地理信息系統(tǒng)概論(第四章)

第四章

GIS空間分析

Spatialanalysis空間分析概述基本空間分析技術(shù)數(shù)字地面模型分析疊置分析緩沖區(qū)分析空間統(tǒng)計分析空間查詢§1.數(shù)字地面模型分析DEM:（DigitalElevationModels），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)域上地形的三維向量的有限序列，即地表單元上高程的集合，數(shù)學(xué)表達為：z=f（x，y）。DTM：當z為其他二維表面上連續(xù)變化的地理特征，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DEM成為DTM（DigitalTerrainModels）。DTM={Zi,j},i=1,2,3,…,m-1,m;j=1,2,3,…,n-1,nGridDEM上制作坡度、坡向圖§1.數(shù)字地面模型分析地表形態(tài)的自動分類平地崗丘丘陵低山高山絕對h……<400<600……相對h…<100100-200……坡向<3…………DEM計算地表形態(tài)要素H,H’,坡度、坡向等地形分類標準表地形自動分類§1.數(shù)字地面模型分析剖面分析意義：常?？梢砸跃€代面，研究區(qū)域的地貌形態(tài)、輪廓形狀、地勢變化、地質(zhì)構(gòu)造、斜坡特征、地表切割強度等。如果在地形剖面上疊加其它地理變量，例如坡度、土壤、植被、土地利用現(xiàn)狀等，可以提供土地利用規(guī)劃、工程選線和選址等的決策依據(jù)?！?.數(shù)字地面模型分析繪制可在格網(wǎng)DEM或三角網(wǎng)DEM上進行。已知兩點的坐標A(x1，y1)，B(x2，y2)，則可求出兩點連線與格網(wǎng)或三角網(wǎng)的交點，并內(nèi)插交點上的高程，以及各交點之間的距離。然后按選定的垂直比例尺和水平比例尺，按距離和高程繪出剖面圖。剖面圖不一定必須沿直線繪制，也可沿一條曲線繪制?！?.數(shù)字地面模型分析§2.空間疊合分析空間疊合分析的概念（SpatialOverlayAnalysis）空間疊合分析是在統(tǒng)一空間參照系統(tǒng)條件下，將同一地區(qū)兩個地里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)系空間合成疊合：對疊合后產(chǎn)生的多重屬性進行新的分類空間統(tǒng)計疊合：提取某個范圍內(nèi)某些專題內(nèi)容的數(shù)量特征§2.空間疊合分析矢量GIS疊合點與多邊形疊合將一個含有點的圖層疊置在一個多邊形圖層上以確定每個點落在哪個多邊形內(nèi)§2.空間疊合分析線與多邊形疊合將一個含有線的圖層疊置在一個多邊形圖層上，以確定每條線各落在哪個多邊形內(nèi)§2.空間疊合分析多邊形與多邊形疊合將兩個或多個多邊形圖層進行疊加，產(chǎn)生一個新的多邊形圖層點變換方法

點變換方式只對各圖上相應(yīng)的點的屬性值進行運算。實際上，點變換方式假定獨立圖元的變換不受其鄰近點上的屬性值的影響，也不受區(qū)域內(nèi)一般特征的影響§2.空間疊合分析現(xiàn)有兩層?xùn)鸥駭?shù)據(jù)層，一為植被分布圖，另一為區(qū)域開發(fā)圖。植被分布圖分為4種植被，其圖元值分別為：0——無林地1——硬木林地2——軟木林地3——混合林地區(qū)域開發(fā)圖分為6種區(qū)域0——空閑地1——主要道路區(qū)2——次要道路區(qū)3——居住區(qū)4——公區(qū)建筑區(qū)5——墳區(qū)基于點像元的兩圖層的空間變換原則是：植被分布圖中圖元重分類為：0——無林地1——有林地與區(qū)域開發(fā)圖疊加后圖元0——無林空閑區(qū)1——主要道路2——次要道路3——居住區(qū)4——公共建筑區(qū)5——墳區(qū)6——有林區(qū)§2.空間疊合分析區(qū)域變換方法

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)§2.空間疊合分析鄰域變換方法

鄰域變換是在計算新層圖元值時，不僅考慮原始圖層上相應(yīng)圖元本身的值，而且還要考慮與該圖元有領(lǐng)域關(guān)聯(lián)的其他圖元值影響。1）直接幾何關(guān)聯(lián)2）間接幾何關(guān)聯(lián)植被分布圖圖層作一領(lǐng)域變換，得新圖層圖元值：非邊緣=0：當鄰元值相同時硬木林邊緣=1：當鄰元為空地與硬木林地交叉時（0及1）軟木林邊緣=2：當鄰元為空地與軟木林地交叉時（0及2）混合邊緣=3：當鄰元為空地與混合林地交叉時（0及3）由此得到樹林邊緣圖§3.空間緩沖區(qū)分析緩沖區(qū)及其作用緩沖區(qū)是地理空間目標的一種影響范圍或服務(wù)范圍，具體指在點、線、面實體的周圍，自動建立的一定寬度的多邊形。數(shù)學(xué)表達為：

其中,R為緩沖寬度，或緩沖半徑。作用：緩沖區(qū)分析是GIS的基本空間操作功能之一，一般應(yīng)用于求地理實體的影響范圍，即鄰近度問題。

§3.空間緩沖區(qū)分析基于柵格的緩沖區(qū)建立（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)§4.空間統(tǒng)計分析變量篩選分析原理：復(fù)雜的多變量之間有許多是相互關(guān)聯(lián)的，可以通過尋找一組相互獨立的變量，使多變量數(shù)據(jù)得到簡化方法：主成分分析主因子分析關(guān)鍵變量分析法§4.空間統(tǒng)計分析主成分分析§4.空間統(tǒng)計分析關(guān)鍵變量分析

利用變量之間的相關(guān)矩陣，通過由用戶確定的域值，選擇一定數(shù)量的關(guān)鍵獨立變量。變量xi和xj的相關(guān)系數(shù)為：i,j=1,2,…,m

k=1,2,…,n§4.空間統(tǒng)計分析rij>0表示正相關(guān)，兩要素同向發(fā)展；rij<0表示負相關(guān)，兩要素異向發(fā)展；rij絕對值越接近0，兩要素的關(guān)系越不密切；rij絕對值越接近1，兩要素的關(guān)系越密切?！?.空間統(tǒng)計分析變量聚類分析定義：根據(jù)距離，將相似的樣本歸為一類，把差異大的樣本區(qū)分開來。距離：表示相似程度，可以歐氏距離，絕對值距離、相似系數(shù)距離等?；舅枷耄菏紫仁莕個樣本各自成一類，然后計算類與類之間的距離，選擇距離最小的兩類合并成一個新類，計算新類與其它類的距離，再將距離最小的兩類進行合并，這樣每次減少一類，直到達到所需的分類數(shù)或所有的樣本都歸為一類為止。

49281576九大農(nóng)業(yè)區(qū)聚類分析31：東北區(qū)2：內(nèi)蒙古及長城沿線區(qū)3：黃淮海區(qū)4：黃土高原區(qū)5：長江中下游區(qū)6：西南區(qū)7：華南區(qū)8：甘新區(qū)9：青藏區(qū)§4.空間統(tǒng)計分析§5.空間數(shù)據(jù)的集合分析與查詢空間集合分析空間數(shù)據(jù)庫查詢條件屬性限制空間拓撲限制二者結(jié)合GIS軟件查詢結(jié)果統(tǒng)計結(jié)果：圖、表、文字新圖層新的屬性域添加到屬性數(shù)據(jù)庫查詢方式圖形--屬性空間查詢語言閃爍、顏色等明顯表示§5.空間數(shù)據(jù)的集合分析與查詢空間數(shù)據(jù)的查詢§5.空間數(shù)據(jù)的集合分析與查詢幾何查詢幾何參數(shù)查詢：包括點的位置坐標，兩點間的距離，一個或一段線目標的長度，一個面目標的周長或面積等?？臻g定位查詢：給定一個點或一個幾何圖形，檢索該圖形范圍內(nèi)的空間對象及其屬性。按點查詢：給定一個鼠標點，查詢離它最近的對象及屬性---點的捕捉。開窗查詢----按矩形、圓、多邊形查詢分為該窗口包含和穿過的區(qū)別。

空間定位查詢：點鼠標選取此面空間定位查詢：開窗查詢鼠標選取此點查詢結(jié)果§5.空間數(shù)據(jù)的集合分析與查詢空間關(guān)系查詢相鄰分析檢索---通過檢索拓撲關(guān)系面—面：如查詢與面狀地物相鄰的多邊形的實現(xiàn)方法：線—線（與某干流A相連的所有支流）點—點（A與B是否相通）等。相關(guān)分析檢索（不同要素類型之間的關(guān)系）--通過檢索拓撲關(guān)系如：線—面、點—線、點—面包含關(guān)系查詢穿越查詢落入查詢緩沖區(qū)查詢空間關(guān)系查詢§5.空間數(shù)據(jù)的集合分析與查詢屬性查詢查找：僅選擇一個屬性表，給定一個屬性值，找出對應(yīng)的屬性記錄或圖形。在屏幕上已有一個屬性表，用戶任意點取記錄，對應(yīng)的圖形以高亮顯示。SQL查詢擴展SQL屬性查詢：屬性查圖形屬性查詢：SQL查詢條件：面積大于2000平方公里且每平方公里人口大于100的地區(qū)空間查詢：擴展SQL查詢圖形與屬性的聯(lián)合查詢。條件：長江三峽地區(qū)長江流域人口大于70萬的縣、市地區(qū)可視化空間查詢

可視化查詢是指將查詢語言的元素，特別是空間關(guān)系，用直觀的圖形或符號表示。查詢主要使用圖形、圖像、圖標、符號來表達概念。具有簡單、直觀、易于使用的特點。缺點：當空間約束條件復(fù)雜時，很難用圖符描述；用二維圖符表示圖形之間的關(guān)系時，可能會出現(xiàn)歧義；難以表示“非”關(guān)系；不易進行范圍（圓、矩形、多邊形等）約束；無法進行屏幕定位查詢等。§5.空間數(shù)據(jù)的集合分析與查詢自然語言空間查詢在SQL查詢中引入一些自然語言，如溫度高的城市

SELECTname FROMCities WHEREtemperat