太原理工大學地理信息系統(tǒng)軟件與應用-第七章課件

1、GIS GIS 空間分析空間分析- -使用使用ArcGISArcGISModeling Our WorldModeling Our World5.1.2空間分析過程空間分析 空間分析是基于地理對象的位置和形態(tài)的空間數(shù)空間分析是基于地理對象的位置和形態(tài)的空間數(shù)據(jù)的分析技術，其目的在于提取空間信息或者從據(jù)的分析技術，其目的在于提取空間信息或者從現(xiàn)有的數(shù)據(jù)派生出新的數(shù)據(jù)，是將空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變現(xiàn)有的數(shù)據(jù)派生出新的數(shù)據(jù)，是將空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔⒌倪^程。為信息的過程。 空間分析是地理信息系統(tǒng)的主要特征?？臻g分析空間分析是地理信息系統(tǒng)的主要特征。空間分析能力（特別是對空間隱含信息的提取和傳輸能力）能力（特別是對空

2、間隱含信息的提取和傳輸能力）是地理信息系統(tǒng)區(qū)別與一般信息系統(tǒng)的主要方面，是地理信息系統(tǒng)區(qū)別與一般信息系統(tǒng)的主要方面，也是評價一個地理信息系統(tǒng)的主要指標。也是評價一個地理信息系統(tǒng)的主要指標。 空間分析賴以進行的基礎是地理空間數(shù)據(jù)庫。空間分析賴以進行的基礎是地理空間數(shù)據(jù)庫。 空間分析運用的手段包括各種幾何的邏輯運算、空間分析運用的手段包括各種幾何的邏輯運算、數(shù)理統(tǒng)計分析，代數(shù)運算等數(shù)學手段。數(shù)理統(tǒng)計分析，代數(shù)運算等數(shù)學手段?？臻g分析步驟根據(jù)要進行的空間分析類型的不同，空間分析的步驟會有所不同。通常，所有的空間分析都涉及以下的基本步驟，具體在某個分析中，可以作相應的變化?？臻g分析的基本步驟: 1.

3、確定問題并建立分析的目標和要滿足的條件 2. 針對空間問題選擇合適的分析工具 3. 準備空間操作中要用到的數(shù)據(jù)。 4. 定制一個分析計劃然后執(zhí)行分析操作。 5. 顯示并評價分析結果 空間分析實際上是一個地理建模過程，它涉及：問題的確定、使用哪些空間分析操作、評價數(shù)據(jù)、以合適的次序執(zhí)行一系列的空間分析操作、顯示及評價分析結果。 注意：空間分析或者說建模是復雜的過程。這里討論的只是基本的步驟 5.1.2.1 確定問題 要完成空間分析的第一步就是要明確地定義需要解決的是什么問題。要確定分析計劃和明確分析的目標是什么。 需要記住空間分析計劃不能完全解決實際問題。定制分析計劃的目的是利用數(shù)據(jù)及其派生數(shù)據(jù)

4、等得到分析結果。然后，人們可得到新的信息并進行決策。 正確定義問題并不總是一個簡單的工作，需要綜合考慮各種因素。在確定問題后，可以進一步確定解決問題的條件。比如，在公園選址的問題中，公園的位置必須要符合一定的條件。在高速公路的線路規(guī)劃問題中，要符合的條件及使用的分析工具又有所不同。5.1.2.2 選擇合適的分析工具 在空間分析中，選擇合適的工具是關鍵的。 到這個階段你應該對ArcGIS中的分析工具有一定的理解，以便能很好的使用這些工具來解決問題。 解決問題的關鍵是：“大處入眼，小處著手”。認真全面地分析整個問題，然后將一個大問題逐級分解成一個個的子問題，直到這些子問題可以使用單獨的GIS分析工

5、具來解決。實例分析: 比如，為了緩解交通擁擠的問題，昆明市將要把學府路由兩車道增加為四車道，同時增加新的轉(zhuǎn)彎車道。為此，規(guī)劃部門需要擴寬街道路面。在開展這項工程之前，需要提交一個影響評估報告給市政府相關機構，報告中還要陳述由于路面的擴展，沿街的哪些地塊需要被征用。在這個實際例子中，可以使用ArcMap的“通過位置選擇”的分析工具來回答這些問題。因為這實際上是一個緩沖區(qū)分析的問題，他們只需要知道哪些地塊處在距街道中心線一定距離的范圍內(nèi)。 如果規(guī)劃部門還想進一步知道被影響的地塊上的建筑及設施因路面擴寬而遭受的損失有多少，那么，還需要其它的分析工具才能求解。為了選擇分析工具，首先要明確子問題及解決的

6、方法。實例分析:定義問題 哪條街道要擴寬？ 路面寬度要擴到多少米，還包括必要的縮進的部分。 每個地塊受到影響的部分有多少? 你已經(jīng)將問題分解成三個子問題，下一步是選擇什么樣的分析工具來求解這三個子問題實例分析:了解工具 1. 在ArcMap中，使用“通過屬性選擇”工具得到一個街道圖層的子集從街道圖層中選擇需要擴寬的街道，生成一個子集 2. 使用“緩沖區(qū)向?qū)А?工具，根據(jù)縮進的長度確定街道寬度，沿街道中心線生成緩沖區(qū)根據(jù)新的路面寬度，沿街道中心線生成緩沖區(qū) 3. 執(zhí)行緩沖區(qū)圖層與地籍圖層的“圖層相交”操作。將受到影響的地塊分割成兩部分：緩沖區(qū)內(nèi)的部分和緩沖區(qū)外的部分。圖層相交操作后得到一個新圖層

7、，是由位于緩沖區(qū)內(nèi)的地塊組成的。 4. 查看“圖層相交”操作得到的新圖層的屬性表，可以了解位于緩沖區(qū)內(nèi)的地塊（即將被征用的土地）的屬性信息。新圖層的屬性表中已包括了被影響的地塊的確切面積及所有權人信息及土地出讓估價 5.1.2.3 準備空間數(shù)據(jù) 一旦空間分析的范疇（問題及條件）確定后，下一步將要考慮要得到分析結果需要什么樣的數(shù)據(jù)。定義問題時，需要滿足的條件通常已經(jīng)給出了需要什么樣的數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)應該有那些屬性。 比如，你需要擴寬街道路面以滿足增加車道的需要，你就要提供街道中心線（隔離欄）數(shù)據(jù)、地籍數(shù)據(jù)。街道圖層的屬性要包括每條街道的名稱，地籍圖層的屬性要包括：面積、權屬，當然最好還有土地所有人的聯(lián)

8、系信息（可存儲在另外的數(shù)據(jù)表中）。 你同樣需要考慮是否需要對數(shù)據(jù)進行必要的預處理，比如：進行坐標系統(tǒng)的變換，在進行分析之前這些都是必須要考慮的。通常，你可能要將數(shù)據(jù)從一種格式轉(zhuǎn)換成合適的數(shù)據(jù)格式以適應空間分析的需要，這樣進行空間分析時就比較方便。5.1.2.4 定制分析計劃 制定空間分析計劃的最好方法是圖示的方式進行表示。創(chuàng)建工作流程圖以確定和計劃解決空間問題的必須步驟，提供全部分析過程的工作藍圖。以這種方式進行表示，可以方便地檢查邏輯是否正確，工具、數(shù)據(jù)及希望的結果。在開始的時候花一點時間設計工作流程圖，可以使稍后的分析步驟更快進行及減少出錯的機率。 在繪制工作流程圖時，用到的各種圖框和符號

9、要保持一致，這樣你的流程圖會具有好的可讀性，同時也能減少發(fā)生錯誤的機會。 這張圖表是基于城市街道路面擴寬的實例的，在其中顯示了數(shù)據(jù)及工具（過程）的關系和處理流程 城市街道路面擴寬的實例，我們已經(jīng)提到多次了，但這只不過是相當簡單的一個空間問題。大多數(shù)空間問題并不太容易建模的，需要經(jīng)過反復思考才能將其轉(zhuǎn)換為空間分析可處理的問題，然后分解成子問題，找到對應的分析工具，從而得到最終分析結果。 在用GIS進行空間分析時，首先不要顧慮問題的復雜性，設計一個完全的分析計劃有助于確定問題及將分析過按一定的邏輯關系組織起來，得到最終希望的結果。5.1.2.5 顯示分析及評價結果 最終結果的顯示方式在很大程度上會

10、影響使用者對信息的理解。如果不能將最終結果以可理解的方式展示給需要它的人，那么使用的分析方法及處理過程就可能是不合要求的。 比如，你的任務是預測地震災害在不同區(qū)域的損失情況。在分析計劃中，你使用了大量的為學術界所熟知但對公眾而言是鮮為人知的地理統(tǒng)計方法。為了展示你的分析結果，你生成詳細的報告及一系列的地圖以顯示分析過程中涉及到的地質(zhì)因子、建筑物因子及它們是如何最終確定了某一地區(qū)的災害等級的。 你的報告及地圖對科學家和政府官員來說是非常有用的，他們要依賴你的分析結果以制定突發(fā)事件應對措施，這個報告的內(nèi)容與提供給普通公眾的報告應該不同。 對普通公眾而言，只需要制作簡單的報告和一幅地圖標明如果地震發(fā)

11、生后存在潛在危險的區(qū)域及其危險的等級。 對分析計劃言，需要注意的是你不太可能在第一次就能得到期望的結果，空間分析是一個不斷反復的過程，它經(jīng)常要對過不斷的反復才能為斷地優(yōu)化，從而更好地描述和解決實際問題。5.1.3空間分析類型 根據(jù)數(shù)據(jù)類型劃分基于矢量數(shù)據(jù)的空間分析基于柵格數(shù)據(jù)的空間分析 根據(jù)數(shù)據(jù)性質(zhì)不同劃分基于空間圖形數(shù)據(jù)的分析運算基于非空間屬性的數(shù)據(jù)運算-地理統(tǒng)計空間和非空間數(shù)據(jù)的聯(lián)合運算。 按照Goodchild提出的空間分析框架，可以將空間分析方法分為以下兩種類型：1、 產(chǎn)生式分析：數(shù)字地面模型分析，空間疊合分析，緩沖區(qū)分析，空間網(wǎng)絡分析，空間統(tǒng)計分析；2、咨詢式分析：空間集合分析，空間數(shù)據(jù)查詢。 根據(jù)應用劃分 空間數(shù)據(jù)處理 空間關系查詢 緩沖區(qū)分析 疊加分析 網(wǎng)絡分析 地形分析 流域分析綜合以上各種方法:地理建?？臻g關系查詢 根據(jù)屬性查詢空間要素 根據(jù)空間位置查詢 包含、距離、方位、順序 距離量算 面積量算空間數(shù)據(jù)處理 空間數(shù)據(jù)內(nèi)插 矢量數(shù)據(jù)與柵格數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換 重分類 柵格數(shù)據(jù)重采樣 柵格查詢（提取符合條件的柵格單元） 空間數(shù)據(jù)邏輯運算 剪切 相交 合并 拼接緩沖區(qū)分析 點的緩沖區(qū) 線的緩沖區(qū) 面的緩沖區(qū) 基于矢量數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)分析 基于柵格數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)分析疊加分析 基于柵格數(shù)據(jù)的疊加 柵格計算 分區(qū)統(tǒng)計 柵格單元統(tǒng)計 基于矢量數(shù)據(jù)的疊加