李建松,武漢大學(xué) 空間分析

1、地理信息系統(tǒng)原理GIS第十五章第十五章 空間分析方法空間分析方法 空間分析通過對矢量數(shù)據(jù)、柵格數(shù)據(jù)等的空間運算，回答人們特定的問題。對柵格數(shù)據(jù)分析來講，一般存在比較固定的模式，但對矢量數(shù)據(jù)來講，一般不存在固定的模式。地理信息系統(tǒng)原理GIS 柵格數(shù)據(jù)分析常見的模式主要有聚類分析、聚合分析、復(fù)合分析、追蹤分析和窗口分析等。第一節(jié)第一節(jié) 柵格數(shù)據(jù)分析的基本模式柵格數(shù)據(jù)分析的基本模式地理信息系統(tǒng)原理GIS一、聚類分析一、聚類分析 根據(jù)設(shè)定的聚類條件，對原有數(shù)據(jù)系統(tǒng)進(jìn)行有選擇的信息提取而建立新的柵格數(shù)據(jù)系統(tǒng)的方法這種分析方法經(jīng)常用于對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類合并，對遙感影象等的解譯結(jié)果進(jìn)行整理，消除同類地物之間的邊

2、界等作用。 第一節(jié)第一節(jié) 柵格數(shù)據(jù)分析的基本模式柵格數(shù)據(jù)分析的基本模式地理信息系統(tǒng)原理GIS二、聚合分析二、聚合分析 根據(jù)空間分辨率和分類表，進(jìn)行數(shù)據(jù)類型的合并或轉(zhuǎn)換，以實現(xiàn)空間地域的兼并。這類分析主要用于對數(shù)據(jù)進(jìn)行重新歸類，將面積較小的地塊劃歸到臨近較大地塊的類別中，具有數(shù)據(jù)綜合的作用 。 第一節(jié)第一節(jié) 柵格數(shù)據(jù)分析的基本模式柵格數(shù)據(jù)分析的基本模式地理信息系統(tǒng)原理GIS第一節(jié)第一節(jié) 柵格數(shù)據(jù)分析的基本模式柵格數(shù)據(jù)分析的基本模式三、柵格數(shù)據(jù)的信息復(fù)合分析三、柵格數(shù)據(jù)的信息復(fù)合分析 1、 概念概念分為視覺信息復(fù)合、疊加分類。視覺信息復(fù)合，將不同專題內(nèi)容進(jìn)行疊加顯示。疊加分類，疊加產(chǎn)生新的數(shù)據(jù)圖層

3、（空間地域重新劃分，屬性重新賦值）。 疊置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。新屬性值的計算可表示為： Uf(A,B,C,) 地理信息系統(tǒng)原理GIS第一節(jié)第一節(jié) 柵格數(shù)據(jù)分析的基本模式柵格數(shù)據(jù)分析的基本模式2、柵格疊置的作用、柵格疊置的作用 1） 類型疊置 即通過疊置獲取新的類型。如土壤圖與植被圖疊置，以分析土壤與植被的關(guān)系。 （2）數(shù)量統(tǒng)計 即計算某一區(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。（3） 動態(tài)分析 即通過對同一地區(qū)、相同屬性、不同時間的柵格數(shù)據(jù)的疊置，

4、分析由時間引起的變化。 （4）益本分析 即通過對屬性和空間的分析，計算成本、價值等。 （5）幾何提取 即通過與所需提取的范圍的疊置運算，快速地進(jìn)行范圍內(nèi)信息的提取地理信息系統(tǒng)原理GIS第二節(jié)第二節(jié) 矢量數(shù)據(jù)分析的基本方法矢量數(shù)據(jù)分析的基本方法 與柵格數(shù)據(jù)分析相比，矢量數(shù)據(jù)分析一般不存在模式化的分析處理方法，表現(xiàn)為處理方法的多樣性和復(fù)雜性。 1、拓?fù)浏B加、拓?fù)浏B加，通過將同一地區(qū)兩個不同圖層的特征相疊加，不僅建立新的空間特征，而且能將輸入的特征屬性予以合并，易于進(jìn)行多條件的查詢檢索、地圖裁剪、地圖更新和應(yīng)用模型分析等。 2、緩沖區(qū)建立、緩沖區(qū)建立，它是研究根據(jù)數(shù)據(jù)庫的點、線、面實體，自動建立各種

5、類型要素的緩沖多邊形，用以確定不同地理要素的空間接近度或鄰近性。它是GIS重要的和基本的空間分析功能之一。例如規(guī)劃建設(shè)一個開發(fā)區(qū)，需要通知一定范圍內(nèi)的居民動遷；在林業(yè)規(guī)劃中，需要按照距河流一定縱深范圍來確定森林砍伐區(qū)，以防止水土流失等等。3、數(shù)字地形分析：GIS提供了構(gòu)造數(shù)字高程模型及有關(guān)地形分析的功能模塊，包括坡度、坡向、地表粗糙度、山谷線、山脊線、日照強(qiáng)度、庫容量、表面積、立體圖、剖面圖和通視分析等，為地學(xué)研究、工程設(shè)計和輔助決策提供重要的基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)。 4、空間集合分析：空間集合分析是按照兩個邏輯子集給定的條件進(jìn)行布爾邏輯運算。 地理信息系統(tǒng)原理GIS第二節(jié)第二節(jié) 矢量數(shù)據(jù)分析的基本方法矢

6、量數(shù)據(jù)分析的基本方法 一、包含分析一、包含分析判斷某個地理元素、實體是否位于另一地理實體范圍之內(nèi)。是一種簡單的空間分析。 二、矢量數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)分析二、矢量數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)分析 1、 緩沖區(qū)的概念緩沖區(qū)的概念 :是指在點、線、面實體的周圍，自動建立的一定寬度的多邊形。 作用作用： 緩沖區(qū)分析是緩沖區(qū)分析是GIS的基本空間操作功能之一，一般應(yīng)用于求地的基本空間操作功能之一，一般應(yīng)用于求地理實體的影響范圍，即理實體的影響范圍，即鄰近度問題鄰近度問題。 2、例子：、例子：1） 如如道路噪聲道路噪聲影響范圍就是沿道路建一定寬度的緩沖區(qū)，影響范圍就是沿道路建一定寬度的緩沖區(qū)，車流量決定緩沖區(qū)半徑。車流量決定緩

7、沖區(qū)半徑。2）如某地區(qū)有如某地區(qū)有危險品倉庫危險品倉庫，要分析一旦倉庫爆，要分析一旦倉庫爆炸所涉及的范圍，這就需要進(jìn)行點緩沖區(qū)分析等。炸所涉及的范圍，這就需要進(jìn)行點緩沖區(qū)分析等。3）禽流感疫情爆發(fā)影禽流感疫情爆發(fā)影響的范圍；響的范圍；4）道路拓寬需拆除的建筑物和搬遷的居民。道路拓寬需拆除的建筑物和搬遷的居民。地理信息系統(tǒng)原理GIS3、基于矢量數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)的建立、基于矢量數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)的建立1 1、線的重采樣、線的重采樣，對線進(jìn)行化簡，對線進(jìn)行化簡，以加快緩沖區(qū)建立的速度。以加快緩沖區(qū)建立的速度。-線線的矢量數(shù)據(jù)壓縮算法。的矢量數(shù)據(jù)壓縮算法。2 2、建立線緩沖區(qū)、建立線緩沖區(qū)，在線的兩邊按，在線的

8、兩邊按一定的距離（緩沖距）繪平行線，一定的距離（緩沖距）繪平行線，并在線的端點處繪半圓，連成緩并在線的端點處繪半圓，連成緩沖區(qū)多邊形。沖區(qū)多邊形。3 3、重疊處理、重疊處理：對緩沖區(qū)邊界求交，：對緩沖區(qū)邊界求交，并判斷每個交點是并判斷每個交點是出點出點還是還是入點入點，以決定交點之間的線段以決定交點之間的線段保留保留或或刪刪除除。這樣就可得到島狀的緩沖區(qū)。這樣就可得到島狀的緩沖區(qū)。 第六章第六章 空間查詢與空間分析空間查詢與空間分析點的緩沖區(qū)點的緩沖區(qū)面的緩沖面的緩沖線的緩沖區(qū)線的緩沖區(qū)以以線狀地物線狀地物為例：為例：多個實體的緩沖多個實體的緩沖區(qū)，各實體緩沖區(qū)，各實體緩沖區(qū)的并，半徑可區(qū)的并

9、，半徑可以不同以不同 6-56-5 緩沖區(qū)緩沖區(qū)分析分析地理信息系統(tǒng)原理GIS第二節(jié)第二節(jié) 矢量數(shù)據(jù)分析的基本方法矢量數(shù)據(jù)分析的基本方法 三、多邊形疊置分析三、多邊形疊置分析 多邊形疊置分析是將同一地區(qū)的兩組或兩組以上的要素進(jìn)行疊置，產(chǎn)生新的特征的分析方法。疊置的直觀概念就是將兩幅或多幅地圖重迭在一起，產(chǎn)生新多邊形和新多邊形范圍內(nèi)的屬性。 1 1、內(nèi)容、內(nèi)容1 1）點與多邊形的疊置）點與多邊形的疊置點層與面層的疊置點層與面層的疊置核心算法核心算法為判斷點是否在多邊形內(nèi)。為判斷點是否在多邊形內(nèi)。2 2）線與多邊形的疊置）線與多邊形的疊置線與多邊形的疊置是把一幅圖線與多邊形的疊置是把一幅圖( (或

10、一個數(shù)據(jù)層或一個數(shù)據(jù)層) )中的多邊形中的多邊形的特征加到另一幅圖的特征加到另一幅圖( (或另或另 一個數(shù)據(jù)層一個數(shù)據(jù)層) )的線上。的線上。線與多邊形疊置的算法就是線與多邊形疊置的算法就是線的多邊形裁剪線的多邊形裁剪。 3 3）多邊形與多邊形的疊置）多邊形與多邊形的疊置 地理信息系統(tǒng)原理GIS3 3）、多邊形與多邊形的疊置、多邊形與多邊形的疊置（1 1）定義：）定義： 是指是指不同圖幅不同圖幅或或不同圖層不同圖層多邊形要素之間的疊置，根據(jù)兩多邊形要素之間的疊置，根據(jù)兩組多邊形邊界的交點來組多邊形邊界的交點來建立建立具有具有多重多重屬性的屬性的多邊形多邊形（合成疊置）（合成疊置）或進(jìn)行多邊形范

11、圍內(nèi)的或進(jìn)行多邊形范圍內(nèi)的屬性特性屬性特性的統(tǒng)計分析（統(tǒng)計疊置）。的統(tǒng)計分析（統(tǒng)計疊置）。合成疊置合成疊置需要進(jìn)行需要進(jìn)行屬性合并屬性合并。方法可用加、減、乘、除，也可。方法可用加、減、乘、除，也可取平均值、最大最小值，或取邏輯運算的結(jié)果等。取平均值、最大最小值，或取邏輯運算的結(jié)果等。統(tǒng)計疊置統(tǒng)計疊置是確定一個多邊形中含有其它多邊形的屬性類型的面是確定一個多邊形中含有其它多邊形的屬性類型的面積等，即把其它圖上的多邊形的屬性信息積等，即把其它圖上的多邊形的屬性信息提取到提取到本多邊形中來。本多邊形中來。（2 2）應(yīng)用）應(yīng)用：尋求和確定：尋求和確定同時具有同時具有幾種屬性的分布區(qū)域。幾種屬性的分布

12、區(qū)域。例如，土壤類型圖（例如，土壤類型圖（1 1，2 2）與城市功能分區(qū)圖（）與城市功能分區(qū)圖（a,ba,b）疊置，）疊置，可得出土壤與分區(qū)合成圖，也可得出新屬性統(tǒng)計表（屬性可得出土壤與分區(qū)合成圖，也可得出新屬性統(tǒng)計表（屬性 面面積積 ）。）。 6-46-4 疊置分析疊置分析（3 3）實施步驟）實施步驟地理信息系統(tǒng)原理GIS（3 3）實施步驟）實施步驟a a）對原始數(shù)據(jù)（多邊形）形成）對原始數(shù)據(jù)（多邊形）形成拓?fù)潢P(guān)系拓?fù)潢P(guān)系。b) b) 多層多邊形數(shù)據(jù)的多層多邊形數(shù)據(jù)的空間疊置空間疊置，形成新層。，形成新層。c c）對新層中的多邊形）對新層中的多邊形重建拓?fù)渲亟ㄍ負(fù)?。d d）刪除多余多邊形刪除

13、多余多邊形（或處理意義多邊形）提取感興趣的部分。（或處理意義多邊形）提取感興趣的部分。（4) 4) 難點難點a a）疊置后會產(chǎn)生）疊置后會產(chǎn)生大量大量對用戶對用戶無關(guān)無關(guān)的多邊形，在用戶做提取前仍需建拓?fù)洌ぷ髁康亩噙呅?，在用戶做提取前仍需建拓?fù)洌ぷ髁看?。且新層的多邊形?shù)目不僅與原多邊形數(shù)目有關(guān)，還與其復(fù)雜程度有關(guān)，越復(fù)雜，大。且新層的多邊形數(shù)目不僅與原多邊形數(shù)目有關(guān)，還與其復(fù)雜程度有關(guān)，越復(fù)雜，多邊形數(shù)目越多。多邊形數(shù)目越多。b b）由于疊置的多邊形往往是不同類型或不同比例尺的地圖，在疊置時就會產(chǎn)生一）由于疊置的多邊形往往是不同類型或不同比例尺的地圖，在疊置時就會產(chǎn)生一系列無意義的多邊形，

14、即產(chǎn)生多邊形疊置的系列無意義的多邊形，即產(chǎn)生多邊形疊置的位置誤差位置誤差，需要進(jìn)行處理。，需要進(jìn)行處理。c c）建新多邊形拓?fù)浜投噙呅闻c新屬性的）建新多邊形拓?fù)浜投噙呅闻c新屬性的連接連接，工作量大。，工作量大。第二節(jié)第二節(jié) 矢量數(shù)據(jù)分析的基本方法矢量數(shù)據(jù)分析的基本方法 地理信息系統(tǒng)原理GIS第二節(jié)第二節(jié) 矢量數(shù)據(jù)分析的基本方法矢量數(shù)據(jù)分析的基本方法 o疊置分析的類型 o 1、Intersection 計算輸入圖形的相交部分。地理信息系統(tǒng)原理GIS第四節(jié)第四節(jié) DEM分析分析一、概述一、概述二、二、DEM DEM 建立建立三、三、DEM DEM 應(yīng)用應(yīng)用人工格網(wǎng)法三角網(wǎng)法立體相對法曲面擬合等值線

15、插值地理信息系統(tǒng)原理GIS一、一、DEM DEM 概述概述 1 1、含義、含義： DEMDEM，（，（Digital Elevation ModelsDigital Elevation Models），是國家基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)的重要組成部分，），是國家基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)的重要組成部分，它表示地表區(qū)域上地形的它表示地表區(qū)域上地形的三維向量三維向量的的有限有限序列，即地表單元上序列，即地表單元上高程的集合高程的集合，數(shù)學(xué)，數(shù)學(xué)表達(dá)為：表達(dá)為：z = fz = f（x x，y y）。）。 DTMDTM：當(dāng)：當(dāng)z z為其他二維表面上為其他二維表面上連續(xù)變化連續(xù)變化的的地理特征地理特征，如地面溫度、降雨、地球磁力、

16、，如地面溫度、降雨、地球磁力、重力、土地利用、土壤類型等其他地面諸特征，此時的重力、土地利用、土壤類型等其他地面諸特征，此時的DEMDEM成為成為DTMDTM（Digital Digital Terrain ModelsTerrain Models）。）。 2 2、表示法：、表示法：第四節(jié)第四節(jié) DEM分析分析地理信息系統(tǒng)原理GIS2 2、表示法：、表示法：1） 等高線法等高線法 等高線通常被存儲成一個等高線通常被存儲成一個有序有序的的坐標(biāo)點序列坐標(biāo)點序列，可以認(rèn)為是一條帶有高程值屬，可以認(rèn)為是一條帶有高程值屬性的性的簡單多邊形簡單多邊形或多邊形弧段。由于等高線模型只是表達(dá)了區(qū)域的或多邊形弧段

17、。由于等高線模型只是表達(dá)了區(qū)域的部分高程值部分高程值，往往需要一種往往需要一種插值方法插值方法來計算落在來計算落在等高線以外等高線以外的的其他點其他點的高程，又因為這些點的高程，又因為這些點是落在兩條等高線包圍的區(qū)域內(nèi)，所以，通常只要使用是落在兩條等高線包圍的區(qū)域內(nèi)，所以，通常只要使用外包的外包的兩條等高線的高兩條等高線的高程進(jìn)行程進(jìn)行插值插值。 第四節(jié)第四節(jié) DEM分析分析地理信息系統(tǒng)原理GIS2 2）TIN TIN 法法 TIN TIN（Triangulated Irregular Network)Triangulated Irregular Network)表示法利用所有采樣點取得的離表

18、示法利用所有采樣點取得的離散數(shù)據(jù)，按照散數(shù)據(jù)，按照優(yōu)化組合優(yōu)化組合的原則，把這些離散點（各三角形的頂點）連接成相的原則，把這些離散點（各三角形的頂點）連接成相互連續(xù)的互連續(xù)的三角面三角面（在連接時，盡可能地確保每個三角形都是（在連接時，盡可能地確保每個三角形都是銳角三角形銳角三角形或是或是三邊的三邊的長度近似長度近似相等相等-Delaunay-Delaunay）。）。 因為因為TINTIN可根據(jù)地形的可根據(jù)地形的復(fù)雜程度復(fù)雜程度來確定采樣點的來確定采樣點的密度密度和和位置位置，能，能充分表示充分表示地形特征點和線，從而地形特征點和線，從而減少了減少了地形較平坦地區(qū)的地形較平坦地區(qū)的數(shù)據(jù)冗余數(shù)據(jù)

19、冗余。 3 3） 規(guī)則格網(wǎng)法規(guī)則格網(wǎng)法(Grid)(Grid)第四節(jié)第四節(jié) DEM分析分析地理信息系統(tǒng)原理GIS3 3） 規(guī)則格網(wǎng)法規(guī)則格網(wǎng)法(Grid)(Grid) 規(guī)則格網(wǎng)法是把規(guī)則格網(wǎng)法是把DEMDEM表示成表示成高程矩陣高程矩陣，此時，此時，DEMDEM來源于直接規(guī)則矩形格網(wǎng)采樣點或由不規(guī)來源于直接規(guī)則矩形格網(wǎng)采樣點或由不規(guī)則離散數(shù)據(jù)點內(nèi)插產(chǎn)生。則離散數(shù)據(jù)點內(nèi)插產(chǎn)生。 結(jié)構(gòu)簡單結(jié)構(gòu)簡單，計算機(jī)對矩陣的計算機(jī)對矩陣的處理處理比較比較方便方便，高程矩陣已成為高程矩陣已成為DEMDEM最通用最通用的形式。高程矩陣的形式。高程矩陣特別特別有利于有利于各種應(yīng)用各種應(yīng)用。 但但GridGrid系統(tǒng)

20、也有下列系統(tǒng)也有下列缺點缺點：a) a) 地形簡單的地區(qū)存在地形簡單的地區(qū)存在大量冗余數(shù)大量冗余數(shù)據(jù)據(jù)；b) b) 如不改變?nèi)绮桓淖兏窬W(wǎng)大小格網(wǎng)大小, ,則則無法適用無法適用于起伏程度不于起伏程度不同的地區(qū)；同的地區(qū)；c) c) 對于某些特殊計算如對于某些特殊計算如視線視線計算時，格網(wǎng)的計算時，格網(wǎng)的軸軸線方向被夸大線方向被夸大；d) d) 由于柵格過于粗略，由于柵格過于粗略，不能精確不能精確表示地形的關(guān)表示地形的關(guān)鍵特征鍵特征, ,如山峰、洼坑、山脊等；如山峰、洼坑、山脊等； 3 3、DEM DEM 特點特點第四節(jié)第四節(jié) DEM分析分析地理信息系統(tǒng)原理GIS3 3、DEM DEM 特點特點1

21、 1）容易以多種形式顯示地形信息）容易以多種形式顯示地形信息。地形數(shù)據(jù)經(jīng)過計算機(jī)軟件處理過后，產(chǎn)。地形數(shù)據(jù)經(jīng)過計算機(jī)軟件處理過后，產(chǎn)生多種比例尺的地形圖、縱橫斷面圖和立體圖。而常規(guī)地形圖一經(jīng)制作完成生多種比例尺的地形圖、縱橫斷面圖和立體圖。而常規(guī)地形圖一經(jīng)制作完成后，比例尺后，比例尺不容易不容易改變或需要人工處理。改變或需要人工處理。2 2）精度不會損失）精度不會損失。常規(guī)地圖隨著時間的推移，圖紙。常規(guī)地圖隨著時間的推移，圖紙將會變形將會變形，失掉失掉原有的原有的精度。而精度。而DEMDEM采用數(shù)字媒介，因而能保持采用數(shù)字媒介，因而能保持精度不變精度不變。另外，由常規(guī)的地圖用。另外，由常規(guī)的地

22、圖用人工的方法制作其他種類的地圖，精度會人工的方法制作其他種類的地圖，精度會受到損失受到損失，而由，而由DEMDEM直接輸出，精直接輸出，精度可度可得到控制得到控制。3 3）容易實現(xiàn)自動化、實時化）容易實現(xiàn)自動化、實時化。常規(guī)地圖要增加和修改都。常規(guī)地圖要增加和修改都必須重復(fù)必須重復(fù)相同的工相同的工序，序，勞動強(qiáng)度大勞動強(qiáng)度大而且而且周期長周期長，而，而DEMDEM由于是數(shù)字形式的，所以增加和修改地由于是數(shù)字形式的，所以增加和修改地形信息形信息只需只需將修改信息直接將修改信息直接輸入計算機(jī)輸入計算機(jī)，經(jīng)軟件經(jīng)軟件處理后即可得各種地形圖。處理后即可得各種地形圖。與與傳統(tǒng)地形圖傳統(tǒng)地形圖比較，比較

23、，DEMDEM作為地形表面的一種數(shù)字表達(dá)形式有如下特點：作為地形表面的一種數(shù)字表達(dá)形式有如下特點： 第四節(jié)第四節(jié) DEM分析分析地理信息系統(tǒng)原理GIS4 4、DEMDEM應(yīng)用應(yīng)用 1 1）作為國家地理信息的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；）作為國家地理信息的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)； 2 2）土木工程、景觀建筑與礦山工程規(guī)劃與設(shè)計；）土木工程、景觀建筑與礦山工程規(guī)劃與設(shè)計； 3 3）為軍事目的而進(jìn)行的三維顯示；）為軍事目的而進(jìn)行的三維顯示； 4 4）景觀設(shè)計與城市規(guī)劃；）景觀設(shè)計與城市規(guī)劃； 5 5）流水線分析、可視性分析；）流水線分析、可視性分析； 6 6）交通路線的規(guī)劃與大壩選址；）交通路線的規(guī)劃與大壩選址； 7 7）不同地表

24、的統(tǒng)計分析與比較；）不同地表的統(tǒng)計分析與比較； 8 8）生成坡度圖、坡向圖、剖面圖、輔助地貌分析、估計侵蝕和徑流等；）生成坡度圖、坡向圖、剖面圖、輔助地貌分析、估計侵蝕和徑流等； 9 9）作為背景疊加各種專題信息如土壤、土地利用及植被覆蓋數(shù)據(jù)等，以進(jìn)行）作為背景疊加各種專題信息如土壤、土地利用及植被覆蓋數(shù)據(jù)等，以進(jìn)行顯示與分析；顯示與分析； 1010）與）與GISGIS聯(lián)合進(jìn)行空間分析；聯(lián)合進(jìn)行空間分析； 1111）虛擬現(xiàn)實）虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality)(Virtual Reality)； 此外，從此外，從DEMDEM還能派生以下主要產(chǎn)品：平面等高線圖、立體等高線圖、等坡還能派生

25、以下主要產(chǎn)品：平面等高線圖、立體等高線圖、等坡度圖、暈渲圖、通視圖、縱橫斷面圖、三維立體透視圖、三維立體彩色圖等。度圖、暈渲圖、通視圖、縱橫斷面圖、三維立體透視圖、三維立體彩色圖等。 返回返回第四節(jié)第四節(jié) DEM分析分析地理信息系統(tǒng)原理GIS二、二、DEMDEM建立建立1 1、數(shù)據(jù)獲取與處理、數(shù)據(jù)獲取與處理沿斷面采集沿斷面采集選點采集選點采集1 1）數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集資料來源于張超主編的資料來源于張超主編的地理信地理信息系統(tǒng)教程息系統(tǒng)教程所配光盤所配光盤第四節(jié)第四節(jié) DEM分析分析地理信息系統(tǒng)原理GIS2) 2) 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理 資料來源于張超主編的資料來源于張超主編的地理信息系統(tǒng)教程地理信息

26、系統(tǒng)教程所配光盤所配光盤第四節(jié)第四節(jié) DEM分析分析地理信息系統(tǒng)原理GIS2 2、DEM DEM 生成生成1 1）人工網(wǎng)格法）人工網(wǎng)格法 在地形圖上蒙上格網(wǎng)，在地形圖上蒙上格網(wǎng)，逐格逐格讀取讀取中心點中心點或或交點交點的高程值。的高程值。 對有限個離散點，對有限個離散點，每三個每三個鄰近點鄰近點聯(lián)結(jié)成聯(lián)結(jié)成三角形，每個三角形代表一三角形，每個三角形代表一個個局部平面局部平面，再根據(jù)每個平面方程，再根據(jù)每個平面方程，可計算可計算各格網(wǎng)點各格網(wǎng)點高程，生成高程，生成DEMDEM。 2 2）三角網(wǎng)法）三角網(wǎng)法地理信息系統(tǒng)原理GIS3 3）立體像對法）立體像對法 資料來源于張超主編的資料來源于張超主編

27、的地理信息系統(tǒng)教程地理信息系統(tǒng)教程所配光盤所配光盤D D地理信息系統(tǒng)原理GIS4 4）曲面擬合法）曲面擬合法 根據(jù)根據(jù)有限個有限個離散點的高程，采用離散點的高程，采用多項式多項式或或樣條函數(shù)樣條函數(shù)求得求得擬合公式擬合公式，再逐個計算，再逐個計算各點的高程，得到擬合的各點的高程，得到擬合的DEMDEM?？煞从场？煞从晨偟牡貏菘偟牡貏?，但，但局部局部誤差誤差較大較大?？煞譃椋嚎煞譃椋赫w擬合整體擬合：根據(jù)研究區(qū)域內(nèi)：根據(jù)研究區(qū)域內(nèi)所有采樣點所有采樣點的觀測值建立的觀測值建立趨勢面模型趨勢面模型。特點是不能反。特點是不能反映內(nèi)插區(qū)域內(nèi)的局部特征。映內(nèi)插區(qū)域內(nèi)的局部特征。局部擬合局部擬合：利用：利用

28、鄰近的鄰近的數(shù)據(jù)點數(shù)據(jù)點估計估計未知點的值，能未知點的值，能反映局部反映局部特征。特征。地理信息系統(tǒng)原理GIS5 5）等值線插值法）等值線插值法 資料來源資料來源于張超主于張超主編的編的地地理信息系理信息系統(tǒng)教程統(tǒng)教程所配光盤所配光盤返回返回地理信息系統(tǒng)原理GIS三、三、DEM DEM 的分析的分析（一）（一） 基于基于DEMDEM的信息提取的信息提取1 1、坡度、坡度定義為定義為地表單元的法向地表單元的法向與與Z Z軸軸的夾角，即的夾角，即切平面切平面與與水平面水平面的夾角。的夾角。 在計算出各地表單元的坡度后，可對不同的坡度設(shè)定不同的在計算出各地表單元的坡度后，可對不同的坡度設(shè)定不同的灰度

29、級灰度級，可得到坡，可得到坡度圖。度圖。2 2、坡向、坡向 坡向是地表單元的法向量在坡向是地表單元的法向量在水平面上的投影水平面上的投影與與X X軸軸之間的夾角，之間的夾角， 在計算出每個地表單元的坡向后，可制作坡向圖，通常把坡向在計算出每個地表單元的坡向后，可制作坡向圖，通常把坡向分為分為東、南、西、東、南、西、北、東北、西北、東南、西南北、東北、西北、東南、西南8 8類，再加上平地，共類，再加上平地，共9 9類，用類，用不同的色彩不同的色彩顯示，即顯示，即可得到坡向圖?？傻玫狡孪驁D。（Grid DEMGrid DEM上制作坡度、坡向圖）上制作坡度、坡向圖）3 3、地表粗造度（破碎度）、地表

30、粗造度（破碎度） 是反映地表的起伏變化和侵蝕程度的指標(biāo)，一般定義為地表單元的是反映地表的起伏變化和侵蝕程度的指標(biāo)，一般定義為地表單元的曲面面積曲面面積與其與其水平面上的水平面上的投影面積投影面積之比。之比。4 4、高程變異分析、高程變異分析地理信息系統(tǒng)原理GISGrid DEMGrid DEM上制作坡度、坡向圖上制作坡度、坡向圖 通常用通常用3 3* *3 3的格網(wǎng)窗口在的格網(wǎng)窗口在DEMDEM數(shù)據(jù)矩陣中連續(xù)移動計數(shù)據(jù)矩陣中連續(xù)移動計算完成。算完成。 部分資料來源于張超主編的部分資料來源于張超主編的地地理信息系統(tǒng)教程理信息系統(tǒng)教程所配光盤所配光盤地理信息系統(tǒng)原理GIS4 4、高程變異分析、高程

31、變異分析平地平地崗丘崗丘丘陵丘陵低山低山高高山山絕對絕對h h40060400600 0相對相對h h100100100-200100-200坡向坡向33DEMDEM計算地表形態(tài)要素計算地表形態(tài)要素H,H,H,H,坡度、坡向等坡度、坡向等地形分類標(biāo)準(zhǔn)表地形分類標(biāo)準(zhǔn)表地形自動分類地形自動分類5 5、地貌形態(tài)的自動分類地貌形態(tài)的自動分類 包括平均高程、相對高程、高程標(biāo)準(zhǔn)差，高程變異。包括平均高程、相對高程、高程標(biāo)準(zhǔn)差，高程變異。高程變異：為格網(wǎng)頂點的高程變異：為格網(wǎng)頂點的高程標(biāo)準(zhǔn)差高程標(biāo)準(zhǔn)差與與平均高程平均高程的的比值比值。地理信息系統(tǒng)原理GIS第第5節(jié)節(jié) 網(wǎng)絡(luò)分析網(wǎng)絡(luò)分析 o網(wǎng)絡(luò)分析是GIS的另

32、一重要分析類型。在地理空間中，許多自然、人工的線狀地物相互之間構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。如道路網(wǎng)、地下管線網(wǎng)、電網(wǎng)、河流網(wǎng)等。在這些網(wǎng)絡(luò)上，人們需要進(jìn)行路徑選擇、資源分配、運輸路線規(guī)劃、故障診斷等分析。復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)分析需要專業(yè)的應(yīng)用模型支持，這里只介紹基本的網(wǎng)絡(luò)分析方法。 地理信息系統(tǒng)原理GIS第第5節(jié)節(jié) 網(wǎng)絡(luò)分析網(wǎng)絡(luò)分析 o網(wǎng)絡(luò)分析是GIS的另一重要分析類型。在地理空間中，許多自然、人工的線狀地物相互之間構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。如道路網(wǎng)、地下管線網(wǎng)、電網(wǎng)、河流網(wǎng)等。在這些網(wǎng)絡(luò)上，人們需要進(jìn)行路徑選擇、資源分配、運輸路線規(guī)劃、故障診斷等分析。復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)分析需要專業(yè)的應(yīng)用模型支持，這里只介紹基本的網(wǎng)絡(luò)分析方法。 地理信息系統(tǒng)原

33、理GIS1、最短路徑分析含義最短路徑分析含義：在網(wǎng)絡(luò)中從起點經(jīng)一系列特定在網(wǎng)絡(luò)中從起點經(jīng)一系列特定的結(jié)點至終點的資源運移的最佳路線，即阻力最小的路徑。的結(jié)點至終點的資源運移的最佳路線，即阻力最小的路徑。2 2、路徑分析包括路徑分析包括：1 1）靜態(tài)求最佳路徑）靜態(tài)求最佳路徑：在給定每條鏈上的屬性后，求最佳路徑。：在給定每條鏈上的屬性后，求最佳路徑。一般分析從一般分析從p1p1到到p2p2共有共有n n條路徑，計算各路徑上的權(quán)數(shù)之和，取最小者為最佳路條路徑，計算各路徑上的權(quán)數(shù)之和，取最小者為最佳路徑。徑。2 2）N N條最佳路徑條最佳路徑給定起點、終點，求代價最小的給定起點、終點，求代價最小的N

34、 N條路徑，事實上，理論上只有一條，實際上需條路徑，事實上，理論上只有一條，實際上需選擇選擇N N條近似最佳路徑。條近似最佳路徑。3 3）最短路徑或最低耗費路徑）最短路徑或最低耗費路徑確定起點、終點和要經(jīng)過的中間點、鏈，求最短或耗費最小路徑。確定起點、終點和要經(jīng)過的中間點、鏈，求最短或耗費最小路徑。4 4）動態(tài)最佳路徑分析）動態(tài)最佳路徑分析實際中權(quán)數(shù)可能是變化的，可能會臨時產(chǎn)生一些障礙點，要動態(tài)計算最佳路徑。實際中權(quán)數(shù)可能是變化的，可能會臨時產(chǎn)生一些障礙點，要動態(tài)計算最佳路徑。3 3、核心算法核心算法 求兩點間的權(quán)數(shù)最小路徑，常用的算法是求兩點間的權(quán)數(shù)最小路徑，常用的算法是DijkstraDi

35、jkstra。 （一）路徑分析（一）路徑分析第第5節(jié)節(jié) 網(wǎng)絡(luò)分析網(wǎng)絡(luò)分析 地理信息系統(tǒng)原理GIS（二）（二） 連通分析連通分析-最小生成樹最小生成樹1 1、含義、含義：連通圖連通圖：如果一個圖中，任意兩個節(jié)點之間都存在一條路。：如果一個圖中，任意兩個節(jié)點之間都存在一條路。樹樹：若一個連通圖中不存在任何回路，則稱為樹。：若一個連通圖中不存在任何回路，則稱為樹。最小生成樹最小生成樹：生成樹是圖的極小連通子圖。：生成樹是圖的極小連通子圖。生成樹生成樹T T的權(quán)數(shù)的權(quán)數(shù)：設(shè)：設(shè)T T為圖為圖G G的一個生成樹，若把的一個生成樹，若把T T中各邊的權(quán)數(shù)相加，則中各邊的權(quán)數(shù)相加，則這個和數(shù)稱為生成樹這個和

36、數(shù)稱為生成樹T T的權(quán)數(shù)。在的權(quán)數(shù)。在G G的所有生成樹中，權(quán)數(shù)最小的生成樹的所有生成樹中，權(quán)數(shù)最小的生成樹稱為稱為G G的最小生成樹。的最小生成樹。2 2、應(yīng)用、應(yīng)用： 類似在類似在n n個城市間建立通信線路這樣的連通分析問題。個城市間建立通信線路這樣的連通分析問題。 圖的圖的頂點頂點表示表示城市城市，邊邊表示兩城市間的表示兩城市間的線路線路，邊邊上所賦的上所賦的權(quán)值權(quán)值表示表示代價代價。對。對n n個頂點的圖可以建立許多生成樹，個頂點的圖可以建立許多生成樹，每一棵樹每一棵樹可以是一個可以是一個通信通信網(wǎng)網(wǎng)。若要使通信網(wǎng)的。若要使通信網(wǎng)的造價最低造價最低，就需要構(gòu)造圖的，就需要構(gòu)造圖的最小生

37、成樹最小生成樹。 126543161118656第第5節(jié)節(jié) 網(wǎng)絡(luò)分析網(wǎng)絡(luò)分析 地理信息系統(tǒng)原理GIS3 3、構(gòu)造最小生成樹的依據(jù)有兩條、構(gòu)造最小生成樹的依據(jù)有兩條 4 4、算法、算法（KruskalKruskal，克羅斯克爾，克羅斯克爾算法，也叫算法，也叫“避圈避圈”法）法）設(shè)圖設(shè)圖G G是由是由m m個節(jié)點構(gòu)成的連通賦權(quán)圖，則構(gòu)造最小生成樹的個節(jié)點構(gòu)成的連通賦權(quán)圖，則構(gòu)造最小生成樹的步驟步驟如下：如下：1）先把圖）先把圖G G中的各邊按權(quán)數(shù)從小到大重新排列，并取權(quán)數(shù)最小的一條邊為中的各邊按權(quán)數(shù)從小到大重新排列，并取權(quán)數(shù)最小的一條邊為T T中的邊。中的邊。2 2）在剩下的邊中，按順序取下一條邊

38、。若該邊與在剩下的邊中，按順序取下一條邊。若該邊與T T中已有的邊構(gòu)成回路，則舍去該中已有的邊構(gòu)成回路，則舍去該邊，否則選進(jìn)邊，否則選進(jìn)T T 中。中。3 3）重復(fù)）重復(fù)2 2），直到有），直到有m-1m-1條邊被選進(jìn)條邊被選進(jìn)T T中，這中，這m-1m-1條邊就是條邊就是G G的最小生成樹。的最小生成樹。 1 1）在網(wǎng)中選擇在網(wǎng)中選擇n n1 1條邊連接網(wǎng)的條邊連接網(wǎng)的n n個頂點；個頂點；2 2）盡可能選取權(quán)值為最小的邊。盡可能選取權(quán)值為最小的邊。1265431619332111141865612654316111865612654316111856賦權(quán)圖賦權(quán)圖最小生成樹之一最小生成樹之一

39、最小生成樹之二最小生成樹之二第第5節(jié)節(jié) 網(wǎng)絡(luò)分析網(wǎng)絡(luò)分析 地理信息系統(tǒng)原理GIS（三）資源分配（三）資源分配定位與分配問題定位與分配問題 1、含義、含義： 定位與分配模型是根據(jù)定位與分配模型是根據(jù)需求點的空間分布需求點的空間分布，在一，在一些候選點中選擇給定數(shù)量的供應(yīng)點以使預(yù)定的目標(biāo)些候選點中選擇給定數(shù)量的供應(yīng)點以使預(yù)定的目標(biāo)方程達(dá)到最佳結(jié)果。方程達(dá)到最佳結(jié)果。-最佳分配中心最佳分配中心，最優(yōu)配置最優(yōu)配置。包括：包括：定位問題是定位問題是指已知需求源的分布，確定在哪里布設(shè)供應(yīng)指已知需求源的分布，確定在哪里布設(shè)供應(yīng)點最合適的問題；點最合適的問題；分配問題是分配問題是確定這些需求源分別受哪個供應(yīng)點

40、服務(wù)的問確定這些需求源分別受哪個供應(yīng)點服務(wù)的問題。題。2 2、算法、算法 在運籌學(xué)的理論中，定位與分配模型?？捎迷谶\籌學(xué)的理論中，定位與分配模型常可用線性規(guī)劃線性規(guī)劃求得全局性的最佳結(jié)果。求得全局性的最佳結(jié)果。由于其計算量以及內(nèi)存需求巨大，所以在實際應(yīng)用中常用一些由于其計算量以及內(nèi)存需求巨大，所以在實際應(yīng)用中常用一些啟發(fā)式算法啟發(fā)式算法來逼近來逼近或求得最佳結(jié)果?；蚯蟮米罴呀Y(jié)果。 如如PP中心的定位分配問題中心的定位分配問題：在：在m m個候選點中選擇個候選點中選擇P P個供應(yīng)點為個供應(yīng)點為n n個需求點服務(wù)，個需求點服務(wù)，使得為這幾個需求點服務(wù)的總距離使得為這幾個需求點服務(wù)的總距離( (或時

41、間或費用或時間或費用) )為最少。為最少。3 3、應(yīng)用應(yīng)用： 實際應(yīng)用中，選擇供應(yīng)點時，并不只是要使總的加權(quán)距離為最小，有時需要使實際應(yīng)用中，選擇供應(yīng)點時，并不只是要使總的加權(quán)距離為最小，有時需要使總的服務(wù)范圍為最大，有時又限定服務(wù)的最大距離不能超過一定的值，因此僅僅總的服務(wù)范圍為最大，有時又限定服務(wù)的最大距離不能超過一定的值，因此僅僅是是P P中心模型中心模型不足以不足以解決更多的實際問題，需要進(jìn)行解決更多的實際問題，需要進(jìn)行修改、擴(kuò)充修改、擴(kuò)充。 第第5節(jié)節(jié) 網(wǎng)絡(luò)分析網(wǎng)絡(luò)分析 地理信息系統(tǒng)原理GIS（四）流分析（四）流分析1 1、概念、概念：1 1）流）流：資源在結(jié)點間的傳輸。：資源在結(jié)點

42、間的傳輸。2 2）流分析）流分析：按照某種優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)（時間最少、費用最低、路程最短或運送量最：按照某種優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)（時間最少、費用最低、路程最短或運送量最大等）設(shè)計資源的運送方案。大等）設(shè)計資源的運送方案。3 3）最小費用最大流量）最小費用最大流量：不僅要考慮使網(wǎng)絡(luò)上的流量最大，而且要使運送流的：不僅要考慮使網(wǎng)絡(luò)上的流量最大，而且要使運送流的費用或代價最小。費用或代價最小。2 2、為了實施流分析，就要根據(jù)最優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)的不同擴(kuò)充網(wǎng)絡(luò)模型、為了實施流分析，就要根據(jù)最優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)的不同擴(kuò)充網(wǎng)絡(luò)模型例如：把結(jié)點分為例如：把結(jié)點分為發(fā)貨中心發(fā)貨中心和和收貨中心收貨中心，分別代表資源運送的起始點和目標(biāo)點。，分別代表資

43、源運送的起始點和目標(biāo)點。這時發(fā)貨中心的容量代表這時發(fā)貨中心的容量代表待運送資源量待運送資源量，收貨中心的容量代表它所，收貨中心的容量代表它所需要的資源需要的資源量量。弧段的相關(guān)數(shù)據(jù)也要擴(kuò)充，如果最優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)是?；《蔚南嚓P(guān)數(shù)據(jù)也要擴(kuò)充，如果最優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)是運送量最大運送量最大，需要設(shè)定邊的，需要設(shè)定邊的傳輸能力傳輸能力；若是；若是費用最低費用最低，則要設(shè)定邊的，則要設(shè)定邊的傳輸費用傳輸費用等。等。3 3、計算、計算：網(wǎng)絡(luò)流理論網(wǎng)絡(luò)流理論是它的計算基礎(chǔ)。是它的計算基礎(chǔ)。 第第5節(jié)節(jié) 網(wǎng)絡(luò)分析網(wǎng)絡(luò)分析 地理信息系統(tǒng)原理GIS如國家森林公園選址需要建立相應(yīng)如國家森林公園選址需要建立相應(yīng)選址模型選址模型。 數(shù)

44、據(jù)源已知，包括公路鐵路分布圖（線狀地物），森林類型分布圖數(shù)據(jù)源已知，包括公路鐵路分布圖（線狀地物），森林類型分布圖（面狀），城鎮(zhèn)區(qū)劃圖（面狀），需要得到國家森林公園候選地址信（面狀），城鎮(zhèn)區(qū)劃圖（面狀），需要得到國家森林公園候選地址信息提取的模型。息提取的模型。 空間空間分析應(yīng)用分析應(yīng)用步驟步驟空間操作命令空間操作命令找出所有森林地區(qū)（找出所有森林地區(qū)（1 1為林地，為林地，0 0為非林地）為非林地）合并森林分類圖屬性相同的相鄰多邊形的邊界合并森林分類圖屬性相同的相鄰多邊形的邊界屬性再分類（聚類）屬性再分類（聚類）歸組歸組找出距公路或鐵路找出距公路或鐵路0.50.5公里的地區(qū)（保持安靜）公里的

45、地區(qū)（保持安靜）緩沖區(qū)分析緩沖區(qū)分析找出距公路或鐵路找出距公路或鐵路1 1公里的地區(qū)（交通方便）公里的地區(qū)（交通方便）緩沖區(qū)分析緩沖區(qū)分析找出非城市區(qū)用地找出非城市區(qū)用地再分類再分類找出森林地區(qū)、非市區(qū)、且距公路或鐵路找出森林地區(qū)、非市區(qū)、且距公路或鐵路0.50.5至至1 1公里范圍內(nèi)的地區(qū)公里范圍內(nèi)的地區(qū)疊置分析疊置分析地理信息系統(tǒng)原理GISGIS解決空間問題的一般步驟解決空間問題的一般步驟1）明確目的、要求；）明確目的、要求；2）收集（準(zhǔn)備）數(shù)據(jù)并建庫）收集（準(zhǔn)備）數(shù)據(jù)并建庫;3）確定）確定GIS空間分析步驟；空間分析步驟；4）輸出結(jié)果輸出結(jié)果 ；地理信息系統(tǒng)原理GIS4、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5000m 內(nèi)必需禁止任何污染性工業(yè)企業(yè)存在，在它周圍500m 內(nèi)必需禁止建筑任何永久性建筑物。 (1)先建立緩沖區(qū)； (2)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)； (3)同現(xiàn)有永久性建筑物圖疊置，顯示在范圍內(nèi)應(yīng)禁止的永久性建筑物。地理信息系統(tǒng)原理GIS例例1 1：道路拓寬改建過程中的