GIS空間分析原理與方法

1、GIS空間分析原理與方法 學院： 資源與環(huán)境學院 專業(yè)： 地理信息系統(tǒng) 班級： 班 姓名： 李松青 學號： GIS空間分析原理與方法 地理信息系統(tǒng)是地理空間數(shù)據(jù)處理、分析的重要手段和平臺。在計算機軟硬件的支持下，對整個或部分地球表層（包括大氣層）空間中的有關地理分布數(shù)據(jù)進行采集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述的技術系統(tǒng)。地理信息系統(tǒng)的核心是功能是空間分析?？臻g分析使GIS超越一般空間數(shù)據(jù)庫、信息系統(tǒng)和地圖制圖系統(tǒng)，不僅能進行海量空間數(shù)據(jù)中隱藏的模式、關系和趨勢，挖掘出對科學決策具有指導意義的信息，從而解決復雜的地學應用問題，進行地學綜合研究。以下是對本冊內容的總結： 第一章 地理空間數(shù)據(jù)源

2、分析與GIS本章簡要回顧了20世紀50年代以來地理空間數(shù)據(jù)處理與建模領域，探討了GIS環(huán)境下空間分析的基本框架。1. 地理空間數(shù)據(jù)處理與建模 1.1數(shù)量地理學 講述了數(shù)量地理學的發(fā)展、與傳統(tǒng)地理學的比較及其地理分析模擬方法（地理系統(tǒng)分析，隨機數(shù)學方法，地理系統(tǒng)數(shù)學模擬）。 1.2 地理信息系統(tǒng) 主要介紹了GIS的概念與功能 1.3 地理計算 介紹了地理計算的概念與地理計算的模型和方法2. 地理空間數(shù)據(jù)挖掘 2.1 地理空間數(shù)據(jù)挖掘概述 介紹了數(shù)據(jù)挖掘的概念、發(fā)展及其體系結構 2.2 地理空間數(shù)據(jù)立方體 介紹了數(shù)據(jù)立方體的基本思想與數(shù)據(jù)立方體概念所涉及的維度類型（非空間維度，空間-非空間維度，空

3、間-空間維度），度量值（數(shù)值度量，空間度量）和成員屬性 2.3 聯(lián)機分析處理技術 介紹了OLAP概念以及與地理空間數(shù)據(jù)立方體的關系。 2.4 地理空間數(shù)據(jù)挖掘典型方法 地理空間數(shù)據(jù)挖掘主要方法有：地理空間統(tǒng)計方法，地理空間聚類方法，地理空間關聯(lián)分析，地理空間分類與預測分析，異常值分析3. GIS環(huán)境下的空間分析 3.1 空間分析概念 介紹了空間分析的概念與本質特征，空間分析的研究對象與目標 3.2 空間分析的萌芽與發(fā)展 介紹了空間分析的發(fā)展過程 3.3 GIS與空間分析 介紹了GIS與空間分析的關系以及地理信息系統(tǒng)未能大量引入專業(yè)空間分析模塊的原因。 3.4 GIS環(huán)境下空間分析框架 空間分析

4、方法分為如下六個方面：確定性分析，探索性空間數(shù)據(jù)分析，時空數(shù)據(jù)分析，專業(yè)模型集成分析，智能化空間分析，可視化空間分析第2章 GIS空間分析基礎1. 空間與地理空間 1.1 空間的概念 主要介紹了空間的概念，歐式空間的相關計算和變換。 1.2 地理空間 地理空間的特性：地理空間是多維的，地理空間具有可分性，地理空間具有尺度特征 1.3 地理空間的抽象 介紹了地理空間的抽象性2. 地理空間參考系統(tǒng) 2.1 地理空間坐標系統(tǒng)地理空間的坐標系統(tǒng)有：天球坐標系，地球坐標系（站心坐標系，地心坐標系，參心坐標系）常用的橢球面上的坐標系統(tǒng)：國家大地坐標系，高斯平面直角坐標系與UTM坐標系,WCS-84大地坐標

5、系，獨立坐標系。 2.2 地圖投影 介紹了地圖投影的基本原理與類型，地圖投影的選擇原則與我國GIS采用的地圖投影 2.3 地理網格 介紹了地理網格的基本含義及構建方法3. 地理空間數(shù)據(jù)特征 3.1 時空特征 地理系統(tǒng)具有時空的統(tǒng)一性，地理信息的時空特征是相對的，在一定條件下可以相互轉換。 3.2 多維結構 介紹了地理空間數(shù)據(jù)多維結構的特征。 3.3 多尺度性描述了地理空間數(shù)據(jù)的各種尺度的地理特征 3.4 不確定性 介紹了地理空間數(shù)據(jù)的不確定性特點 3.5 海量性特征 介紹了地理空間數(shù)據(jù)海量性特征。4. 地理空間問題 4.1 空間分布與格局 介紹了空間分布類型和空間分布分析 4.2 資源配置與規(guī)

6、劃 定位-配置分析包括自由選址與布局模型。 4.3 空間關系與影響 介紹了空間關系和影響。 4.4 空間動態(tài)與過程空間動態(tài)與過程研究的內容主要包括：時空數(shù)據(jù)的分類、時間量測、基于時間的平滑和綜合、變化的統(tǒng)計分析、時空蝶結啊、時間序列分析以及預測分析?？臻g分析與建模的方法。第3章 空間量測與計算1. 空間量測尺度 1.1 空間維和空間量測關系 介紹了0維、1維、2維、3維、4維空間目標與空間量測 1.2 幾何數(shù)據(jù)的量測尺度 1.3屬性數(shù)據(jù)的兩側尺度2. 基本幾何參數(shù)量測 2.1位置量測 包括絕對位置和相對位置，在空間分析中所需要的位置信息是關于點、線、面、體目標物的絕對和相對位置信息 2.2 中

7、心量測 規(guī)則的空間目標中心的就是該物體的中點，不規(guī)則面狀形體的幾何中心可以利用公式求得 ，多空間目標物的空間分布形態(tài)中心的確定可以先確定它的分布區(qū)域，將其分布中心的確定轉換為單一空間目標物中心的確定 2.3 重心量測 線狀物體和規(guī)則面狀物體的重心和中心是等同的，面狀物體的重心可以理解為多邊形的內部平衡點，面狀物體的中心可以通過計算機梯形重心的平均值得到。 2.4 長度量測 距離的量測，包括點到點，點到線，點到面，線到線和面狀目標物之間的距離量測 2.5 面積量測 量測目標物的面積 2.6 體積量測 量測目標物的體積3. 地理空間目標形態(tài)量測 包括線狀地物，面狀地物的形態(tài)量測方法和理論4. 空間

8、分布計算與分析 點模式的空間分布：分布密度、樣方分析、最鄰近分析，分布中心，分布軸線和離散度 線模式的空間分布：線密度，最鄰近分析、線狀對象的定向，連通度 區(qū)域模式的空間分布：離散區(qū)域分布模式、連續(xù)區(qū)域分布模式第4章 空間表達變換分析1. 空間表達 地理空間的表達形式：數(shù)據(jù)結構模型、空間參考系統(tǒng)、時空尺度和比例尺、圖形表達2. 空間數(shù)據(jù)格式轉換 空間數(shù)據(jù)格式類型：矢量數(shù)據(jù)結構，柵格數(shù)據(jù)結構 空間數(shù)據(jù)格式轉換方法：矢量數(shù)據(jù)向柵格數(shù)據(jù)的轉換、柵格數(shù)據(jù)向矢量數(shù)據(jù)的轉換3. 地理空間坐標轉換 坐標系統(tǒng)轉換方法：仿射變換、相似變換 地圖投影轉換方法：解析變換法、數(shù)值變換法、數(shù)值-解析變換法4. 空間尺度

9、變換 尺度變換方法：空間數(shù)據(jù)自動綜合、小波變換、LOD技術5. 圖形變換 圖形結構變換：截斷變換、概括變換、類別與級別變換、質量形式與數(shù)量形式的變換、連續(xù)化和離散化、圖形分解第5章 空間幾何關系分析1. 鄰近度分析 包括：緩沖區(qū)分析、泰森多邊形分析2. 疊加分析 包括空間要素圖形疊加和空間要素屬性疊加3. 網絡分析 網絡分析功能：路徑分析、連通分析、資源分配、流分析、動態(tài)分段、地址匹配 最短路徑算法：Dijkstra算法、弗洛伊德算法、矩陣算法第6章 空間統(tǒng)計學分析1. 空間統(tǒng)計分析方法的基本原理 區(qū)域變化量：當一個變量呈空間分布時，稱之為區(qū)域化，而所謂區(qū)域化變量就是指以空間點X的三個直接坐標

10、為自變量的隨機場，它常常反映某種空間現(xiàn)象的特征。 隨機過程協(xié)方差函數(shù)：CovZ（t1），Z（t2）=E【Z（t1）-EZ（t1）】【Z（t2）-EZ（t2）】 隨機場Z（x）的自協(xié)方差函數(shù)：CovZ（x），Z（x+h）=E【Z（x）Z（x+h）】-E【Z（x）】E【Z（x+h）】 變異函數(shù)：在一定條件下，當空間點x在一維x軸上變化時，區(qū)域變量Z（x）在x和x+h處的值Z（x）與Z（x+h）差的方差的一半定義為區(qū)域變量Z（x）在x軸上的變異函數(shù) 平穩(wěn)性假設：Z（x）與Z（x+h）之間的相關性不依賴于它們自身特定的空間位置。 內蘊假設：隨機函數(shù)Z（x）的增量只依賴于分隔他們向量h而不依賴于具體位置

11、。2. 空間自相關 空間自相關是指一些變量在同一個分布區(qū)內的觀測數(shù)據(jù)之間潛在的相互依賴性?？臻g自相關統(tǒng)計量是用于度量地理數(shù)據(jù)的一個基本性質：某位置上的數(shù)據(jù)與其他位置上的數(shù)據(jù)間的相互依賴程度。通常把這種依賴叫做空間依賴。3. 空間局部估計 介紹了半變異函數(shù)的概念及性質，以及影響半變異函數(shù)的主要因素（樣點間的距離和支撐的大小，樣本數(shù)量的大小，異常值的影響，比例效應的影響。飄逸的影響），還有半變異模型的合并方法。 克里格插值法：克里格方法又稱空間局部插值法，是以變異函數(shù)理論和結構分析為基礎，在有限區(qū)域內對區(qū)域化變量進行無偏最優(yōu)估計的一種方法，是地統(tǒng)計學的主要內容之一。克里格方法的適用范圍為區(qū)域化變量

12、存在空間相關性，即如果變異函數(shù)和結構分析的 結果表明區(qū)域化變量存在空間相關性，則可以利用克里格方法進行內插或外推；否則，是不可行的。其實質是利用區(qū)域化變量的原始數(shù)據(jù)和變異函數(shù)的結構特點，對未知樣點進行 線性無偏、最優(yōu)估計。無偏是指偏差的數(shù)學期望為0，最優(yōu)是指估計值與實際值之差的平 方和最小。也就是說，克里格方法是根據(jù)未知樣點有限鄰域內的若干已知樣本點數(shù)據(jù)，在 考慮了樣本點的形狀、大小和空間方位，與未知樣點的相互空間位置關系，以及變異函數(shù) 提供的結構信息之后，對未知樣點進行的一種線性無偏最優(yōu)估計。4. 確定性插值法 確定性插值法分為兩種：全局性插值法和局部插值法。 全局性插值法以整個研究區(qū)的樣點

13、數(shù)據(jù)集為基礎來計算預測值；局部插值法則使用一個大研究區(qū)域中較小的空間區(qū)域內的已知點來計算預測值。5. 探索性空間數(shù)據(jù)分析 主要介紹了探索性空間數(shù)據(jù)分析的基本理論和數(shù)學方法。第7章 空間三維建模與分析1. 三維景觀建模 體模型結構：三維柵格結構，八叉樹結構，結構實體幾何模型，四面體格網模型 面模型數(shù)據(jù)結構：Gird，TIN， 混合模型結構模型;TIN-CSG混合構模，TIN-Octree混合構模，Octree-TEN混合構模2. 三維數(shù)據(jù)的可視化表達 創(chuàng)建三維可視化場景的工具：OPenGL vrml 創(chuàng)建三維可視化場景的技術：數(shù)據(jù)預處理，投影變換，光照模型，消隱處理，紋理映射3. 數(shù)字地形分析

14、數(shù)字地形分析是隨著數(shù)字高程模型的發(fā)展而出現(xiàn)的地形分析方法4. 真三維GIS顯示與分析 介紹了地球橢球面DTM的特點，性質及建模方法和三維地層模型。第8章 地理網格計算1. 網格計算描述 介紹了網格計算的特點和網格體系結構（五層沙漏結構，OGSA）2. 網絡GIS 網絡GIS的特點，網絡GIS的體系結構和面向服務的網絡GIS。3. 網絡GIS關鍵技術 網絡GIS的關鍵技術有：中間件技術WEB service 平臺。第9章 智能化空間分析1. 空間分析智能化 介紹了地理空間數(shù)據(jù)的不確定性和智能化空間分析技術2. 智能計算技術 介紹了人工只能的發(fā)展和智能計算技術的概念特點以及組成。3. 模糊地理空間數(shù)據(jù)分析 模糊集合：模糊集合就是指具有某個模糊概念所描述的屬性的對象的全體。 模糊邏輯：