缓冲区分析过程,(1)建立缓冲区 以图形元素为基础，拓宽或紧缩一定宽度而形成的区域。这个宽度通常是等距的，也可以是不等距的缓冲区。 (2)缓冲区分析 根据建立的缓冲区，对缓冲区内的空间信息形态、特征、分布作进一步分析。,第五

12、节 空间缓冲区分析,四、空间缓冲区分析模型,(1)缓冲区分析的三要素 在进行空间缓冲区分析时，通常要将研究的问题抽象为以下三类要素: 主体：表示分析的主要目标，一般分为点源、线源和面源三种类。 邻近对象：表示受主体影响的客体，例如行政界线变更时所涉及的居民区、森林遭砍伐时所影响的水土流失范围等。 对象的作用条件：表示主体对邻近对象施加作用的影响条件或强度。,第五节 空间缓冲区分析,线性模型 二次模型 指数模型,(2) 缓冲区分析模型 根据主体对邻近对象作用性质的不同，一般可采用以下三种不同的分析模型:,第五节 空间缓冲区分析,Fi=f0(1-ri) ri=di/d0 (5-34) 0 ri 1

13、,线性模型 当主体对邻近对象的影响度(Fi)随距离(ri)的增大而呈线性形式衰减时，其表达式为:,式中： Fi为主体对邻近对象的实际影响度； f0为主体自身的综合规模指数； di为邻近对象离开主体的实际距离； d0为主体对邻近对象的最大影响距离。,第五节 空间缓冲区分析,Fi=f0(1-ri)2 ri=di/d0 (5-35) 0 ri 1,二次模型 用于当主体对邻近对象的影响度(Fi)随距离(ri)的增大而呈二次形式衰减时(图5一29)，其表达式为:,式中： Fi为主体对邻近对象的实际影响度； f0为主体自身的综合规模指数； di为邻近对象离开主体的实际距离； d0为主体对邻近对象的最大影响

14、距离。,第五节 空间缓冲区分析,指数模型 用于当主体对邻近对象的影响度(Fi)随距离(ri)的增大而呈指数形式衰减时(图5一30),其表达式为:,Fi=f0(1-ri) ri=di /d0 (5-36) 0 = ri =1,式中： Fi为主体对邻近对象的实际影响度； f0为主体自身的综合规模指数； di为邻近对象离开主体的实际距离； d0为主体对邻近对象的最大影响距离。,第五节 空间缓冲区分析,五、空间缓冲区分析实例 分析实例1 设在某研究区10km2区域内有三条道路，它们相关的几何数据和属性数据如表所示。 现以这些道路为主体，道路附近的居民出行为邻近对象，试进行这些道路通达度的缓冲区分析。其

15、分析和操作过程如下:,道路数据表,第五节 空间缓冲区分析,(1)计算道路的综合规模标准化指数 对上表所列的各项统计数据采用最大值标准化方法，得到上表的标准化指数f0,第五节 空间缓冲区分析,道路的最大影响距离将与该类道路的级别标准和总长度有关，级别标准愈高，则影响距离也愈大，一般按下式推算: d0=S / ( 2l ) 式中：S为研究区面积: 本例为10km2; l 为各级道路的长度：lA=l0000m，lB=4286m，lC=35714m； 则：道路 A 的 d0 = S / ( 2lA ) = 500m， 道路 B 的 d0 = S / 2( lA+lB ) = 350m， 道路 C 的

16、d0 = S / 2( lA+lB+lC ) =100m。,(2)计算道路的最大影晌距离d0,第五节 空间缓冲区分析,(3)实施缓冲区操作,道路通达度具有随着离开道路中心线程迅速递减的特点,因此实施道路通达度的缓冲区操作适宜选择指数形式的分析模型。具体实现的技术途径: 设定di值求Fi值输出缓冲区图形 应用需求和道路的最大影响距离，分别设定它们的di值。 例如: 道路A的di值：100、200、300、400、500(m)； 道路B的di值：50、100、150、200、250、300、350(m)； 道路C的di值：25、50、75、100(m)。,第五节 空间缓冲区分析,解题过程： 首先要以区域的道路分布图、河流分布图、森林分布图为数据源。解题流程见图所示。,缓冲区分析实例2 已知一伐木公司，获准在某林区采伐，为防止水土流失，规定不得在河流周围 1km 内采伐林木。另外，为便于运输，决定将采伐区定在道路周围 5km 之内。请找出符合上述条