地理信息系统的空间分析

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1、遥感与地理信息系统第七章 空间查询与空间分析7-1 空间查询7-2 统计分析7-3 DEM分析7-4 叠置分析7-5 缓冲区分析7-6 网络分析7-7 空间分析模型二、空间查询的种类一、空间查询的方式 一、统计图表分析二、属性数据的集中特征数三、属性数据的离散特征数四、统计数据的分类分级一、概述二、DEM 建立三、DEM 应用一、基于矢量数据的叠置分析二、基于栅格数据的叠置分析一、缓冲区及其作用二、基于矢量缓冲区建立三、基于栅格缓冲区建立一、概念二、网络的组成三、网络分析 二、空间决策支持一、空间分析建模 遥感与地理信息系统7-1 空间查询第七章 空间查询与空间分析空间数据库查询条件属性限制空

2、间拓扑限制二者结合GIS软件查询结果统计结果：图、表、文字新图层新的属性域添加到 属性数据库 查询方式图形-属性空间查询语言闪烁、颜色等明显 表示 遥感与地理信息系统一、空间查询的方式第七章 空间查询与空间分析7-1 空间查询返回1、给出图形信息：如鼠标点取，拉框等方式。1）检索其相应属性；2）检索其空间拓扑关系 2、给出属性特征条件1）检索对应的空间实体 2）查询属性 单纯查询：单纯地查询属性，或只查询空间拓扑关系联合查询：将空间数据与属性数据联合查询。遥感与地理信息系统二、空间数据查询种类 1、几何参数查询：包括点的位置坐标，两点间的距离，一个或一段线目标的长度，一个面目标 的周长或面积等

3、。实现：查询属性库或空间计算2、空间定位查询：给定一个点或一个几何图形，检索该图形范围内的空间对象及其属性。1）按点查询：给定一个鼠标点，查询离它最近的对象及属性-点的捕捉。2）开窗查询-按矩形、圆、多边形查询分为该窗口包含和穿过的区别。实现：根据空间索引，检索哪些对象可能位于该窗口，然后根据点、线、面在 查询开窗内的判别计算，检索到目标。-空间运算方法第七章 空间查询与空间分析7-1 空间查询遥感与地理信息系统3、空间关系查询1）相邻分析检索-通过检索拓扑关系面面：如查询与面状地物相邻的多边形的实现方法：A、 从多边形与弧段关联表中，检索该多边形关联的所有弧段；B、 从弧段关联的左右多边形表

4、中，检索出这些弧段关联的多边形。线线（与某干流A相连的所有支流）A、 从线状地物表中，查找组成A的所有弧段及关联的结点；B、 从结点表中，查询与这些结点关联的弧段；点点（A与B是否相通）等。2）相关分析检索（不同要素类型之间的关系）-通过检索拓扑关系线面（我国边境线总长度）、点线（自来水GIS中，与某阀门相关的水管）、 点面第七章 空间查询与空间分析7-1 空间查询A12BC遥感与地理信息系统3）包含关系查询查询某个面状地物所包含的空间对象。同层包含，如，某省的下属地区，若建立有空间拓扑关系，可直接查询拓扑关系表来 实现。不同层包含，如某省的湖泊分布，没有建立拓扑，实质是叠置分析检索，通过多边

5、形 叠置分析技术，只检索出在窗口界限范围内的地理实体，窗口外的实体作裁剪处理。4）穿越查询某公路穿越了某些县，采用空间运算的方法执行，根据一个线目标的空间坐标，计算 哪些面或线与之相交。5）落入查询一个空间对象落入哪个空间对象之内。-空间运算 6）缓冲区查询根据用户给定的一个点、线、面缓冲的距离，从而形成一个缓冲区的多边形，再根据 多边形检索原理，检索该缓冲区内的空间实体。第七章 空间查询与空间分析7-1 空间查询返回遥感与地理信息系统4、属性查询1） 查找仅选择一个属性表，给定一个属性值，找出对应 的属性记录或图形。在屏幕上已有一个属性表，用户任意点取记录， 对应的图形以高亮显示。 实现：执

6、行数据库查询语言，找到满足要求的记录 ，得到它的目标标识，再通过目标标识在图形数据 文件中找到对应的空间对象，并显示出来。 第七章 空间查询与空间分析7-1 空间查询实现：交互式选择各项，输入后，系统再转换为标准的 SQL，由数据库系统执行或ODBC C语言执行，得到结果， 提取目标标识，在图形文件中找到空间对象，并显示。Select 属性项 From 属性表 Where 条件 or条件 and 条件2）SQL查询3）扩展SQL遥感与地理信息系统3）扩展SQL空间数据查询语言是通过对标准SQL的扩展来形成的，即在数据库查询语言上加 入空间关系查询。为此需要增加空间数据类型（如点、线、面等）和空

7、间操作算子（ 如求长度、面积、叠加等）。在给定查询条件时也需含有空间概念，如距离、邻近、 叠加等。例如，“查询长江流域人口大于50万的县或市”，可表示为：SELECT *FROM县或市WHERE 县或市.人口 50万 AND CROSS（河流.名称=“长江”）主要优点是：保留了SQL的风格，便于熟悉SQL的用户的掌握，通用性较好，易于与关 系数据库连接。执行扩展SQL，如果要将属性和空间关系整体统一起来，从底层进行查询优化，有一 定困难。目前一般将两层分开进行查询。第七章 空间查询与空间分析7-1 空间查询返回5、其它查询方法遥感与地理信息系统5、其它查询方法1）可视化空间查询可视化查询是指将

8、查询语言的元素，特别是空间关系，用直观的图形或符号表示。 查询主要使用图形、图像、图标、符号来表达概念。具有简单、直观、易于使用的特点。缺点：当空间约束条件复杂时，很难用图符描述；用二维图符表示图形之间的关系时， 可能会出现歧义；难以表示“非”关系；不易进行范围（圆、矩形、多边形等）约束；无 法进行屏幕定位查询等。第七章 空间查询与空间分析7-1 空间查询遥感与地理信息系统2）超文本查询图形、图像、字符等皆当作文本，并设置一些“热点”（HotSpot），“热点”可以是 文本、键等。用鼠标点击“热点”后，可以弹出说明信息、播放声音、完成某项工作等。但超文 本查询只能预先设置好，用户不能实时构建自

9、己要求的各种查询。3）自然语言空间查询在SQL查询中引入一些自然语言，如温度高的城市SELECT nameFROM CitiesWHERE temperature is highSELECT nameFROM CitiesWHERE temperature = 33.75这种查询方式只能适用于某个专业领域的地理信息系统，而不能作为地理信息系 统中的通用数据库查询语言。第七章 空间查询与空间分析7-1 空间查询作定量转换遥感与地理信息系统一、统计图表分析能被用户直观地观察和理解数据。统计表格是详尽地表示非空间数据的方法，不直观，但可提供详细数据，便于对 数据进行再处理。 第七章 空间查询与空间分

10、析7-2 统计分析散点图折线图扇形图柱状图直方图二、属性数据的集中特征数返回遥感与地理信息系统二、属性数据的集中特征数-找出数据分布的集中位置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。第七章 空间查询与空间分析7-2 统计分析1、频数和频率将变量xi（i1,2,，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。三、属性数据的离散特征数返回遥

11、感与地理信息系统三、属性数据的离散特征数3、 方差与标准差1） 方差：是均方差的简称，是以离差平方和除以变量个数求得的，记为2；2） 标准差：标准差是方差的平方根； 第七章 空间查询与空间分析7-2 统计分析描述数据集的离散程度，相对于中心位置的程度1、 极差：是一组数据中最大值与最小值之差；2、 离差，平均离差与离差平方：1）离差：一组数据中的各数据值与平均数之差；2）平均离差：将离差取绝对值，然后求和，再取平均数；3）离差平方：离差求平方和；平均离差和离差平方和是表示各数值相对于平均数的离散程度的重要统计量。4、变差系数：用来衡量数据在时间和空间上的相对变化的程度，它是无量纲的量 。为标准

12、差除以平均数取百分。四、统计数据的分类分级返回遥感与地理信息系统四、统计数据的分类分级1、系统聚类法：根据距离，将相似的样本归为一类，把差异大的样本区分开来。第七章 空间查询与空间分析7-2 统计分析距离：表示相似程度，可以欧 氏距离，绝对值距离、相似系 数距离等。1：东北区 2：内蒙古及长城沿线区3：黄淮海区 4：黄土高原区 5：长江中下游区 6：西南区 7：华南区 8：甘新区 9：青藏区九大农业区聚类分析34 9 2 8 1 5 7 6基本思想：首先是n个样本各自成一类，然后计算类与类之间的距离，选择距 离最小的两类合并成一个新类，计算新类与其它类的距离，再将距离最小的 两类进行合并，这样

13、每次减少一类，直到达到所需的分类数或所有的样本都 归为一类为止。 遥感与地理信息系统2、最优分割分级法针对有序样本或可变为有序(排序)的样本n个数据按大小顺序排列后，有(n-1)个“空隙”，如分成k个等级，则需(k-1)个 分级界线。因此，n个数据分成k级的可能分法有 种。对于每种分级，可按定义为各级内数据的离差平方和之和的误差函数公式来计 算分级误差的大小，选择级内离差平方和为最小而级间离差平方和为极大的一种 分级方法为最优。离差：一组数据中的各数据值与平均数之差称为离差。 第七章 空间查询与空间分析7-2 统计分析遥感与地理信息系统一、DEM 概述 1、含义：DEM，（Digital El

14、evation Models），是国家基础空间数据的重要组成部分，它表 示地表区域上地形的三维向量的有限序列，即地表单元上高程的集合，数学表达为：z = f（x，y）。 DTM：当z为其他二维表面上连续变化的地理特征，如地面温度、降雨、地球磁力、重力 、土地利用、土壤类型等其他地面诸特征，此时的DEM成为DTM（Digital Terrain Models）。 第七章 空间查询与空间分析7-3 DEM分析2、表示法：遥感与地理信息系统2、表示法：1） 等高线法 第七章 空间查询与空间分析7-3 DEM分析等高线线通常被存储储成一个有序的坐标标点序列，可以认为认为 是一条带带有高程值值属性的 简

15、单简单 多边边形或多边边形弧段。由于等高线线模型只是表达了区域的部分高程值值，往往需 要一种插值值方法来计计算落在等高线线以外的其他点的高程，又因为这为这 些点是落在两条 等高线线包围围的区域内，所以，通常只要使用外包的两条等高线线的高程进进行插值值。 遥感与地理信息系统2）TIN 法 TIN（Triangulated Irregular Network)表示法利用所有采样样点取得的离散数 据，按照优优化组组合的原则则，把这这些离散点（各三角形的顶顶点）连连接成相互连续连续 的 三角面（在连连接时时，尽可能地确保每个三角形都是锐锐角三角形或是三边边的长长度近 似相等-Delaunay）。因为为

16、TIN可根据地形的复杂杂程度来确定采样样点的密度和位置，能充分表示地形 特征点和线线，从而减少了地形较较平坦地区的数据冗余。 第七章 空间查询与空间分析7-3 DEM分析3） 规则规则 格网法(Grid)遥感与地理信息系统3） 规则规则 格网法(Grid)规则规则 格网法是把DEM表示成高程矩阵阵，此时时 ，DEM来源于直接规则规则 矩形格网采样样点或由不 规则规则 离散数据点内插产产生。结构简单，计计算机对对矩阵阵的处处理比较较方便， 高程矩阵阵已成为为DEM最通用的形式。高程矩阵阵特 别别有利于各种应应用。 第七章 空间查询与空间分析7-3 DEM分析但Grid系统统也有下列缺点： a) 地形简单简单 的地区存在大量冗余数据；b) 如不改变变格网大小,则则无法适用于起伏程度不同 的地区； c) 对对于某些特殊计计算如视线视线 计计算时时，格网的轴线轴线 方向