空間分析方法

班級(jí)：交工1102 姓名：高志波 學(xué)號(hào)：201111010212簡析幾種空間分析方法空間分析是對分析空間數(shù)據(jù)有關(guān)技術(shù)的統(tǒng)稱?？臻g分析賴以進(jìn)行的基礎(chǔ)是地理空間數(shù)據(jù)庫，其運(yùn)用的手段包括各種幾何的邏輯運(yùn)算、數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析，代數(shù)運(yùn)算等數(shù)學(xué)手段，最終的目的是解決人們所涉及到地理空間的實(shí)際問題，提取和傳輸?shù)乩砜臻g信息，特別是隱含信息，以輔助決策。緩沖區(qū)分析定義緩沖區(qū)分析是指根據(jù)分析對象的點(diǎn)、線、面實(shí)體，自動(dòng)建立其周圍一定距離的帶狀區(qū)，用以識(shí)別這些實(shí)體或者主體對鄰近對象的輻射范圍或者影響程度，是解決臨近度問題的空間分析工具之一。它在交通、林業(yè)、資源管理、城市規(guī)劃中有著廣泛的應(yīng)用。分類（1）基于點(diǎn)要素的緩沖區(qū)：通常以點(diǎn)為圓心、以一定距離為半徑的圓；（2）基于線要素的緩沖區(qū)：通常是以線為中心軸線，距中心軸線一定距離的平行條帶多邊形；（3）基于面要素的緩沖區(qū)：向外或向內(nèi)擴(kuò)展一定距離以生成新的多邊形?？臻g緩沖區(qū)分析模型緩沖區(qū)分析的三要素在進(jìn)行空間緩沖區(qū)分析時(shí)，通常要將研究的問題抽象為以下三類要素:①主體表示分析的主要目標(biāo)，一般分為點(diǎn)源、線源和面源三種類。②鄰近對象表示受主體影響的客體，例如行政界線變更時(shí)所涉及的居民區(qū)、森林遭砍伐時(shí)所影響的水土流失范圍等。③對象的作用條件表示主體對鄰近對象施加作用的影響條件或強(qiáng)度。緩沖區(qū)分析模型根據(jù)主體對鄰近對象作用性質(zhì)的不同，一般可采用以下三種不同的分析模型:線性模型、二次模型、指數(shù)模型線性模型力匕體對鄰近對象的影響度（即隨距離S）的增大而空線性形式衰減的，其表達(dá)式為：巧如喝） 0-30）四卜，見縫性哂工0:4/4 （5-31）四卜，見縫性哂工0亡=氣＜=I式中心為主體對鄰近對象的實(shí)際影響度；方為主體自身的綜合規(guī)模指數(shù)t",為鄰近對象離開.卜:休的實(shí)際距離］%為主體對鄰近對象的最大影響距離二次模型

用于當(dāng)K體對鄰近對象的影響度SJ隨距離S）的增大而呈「：次形式衰減時(shí)（圖529）,其表達(dá)式為：式中心為主體對鄰近對象的實(shí)際蛾響度;力為主體自身的綜合規(guī)模指數(shù)；內(nèi)為鄰近對象離開主體的實(shí)際距離；為為主體對鄰近對象的最大影響距離O與尸(5-32)r=d/d^(5-33)0<=rt<-用于當(dāng)K體對鄰近對象的影響度SJ隨距離S）的增大而呈「：次形式衰減時(shí)（圖529）,其表達(dá)式為：式中心為主體對鄰近對象的實(shí)際蛾響度;力為主體自身的綜合規(guī)模指數(shù)；內(nèi)為鄰近對象離開主體的實(shí)際距離；為為主體對鄰近對象的最大影響距離O與尸(5-32)r=d/d^(5-33)0<=rt<-ISL-25二次模型指數(shù)模型四、空間緩沖區(qū)分析在林業(yè)上的應(yīng)用已知一伐木公司，獲準(zhǔn)在某林區(qū)采伐，為防止水土流失，規(guī)定不得在河流周圍1km內(nèi)采伐林木。另外，為便于運(yùn)輸，決定將采伐區(qū)定在道路周圍5km之內(nèi)。請找出符合上述條件的采伐區(qū)，輸出森林采伐圖。解題過程首先要以區(qū)域的道路分布圖、河流分布圖、森林分布圖為數(shù)據(jù)源。解題流程見圖所示。式中巧為主體對鄰近對象的實(shí)際影響度；力為卞體自身的綜合規(guī)模指數(shù):4為鄰近對象離開主體的實(shí)際距離；心為主體對鄰近對象的最大影響距離口門，(5-34)n工iu 10005-3C元物穴型獻(xiàn).題流程（1）將該地區(qū)具有相同比例尺且進(jìn)行配準(zhǔn)的道路分布圖、河流分布圖、森林分布圖，進(jìn)行預(yù)處理和數(shù)字化；⑵利用河流分布圖生成1km的等距離緩沖區(qū)；生成.祖路冏倒5kE線沖區(qū)生成河流周國1km魂》|“父河流分布圖禰林分布圖道蛤分布圖⑶利用道路分布圖生成5km的等距離緩沖區(qū)；（4）森林分布圖中可采伐林地、道路緩沖區(qū)及河流緩沖區(qū)圖進(jìn)行疊置，疊置條件表達(dá)式為:采伐區(qū)=森林分布圖中可伐林地n道路周圍5km緩沖區(qū)n非河流周圍1km緩沖區(qū)將上述3張圖進(jìn)行兩兩疊置，所得結(jié)果即為森林采伐圖。疊置分析一、定義疊置分析是GIS中的一項(xiàng)非常重要的空間分析功能。是指在統(tǒng)一空間參考系統(tǒng)下，通過對兩個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行的一系列集合運(yùn)算，產(chǎn)生新數(shù)據(jù)的過程。這里提到的數(shù)據(jù)可以是圖層對應(yīng)的數(shù)據(jù)集，也可以是地物對象。疊置分析的疊置分析的目標(biāo)是分析在空間位置上有一定關(guān)聯(lián)的空間對象的空間特征和專屬屬性之間的相互關(guān)系。多層數(shù)據(jù)的疊置分析，不僅僅產(chǎn)生了新的空間關(guān)系，還可以產(chǎn)生新的屬性特征關(guān)系，能夠發(fā)現(xiàn)多層數(shù)據(jù)間的相互差異、聯(lián)系和變化等特征.在疊置分析中至少涉及到三個(gè)數(shù)據(jù)，其中一個(gè)數(shù)據(jù)的類型可以是點(diǎn)、線、面等，被稱作輸入數(shù)據(jù)（Demo中稱作被操作圖層/地物）；另一個(gè)數(shù)據(jù)是面數(shù)據(jù)被稱作疊置數(shù)據(jù)（Demo中稱作操作圖層/地物）；還有一個(gè)數(shù)據(jù)就是疊置結(jié)果數(shù)據(jù)，包含疊置后數(shù)據(jù)的幾何信息和屬性信息。根據(jù)GIS數(shù)據(jù)基本結(jié)構(gòu)不同，將GIS疊置分析分為基于矢量數(shù)據(jù)的疊置分析和基于柵格數(shù)據(jù)的疊置分析兩大類。二、分類疊置分析有以下幾種類型：.視覺信息疊置：視覺信息疊置是將不同側(cè)面的信息內(nèi)容疊置顯示在結(jié)果圖件或屏幕上，以便研究者判斷其相互空間關(guān)系，獲得更為豐富的空間信息。視覺信息疊置不產(chǎn)生新的數(shù)據(jù)層面，只是將多層信息復(fù)合顯示，便于分析。包括（1）點(diǎn)狀圖，線狀圖和面狀圖之間的疊置顯示。（2）面狀圖區(qū)域邊界之間或一個(gè)面狀圖與其他專題區(qū)域邊界之間的疊置。（3）遙感影象與專題地圖的疊置。（4）專題地圖與數(shù)字高程模型（DEM）疊置顯示立體專題圖。.點(diǎn)與多邊形疊置：實(shí)際上是計(jì)算多邊形對點(diǎn)的包含關(guān)系。還要進(jìn)行屬性信息處理。通常不直接產(chǎn)生新數(shù)據(jù)層面。例如一個(gè)中國政區(qū)圖（多邊形）和一個(gè)全國礦產(chǎn)分布圖（點(diǎn)），二者經(jīng)疊置分析后，并且將區(qū)圖多邊形有關(guān)的屬性信息加到礦產(chǎn)的屬性數(shù)據(jù)表中，然后通過屬性查詢，可以查詢指定省有多少種礦產(chǎn)，產(chǎn)量有多少；而且可以查詢，指定類型的礦產(chǎn)在哪些省里有分布等信息。.線與多邊形疊置：是比較線上坐標(biāo)與多邊形坐標(biāo)的關(guān)系，判斷線是否落在多邊形內(nèi)。計(jì)算過程通常是計(jì)算線與多邊形的交點(diǎn)，只要相交，就產(chǎn)生一個(gè)結(jié)點(diǎn)，將原線打斷成一條條弧段，并將原線和多邊形的屬性信息一起賦給新弧段。疊置的結(jié)果產(chǎn)生了一個(gè)新的數(shù)據(jù)層面。.多邊形疊置：多邊形疊置將兩個(gè)或多個(gè)多邊形圖層進(jìn)行疊置產(chǎn)生一個(gè)新多邊形圖層的操作，其結(jié)果將原來多邊形要素分割成新要素，新要素綜合了原來兩層或多層的屬性。一般的GIS軟件都提供了三種類型的多邊形疊置操作：疊置的結(jié)果產(chǎn)生了一個(gè)新的數(shù)據(jù)層面。.柵格圖層疊置：這種作用于不同數(shù)據(jù)層面上的基于數(shù)學(xué)運(yùn)算的疊置運(yùn)算，在地理信息系統(tǒng)中稱為地圖代數(shù)。地圖代數(shù)功能有三種不同的類型：（1）基于常數(shù)對數(shù)據(jù)層面進(jìn)行的代數(shù)運(yùn)算；（2）基于數(shù)學(xué)變換對數(shù)據(jù)層面進(jìn)行的數(shù)學(xué)變換（指數(shù)、對數(shù)、三角變換等）；（3）多個(gè)數(shù)據(jù)層面的代數(shù)運(yùn)算（加、減、乘、除、乘方等）和邏輯運(yùn)算（與、或、非、異或等）。三、GIS疊置分析在景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)中的應(yīng)用1.服務(wù)區(qū)場址的選擇分析在以往的項(xiàng)目中,根據(jù)筆者的規(guī)劃設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),往往是項(xiàng)目所有者提出建議地點(diǎn),規(guī)劃設(shè)計(jì)方進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果并結(jié)合設(shè)計(jì)人員的規(guī)劃設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),在主觀上確定一處、兩處或三處場址,然后再進(jìn)行深入調(diào)查分析、比較,最終得出服務(wù)區(qū)的場址地點(diǎn)。這樣的結(jié)果往往不是非常倉促的主觀臆斷的決定就是耗時(shí)漫長且效率和科學(xué)性不高的分析判斷。在本次規(guī)劃項(xiàng)目中,使用了GIS進(jìn)行了服務(wù)區(qū)的場址選擇,一改往常大尺度規(guī)劃時(shí)的郁悶心情,所有過程清晰明了,高效且分析結(jié)果的準(zhǔn)確程度令人滿意。以下就是本次規(guī)劃的分析步驟:首先,根據(jù)坡度與工程性建設(shè)的關(guān)系（建筑設(shè)計(jì)資料集第六冊）,服務(wù)區(qū)應(yīng)建在坡度15°以下的區(qū)域;其次,服務(wù)區(qū)應(yīng)處于高山反應(yīng)線以下;然后,坡向應(yīng)朝南的區(qū)域,滿足采光和冬季取暖要求;此外,應(yīng)使服務(wù)區(qū)較為隱蔽,視線不可達(dá),其目的是為了弱化建筑,強(qiáng)調(diào)區(qū)域自然的統(tǒng)一性。這也是對場地的尊重,對自然的尊重。在這樣一個(gè)自然景觀占主體的區(qū)域內(nèi),任何人工的造作都應(yīng)當(dāng)注意,尋求建筑與山景的“視覺和諧”（VisualHarmony）,達(dá)到二者的和諧共生。所以,我們歸納出以下選址的技術(shù)路線（見圖1）。實(shí)施步驟如下:步驟一：提取坡度W15°區(qū)域。在ArcView下，使用該風(fēng)景區(qū)坡度分析中SlopeofTingride,運(yùn)用［MapQuery］,提取坡度W15°區(qū)域。步驟二：提取南向坡向。在ArcView下，使用坡向分析中AspectofTingride,運(yùn)用［MapQuery］,提取坡向三157.5°且W202.5。的區(qū)域，適于興建服務(wù)區(qū)的地方有很多，此時(shí)還無法做出有益的判斷。步驟三：提取3000m高山反應(yīng)線。在ArcInfo下，加載該風(fēng)景區(qū)的Tin圖層，我們把新的高程屬性定位3個(gè)級(jí)別，分別為：1400m?2278m;2278m?3000m;3000m?4027m。重新生成數(shù)字高程。在海拔3000m以上的高原反應(yīng)區(qū)，弱勢群體的游客不能達(dá)到這里，更不能在這里修建服務(wù)區(qū)。在ArcView下我們可以得到準(zhǔn)確的高原反應(yīng)線。步驟四：提取南向的坡度W15°的區(qū)域。在ArcView下，使用上述步驟一、步驟二和步驟三的圖層，運(yùn)用［MapCalculator］數(shù)學(xué)算子，提取非高山反應(yīng)線以上的，坡向三157.5°且W202.5°,并坡度W15°的區(qū)域（見圖2），顯示了高山反應(yīng)線以下坡向?yàn)槟舷虻钠露萕15°的坡面區(qū)域。此時(shí)由圖上看來適于興建服務(wù)區(qū)的場址有4處，分別為A,B,C,D,其中A處面積最大,D處次之,B處最小。哪一個(gè)是服務(wù)區(qū)得最佳場址選地，還有待下一步分析。步驟五：重新在ArcView中提取不可見區(qū)域。在ArcView下,插入8個(gè)高點(diǎn)的--完整版學(xué)習(xí)資料分享 Point_LS.shp,進(jìn)行視閾分析，得不可見區(qū)域。步驟六：提取服務(wù)區(qū)場址區(qū)域。在ArcView下，使用上述步驟三和步驟四的圖層，運(yùn)用［MapCalculator］數(shù)學(xué)算子，提取服務(wù)區(qū)場址區(qū)域，即圖3中的A,D兩點(diǎn)。由分析結(jié)果看，服務(wù)區(qū)場址選擇有兩個(gè)區(qū)域，一南一北，即A,D兩處,B,C被排除。步驟七:分析結(jié)果。根據(jù)現(xiàn)狀情況,該規(guī)劃區(qū)域?yàn)橐荒媳遍L條形區(qū)域,考慮到均衡的原則,而且可根據(jù)進(jìn)一步的現(xiàn)場調(diào)查反饋結(jié)果，在A,D兩處之中任選一處。建議在面積較大的A處修建綜合性主服務(wù)區(qū)。2．優(yōu)良游覽區(qū)的選擇分析在本項(xiàng)目規(guī)劃時(shí),由于場地條件的廣袤性和復(fù)雜性,運(yùn)用GIS技術(shù)對場地進(jìn)行分析,來確定優(yōu)良游覽用地是十分必要的。首先,優(yōu)良游覽區(qū)要滿足充分的安全依據(jù),包括坡度的要求與控制,是否存在著塌方、泥石流等險(xiǎn)情,如果存在安全隱患,是不能夠作為可游覽區(qū)的用地的。根據(jù)規(guī)范,坡度大于25°屬于陡坡,對游人來說存在安全隱患,而且也不利于景觀設(shè)施的建設(shè)。其次,優(yōu)良游覽區(qū)應(yīng)該具有充沛的日照條件,本規(guī)劃設(shè)置為每天日照5h以上的南向坡向區(qū)域。第三,優(yōu)良可游覽區(qū)對海拔高度應(yīng)處于高原反應(yīng)線以下。第四,優(yōu)良游覽區(qū)還應(yīng)該選擇在地面較平坦的地塊,便于建設(shè)服務(wù)設(shè)施,給游人提供充分的休憩空間,而且有利于當(dāng)?shù)毓芾頇C(jī)構(gòu)的管理與提供緊急避難、救災(zāi)防火等。由此，我們得出以下優(yōu)良游覽區(qū)選擇的技術(shù)路線（見圖4）。實(shí)施步驟如下:步驟一：提取坡度W25°區(qū)域。在ArcView下，使用該風(fēng)景區(qū)坡度分析中SlopeofTingride,運(yùn)用[MapQuery],提取坡度W25°區(qū)域。步驟二：提取所有的南向坡向。在ArcView下，使用坡向分析中AspectofTingride,運(yùn)用[MapQuery],提取坡向三90°且W70°的區(qū)域。步驟三：提取全部的南向的坡度W25°的坡面。在ArcView下，使用上述步驟一和步驟二的圖層，運(yùn)用[MapCalculator]數(shù)學(xué)算子，疊置兩個(gè)圖層，顯示全部的坡向?yàn)槟舷蚱露萕25°的坡面區(qū)域步驟四：選擇非3000m以上的區(qū)域。將高山反應(yīng)線與步驟三疊置，選擇非高山反應(yīng)區(qū)域。步驟五：分析結(jié)果。根據(jù)步驟四的分析結(jié)果（見圖5）,并可結(jié)合現(xiàn)場的勘測結(jié)果,篩選出可作為優(yōu)良游覽區(qū)的位置,建設(shè)不同的景點(diǎn),形成不同聚合及分散的景區(qū)景點(diǎn)。陽5優(yōu)區(qū)游覽區(qū)的選樣分所可建設(shè)區(qū)的選擇分析同樣由于場地條件的廣袤性和復(fù)雜性，運(yùn)用GIS技術(shù)對場地進(jìn)行分析，來確定可建設(shè)用地也是非?？旖轀?zhǔn)確的。首先,可建設(shè)區(qū)域應(yīng)在坡度小于15°的區(qū)域,最好在原有地貌有破損,有水土流失的地方搞建設(shè),這樣可以避免破壞植被完好區(qū)域,最小限度的“震動(dòng)”原有生態(tài)平衡。其次,需在高山反應(yīng)線以下。最佳路徑分析定義最佳路徑分析是遙感和地理信息系統(tǒng)空間分析的重要技術(shù)之一,其目的就是找出一條從出發(fā)點(diǎn)到終點(diǎn)的最佳路徑（距離最小、時(shí)間最短或者是最喜歡的路線等）。根據(jù)數(shù)據(jù)類型,可劃分為基于柵格數(shù)據(jù)的最佳路徑分析和基于矢量數(shù)據(jù)的最佳路徑分析。基于矢量的最佳路徑分析,是沿著具體的路線和節(jié)點(diǎn),找出一條最佳的路線。該路線是原有矢量圖中多個(gè)線段的組合,主要應(yīng)用于交通路線的選擇等;基于柵格的最佳路徑分析,是以柵格數(shù)據(jù)（圖像數(shù)據(jù)、Arc/Info的GRID數(shù)據(jù)等）為基礎(chǔ)，找出一條最佳路徑。路徑分類靜態(tài)最佳路徑：由用戶確定權(quán)值關(guān)系后，即給定每條弧段的屬性，當(dāng)需求最佳路徑時(shí)，讀出路徑的相關(guān)屬性，求最佳路徑。動(dòng)態(tài)分段技術(shù)：給定一條路徑有多段線組成，要求標(biāo)注出這條路上的公里點(diǎn)或要求定位公路上的某一點(diǎn)，標(biāo)注出某條路上從某一公里數(shù)到另一公里數(shù)的路段。N條最佳路徑：確定起點(diǎn)、終點(diǎn)，求代價(jià)最小的幾條路徑，因?yàn)樵趯?shí)踐中往往盡求出最佳路徑并不能滿足要求，可能因?yàn)槟撤N因素不走最佳路徑，而走近似最佳路徑。最短路徑：確定起點(diǎn)、重點(diǎn)和所要經(jīng)過的中間點(diǎn)、中間連線，求最短路徑。動(dòng)態(tài)最佳路徑分析：實(shí)際網(wǎng)絡(luò)分析中權(quán)值是隨著權(quán)值系是變化的，而且可能會(huì)臨時(shí)出現(xiàn)一些障礙點(diǎn)，所以往往需要?jiǎng)討B(tài)的計(jì)算最佳路徑。最佳路徑法在射線追蹤上的應(yīng)用1．基本原理最佳路徑射線追蹤方法是基于圖形理論的射線追蹤技術(shù)［12-17］。將二維介質(zhì)模型離散化,并假定每個(gè)網(wǎng)格內(nèi)慢度S為常數(shù)。在每個(gè)網(wǎng)格界上設(shè)置節(jié)點(diǎn)，并在每個(gè)網(wǎng)格內(nèi)部將各節(jié)點(diǎn)連接起來在整個(gè)空間形成一個(gè)空間網(wǎng)絡(luò)圖。相鄰節(jié)點(diǎn)之間的旅行時(shí)為它們之間的歐氏距離與其平均慢度之積。如圖1所示,在圖中從一個(gè)節(jié)點(diǎn)出發(fā)到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)接收的射線可通過網(wǎng)絡(luò)圖