GIS空間分析課件

第6章

空間分析

空間分析是基于地理對象位置和形態(tài)的數(shù)據(jù)分析技術(shù)，是從地理對象之間的空間關(guān)系中獲取派生信息和新的知識的方法.空間分析6.1緩沖區(qū)分析

6.2疊置分析

6.2.1點與多邊形疊加6.2.2線與多邊形疊加6.2.3多邊形與多邊形的疊加6.2.4柵格圖層疊加6.3網(wǎng)絡(luò)分析

6.1緩沖區(qū)分析

1.緩沖區(qū)概念

根據(jù)地理對象點、線、面的空間特性，按照一定距離自動建立對象周圍的區(qū)域范圍（緩沖區(qū)域）,用來分析該對象對緩沖區(qū)內(nèi)鄰近對象的影響程度。BufferAnalysis2.類型緩沖區(qū)分為：點緩沖區(qū)、線緩沖區(qū)、面緩沖區(qū)圖6-1為點對象、線對象、面對象及對象集合的緩沖區(qū)示例。

圖6-1點、線、多邊形的緩沖區(qū)3.緩沖區(qū)的建立原理點狀要素直接以其為圓心，以要求的緩沖區(qū)距離大小為半徑繪圓，所包容的區(qū)域即為所要求區(qū)域.線狀要素和面狀要素是以線狀要素或面狀要素的邊線為參考線，來做其平行線.4.應(yīng)用分析某地理要素（主體）對鄰近對象的影響6.1.1創(chuàng)建緩沖區(qū)

①打開參考圖層，并且設(shè)置為可選擇②建立保存結(jié)果的圖層，并且設(shè)置為可編輯③選擇參考圖層中的對象④選擇“對象”→“緩沖區(qū)”

“緩沖區(qū)對象“對話框要點如果參考圖層可編輯，那么緩沖區(qū)保存在參考圖層中可以對所有的對象建立相同大小的緩沖區(qū)可以對不同的對象建立不同大小的緩沖區(qū)可以對所有的對象建立一個緩沖區(qū)同一個對象可以建立多個緩沖區(qū)（a）多點緩沖區(qū)（b）多線緩沖區(qū)（c）多面緩沖區(qū)（a）單點緩沖區(qū)（b）單線緩沖區(qū)（c）單面緩沖區(qū)問題思考統(tǒng)計各個省會城市周圍200公里內(nèi)的城鎮(zhèn)個數(shù)統(tǒng)計省會城市周圍200公里內(nèi)的城鎮(zhèn)總數(shù)南京市周圍1000公里內(nèi)，間隔100公里的城鎮(zhèn)個數(shù)應(yīng)用舉例

確定拆遷區(qū)范圍及區(qū)內(nèi)建筑物狀況確定商業(yè)或服務(wù)中心的影響范圍預(yù)測災(zāi)害影響面積與損失評估特殊保護(hù)區(qū)域的確定環(huán)境污染源的污染空間確定環(huán)境監(jiān)測點的控制范圍微波接收站的影響與作用范圍6.2疊置分析

1.概念

在同一的坐標(biāo)系下將同一區(qū)域的兩個圖層進(jìn)行疊合，產(chǎn)生新的空間圖形和屬性。用于提取具有多重指定屬性特征的區(qū)域，或者根據(jù)區(qū)域的多重屬性進(jìn)行分級、分類。

其中，前者叫做地圖內(nèi)容的合成疊置；后者稱為地圖內(nèi)容的統(tǒng)計疊置。

合成疊置統(tǒng)計疊置6.2.1矢量圖層的疊置根據(jù)要素的空間類型分為:點、多邊形(面)疊合線、多邊形(面)疊合多邊形(面)、多邊形(面)疊合1.點與多邊形疊加

點與多邊形疊加，實際上是計算多邊形對點的包含關(guān)系。通過點與多邊形疊加，可以計算出每個多邊形類型里有多少個點，不但要區(qū)分點是否在多邊形內(nèi)，還要描述在多邊形內(nèi)部的點的屬性信息。

例如：一個中國政區(qū)圖（多邊形）和一個全國礦產(chǎn)分布圖（點），二者經(jīng)疊加分析后，并且將政區(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。點與多邊形疊置分析疊置結(jié)果圖層

鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)劃圖層

鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)作物圖層

江蘇省內(nèi)有多少鄉(xiāng)鎮(zhèn)？2.線與多邊形疊加

線與多邊形的疊加，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)。

例如：當(dāng)線狀圖層為河流，疊加的結(jié)果是多邊形將穿過它的所有河流打斷成弧段，可以查詢?nèi)我舛噙呅蝺?nèi)的河流長度，進(jìn)而計算它的河流密度等；如果線狀圖層為道路網(wǎng)，疊加的結(jié)果可以得到每個多邊形內(nèi)的道路網(wǎng)密度，內(nèi)部的交通流量，進(jìn)入、離開各個多邊形的交通量，相鄰多邊形之間的相互交通量。線與多邊形疊置分析鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)劃圖層

河流圖層 疊置結(jié)果圖層

江蘇省內(nèi)高速公路有多長?省邊界圖高速公路圖與江蘇省相交的高速公路刪除省外部分3.多邊形與多邊形的疊加

多邊形疊加將兩個或多個多邊形圖層進(jìn)行疊加產(chǎn)生一個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。多邊形與多邊形的疊加某個自然區(qū)在各省的面積

有多少？省邊界圖自然區(qū)分布圖6.2.2柵格圖層疊加

柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)空間信息隱含屬性信息明顯的特點，可以看作是最典型的數(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?？臻g模擬尤其需要通過各種各樣的方程將不同數(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。

同矢量數(shù)據(jù)多邊形疊置分析相比，柵格數(shù)據(jù)的更易處理，簡單而有效，不存在破碎多邊形的問題等優(yōu)點，使得柵格數(shù)據(jù)的疊置分析在各類領(lǐng)域應(yīng)用極為廣泛。根據(jù)柵格數(shù)據(jù)疊加層面來將柵格數(shù)據(jù)的疊置分析運(yùn)算方法分為以下三類：

柵格數(shù)據(jù)的疊置分析運(yùn)算方法:1.布爾邏輯運(yùn)算柵格數(shù)據(jù)一般可以按屬性數(shù)據(jù)的布爾邏輯運(yùn)算來檢索，即這是一個邏輯選擇的過程。設(shè)有A、B、C三個層面的柵格數(shù)據(jù)系統(tǒng)，一般可以用布爾邏輯算子以及運(yùn)算結(jié)果的文氏圖表示其一般的運(yùn)算思路和關(guān)系。布爾邏輯為AND、OR、XOR、NOTABCABCABCABCABCABCA.AND.B.AND.CA.AND.(NOT.(B.OR.C))A.AND.B.OR.CA.OR.B.OR.CA.XOR.B.XOR.CA.AND.(B.OR.C)A

B

C

柵格數(shù)據(jù)的算術(shù)運(yùn)算2.數(shù)學(xué)運(yùn)算指不同層面的柵格數(shù)據(jù)逐網(wǎng)格按一定的數(shù)學(xué)法則進(jìn)行運(yùn)算，從而得到新的柵格數(shù)據(jù)系統(tǒng)的方法。其主要類型有以下幾種：(1)算術(shù)運(yùn)算111111111111111111111111111111111222231111111111111111111113ABCD=A+B+CE=|A-B|F=D-E通過grid方式進(jìn)行疊加47ABA+BA*BA-B…3CIfA>3andB<4thenC=1分類，分區(qū)(2)函數(shù)運(yùn)算指兩個以上層面的柵格數(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。這種復(fù)合疊置分析方法被廣泛地應(yīng)用到地學(xué)綜合分析、環(huán)境質(zhì)量評價、遙感數(shù)字圖像處理等領(lǐng)域中。3.重分類

重分類是將屬性數(shù)據(jù)的類別合并或轉(zhuǎn)換成新類。即對原來數(shù)據(jù)中的多種屬性類型，按照一定的原則進(jìn)行重新分類，以利于分析。重分類時必須保證多個相鄰接的同一類別的圖形單元應(yīng)獲得相同的名稱，并將圖形單元合并，從而形成新的圖形單元6.3網(wǎng)絡(luò)分析1.網(wǎng)絡(luò)的概念

網(wǎng)絡(luò)是現(xiàn)實世界中，由鏈和結(jié)點組成的、帶有環(huán)路、并伴隨著一系列支配網(wǎng)絡(luò)中流動之約束條件的線網(wǎng)圖形。如：交通網(wǎng)——車流、人流 管網(wǎng)——水流、煤氣流、熱流 電網(wǎng)——電流

因特網(wǎng)Internet——信息流

網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本組成部分和屬性如下：1）鏈（Link）網(wǎng)絡(luò)中流動的管線，如街道、河流、水管等，其狀態(tài)屬性包括阻力和需求。2）結(jié)點（Node）網(wǎng)絡(luò)中鏈的結(jié)點，如港口、車站、電站等，其狀態(tài)屬性包括阻力和需求等。結(jié)點中又有下面幾種特殊的類型。障礙（Barrier），禁止網(wǎng)絡(luò)中鏈上流動的點。拐點（Turn），出現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)鏈中的分割結(jié)點上，狀態(tài)屬性有阻力，如拐彎的時間和限制（如在8：00到18：00不允許左拐）。中心（Center），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（如總量），阻力限額（中心到鏈的最大距離或時間限制）。站點（Stop），在路徑選擇中資源增減的結(jié)點，如庫房、車站等，其狀態(tài)屬性有資源需求，如產(chǎn)品數(shù)量。除了基本的組成部分外，有時還要增加一些特殊結(jié)構(gòu)，如鄰接點鏈表用來輔助進(jìn)行路徑分析。結(jié)點2.網(wǎng)絡(luò)分析網(wǎng)絡(luò)分析是運(yùn)籌學(xué)模型中的一個基本模型，根本目的是研究、籌劃一項網(wǎng)絡(luò)工程如何安排，并使其運(yùn)行效果最好.基本思想則在于人類活動總是趨于按一定目標(biāo)選擇達(dá)到最佳效果的空間位置。從網(wǎng)絡(luò)分析應(yīng)用功能的角度上，網(wǎng)絡(luò)分析劃分為路徑分析、資源分配和地址匹配。網(wǎng)絡(luò)分析——路徑分析

1）靜態(tài)求最佳路徑：在給定每條鏈上的屬性后，求最佳路徑。2）N條最佳路徑分析：確定起點或終點，求代價最小的N條路徑，因為在實踐中最佳路徑的選擇只是理想情況，由于種種因素而要選擇近似最優(yōu)路徑。3）最短路徑或最低耗費(fèi)路徑：確定起點、終點和要經(jīng)過的中間點、中間連線，求最短路徑或最小耗費(fèi)路徑。4）動態(tài)最佳路徑分析：實際網(wǎng)絡(luò)中權(quán)值是隨權(quán)值關(guān)系式變化的，可能還會臨時出現(xiàn)一些障礙點，需要動態(tài)的計算最佳路徑。粗線為從市第二醫(yī)院到江蘇省人民醫(yī)院的最短路徑的尋找最短路徑分析網(wǎng)絡(luò)分析——地址匹配

地址匹配實質(zhì)是對地理位置的查詢，它涉及到地址的編碼。地址匹配與其它網(wǎng)絡(luò)分析功能結(jié)合起來，可以滿足實際工作中非常復(fù)雜的分析要求。所需輸入的數(shù)據(jù)，包括地址表和含地址范圍的街道網(wǎng)絡(luò)及待查詢地址的屬性值。將路徑分析和地理編碼結(jié)合起來使用，如物流配送，需要將貨物