地理信息系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用 課件 項目4 空間查詢與分析

空間查詢空間數(shù)據(jù)庫德勝園北門……日照火車站一、空間查詢的概念空間查詢：從空間數(shù)據(jù)庫中找出所有滿足屬性約束條件和空間約束條件的地理對象。空間查詢既不改變空間數(shù)據(jù)庫，也不產(chǎn)生新的空間實體和數(shù)據(jù)。5圖形與屬性互查基于空間關(guān)系的查詢基于空間關(guān)系和屬性特征查詢二、空間數(shù)據(jù)查詢方式61、圖形與屬性互查基于屬性查圖形基于圖形查屬性7基于屬性查圖形，是指按屬性信息的要求查詢定位對象的空間位置。1、圖形與屬性互查手機(jī)APP查詢對象的相關(guān)信息基于圖形查屬性，是根據(jù)對象的空間位置查詢有關(guān)的屬性信息。1.圖形與屬性互查ARCGIS軟件中的“INFO”識別工具，查詢實體屬性信息1.圖形與屬性互查2.基于空間關(guān)系查詢空間關(guān)系按實體類型分類按拓?fù)潢P(guān)系分類有點和點、點和線、線和面、面和面等。鄰接、關(guān)聯(lián)、包含等。包含關(guān)系查詢該查詢是指查詢條件同時包含了空間關(guān)系方面內(nèi)容和屬性方面的內(nèi)容，查詢結(jié)果應(yīng)同時滿足這兩方面的要求。3.基于空間關(guān)系和屬性特征查詢查詢：在青島開發(fā)區(qū)內(nèi)、距海邊2公里以內(nèi)、三星級以上酒店?？臻g查詢語言（SQL）即結(jié)構(gòu)化查詢語言，簡稱SQL語句，是一種數(shù)據(jù)庫查詢和程序設(shè)計語言，用于存取數(shù)據(jù)以及查詢、更新和管理關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。山東水利職業(yè)學(xué)院13查詢：獲取GDP_2000>3000andPOPU>7000萬的省份。SelectProvinces_R.*FromProvinces_RWhereProvinces_R.GDP_2000>3000androvinces_R.POPU>7000SQL語句如下：GIS軟件中SQL語句空間分析概念及功能空間分析是地理信息系統(tǒng)的核心功能，它特有的對地理信息（特別是隱含信息）的提取、表現(xiàn)和傳輸功能，是GIS區(qū)別于一般的信息系統(tǒng)的主要標(biāo)志。什么是空間分析？空間分析具有哪些功能？一、空間分析的概念定義：基于地理對象的位置和形態(tài)的空間數(shù)據(jù)分析技術(shù)，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?yōu)樾畔⒌倪^程。路徑空間分析（ SpatialAnalyst）二、空間分析功能疊加分析將同一地區(qū)、同一坐標(biāo)系統(tǒng)下的兩層或兩層以上的數(shù)據(jù)疊加在一起，從而產(chǎn)生新的數(shù)據(jù)層，新數(shù)據(jù)層綜合了原來兩層或多層數(shù)據(jù)的屬性。如何為一公園選擇合理位置？要求：依山傍水；交通方便；較安靜……方案疊加分析緩沖區(qū)分析水系信息地形信息道路信息植被信息等+++空間數(shù)據(jù)庫存儲疊加分析可以應(yīng)用于城市規(guī)劃中的新公園、商場的選址點要素的緩沖區(qū)線要素的緩沖區(qū)面要素的緩沖區(qū)緩沖區(qū)分析根據(jù)分析對象的點、線、面實體，自動建立它們周圍一定距離的帶狀區(qū)，用以識別這些實體對鄰近對象的輻射范圍或影響范圍。路徑規(guī)劃。煤氣管道改裝時，若關(guān)閉某個閥門，需要確定受影響的用戶。某城市預(yù)建立一個消防站，如何確定10分鐘之內(nèi)能到達(dá)的街道。網(wǎng)絡(luò)分析對地理網(wǎng)絡(luò)、城市基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行地理分析和建模，通過研究網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)、模擬和分析資源在網(wǎng)絡(luò)上的流動和分配情況，解決網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及其資源等的優(yōu)化問題。應(yīng)用實例：離散地下水位觀測數(shù)據(jù)地下水位等值線空間插值空間插值，運(yùn)用數(shù)學(xué)方法，根據(jù)離散的觀測數(shù)據(jù)推算區(qū)域內(nèi)其他任意一點的值，用以描述和研究連續(xù)型面狀實體的空間分布和變化特征。數(shù)字高程模型三維景觀坡度圖坡向圖數(shù)字高程模型模擬地球表面高低起伏的形態(tài)。緩沖區(qū)分析地理空間目標(biāo)的一種影響范圍或服務(wù)范圍。某點的服務(wù)范圍一、緩沖區(qū)概念緩沖區(qū)緩沖區(qū)是一個面狀區(qū)域。定義：根據(jù)分析對象的點、線、面實體，自動建立它們周圍一定距離的帶狀區(qū)，用以識別這些實體對鄰近對象的輻射范圍或影響度，以便為某項分析或決策提供依據(jù)。緩沖區(qū)分析點要素緩沖區(qū)點要素線要素緩沖區(qū)線要素面要素緩沖區(qū)面要素緩沖區(qū)分類點要素緩沖區(qū)線要素緩沖區(qū)面要素緩沖區(qū)某地區(qū)有危險品倉庫，要分析一旦倉庫爆炸所涉及的范圍，就需要進(jìn)行點要素緩沖區(qū)分析。緩沖區(qū)分析應(yīng)用案例點要素緩沖區(qū)點要素如果要分析因道路拓寬而需拆除的建筑物和需搬遷的居民范圍，則需進(jìn)行線要素緩沖區(qū)分析；線要素緩沖區(qū)線要素緩沖區(qū)分析應(yīng)用案例在對野生動物棲息地的評價中，動物的活動區(qū)域往往是在距它們生存所需的水源或棲息地一定的范圍內(nèi)，為此可用面要素緩沖區(qū)分析。面要素緩沖區(qū)面要素緩沖區(qū)分析應(yīng)用案例點要素緩沖：通常是以點為圓心、一定距離為半徑畫圓。多個點的緩沖區(qū)重疊當(dāng)兩個或兩個以上點狀目標(biāo)相距較近，或緩沖區(qū)距離較大時，則他們的緩沖區(qū)可能部分重疊。二、點要素的緩沖區(qū)一個點的緩沖區(qū)線要素緩沖區(qū)：分別對每個頂點和每條邊生成緩沖區(qū)，然后對這些緩沖區(qū)進(jìn)行疊加操作，通常形成以線為中心軸線、距其一定距離的平行條帶多邊形。三、線要素的緩沖區(qū)一個線要素緩沖區(qū)多個線要素緩沖區(qū)面要素的緩沖區(qū)：通常是以面的閉合線為基礎(chǔ)、向內(nèi)或向外生成的距其一定距離的多邊形。四、面要素的緩沖區(qū)面要素緩沖區(qū)一個面要素的緩沖區(qū)多個面要素的緩沖區(qū)（1）緩沖區(qū)生成的是一些新的多邊形，不包含原點、線、面要素。需要注意的幾個問題：（2）多重緩沖區(qū)：按照不同的緩沖距離，生成多個相互嵌套的多邊形。實例：城市經(jīng)濟(jì)影響力分三個層次：0-50km：1級50-100km：2級100-150km：3級（3）如果線的形狀較復(fù)雜，緩沖區(qū)有可能重疊，會出現(xiàn)島嶼多邊形和重疊多邊形。其中島嶼多邊形在緩沖區(qū)外，而重疊多邊形是緩沖區(qū)的一部分。島嶼多邊形島嶼多邊形重疊多邊形重疊多邊形區(qū)分重疊多邊形和島嶼多邊形緩沖區(qū)邊線交點處截斷曲線成弧段，落在緩沖區(qū)內(nèi)的刪除，緩沖區(qū)外的保留。線的緩沖區(qū)左邊線右邊線43輸入線緩沖區(qū)操作重疊處理后的緩沖區(qū)（4）緩沖距離不一樣的情況疊加分析圖片來源：http:///s/blog_612c4af00100xzju.html提出問題如何為一個新公園選擇合適的位置？要求依山傍水交通便利相對安靜方案現(xiàn)實世界獲取地形信息水系信息交通信息植被信息存儲到空間數(shù)據(jù)庫疊加分析、緩沖區(qū)分析選址方案在統(tǒng)一空間參照系統(tǒng)條件下，將兩層或多層地圖要素進(jìn)行疊加，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。疊加分析的定義48疊加分析視覺信息疊加矢量數(shù)據(jù)疊加點與多邊形疊加線與多邊形疊加多邊形疊加?xùn)鸥駭?shù)據(jù)疊加疊加分析的分類49一、視覺信息疊加50視覺信息疊加：將不同專題的信息內(nèi)容疊加顯示在結(jié)果圖件或屏幕上，以便研究者判斷其相互空間關(guān)系。一、視覺信息疊加視覺信息疊加之后，不產(chǎn)生新的數(shù)據(jù)層，各數(shù)據(jù)層保留原來的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。51（1）點狀圖、線狀圖和面狀圖的疊加顯示52（2）面狀圖區(qū)域邊界之間的疊加53（3）遙感影像與專題地圖的疊加54（4）專題地圖與數(shù)字高程模型疊加55二、基于矢量數(shù)據(jù)的疊加分析點與多邊形疊加線與多邊形疊加多邊形與多邊形疊加點屬性多邊形屬性疊加后點的屬性表點點屬性1a2b3c4d5e6f點點屬性所屬多邊形多邊形屬性1多邊形屬性21aA2bC3cC4dD5eD6fD1、點與多邊形的疊加123456AC多邊形屬性1屬性2ABC疊加后不產(chǎn)生新的數(shù)據(jù)層，只是把屬性信息疊加到點圖層中。B將線狀要素層和多邊形圖層疊加，確定線與多邊形的位置關(guān)系。線號原線號所屬多邊形號11B21C32C43C2、線與多邊形的疊加計算線與多邊形邊界的交點交點將線目標(biāo)打斷成新的線產(chǎn)生新的線數(shù)據(jù)層，同時產(chǎn)生一個相應(yīng)的屬性數(shù)據(jù)表，記錄原線和所屬多邊形的屬性信息。ABCD1322134根據(jù)疊加結(jié)果，可以確定每條弧段落在哪個多邊形內(nèi)，可以查詢指定多邊形內(nèi)某條線穿過的長度。2、線與多邊形的疊加ABCD1322134ID屬性1X2Y3ZID屬性101A新多邊形ID層1多邊形屬性層2多邊形屬性10A2X03XA4X050A60A7YA8YA9ZA10Y011Z0新多邊形的屬性表AXYZ37891456102層1層2新層11003、多邊形與多邊形的疊加將兩組或更多的多邊形要素層進(jìn)行疊加，根據(jù)多邊形之間的交點來建立新的具有多重屬性的多邊形。

表

兩個輸入圖層的弧-多邊形關(guān)系表001A2B弧段起點終點左多邊形右多邊形1110A2220B幾何求交2B01A重新進(jìn)行多邊形拓?fù)溥\(yùn)算屬性確定PolygonIDArcsA06,-4,1AB3,4B05,2,-3001,6,5,2裁剪（clip）裁剪圖層目標(biāo)圖層結(jié)果圖層擦除（erase）擦除圖層輸入圖層結(jié)果圖層相交（intersect）輸入圖層輸入圖層結(jié)果圖層聯(lián)合（union）輸入圖層輸入圖層結(jié)果圖層三、基于柵格數(shù)據(jù)的疊加分析將不同圖幅的柵格數(shù)據(jù)疊加在一起，在疊加地圖的相應(yīng)位置上產(chǎn)生新的屬性。U＝f(A,B,C,……)其中，A、B、C等表示第一、二、三等各層上的確定的屬性值，f函數(shù)取決于疊加的要求。三、基于柵格數(shù)據(jù)的疊加分析柵格數(shù)據(jù)疊加將土壤圖和植被圖疊加，可以分析土壤和植被的關(guān)系。68行政區(qū)劃圖與土壤類型圖疊加，可以計算出某一行政區(qū)劃內(nèi)的土壤類型數(shù)，以及不同類型土壤的面積。對同一地區(qū)、相同屬性、不同時間段的柵格數(shù)據(jù)疊加，可以動態(tài)分析該地區(qū)某屬性隨時間的變化。柵格數(shù)據(jù)疊加應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)分析（1）將一批貨物從甲地運(yùn)輸?shù)揭业兀卸鄺l路徑可走，選哪一條能使運(yùn)輸費(fèi)用最低？問題引入（2）當(dāng)?shù)叵旅簹夤艿栏难b時，若關(guān)閉某個閥門，需要確定受影響的用戶。（3）某城市預(yù)建立一個消防站，如何確定10分鐘之內(nèi)能到達(dá)的街道。路徑規(guī)劃資源分配連通問題路徑規(guī)劃、連通分析、資源分配等，這些都是地理信息系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)分析的功能。網(wǎng)絡(luò)分析一、網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)的概念及組成要素網(wǎng)絡(luò)是指由一些點及點之間的連線所組成的圖形，這些圖形不按比例繪制，線段不代表真正的長度，點和線段的位置具有隨意性。交通網(wǎng)絡(luò)1.網(wǎng)絡(luò)的概念圖片來源：http:///thread-74900-1-1.html圖片來源：http:///wnews/jn/jnms/2017-01-06/112739.html網(wǎng)絡(luò)是現(xiàn)實世界中的網(wǎng)狀系統(tǒng)的抽象表示，可以模擬交通網(wǎng)、通訊網(wǎng)、地下水管網(wǎng)、天然氣網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)的作用是將資源從一個位置移動到另外一個位置。結(jié)點鏈（二）網(wǎng)絡(luò)的組成和相關(guān)屬性1.網(wǎng)絡(luò)基本要素鏈結(jié)點線狀要素，是構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)的骨架，也是資源或通信聯(lián)絡(luò)的通道。結(jié)點鏈2.網(wǎng)絡(luò)的組成和相關(guān)屬性1）網(wǎng)絡(luò)基本要素鏈結(jié)點即網(wǎng)絡(luò)中鏈的端點或鏈與鏈之間的連接點，位于網(wǎng)絡(luò)鏈的兩端，如車站、港口、電站等。2）網(wǎng)絡(luò)中的特殊要素障礙拐點中心站點禁止網(wǎng)絡(luò)中鏈上流動的，或?qū)Y源或通信聯(lián)絡(luò)起阻斷作用的點。2）網(wǎng)絡(luò)中的特殊要素障礙拐點中心站點在網(wǎng)絡(luò)鏈中所有的分割結(jié)點上，狀態(tài)有屬性和阻力，如拐彎的時間和限制。2）網(wǎng)絡(luò)中的特殊要素障礙拐點中心站點接受或分配資源的位置，如水庫，商業(yè)中心等。狀態(tài)屬性：（1）資源總量；（2）阻力限額。2）網(wǎng)絡(luò)中的特殊要素障礙拐點中心站點網(wǎng)絡(luò)中物流裝、卸的位置，不一定在網(wǎng)絡(luò)結(jié)點上，也或者說是資源增減的點，如庫房、汽車站等。3）網(wǎng)絡(luò)中的屬性網(wǎng)絡(luò)組成部分都是用圖層要素形式表示，需要建立要素間的拓?fù)潢P(guān)系，并用一系列相關(guān)屬性來描述。這些屬性是網(wǎng)絡(luò)中的重要部分，一般以表格的方式存儲在GIS數(shù)據(jù)庫中，以便構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)模型和網(wǎng)絡(luò)分析。3）網(wǎng)絡(luò)中的屬性阻強(qiáng)指資源在網(wǎng)絡(luò)流動中的阻力大小。資源總量網(wǎng)絡(luò)中心為了滿足各鏈的需求，能夠容納或提供的資源總數(shù)量。資源需求量網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中具體的線路、鏈、結(jié)點所能收集的或可以提供給某一中心的資源量。二、網(wǎng)絡(luò)的建立加入多層點文件和線文件建立空的空間圖形網(wǎng)絡(luò)加入網(wǎng)絡(luò)屬性值例如：阻強(qiáng)值，網(wǎng)絡(luò)中鏈的連通性，中心點的資源容量，資源需求量等。二、網(wǎng)絡(luò)的建立路徑分析三、網(wǎng)絡(luò)分析的功能資源分配中心選址路徑分析的核心是求解最佳路徑。1.路徑分析最佳路徑是指網(wǎng)絡(luò)中從一個點到達(dá)另外一個點、阻礙強(qiáng)度最小的一條路徑。根據(jù)不同的需求，可以是距離最短、花費(fèi)的時間最短、優(yōu)先選擇高速，等等。1.路徑分析軟件中的網(wǎng)絡(luò)分析功能自動完成路徑分析。路徑分析算法——Dijkstra算法資源分配是根據(jù)中心的容量以及網(wǎng)線和結(jié)點的需求，并依據(jù)阻強(qiáng)大小，將網(wǎng)線和結(jié)點分配給最近的中心，分配過程中阻力的計算是沿最佳路徑進(jìn)行的。例如：資源分配可以為城市中的每一條街道上的學(xué)生確定最近的學(xué)校。2.資源分配中心選址是指確定設(shè)施的最佳地理位置。需要考慮需求和供給空間上的相互關(guān)系，據(jù)此選址需求點或供給點的最佳位置，以獲得最佳的經(jīng)濟(jì)效益或最小運(yùn)輸成本。3.中心選址92空間插值空間插值定義：運(yùn)用數(shù)學(xué)方法根據(jù)觀測點數(shù)據(jù)或樣本點數(shù)據(jù)，推算區(qū)域內(nèi)其他任意一點的值，以便描述和研究連續(xù)型面狀實體的空間分布和變化特征的技術(shù)。一、空間插值的概念空間插值的理論假設(shè)：一、空間插值的概念空間位置上越靠近的點，越可能具有相似的特征值；而距離越遠(yuǎn)的點，其特征值相似的可能性越小。1、現(xiàn)有的離散曲面的分辨率、像元大小或方向與所要求不相符。二、什么情況下需要進(jìn)行空間插值2、現(xiàn)有的連續(xù)曲面的數(shù)據(jù)模型與所需的數(shù)據(jù)模型不符。二、什么情況下需要進(jìn)行空間插值從不規(guī)則三角網(wǎng)（TIN）到柵格從矢量多邊形到柵格3、現(xiàn)有數(shù)據(jù)沒有完全覆蓋整個區(qū)域，如只有一些離散點數(shù)據(jù)。二、什么情況下需要進(jìn)行空間插值空間插值線性內(nèi)插雙線性內(nèi)插移動擬合趨勢面插值樣條函數(shù)克里金插值三、空間插值方法線性內(nèi)插法線性內(nèi)插法的基本思想是高差和水平距離呈線性關(guān)系。線性內(nèi)插法的前提是地形是連續(xù)的。AB高差水平距離hAPhABPDAPDAB

等值線是指同一條線上的屬性值相同，例如等高線。輸入離散觀測點生成不規(guī)則三角網(wǎng)計算等值點等值線追蹤等值線光滑處理離散的觀測點輸入離散觀測點生成不規(guī)則三角網(wǎng)計算等值點等值線追蹤等值線光滑處理狄洛尼(Delaunay)三角網(wǎng)1)定義一個包含所有點的超三角形,把它作為初始Delaunay三角形；2)點集中一個未處理點P插入已有的Delaunay三角網(wǎng)中；3)在三角網(wǎng)中找出包含P的三角形,把P與這個三角形的3個頂點相連,生成3個新的三角形；4)應(yīng)用局部優(yōu)化算法,更新該步之前生成的所有三角形；5)重復(fù)第2～4步,直到所有點都被插入；6)最后刪除包含超三角頂點的所有三角形。輸入離散觀測點生成不規(guī)則三角網(wǎng)計算等值點等值線追蹤等值線光滑處理計算等值點HO及其位置。首先是在所有三角形邊上判斷是否存在等值點，判斷的方法是：如果存在等值點，那么該邊兩個頂點的高程和HO之間滿足如下的條件：如果三角形一條邊上存在等值點，那么肯定從該三角形另一條邊上穿過。這里等值點位置的計算采用線性內(nèi)插法。輸入離散觀測點生成不規(guī)則三角網(wǎng)計算等值點等值線追蹤等值線光滑處理等值線追蹤思想是：等值線游動必然穿過具有公共邊界、又有等值線通過的三角形單元。輸入離散觀測點生成不規(guī)則三角網(wǎng)計算等值點等值線追蹤等值線光滑處理采用三次樣條函數(shù)進(jìn)行光滑處理。數(shù)字高程模型及地形分析一、兩個概念定義：對地理空間起伏變化的連續(xù)表面的數(shù)字表示形式。數(shù)字地面模型（DigitalTerrainModel，簡稱DTM)數(shù)字地面模型氣溫降水量人口密度地下水位……在DTM中，當(dāng)起伏變化的連續(xù)表面為地形面時，即高程值在地理空間的起伏變化，就是數(shù)字高程模型。數(shù)字高程模型（DigitalElevationModel，簡稱DEM）二、DEM的數(shù)據(jù)采集方法利用全站儀或GNSS技術(shù)，測得各地形點的三維坐標(biāo)。地面實測適合于小區(qū)域內(nèi)對精確度要求高的地面模型。以大比例尺的近期地形圖為數(shù)據(jù)源，通過掃描數(shù)字化等方法得到地面點集的高程數(shù)據(jù)。地形圖數(shù)字化以遙感影像、攝影測量像片等為數(shù)據(jù)源攝影影像立體像對影像定向空中三角測量控制測量像片判繪DEM采集的數(shù)據(jù)點太稀會降低DEM的精度；數(shù)據(jù)點過密又會增大數(shù)據(jù)處理的工作量和不必要的存儲量。關(guān)于數(shù)據(jù)采集采樣點密度問題因此，在DEM數(shù)據(jù)采集之前，確定合理的取樣精度，或者數(shù)據(jù)采集時根據(jù)地形復(fù)雜程度動態(tài)調(diào)整采樣點密度，這是非常重要的。規(guī)則格網(wǎng)不規(guī)則三角網(wǎng)三、數(shù)字高程模型表達(dá)方法將區(qū)域空間切分為規(guī)則的格網(wǎng)單元，每個格網(wǎng)單元對應(yīng)一個數(shù)值。規(guī)則格網(wǎng)形狀高程矩陣規(guī)則格網(wǎng)可以是正方形、矩形、三角形等。規(guī)則格網(wǎng)模型高程高程矩陣灰度顯示三維顯示對于每個網(wǎng)格的數(shù)值有兩種不同的解釋。第一種認(rèn)為，該格網(wǎng)單元的數(shù)值是其中所有點的高程，即格網(wǎng)單元是均一的高度。第二種認(rèn)為，認(rèn)為網(wǎng)格單元的數(shù)值