第4章GIS空间分析
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空间插值 ：用于将离散点的测量数据转换为连续的数据
曲面。如地形、气温、土壤N含量…
常见的空间插值方法
– – – – IDW（逆距离权重） Spine(样条) Trend（趋势面） Kriging （克里金）
4.4 案例分析
闽东南沿海城市热环境动态监测研究 研究方法：空间分析方法（空间统计分析、空间插值、 叠加分析、缓冲区分析、空间量算和查询）
A C 1 2
A1 A2 C2 C1 B1 C4
B
3 4
B3 B4
A1 A2 C2 C1 B1 C4
B3 B4
几种不同的空间Fra Baidu bibliotek加方式
4.3 空间分析——网络分析
1.网络的概念：指一系列相互联结的线状要 素的集合，其通常具有一定的流通功能。 如：交通网——车流、人流 管网——水流、煤气流、热流 电网——电流 因特网Internet——信息流 2.主要网络分析的功能：选择最优路径、资 源调配、确定最近设施
后，新的霍乱病患者就再也没有
出现了。 在这个例子中，患者的居住地与 饮用水井之间的空间位置关系提 示了霍乱病的发病根源。
4.1 空间分析的定义
空间分析是GIS中最核心、最重要的概念 之一。但人们对空间分析的具体理解有不同。
郭仁忠（2001）认为空间分析是基于地理对象的位置 和形态特征的空间数据分析技术，其目的在于提取和传 输空间信息。 邬伦（2003）提出空间分析是指GIS中一切用以提取 地理空间信息乃至时空分布、组合、联系和发展的知识 的、涉及空间位置要素和空间关系的分析。 王劲峰（2006）提出空间分析是指分析具有空间坐标 或相对位置的数据和过程的理论和方法。
闽东南沿海城市的地理位置及其MODIS合成影像
2 1 3
1 遥感信息 2 气象和社会经济信息 3 DEM信息
4.4 案例分析——空间统计分析
4.4 案例分析——空间统计分析
4.4 案例分析——空间统计分析
空 间 趋 势 面 分 析
最优模型及参数：
☞高斯模型 ☞块金=0.2 ☞基台=3.5 ☞方向=60°
4.3 空间分析——空间统计分析
空间变量筛选
– 寻找一组相互独立的变量,使多变量数据得到简化 – 常用方法: 主成分分析,主因子分析,关键变量分析...
空间变量聚类
– 将一组数据或变量按性质上的亲疏程度进行分类 – 欧氏距离 dij = [
(xik - xjk)2 ]1/2
空间自相关
k=1
4.3 空间分析——空间插值
4.1 空间分析的定义
基于空间数据 以地学原理为依托 获取地理对象新的空间信息
– 位置 – 分布 – 形态 – 形成 – 演变...
4.2 空间分析的重要性
GIS与MIS的区别？GIS=属性数据的MIS+空间数据的MIS
GIS的本质特征？ GIS = GIS软件 + 空间分析 GIS的趋势？GIS智能化= GIS的空间分析+……
基台对协同克里格插值的影响
0.71
0.7 0.69 0.68 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
基台
块金对协同克里格插值的影响
0.8
0.76 0.72 0.68 0.64 0 0.15 0.3 0.45
块金
变 异 函 数 参 数 对 协 同 克 里 格 插 值 的 影 响 变异函数模型及拟合曲线
均方根预测误差
均方根预测误差
4.4 案例分析——空间插值
福建省2007年平均气温图
4.4 案例分析——叠加分析
研究区2001-2007年 热环境综合评价图
4.4 案例分析——缓冲区分析、空间查询与量算
Ij Ti Ai Sj
i 1
6
式中：Ij为区域的热环境质量指数；Ti为第i级热环境质量等级量值；Ai 为第i级所占土地面积；Sj为第j个区域的土地面积。
概念：根据地理对象点、线、面的空间特性，自
动建立对象周围一定距离的区域范围（缓冲区 域），以分析该对象对缓冲区内邻近对象的影响 程度。 类型：点缓冲区、线缓冲区、面缓冲区
4.3 空间分析——叠加分析
概念：在统一空间参照系下将2个或多个图层叠 合（叠合运算）以产生多重属性特征或建立地 理对象之间的空间对应关系。 类型：点、面叠合；线、面叠合；面、面叠合
研究区城市建成区热环境格局
离建成区距离（km） 0-2 2-4 4-6 栅格数 面积百分比 28 37 36 区域热环境质量指 数
29510
38599 37557
3.822
4.019 3.721
0-6
105666
100
3.916
研究区海岸带热环境格局
离海岸线距离（km） 0-4 4-8 8-12 0-12 栅格数 60825 33906 27288 122019 面积百分 比 50 28 22 100 区域热环境质量指 数 3.917 3.922 3.895 3.911
第4章 GIS空间分析
Chapter 4 Spatial Analysis
jq 2010.8
内容纲要
空间分析的含义 空间分析的重要性 空间分析的类型 案例分析
引例——斯诺的霍乱病调查
1854年8月到9月英国伦敦霍乱流行时，当局始终找不到
发病的原因，后来医生约翰· 斯诺(John Snow) 参与调查。 他在绘有霍乱流行地区所有道路、房屋、饮用水机井等内 容的1：6500比例尺地图上，标出了每个霍乱病死者的居 住位置，得到了霍乱病死者居住分布图。
4.3 空间分析的类型
产生式分析
– 缓冲区(Buffer)分析 – 叠加(Overlay)分析 – 网络(Network)分析 – 空间统计(ESDA) 分析 – 空间插值（Interpolation）
咨询式分析
– 空间量算(几何、形状、质心、距离) – 空间数据查询（属性、空间）
4.3 空间分析——缓冲区分析
引例——斯诺的霍乱病调查
斯诺博士分析了 这张分布图，马 上想到霍乱病源 之所在——死者 住家都集中于饮 用“布洛多斯托” 井水的地方及周 围。
霍乱病死者居住分布图(John Snow, 1854)
引例——斯诺的霍乱病调查
根据斯诺博士的分析和请示，当
局于9月8日摘下了这个水井的泵， 禁止使用该水泵吸水，从这天以
4 案例分析——缓冲区分析、空间查询与量算
研究区主要流域热环境格局
流域 离河流距离 （km） 0-2 闽江 2-4 4-6 0-6 0-2 木兰 溪 2-4 4-6 0-6 0-2 晋江 2-4 4-6 0-6 0-2 九龙 江 2-4 4-6 0-6 栅格 数 4537 3343 2538 10418 6672 6536 6415 19623 6772 6141 5682 18595 3837 3391 2768 9996 面积百分 比 44 32 24 100 34 33 33 100 36 33 31 100 38 34 28 100 区域热环境质量 指数 4.140 3.736 3.532 3.807 4.627 4.426 4.256 4.447 3.790 3.386 2.965 3.459 4.873 4.824 4.615 4.785
曲面。如地形、气温、土壤N含量…
常见的空间插值方法
– – – – IDW（逆距离权重） Spine(样条) Trend（趋势面） Kriging （克里金）
4.4 案例分析
闽东南沿海城市热环境动态监测研究 研究方法：空间分析方法（空间统计分析、空间插值、 叠加分析、缓冲区分析、空间量算和查询）
A C 1 2
A1 A2 C2 C1 B1 C4
B
3 4
B3 B4
A1 A2 C2 C1 B1 C4
B3 B4
几种不同的空间Fra Baidu bibliotek加方式
4.3 空间分析——网络分析
1.网络的概念：指一系列相互联结的线状要 素的集合，其通常具有一定的流通功能。 如：交通网——车流、人流 管网——水流、煤气流、热流 电网——电流 因特网Internet——信息流 2.主要网络分析的功能：选择最优路径、资 源调配、确定最近设施
后，新的霍乱病患者就再也没有
出现了。 在这个例子中，患者的居住地与 饮用水井之间的空间位置关系提 示了霍乱病的发病根源。
4.1 空间分析的定义
空间分析是GIS中最核心、最重要的概念 之一。但人们对空间分析的具体理解有不同。
郭仁忠（2001）认为空间分析是基于地理对象的位置 和形态特征的空间数据分析技术，其目的在于提取和传 输空间信息。 邬伦（2003）提出空间分析是指GIS中一切用以提取 地理空间信息乃至时空分布、组合、联系和发展的知识 的、涉及空间位置要素和空间关系的分析。 王劲峰（2006）提出空间分析是指分析具有空间坐标 或相对位置的数据和过程的理论和方法。
闽东南沿海城市的地理位置及其MODIS合成影像
2 1 3
1 遥感信息 2 气象和社会经济信息 3 DEM信息
4.4 案例分析——空间统计分析
4.4 案例分析——空间统计分析
4.4 案例分析——空间统计分析
空 间 趋 势 面 分 析
最优模型及参数：
☞高斯模型 ☞块金=0.2 ☞基台=3.5 ☞方向=60°
4.3 空间分析——空间统计分析
空间变量筛选
– 寻找一组相互独立的变量,使多变量数据得到简化 – 常用方法: 主成分分析,主因子分析,关键变量分析...
空间变量聚类
– 将一组数据或变量按性质上的亲疏程度进行分类 – 欧氏距离 dij = [
(xik - xjk)2 ]1/2
空间自相关
k=1
4.3 空间分析——空间插值
4.1 空间分析的定义
基于空间数据 以地学原理为依托 获取地理对象新的空间信息
– 位置 – 分布 – 形态 – 形成 – 演变...
4.2 空间分析的重要性
GIS与MIS的区别？GIS=属性数据的MIS+空间数据的MIS
GIS的本质特征？ GIS = GIS软件 + 空间分析 GIS的趋势？GIS智能化= GIS的空间分析+……
基台对协同克里格插值的影响
0.71
0.7 0.69 0.68 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
基台
块金对协同克里格插值的影响
0.8
0.76 0.72 0.68 0.64 0 0.15 0.3 0.45
块金
变 异 函 数 参 数 对 协 同 克 里 格 插 值 的 影 响 变异函数模型及拟合曲线
均方根预测误差
均方根预测误差
4.4 案例分析——空间插值
福建省2007年平均气温图
4.4 案例分析——叠加分析
研究区2001-2007年 热环境综合评价图
4.4 案例分析——缓冲区分析、空间查询与量算
Ij Ti Ai Sj
i 1
6
式中：Ij为区域的热环境质量指数；Ti为第i级热环境质量等级量值；Ai 为第i级所占土地面积；Sj为第j个区域的土地面积。
概念：根据地理对象点、线、面的空间特性，自
动建立对象周围一定距离的区域范围（缓冲区 域），以分析该对象对缓冲区内邻近对象的影响 程度。 类型：点缓冲区、线缓冲区、面缓冲区
4.3 空间分析——叠加分析
概念：在统一空间参照系下将2个或多个图层叠 合（叠合运算）以产生多重属性特征或建立地 理对象之间的空间对应关系。 类型：点、面叠合；线、面叠合；面、面叠合
研究区城市建成区热环境格局
离建成区距离（km） 0-2 2-4 4-6 栅格数 面积百分比 28 37 36 区域热环境质量指 数
29510
38599 37557
3.822
4.019 3.721
0-6
105666
100
3.916
研究区海岸带热环境格局
离海岸线距离（km） 0-4 4-8 8-12 0-12 栅格数 60825 33906 27288 122019 面积百分 比 50 28 22 100 区域热环境质量指 数 3.917 3.922 3.895 3.911
第4章 GIS空间分析
Chapter 4 Spatial Analysis
jq 2010.8
内容纲要
空间分析的含义 空间分析的重要性 空间分析的类型 案例分析
引例——斯诺的霍乱病调查
1854年8月到9月英国伦敦霍乱流行时，当局始终找不到
发病的原因，后来医生约翰· 斯诺(John Snow) 参与调查。 他在绘有霍乱流行地区所有道路、房屋、饮用水机井等内 容的1：6500比例尺地图上，标出了每个霍乱病死者的居 住位置，得到了霍乱病死者居住分布图。
4.3 空间分析的类型
产生式分析
– 缓冲区(Buffer)分析 – 叠加(Overlay)分析 – 网络(Network)分析 – 空间统计(ESDA) 分析 – 空间插值（Interpolation）
咨询式分析
– 空间量算(几何、形状、质心、距离) – 空间数据查询（属性、空间）
4.3 空间分析——缓冲区分析
引例——斯诺的霍乱病调查
斯诺博士分析了 这张分布图，马 上想到霍乱病源 之所在——死者 住家都集中于饮 用“布洛多斯托” 井水的地方及周 围。
霍乱病死者居住分布图(John Snow, 1854)
引例——斯诺的霍乱病调查
根据斯诺博士的分析和请示，当
局于9月8日摘下了这个水井的泵， 禁止使用该水泵吸水，从这天以
4 案例分析——缓冲区分析、空间查询与量算
研究区主要流域热环境格局
流域 离河流距离 （km） 0-2 闽江 2-4 4-6 0-6 0-2 木兰 溪 2-4 4-6 0-6 0-2 晋江 2-4 4-6 0-6 0-2 九龙 江 2-4 4-6 0-6 栅格 数 4537 3343 2538 10418 6672 6536 6415 19623 6772 6141 5682 18595 3837 3391 2768 9996 面积百分 比 44 32 24 100 34 33 33 100 36 33 31 100 38 34 28 100 区域热环境质量 指数 4.140 3.736 3.532 3.807 4.627 4.426 4.256 4.447 3.790 3.386 2.965 3.459 4.873 4.824 4.615 4.785