第五章 空间分析原理与方法

《第五章 空间分析原理与方法》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第五章 空间分析原理与方法（86页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第五章 空间分析的原理与方法 1 数字地形模型分析 2 空间叠合分析 3 空间缓冲区分析 4 空间网络分析GIS基本功能数据采集 与输入数据编辑 与更新数据存储 与管理空间查询 与分析数据显示 与输出缓冲区分 析叠合分 析空间查 询网络分 析地形分 析 GIS能作 什么？空间分析概述 空间分析的概念空间分析是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、空间形成和空间演变等信息。 按照Goodchild提出的空间分析框架，空间分析 分为 产生式分析(product mode) DEM分析、叠合分析、缓冲区分析、网络分

2、析 咨询式分析(query mode) 集合分析、查询分析空间分析概述v根据空间数据的形式将空间分析分为：矢量数据空间分析栅格数据空间分析第一节 数字地形模型分析 数字地形模型：地形的数字化表达，Miller 于1956年为了自动设计高速公路提出。 定义：对二维地理空间上具有连续变化特 征地理现象的模型化表达和过程模拟。简 单地说，空间起伏连续变化现象的数字化 表达和分析工具的集合。第一节 数字地形模型分析 从维度来说，DEM是2.5维的数据 2D：X,Y相互独立 2.5D：Z=f(X,Y)3D：X,Y,Z相互独立第一节 数字地形模型分析 DEM的研究内容：第一节 数字地形模型分析 DEM研究

3、的主要内容： 数据采集方法 空间数据内插技术 空间数据组织和管理 空间分析理论与方法第一节 数字地形模型分析 一、地形因子计算 （一）坡度和坡向的计算 坡度：局部地表面与水平面之间的夹角。 坡向：最大高程变化率所在的方向。 计算坡度、坡向方法包括：空间矢量分析 法、拟合曲面法第一节 数字地形模型分析 （二）曲面面积的计算 两种方法：矢量法和三角形求和法 （三）地表粗糙度的计算 粗糙度：地表单元曲面面积与投影面积之比。 （四）高程及变异分析 平均高程：地表单元网格四个顶点的高程平均值。 高程变异：以网格单元顶点的标准差与平均高程的比值表 示，来反映地表单元网格各顶点高程变化的指标。 （五）谷脊特

4、征分析 沟谷密度：沟谷总长度与地表单元面积之比。 沟谷深度值：地表单元内几个谷点切割深度的均值 二、地形剖面线的计算 地形剖面线：从一个点出发到另一个点的 地形变化情况。 方法：通过DEM得到，运用插值算法在剖 面的两点间插值出相应的高程数据。第一节 数字地形模型分析第一节 数字地形模型分析 三、DEM的通视分析 实现方法：在任意两点间生成剖面线，在 需要分析的两点间画直线，若直线与剖面 线有交点则不能通视，无交点则判断这两 点是否高于剖面线的高程。第二节 空间叠合分析 问题的提出： 地学多因子分析的需要在实际问题中，往往需要将地学现象分解 为许多单个的因子分别研究。例如，将自 然地理要素分解

5、为地质、地貌、水文、气 象、生物，土壤等，但在研究实际问题又 需要选取其中的几项进行研究。第二节 空间叠合分析 叠置分析的基本条件：1：参加叠置分析的不同数据层的地理范围 必须是一致的2：参与叠置分析的多层面数据必须有效 匹配（投影、坐标系、元数据参数）3：参与叠置分析分析模型和数据必须有 效匹配第二节 空间叠合分析 空间叠合分析（Spatial Overlay analysis） ：又称叠加分析、叠置分析，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。 空间合成叠合 空间统计叠合空间合成叠合 用于搜

6、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 用于提取某个区域范围内某些专题内容的 数量特征。第二节 空间叠合分析 基于矢量数据结构的叠合分析 参与分析的两个图层均为矢量数据 优点：数据量小 缺点：运算过程比较复杂 基于栅格数据结构的叠合分析 参与分析的两个图层均为栅格数据 优点：运算过程比较简单 缺点：数据量大第二节 空间叠合分析 栅格叠合分析： 两个或多个相同地区栅格图层 相同的栅格单元大小 不同图层间对应栅格进行运算 运算结果生成新的栅格图层 目的是产生新的空间信息 又称为“地图代数” 点变换方法 区域变换方法 邻域变换方法Input AInp

7、ut BOutputOutput基于矢量数据的叠合分析 点与多边形的叠合 线与多边形的叠合 多边形与多边形的叠合点与多边形的叠合（ point-in-polygon overlay ） 包含点的图层与包含多边形的图层 判断点包含在哪一个多边形里面，从而为点设置新的多边 性属性点与多边形叠合 示例IDprovince_name 1江苏 2上海 3浙江IDcity_name 1南京 2苏州 3上海 4杭州1 24312 3点与多边形叠合 结果IDcity_nameprovince_name 1南京江苏 2苏州江苏 3上海上海 4杭州浙江12431231243线与多边形的叠合（ line-in-po

8、lygon overlay ） 包含线的图层与包含多边形的图层 判断线包含在哪一个多边形里面，从而为线设置新的多边 性属性线与多边形叠合 示例IDroad_namelength 1沪宁高速400 2沪杭高速380 3宁杭高速330123IDprovince_name1江苏2上海3浙江12 3线与多边形叠合 结果IDroad_nameprovince_namelength 1沪宁高速江苏350 2沪宁高速上海50 3沪杭高速上海320 4沪杭高速浙江60 5宁杭高速浙江100 6宁杭高速江苏230123123456123456多边形与多边形叠合（ polygon-on-polygon overl

9、ay ） 两个多边形图层的比较分析（图形和属性），将两个不同 的多边形空间特征数据相重叠，产生新的多边形特征数据 ，用以解决地理变量的多准则分析、区域多重属性的分析 ，地理特征的动态变化分析，以及图幅要素更新、区域信 息提取等 多边形叠合分析通常有以下五种叠合方式： 合并(Union) 相交( Intersect) 一致( Identity) 相减( Erase) 更新( Update)Union 输出层保留输入图层的所有多边形要素。Intersect 输出层保留输入图层共同的多边形要素。Identity 保留以一多边形为控制边界内的所有多边 形要素Erase 保留以一多边形为控制边界外的所有

10、多 边形要素Update 输出数据为一个经删除处理后的多边形与 一个新特征多边形，即删除重叠的部分。空间分析的步骤步 骤： （1）明确目的和标准 （2）空间数据准备 （3）空间操作 （4）输出结果并进行分析实例：市区择房分析 如何找到环境好、购物方便、小孩上学方 便的居住区地段是购房者对关心的问题， 因此购房者就需要从总体上对商品房的信 息进行研究分析，选择最适宜的购房地段 。 条件为：a在商业中心的服务范围之内，服务范围以商业中 心规模的大小来确定b距名牌高中在750米之内，以便小孩上学便捷c距名胜古迹500米之内，环境优雅d离主要交通要道200米之外，以减少噪音污染 运用空间叠合分析解决以

11、下两个问题（1）找出满足以上4个条件的最适宜的购房 地段。（2）对整个城市区域从以上4个条件的住房 条件进行评价，划定不同等级，以供购房 者进行参考 第一个问题 找出满足以上4个条件的最适宜的购房地段。 步 骤： （1）明确目的和标准：在商业中心的服务范围之内；距名 牌高中在750米之内，以便小孩上学便捷；距名胜古迹 500米之内，环境优雅；离主要交通要道200米之外，以 减少噪音污染 （2）空间数据准备：商业中心服务数据、名牌高中750米之 内数据、名胜古迹500米之内、主要交通要道200米之外 （3）空间操作：进行叠合分析 （4）输出结果并进行分析在商业中心的服务范围图层martket距名

12、牌高中在750米之内图层school距名胜古迹500米之内，环境优雅图层famous离主要交通要道200米之内图层street空间操作 叠合方式的选择？ market图层、school图层进行intersect操作 得到insectms图层，再将insectms图层与 Famous图层进行intersect叠合操作，得到 intersectmsf图层 最后将insectmsf图层与street图层进行 erase叠合操作，得到所需结果 第二个问题 对整个城市区域从以上4个条件的住房条件进 行评价，划定不同等级，以供购房者进行 参考找出满足以上4个条件的最适宜的购房 地段。 分级标准为： A满足

13、其中四个条件为第一等级 B满足其中三个条件为第二等级 C满足其中两个条件为第三等级 D满足其中一个条件为第四等级 E完全不满足条件得为第五等级步 骤： （1）明确目的和标准： （2）空间数据准备：商业中心服务数据、名 牌高中750米之内数据、名胜古迹500米之 内、主要交通要道200米之外 （3）空间操作：进行叠合分析 （4）对结果进行分析和评价在商业中心的服务范围图层 martket距名牌高中在750米之内图层 school距名胜古迹500米之内，环境优雅图 层famous离主要交通要道200米之内图层 street空间操作 属性赋值（1）分别打开market 、school、famous图

14、 层，分别添加market、school、famous字 段，并全部赋值为1 （2）打开street图层，添加st字段，赋值为-1空间操作 区域叠加 对market、school、famous和street图层进行 union叠加步骤为如下 分级 打开生成的union文件图层的属性列表，编辑 表格，添加一个短整型字段class，并将 class赋值为famous+school+market+st第三节 空间邻近度分析 问题一： 地震破坏程度从震源扩散影响的范围； 噪声污染影响的范围； 湖泊生态保护区的范围； “缓冲区分析” 问题二： 气象站控制的范围； 超市服务的范围； “泰森多边形分析”空间

15、缓冲区分析 空间缓冲区分析(Spatial buffer analysis)：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邻近对象的辐射范围 或影响程度，以便为某项分析或决策提供依据。建立空间缓冲区的分析模型用于缓冲半径的确定 根据空间实体对邻近对象作用性质的不同，可采用不同的 分析模型，主要有： 线性模型：用于当实体对邻近对象的影响度随距离的增大呈 线性衰减的情况。 二次模型：用于当实体对邻近对象的影响度随距离的增大呈 二次形式衰减时。 指数模型：用于当实体对邻近对象的影响度随距离的增大呈 指数形式衰减时。分级缓冲区域动态缓冲区 Buffering with different buffer distances. Buffering with rings.缓冲区的重叠处理 Buffer zones not dissolved or dissolved.泰森多边形分析(Voronoi多边形)Dirichlet，(1805-1859)，首先公开发表这种几何镶嵌模型，称 它们为Dirichlet区域。 1908年，俄国数学家G. Voronoi首先详细地研究了这些多边形 。 1911年，Von Thiessen，将其运用到气象学中。称Thiessen多 边形。P