GIS原理与应用电子教案14

一、相关分析模型
GIS地理数据库中存储的各种自然和人文地理要素（现象） GIS地理数据库中存储的各种自然和人文地理要素（现象） 的数据并不是孤立的，它们相互影响、相互制约，彼此之间存在 着一定的联系。相关分析模型就是用来分析研究各种地理要素数 据之间相互关系的一种有效手段。 地理数据库中各种地理要素数据之间的相关关系，通常可以 分为参数相关和非参数相关两大类。其中，参数相关又可分为简 单（两要素）线性相关，多要素间的相关模型，非参数相关可以 分为顺序（等级）相关和二元分类相关。
第二节 空间数据的查询
一、空间数据查询的概念
查询属于数据库的范畴，一般定义为作用在库体上的函数， 它返回满足条件的内容。查询是用户与数据库交流的途径。 查询是 GIS 用户最经常使用的功能，GIS 用户提出的很大一 用户最经常使用的功能，GIS 部分问题都可以以查询的方式解决，查询的方法和查询的范围在 很大程度上决定了 GIS 的应用程度和应用水平。 目前 GIS的空间查询主要有下列 4 种方式： GIS的空间查询主要有下列 （1）扩展关系数据库的查询语言（SQL）。 ）扩展关系数据库的查询语言（SQL）。 （2）可视化空间查询。 （3）超文本查询。 （4）自然语言空间查询。
第二节 空间数据的查询
三、可视化空间查询
可视化查询是指将查询语言的元素，特别是空间关系，用直观 的图形或符号表示。因为对于某些空间概念用二维图形表示比用一 维文字语言描述更清晰、更本质和更易理解。 可视化查询主要使用图形、图像、图标、符号来表达概念，具 有简单、直观、易于使用的特点。例如某些基本空间操作可表示为：
第二节 空间数据的查询
二、扩展关系数据库的查询语言（SQL） 扩展关系数据库的查询语言（SQL）
目前 GIS的地理数据库大多是以传统的关系数据库为基础的，但 GIS的地理数据库大多是以传统的关系数据库为基础的，但 GIS 中的地理数据库是一种特殊的数据库，其最大的不同是具有“空间” 概念。而 SQL语句通常是由关系运算组合而成的，非常适合于关系表的 SQL语句通常是由关系运算组合而成的，非常适合于关系表的 查询与操作，但并不支持空间运算, 查询与操作，但并不支持空间运算,因此，不能进行空间数据的查询。 目前的空间数据查询语言是通过对标准 SQL的扩展来形成的，即 SQL的扩展来形成的，即 在数据库查询语言上加入空间关系查询。为此需要增加空间数据类型 （如点、线、面等）和空间操作算子（如求长度、面积、叠加等）。在 给定查询条件时也需含有空间概念，如距离、邻近、叠加等。 如，“显示与价值超过 60000 的地块相交的土壤图”，表示为：
第十四章 空间查询与统计方法
空间查询与统计分析，一般是基于空间图形的属性进行的，查询统 计的结果以图形或报表的形式显示和输出。查询统计一般是根据一 些数学模型进行的。图形查询还涉及一些图形操作的计算。图形查 询统计分析是 GIS的重要分析内容之一。 GIS的重要分析内容之一。
第一节 GIS 常用的空间统计分析模型
第一节 GIS 常用的空间统计分析模型
三、预测模型
GIS 地理数据库的数据除了反映各种自然和人文要素（现象） 的空间分布特征和相互关系外，还能反映地理要素的动态发展规律， 并用于预测分析。这种预测分析是建立在现象间因果关系的基础上 的，即某些现象作为原因，另一种现象作为结果，原因与结果的关 系可以用确定的函数来描述，函数中的参数能说明这种因果关系的 本质。预测模型常用于判断结果随原因的变化而变化的方向和程度， 用于推断随时间发生变化的大小。 所谓回归模型方法，就是从一组地理要素（现象）的数据出 发，确定这些要素数据之间的定量表述形式，即建立回归模型。通 过回归模型，根据一个或几个地理要素数据来预测另一个要素的值。 这种回归模型就是一种预测模型。如一元回归模型、多元线性回归 模型等。
SELECT SOIL.MAP FROM SOIL，PARCELS SOIL， WHERE VALUATION > 60000 AND OVERLAY（SOILS，PARCELS） OVERLAY（SOILS，PARCELS）
第二节 空间数据的查询
通过对标准SQL 通过对标准SQL 的扩展来实现空间数据的查询主要优点是：保 留 SQL风格，便于熟悉 SQL 的用户掌握，通用性较好，易于与关 SQL风格，便于熟悉 系数据库连接。 局限性： （1）SQL 结构很难描述复杂的空间关系查询。 （2）简单的表格形式不能作为空间数据的表现形式。
第一节 GIS 常用的空间统计分析模型
四、聚类模型
聚类分析是根据多种地学要素对地理实体进行划分类别的 方法，对不同的要素划分类别往往反映不同目标的等级序列，如 土地分等定级、水土流失强度分级等。 聚类分析的步骤一般是根据实体间的相似程度，逐步合并 若干类别，其相似程度由距离或相似系数定义。进行类别合并的 准则是使得类间差异最大，而类内差异最小。如最短距离聚类模 型、模糊聚类模型、模糊多元统计分析模型、相似聚类等。
SELECT name FROM Cities WHERE temperature is high，以及用模糊数学的方法处理，认为 当城市气温大于或等于 33.75°C 时是高气温。则对上述用自然语言 33.75° 描述的查询操作转换为： SELECT name FROM Cities WHERE temperature >= 33.75 在对自然语言中的模糊概念量化时，必须考虑当时的语义环境。 例如，对于不同的地区，城市为“高气温”时的温度是不同的；气 温的“高（high）”和人身材的“高（high）”也是不同的；等等。 温的“高（high）”和人身材的“高（high）”也是不同的；等等。 因此，引入自然语言的空间数据查询只能适用于某个专业领域的地 理信息系统，而不能作为地理信息系统中的通用数据库查询语言。
第一节 GIS 常用的空间统计分析模型
二、趋势面分析模型
在 GIS 的空间分析中，经常要研究某种现象的空间分布特征 与变化规律。许多现象在空间都具有复杂的分布特征，它们常常呈 现为不规则的曲面。欲研究这些现象的空间分布趋势，就要用适当 的数学方法将现象的空间分布及其区域变化趋势模拟出来，这就是 趋势面分析方法。 趋势面分析，是用一个多项式对地理现象的空间分布特征进 行分析，用该多项式所代表的曲面来逼近（或拟合）现象分布特征 的趋势变化，也就是用数学方法把观测值分解为两个部分：趋势部 分和偏差部分。趋势部分反映区域性的总的变化，受大范围的系统 性因素的控制；偏差部分反映局部范围的变化特点，受局部因素和 随机因素的控制。
五、自然语言空间查询
在空间数据查询中引入自然语言可以使查询更轻松自如。在 GIS 中很多地理方面的概念是模糊的，例如地理区域的划分实际上并没有象 境界一样明确的界线。而空间数据查询语言中使用的概念往往都是精确 的。 为了在空间查询中使用自然语言，必须将自然语言中的模糊概念 量化为确定的数据值或数据范围。例如查询高气温的城市时，引入自然 语言时可表示为：
第三节 属性数据的查询统计
属性查询也是 GIS 空间查询统计分析经常使用的方法。蕴藏在属性 数据里的大量潜信息，通过属性查询统计被挖掘出来。
一、属性数据的集中特征数
反映属性数据集中特性的参数有：频数和频率、平均数、数学期望、 中数及众数。
二、属性数据的离散特征数
在分析 GIS 的属性数据时，不仅要找出数据的集中位置，而且还要 查明这些数据的离散程度，即它们相对于中心位置的程度，同时，还要 分析它的变化范围。对于两组数据，可能它们的平均数是一样的，但它 们分布在平均数附近的疏密程度却可能不同，即它们的离散程度可能不 一样。从统计规律的角度讲，离散程度较小的区域，其平均数的代表性 较好；反之则较差。很明显，前述的平均数、数学期望、中数和众数是 不可能反映数据的离散程度的，因此需要引入刻划离散程度差异的统计 特征数，即极差、离差、方差、标准差、变差系数。
第二节 空间数据的查询
四、超文本查询
超文本查询把图形、图像、字符等皆当作文本，并设置一些“热 点”（HotSpot），“热点”可以是文本、键等用鼠标点击“热点”后， 点”（HotSpot），“热点”可以是文本、键等用鼠标点击“热点”后， 可以弹出说明信息、播放声音、完成某项工作等。但超文本查询只能预 先设置好，用户不能实时构建自己要求的各种查询。
第二节 空间数据的查询
可视化空间查询的主要优点是：自然、直观、易操作，用不同的图符可 以组成比较复杂的查询。但也存在一些缺点，如：当空间约束条件复杂 时，很难用图符描述；用二维图符表示图形之间的关系时，可能会出现 歧义；难以表示“非”关系；不易进行范围（圆、矩形、多边形等）约 束；无法进行屏幕定位查询等。 可视化空间查询是为方便用户输入查询条件而设计的，在 GIS 中仍然要 翻译成形式化的 SQL 语言。目前可视化空间查询所设计的图符以及所表 示的操作缺乏规范性，不能表达所有的空间查询，但其简单、直观的特 点值得其它空间查询方法借鉴。
第二节 空间数据的查询
1、显示方式（the display mode） 、显示方式（the mode） 有 5 种显示方式用语多次查询结果的运算：刷新、覆盖、清除、相交和强调。 2、图形表示（the graphical presentation） 、图形表示（the presentation） 用于选定符号、图案、色彩等。 3、绘图比例尺（the scale of the drawing） 、绘图比例尺（the drawing） 确定地图显示的比例尺（内容和符号不随比例尺变化）。 4、显示窗口（the window to be shown） 、显示窗口（the shown） 确定屏幕上显示窗口的尺寸。 5、相关的空间要素（the spatial context） 、相关的空间要素（the context） 显示相关的空间数据，使查询结果更容易理解。 6、查询内容的检查（the examination of the content） 、查询内容的检查（the content） 检查多次查询后的结果。 通过选择这些环境参数可以把查询结果以用户选择的不同的形式显示出来， 但离把查询结果以丰富多彩的专题地图显示出来的目标还相差很远。