GIS中的數(shù)據(jù)分析

二、GIS中的數(shù)據(jù)分析第1節(jié)空間數(shù)據(jù)分析地理信息系統(tǒng)(GIS)與—般的計(jì)算機(jī)輔助制圖(CAM／CAD)系統(tǒng)的重要區(qū)別在于GIS具有空間數(shù)據(jù)的分析、變換能力。除某些基本的變換功能如數(shù)據(jù)更新、比例尺變換，投影變換外．重要的空間分析和變換功能為地理數(shù)據(jù)的拓?fù)浜涂臻g狀況運(yùn)算，屬性綜合運(yùn)算，幾何要素與屬性的聯(lián)合運(yùn)算等。為了完畢這些運(yùn)算，GIS一般都以顧客和系統(tǒng)交互的形式提供以上分析處理能力。應(yīng)指出，柵格數(shù)據(jù)構(gòu)造與矢量數(shù)據(jù)構(gòu)造的空間分析措施有所不一樣。一般來說，柵格構(gòu)造組織數(shù)據(jù)的空間分析措施要簡(jiǎn)樸某些。下圖以分級(jí)構(gòu)造形式概括的多種空間分析類型和措施:圖:GIS空間分析措施一、綜合屬性數(shù)據(jù)分析GIS中屬性數(shù)據(jù)一般采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管理，因此，關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中多種分析功能都可以對(duì)屬性性數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。(一)數(shù)學(xué)計(jì)算屬性數(shù)據(jù)中的數(shù)字型數(shù)據(jù)可以進(jìn)行“加”、“減”、“乘”、“除”、“乘方”等數(shù)學(xué)運(yùn)算，以產(chǎn)生新的屬性值，如人口數(shù)／圖斑面積(km)＝人口密度。(二)邏輯運(yùn)算邏輯運(yùn)算的基本原理是布爾代數(shù)，這種邏輯分析幾乎可以在所有的空間分析中得到應(yīng)用。它按屬性數(shù)據(jù)的組合條件來檢索其他屬性項(xiàng)目或圖形數(shù)據(jù)，以及進(jìn)行空間聚類.(三)單變量分級(jí)分析屬性的單變量分級(jí)分析是把單個(gè)屬性作為變量，根據(jù)布爾邏輯措施提成若干個(gè)類別。這種分析措施，可進(jìn)行屬性數(shù)據(jù)的合并式轉(zhuǎn)換，把復(fù)雜的屬性類別合并成簡(jiǎn)樸的類別,以實(shí)現(xiàn)空間聚合(四)多變量記錄分析多變量記錄分析重要用于數(shù)據(jù)分類。在GIS中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)具有原始的性質(zhì)，以便顧客可以根據(jù)不一樣的使用目的，進(jìn)行任意提取和分析，尤其是對(duì)于觀測(cè)和取樣數(shù)據(jù)．伴隨采用的分類和內(nèi)插措施的不一樣，得到的成果有很大的差異,因此,在大多數(shù)狀況下,首先是將大量未經(jīng)分類的屬性數(shù)據(jù)輸入信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，然后規(guī)定顧客建立詳細(xì)的分類算法，以獲得所需要的信息。1．變量篩選分析伴隨現(xiàn)代數(shù)據(jù)搜集系統(tǒng)的不停改善，在一種取樣點(diǎn)上?？梢运鸭綆资N原始變量。在這些變量中有許多是互相關(guān)聯(lián)的，可以通過尋找一組互相獨(dú)立的變量，使多變量數(shù)據(jù)得到簡(jiǎn)化，這就是變量篩選分析。常用的變量篩選措施有主成分分析法、主因子分析法和關(guān)鍵變量分析法等。主成分分析是以取樣點(diǎn)作為坐標(biāo)軸，以屬性變量作為矢量矩陣，研究屬性變量之間的親疏關(guān)系。主因子分析是以屬性變量作為坐標(biāo)軸，以取樣點(diǎn)作為矢量矩陣,通過以相似系數(shù)建立有關(guān)矩陣來研究取樣點(diǎn)之間的親疏關(guān)系。關(guān)鍵變量分析則是運(yùn)用同性變量之間的有關(guān)矩陣，通過由顧客確定的閥值，從數(shù)據(jù)庫(kù)變量全集合中選擇一定數(shù)量的關(guān)鍵獨(dú)立變量，以消除其他冗余的變量。2.變量聚類分析所謂變量聚類分析就是一系列數(shù)據(jù)觀測(cè)點(diǎn)的屬性交量，按其性質(zhì)上的親疏遠(yuǎn)近程度進(jìn)行分類。二、緩沖辨別析緩沖區(qū)(BUFFER)分析即根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中的點(diǎn)、線、面實(shí)體，在其周圍建立一定寬度范圍的緩沖區(qū)多邊形(如下圖)。這是GIS空間分析的基本功能之一。例如，斷層影響帶.特性規(guī)定緩沖區(qū)寬度不一樣步的處理:在進(jìn)行緩沖辨別析時(shí)，常常發(fā)生不一樣級(jí)別的同一類要素具有不一樣的緩沖區(qū)大小。例如，在都市土地地價(jià)評(píng)估時(shí)，沿重要街道兩側(cè)的通達(dá)度、繁華度的輻射范圍大．而小街道則較?。@與要素的類型和特點(diǎn)有關(guān)。在建立這種緩沖區(qū)時(shí)，首先應(yīng)建立要素屬性表，根據(jù)不一樣屬性確定不一樣的緩沖區(qū)寬度，然后再產(chǎn)生緩沖區(qū).三、空間合成疊置分析空間信息(多邊形網(wǎng)絡(luò)疊置層)的合成疊置，就是把同一地區(qū)、同一比例尺的兩幅或兩幅以上的圖層重疊在一起，產(chǎn)生新的空間圖形或空間位置上新的屬性(加、減、鑒別等)。疊置后產(chǎn)生的新的圖形屬性就是原疊置對(duì)應(yīng)位置處的圖形對(duì)應(yīng)屬性的函數(shù)，可用下述關(guān)系式體現(xiàn)：U＝f(A、B、C…)式中A、B、C…表達(dá)原疊置層的圖形的屬性．f函數(shù)取決于各層上的屬性與顧客需要之間的關(guān)系。包括分析包括分析重要用于確定點(diǎn)、線、面之間的互相聯(lián)絡(luò)，如確定某區(qū)域內(nèi)礦井的個(gè)數(shù)，這是點(diǎn)與面之間的包括分析。(二)多邊形疊置參與疊置分析的兩個(gè)圖層應(yīng)都是矢量多邊形構(gòu)造。若需進(jìn)行多層疊置，也是兩兩疊置后再與第三層疊置，依次類推。其中被疊置的多邊形為本底多邊形，用來疊置的多邊形為上覆多邊形，疊置后產(chǎn)生具有多重屬性的新多邊形(右圖)多邊形疊置的目的是通過區(qū)域多重屬性的模擬，尋找和確定同步具有幾種地理屬性的分布區(qū)域；或是按照確定的地理指標(biāo)，對(duì)疊置后產(chǎn)生的具有不一樣屬性級(jí)的多邊形進(jìn)行重新分類或分級(jí)。(三)柵格數(shù)據(jù)的疊置分析柵格數(shù)據(jù)的疊置，有三種重要變換類型的函數(shù)關(guān)系，即點(diǎn)變換、區(qū)域變換和鄰域變換。四、網(wǎng)絡(luò)分析網(wǎng)絡(luò)是一系列互相聯(lián)結(jié)的弧段．形成物質(zhì)、信息流通的通道。例如；水從水庫(kù)流向多種水渠；從發(fā)電廠經(jīng)電網(wǎng)向顧客供電；都市的道路網(wǎng)均構(gòu)成網(wǎng)絡(luò).網(wǎng)絡(luò)分析的重要用途是：選擇最佳途徑；選擇最佳布局中心的位置。所謂最佳途徑是指從始點(diǎn)到終點(diǎn)的最短距離或花費(fèi)至少的路線；最佳布局中心位置是指各中心所覆蓋范圍內(nèi)任一點(diǎn)到中心的距離近來或花費(fèi)最??；網(wǎng)流量是指網(wǎng)絡(luò)上從起點(diǎn)到終點(diǎn)的某個(gè)函數(shù)，如運(yùn)送價(jià)格，運(yùn)送時(shí)間等。網(wǎng)絡(luò)上任意點(diǎn)都可以是起點(diǎn)或終點(diǎn)。第2節(jié)數(shù)字地面模型(DTM)與地形分析一、DTM的概念與作用數(shù)字地面模型是描述地面諸特性空間分布的有序數(shù)值陣列.二、DTM的表達(dá)措施1．?dāng)?shù)學(xué)分塊曲面表達(dá)法這種措施把地面提成若干個(gè)塊，每塊用一種數(shù)學(xué)函數(shù)，如博立葉級(jí)數(shù)多次多項(xiàng)式、隨機(jī)布朗運(yùn)動(dòng)函數(shù)等，以持續(xù)的三維函數(shù)高平滑度地表達(dá)復(fù)雜曲面，并使函數(shù)曲面通過離散采樣點(diǎn)。2．規(guī)則格網(wǎng)表達(dá)法規(guī)則格網(wǎng)表達(dá)措施是把DTM表到達(dá)高程矩陣，它來源于直接規(guī)則矩形格網(wǎng)采樣點(diǎn)或由規(guī)則或不規(guī)則離散數(shù)據(jù)點(diǎn)內(nèi)插產(chǎn)生。由于計(jì)算機(jī)對(duì)矩陣的處理比較以便．尤其是以柵格為基礎(chǔ)的GIS系統(tǒng)中高程矩陣已成為DTM最通用的形式。3．不規(guī)則三角網(wǎng)(TIN)表達(dá)法不規(guī)則三角網(wǎng)(TIN)是專為產(chǎn)生DTM數(shù)據(jù)而設(shè)計(jì)的一種采樣表達(dá)系統(tǒng)。它克服了高程矩陣中冗余數(shù)據(jù)的問題，并且能愈加有效地用于各類以DTM為基礎(chǔ)的計(jì)算。由于了DTM可根據(jù)地形的復(fù)雜程度來確定采樣點(diǎn)的密度和位置，能充足表達(dá)地形特性點(diǎn)和線，從而減少了地形較平坦地區(qū)的數(shù)據(jù)冗余。TIN表達(dá)法運(yùn)用所有采樣點(diǎn)獲得的離散數(shù)據(jù)，按照優(yōu)化組合的原則，把這些離散點(diǎn)(各三角形的頂點(diǎn))連接成互相持續(xù)的三角面(在連接時(shí)，盡量地保證每個(gè)三角形都是銳角三角形或是三邊的長(zhǎng)度近似相等)，如下圖。三、DTM的空間內(nèi)插措施DTM空間內(nèi)插的概念十分簡(jiǎn)樸，即在一種由x、y坐標(biāo)平面構(gòu)成的二維空間中，由已知若干離散點(diǎn)的高程，估算待內(nèi)插點(diǎn)的高程值。由于DTM采樣的數(shù)據(jù)點(diǎn)呈離散分布形式，或是數(shù)據(jù)點(diǎn)雖按格網(wǎng)排列，但格網(wǎng)的密度不能滿足使用的規(guī)定，這就需要以數(shù)據(jù)點(diǎn)為基礎(chǔ)進(jìn)行插值運(yùn)算。DTM內(nèi)插按插點(diǎn)分布范圍，可分為分塊內(nèi)插、剖分內(nèi)插和單點(diǎn)移面內(nèi)插三類，見下圖。常用的內(nèi)插措施有：二元多項(xiàng)式擬合內(nèi)插（趨勢(shì)面擬合）二元樣條函數(shù)內(nèi)插距離加權(quán)平均內(nèi)插KRIGGING算法四、DTM地形分析盡管DTM的應(yīng)用十分廣泛，但地形分析是其基本應(yīng)用，其他應(yīng)用都可由此推演、擴(kuò)展。地形分析的內(nèi)容有地形因子提取、地表類型分類以及剖面團(tuán)的繪制等。(一)地形因子的自動(dòng)提取坡度和坡向分析：坡度定義為水平面和地形表面之間夾角的正切值；坡向?yàn)槠旅娣ň€在水平面上的投影與正北方向的夾角。坡度和坡向的計(jì)算一般在3×3個(gè)DTM格網(wǎng)窗口中進(jìn)行。地表粗糙度計(jì)算：地表粗糙度是反應(yīng)地表的起伏變化和侵蝕程度的指標(biāo)，一般定義為地表單元的曲面面積與其在水平面上的投影面積之比。但根據(jù)這種定義，對(duì)光滑而傾角不一樣的斜面所求出的粗糙度，顯然不妥當(dāng)。實(shí)際應(yīng)用中，以格網(wǎng)頂點(diǎn)空間對(duì)角線L1和L2的中點(diǎn)距離來表達(dá)地表粗糙度，值愈大，闡明4個(gè)頂點(diǎn)的起伏變化也愈大。高程變異分析：高程變異是反應(yīng)地表單元格網(wǎng)各頂點(diǎn)高程變化的指標(biāo)，它以格網(wǎng)單元頂點(diǎn)的原則差與平均高程的比值來表達(dá)。谷脊特性分析：谷和脊是地表形態(tài)構(gòu)造中的重要部分。谷是地勢(shì)相對(duì)最低點(diǎn)的集合，脊是地勢(shì)相對(duì)最高點(diǎn)的集合。(二)地形剖面圖的繪制DTM表達(dá)了—個(gè)區(qū)域地形的整體狀況。在應(yīng)用中常常需要理解從地面上一點(diǎn)至另一點(diǎn)沿途的地形變化狀況，如通