第五章空間數(shù)據(jù)處理分析的基本方法及應用模型課件

第五章空間數(shù)據(jù)處理分析的基本方法及應用模型現(xiàn)實世界真實模型空間數(shù)據(jù)模型空間數(shù)據(jù)結構數(shù)據(jù)庫：空間數(shù)據(jù)物理結構空間數(shù)據(jù)復原空間數(shù)據(jù)處理空間數(shù)據(jù)查詢空間數(shù)據(jù)分析GIS第五章空間數(shù)據(jù)處理分析的基本方法及應用模型現(xiàn)實世界真實模5.1GIS空間查詢的概念5.2空間數(shù)據(jù)處理、分析的技術方法5.3空間分析的模型方法5.4GIS在自然資源和環(huán)境領域中的應用5.1GIS空間查詢的概念查詢條件§5-1空間查詢查詢結果查詢結果查詢方式圖形--屬性圖形--屬性空間數(shù)據(jù)庫GIS軟件空間查詢語言空間數(shù)據(jù)庫GIS軟件空間查詢語言統(tǒng)計結果：圖、表、文字新圖層新的屬性域添加到屬性數(shù)據(jù)庫閃爍、顏色等明顯表示統(tǒng)計結果：圖、表、文字新圖層新的屬性域添加到屬性數(shù)據(jù)庫閃爍、顏色等明顯表示屬性限制空間拓撲限制二者結合屬性限制空間拓撲限制二者結合查詢條件§5-1空間查詢查詢結果查詢結果查詢方式圖形--應用舉例:（1）為一家新開設的銀行選址。要求：1、遠離目前存在的銀行;2、附近有大量的人口數(shù)量;3、結果以矢量數(shù)據(jù)的文件形式輸出。一、GIS空間查詢的概念空間數(shù)據(jù)的查詢就是依靠數(shù)據(jù)庫所儲存的空間與屬性信息來回答現(xiàn)實世界中一些應用問題。應用舉例:一、GIS空間查詢的概念空間數(shù)據(jù)的查詢就是依靠數(shù)應用舉例:

（2）某公司制訂銷售計劃，擬定建立一個商品展銷館，用GIS方法選擇館址。條件:(1)館址坐落的城市人口超過80000人以上；(2)該城市距該公司地區(qū)倉儲中心亞特蘭大，或喬治亞距離為卡車一天路程；(3)該展銷館應設在該公司去年商品銷售量較弱的地方。應用舉例:定位查詢分層查詢區(qū)域查詢條件查詢空間關系查詢最基本的查詢功能，可查詢圖形與屬性數(shù)據(jù)二、查詢內容定位查詢最基本的查詢功能，可查詢圖形與屬性數(shù)據(jù)二、查詢內容查詢分層存放的圖形與屬性數(shù)據(jù)定位查詢分層查詢區(qū)域查詢條件查詢空間關系查詢查詢分層存放的圖形與屬性數(shù)據(jù)定位查詢定位查詢分層查詢區(qū)域查詢條件查詢空間關系查詢查詢區(qū)域內的圖形與屬性數(shù)據(jù)定位查詢查詢區(qū)域內的圖形與屬性數(shù)據(jù)定位查詢分層查詢區(qū)域查詢條件查詢空間關系查詢根據(jù)條件表達或查詢圖形與屬性數(shù)據(jù)定位查詢根據(jù)條件表達或查詢圖形與屬性數(shù)據(jù)定位查詢分層查詢區(qū)域查詢條件查詢空間關系查詢又稱拓撲查詢，面與面，線與線，點與點，點與線，點與面，線與面定位查詢又稱拓撲查詢，面與面，線與線，點與點，點與線，點與面三、查詢過程分為三種類型：根據(jù)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)及信息，直接回答人們的問題；通過邏輯表達式完成查詢；根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)模型，構造復雜模型，回答更為“復雜”的問題。三、查詢過程分為三種類型：GIS查詢的例子（1）：為某城市建立新銀行選擇地址人口密度專題圖(popden)銀行位置專題圖(bank.shp)街區(qū)專題圖(street.shp)GIS查詢的例子（1）：人口密度專題圖(popden)銀行1、查詢提取私人儲蓄額高于10000000的銀行。2、計算生成距離遠近分布圖。1、查詢提取私人儲蓄額高于10000000的銀行。2、計算生3、根據(jù)距離和人中密度專題圖層，查詢提取遠離已有銀行500且人口密度大于3000的區(qū)域。4、將提取的柵格圖層轉為矢量圖層，并與街區(qū)專題圖進行疊加顯示。3、根據(jù)距離和人中密度專題圖層，查詢提取遠離已有銀行500且GIS查詢的例子（2）：了解土壤各部分鉀的含量，以確定施肥量的多少。數(shù)據(jù)文件：土壤養(yǎng)分分布（soilmap.shp）農場邊界（thefarm.shp）GIS查詢的例子（2）：土壤養(yǎng)分分布（soilmap.sh利用土壤養(yǎng)分文件插值創(chuàng)建鉀含量表面查詢鉀含量低于300的區(qū)域將柵格專題圖轉換成矢量專題圖利用土壤養(yǎng)分文件插值創(chuàng)建鉀含量表面查詢鉀含量低于300的區(qū)域四、GIS查詢系統(tǒng)具備的功能（1）空間數(shù)據(jù)處理的功能。查詢處理器針對一定的數(shù)據(jù)模型和實際應用問題，必須設計一些程序模塊和過程，對空間數(shù)據(jù)進行基本運算。這些基本運算和操作，除了常規(guī)的算數(shù)、統(tǒng)計及邏輯運算外，還應具有空間搜索、再分類、疊加、鄰域、連通等空間數(shù)據(jù)的分析操作。四、GIS查詢系統(tǒng)具備的功能（1）空間數(shù)據(jù)處理的功能。查詢處（2）空間數(shù)據(jù)處理的控制功能。這種控制是對計算機指令進行具體的空間數(shù)據(jù)運算?？臻g查詢處理器的這種控制規(guī)范是以一種高級語言的形式來表達，稱為查詢語言，過去表現(xiàn)為按一定的詞法和句法進行人機交互，現(xiàn)在表現(xiàn)為過程、控件和菜單等形式。（2）空間數(shù)據(jù)處理的控制功能。這種控制是對計算機指令進行具體（3）構造應用模型的能力。為了面向專業(yè)領域的應用，GIS的查詢處理器必須提供一種開發(fā)語言和接口，使其具有使用和組合空間數(shù)據(jù)的基本操作，構造應用模型的能力。例如ARCVIEW中提供一種稱AVANUE的語言，在功能界面Scripts環(huán)境下可以進行二次開發(fā)，構造應用模型等。（3）構造應用模型的能力。為了面向專業(yè)領域的應用，GIS的5.2空間數(shù)據(jù)處理、分析的技術方法一、空間數(shù)據(jù)變量的特點及基本算子1.空間數(shù)據(jù)變量的特點（1）空間數(shù)據(jù)包括空間位置和屬性數(shù)據(jù)，所以空間數(shù)據(jù)處理可能涉及四種情況：屬性數(shù)據(jù)，空間位置數(shù)據(jù)，一定空間位置上的屬性數(shù)據(jù)，一定屬性的空間位置數(shù)據(jù)。5.2空間數(shù)據(jù)處理、分析的技術方法一、空間數(shù)據(jù)變量的特（2）空間數(shù)據(jù)的儲存是在一定區(qū)域框架基礎上按圖層結構儲存，所以儲存包括對一個或兩個以上圖層的空間位置與屬性數(shù)據(jù)的處理操作。（3）空間數(shù)據(jù)變量所對應的單元的面積可能相等（柵格）也可能不等（矢量）（2）空間數(shù)據(jù)的儲存是在一定區(qū)域框架基礎上按圖層結構儲存，所2、空間數(shù)據(jù)處理分析的類型：1）算數(shù)運算：加、減、乘、除、冪函數(shù)、三角函數(shù)、開方等運算；2）布爾運算：OR、AND、NOT等運算；3）統(tǒng)計運算：包括有總計、平均數(shù)、方差、頻數(shù)分布、分布檢驗等；4）多元統(tǒng)計運算：包括有聚類、判別、主成分分析、回歸等；5）矩陣運算：矩陣加、減、乘、逆，轉置、特征根、特征向量運算等；6）平面幾何運算：距離、面積、形狀等運算；7）拓撲幾何運算：位置關系查詢等。2、空間數(shù)據(jù)處理分析的類型：二、空間分析與過程的基本操作

（一）、空間變換與再分類操作1、空間變換：是將一個圖層從一個專題變換為另一個專題，操作可以是邏輯操作，也可以是代數(shù)和函數(shù)操作。空間數(shù)據(jù)分析的目的是為用戶提供一套空間數(shù)據(jù)的分析方法，涉及各種空間分析模型，針對的空間目標不只一個，包括多個空間目標。二、空間分析與過程的基本操作（一）、空間變換與再分類操作空柵格結構的空間變換可分為三種方式：1）單點變換：對每個柵格進行，不考慮鄰域點的影響。2）鄰域變換：通過原始圖層相應柵格的值及其鄰域柵格的值計算得到新圖層上的柵格值。鄰域可以是4鄰域或8鄰域。3）區(qū)域變換：通過一個函數(shù)對一個區(qū)域的所有值進行綜合計算得到新屬性值。柵格結構的空間變換可分為三種方式：2、再分類1）重新賦值（Renumber）2）等級分割（Slice）3）運算（Compute），產生新的屬性值4）組合（Clump）。把位置相鄰屬性相同的一個以上的柵格點化成單個的“塊”5）按地理實體“大小”（Size）的再分類，如，點的數(shù)量、線的長度、面積等。6）按地理實體的幾何形狀的再分類。2、再分類第五章空間數(shù)據(jù)處理分析的基本方法及應用模型課件（二）疊加分析將同一空間上多個圖層的不同含義的地理要素的重合點之間進行分析處理。分為三類：1.視覺疊加將不同含義的圖層經空間配準后疊加顯示在屏幕或圖件上，研究者通過目視獲取更多的空間信息，不產生新的圖層。（二）疊加分析將同一空間上多個圖層的不同含義的地理要素的重合（1）點、線、面狀專題圖之間的疊加顯示；例1a居民區(qū)b污染分級區(qū)c疊加區(qū)ABCABC4132例2.將旅游景點圖，地形圖，交通圖與游人位置疊加，幫助游人確定位置。（2）DEM與專題圖疊加顯示立體專題圖；如把稀有樹種分布圖與DEM圖疊合（3）DEM與遙感圖像的疊加，遙感影像與專題圖之間的疊加?？山鉀Q“異物同譜”現(xiàn)象4132（1）點、線、面狀專題圖之間的疊加顯示；（1）點與多邊形疊加（Point-in-polygonoverlay）通過坐標計算點層中的矢量點與面層中的多邊形的包含關系，確定每個多邊形內有多少個點，同時將多邊形的屬性連接到點上。2.矢量圖層疊加：矢量圖層之間的疊加生成新的圖層

分兩步：圖層疊加后求交、拓撲生成和屬性處理（1）點與多邊形疊加2.矢量圖層疊加：矢量圖層之間的疊加生成pointa1a2polyb11A2C3B1AB23C點與多邊形疊加pointa1a2polyb11A2C3B1AB23C點與多第五章空間數(shù)據(jù)處理分析的基本方法及應用模型課件（2）線與多邊形疊加（Line-in-polygonoverlay）通過計算比較線上坐標與多邊形弧段坐標的關系，判斷線是否落在多邊形內。通常是計算線與多邊形的交點，只要相交則產生一個結點，將原線分成一條條弧段；并將原線和多邊形的屬性信息一起賦給新弧段。并產生一個新圖層—每條線被它穿過的多邊形分成新弧段的圖層。（2）線與多邊形疊加123B1342ALineIDOldIDPoly11A21B32B43B線與多邊形疊加123B1342ALineIDOldIDPoly11A2第五章空間數(shù)據(jù)處理分析的基本方法及應用模型課件（3）多邊形的疊加（Polygon-on-polygonoverlay）兩個或多個面狀圖層進行疊加產生一個新多邊形圖層的操作。先對兩個或多個不同圖層多邊形的弧段求交，然后拓撲生成新的多邊形圖層，新圖層綜合了原來兩層或多層的屬性。（3）多邊形的疊加坡向ID坡向A陽坡B陰坡地類ID地類1林地2農田3草地ID坡向ID坡向地類ID屬性A1A陽坡1林地A2A陽坡2農田A3A陽坡3草地B1B陰坡1林地B3B陰坡3草地++AB132A1B3A2A3B1==坡向ID坡向A陽坡B陰坡地類地類1林地2農田3草地ID坡向I第五章空間數(shù)據(jù)處理分析的基本方法及應用模型課件3.柵格圖層疊加（1）“點對點”的疊加運算（單點變換）概念：只將對應柵格單元的屬性作某種運算得到新圖層屬性，而不受其鄰近點的屬性值的影響。包括算數(shù)運算、布爾運算、統(tǒng)計運算等。參與疊加的各圖層必須是存在數(shù)學意義時才能進行數(shù)學運算。3.柵格圖層疊加（1）“點對點”的疊加運算（單點變換）（2）算法原理：賦常數(shù)提取加法覆蓋減法分類邏輯組合（2）算法原理：賦常數(shù)提取（2）“掩膜”（Cover）疊加操作在疊加圖層中，如果必須要求有一個圖層只起決定疊加運算的范圍和邊界的作用，不參與空間變量的函數(shù)運算，而由其它疊加圖層的空間變量進行運算，來作為新圖層的值。（3）“相交”（Intersection）疊加操作參與疊加的圖層各有自己的分類屬性，這些屬性彼此“相交”組合，形成新的分類屬性，其結果產生新的圖層。（2）“掩膜”（Cover）疊加操作第五章空間數(shù)據(jù)處理分析的基本方法及應用模型課件第五章空間數(shù)據(jù)處理分析的基本方法及應用模型課件第五章空間數(shù)據(jù)處理分析的基本方法及應用模型課件例：已知某地區(qū)的降雨量分布圖及土壤厚度圖，試作疊置分析。降雨量圖土壤厚度圖20040060080030cm800mm1000mm1200mm200400600800K行20cm50cm30cm40cm600mm例：已知某地區(qū)的降雨量分布圖及土壤厚度圖，試作疊置分析。降雨以第k行為例說明疊置方法設：U為降雨量圖中第k行柵格數(shù)據(jù)；V為土壤分布圖中第k行柵格數(shù)據(jù)；Ai，Aj分別為降雨量圖及土壤厚度圖的游程屬性；Pi，Pj分別為降雨量圖及土壤厚度圖的游程的最右列號；m，n分別為降雨量圖及土壤厚度圖中的游程數(shù)；i=1，2……，m；j=1，2，……，n。則：U=（Ai，Pi）i=1，2……，mV=（Aj，Pj）j=1，2，……，n以第k行為例說明疊置方法游程號i游程屬性Ai游程最右列Pi1234600mm800mm1000mm1200mm200400680800第k行降雨量圖游程編碼游程號i游程屬性Ai游程最右列Pi1600mm200第k行降游程號i游程屬性Ai游程最右列Pi12330cm20cm50cm170360800第k行土壤厚度游程編碼游程號i游程屬性Ai游程最右列Pi130cm170第k行土壤游程號k游程屬性Ak游程最右列Pk123456600mm30cm600mm20cm800mm20cm800mm50cm1000mm50cm1200mm50cm170200360400680800第k行全疊置后游程編碼對K行按條件:{E=(降雨量=1000)∩(土厚=50cm)}進行疊置，得到：游程號k游程屬性Ak游程最右列Pk1600mm30c降雨量圖土壤厚度圖20040060080030cm800mm1000mm1200mm200400600800K行20cm50cm30cm40cm600mm降雨量圖土壤厚度圖20040060080030cm800mm游程號游程屬性游程最右列1230100mm50cm0400680800第k行條件疊置后游程編碼游程號游程屬性游程最右列10400第k行條件疊置后游程編碼11111112222333351111211111442572輸入柵格INGRID1輸入柵格INGRID2操作OUTGRID=INGRID1+INGRID2輸出柵格OUTGRID代數(shù)疊加1111111222233335111121111144251）類型疊置：獲取新的類型2）數(shù)量統(tǒng)計:即計算某一區(qū)域內的類型和面積3）動態(tài)分析：進行不同時段動態(tài)對比分析

4）益本分析：效益成本分析5）幾何提取；提取符合條件的地物

4.疊置分析的作用1）類型疊置：獲取新的類型4.疊置分析的作用（三）鄰域分析1、定義鄰域分析操作是對于目標點規(guī)定的鄰域范圍內的變量建立函數(shù)進行特征化來表達目標的特征或某范圍內的屬性，對該范圍內的目標進行統(tǒng)計，以其統(tǒng)計的總值、平均數(shù)、或中值、標準差或方差等為該范圍的屬性值。（三）鄰域分析1、定義2、泰森多邊形分析（1）泰森多邊形定義：設平面有n個互不重疊的離散數(shù)據(jù)點，則其中任意一個離散數(shù)據(jù)點Pi都有一個臨近范圍Bi，在Bi中的任一點同Pi點間的距離都小于它們同其它離散數(shù)據(jù)點間的距離，其中Bi是一個不規(guī)則多邊形，稱為泰森多邊形。Piabcdefa'b'c'd'e'f'2、泰森多邊形分析Piabcdefa'b'c'd'e'f'（2）泰森多邊形生成：將Pi點分別同周圍多個離散點a,b,c,d,e,f相連，然后分別作直線的垂直平分線，這些垂直平分線相交組成的多邊形，即為Pi的鄰近范圍，即泰森多邊形a’b’c’d’e’f’。（2）泰森多邊形生成：Piabcdefa'b'c'd'e'f'Piabcdefa'b'c'd'e'f'（3）特點：A.每個多邊形內僅包含一個離散數(shù)據(jù)點B.多邊形內任一點k(x,y)同Pi間的距離總小于它同其它離散點Pj（xj，yj）之間距離，即：[(x-xi)2+(y-yi)2]1/2<[(x-xj)2+(y-yj)2]1/2C.泰森多邊形的任一頂點必有三條邊與它連接，這些邊是相鄰三個泰森多邊形兩兩拼接的公共邊D.泰森多邊形的任意一個頂點周圍存在三個離散點，將其連成三角形后其外接圓的圓心即為該頂點，該三角形稱泰森三角形（3）特點：（4）應用某一地區(qū)內有7個氣象站，測得降雨量分別為R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7，求該地區(qū)平均降雨量。解：根據(jù)該區(qū)域圖及7個離散點，求出7個泰森多邊形，面積分別為：A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7，平均降雨量為：（4）應用3、緩沖區(qū)分析

1）定義：

基于點、線、面等地理空間目標，按指定條件，在其周圍建立一定空間區(qū)域作為分析對象，該區(qū)域稱為緩沖區(qū)。2）例子：禽流感疫情發(fā)生所影響的范圍？因道路拓寬而需要拆除的建筑物和搬遷的居民？動物的活動區(qū)域？3、緩沖區(qū)分析

1）定義：2）例子：3）緩沖區(qū)類型：（矢量和柵格）矢量點的緩沖區(qū)：如建立污染源緩沖區(qū)，該區(qū)不能有飲用水源通過

3）緩沖區(qū)類型：（矢量和柵格）矢量線的緩沖區(qū)：公路噪聲污染，在公路兩側建立緩沖區(qū)，該區(qū)內不建立居民區(qū)；為防止水土流失，河流兩側建立緩沖區(qū)，該區(qū)內森林不許砍伐

線的窄緩沖區(qū)線的寬緩沖區(qū)矢量線的緩沖區(qū)：線的窄緩沖區(qū)矢量面的緩沖區(qū)：如環(huán)城封閉高速公路，周圍一定范圍內無小學校；湖泊周圍一定范圍內為水源涵養(yǎng)林，限砍。矢量面的緩沖區(qū)：算法比較簡單，核心問題是距離變換。柵格數(shù)據(jù)距離變換提取一定寬度的多邊形緩沖區(qū)柵格的緩沖區(qū)

算法比較簡單，核心問題是距離變換。柵格數(shù)據(jù)距離變換4）復雜圖形特殊處理（1）折線曲率大，作相應處理當bb’>1.5D時，用b1b2代替b’b1b2bb’D4）復雜圖形特殊處理（1）折線曲率大，作相應處理當bb’>1（2）建立緩沖區(qū)時出現(xiàn)圖形重疊應處理原圖緩沖區(qū)生成過程生成后的緩沖區(qū)（2）建立緩沖區(qū)時出現(xiàn)圖形重疊應處理原圖緩沖區(qū)分析應用緩沖區(qū)分析應用緩沖區(qū)分析應用緩沖區(qū)分析應用4.應用：土地適宜性評價1）目的：找出適宜耕種的地區(qū)2）標準：

道路沿線300m范圍內不能種值；河流沿線500m范圍內不能種植。3）準備數(shù)據(jù)：道路分布圖河流分布圖森林分布圖4.應用：土地適宜性評價1）目的：找出適宜耕種的地區(qū)4）空間操作河流道路BUFFER500mBUFFER300m河流緩沖區(qū)道路緩沖區(qū)overlay疊置層林地overlay適宜區(qū)域4）空間操作河流道路BUFFERBUFFER河流緩沖區(qū)道路緩第五章空間數(shù)據(jù)處理分析的基本方法及應用模型課件第五章空間數(shù)據(jù)處理分析的基本方法及應用模型課件第五章空間數(shù)據(jù)處理分析的基本方法及應用模型課件第五章空間數(shù)據(jù)處理分析的基本方法及應用模型課件第五章空間數(shù)據(jù)處理分析的基本方法及應用模型課件（四）網絡分析操作

1、定義：網絡由一組線狀要素（一系列聯(lián)結的弧段）相互聯(lián)結組成的，是物質、信息流通的通道，非計算機網絡。（四）網絡分析操作1、定義：網絡由一組線狀要素（一系列聯(lián)結2、網絡基本要素：

1）結點：網絡中任意兩條線段的交點。

2）鏈：連通路線，連結兩點的段要素。3）轉彎：從一條鏈上經結點轉向另一條鏈。4）?？奎c（站點）：網絡中資源的上、下結點。5）中心：收發(fā)資源的結點處的設施。6）障礙：資源不能通過的結點。

2、網絡基本要素：3、應用1）查找路徑最短路徑或最佳路徑動態(tài)最佳路徑分析2）選擇最佳位置選擇最佳位置確定最佳服務范圍3）爆管分析3、應用1）查找路徑最短路徑：確定起點、終點和要經過的中間點、中間連線，求最短路徑或最佳路徑。動態(tài)最佳路徑：實際網絡中權值是隨權值關系式變化的，可能還會臨時出現(xiàn)一些障礙點，需要動態(tài)計算最佳路徑。1）查找路徑距離：歐氏距離：常常無法解決問題成本或時間問題：更能解決問題成本距離受障礙和空間影響障礙絕對阻尼：兩點之間距離無限遠相對阻尼：某種情況下，距離并非無限遠距離：求最短路徑例：交通運輸中從A點到B點的最短路徑是最佳路徑？答：不一定。道路：上坡、下坡、質量、車流量等。加權最短距離：時間最短距離路線最短距離成本最短距離路徑長度：路徑上各邊的加權值之和。求最短路徑例：交通運輸中從A點到B點的最短路徑是最佳路徑？道討論從某源點到其余各點的最短路徑：設有5個地點V1、V2、V3、V4、V5的通路圖，圖中各邊上數(shù)字為該邊的權重值。求V1到V5點的路徑。V1V2V3V4V5105020101003060討論從某源點到其余各點的最短路徑：設有5個地點V1V2V3V（V1，V5）=100（V1，V4，V5）=90（V1，V4，V3，V5）=60（V1，V2，V3，V5）=70最短路徑：（V1，V4，V3，V5）=60V1V2V3V4V5105020101003060（V1，V5）=100最短路徑：V1V2V3V4V51050源點中間點終點路徑長V1V210V1V430V1V4V350V1V4，V3V560V1到各點的最短距離V1V2V3V4V5105020101003060源點中間點終點路徑長V1V210V1V430V1V4V35如何求最短路徑？迪杰斯特拉算法（Dijkstra）按路徑長度遞增的次序求最短路徑。假設從源出發(fā)求到達其它頂點的最短路徑時，當前正在生成的最短路徑上除終點之外，其余頂點的最短路徑均已生成。如：生成V1到V5的最短路徑（V1，V4，V3，V5）時，（V1，V4，V3）已生成。如何求最短路徑？迪杰斯特拉算法（Dijkstra）如：生成Vcost=06002010050010030100求有向圖的鄰接矩陣：其中：cost[i,j]表示有向邊（Vi,Vj）的權重值，不存在則取。V1V2V3V4V5105020101003060cost=06002010050010030100求有向圖V1V2V3V4V51010030（1）求從V出發(fā)到圖上各頂點Vi，可能達到的最短路徑長度的初值，dist[i]；（2）選擇Vj，使得dist[j]=Min{dist[i]|ViS,ViV}Vj為當前的一條從V出發(fā)的最短路徑的終點；設dist[i]表示當前找到從始點V到每個終點Vi的最短路徑的長度；S為已求得的最短路徑的終點的集合。V1V2V3V4V51010030（1）求從V出發(fā)到圖上各頂V1V2V3V4V5105010030（3）修改V出發(fā)到集合V—S上的所有頂點Vk可能達到的最短路徑長度。如果dist[j]+cost[j,k]<dist[k]則修改dist[k]為dist[k]=dist[j]+cost[j,k]V1V2V3V4V5105010030（3）修改V出發(fā)到集合V1V2V3V4V510203060（4）重復（2）、（3）步，直到求得V到圖上的各個頂點的最短路徑長度遞增序列為止。V1V2V3V4V510201030V1V2V3V4V510203060（4）重復（2）、（3）V1V2V3V4V510201030V1V2V3V4V510201030Dijkdtra算法的執(zhí)行過程終點V1到各終點的值及最短路徑V10V2(V1,V2),10V3(V1,V2,V3),60(V1,V4,V3),50V4(V1,V4),30(V1,V4),30V5(V1,V5),100(V1,V5),100(V1,V4,V5),90(V1,V4,V3,V5)VjV2,10V4,30V3,50V5,60Dijkdtra算法的執(zhí)行過程終點V1到各終點的值及最短路徑輸入柵格INGRID目標柵格操作OUTGRID=COSTPATH輸出柵格OUTGRID費用最短路徑SD215552111224133532115351154331235455124691112131621輸入柵格INGRID目標柵格操作輸出柵格OUTGRID費用最2）選擇最佳位置選擇最佳位置確定最佳服務范圍2）選擇最佳位置第五章空間數(shù)據(jù)處理分析的基本方法及應用模型課件第五章空間數(shù)據(jù)處理分析的基本方法及應用模型課件3）爆管分析定義管網中某一點出現(xiàn)故障后，分析應關閉和閥門和影響的管段、用戶區(qū)域等。水、油、氣等物質網絡上管道或點設備（法門、儀表等）發(fā)生故障的分析問題。目的

對該點斷流，即檢索出全部與該點直接相連的各種斷流設備算法

基于矢量數(shù)據(jù)的爆管算法基于柵格數(shù)據(jù)的爆管算法3）爆管分析第五章空間數(shù)據(jù)處理分析的基本方法及應用模型課件4）最佳游歷方案的求解弧段最佳游歷方案求解（中國郵遞員問題）：給定一個邊的集合和一個結點，使之由指定結點出發(fā)至少經過每條邊一次而回到起始結點。結點最佳游歷方案求解（旅行推銷員問題）：給定一個起始結點、一個終止結點和若干中間結點，求解最佳路徑，使之由起點出發(fā)遍歷（不重復）全部中間結點而到達終點。4）最佳游歷方案的求解18世紀，東普魯土的哥尼斯城堡中有七座橋，當時有人提出：怎樣才能一次走遍七座橋，不重復，最后返回出發(fā)點。1736年，大數(shù)學家歐拉用數(shù)學方法嚴格證明了這個問題提出的走法是不可能的。一筆畫問題在設計最短郵路、送貨路線、灑水車線路等問題中都有實際應用。18世紀，東普魯土的哥尼斯城堡中有七座橋，當時有人提出：怎樣（五）可視性分析可視性分析又稱通視分析，屬于對地形進行最優(yōu)化處理范疇。主要應用如設置雷達站、電視臺的發(fā)射站、道路選擇、航海導航等，軍事上如布設陣地、設置觀察哨、鋪架通信線路等。兩點之間的通視性可視域分析（五）可視性分析1.視野分析（通視分析）：是指以某一點為觀察點，研究某一區(qū)域通視情況的地形分析。建立空間位置之間相互可見性的過程，等高線作一剖面。剖面線可視區(qū)ABC1.視野分析（通視分析）：是指以某一點為觀察點，研究某一區(qū)1）通視分析方法：a、以O為觀察點，對格網DEM或三角網DEM上的每個點判斷通視與否，通視賦值為1，不通視賦值為0。b、以觀察點O為軸，以一定的方位角間隔算出0°～360°的所有方位線上的通視情況。1）通視分析方法：a）傾角法觀察點與各交點的傾角為βi(i＝A,B,C)若tgα＞max(tgβi,i＝A、B、C)，則OP通視否則，不通視。b)剖面圖

兩點連線是否與剖面相交。AB2）關鍵算法：

判斷格網或三角網上的某一點是否通視a）傾角法b)剖面圖AB2）關鍵算法：第五章空間數(shù)據(jù)處理分析的基本方法及應用模型課件2.可視域分析方法（ViewshedAnalysis）可視域分析是指對于給定的觀察點所覆蓋的區(qū)域的計算。用途:1)可視查詢：從某個觀察點觀察，區(qū)域可視還是部分可視。2）地形可視結構計算（即可視域計算）：計算對于給定點的通視區(qū)域及不通視區(qū)域。3）水平可視計算：摜對于地形環(huán)境給定的邊界范圍，確定轉繞觀察點所有射線方向上距離觀察點最遠的可視點。2.可視域分析方法（ViewshedAnalysis）觀察點不通視通視3）通視分析示例

觀察點不通視通視3）通視分析示例5.3空間分析的模型方法一、模型概念、分類1、概念：模型就是對實際對象或情景的表達、概括、抽象?？臻g分析模型是指用于GIS空間分析的數(shù)學模型，是在GIS空間數(shù)據(jù)基礎上建立起來的模型，是通過作用于原始數(shù)據(jù)和派生數(shù)據(jù)的一組順序的、交互的空間分析操作命令，對一個空間決策過程進行的模擬。

5.3空間分析的模型方法一、模型概念、分類2、模型分類：模擬圖像符號（1）模擬式模型：對真實情景或事物進行模擬（2）符號模型：從抽象思維開始，然后用符號描述（3）圖形圖像模型：二維圖像（形），三維圖形（象）2、模型分類：模擬圖像符號3、空間分析與應用模型的關系

空間分析應用模型空間分析是基本的、決一般問題的理論和方法，而一般應用模型是不可枚舉的，是復合、復雜的，解決專門問題的理論和方法，它的解決應以空間分析的基本方法和算法模型為基礎。（局部與整體的關系）

3、空間分析與應用模型的關系空間分析應用模型空間分（1）空間分析模型是聯(lián)系GIS應用系統(tǒng)與專業(yè)領域的紐帶，必須以廣泛、深入的專業(yè)研究為基礎；（2）空間分析模型是綜合利用GIS中大量數(shù)據(jù)的工具，數(shù)據(jù)的綜合分析和應用主要通過模型來實現(xiàn)；（3）空間分析模型是分析型和輔助決策型GIS區(qū)別于管理型GIS的一個重要特征，是解決空間分析和輔助決策問題的核心。

4、空間分析模型的意義（1）空間分析模型是聯(lián)系GIS應用系統(tǒng)與專業(yè)領域的紐帶，必須5、地理信息建模系統(tǒng)（GIMS）

是研究如何根據(jù)給定條件（如已知數(shù)據(jù)和約束條件）自動生成解決問題（如確定候選地址）的整個操作過程。它能支持面向用戶的空間分析模型的定義、生成和檢驗的環(huán)境，支持與用戶交互式的基于GIS的分析、建模和決策。GIMS是目前GIS研究的熱點問題之一。5、地理信息建模系統(tǒng)（GIMS）是研究如何根據(jù)給定條件（如6、空間建?，F(xiàn)狀：3)混合型空間模型法是前兩種方法的結合，盡可能利用GIS提供的功能保持外部空間模型法的靈活性2)嵌入式（內部空間模型法）1)松散耦合式（外部空間模型法）高級語言建立專業(yè)模型

GIS空間數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)通訊二次開發(fā)語言專業(yè)模型空間數(shù)據(jù)庫6、空間建?，F(xiàn)狀：3)混合型空間模型法2)嵌入式（內部空7、GIS中常用空間分析模型1）相關分析模型：用來分析研究各種地理要素數(shù)據(jù)之間相互關系的一種有效手段。2)趨勢面分析模型：

用來將現(xiàn)象的空間分布特征及其區(qū)域變化趨勢模擬出來。3)預測模型：

反映地理要素的動態(tài)發(fā)展規(guī)律，并用于預測分析。---常用回歸模型。4）聚類模型：描述各種地理要素數(shù)據(jù)之間的近似程度，相似的可合并。

7、GIS中常用空間分析模型1）相關分析模型：二、地圖分析模型方法地圖分析方法是一種分析和綜合空間數(shù)據(jù)（地圖數(shù)據(jù)）的方法，其目的是有助于對空間數(shù)據(jù)的解釋。要求地圖數(shù)據(jù)結構、數(shù)據(jù)處理方法、過程控制要具有一定的規(guī)范和統(tǒng)一標準。1、地圖數(shù)據(jù)規(guī)范要求空間數(shù)據(jù)具有一定的數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)結構，有一定的區(qū)域框架結構。二、地圖分析模型方法3、數(shù)據(jù)處理控制規(guī)范系統(tǒng)對數(shù)據(jù)運算進行指令控制，包括識別圖層，陳述執(zhí)行函數(shù)及執(zhí)行順序。2、地圖分析模型構造與數(shù)據(jù)處理規(guī)范一個地理數(shù)據(jù)集：數(shù)據(jù)層（標題說明之）構造產生新層最終成果數(shù)據(jù)變換：再分類，疊加分析，距離量測，視野分析，模擬分布等一個地圖模型3、數(shù)據(jù)處理控制規(guī)范2、地圖分析模型構造與數(shù)據(jù)處理規(guī)范一個地三、空間決策支持---GIS空間分析的主要目的1、空間決策支持定義

是應用空間分析的各種手段對空間數(shù)據(jù)進行處理變換，以提取隱含于空間數(shù)據(jù)中的某些事實和關系，并以圖形和文字的形式直觀地加以表示，為現(xiàn)實世界中的各種應用提供科學、合理的支持。三、空間決策支持---GIS空間分析的主要目的1、空間決策支2、GIS解決空間問題的一般步驟1）明確目的、要求；2）收集（準備）數(shù)據(jù)并建庫;3）確定GIS空間分析步驟；4）輸出結果；2、GIS解決空間問題的一般步驟例1：道路拓寬改建過程中的拆遷指標計算

1）明確分析的目的和標準

目的：計算由于道路拓寬而需拆遷的建筑物的面積和房產價值。2）準備進行分析的數(shù)據(jù)

涉及兩類信息：A、現(xiàn)狀道路圖；B、分析區(qū)域內建筑物分布圖及相關的信息；

3、空間決策支持的實例

例1：道路拓寬改建過程中的拆遷指標計算1）明確分析的目的和3）進行空間操作

a)選擇擬拓寬的道路，建立道路的緩沖區(qū)。

b)將此緩沖區(qū)與建筑物層數(shù)據(jù)進行拓撲疊加，產生一幅新圖4）進行統(tǒng)計分析

對全部或部分位于拆遷區(qū)內的建筑物進行選擇對所有需拆遷的建筑物進行拆遷指標計算。

5）將分析結果以地圖或表格的形式打印輸出

3）進行空間操作例2：輔助建筑項目選址

1）建立分析的目的和標準

目的：確定一些具體的地塊，作為一個輕度污染工廠的可能建設位置。2）從數(shù)據(jù)庫中提取用于選址的數(shù)據(jù)

A、全市所有地塊信息的數(shù)據(jù)層；B、全市公共設施的分布圖。

例2：輔助建筑項目選址1）建立分析的目的和標準3）進行特征提取和空間拓撲疊加

從地塊圖中提取滿足條件的地塊，并與公共設施層數(shù)據(jù)進行疊加。

4）進行鄰域分析

對疊加結果進行鄰域分析和特征提取，去掉周圍有幼兒園、學校等公共設施的地塊，選擇滿足要求的地塊。5）將選擇的地塊及相關信息以地圖和表格的形式打印輸出。

3）進行特征提取和空間拓撲疊加例3:植物潛在生存環(huán)境的選擇：條件:在高度帶2之內，據(jù)河流不超過200米

數(shù)據(jù):高度帶地圖（grid）、河流地圖（grid）方法:距離量測:FindDistance地圖查詢:Mapquery輸出例3:植物潛在生存環(huán)境的選擇：第五章空間數(shù)據(jù)處理分析的基本方法及應用模型課件通常用于適宜性分析和脆弱性分析例一、森林保護區(qū)土地利用研究

參數(shù)確定土壤條件、陡坡、洪澇靠近水體、濕地等非點源污染公路和開發(fā)區(qū)野生動物棲息地美學影響過程對每個參數(shù)按環(huán)境成本/開發(fā)約束從1到5排序對每個參數(shù)制作格網并進行疊加取出每個參數(shù)的最大值作為輸出值從輸出格網中選擇低值區(qū)作為保護區(qū)域例4：土地適宜性評價通常用于適宜性分析和脆弱性分析例4：土地適宜性評價第五章空間數(shù)據(jù)處理分析的基本方法及應用模型課件第五章空間數(shù)據(jù)處理分析的基本方法及應用模型課件第四節(jié)應用分析模型與GIS系統(tǒng)工具的集成和GIS應用系統(tǒng)的環(huán)境模式一、應用分析模型與GIS系統(tǒng)工具的鑲嵌模式1.源代碼編程方式2.可執(zhí)行程序方式3.組件式應用模式的集成方式第四節(jié)應用分析模型與GIS系統(tǒng)工具的集成和GIS應用系統(tǒng)二、GIS應用系統(tǒng)環(huán)境模式1.GIS功能桌面地理信息系統(tǒng)的應用模式2.客戶機/服務器（C/S）地理信息系統(tǒng)應用模式3.基于服務器端的互聯(lián)網地理信息系統(tǒng)應用模式二、GIS應用系統(tǒng)環(huán)境模式5.5GIS在自然資源和環(huán)境領域中的應用一、應用地理信息系統(tǒng)和遙感提取城市綠地及熱力場專題信息本例中使用1998年10月8日128/28景幅（哈爾濱地區(qū)）來說明在地理信息系統(tǒng)平臺上如何提取和分析城市熱力場格局的方法。5.5GIS在自然資源和環(huán)境領域中的應用一、應用地理信息系1、把衛(wèi)星圖象數(shù)據(jù)加載ArcView系統(tǒng)由于遙感數(shù)據(jù)是地理信息系統(tǒng)的重要和非常有價值的空間數(shù)據(jù)源，所以幾乎所有的商業(yè)化的GIS系統(tǒng)都對衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)開放，可以作為圖象式的柵格數(shù)據(jù)直接加載到GIS系統(tǒng)。衛(wèi)星遙感圖象數(shù)據(jù)在應用前需要進行幾何校正等，加載到GIS系統(tǒng)的遙感圖象數(shù)據(jù)一般應是經過圖象處理后的“.img"格式的圖象數(shù)據(jù)。1、把衛(wèi)星圖象數(shù)據(jù)加載ArcView系統(tǒng)由于遙感數(shù)據(jù)是地理2、確定空間范圍

由于一幅衛(wèi)星圖象地域范圍很大為了操作及分析方便，只需要顯示和分析所研究城市的范圍，ArcView系統(tǒng)允許對圖象定義顯示范圍。識別出城市市區(qū)周邊的范圍，在坐標框中讀出并記錄下該周邊范圍框架的X、Y坐標。然后在圖層定義菜單中選擇專題Properties項，單擊對話框中Definition圖標，在坐標框中改寫坐標。此時該專題顯示的圖象縮小為所選擇的區(qū)域框架范圍。2、確定空間范圍由于一幅衛(wèi)星圖象地域范圍很大為了操作及分析3、在GIS系統(tǒng)中進行遙感圖象的密度分割單波段圖像像素的光學密度值范圍為0~255。密度分割是對所選擇的單波段的衛(wèi)星圖象的光學密度分割成若干等級，并以不同顏色、色調表達形成偽彩色影像，根據(jù)地物光譜反射特性來識別地物。使用ArcView系統(tǒng)，選擇Single-band（單波段）處理操作，產生TM2、TM3、TM4、TM5、TM6、TM7單波段專題，這些單波段專題也可以通過圖象編輯器，進行彩色表達。3、在GIS系統(tǒng)中進行遙感圖象的密度分割單波段圖像像素的光4、地理配準為了把衛(wèi)星圖像和其它有關矢量地圖，如‘.dxf’格式的城市街區(qū)圖，聯(lián)合一起進行空間分析，為了進行空間分析，需要進行坐標變換，把矢量的街區(qū)專題和圖象專題進行相對空間匹配，在ArcView平臺上既可以用圖象專題匹配‘.dxf’專題，也可以用‘.dxf’格式的專題匹配圖象專題。為此首先要選擇控制點，然后進行坐標量測，建立空間配準的參數(shù)文件‘.wld’文件。4、地理配準為了把衛(wèi)星圖像和其它有關矢量地圖，如‘.dxf5、遙感數(shù)據(jù)反演城市熱力場基礎信息。1）將圖像亮度值D轉換為輻射亮度Lb(TM6)，其方程式為：其中，Lmax為傳感器可探測的最大的輻射亮度，Lmin為最小輻射亮度。對于TM6，Lmax=1.5600，Lmin=0.1238，5、遙感數(shù)據(jù)反演城市熱力場基礎信息。1）將圖像亮度值D轉換為2）通過輻射亮度Lb推算亮度溫度Tb：其中：Tb為地表溫度（K）；

k1與k2為校正系數(shù)，對于TM6為已知常數(shù)，

k1=1260.56，k2=60.766；為平均輻射亮度（）；ε為地物的比輻射率；2）通過輻射亮度Lb推算亮度溫度Tb：其中：Tb為地表溫度3）通過大氣及地表發(fā)射率等校正，可求出地表真實溫度3）通過大氣及地表發(fā)射率等校正，可求出地表真實溫度6、與街區(qū)專題圖疊加進行空間分析與查詢城市熱力場專題圖及其與哈爾濱市街區(qū)專題圖配準疊加分析得，過熱輻射地塊在空間分布上形成三種形式的復合體：熱團、熱環(huán)、碎片體。應用TM衛(wèi)星遙感圖象與ArcView地理信息系統(tǒng)集成可以形成較好的空間信息處理和分析平臺。TM圖象能夠提供多波段的地面信息，包括城市綠地和熱輻射信息；ArcView可以對遙感圖象處理與空間分析集一體，提取豐富的有關城市環(huán)境方面的信息，為環(huán)境保護及城市規(guī)劃拓寬了信息源。6、與街區(qū)專題圖疊加進行空間分析與查詢二、馬鹿生境條件評價的GIS方法

以東北林業(yè)大學涼水自然保護區(qū)為例

m為因子數(shù)，j=1,2,3……m；rj為第j個因子的類目數(shù)；為第j個因子第k個類目的屬性值。1、確定評價馬鹿生境條件的指標和評價模型（1）評價指標的選定二、馬鹿生境條件評價的GIS方法

以東北林業(yè)大學涼水自然保護利用對馬鹿生境條件的地面調查數(shù)據(jù)建立起數(shù)量化模型（I），求出各調查因子各類目的參數(shù)、各因子的偏相關系數(shù)的方差及范圍，在保持一定復相關水平上逐步剔除偏相關最小的因子。對偏相關系數(shù)進行t檢驗，判斷諸生態(tài)因子對生境選擇的重要性。最后保留5個評價因子：森林類型、人為干擾及坡向為評價的主要因子，食物豐盛度和隱蔽條件為評價的輔助因子。利用對馬鹿生境條件的地面調查數(shù)據(jù)建立起數(shù)量化模型（I），求出（2）評分評價模型主要評價因子森林類型、人為干擾、坡向均按10分制打分，對輔助因子隱蔽度和食物豐盛度均按5分制打分。對于馬鹿每個生境評價因子下的類目，其評分標準確定如下：——森林類型這里選定森林類型是作為評價馬鹿的采食和臥息環(huán)境的評價因子。就研究區(qū)域森林植被根據(jù)馬鹿的生活習性，皆伐跡地和大的林中空地是馬鹿最佳生境，楊樺雜木林是臥息的最佳生境；而云冷杉林對馬鹿的采食和臥息都不是好的生境條件。