地理信息系統(tǒng)空間分析

地理信息系統(tǒng)空間分析1第1頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)空間疊置分析例如：當(dāng)確定某一行政區(qū)內(nèi)各種等級(jí)道路的里程數(shù)時(shí)，就需要將道路圖與境界圖相疊置，計(jì)算弧段與多邊形邊界的交點(diǎn)，在交點(diǎn)處截?cái)嗷《危?duì)弧段重新編號(hào)，建立弧段與多邊形的歸屬關(guān)系。線與多邊形疊置分析第2頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)空間疊置分析某地區(qū)行政界限圖某地區(qū)土地利用類型圖疊置分析實(shí)例：有某地區(qū)的行政界線圖層和通過遙感技術(shù)提取的該區(qū)土地利用類型分布圖層，求該地區(qū)各村土地利用類型統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。圖層1圖層2第3頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)空間疊置分析行政區(qū)界圖屬性表圖層1：圖形，屬性表地區(qū)行政區(qū)界線圖第4頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)空間疊置分析圖層2：圖形，屬性表地區(qū)土地利用類型分布圖地區(qū)土地利用類型分布圖屬性表第5頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)空間疊置分析空間疊置圖疊置圖屬性表使用疊加命令，進(jìn)行兩圖層空間疊置，得到疊置圖第6頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)空間疊置分析二、基于柵格數(shù)據(jù)的疊置分析

特點(diǎn)：柵格數(shù)據(jù)的疊置算法，雖然數(shù)據(jù)存貯量比較大，但運(yùn)算過程比較簡(jiǎn)單。變換方法：（1）點(diǎn)變換（2）區(qū)域變換方法（3）鄰域變換方法基于柵格數(shù)據(jù)的疊置分析是參與分析的兩個(gè)圖層的要素均為柵格數(shù)據(jù)。第7頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)空間疊置分析（1）點(diǎn)變換

點(diǎn)變換只依據(jù)參與疊置圖層相應(yīng)點(diǎn)的屬性值進(jìn)行新的運(yùn)算，既與各圖層的鄰域點(diǎn)的屬性無關(guān)，也不受區(qū)域內(nèi)一般特征的影響。運(yùn)算方法包括：

*算術(shù)運(yùn)算

*指數(shù)運(yùn)算

*三角函數(shù)運(yùn)算等第8頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)空間疊置分析244633463377225423643366—=0-21-2-102-200-1-1點(diǎn)變換示意結(jié)果特征：運(yùn)算后得到的新屬性值可能與原圖層的屬性意義完全不同。第9頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)空間疊置分析101010601010206030303060101060601010306030303060-=00500001000000點(diǎn)變換實(shí)例1：土地利用變化區(qū)域探測(cè)80年遙感影像90年遙感影像點(diǎn)變換后影像點(diǎn)變換后影像分析通過80和90年兩期影像的相減運(yùn)算后得到變換影像，如果：變換影像值＝0；說明該區(qū)未發(fā)生變化變換影像值≠0；說明該區(qū)已發(fā)生變化10耕地20居民點(diǎn)30水域40草地50未利用地60林地Legend注意：此處的遙感影像可以是分類結(jié)果，也可以是原始的遙感影像。在一般應(yīng)用中，多使用原始的遙感影像，可提高變化探測(cè)速度。第10頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)空間疊置分析點(diǎn)變換實(shí)例2：土地利用變化分析2002年1992年新增城市用地?zé)o變化城市用地減少城市用地第11頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)空間疊置分析土地類型轉(zhuǎn)移矩陣:

根據(jù)兩個(gè)不同時(shí)間（t和t+△t）的土地利用圖計(jì)算從一種類型到另一種類型的轉(zhuǎn)換概率，來分析土地利用變化過程。它依靠GIS技術(shù)，將兩個(gè)不同時(shí)間的土地利用圖進(jìn)行柵格化處理，計(jì)算t時(shí)刻上A類有多少格網(wǎng)點(diǎn)轉(zhuǎn)換成在t+△t時(shí)刻的B，C，D等類型，轉(zhuǎn)換點(diǎn)數(shù)占該類型總數(shù)的百分比可稱為轉(zhuǎn)移概率。研究方法使用景觀生態(tài)學(xué)方法，計(jì)算土地類型轉(zhuǎn)移矩陣。第12頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)空間疊置分析(2)區(qū)域變換方法

指在計(jì)算新圖層相應(yīng)的屬性值時(shí)，不僅與原圖層對(duì)應(yīng)的柵格的屬性值有關(guān)，而且要顧及原圖層所在區(qū)域的集合特征（區(qū)域長(zhǎng)度、面積、周長(zhǎng)等）。(3)鄰域變換方法

指在計(jì)算新圖層相應(yīng)的屬性值時(shí)，不僅考慮原圖層對(duì)應(yīng)的柵格及其屬性，而且還應(yīng)顧及與該柵格相關(guān)聯(lián)的鄰域或者影響半徑內(nèi)的柵格屬性值的影響。第13頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月同矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行疊置圖件的要求區(qū)域格網(wǎng)數(shù)相同（插值）區(qū)域分成m*n個(gè)格網(wǎng)的不同圖層在確定疊置條件的條件表達(dá)式后，對(duì)柵格陣列中的每一個(gè)格網(wǎng)順序進(jìn)行運(yùn)算（邏輯運(yùn)算，算術(shù)運(yùn)算，關(guān)系運(yùn)算）根據(jù)編碼方式，按確定疊置條件的條件表達(dá)式進(jìn)行上述運(yùn)算1.柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行疊置圖件的要求2）非壓縮柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行疊置3）壓縮柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行疊置14第14頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如單個(gè)柵格為單元的疊置；游程編碼疊置等。常用非權(quán)重疊置。（權(quán)重疊置是指不同圖層，選不同權(quán)重）2.疊置算法的確定15第15頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月找出某地區(qū)降雨量=1000mm,且土厚=50cm的區(qū)域要求用游程編碼疊置算法實(shí)現(xiàn)3.疊置算法求解例16第16頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月疊置條件的表達(dá)式為：降雨量=1000mm∩土厚=50cm游程編碼的降雨量圖游程編碼的土厚分布圖（a）降雨量圖(b)土厚圖02004006008000200400600800600mm800mm1000mm700mm30cm50cm30cm40cm20cm17第17頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（a）降雨量圖(b)土厚圖

02004006008000200400600800600mm800mm1000mm700mm30cm50cm30cm40cm20cm020040060080050cm30cm20cm30cm40cm

第K行游程降雨量=1000mm∩土厚=50cm1000mm18第18頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月0400800040080030cm1000mm1200mm800mm50cm30cm40cm20cm600mm游程號(hào)降雨游程游程最右列（終止碼）1600mm2002800mm40031000mm68041200mm800游程號(hào)土厚游程游程最右列（終止碼）130cm170220cm360350cm800第K行19第19頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第五節(jié)空間數(shù)據(jù)的鄰域分析一、緩沖區(qū)分析

緩沖區(qū)分析是研究根據(jù)地理空間中的點(diǎn)、線、面實(shí)體，自動(dòng)建立其周圍一定寬度范圍內(nèi)的一定距離的帶狀區(qū)（緩沖區(qū)多邊形），用以識(shí)別這些實(shí)體或者主體對(duì)鄰近對(duì)象的輻射范圍或者影響程度，是解決鄰近度問題的空間分析工具之一。從數(shù)學(xué)的角度看，緩沖區(qū)分析的基本思想是給定一個(gè)空間對(duì)象或集合，確定它們的鄰域，鄰域的大小由鄰域半徑R確定。緩沖區(qū)分析在交通、林業(yè)、資源管理、城市規(guī)劃中有著廣泛的應(yīng)用。例如：湖泊和河流周圍的保護(hù)區(qū)的定界；汽車服務(wù)區(qū)的選擇；民宅區(qū)遠(yuǎn)離街道網(wǎng)絡(luò)的緩沖區(qū)的建立等20第20頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月空間緩沖區(qū)分析2.緩沖區(qū)主要的類型（1）基于點(diǎn)要素的緩沖區(qū)：通常以點(diǎn)為圓心、以一定距離為半徑的圓。（2）基于線要素的緩沖區(qū)：通常是以線為中心軸線，距中心軸線一定距離的平行條帶多邊形。（3）基于面要素的緩沖區(qū)：向外或向內(nèi)擴(kuò)展一定距離以生成新的多邊形。(4)復(fù)雜緩沖區(qū)；(5)可變距離緩沖區(qū)。

第21頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月點(diǎn)緩沖區(qū)線緩沖區(qū)面緩沖區(qū)可變距離緩沖區(qū)復(fù)雜緩沖區(qū)22第22頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月AirportNoisePollution23第23頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.建立緩沖區(qū)的算法等距離的點(diǎn)緩沖區(qū)是一個(gè)圓。1)點(diǎn)緩沖區(qū)建立算法

24第24頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.線緩沖區(qū)和面緩沖區(qū)建立的基本算法(1)角平分線法角平分線法的實(shí)質(zhì)是通過求平行線建立線緩沖區(qū)和面緩沖區(qū)。角平分法由三步組成，即逐個(gè)線段計(jì)算簡(jiǎn)單平行線，尖角光滑矯正和自相交處理。25第25頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月角分線法的缺點(diǎn)是難以最大限度保證雙線的等寬性，尤其是在凸側(cè)角點(diǎn)在進(jìn)一步變銳時(shí)，將遠(yuǎn)離軸線頂點(diǎn)。當(dāng)緩沖區(qū)半徑不變時(shí)，d隨張角B的減小而增大，結(jié)果在尖角處雙線之間的寬度遭到破壞。26第26頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

在軸線首尾點(diǎn)處，作軸線的垂線并按雙線和緩沖區(qū)半徑截出左右邊線起止點(diǎn)；在軸線其它轉(zhuǎn)折點(diǎn)處，首先判斷該點(diǎn)的凸凹性，在凸側(cè)用圓弧彌合，在凹側(cè)則用前后兩鄰邊平行線的交點(diǎn)生成對(duì)應(yīng)頂點(diǎn)。這樣外角以圓弧連接，內(nèi)角直接連接，線段端點(diǎn)以半圓封閉。(2)凸角圓弧法27第27頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

復(fù)雜緩沖區(qū)生成時(shí)常常會(huì)發(fā)生邊線相交的情況，當(dāng)區(qū)域邊界距離近時(shí)會(huì)產(chǎn)生雙線邊界壓蓋。如圖中區(qū)域C不是緩沖區(qū)的有效閉環(huán)。分析時(shí)，島多邊形和重疊多邊形的走向相反。如圖多邊形A、B走向是逆時(shí)針，稱島多邊形，多邊形C走向是順時(shí)針，稱重疊多邊形。順時(shí)針或逆時(shí)針由面積值正負(fù)值確定。CAB(3)復(fù)雜緩沖區(qū)28第28頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1）建立緩沖區(qū)

以圖形元素為基礎(chǔ)，拓寬或緊縮一定寬度而形成的區(qū)域。這個(gè)寬度通常是等距的，也可以是不等距的緩沖區(qū)。建立緩沖區(qū)實(shí)際上要復(fù)雜得多，主要表現(xiàn)在：建立緩沖區(qū)會(huì)形成很多重疊區(qū)，必須解決實(shí)際上常要求建立不同距離的緩沖區(qū)3.緩沖區(qū)分析的過程29第29頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.空間緩沖區(qū)分析過程2）緩沖區(qū)的分析根據(jù)建立的緩沖區(qū)，對(duì)緩沖區(qū)內(nèi)的空間信息形態(tài)、特征、分布作進(jìn)一步分析?；诏B置分析或圖形的運(yùn)算基于模型的分析30第30頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月緩沖區(qū)分析模型用來描述主體對(duì)象的鄰近區(qū)域內(nèi)，不同地區(qū)受主體對(duì)象影響的變化。在進(jìn)行空間緩沖區(qū)分析時(shí)，通常要將研究的問題抽象為以下三類因素（緩沖區(qū)分析三要素）來進(jìn)行分析：（1）主體對(duì)象：表示分析的主要目標(biāo)，主要包括點(diǎn)、線、面對(duì)象；（2）鄰近對(duì)象：指受主體對(duì)象影響的客體；（3）對(duì)象的作用條件表示主體對(duì)鄰近對(duì)象施加作用的影響條件或強(qiáng)度。根據(jù)主體對(duì)鄰近對(duì)象作用的不同，一般分線性模型、指數(shù)模型、其它復(fù)雜模型等。4.緩沖區(qū)分析模型31第31頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月距離ri影響度Fi線性模型100二次模型100影響度Fi距離ri指數(shù)模型影響度Fi距離ri100線性模型、二次模型、指數(shù)模型。OOOOAri=di/d00<ri<1d0主體對(duì)臨近對(duì)象的影響的最大距離di

臨近對(duì)象離主體的實(shí)際距離緩沖區(qū)分析模型例32第32頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月其中d0主體對(duì)臨近對(duì)象的影響的最大距離di臨近對(duì)象離主體的實(shí)際距離f0主體自身的影響指數(shù)Fi主體對(duì)臨近對(duì)象的影響度

F0

=f0

FA=0

F0----FA呈線性衰減OAFi=