大学测量《地理信息系统原理、应用与工程》教学课件：chapter 5 空间数据查询与分析 and DEM

第五章第五章 空间数据查询与分析空间数据查询与分析 现实世界真实模型现实世界真实模型空间数据模型空间数据模型空间数据结构空间数据结构数据库：空间数据物数据库：空间数据物理结构理结构空间数据复原空间数据复原空间数据处理空间数据处理空间数据查询空间数据查询空间数据分析空间数据分析GIS5.1 GIS 空间查询的概念空间查询的概念5.2 空间数据处理、分析的技术方法空间数据处理、分析的技术方法5.3 空间分析的模型方法空间分析的模型方法5.4 GIS在自然资源和环境领域中的应用在自然资源和环境领域中的应用5.5 专家系统专家系统查询条件查询条件5-1 5-1 空间查询空间查询查询结果查询结果查询结果查询结果查询方式查询方式 图形图形-属性属性图形图形-属性属性空间数据库空间数据库GISGIS软件件空间查询语言空间查询语言空间数据库空间数据库GISGIS软件件空间查询语言空间查询语言统计结果：统计结果：图、表、文字图、表、文字新图层新图层新的属性域添加到新的属性域添加到属性数据库属性数据库 闪烁、颜色等明显闪烁、颜色等明显表示表示 统计结果：统计结果：图、表、文字图、表、文字新图层新图层新的属性域添加到新的属性域添加到属性数据库属性数据库 闪烁、颜色等明显闪烁、颜色等明显表示表示 属性限制属性限制空间拓扑限制空间拓扑限制二者结合二者结合属性限制属性限制空间拓扑限制空间拓扑限制二者结合二者结合应用举例应用举例:（1）为一家新开设的银行选址。要求：）为一家新开设的银行选址。要求：1、远离目前存在的银行、远离目前存在的银行;2、附近有大量的人口数量、附近有大量的人口数量;3、结果以矢量数据的文件形式输出。、结果以矢量数据的文件形式输出。一、一、GIS 空间查询的概念空间查询的概念空间数据查询首先是给出查询条件，然后系统经过空间空间数据查询首先是给出查询条件，然后系统经过空间量算，或在空间数据库和与其相联的属性数据库中快速量算，或在空间数据库和与其相联的属性数据库中快速检索返回满足条件的内容。检索返回满足条件的内容。应用举例应用举例:（2 2）某公司制订销售计划，拟定建立一个商品展）某公司制订销售计划，拟定建立一个商品展销馆，用销馆，用GISGIS方法选择馆址。条件方法选择馆址。条件:(1)(1)馆址坐落的城市人口超过馆址坐落的城市人口超过8000080000人以上；人以上；(2)(2)该城市距该公司地区仓储中心亚特兰大，或该城市距该公司地区仓储中心亚特兰大，或乔治亚距离为卡车一天路程；乔治亚距离为卡车一天路程；(3)(3)该展销馆应设在该公司去年商品销售量较弱该展销馆应设在该公司去年商品销售量较弱的地方。的地方。定定位位查查询询分分层层查查询询区区域域查查询询条条件件查查询询空空间间关关系系查查询询最基本的查询功能，可查询图最基本的查询功能，可查询图形与属性数据形与属性数据二、查询方式二、查询方式查询分层存放的图形与查询分层存放的图形与属性数据属性数据定定位位查查询询分分层层查查询询区区域域查查询询条条件件查查询询空空间间关关系系查查询询定定位位查查询询分分层层查查询询区区域域查查询询条条件件查查询询空空间间关关系系查查询询查询区域内的图形与属查询区域内的图形与属性数据性数据定定位位查查询询分分层层查查询询区区域域查查询询条条件件查查询询空空间间关关系系查查询询根据条件表达或查询根据条件表达或查询图形与属性数据图形与属性数据Select*from city where population300000定定位位查查询询分分层层查查询询区区域域查查询询条条件件查查询询空空间间关关系系查查询询又称拓扑查询，面与面，又称拓扑查询，面与面，线与线，点与点，点与线，线与线，点与点，点与线，点与面，线与面点与面，线与面三、查询过程分为三种类型：三、查询过程分为三种类型：1.根据数据库中的数据及信息，直接回答人们根据数据库中的数据及信息，直接回答人们的问题；的问题；2.通过逻辑表达式完成查询；通过逻辑表达式完成查询；3.根据现有数据模型，构造复杂模型，回答更根据现有数据模型，构造复杂模型，回答更为为“复杂复杂”的问题的问题。GISGIS查询的例子（查询的例子（1 1）：为某城市建立新银行选择地址为某城市建立新银行选择地址人口密度专题图人口密度专题图(popden)银行位置专题图银行位置专题图(bank.shp)街区专题图街区专题图(street.shp)1、查询提取私人、查询提取私人储蓄额高于储蓄额高于10000000的银行。的银行。2、计算生成距、计算生成距离远近分布图。离远近分布图。3、根据距离和人中、根据距离和人中密度专题图层，查询密度专题图层，查询提取远离已有银行提取远离已有银行500且人口密度大于且人口密度大于3000的区域。的区域。4、将提取的栅格、将提取的栅格图层转为矢量图层，图层转为矢量图层，并与街区专题图进并与街区专题图进行叠加显示。行叠加显示。GIS查询的例子（查询的例子（2）：了解土壤各部分钾的含量，以确定施肥量的多少。了解土壤各部分钾的含量，以确定施肥量的多少。数据文件：数据文件：土土壤壤养养分分分分布布（soilmap.shp）农农场场边边界界（thefarm.shp）利用土壤养分文利用土壤养分文件插值创建钾含件插值创建钾含量表面量表面查询钾含量低于查询钾含量低于300的区域的区域将栅格专题图转将栅格专题图转换成矢量专题图换成矢量专题图一、空间分析的含义一、空间分析的含义空间分析是基于地理对象的位置和形态特征的空间数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，是从地理信息系统目标之间的空间关系据分析技术，是从地理信息系统目标之间的空间关系中获取派生的信息和新的知识，包括了诸如数据格式中获取派生的信息和新的知识，包括了诸如数据格式转换、多边形叠合等操作和按一定模式关系进行的各转换、多边形叠合等操作和按一定模式关系进行的各种数据运算（算术、关系、逻辑、函数运算）。种数据运算（算术、关系、逻辑、函数运算）。根据根据确定的分析模式，提高分析评价、管理与决策的能力，确定的分析模式，提高分析评价、管理与决策的能力，这是地理信息系统的核心功能，是地理信息系统区别这是地理信息系统的核心功能，是地理信息系统区别于计算机制图系统的显著标志之一。于计算机制图系统的显著标志之一。5.2 空间数据分析空间数据分析空间分析模型是指空间分析模型是指用于用于GISGIS空间分析的数学模型，是在空间分析的数学模型，是在GISGIS空间数据基础上建立起来的模型，是通过作用于原空间数据基础上建立起来的模型，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，对一个空间决策过程进行的模拟。作命令，对一个空间决策过程进行的模拟。地理信息地理信息系统具有的各种应用模型，是判别一个系统优劣的重系统具有的各种应用模型，是判别一个系统优劣的重要标志，也是空间分析的基础。要标志，也是空间分析的基础。空间分析内容包括：空间量算、缓冲区分析、叠置分空间分析内容包括：空间量算、缓冲区分析、叠置分析、网络分析、空间插值、统计分析、地形分析等。析、网络分析、空间插值、统计分析、地形分析等。l几何量算线的长度，面状地物的面积l形状量算l质心量算l距离量算（一）空间量算（一）空间量算（二）叠加分析（二）叠加分析将同一空间上多个图层的不将同一空间上多个图层的不同含义的地理要素的重合点同含义的地理要素的重合点之间进行分析处理。之间进行分析处理。分为三类：分为三类：1.视觉叠加视觉叠加 将不同含义的图层经空间将不同含义的图层经空间配准后叠加显示在屏幕或图配准后叠加显示在屏幕或图件上，研究者通过目视获取件上，研究者通过目视获取更多的空间信息更多的空间信息，不产生新，不产生新的图层。的图层。（1）点、线、面状专题图之间的叠加显示；点、线、面状专题图之间的叠加显示；例例1 a居民区居民区 b污染分级区污染分级区 c叠加区叠加区 AB C AB C 4 1 3 2例例2.将旅游景点图，地形图，交通图与游人位置叠加，将旅游景点图，地形图，交通图与游人位置叠加，帮助游人确定位置。帮助游人确定位置。（2）DEM与专题图叠加显示立体专题图；与专题图叠加显示立体专题图；如把稀有树种分布图与如把稀有树种分布图与DEM图叠合图叠合（3）DEM与遥感图像的叠加，遥感影像与专题图之与遥感图像的叠加，遥感影像与专题图之间的叠加。间的叠加。可解决可解决“异物同谱异物同谱”现象现象 4 1 3 2（1）点与多边形叠加）点与多边形叠加（Point-in-polygon overlay）通过坐标计算点层中的矢量点与面层中的多通过坐标计算点层中的矢量点与面层中的多边形的包含关系，确定每个多边形内有多少边形的包含关系，确定每个多边形内有多少个点，同时将多边形的属性连接到点上。个点，同时将多边形的属性连接到点上。2.矢量图层叠加矢量图层叠加：矢量图层之间的叠加生成新：矢量图层之间的叠加生成新的图层的图层分两步：图层叠加后求交、拓扑生成和属性分两步：图层叠加后求交、拓扑生成和属性处理处理pointa1a2polyb11A2C3B1 1A AB B2 23 3C C点与多边形叠加点与多边形叠加（2）线与多边形叠加）线与多边形叠加（Line-in-polygon overlay）通过计算比较线上坐标与多边形弧段坐标通过计算比较线上坐标与多边形弧段坐标的关系，判断线是否落在多边形内。通常的关系，判断线是否落在多边形内。通常是计算线与多边形的交点，只要相交则产是计算线与多边形的交点，只要相交则产生一个结点，将原线分成一条条弧段；并生一个结点，将原线分成一条条弧段；并将原线和多边形的属性信息一起赋给新弧将原线和多边形的属性信息一起赋给新弧段。并产生一个新图层段。并产生一个新图层每条线被它穿过每条线被它穿过的多边形分成新弧段的图层。的多边形分成新弧段的图层。1 12 23 3B B1 13 34 42 2A ALine IDOld IDPoly11A21B32B43B线与多边形叠加线与多边形叠加（3）多边形的叠加）多边形的叠加（Polygon-on-polygon overlay）两个或多个面状图层进行叠加产生一个两个或多个面状图层进行叠加产生一个新多边形图层的操作。先对两个或多个新多边形图层的操作。先对两个或多个不同图层多边形的弧段求交，然后拓扑不同图层多边形的弧段求交，然后拓扑生成新的多边形图层，新图层综合了原生成新的多边形图层，新图层综合了原来两层或多层的属性。来两层或多层的属性。坡向坡向ID坡向坡向A阳坡阳坡B阴坡阴坡地地类类ID地地类类1林地林地2农农田田3草地草地ID坡向坡向ID坡向坡向地地类类ID属性属性A1A阳坡阳坡1林地林地A2A阳坡阳坡2农农田田A3A阳坡阳坡3草地草地B1B阴坡阴坡1林地林地B3B阴坡阴坡3草地草地+A AB B1 13 32 2A1A1B3B3A2A2 A3A3B1B1=3.栅格图层叠加栅格图层叠加（1）“点对点点对点”的叠加运算（单点变换的叠加运算（单点变换）概念概念：只将对应栅格单元的属性作某种运算得到新：只将对应栅格单元的属性作某种运算得到新图层属性，而不受其邻近点的属性值的影响。图层属性，而不受其邻近点的属性值的影响。包括算数运算、布尔运算、统计运算等。包括算数运算、布尔运算、统计运算等。参与叠加的各图层必须是存在数学意义时才能进行参与叠加的各图层必须是存在数学意义时才能进行数学运算。数学运算。算法原理：算法原理：赋常数赋常数 提取提取 加法加法 覆盖覆盖 减法减法 分类分类 逻辑组合逻辑组合（2）“掩膜掩膜”（Cover）叠加操作叠加操作在叠加图层中，如果必须要求有一个图层只起决在叠加图层中，如果必须要求有一个图层只起决定叠加运算的范围和边界的作用，不参与空间变定叠加运算的范围和边界的作用，不参与空间变量的函数运算，而由其它叠加图层的空间变量进量的函数运算，而由其它叠加图层的空间变量进行运算，来作为新图层的值。行运