第五章 空間分析的原理與方法2

1、第五章第五章 空間分析的原理與方法空間分析的原理與方法 學習目標學習目標掌握空間分析基本概念掌握空間分析基本概念理解數(shù)字地面模型的概念及數(shù)字地面模型的應(yīng)用理解數(shù)字地面模型的概念及數(shù)字地面模型的應(yīng)用理解疊置分析的概念和類型，掌握多邊形疊置分析的步理解疊置分析的概念和類型，掌握多邊形疊置分析的步驟和方法驟和方法理解緩沖區(qū)的概念和作用，并能說明其應(yīng)用方法理解緩沖區(qū)的概念和作用，并能說明其應(yīng)用方法了解網(wǎng)絡(luò)分析在地學中的主要用途了解網(wǎng)絡(luò)分析在地學中的主要用途了解空間信息分類和統(tǒng)計分析方法了解空間信息分類和統(tǒng)計分析方法 重點：矢量數(shù)據(jù)分析方法，柵格數(shù)據(jù)分析方法重點：矢量數(shù)據(jù)分析方法，柵格數(shù)據(jù)分析方法第五章

2、第五章 空間分析的原理與方法空間分析的原理與方法 第一節(jié)第一節(jié) 空間分析概述空間分析概述第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)字地面模型分析數(shù)字地面模型分析第三節(jié)第三節(jié) 空間疊合分析空間疊合分析第四節(jié)第四節(jié) 空間緩沖區(qū)分析空間緩沖區(qū)分析第五節(jié)第五節(jié) 空間網(wǎng)絡(luò)分析空間網(wǎng)絡(luò)分析第六節(jié)第六節(jié) 空間統(tǒng)計分析空間統(tǒng)計分析第七節(jié)第七節(jié) 空間數(shù)據(jù)的集合分析和查詢空間數(shù)據(jù)的集合分析和查詢第一節(jié) 空間分析概述 空間分析是GIS系統(tǒng)的重要功能之一,是GIS系統(tǒng)與計算機輔助繪圖系統(tǒng)的主要區(qū)別?？臻g分析的對象是一系列跟空間位置有關(guān)的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)包括空間坐標和專業(yè)屬性兩部分。其中空間坐標用于實體的空間位置和幾何形態(tài)，專業(yè)屬性則是實體某一方

3、面的性質(zhì)。 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l描述空間對象的非空間特性l方法：概率、數(shù)理統(tǒng)計等數(shù)學方法l特點：w幾何特征不是主要限制因子（例：聚類分析）w數(shù)據(jù)處理與一般的數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析基本一致w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)律和機制?？臻g分析定義數(shù)據(jù)空間分析l描述空間對象的空間位置、關(guān)系，對空間對象進行定量描述l方法：空間統(tǒng)計學、圖論、拓撲學、計算幾何等。l特點：w非嚴格意義的分析，是空間事物的描述和說明，特征提取和參數(shù)計算w回答是什么、在那里、有多少和怎么樣，并不回答為什么。定義：定義：空間分析空間分析是基于空間數(shù)據(jù)的分析技術(shù)，它以地學原理為依托，通過

4、分析算法，從空間數(shù)據(jù)中獲取有關(guān)地理對象的空間位置、空間分布、空間形態(tài)、空間形成和空間演變等信息。1 1、咨詢式空間分析、咨詢式空間分析實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的查詢檢索及集合分析。實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的查詢檢索及集合分析。2 2、產(chǎn)生式空間分析、產(chǎn)生式空間分析基于基于GISGIS中拓樸關(guān)系和空間操作運算、空間統(tǒng)中拓樸關(guān)系和空間操作運算、空間統(tǒng)計分析，及將計分析，及將GISGIS作為通用工具同其它專業(yè)模作為通用工具同其它專業(yè)模型結(jié)合，實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的模擬和分析。型結(jié)合，實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的模擬和分析?？臻g分析的一般分類空間分析的主要內(nèi)容空間位置： 借助于空間坐標系傳遞空間對象的定位信息，是空間對象表述的研究基礎(chǔ)，即投影與轉(zhuǎn)

5、換理論。空間分布：同類空間對象的群體定位信息，包括分布、趨勢、對比等內(nèi)容?？臻g形態(tài)：空間對象的幾何形態(tài)空間距離：空間物體的接近程度空間關(guān)系：空間對象的相關(guān)關(guān)系，包括拓撲、方位、相似、相關(guān)等。q空間分析和空間模型是不同層次上的概念q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q應(yīng)用模型無可枚舉，而空間分析技術(shù)是有限的。 空間圖形數(shù)據(jù)的拓撲運算； 非空間屬性數(shù)據(jù)運算； 空間和非空間數(shù)據(jù)的聯(lián)合運算。 q應(yīng)用模型建立過程比較復(fù)雜，有些還不能用數(shù)學方法描述，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。q空間分析和空間模型

6、是零件和機器的關(guān)系空間分析和空間模型DTMDTM的概念的概念 數(shù)字地面模型數(shù)字地面模型 (Digital Terrain Models, (Digital Terrain Models, 縮寫縮寫DTM)DTM)是描述地面諸特性空間分布的有序數(shù)值陳列，在是描述地面諸特性空間分布的有序數(shù)值陳列，在最通常的情況下，所論的地面特性是高程最通常的情況下，所論的地面特性是高程Z Z，它的空間，它的空間分布由分布由X X、Y Y水平坐標系統(tǒng)來描述，也可由經(jīng)緯度（水平坐標系統(tǒng)來描述，也可由經(jīng)緯度（ ， ）來描述海拔高程的分布。）來描述海拔高程的分布。 第二節(jié) 數(shù)字地面模型分析 特別值得特別值得注意注意的是：

7、數(shù)字地面模型可以包括除高程以的是：數(shù)字地面模型可以包括除高程以外諸如地價、土地權(quán)屬、土壤類型、巖層深度以及土地利外諸如地價、土地權(quán)屬、土壤類型、巖層深度以及土地利用等其它地面特性信息的數(shù)字數(shù)據(jù)。用等其它地面特性信息的數(shù)字數(shù)據(jù)。 當數(shù)字地面模型所記的地面特征為高程當數(shù)字地面模型所記的地面特征為高程Z Z時，稱之為時，稱之為數(shù)字數(shù)字高程模型高程模型（Digital Elevation Model, Digital Elevation Model, 縮寫縮寫DEMDEM）。）。 DEMDEM（ Digital Elevation ModelDigital Elevation Model）是地表單元上

8、高程的是地表單元上高程的集合，是地貌形態(tài)的離散表示。集合，是地貌形態(tài)的離散表示。DEM是DTM的一個子集。DEM是構(gòu)成DTM的基礎(chǔ)，DTM的其他元素均有DEM導(dǎo)出。顯然，DEM的質(zhì)量好壞直接決定著DTM的精確性。本章重點介紹這種以高程為地面特征的數(shù)字地面模型及其地形分析。 數(shù)字高程模型的用途數(shù)字高程模型的用途 （1 1）在國家地形數(shù)據(jù)庫中存儲數(shù)字地形圖的高程數(shù)據(jù)；）在國家地形數(shù)據(jù)庫中存儲數(shù)字地形圖的高程數(shù)據(jù)； （2 2）在道路等工程設(shè)計中計算挖填土石方量；）在道路等工程設(shè)計中計算挖填土石方量； （3 3）顯示三維地面景觀；）顯示三維地面景觀； （4 4）線路、壩址的自動選定，以及庫容、淹沒損失

9、的計算；）線路、壩址的自動選定，以及庫容、淹沒損失的計算； （5 5）與遙感圖像復(fù)合，以提高分類精度和進行圖像幾何畸變的校）與遙感圖像復(fù)合，以提高分類精度和進行圖像幾何畸變的校正；正； （6 6）地形因子（坡度、坡向、粗糙度等）的自動提取，進行地貌）地形因子（坡度、坡向、粗糙度等）的自動提取，進行地貌分析；分析； （7 7）地表形態(tài)的自動分類；）地表形態(tài)的自動分類； （8 8）不同地面的比較和統(tǒng)計分析；）不同地面的比較和統(tǒng)計分析； （9 9）越野通視情況分析（為軍事和土地景觀規(guī)劃等目的服務(wù)）；）越野通視情況分析（為軍事和土地景觀規(guī)劃等目的服務(wù)）； （1010）在氣候分析中計算山區(qū)日照量，應(yīng)用于

10、起伏地區(qū)的風場模）在氣候分析中計算山區(qū)日照量，應(yīng)用于起伏地區(qū)的風場模型等；型等； （1111）土壤地理研究中應(yīng)用于土壤侵蝕量，產(chǎn)沙量計算等。）土壤地理研究中應(yīng)用于土壤侵蝕量，產(chǎn)沙量計算等。DEMDEM的建立與表示的建立與表示 DEMDEM的數(shù)據(jù)源及數(shù)據(jù)采集的數(shù)據(jù)源及數(shù)據(jù)采集 1 1、航空或航天遙感圖像、航空或航天遙感圖像 這種方法以航空或航天遙感立體像對為數(shù)據(jù)源，這種方法以航空或航天遙感立體像對為數(shù)據(jù)源，用攝影測量的方法建立空間地形立體模型，量取密集用攝影測量的方法建立空間地形立體模型，量取密集數(shù)字高程數(shù)據(jù)，建立數(shù)字高程數(shù)據(jù)，建立DEMDEM。采集數(shù)據(jù)的攝影測量儀器包。采集數(shù)據(jù)的攝影測量儀器包

11、括各種解析的和數(shù)字的攝影測量與遙感儀器。括各種解析的和數(shù)字的攝影測量與遙感儀器。 2 2、地形圖、地形圖 主要以國家近期地形圖為數(shù)據(jù)源，從中量取中等密主要以國家近期地形圖為數(shù)據(jù)源，從中量取中等密度地面點集的數(shù)字高程，建立度地面點集的數(shù)字高程，建立DEMDEM。其方法有下列幾種：。其方法有下列幾種： 1 1）手工方法手工方法 采用方格膜片、網(wǎng)點板或帶刻劃的平移采用方格膜片、網(wǎng)點板或帶刻劃的平移角尺疊置在地形上，并使地形圖的格網(wǎng)與網(wǎng)點板或膜片角尺疊置在地形上，并使地形圖的格網(wǎng)與網(wǎng)點板或膜片的格網(wǎng)線逐格匹配定位，自上而下，逐行從左到右量取的格網(wǎng)線逐格匹配定位，自上而下，逐行從左到右量取高程。當格網(wǎng)交

12、點落在相鄰等高線之間時，用目視線性高程。當格網(wǎng)交點落在相鄰等高線之間時，用目視線性內(nèi)插方法估計高程值。這種方法獲取的是規(guī)則的格網(wǎng)內(nèi)插方法估計高程值。這種方法獲取的是規(guī)則的格網(wǎng)DEMDEM，它的優(yōu)點是幾乎不需要購置儀器設(shè)備，而且操作簡便。它的優(yōu)點是幾乎不需要購置儀器設(shè)備，而且操作簡便。 2 2）手扶跟蹤數(shù)字化儀采集手扶跟蹤數(shù)字化儀采集 采集方式有：沿主要等高線采采集方式有：沿主要等高線采集平面曲率極值點，并選采高程注記點和線性加密點作補集平面曲率極值點，并選采高程注記點和線性加密點作補充；逐條等高線的線方式連續(xù)采集樣點，并采集所有高程充；逐條等高線的線方式連續(xù)采集樣點，并采集所有高程注記點作補充

13、，這種方式適用于等高線較稀疏的平坦地區(qū)；注記點作補充，這種方式適用于等高線較稀疏的平坦地區(qū)；沿計曲線和坡折線采集曲率極值點，并補采峰鞍線和水沿計曲線和坡折線采集曲率極值點，并補采峰鞍線和水邊線的支撐點，分別以等高線，峰鞍鏈和邊界鏈格式存邊線的支撐點，分別以等高線，峰鞍鏈和邊界鏈格式存儲。儲。 3 3）掃描數(shù)字化儀采集掃描數(shù)字化儀采集 這種方式采集速度最快，但數(shù)據(jù)編這種方式采集速度最快，但數(shù)據(jù)編輯修改較為復(fù)雜。輯修改較為復(fù)雜。 3 3、地面實測記錄、地面實測記錄 用電子速測儀（全站儀）和電子手簿或測距用電子速測儀（全站儀）和電子手簿或測距經(jīng)緯儀配合筆記本電腦，在已知點位的測站上，觀測到經(jīng)緯儀配合

14、筆記本電腦，在已知點位的測站上，觀測到目標點的方向、距離和高差三個要素。計算出目標點的目標點的方向、距離和高差三個要素。計算出目標點的x,y,zx,y,z三維坐標，存儲于電子手簿或袖珍計算機中，成三維坐標，存儲于電子手簿或袖珍計算機中，成為建立為建立DEMDEM的原始數(shù)據(jù)。的原始數(shù)據(jù)。 這種方法一般用于建立小范圍大比例尺（比這種方法一般用于建立小范圍大比例尺（比例尺大于例尺大于1 1：50005000）區(qū)域的）區(qū)域的DEMDEM，對高程的精度要求較高。，對高程的精度要求較高。另外氣壓測高法獲取地面稀疏點集的高程數(shù)據(jù)，也可用另外氣壓測高法獲取地面稀疏點集的高程數(shù)據(jù)，也可用來建立對高程精度要求不高

15、的來建立對高程精度要求不高的DEMDEM。 DEMDEM的表示的表示1 1、規(guī)則格網(wǎng)表示法、規(guī)則格網(wǎng)表示法 我們通常見到的是規(guī)則格網(wǎng)的我們通常見到的是規(guī)則格網(wǎng)的DEMDEM，它可以表示為高程，它可以表示為高程矩陣。矩陣。 DEM=Hij, i=1,2,3DEM=Hij, i=1,2,3,m-1,m ,m-1,m （4-194-19） j=1,2,3j=1,2,3,n-1,n,n-1,n 規(guī)則格網(wǎng)的規(guī)則格網(wǎng)的DEMDEM來源于直接規(guī)則矩形格網(wǎng)采樣點或來源于直接規(guī)則矩形格網(wǎng)采樣點或由規(guī)則或不規(guī)則離散數(shù)據(jù)點內(nèi)插產(chǎn)生。由于計算機對矩陣由規(guī)則或不規(guī)則離散數(shù)據(jù)點內(nèi)插產(chǎn)生。由于計算機對矩陣的處理比較方便，特

16、別是以柵格為基礎(chǔ)的的處理比較方便，特別是以柵格為基礎(chǔ)的GISGIS系統(tǒng)中高程系統(tǒng)中高程矩陣已成為矩陣已成為DEMDEM最通用的形式。最通用的形式。 高程矩陣特別有利于各種應(yīng)用，但規(guī)則的格網(wǎng)系統(tǒng)也高程矩陣特別有利于各種應(yīng)用，但規(guī)則的格網(wǎng)系統(tǒng)也有有缺點缺點, ,主要有：主要有： （1 1）地形簡單的地區(qū)存在大量冗余數(shù)據(jù)；）地形簡單的地區(qū)存在大量冗余數(shù)據(jù)； （2 2）如不改變格網(wǎng)大小，則無法適用于起伏程度不同）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)；的地區(qū)； （3 3）由于柵格過于粗略，不能精確表示地形的關(guān)鍵特）由于柵格過于粗略，不能精確表示地形的關(guān)鍵特征，如山峰、洼坑、山脊、山谷等。征，

17、如山峰、洼坑、山脊、山谷等。 為了壓縮柵格為了壓縮柵格DEMDEM數(shù)據(jù)，可采用一些壓縮編碼記錄方數(shù)據(jù)，可采用一些壓縮編碼記錄方式，如游程編碼、四叉樹編碼等。式，如游程編碼、四叉樹編碼等。2 2、不規(guī)則三角網(wǎng)（、不規(guī)則三角網(wǎng)（TINTIN）表示法）表示法 不規(guī)則三角網(wǎng)不規(guī)則三角網(wǎng)（Triangulated Irregular Network, Triangulated Irregular Network, 縮寫縮寫TINTIN）：專為產(chǎn)生）：專為產(chǎn)生DEMDEM數(shù)據(jù)而設(shè)計的一種采樣表示系統(tǒng)，數(shù)據(jù)而設(shè)計的一種采樣表示系統(tǒng)，屬于三角形剖分。它克服了高程矩陣中冗余數(shù)據(jù)的問題，屬于三角形剖分。它克服了高

18、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而且能更加有效地用于各類以DEMDEM為基礎(chǔ)的計算。因為為基礎(chǔ)的計算。因為TINTIN可根據(jù)地形的復(fù)雜程度來確定采樣點的密度和位置，能充可根據(jù)地形的復(fù)雜程度來確定采樣點的密度和位置，能充分表示地形特征點和線，從而減少了地形較平坦地區(qū)的數(shù)分表示地形特征點和線，從而減少了地形較平坦地區(qū)的數(shù)據(jù)冗余。據(jù)冗余。 3 3、數(shù)學分塊曲面表示法、數(shù)學分塊曲面表示法 這種方法把地面分成若干個塊，每塊用一種數(shù)學函這種方法把地面分成若干個塊，每塊用一種數(shù)學函數(shù)，如傅立數(shù)，如傅立 葉級數(shù)多次多項式、隨機布朗運動函數(shù)等，葉級數(shù)多次多項式、隨機布朗運動函數(shù)等，以連續(xù)的三維

19、函數(shù)高平滑度地表示復(fù)雜曲面，并使函數(shù)曲以連續(xù)的三維函數(shù)高平滑度地表示復(fù)雜曲面，并使函數(shù)曲面通過離散采樣點。面通過離散采樣點。 這種近似數(shù)學函數(shù)表示的這種近似數(shù)學函數(shù)表示的DEMDEM不太適合于制圖，但廣不太適合于制圖，但廣泛用于復(fù)雜表面模擬的機助設(shè)計系統(tǒng)。泛用于復(fù)雜表面模擬的機助設(shè)計系統(tǒng)。 DEMDEM的地形分析的地形分析 （一）地形因子的提取及分析一）地形因子的提取及分析1 1、坡度和坡向分析、坡度和坡向分析坡度：水平面與過該點的切面之間夾角的正切值；坡度：水平面與過該點的切面之間夾角的正切值；坡向：坡面法線在水平面上的投影與正北方向的夾角。坡向：坡面法線在水平面上的投影與正北方向的夾角。

20、2 2、地表粗糙度的計算、地表粗糙度的計算 地表粗糙度地表粗糙度是反映地表的起伏變化和侵蝕程度的指標。一般定義一般定義為地表單元的曲面面積與其在水平面上的投影面積為地表單元的曲面面積與其在水平面上的投影面積之比。之比。但這種定義不適合光滑而傾角不同的斜面的粗糙度的計算。實際應(yīng)用中實際應(yīng)用中，以格網(wǎng)頂點空間對角線，以格網(wǎng)頂點空間對角線L1L1和和L2L2的中點距的中點距離離D D來表示地表粗糙度來表示地表粗糙度，D值愈大，說明4個頂點的起伏變化愈大。 jijijijijijijijijizzzzzzzzDR),1() 1( ,) 1( ),1(),1() 1( ,) 1( ),1(,2122 3

21、 3、高程變異分析、高程變異分析 高程分析包括高程分析包括平均高程平均高程和和相對高程相對高程的計算。通常以格網(wǎng)的計算。通常以格網(wǎng)的的4 4個頂點個頂點P Pk k(k=1,2,3,4)(k=1,2,3,4)的高程平均值定義為該格網(wǎng)單元的高程平均值定義為該格網(wǎng)單元的平均高程，即的平均高程，即 以格網(wǎng)的平均高程與研究區(qū)域某一最低點高程以格網(wǎng)的平均高程與研究區(qū)域某一最低點高程z zminmin之差之差定義為該單元的相對高程，即定義為該單元的相對高程，即 高程變異高程變異是反映地表單元格網(wǎng)各頂點高程變化的指標，是反映地表單元格網(wǎng)各頂點高程變化的指標，以格網(wǎng)單元頂點的標準差與平均高程的比值來表示，即以

22、格網(wǎng)單元頂點的標準差與平均高程的比值來表示，即 其中，標準差其中，標準差zz Pkk1414()DzzzminVSz/Szzpkk142141 2()/ 4 4、谷脊特征分析、谷脊特征分析 谷和脊是地表形態(tài)結(jié)構(gòu)中的重要部分。谷是地勢相對最谷和脊是地表形態(tài)結(jié)構(gòu)中的重要部分。谷是地勢相對最低點的集合，脊是地勢相對最高點的集合。在柵格低點的集合，脊是地勢相對最高點的集合。在柵格DEMDEM中，中，可按照下列判別式直接判定谷點和脊點：可按照下列判別式直接判定谷點和脊點： （1 1）當）當(z(zi,(j-1)i,(j-1)-z-zi,ji,j) )(z(zi,(j+1)-i,(j+1)-z zi,ji

23、,j)0)0時時 若若z zi,(j+1)i,(j+1)zzi,ji,j，則，則VRVR(i,j)(i,j)=-1=-1 若若z zi,(j+1)i,(j+1)z0)0時時 若若z z(i+1),j(i+1),jzzi,ji,j，則，則VRVR(i,j)(i,j)=-1=-1 若若z z(i+1),j(i+1),jzzi,ji,j，則，則VRVR(i,j)(i,j)=1=1 (3) (3) 在其它情況下，在其它情況下，VRVR(i,j)(i,j)=0=0 （二）地表地貌形態(tài)的自動分類（二）地表地貌形態(tài)的自動分類 在在DEMDEM數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上進行地形的自動分類，首先是數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上進行地形的自

24、動分類，首先是根據(jù)區(qū)域的地形地貌特點，擬定分類決策表，然后按照自根據(jù)區(qū)域的地形地貌特點，擬定分類決策表，然后按照自動提取地形類型信息的流程，進行區(qū)域的地形分類動提取地形類型信息的流程，進行區(qū)域的地形分類 DTMDTM計算地表形態(tài)要素計算地表形態(tài)要素高程、相對高程、高程、相對高程、坡度、坡向等坡度、坡向等地形自動分類地形自動分類擬定地形分類決策表擬定地形分類決策表（三）地形剖面圖的繪制（三）地形剖面圖的繪制 DEMDEM表示了一個區(qū)域地形的整體狀況。在應(yīng)用中經(jīng)表示了一個區(qū)域地形的整體狀況。在應(yīng)用中經(jīng)常需要了解從地面上一點至另一點沿途的地形變化情況，常需要了解從地面上一點至另一點沿途的地形變化情況

25、，如地貌輪廓形狀、斜坡特征、地表切割強度等，這就需要如地貌輪廓形狀、斜坡特征、地表切割強度等，這就需要繪制地形剖面圖。繪制地形剖面圖。 第三節(jié) 空間疊合分析 空間疊合分析空間疊合分析是指在統(tǒng)一空間參照系統(tǒng)條件下，每次將同是指在統(tǒng)一空間參照系統(tǒng)條件下，每次將同一地區(qū)兩個地理對象的圖層進行疊合，以產(chǎn)生空間區(qū)域的一地區(qū)兩個地理對象的圖層進行疊合，以產(chǎn)生空間區(qū)域的多重屬性特征，或建立地理對象之間的空間對應(yīng)關(guān)系。多重屬性特征，或建立地理對象之間的空間對應(yīng)關(guān)系。 因此，疊置后產(chǎn)生的新的圖形屬性就是原疊置相應(yīng)位置處的圖形對應(yīng)屬性的函數(shù)，可用下述關(guān)系式表達： u=f(A,B,C,) 式中u 表示疊置后圖形的屬

26、性，A,B,C,表示原疊置層的圖形的屬性，f函數(shù)取決于各層上的屬性與用戶需要之間的關(guān)系。 空間合成疊合：空間合成疊合：通過區(qū)域多重屬性的模擬，尋找和確定通過區(qū)域多重屬性的模擬，尋找和確定同時具有幾種地理屬性的分布區(qū)域，或者按照確定的地同時具有幾種地理屬性的分布區(qū)域，或者按照確定的地理指標，對疊置后產(chǎn)生的具有不同屬性級的多邊形進行理指標，對疊置后產(chǎn)生的具有不同屬性級的多邊形進行重新分類或分級。因此，合成疊置的結(jié)果為新的多邊形重新分類或分級。因此，合成疊置的結(jié)果為新的多邊形數(shù)據(jù)文件。數(shù)據(jù)文件?？臻g統(tǒng)計疊合：空間統(tǒng)計疊合：精確的計算一種要素在另一種要素的某精確的計算一種要素在另一種要素的某個區(qū)域多邊

27、形范圍內(nèi)的分布狀況和數(shù)量特征，或提取某個區(qū)域多邊形范圍內(nèi)的分布狀況和數(shù)量特征，或提取某個區(qū)域范圍內(nèi)某種專題內(nèi)容的數(shù)據(jù)，因此，疊置的結(jié)果個區(qū)域范圍內(nèi)某種專題內(nèi)容的數(shù)據(jù)，因此，疊置的結(jié)果為統(tǒng)計報表或列表輸出為統(tǒng)計報表或列表輸出目的目的空間合成疊合空間合成疊合的目的是通過區(qū)域多重屬性的模擬，尋找和確的目的是通過區(qū)域多重屬性的模擬，尋找和確定同時具有幾種地理屬性的分布區(qū)域，或是按照確定的地定同時具有幾種地理屬性的分布區(qū)域，或是按照確定的地理指標，對疊置后產(chǎn)生的具有不同屬性的多邊形進行重新理指標，對疊置后產(chǎn)生的具有不同屬性的多邊形進行重新分類或分級。分類或分級?？臻g統(tǒng)計疊合空間統(tǒng)計疊合的目的，是為了精確

28、地計算一種要素（例如土的目的，是為了精確地計算一種要素（例如土地利用）在另一種要素（例如行政區(qū)域）的某個區(qū)域多邊地利用）在另一種要素（例如行政區(qū)域）的某個區(qū)域多邊形范圍內(nèi)的分布狀況和數(shù)量特征（如某一鄉(xiāng)擁有的土地利形范圍內(nèi)的分布狀況和數(shù)量特征（如某一鄉(xiāng)擁有的土地利用類型數(shù)、各類型的面積及其所占面積的百分比等），或用類型數(shù)、各類型的面積及其所占面積的百分比等），或是提取某個區(qū)域范圍內(nèi)某種專題內(nèi)容的數(shù)據(jù)。是提取某個區(qū)域范圍內(nèi)某種專題內(nèi)容的數(shù)據(jù)。 ABCD1232A2B3B1C2C3D2D1A1Dafdceb123區(qū)域類型數(shù)面積a,b,c,.12.44.a,b,d,f,.a,d,c,e,. . . .

29、 圖圖4-5 合成疊合示意圖合成疊合示意圖 圖圖4-6 統(tǒng)計疊合示意圖統(tǒng)計疊合示意圖 兩種疊置方法的結(jié)果是不一樣的兩種疊置方法的結(jié)果是不一樣的，如圖如圖4-54-5和和圖圖4-64-6所示，合成疊置得到的是新的多邊形圖層，所示，合成疊置得到的是新的多邊形圖層，而統(tǒng)計疊置得到的是統(tǒng)計報表。而統(tǒng)計疊置得到的是統(tǒng)計報表。 疊 置 分 析 統(tǒng) 計 示 意 圖疊置圖某縣土地報表基于矢量數(shù)據(jù)的疊合分析基于矢量數(shù)據(jù)的疊合分析 一、點與多邊形的疊合一、點與多邊形的疊合 點與多邊形的疊合是確定一圖層上的點落在另一圖層點與多邊形的疊合是確定一圖層上的點落在另一圖層的哪個多邊形內(nèi)，以便為圖層的每個點建立新的屬性。的

30、哪個多邊形內(nèi)，以便為圖層的每個點建立新的屬性。幾何關(guān)系計算。實際上就是通過點在多邊形內(nèi)的判別計幾何關(guān)系計算。實際上就是通過點在多邊形內(nèi)的判別計算多邊形對點的包含關(guān)系。算多邊形對點的包含關(guān)系。屬性信息處理。屬性信息處理。例如，水井點位與規(guī)劃區(qū)多邊形相疊和，可確定每口井所例如，水井點位與規(guī)劃區(qū)多邊形相疊和，可確定每口井所屬的規(guī)劃區(qū)范圍。屬的規(guī)劃區(qū)范圍。二、線與多邊形的疊合二、線與多邊形的疊合 線與多邊形的疊合是確定一圖層上的弧段落在另線與多邊形的疊合是確定一圖層上的弧段落在另一圖層的哪個多邊形內(nèi)，以便為圖層的每條弧段建立一圖層的哪個多邊形內(nèi)，以便為圖層的每條弧段建立新的屬性。新的屬性。幾何求交過程

31、。線與多邊形邊界的求交，并將線目幾何求交過程。線與多邊形邊界的求交，并將線目標進行切割，形成一個新的空間目標的結(jié)果集。標進行切割，形成一個新的空間目標的結(jié)果集。屬性分配過程。屬性分配過程。例如，當確定某一行政區(qū)內(nèi)各種等級道路的里程數(shù)時，例如，當確定某一行政區(qū)內(nèi)各種等級道路的里程數(shù)時，就需要將道路圖與境界圖相疊和，計算弧段與多邊形邊就需要將道路圖與境界圖相疊和，計算弧段與多邊形邊界的交點，在交點處截斷弧段，并對弧段重新編號，建界的交點，在交點處截斷弧段，并對弧段重新編號，建立弧段與多邊形的歸屬關(guān)系。立弧段與多邊形的歸屬關(guān)系。三、多邊形與多邊形的疊合三、多邊形與多邊形的疊合 多邊形與多邊形的疊合是

32、將兩個不同圖層的多邊形要多邊形與多邊形的疊合是將兩個不同圖層的多邊形要素相疊和，產(chǎn)生一個新多邊形圖層的操作，其結(jié)果將原來素相疊和，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的屬性。多邊形要素分割成新要素，新要素綜合了原來兩層的屬性。幾何求交過程：求出所有多邊形邊界線交點，根據(jù)切割幾何求交過程：求出所有多邊形邊界線交點，根據(jù)切割的弧段重建拓撲關(guān)系，對新生成的拓撲多邊形圖層的每個的弧段重建拓撲關(guān)系，對新生成的拓撲多邊形圖層的每個對象賦一多邊形唯一標識碼；對象賦一多邊形唯一標識碼；屬性分配過程：生成一個與新多邊形對象一一對應(yīng)的屬屬性分配過程：生成一個與新多邊

33、形對象一一對應(yīng)的屬性表，最典型的方法是將二疊加圖層對象的屬性拷貝到新性表，最典型的方法是將二疊加圖層對象的屬性拷貝到新對象的屬性表中。對象的屬性表中。根據(jù)疊加結(jié)果最后欲保留空間特征的不同要求，一般的根據(jù)疊加結(jié)果最后欲保留空間特征的不同要求，一般的GISGIS軟件都提供了三種類型的多邊形疊加操作：軟件都提供了三種類型的多邊形疊加操作：交交只保留兩個輸入圖層 的公共區(qū)域疊和疊和以輸入圖層為界，保留邊界內(nèi)兩個多邊形的所有多邊形輸入圖層疊加圖層并并保留兩個輸入圖層 的所有多邊形結(jié)果圖層差差以輸入圖層為界，保留邊界外兩個多邊形的所有多邊形多邊形的不同疊加方式四、基于矢量數(shù)據(jù)疊合分析步驟四、基于矢量數(shù)據(jù)疊

34、合分析步驟 對原始多邊形數(shù)據(jù)形成拓撲關(guān)系對原始多邊形數(shù)據(jù)形成拓撲關(guān)系 多層多邊形數(shù)據(jù)的空間疊置，形成新的層多層多邊形數(shù)據(jù)的空間疊置，形成新的層 對新層中的多邊形重新進行拓撲組建對新層中的多邊形重新進行拓撲組建 剔除多余的多邊形，提取出感興趣的部分剔除多余的多邊形，提取出感興趣的部分AB123A1A2A3B1B2標號 地貌A 陽坡B 陰坡標號 植被1 林地2 農(nóng)地3 牧地標號 綜合屬性A1 陽坡 林地A2 陽坡 農(nóng)地A3 陽坡 牧地B1 陰坡 林地B2 陰坡 農(nóng)地一、單層?xùn)鸥駭?shù)據(jù)的分析一、單層?xùn)鸥駭?shù)據(jù)的分析-空間變換之一空間變換之一空間變換：對原始圖層及其屬性進行一系列的邏輯或空間變換：對原始圖

35、層及其屬性進行一系列的邏輯或代數(shù)運算，以產(chǎn)生新的具有特殊意義的地理圖層及其代數(shù)運算，以產(chǎn)生新的具有特殊意義的地理圖層及其屬性的過程。屬性的過程。1、布爾邏輯運算柵格數(shù)據(jù)可以按其屬性數(shù)據(jù)的布爾邏輯運算來檢索，即這是一個邏輯選擇的過程。布爾邏輯為AND、OR、XOR、NOT。布爾邏輯運算可以組合更多的屬性作為檢索條件?；跂鸥駭?shù)據(jù)的疊合分析基于柵格數(shù)據(jù)的疊合分析 布 爾 運 算 示 意 圖例如可以用條件：(A AND B) OR C進行檢索。其中A為土壤是粘性的，B為PH值7.0的，C為排水不良的。這樣就可把柵格數(shù)據(jù)中土壤結(jié)構(gòu)為粘性的、土壤PH值大于7.0的、或者排水不良的區(qū)域檢索出來。2、重分類

36、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，按照一定的原則進行重新分類，以利于分析。在多數(shù)情況下，重分類都是將復(fù)雜的類型合并成簡單的類型。 例如，可以將各種土地類型重分類為水面和陸地兩種類型。3、濾波運算對柵格數(shù)據(jù)的濾波運算是指通過一移動的窗口(如33的象元)，對整個柵格數(shù)據(jù)進行過濾處理，使窗口最中央的象元的新值定義為窗口中象元值的加權(quán)平均值。濾波運算可將破碎的地物合并和光滑化，以顯示總的狀態(tài)和趨勢，也可以通過邊緣增強和提取，獲取區(qū)域的邊界。4、特征參數(shù)計算即對柵格數(shù)據(jù)計算區(qū)域的周長、面積等，以及線的長度、點的坐標等。在柵數(shù)數(shù)據(jù)上量算面積有其獨特的方便之處，只要對柵

37、格進行計數(shù)，再乘以柵格的單位面積即可。在柵格數(shù)據(jù)中計算距離時，距離有不同意義：四方向距離是通過水平或垂直的相鄰像元來定義路徑的；八方向距離是根據(jù)每個像元的八個相鄰像元來定義的；例：四方向距離計算的距離為6， 八方向計算的距離為ABC二、多層?xùn)鸥駭?shù)據(jù)的疊合分析二、多層?xùn)鸥駭?shù)據(jù)的疊合分析-空間變換之二空間變換之二柵格數(shù)據(jù)的疊合分析是指將不同圖幅或不同數(shù)據(jù)層的柵格數(shù)據(jù)疊置在一起，在疊置地圖的相應(yīng)位置上產(chǎn)生新的屬性的分析方法。新屬性值的計算可由下式表示：Uf(A,B,C, )，其中，A，B，C等表示第一、二、三等各層上的確定的屬性值，f函數(shù)取決于疊置的要求。柵 格 疊 置 示 意 圖1、點變換：只將對

38、應(yīng)柵格單元的屬性作某種運算（加、減、乘、除、三角函數(shù)、邏輯運算等）得到新圖層屬性，而不受其鄰近點的屬性值的影響。2、區(qū)域變換新屬性的值不僅與對應(yīng)的原屬性值相關(guān)，而且與原屬性值所在的區(qū)域的長度、面積、形狀等特性相關(guān)。如輸出面積大于x 的圖班3、鄰域變換計算新圖層屬性時，不僅考慮原始圖上對應(yīng)柵格本身的值，還需考慮該圖元鄰域關(guān)聯(lián)的其他圖元值的影響。如面元分布圖，生成面元邊界圖時，判斷是否為邊界點，需判斷本身為面屬性，且其鄰域包含背景屬性。1、類型疊置 將兩組或兩組以上的地理編碼數(shù)據(jù)，求它們的交集，以建立新的數(shù)據(jù)文件，根據(jù)分析任務(wù)，設(shè)置命令，得到最后的類型疊置結(jié)果。通過疊置獲取新的類型。如土壤圖與植被

39、圖疊置，以分析生態(tài)系統(tǒng)退化情況。2、統(tǒng)計疊置 將區(qū)域界線(政區(qū)、自然區(qū)域或經(jīng)濟區(qū)域等)，與專題數(shù)字地圖疊置，建立的合成數(shù)據(jù)串，作出各區(qū)專門內(nèi)容的數(shù)量統(tǒng)計。計算某一區(qū)域內(nèi)的類型和面積。如行政區(qū)劃圖和土壤類型圖疊圖，可計算出某一行政區(qū)劃中的土壤類型數(shù)，以及各種類型土壤的面積。三、三、柵格疊置的作用3、動態(tài)分析 將同一種要素在不同時期的兩組屬性數(shù)據(jù)疊置，建立合成數(shù)據(jù)串，它們之差就是該要素在該時段內(nèi)的變化，在土地利用動態(tài)監(jiān)測中，常要使用這種分析方法。通過對同一地區(qū)、相同屬性、不同時間的柵格數(shù)據(jù)的疊置，分析由時間引起的變化。在進行柵格疊置的具體運算時，可以直接在未壓縮的柵格矩陣上進行，也可在壓縮編碼(如

40、游程編碼、四叉樹編碼)后的柵格數(shù)據(jù)上進行。它們之間的差別主要在于算法的復(fù)雜性、算法的速度、所占用的計算機內(nèi)存等。第四節(jié) 空間緩沖區(qū)分析概念概念 緩沖區(qū)（緩沖區(qū)（bufferbuffer）分析）分析是指根據(jù)分析對象的點、線、是指根據(jù)分析對象的點、線、面地理實體，自動建立起周圍一定距離的帶狀區(qū)，用面地理實體，自動建立起周圍一定距離的帶狀區(qū)，用以識別這些實體或主體對鄰近對象的輻射范圍或影響以識別這些實體或主體對鄰近對象的輻射范圍或影響度，以便為某項分析或決策提供依據(jù)。度，以便為某項分析或決策提供依據(jù)。緩沖區(qū)的作用是用來限定所需處理的專題數(shù)據(jù)的空緩沖區(qū)的作用是用來限定所需處理的專題數(shù)據(jù)的空間范圍，一般

41、認為緩沖區(qū)以內(nèi)的信息均是與構(gòu)成緩沖間范圍，一般認為緩沖區(qū)以內(nèi)的信息均是與構(gòu)成緩沖區(qū)的核心實體相關(guān)的，及鄰接或關(guān)聯(lián)關(guān)系，而緩沖區(qū)區(qū)的核心實體相關(guān)的，及鄰接或關(guān)聯(lián)關(guān)系，而緩沖區(qū)以外的數(shù)據(jù)與分析無關(guān)。以外的數(shù)據(jù)與分析無關(guān)。緩沖區(qū)分析的模型緩沖區(qū)分析的模型 線性模型線性模型：用于當主體對鄰近對象的影響度隨距離：用于當主體對鄰近對象的影響度隨距離的增大而呈線性形式衰減時；的增大而呈線性形式衰減時；二次模型二次模型：用于當主體對鄰近對象的影響度隨距離：用于當主體對鄰近對象的影響度隨距離的增大而呈二次形式衰減時；的增大而呈二次形式衰減時； 指數(shù)模型指數(shù)模型：用于當主體對鄰近對象的影響度隨距：用于當主體對鄰近

42、對象的影響度隨距離的增大而呈指數(shù)形式衰減時。離的增大而呈指數(shù)形式衰減時。緩 沖 區(qū) 生成步驟明確目的和標準明確目的和標準數(shù)據(jù)準備數(shù)據(jù)準備空間操作空間操作統(tǒng)計分析統(tǒng)計分析結(jié)果輸出結(jié)果輸出緩 沖 區(qū) 分 類點的緩沖區(qū)線的緩沖區(qū)面的緩沖區(qū)緩 沖 區(qū) 分 類點的緩沖區(qū)線的緩沖區(qū)面的緩沖區(qū)緩 沖 區(qū) 分 類點的緩沖區(qū)線的緩沖區(qū)面的緩沖區(qū)建立建立緩沖區(qū)的算法緩沖區(qū)的算法 算法算法：將多邊形或線段中所有角點及端點求出來，：將多邊形或線段中所有角點及端點求出來，然后向左或向右按法線方向平移同一距離，線段之間然后向左或向右按法線方向平移同一距離，線段之間可能會出現(xiàn)交叉或未連上的情況，去掉多余的部分并可能會出現(xiàn)交

43、叉或未連上的情況，去掉多余的部分并對沒有連上的弧段進行曲線光滑連接，生成一條新的對沒有連上的弧段進行曲線光滑連接，生成一條新的多邊形線或線段組，最終形成新的多邊形。多邊形線或線段組，最終形成新的多邊形。1）角平分線法）角平分線法角平分線法的實質(zhì)是通過求平行線建立線緩沖區(qū)和面緩沖區(qū)角平分線法的實質(zhì)是通過求平行線建立線緩沖區(qū)和面緩沖區(qū)在求算過程中對出現(xiàn)的凸角作特殊處理。在求算過程中對出現(xiàn)的凸角作特殊處理。如下如下凸角出現(xiàn)過長的尖角凸角出現(xiàn)過長的尖角2）凸角圓弧法）凸角圓弧法 ABC 需要指出需要指出：緩沖區(qū)生成的是一些新的多邊形，不包緩沖區(qū)生成的是一些新的多邊形，不包含原點、線、面要素。含原點、線

44、、面要素。 點的緩沖區(qū)是半徑為緩沖區(qū)寬度的圓點的緩沖區(qū)是半徑為緩沖區(qū)寬度的圓; ; 線的緩沖區(qū)是一條帶線的緩沖區(qū)是一條帶; ; 面的緩沖區(qū)是一封閉的條帶，有島（內(nèi)邊界）的面面的緩沖區(qū)是一封閉的條帶，有島（內(nèi)邊界）的面的緩沖區(qū)是兩封閉條帶。的緩沖區(qū)是兩封閉條帶。 緩沖區(qū)的大小由緩沖寬度確定。緩沖區(qū)的大小由緩沖寬度確定。應(yīng)注意的問題應(yīng)注意的問題 （1 1）緩沖區(qū)發(fā)生重疊時的處理緩沖區(qū)發(fā)生重疊時的處理 緩沖區(qū)的重疊包括多個緩沖區(qū)的重疊包括多個特征緩沖區(qū)之間的重疊以及同一特征緩沖區(qū)圖形的重疊。特征緩沖區(qū)之間的重疊以及同一特征緩沖區(qū)圖形的重疊。對于前者，首先通過拓撲分析的方法，自動地識別出落在對于前者，

45、首先通過拓撲分析的方法，自動地識別出落在某個緩沖區(qū)內(nèi)部的那些線段或弧段，然后刪除這些線段或某個緩沖區(qū)內(nèi)部的那些線段或弧段，然后刪除這些線段或弧段，得到經(jīng)處理后的連通緩沖區(qū)；對于后者，可通過緩弧段，得到經(jīng)處理后的連通緩沖區(qū)；對于后者，可通過緩沖區(qū)邊界曲線逐條線段求交。沖區(qū)邊界曲線逐條線段求交。 （2 2）緩沖區(qū)寬度不同時的處理緩沖區(qū)寬度不同時的處理 在進行緩沖區(qū)分析時，在進行緩沖區(qū)分析時，經(jīng)常發(fā)生不同級別的同一類要求具有不同的緩沖區(qū)大小。經(jīng)常發(fā)生不同級別的同一類要求具有不同的緩沖區(qū)大小。例如，在城市土地地價評估時，沿主要街道兩側(cè)的通達度、例如，在城市土地地價評估時，沿主要街道兩側(cè)的通達度、繁華度

46、的輻射范圍大，而小街道較小，這與要素的類型和繁華度的輻射范圍大，而小街道較小，這與要素的類型和特點有關(guān)。在建立這種緩沖區(qū)時，首先應(yīng)建立要素屬性表，特點有關(guān)。在建立這種緩沖區(qū)時，首先應(yīng)建立要素屬性表，根據(jù)不同屬性確定不同的緩沖區(qū)寬度，然后產(chǎn)生緩沖區(qū)根據(jù)不同屬性確定不同的緩沖區(qū)寬度，然后產(chǎn)生緩沖區(qū) 。 （3 3）復(fù)雜圖形緩沖區(qū)的內(nèi)外標識處理復(fù)雜圖形緩沖區(qū)的內(nèi)外標識處理 復(fù)雜圖形經(jīng)緩復(fù)雜圖形經(jīng)緩沖區(qū)分析后會產(chǎn)生許多多邊形。為了標識哪些區(qū)域是緩沖區(qū)分析后會產(chǎn)生許多多邊形。為了標識哪些區(qū)域是緩沖區(qū)，哪些是緩沖區(qū)外，應(yīng)在這些多邊形中加入特征屬沖區(qū)，哪些是緩沖區(qū)外，應(yīng)在這些多邊形中加入特征屬性。如性。如AR

47、C/INFOARC/INFO在緩沖區(qū)分析后的多邊形屬性表中加入在緩沖區(qū)分析后的多邊形屬性表中加入了一項了一項INSIDEINSIDE，INSIDEINSIDE值為值為1 1表示該多邊形在緩沖區(qū)內(nèi)，表示該多邊形在緩沖區(qū)內(nèi)，值為值為0 0則在緩沖區(qū)外。則在緩沖區(qū)外。 緩沖區(qū)分析例緩沖區(qū)分析例如已知一湖泊，要求在它周圍如已知一湖泊，要求在它周圍5000m 5000m 內(nèi)必需禁止任何污染性內(nèi)必需禁止任何污染性工業(yè)企業(yè)存在，在它周圍工業(yè)企業(yè)存在，在它周圍500m 500m 內(nèi)必需禁止建筑任何永久性建內(nèi)必需禁止建筑任何永久性建筑物。筑物。（1 1）先建立緩沖區(qū)；）先建立緩沖區(qū)；（2 2）同現(xiàn)有污染性工業(yè)企

48、業(yè)圖疊置，顯示在范圍內(nèi)應(yīng)禁止的）同現(xiàn)有污染性工業(yè)企業(yè)圖疊置，顯示在范圍內(nèi)應(yīng)禁止的污染性工業(yè)企業(yè)；污染性工業(yè)企業(yè)；（3 3）同現(xiàn)有永久性建筑物圖疊置，顯示在范圍內(nèi)應(yīng)禁止的永）同現(xiàn)有永久性建筑物圖疊置，顯示在范圍內(nèi)應(yīng)禁止的永久性建筑物。久性建筑物。第五節(jié) 空間網(wǎng)絡(luò)分析空間網(wǎng)絡(luò)分析基礎(chǔ)空間網(wǎng)絡(luò)分析基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)圖論概念網(wǎng)絡(luò)圖論概念v4v1v3v2v5e1e2e3e4e5e6e7空間網(wǎng)絡(luò)的類型和構(gòu)成空間網(wǎng)絡(luò)的類型和構(gòu)成類型類型 平面網(wǎng)絡(luò)：道路型，樹型，環(huán)網(wǎng)型，細胞型平面網(wǎng)絡(luò)：道路型，樹型，環(huán)網(wǎng)型，細胞型 非平面網(wǎng)絡(luò)：交錯型非平面網(wǎng)絡(luò)：交錯型構(gòu)成構(gòu)成 網(wǎng)絡(luò)是一系列相互聯(lián)結(jié)的弧段網(wǎng)絡(luò)是一系列相互聯(lián)結(jié)的弧段，形成

49、物質(zhì)、信息流通形成物質(zhì)、信息流通的通道。例如，水從水庫流向各種水渠，發(fā)電廠經(jīng)電網(wǎng)的通道。例如，水從水庫流向各種水渠，發(fā)電廠經(jīng)電網(wǎng)向用戶供電；城市的道路網(wǎng)均構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)是現(xiàn)代生向用戶供電；城市的道路網(wǎng)均構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)是現(xiàn)代生活、生產(chǎn)必不可少的條件。活、生產(chǎn)必不可少的條件。 一個網(wǎng)絡(luò)由一個網(wǎng)絡(luò)由結(jié)點、鏈或弧段、拐角、站點、中心、障結(jié)點、鏈或弧段、拐角、站點、中心、障礙礙六大基本要素組成。六大基本要素組成。 1 1）結(jié)點結(jié)點 網(wǎng)絡(luò)中任意兩條線段的交點。網(wǎng)絡(luò)中任意兩條線段的交點。 2 2）鏈或弧段鏈或弧段 連結(jié)兩個結(jié)點的弧段或路徑，是網(wǎng)絡(luò)中連結(jié)兩個結(jié)點的弧段或路徑，是網(wǎng)絡(luò)中資源運移的通道，與結(jié)點一起

50、，構(gòu)成了網(wǎng)絡(luò)中的最基本要資源運移的通道，與結(jié)點一起，構(gòu)成了網(wǎng)絡(luò)中的最基本要素。鏈間的相互聯(lián)系在素。鏈間的相互聯(lián)系在GISGIS中應(yīng)具有拓撲結(jié)構(gòu)。中應(yīng)具有拓撲結(jié)構(gòu)。 3 3）拐角拐角 在連通線相連的結(jié)點處，資源運移方向可能在連通線相連的結(jié)點處，資源運移方向可能轉(zhuǎn)變，運移方向從一個鏈經(jīng)結(jié)點轉(zhuǎn)向另一個鏈。特定方向轉(zhuǎn)變，運移方向從一個鏈經(jīng)結(jié)點轉(zhuǎn)向另一個鏈。特定方向的轉(zhuǎn)彎通常限制了資源在網(wǎng)絡(luò)中的運移。例如在道路網(wǎng)中的轉(zhuǎn)彎通常限制了資源在網(wǎng)絡(luò)中的運移。例如在道路網(wǎng)中的高架橋使得車輛不能向左或向右拐彎。的高架橋使得車輛不能向左或向右拐彎。 4 4）站點站點 網(wǎng)絡(luò)路線中資源裝、卸的結(jié)點點位，如郵件網(wǎng)絡(luò)路線中資

51、源裝、卸的結(jié)點點位，如郵件投放點、公共汽車站等。投放點、公共汽車站等。 5 5）中心中心 網(wǎng)絡(luò)線路中具有接收或發(fā)放資源能力，且位網(wǎng)絡(luò)線路中具有接收或發(fā)放資源能力，且位于結(jié)點處的設(shè)施。如水庫具有調(diào)節(jié)各支流的水量并能向渠于結(jié)點處的設(shè)施。如水庫具有調(diào)節(jié)各支流的水量并能向渠道開閘放水的能力。道開閘放水的能力。 6 6）障礙障礙 資源不能通過的結(jié)點。如被破壞的橋梁和禁資源不能通過的結(jié)點。如被破壞的橋梁和禁止通行的關(guān)口等。止通行的關(guān)口等。 上述要素除障礙和結(jié)點之外，都用圖層要素形式表示，并上述要素除障礙和結(jié)點之外，都用圖層要素形式表示，并用一系列相關(guān)屬性來描述，一般以表格的方式存儲在用一系列相關(guān)屬性來描述

52、，一般以表格的方式存儲在GISGIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，以便構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)模型和網(wǎng)絡(luò)分析。這些屬性系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，以便構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)模型和網(wǎng)絡(luò)分析。這些屬性是網(wǎng)絡(luò)中的重要部分。例如，在城市交通網(wǎng)絡(luò)中，每一段是網(wǎng)絡(luò)中的重要部分。例如，在城市交通網(wǎng)絡(luò)中，每一段道路（鏈）都有名字、速度上限、寬度等；?？奎c處有大道路（鏈）都有名字、速度上限、寬度等；?？奎c處有大量的物資等待裝載或下卸等屬性。量的物資等待裝載或下卸等屬性。 在這些屬性中，有三個重要的概念：在這些屬性中，有三個重要的概念：阻強、資源需求量阻強、資源需求量 、資源容量資源容量 1 1、阻強、阻強 阻強阻強是指資源在網(wǎng)絡(luò)中運移阻力的大小。它是描是指資源在網(wǎng)絡(luò)中運

53、移阻力的大小。它是描述鏈與拐彎所具有的屬性。述鏈與拐彎所具有的屬性。 鏈弧的阻強鏈弧的阻強是指從鏈的一個端點至另一個端點所是指從鏈的一個端點至另一個端點所需克服的阻力，如鏈弧段的長度可作為阻強的描述參數(shù)，需克服的阻力，如鏈弧段的長度可作為阻強的描述參數(shù)，因為物資在長鏈弧上運移花費時間比短鏈弧上要多。因為物資在長鏈弧上運移花費時間比短鏈弧上要多。 阻強的大小阻強的大小應(yīng)根據(jù)多種因素來確定，如弧段的特應(yīng)根據(jù)多種因素來確定，如弧段的特性，網(wǎng)絡(luò)中運移資源的種類、運移的方向，弧段中的特殊性，網(wǎng)絡(luò)中運移資源的種類、運移的方向，弧段中的特殊情況等。情況等。 轉(zhuǎn)彎的阻強轉(zhuǎn)彎的阻強描述了從一條鏈弧經(jīng)結(jié)點到另一條

54、鏈弧描述了從一條鏈弧經(jīng)結(jié)點到另一條鏈弧的阻力大小，它隨著兩相連鏈弧的條件狀況而變化。的阻力大小，它隨著兩相連鏈弧的條件狀況而變化。 為了便于分析計算，不同類型的阻強都應(yīng)使用為了便于分析計算，不同類型的阻強都應(yīng)使用同一同一種量綱種量綱。 運用阻強概念的運用阻強概念的目的目的在于模擬真實網(wǎng)絡(luò)中各路線及在于模擬真實網(wǎng)絡(luò)中各路線及轉(zhuǎn)彎的變化條件。對不構(gòu)成通道的弧段或轉(zhuǎn)彎往往賦以負轉(zhuǎn)彎的變化條件。對不構(gòu)成通道的弧段或轉(zhuǎn)彎往往賦以負的阻強。這樣，在分析應(yīng)用中如選取最佳路線時可自動跳的阻強。這樣，在分析應(yīng)用中如選取最佳路線時可自動跳過這些弧段或轉(zhuǎn)彎。過這些弧段或轉(zhuǎn)彎。 最佳路線最佳路線就是阻力最小的路線。就

55、是阻力最小的路線。2 2、資源需求量、資源需求量 資源需求量指網(wǎng)絡(luò)中與弧段和?？奎c相聯(lián)系資源的資源需求量指網(wǎng)絡(luò)中與弧段和?？奎c相聯(lián)系資源的數(shù)量。如在供水網(wǎng)絡(luò)中每條溝渠所載的水量；在城市網(wǎng)絡(luò)數(shù)量。如在供水網(wǎng)絡(luò)中每條溝渠所載的水量；在城市網(wǎng)絡(luò)中沿每條街道所住的學生數(shù)；在?？奎c裝卸物的件數(shù)等。中沿每條街道所住的學生數(shù)；在停靠點裝卸物的件數(shù)等。3 3、資源容量、資源容量 資源容量系指網(wǎng)絡(luò)中心為了滿足各弧段的需求，能資源容量系指網(wǎng)絡(luò)中心為了滿足各弧段的需求，能夠容納或提供的資源總數(shù)量。如學校的容量指學校能注冊夠容納或提供的資源總數(shù)量。如學校的容量指學校能注冊的學生總數(shù)；停車場能停放機動車輛的空間；水庫的

56、總?cè)莸膶W生總數(shù)；停車場能停放機動車輛的空間；水庫的總?cè)萘康鹊?。量等等?網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)要素要素的屬性表示的屬性表示 1 1、鏈弧的屬性表示、鏈弧的屬性表示 鏈弧是有向線段，除用拓撲關(guān)系描述外，還有相應(yīng)的鏈弧是有向線段，除用拓撲關(guān)系描述外，還有相應(yīng)的屬性如阻強、需求量等（下圖）。其中需求量對于選擇最佳屬性如阻強、需求量等（下圖）。其中需求量對于選擇最佳布局中心及網(wǎng)流量計算是不可少的屬性值。布局中心及網(wǎng)流量計算是不可少的屬性值。 2 2、轉(zhuǎn)彎及其屬性表示、轉(zhuǎn)彎及其屬性表示 在網(wǎng)絡(luò)結(jié)點處，可能產(chǎn)生的轉(zhuǎn)彎個數(shù)為在網(wǎng)絡(luò)結(jié)點處，可能產(chǎn)生的轉(zhuǎn)彎個數(shù)為 N Nm m2 2 式中式中m m為在結(jié)點處相連的弧段條數(shù)。當

57、為在結(jié)點處相連的弧段條數(shù)。當3 3條弧段相連時，轉(zhuǎn)條弧段相連時，轉(zhuǎn)彎的個數(shù)為彎的個數(shù)為9 9 ，在轉(zhuǎn)彎處往往有一些限制，對不同限制類別，在轉(zhuǎn)彎處往往有一些限制，對不同限制類別及其屬性的描述見表及其屬性的描述見表 。 鏈弧的屬性表示鏈弧的屬性表示 轉(zhuǎn)彎的類型轉(zhuǎn)彎的類型從結(jié)點 至結(jié)點長度(km)正方向 阻強(km/h)反方向 阻強(km/h) 24175.50203555 資源需求量542553520 3 3、站點、中心的屬性、站點、中心的屬性 這兩種網(wǎng)絡(luò)要素的屬性表示非常簡單。站點的屬性為資這兩種網(wǎng)絡(luò)要素的屬性表示非常簡單。站點的屬性為資源需求量，正值表示裝載，負值表示下卸（見表源需求量，正值表

58、示裝載，負值表示下卸（見表4-24-2）。中）。中心的屬性是資源最大容量，服務(wù)范圍（從中心至可能路徑的心的屬性是資源最大容量，服務(wù)范圍（從中心至可能路徑的最大可能距離）和服務(wù)延遲數(shù)。最大可能距離）和服務(wù)延遲數(shù)。 表表4 43 3 站點與其屬性站點與其屬性表表4 42 2 拐角的類型及其屬性描述拐角的類型及其屬性描述 20 6 9 -90 -1 20 6 7 0 5 20 6 8 90 10不允許從不允許從6號弧轉(zhuǎn)向號弧轉(zhuǎn)向9號弧號弧,并賦并賦于負值阻強于負值阻強,允許其它方向的轉(zhuǎn)允許其它方向的轉(zhuǎn)彎彎,其阻強為正其阻強為正 20 6 7 0 0 20 6 8 90 -1 20 6 9 -90 -

59、1 20 9 8 0 0 20 9 7 -90 -1 20 9 6 90 -1高架道或地道允許直通而無延高架道或地道允許直通而無延遲遲,如從如從6號弧至號弧至7號弧號弧;但不允但不允許轉(zhuǎn)彎許轉(zhuǎn)彎,此時以負的阻強表示此時以負的阻強表示(如從如從6號弧至號弧至8、9號弧號弧) 20 6 7 0 15 20 6 8 90 20 20 6 9 -90 10?？奎c使得從停靠點使得從6號弧至其它弧號弧至其它弧段段-直通直通7號弧號弧,向左轉(zhuǎn)至向左轉(zhuǎn)至8號號弧弧,向右轉(zhuǎn)至向右轉(zhuǎn)至9號弧的運移減慢號弧的運移減慢 20 6 6 180 20U型拐彎從型拐彎從6號弧至號弧至20號結(jié)點并號結(jié)點并從從20號結(jié)點轉(zhuǎn)回號

60、結(jié)點轉(zhuǎn)回6號弧號弧,這是一這是一個個180度轉(zhuǎn)變度轉(zhuǎn)變,花費花費20秒時間秒時間結(jié)點號結(jié)點號 從弧段從弧段 至弧段至弧段 角度角度 時間阻強時間阻強(s)屬性表屬性表 0=無阻強無阻強 -1=不允許拐彎不允許拐彎描述描述轉(zhuǎn)彎類型轉(zhuǎn)彎類型?？奎c820967820967高架 道或地 道820967不準右轉(zhuǎn)彎820967U 型拐彎空間網(wǎng)絡(luò)分析方法空間網(wǎng)絡(luò)分析方法 網(wǎng)絡(luò)分析的主要網(wǎng)絡(luò)分析的主要用途用途是：是：選擇最佳路徑；選擇最佳布選擇最佳路徑；選擇最佳布局中心的位置局中心的位置。 所謂所謂最佳路徑最佳路徑是指從始點到終點的最短距離或花費最是指從始點到終點的最短距離或花費最少的路線。少的路線。 最佳布