地理信息系統(tǒng)第講基本空間分析

地理信息系統(tǒng)第講基本空間分析第一頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期五2

概述空間分析是從空間數(shù)據(jù)中獲取有關(guān)地理對(duì)象的空間位置、分布、形態(tài)、形成和演變等信息的分析技術(shù)，是地理信息系統(tǒng)的核心功能之一，它特有的對(duì)地理信息的提取、表現(xiàn)和傳輸?shù)墓δ埽堑乩硇畔⑾到y(tǒng)區(qū)別于一般管理信息系統(tǒng)的主要功能特征。在空間分析的研究和實(shí)踐中，很多在應(yīng)用領(lǐng)域具有一定普遍意義的、涉及空間位置的分析手段和方法被總結(jié)、提煉出來，形成了在GIS軟件中均包含的一些固有的空間分析功能模塊。GIS基本空間分析，具體的有疊置分析、緩沖區(qū)分析、窗口分析和網(wǎng)絡(luò)分析。第二頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期五3

地圖操作邊界融合

(Dissolve)裁剪

(Clip)合并

(Merge)第三頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期五4

地圖操作：融合

消除具有相同屬性的多邊形邊界（數(shù)據(jù)分類）112413312413第四頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期五5

地圖操作：裁剪落入裁減區(qū)域范圍內(nèi)的輸入地圖要素第五頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期五6

地圖操作：合并兩幅或兩幅以上的地圖拼接成新圖合并第六頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期五疊置分析疊置分析是地理信息系統(tǒng)中常用的提取空間隱含信息的方法之一。疊置分析是將有關(guān)主題層組成的各個(gè)數(shù)據(jù)層面進(jìn)行疊置產(chǎn)生一個(gè)新的數(shù)據(jù)層面，其結(jié)果綜合了原來兩個(gè)或多個(gè)層面要素所具有的屬性；同時(shí)疊置分析不僅生成了新的空間關(guān)系，而且還將輸入的多個(gè)數(shù)據(jù)層的屬性聯(lián)系起來產(chǎn)生新的屬性關(guān)系。其中，被疊加的要素層面必須是基于相同坐標(biāo)系統(tǒng)的，基準(zhǔn)面相同的、同一區(qū)域的數(shù)據(jù)。第七頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期五8

把兩幅或多幅地圖進(jìn)行疊加以生成新的地圖的操作相同的空間尺度只能同時(shí)疊加兩幅地圖，但可連續(xù)操作疊加的結(jié)果：

幾何形狀改變

屬性改變第八頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期五疊置分析-矢量數(shù)據(jù)的疊置分析點(diǎn)與多邊形疊置點(diǎn)與多邊形疊置，是指一個(gè)點(diǎn)圖層與一個(gè)多邊形圖層相疊，疊置分析的結(jié)果往往是將其中一個(gè)圖層的屬性信息注入到另一個(gè)圖層中，然后更新得到的數(shù)據(jù)圖層；基于新數(shù)據(jù)圖層，通過屬性直接獲得點(diǎn)與多邊形疊加所需要的信息。輸出地圖包含輸入地圖相同的點(diǎn)要素，但點(diǎn)的屬性已為其落入的多邊形的屬性AB121A2B+=第九頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期五疊置分析-矢量數(shù)據(jù)的疊置分析線與多邊形疊置線與多邊形的疊置同點(diǎn)與多邊形疊置類似，線與多邊形的疊加，指一個(gè)線圖層與一個(gè)多邊形圖層相疊，疊置結(jié)果通常是將多邊形層的屬性注入另一個(gè)圖層中，然后更新得到的數(shù)據(jù)圖層；基于新數(shù)據(jù)圖層，通過屬性直接獲得線與多邊形疊加所需要的信息。AB11A1B+=第十頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期五疊置分析-矢量數(shù)據(jù)的疊置分析多邊形疊置多邊形疊置是GIS空間分析中的最常用的功能之一，也是疊置分析中最經(jīng)典的形式。多邊形疊置是將兩個(gè)或多個(gè)多邊形圖層進(jìn)行疊加，產(chǎn)生一個(gè)新的多邊形圖層。新圖層的多邊形是原來各圖層多邊形相交分割的結(jié)果，每個(gè)多邊形的屬性含有原圖層各個(gè)多邊形的所有屬性數(shù)據(jù)。AB+=121A1B2A2B第十一頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期五12

地圖疊置分析：聯(lián)合OR=第十二頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期五13

地圖疊置分析：相交AND=第十三頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期五14

地圖疊置分析：層疊加+=[(輸入地圖)AND(疊加地圖)]OR(輸入地圖)第十四頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期五15

地圖疊置分析：破碎多邊形處理在地圖疊加過程中，沿著兩個(gè)輸入地圖的共同邊界出現(xiàn)的極小多邊形。原因

數(shù)字化

原地圖誤差

遙感解譯

野外調(diào)查消除方法設(shè)置模糊容差最小制圖單元第十五頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期五疊置分析-柵格數(shù)據(jù)的疊置分析柵格數(shù)據(jù)由于其空間信息隱含屬性信息明確的特點(diǎn)，可以看作是最為典型的數(shù)據(jù)層面，通過數(shù)學(xué)關(guān)系建立不同數(shù)據(jù)層面之間的聯(lián)系是GIS提供的典型功能，空間模擬尤其需要通過各種各樣的方式將不同的數(shù)據(jù)層面進(jìn)行疊加運(yùn)算，以揭示某種空間現(xiàn)象或空間過程。在柵格數(shù)據(jù)內(nèi)部，疊加運(yùn)算是通過像元之間的各種運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)的。第十六頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期五疊置分析-柵格數(shù)據(jù)的疊置分析布爾邏輯運(yùn)算第十七頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期五疊置分析-柵格數(shù)據(jù)的疊置分析重分類第十八頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期五疊置分析-柵格數(shù)據(jù)的疊置分析數(shù)學(xué)運(yùn)算復(fù)合法第十九頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期五20

緩沖區(qū)分析緩沖把地圖分為兩個(gè)區(qū)域，一個(gè)區(qū)域在所選地圖要素制定距離之內(nèi)，另一個(gè)在制定距離之外。在指定距離之內(nèi)的區(qū)域稱為緩沖區(qū)常見緩沖區(qū)類型

點(diǎn)：圓形緩沖區(qū)

線：長條緩沖區(qū)

面：向內(nèi)、外的緩沖帶第二十頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期五第二十一頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期五22

基本緩沖區(qū)類型第二十二頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期五23

緩沖區(qū)變形緩沖距離不一定為常數(shù)

主流用200米，支流用100米可形成緩沖環(huán)核電站：5km,10km,20km,50km單側(cè)緩沖區(qū)單個(gè)緩沖區(qū)與完整緩沖區(qū)第二十三頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期五24

緩沖區(qū)變異第二十四頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期五25

緩沖區(qū)用途查詢空間分析

據(jù)學(xué)校一定距離內(nèi)不能有游戲廳

都是規(guī)劃中的河流一定范圍內(nèi)不能建筑

道路拆遷估算

商業(yè)選址中立區(qū)：抗議人群據(jù)政府的距離第二十五頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期五第二十六頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期五窗口分析地學(xué)信息除了在不同層面的因素之間存在著一定的制約關(guān)系之外,還表現(xiàn)在空間上存在著一定的關(guān)聯(lián)性。對(duì)于柵格數(shù)據(jù)所描述的某項(xiàng)地學(xué)要素，其中的(i，j)柵格往往會(huì)影響其周圍柵格的屬性特征。充分而有效地利用這種事物在空間上相聯(lián)系的特點(diǎn)，是地學(xué)分析的必然考慮因素。窗口分析是指對(duì)于柵格數(shù)據(jù)系統(tǒng)中的一個(gè)、多個(gè)柵格點(diǎn)或全部數(shù)據(jù)，開辟一個(gè)有固定分析半徑的分析窗口，并在該窗口內(nèi)進(jìn)行諸如極值、均值等一系列統(tǒng)計(jì)計(jì)算，或與其它層面的信息進(jìn)行必要的復(fù)合分析，從而實(shí)現(xiàn)柵格數(shù)據(jù)有效的水平方向擴(kuò)展分析。第二十七頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期五窗口分析中的三個(gè)要素：中心點(diǎn)，在單個(gè)窗口中的中心點(diǎn)可能就是一個(gè)柵格點(diǎn)，或者是分析窗口的最中間的柵格點(diǎn)，窗口分析運(yùn)算后的數(shù)值賦予它。分析窗口大小與類型，依據(jù)的單個(gè)窗口中的柵格分布狀況，如平滑運(yùn)算的3×3矩形窗口，扇形窗口等。運(yùn)算方式，圖層根據(jù)窗口分析類型運(yùn)算，依據(jù)不同的運(yùn)算方式獲得新的圖層，如DEM提取坡度、坡向運(yùn)算。第二十八頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期五具體實(shí)現(xiàn)來說，窗口分析是對(duì)一個(gè)柵格及其周圍柵格的數(shù)據(jù)分析技術(shù)，一般在單個(gè)圖層上進(jìn)行。進(jìn)行分析時(shí)，首先選擇合適的窗口大小、窗口類型，確定分析的目的，指定分析選用的運(yùn)算函數(shù)，從最初點(diǎn)開始進(jìn)行運(yùn)算得到新的柵格值，按次序逐點(diǎn)掃描整個(gè)格網(wǎng)進(jìn)行窗口運(yùn)算最后得到新的圖層第二十九頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期五第三十頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期五分析窗口的類型矩形窗口：是以目標(biāo)柵格為中心，分別向周圍八個(gè)方向擴(kuò)展一層或多層?xùn)鸥?。圓形窗口：是以目標(biāo)柵格為中心，向周圍作一等距離搜索區(qū)，構(gòu)成一圓形分析窗口。環(huán)形窗口：是以目標(biāo)柵格為中心，按指定的內(nèi)外半徑構(gòu)成環(huán)形分析窗口。扇形窗口：是以目標(biāo)柵格為起點(diǎn)，按指定的起始與終止角度構(gòu)成扇形分析窗口。其他窗口，如正六邊形等。第三十一頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期五窗口分析的類型統(tǒng)計(jì)運(yùn)算平均值統(tǒng)計(jì)（Mean）：新柵格值為分析窗口內(nèi)原柵格值的均值；最大值統(tǒng)計(jì)（Maximum）：新柵格值為分析窗口內(nèi)原柵格值的最大值；最小值統(tǒng)計(jì)（Minimum）：新柵格值為分析窗口內(nèi)原柵格值的最小值；中值統(tǒng)計(jì)（Median）：是指

這

個(gè)數(shù)的中數(shù)，若

為奇數(shù)，則

；若

為偶數(shù)，則

，新柵格值為分析窗口內(nèi)原柵格值的中值；求和統(tǒng)計(jì)（Sum）：新柵格值為分析窗口內(nèi)原柵格值的總和；標(biāo)準(zhǔn)差統(tǒng)計(jì)（Standarddeviation）：新柵格值為分析窗口內(nèi)原柵格值的標(biāo)準(zhǔn)差值；其他，諸如值域、模等。如圖8.18是11×11窗口大小的平均值統(tǒng)計(jì)的窗口分析。第三十二頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期五第三十三頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期五測(cè)度運(yùn)算范圍統(tǒng)計(jì)（Range）：是指分析窗口范圍內(nèi)統(tǒng)計(jì)值的范圍；多數(shù)統(tǒng)計(jì)（Majority）：是指分析窗口范圍內(nèi)絕大多數(shù)的統(tǒng)計(jì)值，頻率最高的單元值；少數(shù)統(tǒng)計(jì)（Minority）：是指分析窗口范圍內(nèi)較少數(shù)的統(tǒng)計(jì)值，頻率最低的單元值；種類統(tǒng)計(jì)（Variety）：是指分析窗口范圍內(nèi)統(tǒng)計(jì)值的種類，不同單元值的數(shù)目。第三十四頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期五函數(shù)運(yùn)算濾波運(yùn)算，如圖像卷積運(yùn)算，羅伯特梯度計(jì)算，拉普拉斯算法等，這些在遙感圖像處理方面應(yīng)用較廣。第三十五頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期五函數(shù)運(yùn)算地形參數(shù)運(yùn)算，如坡度坡向的運(yùn)算，平面曲率，剖面曲率的計(jì)算，水流方向矩陣，水流累計(jì)矩陣的獲得等。第三十六頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期五追蹤分析所謂柵格數(shù)據(jù)的追蹤分析是指，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)，按照一定的追蹤法則進(jìn)行追蹤目標(biāo)或者追蹤軌跡信息提取的空間分析方法。第三十七頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期五網(wǎng)絡(luò)分析網(wǎng)絡(luò)是指現(xiàn)實(shí)世界中，由鏈和結(jié)點(diǎn)組成的、帶有環(huán)路，并伴隨著一系列支配網(wǎng)絡(luò)中流動(dòng)之約束條件的線網(wǎng)圖形，它的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是點(diǎn)與線組成的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)分析是通過模擬、分析網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)以及資源在網(wǎng)絡(luò)上的流動(dòng)和分配等，研究網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、流動(dòng)效率及網(wǎng)絡(luò)資源等的優(yōu)化問題的領(lǐng)域。對(duì)地理網(wǎng)絡(luò)、城市基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行地理分析和模型化，是地理信息系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)分析功能的主要目的。第三十八頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期五網(wǎng)絡(luò)組成線狀要素——鏈點(diǎn)狀要素①障礙；②拐角點(diǎn)；③結(jié)點(diǎn)；④中心；⑤站點(diǎn)。第三十九頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期五網(wǎng)絡(luò)中的屬性阻強(qiáng)：指資源在網(wǎng)絡(luò)流動(dòng)中的阻力大小，如所花的時(shí)間，費(fèi)用等。它是描述鏈與拐角點(diǎn)所具有的屬性。資源容量：指網(wǎng)絡(luò)中心為了滿足各鏈的需求，能夠容納或提供的資源總數(shù)量，也指從其他中心流向該中心或從該中心流向其他中心的資源總量。資源需求量：指網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中具體的線路、鏈、結(jié)點(diǎn)所能收集的或可以提供給某一中心的資源量。第四十頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期五網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用路徑分析靜態(tài)最佳路徑；動(dòng)態(tài)分段技術(shù)；N條最佳路徑分析；最短路徑；動(dòng)態(tài)最佳路徑分析。第四十一頁，共四十三頁，編輯于2023年，星期五網(wǎng)絡(luò)