第2章GIS空間分析基礎(chǔ)

第二章

GIS空間分析基礎(chǔ)空間與地理空間地理空間參考系統(tǒng)地理空間數(shù)據(jù)特征地理空間問題地理信息系統(tǒng)區(qū)別于其他信息系統(tǒng)的獨(dú)特功能？空間分析處理的[對象]是地理空間目標(biāo)進(jìn)行GIS空間分析的[前提]和[基礎(chǔ)]是：理解空間與地理空間，熟識地理空間數(shù)據(jù)的特征2.1空間與地理空間2.1.1空間的概念2.1.2地理空間2.1.3地理空間的抽象是一個(gè)復(fù)雜的概念，具有多義性，既有與時(shí)間對應(yīng)的含義，也有“宇宙空間”的含義。一般指一系列結(jié)構(gòu)化物體及其相互間聯(lián)系的集合歐氏空間是對物理空間的一種數(shù)學(xué)理解與表達(dá)，是GIS中常用的一種重要空間。歐式空間擅長平面二維空間目標(biāo)的空間方位、規(guī)模的表達(dá)。拓?fù)淇臻g是另一種理解和描述物理空間的數(shù)學(xué)方法，也是GIS中常用的重要數(shù)學(xué)空間。而拓?fù)淇臻g則是描述空間目標(biāo)宏觀分布或目標(biāo)之間相互關(guān)系的有效方法。

空間

歐式空間

拓?fù)淇臻g空間的概念2.1.1空間的概念平面立體歐氏空間空間目標(biāo)的空間方位或規(guī)模的表達(dá)2.1.2地理空間

●

GIS中的地理空間：是指經(jīng)過投影變換后，在笛卡爾坐標(biāo)系中的地球表層特征空間

●GIS中的地理空間構(gòu)成：一般包括地理空間定位框架及其所連接的空間實(shí)體；

地理空間定位框架：即大地測量控制，為建立所有地理數(shù)據(jù)的坐標(biāo)位置提供通用參考系統(tǒng)，將所有地理要素同平面及高程坐標(biāo)系連接。

地理空間特征實(shí)體：為具有形狀、屬性和時(shí)序性的空間對象。

●地理空間：被定義為具有空間參考信息的地理實(shí)體或地理現(xiàn)象發(fā)生的時(shí)空位置集。上至大氣電離層，下至地幔莫霍面的區(qū)域內(nèi)物質(zhì)與能量發(fā)生轉(zhuǎn)化的時(shí)空載體，是宇宙過程對地球影響最大的區(qū)域

●GIS的任何空間數(shù)據(jù)都必須納入一個(gè)統(tǒng)一的空間參照系中，以實(shí)現(xiàn)不同來源數(shù)據(jù)的融合、連接與統(tǒng)一；

●目前，我國采用的大地坐標(biāo)系為1980年中國國家大地坐標(biāo)系，現(xiàn)在規(guī)定的高程起算基準(zhǔn)面為1985國家高程基準(zhǔn)。絕對空間相對空間

定義具有空間屬性特征的實(shí)體集合，由不同實(shí)體之間的空間關(guān)系構(gòu)成相鄰、包含、關(guān)聯(lián)等GIS中地理空間兩種形式：絕對空間和相對空間

定義具有屬性描述的空間幾何位置的集合，由一系列不同位置的空間坐標(biāo)組成坐標(biāo)、角度、方位、距離等

包括

包括通過地理空間和歐氏空間的統(tǒng)一，將地理現(xiàn)象的相對特性（宏觀的空間關(guān)系）和絕對特性（空間位置的精確特征）緊密有機(jī)地聯(lián)系在一起。

空間多維性

可分性

尺度特征地理空間的特性①幾何坐標(biāo)上增加第三維信息（垂向坐標(biāo)信息）；②垂向坐標(biāo)信息的增加導(dǎo)致空間拓?fù)潢P(guān)系的復(fù)雜化；③三維拓?fù)潢P(guān)系則是在三維空間中呈球狀向無窮維方向伸展；④三維地理空間中的三維對象具有豐富的內(nèi)部信息可以分成若干個(gè)子區(qū)域，這些分割可以是鑲嵌分割或循環(huán)分割對于地理空間的描述必須建立在一定的尺度基礎(chǔ)上點(diǎn)數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)面數(shù)據(jù)GIS采用高度抽象的方法將空間地物或現(xiàn)象抽象成幾種基本類型——點(diǎn)、線、面和復(fù)合對象?？臻g地物間的位置關(guān)系采用空間拓?fù)潢P(guān)系來描述。2.1.3地理空間的抽象地理實(shí)體空間位置、分布、形態(tài)、空間關(guān)系（距離、方位、拓?fù)?、相關(guān)場）等基本特征的精確描述依賴于空間參考系統(tǒng)空間參考系統(tǒng)定義了地理空間三維表面的空間坐標(biāo)系統(tǒng)及各坐標(biāo)系統(tǒng)間的數(shù)學(xué)關(guān)系。

可見，地理空間參考系統(tǒng)是對地理空間的精準(zhǔn)表達(dá)并成為數(shù)字模擬的基礎(chǔ)。

2.2地理空間參考系統(tǒng)2.2地理空間參考系統(tǒng)2.2.1地理空間坐標(biāo)系統(tǒng)2.2.2地圖投影2.2.3地理網(wǎng)格地球橢球體坐標(biāo)系統(tǒng)

地理空間坐標(biāo)系統(tǒng)是空間位置的度量衡，是確定空間位置、空間距離、空間方位、空間關(guān)系等信息必需的工具，是空間數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)和前提2.2.1地理空間坐標(biāo)系統(tǒng)地球橢球體

以一個(gè)接近地球整體形狀的旋轉(zhuǎn)橢球代替真實(shí)的地球形體，這個(gè)旋轉(zhuǎn)橢球?yàn)閰⒖紮E球1.地球橢球體橢球體名稱年代長半徑（m）短半徑（m）扁率主要的使用國家白塞爾（德國，Bessel）1841637739763560791：299.15波蘭，羅馬尼亞，捷克，斯洛伐克，瑞士，瑞典，智利，葡萄牙，日本克拉克II（英國，Clarke）1880637824963565151：293.47越南，羅馬尼亞，法國，南非克拉克I（英國，Clarke463565841：295.0埃及，加拿大，美國，墨西哥，法國海福特（美國，Hayford）1910637838863569121：297.0意大利，比利時(shí)，葡萄牙，保加利亞，羅馬尼亞，丹麥，土耳其，芬蘭，阿根廷，埃及，中國（1952年前）克拉索夫斯基（原蘇聯(lián)，Krassovsky）1940637824563568631：298.3原蘇聯(lián)，保加利亞，波蘭，羅馬尼亞，匈牙利，捷克，斯洛伐克，德國，中國1975年國際橢球（IUGG）1975637814063567751：298.751975年國際第三個(gè)推薦值埃維爾斯特（Everest）1830637727663560751：300.8各種橢球體模型數(shù)據(jù)

橢球定向：是指確定橢球旋轉(zhuǎn)軸的方向，即旋轉(zhuǎn)橢球體需要套在地球的一個(gè)適當(dāng)?shù)奈恢蒙?，這個(gè)位置就是大地原點(diǎn)，是這一地理坐標(biāo)系的“坐標(biāo)原點(diǎn)”，所有大地坐標(biāo)均以大地原點(diǎn)作為坐標(biāo)計(jì)算的起算點(diǎn)。

橢球定位：是指確定橢球中心的位置，可分為局部定位和地心定位兩類。局部定位：要求在一定范圍內(nèi)橢球面與大地水準(zhǔn)面有最佳的吻合，對橢球的中心位置無特殊要求；地心定位：要求在全球范圍內(nèi)橢球面與大地水準(zhǔn)面有最佳的吻合，同時(shí)要求橢球中心與地球質(zhì)心一致或最為接近。

不論是局部定位還是地心定位，都應(yīng)滿足兩個(gè)平行條件：橢球短軸平行于地球自轉(zhuǎn)軸；大地起始子午面平行于天文起始子午面。這兩個(gè)平行條件是人為規(guī)定的，目的在于簡化大地坐標(biāo)、大地方位角與天文坐標(biāo)、天文方位角之間的換算。參心坐標(biāo)系站心坐標(biāo)系地心坐標(biāo)系

天球坐標(biāo)系極移現(xiàn)象與協(xié)議地球坐標(biāo)系地球坐標(biāo)系：地球坐標(biāo)系是為了描述地面點(diǎn)的位置而建立的一個(gè)與地球相關(guān)聯(lián)的坐標(biāo)系參心坐標(biāo)系站心坐標(biāo)系地心坐標(biāo)系天球坐標(biāo)系極移現(xiàn)象與協(xié)議地球坐標(biāo)系2.坐標(biāo)系統(tǒng)

天球空間直角坐標(biāo)系慣性坐標(biāo)系，其坐標(biāo)原點(diǎn)及各坐標(biāo)軸指向在空間保持不變，用于描述天體、衛(wèi)星位置和狀態(tài)參心坐標(biāo)系站心坐標(biāo)系地心坐標(biāo)系天球坐標(biāo)系y地心空間直角坐標(biāo)系和地心大地坐標(biāo)系極移現(xiàn)象與協(xié)議地球坐標(biāo)系通常把滿足地心定位和雙平行定向條件、橢球參數(shù)在全球范圍內(nèi)與大地體最密合的地球橢球稱為總地球橢球，與之相應(yīng)的坐標(biāo)系稱為地心坐標(biāo)系。地心坐標(biāo)系通常分為地心空間直角坐標(biāo)系（X,Y,Z）和地心大地坐標(biāo)系（B,L,H）兩種。參心坐標(biāo)系站心坐標(biāo)系地心坐標(biāo)系天球坐標(biāo)系站心直角坐標(biāo)系和站心極坐標(biāo)系極移現(xiàn)象與協(xié)議地球坐標(biāo)系測量工作中以測站為原點(diǎn)構(gòu)成的坐標(biāo)系稱為測站中心坐標(biāo)系，簡稱站心坐標(biāo)系。站心坐標(biāo)系有兩種形式：站心直角坐標(biāo)系和站心極坐標(biāo)系。高斯－克呂格投影示意圖南極中央經(jīng)線赤道北極60ABCD中央子午線

WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)示意圖Y地球質(zhì)心XEOZ（BIH1984.0定義的CTP）BIH1984.0零度子午面常用橢球面上的坐標(biāo)系統(tǒng)①國家大地坐標(biāo)系目前我國常用的國家大地坐標(biāo)系（1954年北京坐標(biāo)系和1980年西安坐標(biāo)系）均為參心坐標(biāo)系。②高斯平面直角坐標(biāo)系統(tǒng)與UTM坐標(biāo)系③WGS-84世界大地坐標(biāo)系④獨(dú)立坐標(biāo)系攤開在平面上的地球

●地球的全部或部分表面在平面上的系統(tǒng)表達(dá)。

●將地球橢球面上的點(diǎn)映射到平面上的方法，稱為地圖投影。

●地理坐標(biāo)（球面角度）向直角坐標(biāo)系（平面距離）的數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換：投影面2.2.2地圖投影1.什么是地圖投影？2.為什么要進(jìn)行投影？

●地理坐標(biāo)為球面坐標(biāo)，不方便進(jìn)行距離、方位、面積等參數(shù)的量算

●地球橢球體為不可展曲面

●地圖為平面，符合視覺心理，并易于進(jìn)行距離、方位、面積等量算和各種空間分析

●

GIS以地圖方式顯示地理信息。地圖是平面，而地理信息則是在地球橢球上，因此地圖投影在GIS中不可缺少。方位投影圓錐投影地圖投影變形規(guī)律幾何投影非幾何投影構(gòu)成方式圓柱投影偽方位投影偽圓錐投影偽圓柱投影等積投影等角投影任意投影多圓錐投影3.地圖投影的分類4.地圖投影選擇的基本原則

●GIS所采用的投影系統(tǒng)應(yīng)與本國的基本地圖系列所采用的投影系統(tǒng)一致；

●各比例尺GIS中的投影系統(tǒng)應(yīng)與相應(yīng)比例尺主要信息源地圖的投影一致；

●各地區(qū)的GIS投影系統(tǒng)應(yīng)與該地區(qū)所使用的投影系統(tǒng)一致；

●一般選擇1～3種投影系統(tǒng)以保證地理定位框架的統(tǒng)一。5.我國地圖系列所采用的投影

●基本比例尺地形圖(1:5千，1:1萬，1:2.5萬，1:5萬，1:10萬，1:25萬，1:50萬，1:100萬)中，大于等于50萬的均采用高斯-克呂格投影(Gauss-Kruger)，又叫橫軸墨卡托投影(Transverse

Mercator)；

●小于50萬的地形圖采用正軸等角割園錐投影，又叫蘭勃特投影(Lambert

Conformal

Conic)；

●大部分省圖、大多數(shù)同級比例尺地圖也采用蘭勃特投影；

●海洋小于50萬的地形圖多用正軸等角園柱投影，又叫墨卡托投影(Mercator)；

●我國的GIS系統(tǒng)中應(yīng)該采用與我國基本比例尺地形圖系列一致的地圖投影系統(tǒng)。6.GIS中的地圖投影

●

GIS數(shù)據(jù)庫中地理數(shù)據(jù)以地理坐標(biāo)存儲時(shí)，則以地圖為數(shù)據(jù)源的空間數(shù)據(jù)必須通過投影變換轉(zhuǎn)換成地理坐標(biāo)；而輸出或顯示時(shí)，則要將地理坐標(biāo)表示的空間數(shù)據(jù)通過投影變換變換成指定投影的平面坐標(biāo)。

●

GIS中，地理數(shù)據(jù)的顯示可根據(jù)用戶的需要而指定投影方式，但當(dāng)所顯示的地圖與國家基本地圖系列的比例尺一致時(shí)，一般采用國家基本系列地圖所用的投影。7.我國使用的橢球體和基準(zhǔn)面

●每個(gè)國家或地區(qū)均有各自的基準(zhǔn)面。

●我國的兩個(gè)大地基準(zhǔn)面-北京54坐標(biāo)系（Krassovsky

橢球體）西安80坐標(biāo)系（1975年地球橢球體）。

●大地測量基本上仍以北京54坐標(biāo)系作為參照，北京54與西安80坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換可查閱國家測繪局公布的對照表。

●

WGS1984基準(zhǔn)面采用WGS84橢球體，它是一地心坐標(biāo)系，即以地心作為橢球體中心，目前GPS測量數(shù)據(jù)多以WGS1984為基準(zhǔn)。

●雖然現(xiàn)有GIS平臺中都預(yù)定義有上百個(gè)基準(zhǔn)面供用戶選用，但均沒有我們國家的基準(zhǔn)面定義。

●假如精度要求不高，可利用前蘇聯(lián)的Pulkovo

1942基準(zhǔn)面（Mapinfo中代號為1001）代替北京54坐標(biāo)系；假如精度要求較高，如土地利用、海域使用、城市基建等GIS系統(tǒng)，則需要在GIS中自定義基準(zhǔn)面。2.2.3地理網(wǎng)格

地理網(wǎng)格系統(tǒng)：是一種以平面子集的規(guī)則分級剖分為基礎(chǔ)的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，具有較高的標(biāo)準(zhǔn)化程度。它能由粗到細(xì)、逐級地分割地球表面，將地球曲面用一定大小的多邊形網(wǎng)格進(jìn)行近似模擬，再現(xiàn)地球表面，其目的是將地理空間的定位和地理特征的描述一體化，并將誤差控制在網(wǎng)格單元的大小范圍內(nèi)。1.地理網(wǎng)格的基本含義

地理網(wǎng)格系統(tǒng)類型

存儲區(qū)域信息的網(wǎng)格系統(tǒng)：所表達(dá)的數(shù)據(jù)是二維平面上具有屬性值的對象或?qū)嶓w所在的區(qū)域或范圍。即定義于二維空間范圍內(nèi)的某種函數(shù)，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)代表了一個(gè)區(qū)域，區(qū)域呈現(xiàn)的屬性值，作為該網(wǎng)格數(shù)據(jù)的基本屬性。

存儲區(qū)域信息的網(wǎng)格系統(tǒng)：所表達(dá)的一類對象是0維的點(diǎn)或位置以及所具有的明顯邊界的對象?？臻g數(shù)據(jù)屬性與以點(diǎn)的形式定義的實(shí)體相聯(lián)系。經(jīng)緯網(wǎng)格四叉樹結(jié)構(gòu)是rd樹的特例

由等度數(shù)間隔的經(jīng)線和緯線交叉組成，空間數(shù)據(jù)的屬性與經(jīng)緯網(wǎng)格內(nèi)的點(diǎn)相關(guān)聯(lián)，方便網(wǎng)格內(nèi)空間數(shù)據(jù)的獲取與處理。網(wǎng)格系統(tǒng)可以在原有較小分辨率網(wǎng)格的基礎(chǔ)上創(chuàng)建更細(xì)的子網(wǎng)格，增大其分辨率。經(jīng)緯網(wǎng)格是目前比較常用的rd樹已經(jīng)應(yīng)用于經(jīng)緯網(wǎng)線構(gòu)成的網(wǎng)格

在空間數(shù)據(jù)庫理論中，二維空間域便許存儲在存儲器的一個(gè)線性地址空間里，因此空間位置信息必須經(jīng)過一定的轉(zhuǎn)換才能存儲在計(jì)算機(jī)中，使用nd

樹可以拓展線性空間的排序方法，便于計(jì)算機(jī)存儲。

創(chuàng)建分級的一維地址。如果較大范圍的空間區(qū)域內(nèi)某種屬性值一致，則以較低分辨率的網(wǎng)格來表示，如果屬性值經(jīng)常變化，則用較高分辨率的網(wǎng)格來表示，這樣可以節(jié)省存儲空間。

12定義nd

樹結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格系統(tǒng)，其主要特性有：nd

樹結(jié)構(gòu)的特性

例如：定義rd樹中的d=2，r=10，在十進(jìn)制度表達(dá)的經(jīng)緯網(wǎng)線上建立連續(xù)網(wǎng)格（如圖2.9所示），每一個(gè)間隔為10°的網(wǎng)格單元被細(xì)分成100個(gè)1°的網(wǎng)格（在經(jīng)緯線兩個(gè)方向上進(jìn)行10等分），這種分割可以達(dá)到任意精細(xì)程度（如圖）分辨率為10°的經(jīng)緯網(wǎng)格分辨率為10°和1°的rd樹結(jié)構(gòu)經(jīng)緯網(wǎng)格

缺點(diǎn)：（1）由于網(wǎng)格單元面積不等造成統(tǒng)計(jì)分析的復(fù)雜性；（2）網(wǎng)格的面積變形、形狀變形以及內(nèi)點(diǎn)位置誤差由赤道向南北極逐漸遞增；（3）網(wǎng)格系統(tǒng)的最頂端和最底端的網(wǎng)格形狀實(shí)際上并不是顯示在平面上的方形而是三角形；（4）地理坐標(biāo)網(wǎng)格系統(tǒng)的方形網(wǎng)格單元具有復(fù)雜的鄰接特性，每一個(gè)格網(wǎng)都有四個(gè)與之共邊的、且中心點(diǎn)等距的鄰接四邊形，同時(shí)它還有四個(gè)與之共頂點(diǎn)的、且與中心點(diǎn)不等距的四個(gè)鄰接四邊形，這種復(fù)雜的鄰接關(guān)系不利于模擬應(yīng)用。

2.全球地理網(wǎng)格模型的建立

優(yōu)點(diǎn)：方形的網(wǎng)格對于使用者來說非常的熟悉，也易于映射成為普通的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并被顯示表達(dá)出來地理坐標(biāo)網(wǎng)格的缺點(diǎn)使眾多學(xué)者致力于探索更多樣的方法來替代現(xiàn)有的網(wǎng)格模型，提出了很多基于規(guī)則多分辨率多面體的全球地理參考數(shù)據(jù)集的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。普遍認(rèn)可的有全球地理網(wǎng)格模型地理坐標(biāo)網(wǎng)格的優(yōu)缺點(diǎn)地球表面往往以球體、橢球體、大地水準(zhǔn)面等近似的拓?fù)湫螤顏肀磉_(dá)（1）全球地理網(wǎng)格模型由形成地球表面剖分的一系列區(qū)域所組成，每個(gè)區(qū)域都包含一個(gè)與之相關(guān)聯(lián)的點(diǎn)。從一個(gè)柏拉圖立體開始建立規(guī)則的全球地理網(wǎng)格模型

正六面體正四面體正八面體正十二面體正二十面體確定在規(guī)則多面體的單一表面上分層次的空間剖分方法

確定規(guī)則多面體相對于地球表面的固定方位選擇規(guī)則多面體平面剖分到球面或橢球面的轉(zhuǎn)換方法第一步第二步第三步大多數(shù)情況下要從以下四方面入手

最后一步（2）建立全球地理網(wǎng)格模型的過程已有研究中比較常見的規(guī)則多面體都是理想立體中的一種，平面和球面上的理想立體共有五種類型：四面體、六面體、八面體、十二面體和二十面體。平面和球面上的柏拉圖立體

注意：一般來講，理想立體上的表面?zhèn)€數(shù)越多，由多面體的面投影到球體表面時(shí)的變形就越小。第一步：選擇規(guī)則多面體

多面體與地球表面的方位關(guān)系必須建立起來，最簡單的方法是給出一個(gè)多面體頂點(diǎn)的大地坐標(biāo)以及該頂點(diǎn)與其鄰近頂點(diǎn)的方位角。對于規(guī)則的理想立體來說這種方法完全可以確定所有其他頂點(diǎn)的位置。下圖是20面體的例子第二步：多面體相對方位的確定全球地理網(wǎng)格模型具有層次性的特點(diǎn)，能夠滿足多分辨率級別或?qū)嶋H應(yīng)用中的比例尺縮放要求，這就需要在已經(jīng)選擇的柏拉圖立體表面進(jìn)行分割，創(chuàng)建更精細(xì)的網(wǎng)格系統(tǒng)。三種分辨率水平下的三角形表面剖分由7個(gè)六邊形疊成的偽六邊形第三步：表面層次剖分

將三角形表面剖分成不規(guī)則、不近似的多個(gè)子面域，如圖所示。表面層次剖分方法選擇轉(zhuǎn)換方法：是在對應(yīng)的球體表面建立相似的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)關(guān)系。所謂轉(zhuǎn)換的方法并不是指投影方式的選擇，而是如何將平面上設(shè)計(jì)好的層次網(wǎng)格與實(shí)際的地球表面套合或者聯(lián)系到一起，使網(wǎng)格系統(tǒng)能以更加通用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表達(dá)和存儲地球空間數(shù)據(jù)。

注意：最簡單的方法是將球面上的大圓弧線與平面上的線對應(yīng)，在球面上直接進(jìn)行剖分。第四步：平面剖分到球面或橢球面的轉(zhuǎn)換2.3地理空間數(shù)據(jù)特征2.3.1時(shí)空特征2.2.2多維結(jié)構(gòu)2.2.3多尺度性2.2.4不確定性2.2.5海量性特征地理空間數(shù)據(jù)特征時(shí)空特征海量性多維結(jié)構(gòu)不確定性多尺度性

●空間和時(shí)間是地理空間數(shù)據(jù)的基本要素，時(shí)空特征是地理空間數(shù)據(jù)區(qū)別于其他數(shù)據(jù)的根本性標(biāo)志。

●地理空間數(shù)據(jù)的空間特性是指地理空間實(shí)體的幾何特征及其與其他地理空間實(shí)體的空間關(guān)系。

●時(shí)間是現(xiàn)實(shí)世界的第四維。地球系統(tǒng)發(fā)展具有階段性與周期性、順序性與不可逆性，因此地理空間數(shù)據(jù)必然具有時(shí)間特征?？臻g數(shù)據(jù)的時(shí)間性是指地理空間實(shí)體隨時(shí)間變化的特性。地理空間實(shí)體的空間位置和屬性可以同時(shí)隨時(shí)間變化，也可以分別獨(dú)立隨時(shí)間變化2.3.1時(shí)空特征

●地理空間數(shù)據(jù)不僅能描述空間三維和時(shí)間維，

也可以表現(xiàn)空間目標(biāo)的屬性以及數(shù)據(jù)不同的測量方法，不同來源、不同載體等多維信息，實(shí)現(xiàn)多專題的信息記錄

。2.3.2多維結(jié)構(gòu)

●空間多尺度：指空間范圍大小或地球系統(tǒng)中各部分規(guī)模的大小

●時(shí)間多尺度：指的是地學(xué)過程或地理特征有一定的自然節(jié)律性，其時(shí)間周期長短不一。

●在空間數(shù)據(jù)中多尺度特征包括空間多尺度和時(shí)間多尺度兩個(gè)方面。2.3.3多尺度性

●數(shù)據(jù)不確定性：是數(shù)據(jù)“真實(shí)值”不能被肯定的程度。2.3.4不確定性

●地理數(shù)據(jù)的不確定性：是指信息源沒有完全表達(dá)的程度。包括能夠觀測的誤差要素；復(fù)雜的難于觀測的要素。

●不確定性：介于有序與無序之間或有序無序并存現(xiàn)象，以及介于清楚與模糊之間或并存的現(xiàn)象。

●

GIS地理空間數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量極大。它既有空間特征（地學(xué)過程或現(xiàn)象的位置與相互關(guān)系），又有屬性特征（地學(xué)過程或現(xiàn)象的特征）2.3.5海量性特征2.4地理空間問題

GIS空間分析：是在地理空間的認(rèn)知基礎(chǔ)上，對紛繁復(fù)雜的地理現(xiàn)象和地學(xué)過程進(jìn)行定義和分類GIS空間分析的前提：將各種具體應(yīng)用概括為一般性地理問題

GIS空間分析的目標(biāo)：解決關(guān)于地理實(shí)體和地理現(xiàn)象的各類空間問題空間分布和格局GIS對地學(xué)數(shù)據(jù)的分析過程資源配置與規(guī)劃

空間關(guān)系與影響空間動態(tài)過程地球系統(tǒng)中的地學(xué)空間問題通過歸納和抽象，可以劃分為（1）空間分布和格局（2）資源配置與規(guī)劃（3）空間關(guān)系與影響（4）空間動態(tài)過程2.4地理空間問題2.4.1空間分布與格局2.4.2資源配置與規(guī)劃2.4.3空間關(guān)系與影響2.4.4空間動態(tài)與過程1.空間分布類型地理對象通?？梢猿橄鬄辄c(diǎn)目標(biāo)、線目標(biāo)、面目標(biāo)三類（體目標(biāo)可以看作是這三類目標(biāo)的組合類型）

2.4.1空間分布與格局在GIS中，通常采用分布密度、均值、分布中心（幾何中心、分布重心）、離散度、空間集聚度以及粗糙度等指標(biāo)進(jìn)行空間分布格局的描述；通過空間分布檢驗(yàn)來確定地理對象的聚集、分散、均勻、隨機(jī)等分布類型；用空間聚類分析方法反映分布的多中心特征并確定這些中心；通過趨勢面分析反映現(xiàn)象的空間分布趨勢等。

2.空間分布分析

典型的空間分布問題包括生物物種的空間分布、自然災(zāi)害的空間分布、犯罪的空間分布、疾病的空間分布等設(shè)有一定數(shù)量的居民集中點(diǎn)，這些點(diǎn)被稱為需求點(diǎn)(或消費(fèi)點(diǎn)、居民點(diǎn))，求一定數(shù)量的供給點(diǎn)(某種公共設(shè)施)以及(或)供給點(diǎn)的需求分配，以完成某個(gè)規(guī)劃目的。位置—分配問題一般可表述如下

資源配置：是在資源總量不足的背景條件下，將有限的資源重新進(jìn)行時(shí)空分配，使稀缺的資源的功效最大化，從而保證社會經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益最優(yōu)化如果已設(shè)需求點(diǎn)，求供給點(diǎn)如果同時(shí)求供給點(diǎn)和分配則涉及位置或定位問題則涉及位置-分配或定位-配置問題如果已設(shè)供給點(diǎn)，求分配則涉及分配或配置問題2.4.2資源配置與規(guī)劃城市主干道已建服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)為超市集團(tuán)總部及配送中心擬建服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)IIIIII某單位在A市擴(kuò)大經(jīng)營規(guī)模，擬定在該市新建服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)，所進(jìn)行有分析空間關(guān)系

空間關(guān)系包括：距離、方向、連通、拓?fù)淇臻g相互影響模型利用狀態(tài)變量和影響因素之間的關(guān)系類比建立數(shù)學(xué)模型，并用實(shí)測數(shù)據(jù)回歸獲得參數(shù)，然后進(jìn)行分析預(yù)測。它一般應(yīng)用于社會經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的問題

空間關(guān)系和影響：指分布于不同空間位置的多個(gè)對象間的相互作用。

作用：（1）可以反映各要素之間相互作用的性質(zhì)、強(qiáng)度和方式，有助于從無序而復(fù)雜的空間要素格局中發(fā)現(xiàn)潛在的有序或規(guī)律；(2)可以解釋空間格局與空間過程相互作用的機(jī)理，進(jìn)而闡明空間要素動態(tài)演替的方向、過程或擴(kuò)展?jié)摿Γ?3)可以探索空間格局形成和發(fā)展的控制因素和基本驅(qū)動力，并揭示人類活動與空間環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的聯(lián)系，為制定科學(xué)的發(fā)展戰(zhàn)略提供依據(jù)。2.4.3空間關(guān)系與影響2.4.4空間動態(tài)與過程

●任何一種地理要素或現(xiàn)象，都伴隨著復(fù)雜的時(shí)空過程。比如景觀空間格局演變、河道洪水、地震、森林生長動態(tài)模擬、林火蔓