地理信息系统第五章

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1、地理信息系统概论,授课教师：贺晓慧 联系方式：,主讲内容,7,地图制图与输出,5,空间分析的原理与方法,空间和非空间分析的差别,处理对象的差别：空间分析着重对象的位置信息，这些位置可以在地图上显示出来；非空间分析不考虑位置信息。 分析方法的差别：空间分析是在考虑地理现象的空间依赖性的基础上，通常使用GIS和空间分析软件来完成；非空间分析不考虑空间要素的空间关联性，通常用数据库系统或统计软件包来进行。 分析结果依赖性的差别：空间分析位置的改变导致分析结果的改变；非空间分析，位置的改变不影响分析结果,第五章 空间分析的原理与方法,空间分析是GIS的重要组成部分，也是评价一个GIS功能强弱的主要标志

2、之一，区别于其他信息系统的主要功能特征。 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、空间演变等信息。 基础：空间数据库 方法：逻辑运算、数理统计分析、代数运算 目的：不仅是自动制图，更是通过对空间数据的深加工，获取新的地理信息，提供空间决策信息。,第五章 空间分析的原理与方法,GIS在发展过程中对空间分析有细致的研究，代表作有： 1981年，Unwin的空间分析入门 1990年，Haining的社会与环境科学中的空间数据分析 1994年，Goodchild的GIS环境下的空间分析等。,第五章 空间分析的原

3、理与方法,分 类：按照空间数据的形式：矢量数据空间分析、栅格数据空间分析。按照Goodchild提出的空间分析框架，分为：产生式分析、查询式分析。,空间分析的内容,从宏观上，空间分析可以归纳为三个方面：1.拓扑分析2.属性分析3.拓扑分析与属性联合分析,主要的空间分析,空间查询分析 空间叠合分析 空间邻近度分析 网络分析 数字地形模型分析,(1)建立分析目的和评价标准：分析的目的是定义打算利用地理数据库解决什么问题，而标准则具体规定了将如何利用GIS回答用户所提出的问题。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 可利用面积大、少沼泽地 (2)收集、输入空间和

4、属性数据:包括地理底图数据、地籍数据、土壤数据等。数据准备在信息系统建立过程中是一个非常重要的阶段，需要投入大量的资金和人力来建立地理数据库。,空间分析的步骤,(3)做空间位置的处理和分析：为了得到所需数据，可能需要进行许多操作，如检索提取、缓冲、叠置等。 作空间位置的处理和分析（包括检索、提取，缓冲区分析、叠置分析等） 作属性数据的处理和分析（加所需的属性项、好地价）。 (4)准备表格分析的数据(包括地图和表格):大多数分析都要求利用空间操作得到一个（或一组）最终的数据层，还必须准备用于分析的数据，包括空间和属性数据，所生成的层的属性表应包括利用逻辑表达式和算术表达式进行表格分析的信息，通常

5、必须将进行分析时所需要的数据项加到属性表中。,空间分析的步骤,(5)进行表格分析：利用逻辑表达式和算术表达式，可以对进行空间操作时所获得的新的属性关系进行分析。 (6)结果的评价和解释：在通过表格分析获得了一个答案之后，必须对结果进行评价，以确定其有效性。 (7)如有必要改进分析:如果感到很多进行的分析还有局限性和缺点，需要进一步改善，则可以返回适当的步骤重新分析。 (8)以专题地图、文字报表形式作为正式结果，供决策用。空间分析的成果往往表现为图件或报表，图件对于凸显地理关系是最好不过的，而报表则用于概括数据并记录计算结果。,空间分析的步骤,5.1 GIS空间查询,空间数据库的一个主要功能就是

6、能够进行空间数据的查询，即根据用户的要求，从数据库中找出符合用户要求的空间数据子集，提供给用户作进一步的处理工作。对空间实体的简单查找：属性查图形、图形查属性。属性查图形：按属性信息的要求查询定位空间位置。 图像查属性：根据对象的空间位置查询有关属性信息。,5.1 GIS空间查询,相对复杂的空间数据查询功能： （1）针对空间关系的查询：查询一条公路途经的所有城镇； （2）针对非空间属性的查询：查询一个城市的人口数量； （3）结合空间关系和非空间属性的查询：查询距某条河流的距离大于500m（空间关系）、种植玉米（属性）、且面积大于800hm2（既可以是空间计算，也可以是属性）的土地利用单元。,5

7、.1 GIS空间查询,空间关系查询： （1）点-点查询： （2）线-点查询： （3）面-点查询： （4）点-线查询： （5）线-线查询： （6）面-线查询： （7）点-面查询： （8）线-面查询： （9）面-面查询：,5.1 GIS空间查询,另外一种表述 对空间关系的查询主要是对空间实体间存在的拓扑、顺序、距离、方位等关系的查询。简单的点、线、面实体相互关系的查询包括： 邻接查询：多边形邻接查询、线与线邻接查询等通过拓扑关系表查询。 包含关系查询：可以多边形的定位查询，也可以使用空间运算执行（判断点是否落在面内） 穿越查询：一般采用空间运算方法执行。根据一个线状目标的空间坐标，计算出哪些面状地

8、物或线状地物与它相交。 落入查询：可以采用空间运算，即使用点在多边形内，线在多边形内或面在多边形内的判断方法。 缓冲区查询：只是根据用户需要给定一个点缓冲、线缓冲或面缓冲的距离，从而形成一个缓冲区的多边形，再根据多边形检索的原理，检索出该缓冲区多边形内的空间地物。,5.1 GIS空间查询,空间关系查询： （1）点-点查询： （2）线-点查询： （3）面-点查询： （4）点-线查询： （5）线-线查询： （6）面-线查询： （7）点-面查询： （8）线-面查询： （9）面-面查询：,5.1 GIS空间查询,属性数据查询： 主要是针对非空间的信息的查询 大多数的GIS软件都将属性信息存储在关系数据

9、库中，相对成熟的关系数据库为GIS提供了完备的数据索引方法及查询手段。 关系数据库管理系统基本都支持SQL（结构化查询语言）。,5.1 GIS空间查询,空间数据库查询语言：指从空间数据库中查找出所有满足空间约束条件和属性约束条件的地理实体的算法语言。 常规的关系数据库查询语言是SQL，它可以作为属性数据的查询语言。 SELECT 名称FROM ProvinceWHERE 面积50 AND 人口1000面积单位（105km2） 人口单位（万人）,SQL不能处理空间关系查询，要实现空间查询，需要对SQL进行空间扩展，但空间扩展的SQL还没有统一的标准。,5.1 GIS空间查询,空间属性联合查询：既

10、包括查询空间位置关系，又包括查询属性信息。 分步骤借助于单独的空间关系查询和属性查询来实现。,5.2 空间叠合分析,一 空间叠合分析概念 二 基于矢量数据的空间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 三基于栅格数据的叠合分析,叠置分析(overlay analysis)（又称叠加分析），是指将同一地区、同一比例尺、同一坐标系统、不同信息表达的两组或多组专题要素的图层进行叠加，从而产生一个新图层的过程。,一、概念,其目的是为了有效地综合多种地理要素，从其中提取出隐含的数据信息。,基于矢量数据的叠置分析；基于栅格数据的叠置分析。,二、分类,矢量叠置分析的数学基础（空间逻辑运算

11、）,点与多边形的叠置,线与多边形的叠置,面与多边形的叠置,基于矢量数据的叠置分析,点与多边形的叠置：是计算多边形对点的包含关系，将一个含有点的图层叠加在另一个含有多边形的图层上，以确定每个点落在哪个多边形内，以便为图层上的点建立新的属性。,线与多边形的叠置：它也是计算一种包含关系，但与点不同的是，往往一条线跨越多个多边形，这时需要线与多边形边界求交，并将线目标进行切割、叠置，形成一个新的空间目标的结果集，同时产生一个相应的属性数据表记录原线和多边形的属性信息。,基于矢量数据的叠置分析,多边形与多边形的叠置：是最复杂的一种叠置，它需要将两层多边形的边界全部进行边界求交的运算和切割，然后根据切割的

12、弧段重建拓扑关系，最后判断叠置的多边形分别落在原始多边形层的哪个多边形内，并建立起叠置多边形与原多边形的关系。 其目的是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。,基于矢量数据的叠置分析,基于矢量数据的叠置分析,基于矢量数据的操作,图层合并（Union）,把两个图层的区域联合起来并保持来自输入地图和叠加地图的所有地图要素。,交集操作（Intersect）,可以得到两个图层的交集部分，并且原图层的所有属性都将在输出图层上同时显示。,识别叠加（Identity）,识别图层的属性将赋给其所覆盖的输入图层的地图要素。,图层擦除（Erase）,擦除图层将擦除其所覆盖的输入图层内的

13、要素。,修正更新（Update）,输入图层中被修正图层覆盖的那部分的属性将被修正图层的属性替代。,基于栅格数据的叠置分析,栅格数据的叠置分析较矢量数据的叠置分析要简单得多，它主要是通过栅格间的各种运算来实现。可以对单层数据进行各种数学运算如加、减、乘、除、指数、对数等等，也可以通过数学关系式建立多个数据层之间的关系模型。这种基于数学运算的数据层间的叠加运算，在地理信息系统中称为地图代数（代数运算和逻辑运算）。,基于栅格数据的叠置分析,栅格数据的叠置分析条件：具备两个或多个相同地区的相同行列数的栅格数据，栅格单元的大小也相同。栅格叠合分析的结果是一个新生成的栅格数据，其中的每一个栅格的数值都是由

14、参与计算的原栅格数据计算得到的，栅格叠合通过计算产生新的空间信息。,设a、b、c等表示不同专题要素图层上同一个栅格单元的属性值，f表示各层上属性与用户需求之间的关系，A表示叠加后输出层的属性值，则可有这样的关系式：A=f（a,b,c）,基于栅格数据的叠置分析,基于栅格数据的操作,基于栅格的地图代数运算或逻辑运算。,-,=,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。,基于栅格数据的叠置分析,点与多边形的叠置：如何得到某省区内雨量站点的个数？如何知道某个水文站点属于哪个行政区划？如何获取某城市的邮局分布密度？如何了解某个水质监测井属于哪个等级的水资源分区？,应用,*1 *3*4

15、,*2,A D,B C,点 属性 1 2 3 4,多边形 属性1 属性2 A B C D,点 多边形 点属性 面属性1 面属性2 1 A 2 D 3 C 4 B,点与多边形的叠置： 例如将水井与规划区图层相叠置，可确定每口井所属的规划区范围。,实例,线与多边形的叠置：如何得到某省区内高速公路的长度？如何知道某段公路属于哪个行政区划？如何求取某城市的河网密度？如何了解某条河流流经哪几个行政区？如何确定哪种地层岩性中发育了断层？,应用,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置，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。,实例,多边形与多边形的叠置：如何得到某省区内有哪几种土地利用类型？如何知道不同级别的灾害分区中的植被覆盖情况？如何获取某行政区划内的地层岩性分布情况？ ,应用,日喀则地区沙漠化类型分布图,日喀则地区行政区界线图,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。,图层1,图层2,实例,行政区界图属性表,图层1：图形，属性表,日喀则地区行政区界线图,日喀则地区沙漠化类型分布图属性表,图层2：图形，属性表,日喀则地区沙漠化类型分布图,空间叠置图,叠置图属性表,使用IDENTITY命令，进行两图层空间叠置，得到叠置图,