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1、1第四节第四节 空间数据的叠合空间数据的叠合 (置置)分析分析一、叠合分析一、叠合分析(Overlay Analysis)的概念的概念空空间叠置分析叠置分析:是指在是指在统一空一空间参照系参照系统条件下，把同条件下，把同一地区的两幅或两幅以上的一地区的两幅或两幅以上的图形重叠在一起形重叠在一起进行行图形运形运算和属性运算，算和属性运算，产生新的空生新的空间图形和属性的形和属性的过程。程。叠置叠置(overlay)分析分析是是GIS最常用的提取空最常用的提取空间隐含信息含信息的手段之一。的手段之一。该方法方法源于源于传统的透明材料叠加，即将来的透明材料叠加，即将来自不同数据源的自不同数据源的图纸
2、绘于透明于透明纸上，在透光桌上将其叠上，在透光桌上将其叠放在一起，然后用笔勾出感放在一起，然后用笔勾出感兴趣的部分趣的部分提取出感提取出感兴趣趣的信息。的信息。第四节 空间叠置分析例如：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。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。线与多边形叠置分析第四节 空间叠置分析某地区行政界限图某地区行政界限图某地区土地
3、利用类型图某地区土地利用类型图叠置分析实例：叠置分析实例：有某地区的行政界线图层和通过遥感技术提取的该区土地利有某地区的行政界线图层和通过遥感技术提取的该区土地利用类型分布图层，求该地区各村土地利用类型统计数据。用类型分布图层，求该地区各村土地利用类型统计数据。图层图层1图层图层2第四节 空间叠置分析行政区界图属性表行政区界图属性表图层图层1：图形，属性表：图形，属性表地区行政区界线图地区行政区界线图第四节 空间叠置分析图层图层2：图形，属性表：图形，属性表地区土地利用类型分布图地区土地利用类型分布图地区土地利用类型分布图属性表地区土地利用类型分布图属性表第四节 空间叠置分析空间空间叠置叠置图
4、图叠置叠置图属性表图属性表使用使用叠加叠加命令，命令，进行两图层空间叠置叠置，得到叠置叠置图第四节 空间叠置分析二、基于栅格数据的叠置分析二、基于栅格数据的叠置分析 特点：特点：栅格数据的栅格数据的叠置算法叠置算法，虽然数据存贮量比较大，但运算过，虽然数据存贮量比较大，但运算过程比较简单。程比较简单。变换方法：变换方法： （1 1）点变换）点变换 （2 2）区域变换方法）区域变换方法 （3 3）邻域变换方法）邻域变换方法基于栅格数据的基于栅格数据的叠置分析叠置分析是参与分析的两个图层的要素均为栅格数据。是参与分析的两个图层的要素均为栅格数据。第四节 空间叠置分析（1 1）点变换）点变换 点变换
5、只依据参与点变换只依据参与叠置叠置图层相应点的属性值进行新的运算，既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。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：运算方法包括： * * 算术运算算术运算 * * 指数运算指数运算 * * 三角函数运三角函数运算等算等第四节 空间叠置分析244633463377225423643366=0-21-2-102-200-1-1点变换示意点变换示意结果特征：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。全不同。第四节 空间叠置分
6、析101010601010206030303060101060601010306030303060-=00500001000000点变换实例点变换实例1 1：土地利用变化区域探测土地利用变化区域探测80年遥感影像年遥感影像90年遥感影像年遥感影像点变换后影像点变换后影像点变换后影像分析点变换后影像分析 通过通过8080和和9090年两期影像的相减运算年两期影像的相减运算后得到变换影像，如果：后得到变换影像，如果：变换影像值变换影像值 0 0；说明该区未发生变化；说明该区未发生变化变换影像值变换影像值 0 0；说明该区已发生变化；说明该区已发生变化10 10 耕地耕地20 20 居民点居民点30
7、 30 水域水域40 40 草地草地50 50 未利用地未利用地60 60 林地林地Legend注意：注意：此处的遥感影像可以是分类结果，也可以是原始的遥感影像。此处的遥感影像可以是分类结果，也可以是原始的遥感影像。 在一般应用中，多使用原始的遥感影像，可提高变化探测速度。在一般应用中，多使用原始的遥感影像，可提高变化探测速度。第四节 空间叠置分析点变换实例点变换实例2 2：土地利用变化分析土地利用变化分析2002年1992年新增城市用地无变化城市用地减少城市用地第四节 空间叠置分析土地类型转移矩阵土地类型转移矩阵: 根据两个不同时间（根据两个不同时间（t和和t+t）的土地利用图计算从一种类型
8、）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技术，将两个不同时间的土地利用图进行栅格化处理栅格化处理，计算，计算t时刻上时刻上A类有多少格网点转换成在类有多少格网点转换成在t+t时刻的时刻的B，C，D等类型，等类型，转换点数占该类型总数的百分比可称为转移概率。转换点数占该类型总数的百分比可称为转移概率。研究方法研究方法使用景观生态学方法，计算土地类型转移矩阵。使用景观生态学方法，计算土地类型转移矩阵。第四节 空间叠置分析(2)(2)区域变换方法区域变换方法 指在
9、计算新图层相应的属性值时，不仅与原图层对应的栅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）。长度、面积、周长等）。(3)(3)邻域变换方法邻域变换方法 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。内的栅格属性值的影响。14l同矢量数据结构图进行叠置图件的要求l区域格网
10、数相同（插值）l l区域分成区域分成区域分成区域分成m*nm*n个格网的不同图层个格网的不同图层个格网的不同图层个格网的不同图层l l在确定叠置条件的条件表达式后，对栅格阵列中在确定叠置条件的条件表达式后，对栅格阵列中在确定叠置条件的条件表达式后，对栅格阵列中在确定叠置条件的条件表达式后，对栅格阵列中的每一个格网顺序进行运算（逻辑运算，算术运的每一个格网顺序进行运算（逻辑运算，算术运的每一个格网顺序进行运算（逻辑运算，算术运的每一个格网顺序进行运算（逻辑运算，算术运算，关系运算）算，关系运算）算，关系运算）算，关系运算）根据编码方式，按确定叠置条件的条件表达式进根据编码方式，按确定叠置条件的条
11、件表达式进行上述运算行上述运算1.栅格数据结构图进行叠置图件的要求栅格数据结构图进行叠置图件的要求2）非压缩栅格数据结构图进行叠置非压缩栅格数据结构图进行叠置3）压缩栅格数据结构图进行叠置压缩栅格数据结构图进行叠置15l栅格数据结构栅格数据结构如单个栅格为单元的叠置；游程编码叠置等。如单个栅格为单元的叠置；游程编码叠置等。l常用非权重叠置。常用非权重叠置。 （权重叠置是指不同图层，（权重叠置是指不同图层，选不同权重）选不同权重）2.叠置算法的确定叠置算法的确定16找出找出某地某地某地某地区区降雨量降雨量=1000mm, 且且土厚土厚=50cm的区域的区域要求用游程编码叠置算法实现要求用游程编码
12、叠置算法实现要求用游程编码叠置算法实现要求用游程编码叠置算法实现3. 叠置算法求解例叠置算法求解例17叠置条件的表达式为：降雨量=1000mm 土厚=50cm游程编码的降雨量图游程编码的降雨量图游程编码的土厚分布图游程编码的土厚分布图（a ） 降雨量图降雨量图 ( b ) 土厚图土厚图 0 200 400 600 800 0 200 400 600 800600mm800mm1000mm700mm 30cm50cm30cm40cm20cm18（a ） 降雨量图降雨量图 ( b ) 土厚图土厚图 0 200 400 600 800 0 200 400 600 800600mm800mm1000m
13、m700mm 30cm50cm30cm40cm20cm 0 200 400 600 80050cm30cm20cm30cm40cm 第第K行游程行游程降降 雨雨 量量 =1000mm土土 厚厚=50cm1000mm190 400 800 0 400 80030cm1000mm1200mm800mm50cm30cm40cm20cm600mm游程号游程号 降雨游程降雨游程 游程最右列（终止码）游程最右列（终止码）1 600mm 2002 800mm 4003 1000mm 6804 1200mm 800游程号游程号 土厚游程土厚游程 游程最右列（终止码）游程最右列（终止码）1 30cm 170 2
14、 20cm 3603 50cm 800第第K行行20第五节第五节 空间数据的邻域分析空间数据的邻域分析一、缓冲区分析一、缓冲区分析p 缓冲区分析是研究根据地理空间中的点、线、面实体，缓冲区分析是研究根据地理空间中的点、线、面实体，自动建立其周围一定宽度范围内的一定距离的带状区（缓自动建立其周围一定宽度范围内的一定距离的带状区（缓冲区多边形），用以识别这些实体或者主体对邻近对象的冲区多边形），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，是解决辐射范围或者影响程度，是解决邻近度问题邻近度问题的空间分析工的空间分析工具之一。具之一。p 从数学的角度看，缓冲区分析的基本思想是给定一个空从
15、数学的角度看，缓冲区分析的基本思想是给定一个空间对象或集合，确定它们的邻域，邻域的大小由邻域半径间对象或集合，确定它们的邻域，邻域的大小由邻域半径R确定。确定。p 缓冲区分析在交通、林业、资源管理、城市规划中有着缓冲区分析在交通、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车服务区的选择；民宅区远离街道网络的缓冲区的建立等空间缓冲区分析2. 2. 缓冲区主要的类型缓冲区主要的类型（1 1）基于点要素的缓冲区：）基于点要素的缓冲区：通常以点为圆心、以一定距离为半
16、径的通常以点为圆心、以一定距离为半径的圆。圆。（2 2）基于线要素的缓冲区：）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。定距离的平行条带多边形。（3 3）基于面要素的缓冲区：）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向外或向内扩展一定距离以生成新的多边形。边形。 (4) (4)复杂缓冲区；复杂缓冲区； (5) (5)可变距离缓冲区。可变距离缓冲区。 22点缓冲区点缓冲区线缓冲区线缓冲区面缓冲区面缓冲区可变距离缓冲区可变距离缓冲区复杂缓冲区复杂缓冲区23Airport Noise PollutionAirport
17、 Noise Pollution242.2.建立缓冲区的算法建立缓冲区的算法建立缓冲区的算法建立缓冲区的算法等距离的点缓冲区是一个圆。等距离的点缓冲区是一个圆。1) 点缓冲区建立算法点缓冲区建立算法 252. 线缓冲区和面缓冲区建立的基本算法线缓冲区和面缓冲区建立的基本算法(1) (1) 角平分线法角平分线法角平分线法角平分线法角平分线法的实质是通过求平行线建立线缓冲角平分线法的实质是通过求平行线建立线缓冲角平分线法的实质是通过求平行线建立线缓冲角平分线法的实质是通过求平行线建立线缓冲区和面缓冲区。区和面缓冲区。区和面缓冲区。区和面缓冲区。角平分法由三步组成，即角平分法由三步组成，即逐个逐个线
18、段计算简单平行线，尖角光滑矫正和自相交线段计算简单平行线，尖角光滑矫正和自相交处理。处理。26角分线法的缺点是角分线法的缺点是难以难以最大限度保证双线的等最大限度保证双线的等宽性宽性，尤其是在凸侧角，尤其是在凸侧角点在进一步变锐时，将点在进一步变锐时，将远离轴线顶点。远离轴线顶点。当缓冲区半径不变时，当缓冲区半径不变时，d随张角随张角B的减小而增大，的减小而增大，结果在尖角处双线之间的宽度遭到破坏。结果在尖角处双线之间的宽度遭到破坏。27 在轴线首尾点处，作轴线的垂线并按双线和缓冲区半在轴线首尾点处，作轴线的垂线并按双线和缓冲区半径截出左右边线起止点；在轴线其它转折点处，首先径截出左右边线起止
19、点；在轴线其它转折点处，首先判断该点的判断该点的凸凹性凸凹性，在凸侧用圆弧弥合，在凹侧则用，在凸侧用圆弧弥合，在凹侧则用前后两邻边平行线的交点生成对应顶点。这样外角以前后两邻边平行线的交点生成对应顶点。这样外角以圆弧连接，内角直接连接，线段端点以半圆封闭。圆弧连接，内角直接连接，线段端点以半圆封闭。 (2) (2) 凸角圆弧法凸角圆弧法凸角圆弧法凸角圆弧法28 复杂缓冲区生成时常常会发生边线相交复杂缓冲区生成时常常会发生边线相交的情况，当区域边界距离近时会产生双线的情况，当区域边界距离近时会产生双线边界压盖。如图中区域边界压盖。如图中区域C不是缓冲区的有不是缓冲区的有效闭环。效闭环。 分析时，
20、岛多边形和重叠多边形的走向相分析时，岛多边形和重叠多边形的走向相反。反。 如图多边形如图多边形A、B走向是逆时针，称岛多走向是逆时针，称岛多边形，多边形边形，多边形C走向是顺时针，称重叠多走向是顺时针，称重叠多边形。边形。顺时针或逆时针由面积值正负值确定。顺时针或逆时针由面积值正负值确定。CAB(3)(3)复杂缓冲区复杂缓冲区复杂缓冲区复杂缓冲区291）建立缓冲区）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。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。建立缓这个宽度通常是等距的，也可以是不等距的缓冲区。建立缓冲区实际上要复杂
21、得多，主要表现在：冲区实际上要复杂得多，主要表现在：u建立缓冲区会形成很多重叠区，必须解决建立缓冲区会形成很多重叠区，必须解决u实际上常要求建立不同距离的缓冲区实际上常要求建立不同距离的缓冲区3. 3. 缓冲区分析的过程缓冲区分析的过程缓冲区分析的过程缓冲区分析的过程3 .空间缓冲区分析过程302）缓冲区的分析）缓冲区的分析 根据建立的缓冲区，对缓冲区内的空间信息形态、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。特征、分布作进一步分析。u基于叠置分析或图形的运算基于叠置分析或图形的运算u基于模型的分析基于模型的分析31缓冲区分析模型用来描述主体对象的邻近区域内，不同地区
22、受缓冲区分析模型用来描述主体对象的邻近区域内，不同地区受主体对象影响的变化。在进行空间缓冲区分析时，通常要将研主体对象影响的变化。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因素（究的问题抽象为以下三类因素（缓冲区分析三要素缓冲区分析三要素）来进行分）来进行分析：析：（1）主体对象：主体对象： 表示分析的主要目标，表示分析的主要目标， 主要包括点、线、面主要包括点、线、面对象；对象；（2）邻近对象：邻近对象： 指受主体对象影响的客体；指受主体对象影响的客体；（3）对象的作用条件对象的作用条件 表示主体对邻近对象施加作用的影响条表示主体对邻近对象施加作用的影响条件或强度。根据主体对邻
23、近对象作用的不同，一般分件或强度。根据主体对邻近对象作用的不同，一般分线性模型、线性模型、指数模型、其它复杂模型指数模型、其它复杂模型等。等。4.4.缓冲区分析模型缓冲区分析模型缓冲区分析模型缓冲区分析模型32距离距离ri影响度影响度Fi线性模型线性模型100二次模型二次模型100影响度影响度Fi距离距离ri指数模型指数模型影响度影响度Fi距离距离ri100线性模型、二次模型、指数模型。线性模型、二次模型、指数模型。OOOO Ari = di / d0 0 ri 1d0 主体对临近对象的影响的最大距离主体对临近对象的影响的最大距离di 临近对象离主体的实际距离临近对象离主体的实际距离缓冲区分析
24、模型例缓冲区分析模型例缓冲区分析模型例缓冲区分析模型例其中其中d0 主体对临近对象的影响的最大距离主体对临近对象的影响的最大距离di 临近对象离主体的实际距离临近对象离主体的实际距离f0 主体自身的影响指数主体自身的影响指数Fi 主体对临近对象的影响度主体对临近对象的影响度 F0 = f0 FA= 0 F0- FA呈线性衰减呈线性衰减O AFi = f0(1-ri)ri = di/d0 0 ri 1距离距离ri影响度影响度Fi主体对象对临近对象的影响随距离的增大主体对象对临近对象的影响随距离的增大主体对象对临近对象的影响随距离的增大主体对象对临近对象的影响随距离的增大呈线性衰减呈线性衰减呈线性
25、衰减呈线性衰减1) 1) 线性模型线性模型线性模型线性模型34主体对象对临近对象的影响随距离的增大呈二次形式主体对象对临近对象的影响随距离的增大呈二次形式衰减衰减其中其中d0 主体对临近对象的影响的最大距离主体对临近对象的影响的最大距离di 临近对象离主体的实际距离临近对象离主体的实际距离f0 主体自身的影响指数主体自身的影响指数Fi 主体对临近对象的影响度主体对临近对象的影响度Fi = f0 (1- ri)2ri = di / d0 0 ri 1 F0 = f0 FA= 0 F0- FA呈二次衰减呈二次衰减影响度影响度Fi距离距离ri2) 2) 二次模型二次模型二次模型二次模型O A35主体
26、对象对临近对象的影响随距离的增大呈指数衰主体对象对临近对象的影响随距离的增大呈指数衰减减其中其中d0 主体对临近对象的影响的最大距离主体对临近对象的影响的最大距离di 临近对象离主体的实际距离临近对象离主体的实际距离f0 主体自身的影响指数主体自身的影响指数Fi 主体对临近对象的影响度主体对临近对象的影响度Fi = f0(1- ri)ri = di /d0 0 ri 13) 3) 指数模型指数模型指数模型指数模型O A影响度影响度Fi距离距离ri36影响度影响度Fi距离距离ri4) 4) 其它模型其它模型其它模型其它模型如：烟囱产生污染随距离的变化如：烟囱产生污染随距离的变化如：烟囱产生污染随
27、距离的变化如：烟囱产生污染随距离的变化371). 已知一湖泊，要求在它周围已知一湖泊，要求在它周围5000m 内必需内必需禁止任何污染性工业企业存在，在它周围禁止任何污染性工业企业存在，在它周围500m 内必需禁止建筑任何永久性建筑物。内必需禁止建筑任何永久性建筑物。解解:（1）先建立缓冲区；）先建立缓冲区；（2）同现有污染性工业企业图叠置，显）同现有污染性工业企业图叠置，显示在范围内应禁止的污染性工业企业；示在范围内应禁止的污染性工业企业；（3）同现有永久性建筑物图叠置，显示）同现有永久性建筑物图叠置，显示在范围内应禁止的永久性建筑物。在范围内应禁止的永久性建筑物。5. 5. 缓冲区分析案例
28、缓冲区分析案例缓冲区分析案例缓冲区分析案例空间分析实例空间分析实例 2 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不得在河流周围 1km 1km 内采伐林木。另外，为便于运输，决定将采伐区内采伐林木。另外，为便于运输，决定将采伐区定在道路周围定在道路周围 5km 5km 之内。请找出符合上述条件的采伐区，输出森林采之内。请找出符合上述条件的采伐区，输出森林采伐图。伐图。解题过程解题过程 首先要以区域的道路首先要以区域的道路分布图、河流分布图、森林分分布图、河流分布图、森林分布图为数据源。解题流程见图布图为数据源
29、。解题流程见图所示。所示。道路分布图道路分布图森林分布图森林分布图河流分布图河流分布图结束结束生成道路周围生成道路周围5km缓冲区缓冲区叠置叠置生成河流周围生成河流周围1km缓冲区缓冲区叠置叠置(1)(1)将该地区具有相同比例尺且进行配准的道路分布图、河流分布图、森将该地区具有相同比例尺且进行配准的道路分布图、河流分布图、森林分布图，进行预处理和数字化；林分布图，进行预处理和数字化；(2)(2)利用河流分布图生成利用河流分布图生成1km1km的等距离缓冲区；的等距离缓冲区；(3)(3)利用道路分布图生成利用道路分布图生成5km5km的等距离缓冲区；的等距离缓冲区；(4)(4)森林分布图中可采伐林地、道路缓冲区及河流缓冲区图进行叠置，叠森林分布图中可采伐林地、道路缓冲区及河流缓冲区图进行叠置，叠置条件表达式为置条件表达式为: : 采伐区采伐区 森林分布图中可伐林地森林分布图中可伐林地 道路周围道路周围5km5km缓冲区缓冲区 非河流周围非河流周围1 km1 km缓冲区缓冲区将上述将上述3 3张图进行两两叠置，所得结果即为森林采伐图。张图进行两两叠置，所得结果即为森林采伐图。
