某大學(xué)城市與資源學(xué)系課件

第六章GIS空間分析原理與方法10/13/20221西北大學(xué)城市與資源學(xué)系第六章GIS空間分析原理與方法10/11/20221西北空間分析是GIS系統(tǒng)的重要功能之一,是GIS系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)輔助繪圖系統(tǒng)的主要區(qū)別。空間分析的對(duì)象是一系列跟空間位置有關(guān)的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)包括空間坐標(biāo)和專業(yè)屬性兩部分。其中空間坐標(biāo)用于實(shí)體的空間位置和幾何形態(tài)，專業(yè)屬性則是實(shí)體某一方面的性質(zhì)?？臻g分析10/13/20222西北大學(xué)城市與資源學(xué)系空間分析是GIS系統(tǒng)的重要功能之一,是GIS系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)輔助空間分析定義字面定義：空間數(shù)據(jù)的分析和數(shù)據(jù)的空間分析空間數(shù)據(jù)分析描述空間對(duì)象的非空間特性方法：概率、數(shù)理統(tǒng)計(jì)等數(shù)學(xué)方法特點(diǎn)：幾何特征不是主要限制因子（例：聚類分析）數(shù)據(jù)處理與一般的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析基本一致分析結(jié)果依托于地理空間，描述的是空間過程，揭示空間規(guī)律和機(jī)制。數(shù)據(jù)空間分析描述空間對(duì)象的空間位置、關(guān)系，對(duì)空間對(duì)象進(jìn)行定量描述方法：空間統(tǒng)計(jì)學(xué)、圖論、拓?fù)鋵W(xué)、計(jì)算幾何等。特點(diǎn)：非嚴(yán)格意義的分析，是空間事物的描述和說明，特征提取和參數(shù)計(jì)算回答是什么、在那里、有多少和怎么樣，并不回答為什么。定義：空間分析是基于地理對(duì)象的位置和形態(tài)特征的空間數(shù)據(jù)分析技術(shù)，其目的在于提取和傳輸空間信息10/13/20223西北大學(xué)城市與資源學(xué)系空間分析定義字面定義：空間數(shù)據(jù)的分析和數(shù)據(jù)的空間分析10/1空間分析的主要內(nèi)容空間位置：借助于空間坐標(biāo)系傳遞空間對(duì)象的定位信息，是空間對(duì)象表述的研究基礎(chǔ)，即投影與轉(zhuǎn)換理論?？臻g分布：同類空間對(duì)象的群體定位信息，包括分布、趨勢、對(duì)比等內(nèi)容?？臻g形態(tài)：空間對(duì)象的幾何形態(tài)空間距離：空間物體的接近程度空間關(guān)系：空間對(duì)象的相關(guān)關(guān)系，包括拓?fù)?、方位、相似、相關(guān)等。10/13/20224西北大學(xué)城市與資源學(xué)系空間分析的主要內(nèi)容空間位置：借助于空間坐標(biāo)系傳遞空間對(duì)象的空間分析、GIS和空間模型空間分析和空間模型是不同層次上的概念空間分析是基本的，解決一般問題的理論和方法，空間模型是復(fù)雜的，解決專門問題的理論和方法。例：工廠選址與水庫選址，水土流失應(yīng)用模型無可枚舉，而空間分析技術(shù)是有限的。應(yīng)用模型建立過程比較復(fù)雜，有些還不能用數(shù)學(xué)方法描述，空間分析技術(shù)為解決復(fù)雜的應(yīng)用模型提供基本的分析工具。GIS是空間數(shù)據(jù)處理理論和方法的集成化實(shí)現(xiàn)。包含了大部分的空間分析技術(shù)，是GIS的技術(shù)特色?？臻g分析和空間模型是零件和機(jī)器的關(guān)系10/13/20225西北大學(xué)城市與資源學(xué)系空間分析、GIS和空間模型10/11/20225西北大學(xué)城市空間分析技術(shù)發(fā)展及存在問題空間分析技術(shù)發(fā)展各種地圖應(yīng)用（醫(yī)學(xué)應(yīng)用）定量分析空間對(duì)象的分布模式地理空間本身特征、空間決策過程、時(shí)空演化過程等空間分析發(fā)展存在問題地圖的直觀性，忽視地圖信息的解析性和復(fù)雜性，缺少對(duì)地圖應(yīng)用的研究數(shù)字地圖改變了地圖的應(yīng)用方式，展示了更為廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域和更為靈活的應(yīng)用方式空間分析是GIS區(qū)別與其他信息系統(tǒng)的標(biāo)志，是GIS技術(shù)的一個(gè)主要發(fā)展方向：管理型向分析決策型轉(zhuǎn)變10/13/20226西北大學(xué)城市與資源學(xué)系空間分析技術(shù)發(fā)展及存在問題空間分析技術(shù)發(fā)展10/11/202GIS空間分析模型地理信息系統(tǒng)不僅要完成管理大量復(fù)雜的地理數(shù)據(jù)的任務(wù)，更為重要的是要完成地理分析、評(píng)價(jià)、預(yù)測和輔助決策的任務(wù)，必須發(fā)展廣泛的適用于地理信息系統(tǒng)的地理分析模型，這是地理信息系統(tǒng)走向?qū)嵱玫年P(guān)鍵。模型：所謂模型，就是將系統(tǒng)的各個(gè)要素，通過適當(dāng)?shù)暮Y選，用一定的表現(xiàn)規(guī)則描寫出來的簡明的映象。通常表達(dá)了某個(gè)系統(tǒng)的發(fā)展過程或發(fā)展結(jié)果。地學(xué)模型：是用來描述地理系統(tǒng)各個(gè)要素之問相互關(guān)系和客觀規(guī)律的，它用信息的、語言的、數(shù)學(xué)的或其它表達(dá)形式，通常反映地學(xué)過程及其發(fā)展趨勢或結(jié)果。是在對(duì)系統(tǒng)所描述的具體對(duì)象與過程，進(jìn)行大量專業(yè)研究的基礎(chǔ)上，總結(jié)出來的客觀規(guī)律的抽象或模擬。地學(xué)模型也稱為專題分析模型。10/13/20227西北大學(xué)城市與資源學(xué)系GIS空間分析模型地理信息系統(tǒng)不僅要完成管理大量復(fù)雜的地理GIS空間分析模型數(shù)學(xué)模型：是應(yīng)用數(shù)學(xué)的語言和工具，對(duì)部分現(xiàn)實(shí)世界的信息(現(xiàn)象、數(shù)據(jù))加以翻譯、歸納的產(chǎn)物。數(shù)學(xué)模型經(jīng)過演繹、推導(dǎo)，給出數(shù)學(xué)上的分析、預(yù)報(bào)、決策或控制，再經(jīng)過解釋回到現(xiàn)實(shí)世界，完成實(shí)踐——理論——實(shí)踐這一循環(huán)10/13/20228西北大學(xué)城市與資源學(xué)系GIS空間分析模型數(shù)學(xué)模型：是應(yīng)用數(shù)學(xué)的語言和工具，對(duì)部分模型的作用和特點(diǎn)

應(yīng)用模型是聯(lián)系GIS應(yīng)用系統(tǒng)與常規(guī)專業(yè)研究的紐帶應(yīng)用模型是綜合利用GIS應(yīng)用系統(tǒng)中大量數(shù)據(jù)的工具應(yīng)用模型是GIS應(yīng)用系統(tǒng)解決各種實(shí)際問題的武器應(yīng)用模型是GIS應(yīng)用系統(tǒng)向更高技術(shù)水平發(fā)展的基礎(chǔ)10/13/20229西北大學(xué)城市與資源學(xué)系模型的作用和特點(diǎn)應(yīng)用模型是聯(lián)系GIS應(yīng)用系統(tǒng)與常規(guī)專業(yè)研究模型的分類

10/13/202210西北大學(xué)城市與資源學(xué)系模型的分類10/11/202210西北大學(xué)城市與資源學(xué)系非空間模型10/13/202211西北大學(xué)城市與資源學(xué)系非空間模型10/11/202211西北大學(xué)城市與資源學(xué)系空間模型10/13/202212西北大學(xué)城市與資源學(xué)系空間模型10/11/202212西北大學(xué)城市與資源學(xué)系數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)模型

從人類認(rèn)識(shí)的角度來看有精確的和模糊的兩種類型，因?yàn)榻^大多數(shù)地理現(xiàn)象難以用精確的定量關(guān)系劃分和表示，因此模糊的模型更為實(shí)用，結(jié)果也往往更接近實(shí)際，模糊評(píng)價(jià)一般經(jīng)過四個(gè)過程：評(píng)價(jià)因子的選擇與簡化；多因子重要性指標(biāo)(權(quán)重)的確定；因子內(nèi)各類別對(duì)評(píng)價(jià)目標(biāo)的隸屬度確定；選用某種方法進(jìn)行多因子綜合。10/13/202213西北大學(xué)城市與資源學(xué)系數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)模型從人類認(rèn)識(shí)的角度來看有精確的和模糊的兩種類型，主成分分析是通過數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析，求得各要素間線性關(guān)系的實(shí)質(zhì)上有意義的表達(dá)式，將眾多要素的信息壓縮表達(dá)為若干具有代表性的合成變量，這就克服了變量選擇時(shí)的冗余和相關(guān)，然后選擇信息最豐富的少數(shù)因子進(jìn)行各種聚類分析，構(gòu)造應(yīng)用模型。10/13/202214西北大學(xué)城市與資源學(xué)系主成分分析10/11/202214西北大學(xué)城市與資源學(xué)系設(shè)有n個(gè)樣本，p個(gè)變量。將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成一組新的特征值——主成分，主成分是原變量的線性組合且具有正交特征。即將x1，x2，…，xp綜合成m(m＜p)個(gè)指標(biāo)zl，z2，…，zm，即z1=l11*x1+l12*x2+...+l1p*xp

z2=l21*x1+l22*x2+...+l2p*xp

..................

zm=lm1*x1+lm2*x2+...+lmp*xp10/13/202215西北大學(xué)城市與資源學(xué)系設(shè)有n個(gè)樣本，p個(gè)變量。將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成一組新的特征值——主這樣決定的綜合指標(biāo)z1，z2，…，zm分別稱做原指標(biāo)的第一，第二，…，第m主成分，且z1，z2，…，zm在總方差中占的比例依次遞減。而實(shí)際工作中常挑選前幾個(gè)方差比例最大的主成分，從而簡化指標(biāo)間的關(guān)系，抓住了主要矛盾。主成份分析這一數(shù)據(jù)分析技術(shù)是把數(shù)據(jù)減少到易于管理的程度，也是將復(fù)雜數(shù)據(jù)變成簡單類別便于存儲(chǔ)和管理的有力工具。地理研究和生態(tài)研究的GIS用戶常使用上述技術(shù)，因而應(yīng)把這些變換函數(shù)作為GIS的組成部分。10/13/202216西北大學(xué)城市與資源學(xué)系這樣決定的綜合指標(biāo)z1，z2，…，zm分別稱做原指標(biāo)的第一，AHP方法把相互關(guān)聯(lián)的要素按隸屬關(guān)系分為若干層次，請(qǐng)有經(jīng)驗(yàn)的專家對(duì)各層次各因素的相對(duì)重要性給出定量指標(biāo)，利用數(shù)學(xué)方法綜合專家意見給出各層次各要素的相對(duì)重要性權(quán)值，作為綜合分析的基礎(chǔ)。例如要比較n個(gè)因素y＝{yl，y2，…，yn}對(duì)目標(biāo)Z的影響，確定它們?cè)趜中的比重，每次取兩個(gè)因素yi和yJ，用aij表示yi與yJ對(duì)Z的影響之比，全部比較結(jié)果可用矩陣A＝(aij)n*n表示，A叫成對(duì)比矩陣，它應(yīng)滿足：

aij>0,aji=1/aij

(i,j=1,2,...n)使上式成立的矩陣稱互反陣，必有aii＝l。層次分析法(AHP)

10/13/202217西北大學(xué)城市與資源學(xué)系層次分析法(AHP)10/11/202217西北大學(xué)城市與在旅游問題中，假設(shè)某人考慮5個(gè)因素：費(fèi)用yl、景色y2，居住條件y3,飲食條件y4、旅途條件y5。他用成對(duì)比較法得到的互反陣是：

在上式中a12＝2表示yl與景色y2對(duì)選擇旅游點(diǎn)(目標(biāo)Z)的重要性之比為2:1；a13＝7，表示費(fèi)用yl與居住條件y3之比為7:1；a23＝4，則表示景色y2與居住條件y3之比為4：1。110/13/202218西北大學(xué)城市與資源學(xué)系在旅游問題中，假設(shè)某人考慮5個(gè)因素：費(fèi)用yl、景色y2，居住聚類分析的主要依據(jù)是把相似的樣本歸為一類，而把差異大的樣本區(qū)分開來。在由m個(gè)變量組成為m維的空間中可以用多種方法定義樣本之間的相似性和差異性統(tǒng)計(jì)量。例：用xik表示第i個(gè)樣本第k個(gè)指標(biāo)的數(shù)據(jù)，xjk表示第j個(gè)樣本第k個(gè)指標(biāo)數(shù)據(jù)；dij表示第i個(gè)樣本和第j個(gè)樣本之間的距離,根據(jù)不同的需要，距離可以定義為許多類型，最常見、最直觀的距離是歐幾里德距離，即：聚類分析分析10/13/202219西北大學(xué)城市與資源學(xué)系聚類分析分析10/11/202219西北大學(xué)城市與資源學(xué)系依次求出任何兩個(gè)點(diǎn)的距離系數(shù)dij(i，j＝l，2，…，n)以后，則可形成一個(gè)距離矩陣它反映了地理單元的差異情況，在此基礎(chǔ)上就可以根據(jù)最短距離法或最長距離法或中位線法等，進(jìn)行逐步歸類，最后形成一張聚類分析譜系圖。10/13/202220西北大學(xué)城市與資源學(xué)系依次求出任何兩個(gè)點(diǎn)的距離系數(shù)dij(i，j＝l，2，…，n)九大農(nóng)業(yè)區(qū)聚類分析譜系圖10/13/202221西北大學(xué)城市與資源學(xué)系九大農(nóng)業(yè)區(qū)聚類分析譜系圖10/11/202221西北大學(xué)城市判別分析

判別分析與聚類分析同屬分類問題，所不同的是，判別分析是預(yù)先根據(jù)理論與實(shí)踐確定等級(jí)序列的因子標(biāo)準(zhǔn)，再將待分析的地理實(shí)體安排到序列的合理位置上的方法，對(duì)于諸如水土流失評(píng)價(jià)、土地適宜性評(píng)價(jià)等有一定理論根據(jù)的分類系統(tǒng)定級(jí)問題比較適用。

10/13/202222西北大學(xué)城市與資源學(xué)系判別分析判別分析與聚類分析同屬分類問題，所不同的是，判別分判別分析

判別分析要求根據(jù)已知的地理特征值進(jìn)行線性組合，構(gòu)成一個(gè)線性判別函數(shù)Y，即：式中，Ck(k＝l，2，…，m)為判別系數(shù)，它可反映各要素或特征值作用方向、分辨能力和貢獻(xiàn)率的大小。只要確定了Ck，判別函數(shù)y也就確定了。Xk為已知各要素(變量)的特征值。10/13/202223西北大學(xué)城市與資源學(xué)系判別分析判別分析要求根據(jù)已知的地理特征值進(jìn)行線性組合，構(gòu)成空間數(shù)據(jù)的量算

空間信息的自動(dòng)化量算是地理信息系統(tǒng)所具有的重要功能，也是進(jìn)行空間分析的定量化基礎(chǔ)。其中的主要量算有：質(zhì)心量算幾何量算形狀量算10/13/202224西北大學(xué)城市與資源學(xué)系空間數(shù)據(jù)的量算空間信息的自動(dòng)化量算是地理信息系統(tǒng)所具有的重質(zhì)心量算定義：目標(biāo)的半徑位置或保持均勻的平衡點(diǎn)，一般為多邊形的幾何中心或重心。計(jì)算公式：10/13/202225西北大學(xué)城市與資源學(xué)系質(zhì)心量算定義：目標(biāo)的半徑位置或保持均勻的平衡點(diǎn)，一般為多邊形質(zhì)心量算或者：i為離散目標(biāo)，w為權(quán)重，x，y為目標(biāo)坐標(biāo)應(yīng)用跟蹤某些地理分布的變化，如人口變遷、土地類型變化等。簡化復(fù)雜目標(biāo)的模型建立等10/13/202226西北大學(xué)城市與資源學(xué)系質(zhì)心量算或者：10/11/202226西北大學(xué)城市與資源學(xué)系幾何量算幾何量算對(duì)點(diǎn)、線、面、體4類目標(biāo)物而言，其含義不同的：點(diǎn)狀目標(biāo)：坐標(biāo)；線狀目標(biāo)：長度、曲率、方向；面狀目標(biāo)：面積、周長等；體狀目標(biāo)：表面積、體積等。10/13/202227西北大學(xué)城市與資源學(xué)系幾何量算幾何量算對(duì)點(diǎn)、線、面、體4類目標(biāo)物而言，其含義不同的幾何量算

n

維勻質(zhì)空間廣義距離公式j(luò)(xj,yj)i(xi,yi)ijij距離計(jì)算公式n維非勻質(zhì)空間距離計(jì)算q=2，二維歐氏距離q=1，曼哈頓距離q=0.6,非歐氏距離10/13/202228西北大學(xué)城市與資源學(xué)系幾何量算n維勻質(zhì)空間廣義距離公式j(luò)(xj,yj)i(x幾何量算線長度可由兩點(diǎn)間直線距離相加得到。面積和周長的計(jì)算。在平面直角坐標(biāo)系中，計(jì)算面積時(shí)，計(jì)算y值以下面積．按矢量方向，分別求出向右向左兩個(gè)方向各自的面積，它們的絕對(duì)值之差，便是多邊形面積值，周長則是線段之和。

10/13/202229西北大學(xué)城市與資源學(xué)系幾何量算線長度可由兩點(diǎn)間直線距離相加得到。10/11/202形狀量算地物外形是影像處理中模式識(shí)別的一個(gè)重要部分。例如海岸線的外形是島嶼的重要特征，森林中不同類型的土地外形對(duì)野生生物顯得非常重要。目標(biāo)物的外觀是多變的，很難找到一個(gè)準(zhǔn)確的量對(duì)其進(jìn)行描述。基本考慮：空間完整性、多邊形形狀特征10/13/202230西北大學(xué)城市與資源學(xué)系形狀量算地物外形是影像處理中模式識(shí)別的一個(gè)重要部分。例如海岸形狀量算第一種量算方法：首先統(tǒng)計(jì)線段的總長度得到多邊形的周長，然后與同該多邊形面積相同的圓的周長進(jìn)行比較。將多邊形周長與圓周長相除得到一個(gè)參數(shù)，可以很快比較出多邊形的不同來。10/13/202231西北大學(xué)城市與資源學(xué)系形狀量算第一種量算方法：10/11/202231西北大學(xué)城市形狀量算第二種量算方法：從多邊形中心畫出一組規(guī)則半徑，設(shè)其半徑長為，圓的半徑長為，然后計(jì)算參量從而比較出多邊形的差別來。10/13/202232西北大學(xué)城市與資源學(xué)系形狀量算第二種量算方法：10/11/202232西北大學(xué)城市形狀量算第三種量算方法：如果認(rèn)為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的圓目標(biāo)既非緊湊型也非膨脹型，則可定義其形狀系數(shù)為：

其中，P為目標(biāo)物周長，A為目標(biāo)物面積。如果r＜1，目標(biāo)物為緊湊型；r＝1，目標(biāo)物為一標(biāo)準(zhǔn)圓；r＞1，目標(biāo)物為膨脹型。10/13/202233西北大學(xué)城市與資源學(xué)系形狀量算第三種量算方法：10/11/202233西北大學(xué)城市形狀量算圓U=1U>1膨脹型U<1緊縮型形狀特征描述參數(shù)10/13/202234西北大學(xué)城市與資源學(xué)系形狀量算圓U>1U<1形狀特征描述參數(shù)10/11/20223空間數(shù)據(jù)的內(nèi)插

通過已知點(diǎn)或分區(qū)的數(shù)據(jù)，推求任意點(diǎn)或分區(qū)數(shù)據(jù)的方法稱為空間數(shù)據(jù)的內(nèi)插。其方法是從存在的觀測數(shù)據(jù)中找到一個(gè)函數(shù)關(guān)系式，使該關(guān)系式最好地逼近這些已知的空間數(shù)據(jù)，并能根據(jù)函數(shù)關(guān)系式推求出區(qū)域范圍內(nèi)其它任意點(diǎn)或任意分區(qū)的值。一般來講，在已存在觀測點(diǎn)的區(qū)域范圍之內(nèi)估計(jì)未觀測點(diǎn)的特征值的過程稱內(nèi)插；在已存在觀測點(diǎn)的區(qū)域范圍之外估計(jì)未觀測點(diǎn)的特征值的過程稱推估?？臻g數(shù)據(jù)的內(nèi)插有離散空間內(nèi)插和連續(xù)空間內(nèi)插10/13/202235西北大學(xué)城市與資源學(xué)系空間數(shù)據(jù)的內(nèi)插通過已知點(diǎn)或分區(qū)的數(shù)據(jù)，推求任意點(diǎn)或分區(qū)數(shù)據(jù)空間數(shù)據(jù)的內(nèi)插空間數(shù)據(jù)的內(nèi)插是地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理常用的方法之一，廣泛應(yīng)用于等值線自動(dòng)制圖、數(shù)字高程模型的建立、不同區(qū)域界線現(xiàn)象的相關(guān)分析和比較研究等。連續(xù)空間內(nèi)插技術(shù)包括樣條函數(shù)、最小二乘趨勢面、傅里葉級(jí)數(shù)、克里金(Kriging)的移動(dòng)平均法等。也可以分為整體擬合和局部擬合技術(shù)兩大類。

10/13/202236西北大學(xué)城市與資源學(xué)系空間數(shù)據(jù)的內(nèi)插空間數(shù)據(jù)的內(nèi)插是地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理常用的方法整體擬合趨勢面分析：多項(xiàng)式回歸分析是描述長距離漸變特征的最簡單方法。多項(xiàng)式回歸的基本思想是用多項(xiàng)式表示的線或面按最小二乘法原理對(duì)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行擬合，線或面多項(xiàng)式的選擇取決于數(shù)據(jù)是一維還是二維。A、地理特征Z是X的線性函數(shù)：表達(dá)式

Z=B0+B1X其中：B0、B1為多項(xiàng)式系數(shù)

10/13/202237西北大學(xué)城市與資源學(xué)系整體擬合趨勢面分析：多項(xiàng)式回歸分析是描述長距離漸變特征的最簡整體擬合B、二次或更高次的多項(xiàng)式：C、二次趨勢面的數(shù)學(xué)模型（二維）：

D、三次趨勢面的數(shù)學(xué)模型：10/13/202238西北大學(xué)城市與資源學(xué)系整體擬合B、二次或更高次的多項(xiàng)式：10/11/202238西整體擬合傅里葉級(jí)數(shù)：用正弦和余弦的線性組合來模擬觀測值的變化，亦即描述一維或二維變化情況。一般情況下，除溪流、沙丘等明顯的周期性特征外，地球表面的其它特征都很復(fù)雜，且難以用周期函數(shù)來嚴(yán)格地表示它們的變化。一維傅里葉級(jí)數(shù)已廣泛用于時(shí)間級(jí)數(shù)分析和氣象變化的應(yīng)用研究。二維傅里葉級(jí)數(shù)在研究沉積巖的地質(zhì)構(gòu)造中用得較多。10/13/202239西北大學(xué)城市與資源學(xué)系整體擬合傅里葉級(jí)數(shù)：用正弦和余弦的線性組合來模擬觀測值的變化局部內(nèi)插法

樣條函數(shù)：計(jì)算機(jī)用于曲線與數(shù)據(jù)點(diǎn)擬合以前，制圖員用曲線規(guī)逐段地?cái)M合出平滑的曲線。這種靈活的曲線規(guī)繪成的分段曲線稱為樣條。與樣條匹配的那些數(shù)據(jù)點(diǎn)稱為樁點(diǎn)。樣條函數(shù)是分段函數(shù)，一次擬合只有少數(shù)數(shù)據(jù)點(diǎn)配準(zhǔn)，同時(shí)保證曲線段的連接處為平滑連續(xù)曲線。這就意味著樣條函數(shù)可以修改曲線中的某一段而不必重新計(jì)算整條曲線。10/13/202240西北大學(xué)城市與資源學(xué)系局部內(nèi)插法樣條函數(shù)：10/11/202240西北大學(xué)城市局部內(nèi)插法移動(dòng)擬合法：A、移動(dòng)平均法：在局部鄰域(或稱窗口)中計(jì)算各數(shù)據(jù)點(diǎn)的平均值來在未知點(diǎn)X處內(nèi)插變量Z值。B、二次多項(xiàng)式(曲面)：

yxOR10/13/202241西北大學(xué)城市與資源學(xué)系局部內(nèi)插法移動(dòng)擬合法：yxOR10/11/202241西北大柵格數(shù)據(jù)的窗口分析

3×3窗口5×5窗口7×7窗口圓形窗口 環(huán)形窗口 扇形窗口按窗口統(tǒng)計(jì)分析分類：MeanMaximumMinimumMedianSumRangeMajorityMinorityVariety按窗口形狀分類：矩形窗口圓型窗口環(huán)型窗口扇型窗口

10/13/202242西北大學(xué)城市與資源學(xué)系柵格數(shù)據(jù)的窗口分析3×3窗口柵格數(shù)據(jù)的窗口分析10/13/202243西北大學(xué)城市與資源學(xué)系柵格數(shù)據(jù)的窗口分析10/11/202243西北大學(xué)城市與資源柵格數(shù)據(jù)的聚類分析

根據(jù)設(shè)定的聚類條件對(duì)原有數(shù)據(jù)系統(tǒng)進(jìn)行有選擇的信息提取而建立新的柵格數(shù)據(jù)系統(tǒng)的方法。

在四種類型要素中提取其中要素2的聚類10/13/202244西北大學(xué)城市與資源學(xué)系柵格數(shù)據(jù)的聚類分析根據(jù)設(shè)定的聚類條件對(duì)原有數(shù)據(jù)系統(tǒng)進(jìn)行有選柵格數(shù)據(jù)的聚合分析

根據(jù)空間分辨力和分類表，進(jìn)行數(shù)據(jù)類型的合并或轉(zhuǎn)換以實(shí)現(xiàn)空間地域的兼并?？臻g聚合的結(jié)果往往將較復(fù)雜的類別轉(zhuǎn)換為較簡單的類別，并且常以較小比例尺的圖形輸出。當(dāng)從地點(diǎn)、地區(qū)到大區(qū)域的制圖綜合變換時(shí)常需要使用這種分析處理方法。

1、2類合并為b，3、4類合并為a2、3類合并為c，1、4類合并為d

10/13/202245西北大學(xué)城市與資源學(xué)系柵格數(shù)據(jù)的聚合分析根據(jù)空間分辨力和分類表，進(jìn)行數(shù)據(jù)類型的合柵格數(shù)據(jù)的信息復(fù)合分析信息復(fù)合模型(overlay)包括兩類：即簡單的視覺信息復(fù)合和較為復(fù)雜的疊加分類模型。常被用來進(jìn)行區(qū)域適應(yīng)性評(píng)價(jià)、資源開發(fā)利用、規(guī)劃等多因素分析研究工作。在數(shù)字遙感圖象處理工作中，利用該方法可以實(shí)現(xiàn)不同波段遙感信息的自動(dòng)合成處理。視覺信息復(fù)合是將不同專題的內(nèi)容疊加顯示在結(jié)果圖件上，參加復(fù)合的平面之間沒發(fā)生任何邏輯關(guān)系，仍保留原來的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；疊加分類模型則根據(jù)參加復(fù)合的數(shù)據(jù)平面各類別的空間關(guān)系重新劃分空間區(qū)域，使每個(gè)空間區(qū)域內(nèi)各空間點(diǎn)的屬性組合一致。10/13/202246西北大學(xué)城市與資源學(xué)系柵格數(shù)據(jù)的信息復(fù)合分析信息復(fù)合模型(overlay)包括兩類柵格數(shù)據(jù)的信息復(fù)合分析邏輯判斷復(fù)合法

ABCABCABCABCABCABCA.AND.B.AND.CA.NOT.(B.AND.C)A.AND.B.OR.CA.OR.B.OR.CA.XOR.B.XOR.CA.AND.(B.OR.C)10/13/202247西北大學(xué)城市與資源學(xué)系柵格數(shù)據(jù)的信息復(fù)合分析邏輯判斷復(fù)合法ABCABCABCAB柵格數(shù)據(jù)的信息復(fù)合分析數(shù)學(xué)運(yùn)算復(fù)合法：算術(shù)運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算算術(shù)運(yùn)算指兩層以上的對(duì)應(yīng)網(wǎng)格值經(jīng)加、減運(yùn)算，而得到新的柵格數(shù)據(jù)系統(tǒng)的方法。

111111111111111111111111111111111222231111111111111111111113ABCD=A+B+CE=|A-B|F=D-E10/13/202248西北大學(xué)城市與資源學(xué)系柵格數(shù)據(jù)的信息復(fù)合分析數(shù)學(xué)運(yùn)算復(fù)合法：算術(shù)運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算柵格數(shù)據(jù)的信息復(fù)合分析10/13/202249西北大學(xué)城市與資源學(xué)系柵格數(shù)據(jù)的信息復(fù)合分析10/11/202249西北大學(xué)城市與柵格數(shù)據(jù)的信息復(fù)合分析10/13/202250西北大學(xué)城市與資源學(xué)系柵格數(shù)據(jù)的信息復(fù)合分析10/11/202250西北大學(xué)城市與柵格數(shù)據(jù)的信息復(fù)合分析函數(shù)運(yùn)算指兩個(gè)以上層面的柵格數(shù)據(jù)系統(tǒng)以某種函數(shù)關(guān)系作為復(fù)合分析的依據(jù)進(jìn)行逐網(wǎng)格運(yùn)算，從而得到新的柵格數(shù)據(jù)系統(tǒng)的過程。應(yīng)用面：地學(xué)綜合分析、環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)、遙感數(shù)字圖像處理等領(lǐng)域土壤侵蝕多因子函數(shù)運(yùn)算復(fù)合分析10/13/202251西北大學(xué)城市與資源學(xué)系柵格數(shù)據(jù)的信息復(fù)合分析函數(shù)運(yùn)算指兩個(gè)以上層面的柵格數(shù)據(jù)系統(tǒng)以柵格數(shù)據(jù)的信息復(fù)合分析函數(shù)運(yùn)算10/13/202252西北大學(xué)城市與資源學(xué)系柵格數(shù)據(jù)的信息復(fù)合分析函數(shù)運(yùn)算10/11/202252西北大柵格數(shù)據(jù)的信息復(fù)合分析10/13/202253西北大學(xué)城市與資源學(xué)系柵格數(shù)據(jù)的信息復(fù)合分析10/11/202253西北大學(xué)城市與柵格數(shù)據(jù)的追蹤分析

對(duì)于特定的柵格數(shù)據(jù)系統(tǒng)，由某一個(gè)或多個(gè)起點(diǎn)，按照一定的追蹤線索進(jìn)行追蹤目標(biāo)或者追蹤軌跡信息提取的空間分析方法。64710252019168121521253422151117243230272112142531393225147202932332321123202628252016134202323181299417181712832310/13/202254西北大學(xué)城市與資源學(xué)系柵格數(shù)據(jù)的追蹤分析對(duì)于特定的柵格數(shù)據(jù)系統(tǒng)，由某一個(gè)或多個(gè)起矢量數(shù)據(jù)的包含分析

確定要素之間是否存在著直接的聯(lián)系，即矢量點(diǎn)、線、面之間是否存在在空間位置上的聯(lián)系，這是地理信息分析處理中常要提出的問題，也是在地理信息系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)圖形—屬性對(duì)位檢索的前提條件與基本的分析方法。在包含分析的具體算法中，點(diǎn)與點(diǎn)、點(diǎn)與線的包含分析一般均可以分別通過先計(jì)算點(diǎn)到點(diǎn)，點(diǎn)到線之間的距離，然后，利用最小距離閾值判斷包含的結(jié)果。點(diǎn)與面之間的包含分析，或稱為Point-Polygon分析。10/13/202255西北大學(xué)城市與資源學(xué)系矢量數(shù)據(jù)的包含分析確定要素之間是否存在著直接的聯(lián)系，即矢量矢量數(shù)據(jù)的包含分析10/13/202256西北大學(xué)城市與資源學(xué)系矢量數(shù)據(jù)的包含分析10/11/202256西北大學(xué)城市與資源矢量數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)分析

10/13/202257西北大學(xué)城市與資源學(xué)系矢量數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)分析10/11/202257西北大學(xué)城市與矢量數(shù)據(jù)的多邊形疊置分析

多邊形疊置分析也稱為Polygon-on-polygon疊置，它是指同一地區(qū)、同一比例尺的兩組或兩組以上的多邊形要素的數(shù)據(jù)文件進(jìn)行疊置。參加疊置分析的兩個(gè)圖層應(yīng)都是矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。若需進(jìn)行多層疊置，也是兩兩疊置后再與第三層疊置，依次類推。其中被疊置的多邊形為本底多邊形，用來疊置的多邊形為上覆多邊形，疊置后產(chǎn)生具有多重屬性的新多邊形。

10/13/202258西北大學(xué)城市與資源學(xué)系矢量數(shù)據(jù)的多邊形疊置分析多邊形疊置分析也稱為Polygon矢量數(shù)據(jù)的多邊形疊置分析10/13/202259西北大學(xué)城市與資源學(xué)系矢量數(shù)據(jù)的多邊形疊置分析10/11/202259西北大學(xué)城市矢量數(shù)據(jù)的多邊形疊置分析

合成疊置統(tǒng)計(jì)疊置10/13/202260西北大學(xué)城市與資源學(xué)系矢量數(shù)據(jù)的多邊形疊置分析合成疊矢量數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)分析

網(wǎng)絡(luò)分析的主要用途是：選擇最佳路徑；選擇最佳布局中心的位置。網(wǎng)絡(luò)分析的基本方法：路徑分析地址匹配資源分配10/13/202261西北大學(xué)城市與資源學(xué)系矢量數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)分析網(wǎng)絡(luò)分析的主要用途是：選擇最佳路徑；選擇矢量數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)分析網(wǎng)絡(luò)中的基本組成部分和屬性：鏈(Link)：網(wǎng)絡(luò)中流動(dòng)的管線，如街道，河流，水管等，其狀態(tài)屬性包括阻力和需求。障礙：禁止網(wǎng)絡(luò)中鏈上流動(dòng)的點(diǎn)。拐角點(diǎn)：出現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)鏈中所有的分割結(jié)點(diǎn)上狀態(tài)屬性的阻力，如拐彎的時(shí)間和限制(如不允許左拐)。中心：是接受或分配資源的位置，如水庫、商業(yè)中心、電站等。其狀態(tài)屬性包括資源容量，如總的資源量；阻力限額，如中心與鏈之間的最大距離或時(shí)間限制。站點(diǎn)：在路徑選擇中資源增減的站點(diǎn)，如庫房、汽車站等，其狀態(tài)屬性有要被運(yùn)輸?shù)馁Y源需求，如產(chǎn)品數(shù)。10/13/202262西北大學(xué)城市與資源學(xué)系矢量數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)分析網(wǎng)絡(luò)中的基本組成部分和屬性：10/11/2討論題某地區(qū)氣象觀測站的最優(yōu)設(shè)置目的：某地區(qū)內(nèi)有12個(gè)氣象觀測站，為了減少開支，計(jì)劃減少觀測站的數(shù)目。基本情況：已知該地區(qū)12個(gè)氣象觀測站的位置；已知10年來12個(gè)氣象觀測站測得的年降水量；問題：考慮減少那些觀測站可以使所得的降水量的信息足夠大？假設(shè)條件：該地區(qū)的地理特性具有一定的均勻性，而不是復(fù)雜多變的地理特性；相近地域的氣象特征具有較大的相似性和相關(guān)性；在距離較遠(yuǎn)的條件下，由于地形、環(huán)境等因素而造成不同區(qū)域的年降水量相似的可能性很小，可以忽略，不同區(qū)域年降水量的差異主要與距離有關(guān)。10/13/202263西北大學(xué)城市與資源學(xué)系討論題某地區(qū)氣象觀測站的最優(yōu)設(shè)置10/11/202263西北x1x2x6x3x7x10x11x4x8x12x5x9x1x2x3x4x5x6x7x8x9x10x11x12第1年276.2324.5158.6412.5292.8258.4334.1303.2292.9243.2159.7331.2第2年251.6287.3349.5297.4227.8453.6321.5451.0466.2307.5421.1455.1第3年192.7433.2289.9366.3466.2239.1357.4219.7245.7411.7357.0353.2第4年246.2232.4243.7372.5460.4158.9298.7314.5256.6327.0296.5423.0第5年291.7311.0502.4254.0245.6324.8401.0266.5251.3289.9255.4362.1第6年466.5158.9223.5425.1251.4321.0315.4317.4246.2277.5304.2410.7第7年258.6327.4432.1403.9256.6282.9389.7413.2466.5199.3282.1387.6第8年453.4365.5357.6258.1278.8467.2355.2228.5453.6315.6456.3407.2第9年158.5271.0410.2344.2250.0360.7376.4179.4159.2342.4331.2377.7第10年324.8406.5235.7288.8192.6284.9290.5343.7283.4281.2243.7411.110/13/202264西北大學(xué)城市與資源學(xué)系x1x2x6x3x7x10x11x4x8x12x5x9x1x數(shù)字地面模型及其應(yīng)用——概念DTM與DEM的概念

描述地球表面形態(tài)多種信息空間分布的有序數(shù)值陣列數(shù)學(xué)的角度Kp＝fk(up,vp)(k＝l，2，3，…，m;p＝1，2，3，…，n)DEM是DTM的一個(gè)子集。10/13/202265西北大學(xué)城市與資源學(xué)系數(shù)字地面模型及其應(yīng)用——概念DTM與DEM的概念10/11數(shù)字地面模型及其應(yīng)用——數(shù)據(jù)采集DTM的數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)源決定采集方法：（1）航空或航天遙感圖像為數(shù)據(jù)源（2）以地形圖為數(shù)據(jù)源（3）以地面實(shí)測記錄為數(shù)據(jù)源（4）其它數(shù)據(jù)源10/13/202266西北大學(xué)城市與資源學(xué)系數(shù)字地面模型及其應(yīng)用——數(shù)據(jù)采集DTM的數(shù)據(jù)采集10/11/數(shù)字地面模型及其應(yīng)用——表示方法DTM的表示方法主要有規(guī)則格網(wǎng)（GRID）表示法和不規(guī)則三角網(wǎng)(TIN)表示法，此外還有離散點(diǎn)表示法和數(shù)學(xué)分塊曲面表示法。規(guī)則格網(wǎng)（GRID）表示法結(jié)構(gòu)簡單、計(jì)算方便，但：a.地形簡單的地區(qū)存在大量冗余數(shù)據(jù)；b.如不改變格網(wǎng)大小，則無法適用于起伏程度不同的地區(qū)；c.對(duì)于某些特殊計(jì)算如視線計(jì)算時(shí)，格網(wǎng)的軸線方向被夸大；d.由于柵格過于粗略，不能精確表示地形的關(guān)鍵特征。10/13/202267西北大學(xué)城市與資源學(xué)系數(shù)字地面模型及其應(yīng)用——表示方法DTM的表示方法10/11/數(shù)字地面模型及其應(yīng)用——表示方法不規(guī)則三角網(wǎng)(TIN)表示法克服了高程矩陣中冗余數(shù)據(jù)的問題，而且能更加有效地用于各類以DTM為基礎(chǔ)的計(jì)算。但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜。10