第四章：空間查詢、分析、表達(dá)(1)

1、2022-3-111第四章 空間查詢、分析、表達(dá)(1)22022-3-11查詢n空間查詢是空間分析基礎(chǔ) 回答用戶的簡(jiǎn)單問(wèn)題、不改變空間數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)、不產(chǎn)生新的空間實(shí)體和數(shù)據(jù)n空間查詢技術(shù)n 圖查文(幾何查詢)n文查圖(屬性查詢)n邏輯查詢(SQL查詢)n空間關(guān)系的查詢(面點(diǎn)、面線、面面、線點(diǎn)、線線查詢 )（ArcGIS 中 select by location）n屬性的查詢與計(jì)算 累計(jì)、求和、求平均32022-3-11圖查文(幾何查詢)文查圖(屬性查詢)邏輯查詢(SQL查詢)空間關(guān)系的查詢42022-3-1152022-3-11量算幾何量算：空間事物的幾何特征，幾何位置、形態(tài)參數(shù)的簡(jiǎn)單計(jì)算n點(diǎn)：

2、0維，坐標(biāo)獲取空間位置信息n線：1維，長(zhǎng)度、曲率、方向n面：2維，面積、周長(zhǎng)等 n體：3維，表面積、體積等（體積的計(jì)算，曲面與基準(zhǔn)平面之間的空間體積）n空間對(duì)象之間的幾何關(guān)系量算，距離、方位n線長(zhǎng)度計(jì)算矢量：兩點(diǎn)之間的直線距離，復(fù)合線段累加求和柵格：網(wǎng)格數(shù)目累加n面積計(jì)算 矢量：幾何交叉求積（坐標(biāo)法）柵格：相同屬性值的格網(wǎng)數(shù)目與格網(wǎng)面積的乘積62022-3-11地址匹配（Geocoding, Address Matching）n將以文字、數(shù)字表達(dá)的位置信息轉(zhuǎn)換表達(dá)為幾何上的空間位置72022-3-11空間分析的歷史n有地圖以來(lái)，就開(kāi)始有各種各樣利用地圖的空間分析。在地圖上量算地理要素之間的距離

3、方位、面積，利用地圖進(jìn)行各種研究和決策，都是空間分析的實(shí)例。n空間分析( Spatial Analysis )的歷史遠(yuǎn)長(zhǎng)于GIS的歷史。82022-3-11疊合分析（Overlay）n不同圖層上的空間信息（包括空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)），按相同的空間位置疊合在一起，合成新的一個(gè)圖層。n進(jìn)行疊合操作的圖層，必須在同一個(gè)坐標(biāo)系內(nèi) n柵格與柵格疊合n矢量與矢量疊合nArcGIS，ArcView具有良好的矢量疊合、柵格疊合功能92022-3-11矢量數(shù)據(jù)之間的疊合n點(diǎn)多邊形：公共設(shè)施的分布n線多邊形：道路網(wǎng)密度計(jì)算、停水停電范圍分析.n多邊形多邊形:用地適宜性評(píng)價(jià)n輸出圖層的空間數(shù)據(jù)n輸出圖層的屬性數(shù)據(jù)包含

4、了輸入圖層中所有的屬性102022-3-11n植被類型植被類型n道路道路112022-3-11多邊形和多邊形的疊合n布爾計(jì)算（Boolean），交集、并集、補(bǔ)集nclip與intersect區(qū)別122022-3-11132022-3-11McHarg, Design with Nature坡度 地面排水 土壤排水巖層地基承載力 土壤地基承載力 侵蝕疊合結(jié)果142022-3-11疊合案例洪水淹沒(méi)區(qū)分析n按地塊面積平均計(jì)算財(cái)產(chǎn)密度。n疊合處理（疊合處理（Union），），生成的疊合多邊形（Union1）具有高程、土地使用、地基類型、地塊財(cái)產(chǎn)密度等屬性。n計(jì)算疊合后的多邊形面積。n將地基損失參數(shù)表（

5、found.dbf）連接到Union1，以地基類型（Class）為關(guān)鍵字n計(jì)算每個(gè)多邊形的估計(jì)損失 = 財(cái)產(chǎn)密度 疊合后的多邊形面積 損失系數(shù)n在View中對(duì)Union1的要素進(jìn)行過(guò)濾，只有高程小于等于500、土地使用為住宅的多邊形才進(jìn)入估計(jì)其損失的選擇集，據(jù)此，顯示按損失密度的高低分類的專題地圖，匯總估計(jì)損失值。152022-3-11柵格數(shù)據(jù)之間的疊合 n圖層之間的對(duì)應(yīng)單元數(shù)值進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算。n疊合之后的圖層中單元的數(shù)值是對(duì)應(yīng)單元數(shù)值進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算的結(jié)果，n原理上比較簡(jiǎn)單（相對(duì)矢量的疊合）n在ArcView中，使用 菜單map calculator（地圖運(yùn)算器）nArcGIS中使用Raster

6、Calculator（柵格運(yùn)算器）162022-3-11中學(xué)的選址結(jié)果 R_land R_popu R_school 使用性質(zhì)得分工業(yè)或綠地0（不能建設(shè)）商業(yè)1居住2（可以建設(shè)） 人口密度得分0 - 500（無(wú)需建設(shè)）50 - 100 1100 - 200 2200 - 300 3（需要建設(shè)）距離得分0500米0（不必建設(shè)）5001000米110001500米21500米3（必須建設(shè)）R_landR_popuR_school)為什么采用乘法疊合為什么采用乘法疊合 ？172022-3-11為什么用權(quán)重為什么用權(quán)重 ？為什么要數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)化？為什么要數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)化？182022-3-11192022-3-

7、11網(wǎng)絡(luò)分析（Network）n矢量數(shù)據(jù)特有的空間分析方法。n網(wǎng)絡(luò)：線的組合，由線 link 、節(jié)點(diǎn)node組成。n網(wǎng)絡(luò)分析的基礎(chǔ)：線點(diǎn)拓?fù)潢P(guān)系。n網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)模型是真實(shí)世界中網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(如交通網(wǎng)、通訊網(wǎng)、自來(lái)水管網(wǎng)、煤氣管網(wǎng)等)的抽象表示。n依據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的特征、性能進(jìn)行分析。nShape文件是沒(méi)有拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)矢量數(shù)據(jù)，但是在網(wǎng)絡(luò)分析時(shí)可以產(chǎn)生臨時(shí)的拓?fù)潢P(guān)系。線段號(hào) 起結(jié)點(diǎn) 終結(jié)點(diǎn) 1 A D 2 B F 3 C D 4 D E 5 E F 6 F G 7 E J 8 F J 9 H I 10 I J 11 D I 12 I K 13 J L結(jié)點(diǎn)號(hào) 線段號(hào) A

8、1 B 2 C 3 D 1, 3, 4, 1, 1 E 4, 5, 7 F 2, 5, 6, 8 G 6 H 9 I 9, 10, 11, 12 K 12 L 13ABCDEFGHIJKL12345678910111213202022-3-11網(wǎng)絡(luò)分析路徑選擇和工序安排n計(jì)算最佳網(wǎng)絡(luò)路徑。（推銷員問(wèn)題）nGIS中廣泛采用Dijkstra算法求最佳路徑n線的阻抗：可以是長(zhǎng)度、時(shí)耗，單向交通n節(jié)點(diǎn)的阻抗：交叉口的延誤、轉(zhuǎn)彎的限制，是否互通n路徑選擇在交通研究中的意義。212022-3-11網(wǎng)絡(luò)分析服務(wù)范圍（Service Area）的劃分n基于網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)區(qū)n基于緩沖區(qū)（Buffer ）的服務(wù)區(qū)兩者

9、比較n生成的原理不同：前者靠網(wǎng)絡(luò)中的路徑產(chǎn)生服務(wù)區(qū)邊界，后者按直線距離產(chǎn)生服務(wù)區(qū)邊界。 n一般情況下，后者比前者的范圍要小1.適用的范圍不同：基于交通網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)距離，考慮交通速度、運(yùn)動(dòng)成本。222022-3-11網(wǎng)絡(luò)分析資源分配（Allocation）n為網(wǎng)絡(luò)中的線（結(jié)點(diǎn)）尋找最近(阻抗強(qiáng)度的大小)的資源（發(fā)散地）n每個(gè)資源有自身的最大承受能力n確保有效的分配，根據(jù)資源容量以及網(wǎng)絡(luò)線（結(jié)點(diǎn)）的需求將網(wǎng)絡(luò)線和結(jié)點(diǎn)分配給各個(gè)資源。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)元素被分配給某個(gè)中心時(shí)，該資源點(diǎn)擁有的容量依據(jù)網(wǎng)絡(luò)需求而縮減，當(dāng)資源容量耗盡，分配就停止232022-3-11網(wǎng)絡(luò)分析與引力模型n引力模型Spatial inter

10、action model空間相互作用模型n類似牛頓力學(xué)的萬(wàn)有引力定律 Reilly零售商業(yè)模型（1930s） 廣泛運(yùn)用于交通規(guī)劃模型、區(qū)域研究、城市研究 n引力模型與網(wǎng)絡(luò)分析 距離 dijjijjidMPaijjiijdPPGT 242022-3-11網(wǎng)絡(luò)分析的相關(guān)因素n資源的性質(zhì)：電力、給水等n資源的出發(fā)點(diǎn)：n資源的目的點(diǎn)：n網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)動(dòng)的阻抗與制約：車速、交叉口制約、電力損耗等252022-3-11鄰近分析（Neighborhood，Proximity） n鄰近：根據(jù)空間要素的相對(duì)位置相對(duì)位置進(jìn)行分類分類的操作n柵格數(shù)據(jù)和矢量數(shù)據(jù)都有的空間分析方法。鄰域分析也稱為窗口分析，主要應(yīng)用于柵格數(shù)據(jù)

11、模型。地理要素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。準(zhǔn)確而有效地反映這種事物空間上聯(lián)系的特點(diǎn)，是計(jì)算機(jī)地學(xué)分析的重要任務(wù)。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(kāi)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，從而實(shí)現(xiàn)柵格數(shù)據(jù)有效的水平方向擴(kuò)展分析。262022-3-11272022-3-11鄰近區(qū)（緩沖區(qū)，Buffer）n緩沖區(qū)：從空間要素的周邊作特定等距離特定等距離的線框，目的是分析地理要素之間的相互作用。n點(diǎn)、線、多邊形點(diǎn)、線、多邊形的緩沖區(qū)多邊形多邊形n不受

12、方向限制不受方向限制nbuffer分析在城市規(guī)劃中的應(yīng)用：歷史建筑保護(hù)區(qū)、噪聲范圍、設(shè)施服務(wù)范圍282022-3-11292022-3-11泰森多邊形（Thiessen Polygon）n又叫Dirichlet圖、或Voronoi圖n荷蘭的氣象學(xué)家A. H. Thiessen提出的，原用于計(jì)算降水量的分布。n點(diǎn)連成三角形連線中點(diǎn)作垂線生成泰森多邊形n計(jì)算求得每個(gè)點(diǎn)的鄰近范圍的多邊形。n總降雨量=點(diǎn)（上觀察到的降雨密度）*Thiesssen多邊形面積302022-3-11泰森多邊形312022-3-11泰森多邊形與Delauney三角形nDelaunay三角形是Voronoi圖的偶圖nDelaunay三角形是由與相鄰Voronoi多邊形共享一條邊的相關(guān)點(diǎn)連接而成的三角形。nDelaunay三角形的外接圓圓心是與三角形相關(guān)的Voronoi多邊形的一個(gè)頂點(diǎn)。322022-3-11Delaunay三角形33202