第六章GIS空间分析原理与方法2
GIS空间分析原理与方法
GIS空间分析原理与方法学院：资源与环境学院专业：地理信息系统班级：2011010班姓名：李松青学号：201101014GIS空间分析原理与方法地理信息系统是地理空间数据处理、分析的重要手段和平台。
在计算机软硬件的支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。
地理信息系统的核心是功能是空间分析。
空间分析使GIS超越一般空间数据库、信息系统和地图制图系统，不仅能进行海量空间数据中隐藏的模式、关系和趋势，挖掘出对科学决策具有指导意义的信息，从而解决复杂的地学应用问题，进行地学综合研究。
以下是对本册内容的总结：第一章地理空间数据源分析与GIS本章简要回顾了20世纪50年代以来地理空间数据处理与建模领域，探讨了GIS 环境下空间分析的基本框架。
1.地理空间数据处理与建模1.1数量地理学讲述了数量地理学的发展、与传统地理学的比较及其地理分析模拟方法（地理系统分析，随机数学方法，地理系统数学模拟）。
1.2 地理信息系统主要介绍了GIS的概念与功能1.3 地理计算介绍了地理计算的概念与地理计算的模型和方法2.地理空间数据挖掘2.1 地理空间数据挖掘概述介绍了数据挖掘的概念、发展及其体系结构2.2 地理空间数据立方体介绍了数据立方体的基本思想与数据立方体概念所涉及的维度类型（非空间维度，空间-非空间维度，空间-空间维度），度量值（数值度量，空间度量）和成员属性2.3 联机分析处理技术介绍了OLAP概念以及与地理空间数据立方体的关系。
2.4 地理空间数据挖掘典型方法地理空间数据挖掘主要方法有：地理空间统计方法，地理空间聚类方法，地理空间关联分析，地理空间分类与预测分析，异常值分析3.GIS环境下的空间分析3.1 空间分析概念介绍了空间分析的概念与本质特征，空间分析的研究对象与目标3.2 空间分析的萌芽与发展介绍了空间分析的发展过程3.3 GIS与空间分析介绍了GIS与空间分析的关系以及地理信息系统未能大量引入专业空间分析模块的原因。
GIS空间分析原理与方法个人总结复习资料
第一章地理空间数据分析与GIS1.地理空间数据处理与建模地理空间数据分析是:(地理学和地理信息科学领域)，它通过研究地理空间数据及其相应分析理论、方法和技术，探索、证明地理要素之间的关系，揭示地理特征和过程的内在规律和机理，实现对地理空间信息的认知、解释、预测和调控。
2.1地理空间数据挖掘概述按照不同的挖掘任务，地理空间数据挖掘可以分为预测模型发现、聚类、关联规则发现、序列模式发现、依赖关系发现、异常值分析和趋势发现等。
地理空间数据挖掘系统包括三大支柱模块：地理空间数据立方体、联机分析处理（OLAP）模块和空间数据挖掘模块.2.2地理空间数据挖掘典型方法:⑴地理空间统计方法:分析地理空间数据的统计方法，主要是基于空间中邻近的要素通常比相离较远的要素具有较高的相似性这一原理。
ⅰ.与传统分析有两大差异：①空间数据间并非独立，而是在多维空间中具有某种空间相关性，且在不同的空间分辨率下呈现不同的相关程度；②大多数空间问题仅有一组（不规则分布空间中）观测值，而无重复观测的资料。
ⅱ.地理空间统计模型大致可分为三类:①地统计;是以区域化变量理论为基础，以变差函数为主要工具，研究空间分布上既具有随机性又具有结构性的自然现象的科学。
根据离散数据生成连续表面，通过空间自相关进行空间预测。
②格网空间模型：用以描述分布于有限（或无穷离散）空间点（或区域）上数据的空间关系。
③空间点分布形态：在自然科学研究中，许多资料是由点（或小区域）所构成的集合。
由于形成机制不同，空间点分布形态具有随机、丛聚或规则等不同类型。
⑵地理空间聚类方法:地理空间数据聚类是按照某种距离度量准则，在大型、多维数据集中标识出聚类或稠密分布的区域，从而发现数据集的整体空间分布模式。
该方法把空间数据库中的对象分为有意义的子类，使同一子类内部的成员有尽可能多的相同属性，而不同的子类之间差异较大。
⑶地理空间关联分析:地理空间关联分析利用空间关联规则提取算法发现空间数据库中空间目标间的关联程度.GIS数据库是典型的空间数据库，从GIS数据库中挖掘空间关联规则是理解GIS模型和将GIS数据转化成知识的一种有效方法。
GIS空间分析原理与方法.
状
分
类
圆型窗口
环型窗口
扇型窗口
栅格数据的窗口分析（2）
按窗口统计分析分类
Mean Maximum Minimum Median Sum Range Majority Minority Variety
SuperMap Deskpro的栅格统计
常用功能 邻域分析 分带统计
关键点分 析
关键边分 析
连通性分析(3)
两点间是否连通
最佳路径、旅行商分析（1）
功能选取
最佳路径分析 旅行商问题
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。
中国科学院遥感应用研究所、中国人民解
放军军事医学科学院微生物流行病研究所 联合北京师范大学遥感与GIS研究中心及协 和医科大学，共同组建成立了公共卫生领 域空间信息技术应用研究中心 。
例：求青海省的湖泊分布情况
根据全国湖泊分布图、青海省行政区域图 计算出青海省境内的湖泊分布图，可以采 用哪些方法实现？
使用裁剪分析 使用求交分析 使用同一分析
3.3 网络分析
构建网络数据集 网络分析的基本设置 网络分析的具体操作
构建网络数据集
通过“线数据集拓 扑处理”自动完成 构建网络数据集
空间形态：空间对象的几何形态。 空间距离：空间物体的接近程度。 空间关系：空间对象的相关关系，包括拓
扑、方位、相似、相关等。
§2 栅格数据分析的基本模式
聚类、聚合分析（重分级） 信息复合分析（代数运算） 追踪分析 窗口分析（栅格统计）
第六章GIS空间分析原理与方法2
（1） 点的缓冲区
（2） 线的建立 一是基于点要素的缓冲区，是以点实体 为圆心，以测定的距离为半径绘圆，这个圆 形区域即为缓冲区。 二是基于线要素的缓冲区，通常是以线为 中心轴线，距中心轴线一定距离的平行条带 多边形； 三是基于面要素多边形边界的缓冲区，向 外或向内扩展一定距离以生成新的多边形。
第一节 地理信息系统的空间分析模型
二、GIS模型化的一般方法 分析模型按建立的方法主要有三种类型：1）概念 模型：又称为逻辑模型，主要指通过观察、总结、 提炼而得到的文字描述或逻辑表达式，常由此构 成专家系统的知识库。 2）数学模型：又称为理论模型，是应用数学分析方 法建立的数学表达式，反映地理过程本质的物理 规律，如区位模型就是解决地理空间问题的很有 价值的理论模型。 3）统计模型，包括经验模型，是通过数理统计方法 和大量观察实验得到的定量模型。
圆形窗口
环形窗口
扇形窗口
第三节 矢量数据分析的基本方法
与栅格数据分析处理方法相比，矢量数据一 般不存在模式化的分析处理方法，而表现 为处理方法的多样性与复杂性 一、包含分析 确定要素之间是否存在着直接的联系，即矢 量点、线、面之间是否存在在空间位置上 的联系。
第三节 矢量数据分析的基本方法
二、矢量数据的缓冲区分析 1、概念：缓冲区就是根据点、线、面地理实体，建 立其周围一定宽度范围内的扩展距离图。缓冲区实 际上是一个独立的多边形区域，它的形态和位置与 原来因素有关。
第一节 地理信息系统的空间分析模型
GIS分析建模可采用如下步骤： （1）系统描述与数据分析； （2）理论推导 ； （3）简化表达； （4）参数确定； （5）分析模型建立。
第一节 地理信息系统的空间分析模型
四、空间分析的步骤 1. 建立分析的目的和标准 2. 准备空间操作的数据 3. 进行空间分析操作 4. 结合分析的目的和任务，对获得的新空间 数据进行分析 5. 结果评价和解释 6. 产生最终的结果图和报表
GIS空间分析原理与方法
Dr. Xi Yantao
CUMT
综合属性数据分析
一、数学和逻辑运算 （一）数学运算 属性数据中的数值型数据可以进行“加”、 “减”、“乘”、“除”、“乘方”等及其组合 的数学运算，以产生新的属性值。 道路密度=道路总长度/区域面积； 人口密度=（男性人口数+女性人口数）／地区总 面积。
Dr. Xi Yantao
Dr. Xi Yantao
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综合属性数据分析
三、属性信息的统计分析 （二）空间自相关分析 空间自相关分析是认识空间分布特征、选择适宜的空间尺 度来完成空间分析的最常用的统计学方法。目前，普遍使用 空间自相关系数——Moran I指数，其计算公式如下：
I的值介于-l与1之间，
N I Wij
G p Wi Cip
Dr. Xi Yantao CUMT
综合属性数据分析
四、空间信息分类
在GIS空间数据库中存储的数据具有原始的性质，以便用户 可以根据不同的使用目的，进行任意提取和分析，特别是对 于观测和取样数据，随着采用的分类和内插方法的不同，得 到的结果有很大的差异。因此，在大多数情况下，首先是将 大量未经分类的属性数据输入信息系统的数据库，然后要求 用户建立具体的分类算法，以获得所需要的信息。
Dr. Xi Yantao
l12 l1m x1 l 22 l 2 m x 2 x l p 2 l pm m
CUMT
综合属性数据分析
四、空间信息分类 （二）层次分析法 在分析涉及大量相互关联、相互制约的复杂因素时，各因 素对问题的分析有着不同程度的重要性。决定它们对目标的 重要性序列对问题的分析十分重要。层次分析（AHP）作为 系统分析的有效数学工具之一，把相互关联的要素按隶属关 系划分成若干层次，请有经验的专家对各层次各因素的相对 重要性给出定量指标，利用数学方法综合各专家意见给出各 层次各因素的相对重要性的权值，作为综合分析的基础。
gis空间分析原理与方法
gis空间分析原理与方法GIS（地理信息系统）是一种以地理空间数据为基础，利用计算机技术进行数据管理、空间分析和空间可视化的系统。
GIS空间分析是GIS系统中最核心和重要的功能之一，它基于地理空间数据，通过一系列的理论和方法，揭示地理现象之间的空间关系和规律。
本文将介绍GIS空间分析的原理和方法。
一、GIS空间分析的原理GIS空间分析的原理包括空间对象和空间关系。
1. 空间对象在GIS中，地理空间数据可以表示为不同的空间对象，如点、线、面等。
每个空间对象都有其特定的几何形状和属性信息。
2. 空间关系空间关系指的是空间对象之间的相对位置和相互作用。
常见的空间关系有邻接关系、包含关系、重叠关系等。
空间关系能够帮助我们理解地理现象之间的联系和相互影响。
二、GIS空间分析的方法GIS空间分析方法包括空间查询、空间统计、空间插值和空间模型等。
1. 空间查询空间查询是根据特定的空间条件，在地理空间数据集中提取与条件匹配的数据信息。
常见的空间查询操作有点查询、线查询和面查询等。
2. 空间统计空间统计是通过对地理空间数据的属性信息进行统计和分析，揭示地理现象的空间分布和规律。
常见的空间统计方法有点密度分析、热力图和聚类分析等。
3. 空间插值空间插值是通过已知的有限样本点，推算未知位置处的属性值。
常见的空间插值方法有反距离加权插值法、克里金插值法和样条插值法等。
4. 空间模型空间模型是对地理现象和过程进行建模和模拟，从而预测和分析未来的空间变化。
常见的空间模型有流域模型、土地利用模型和城市增长模型等。
三、GIS空间分析的应用GIS空间分析在各个领域都有广泛的应用，如城市规划、环境保护、农业管理和风险评估等。
1. 城市规划GIS空间分析可以帮助城市规划师分析和评估不同用地类型之间的空间关系，进行最优用地布局和交通规划。
2. 环境保护GIS空间分析可以用于环境监测和评估，分析污染源的扩散范围和影响程度，制定环境保护措施和应急预案。
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空间分析的主要内容
空间位置： 借助于空间坐标系传递空间对象 的定位信息，是空间对象表述的研究基础。
空间分布：同类空间对象的群体定位信息， 包括分布、趋势、对比等内容。
空间形态：空间对象的几何形态。 空间距离：空间物体的空间位置接近程度。 空间关系：空间对象的相关关系，包括拓扑、
缓冲区分析是指以点、线、面等实体为基础，自 动建立其周围一定宽度范围内的多边形实体，从 而实现空间数据在水平方向得以扩展的分析方法。
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5Hale Waihona Puke 3.2 叠加分析叠加分析是指在两个数据集之间进行的一系列集合运算，是 GIS中的一项非常重要的空间分析功能。
叠加分析涉及到两个数据集，其中一个数据集为操作数据集， 必须为面数据集，另一个数据集为被操作数据集，除合并运 算和对称差运算必须是面数据集外，其他运算可以是点、线、 面或者复合数据集。
方位、相似、相关等。
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§3 矢量数据分析的基本方法
缓冲区分析 叠加分析 网络分析
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3.1 缓冲区分析
地理学中的第一定律，任何事物都与其他事物相 关，距离近的事物比距离远的关系更大（Waldo Tobler）。
邻近度（Proximity）描述了地理空间中两个地物 距离相近的程度，其确定是空间分析的一个重要 手段。（李小文：地理学第一定律与时空邻近度 的提出）缓冲区分析是解决邻近度问题的空间分 析工具之一。
可以进行点与面的叠加、线与面的叠加、面与面的叠加。参 与运算的两个数据集中的相交对象都要进行分解，形成新的 子对象。
gis与空间分析原理与方法
gis与空间分析原理与方法地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）是一种将地理空间信息与属性数据相结合的技术和工具，用于收集、存储、查询、分析和显示地理信息的系统。
空间分析是GIS的重要组成部分，它是通过对地理空间数据进行处理和分析，挖掘地理空间特征和关联关系的一种方法。
本文将介绍GIS与空间分析的原理和常用方法，以及其在实际应用中的意义与挑战。
一、GIS的基本原理GIS的基本原理是将地理空间信息与属性数据进行关联，通过空间参考和属性链接来实现地理数据的管理和分析。
地理空间信息可以是点、线、面等地理实体，属性数据则包括这些地理实体所具有的属性信息，如名称、面积、人口等。
GIS根据地理实体的属性数据和空间坐标，将其存储为地理特征，通过属性查询和空间查询等方法来实现对地理实体的查询和分析。
二、常用的空间分析方法1. 空间查询空间查询是GIS中最常用的空间分析方法之一，它可以根据空间位置和属性属性对地理实体进行查找和分析。
常见的空间查询方法有点查询、线查询和面查询等。
通过空间查询，可以找出特定地区的地理实体，并进行相关的空间分析。
2. 空间插值空间插值是一种通过已知的空间点数据来估计未知位置上的值的方法。
常见的空间插值方法有反距离加权法（IDW）、克里金插值法等。
空间插值可以用来推测地理空间的连续性属性，如温度、降雨量等。
3. 空间连接空间连接是指通过地理空间位置的关联，将不同数据集中的相关要素连接起来，以实现地理实体之间的关联分析。
常见的空间连接方法有点点连接、点线连接和面面连接等。
空间连接能够帮助我们发现地理实体之间的关联关系，如道路和学校的连接关系等。
4. 空间缓冲区分析空间缓冲区分析是通过在地理实体周围创建缓冲区，来研究缓冲区内的空间特征和关联关系。
常见的空间缓冲区分析方法有单一缓冲区分析、多重缓冲区分析等。
空间缓冲区分析可以用于研究城市规划、环境保护等问题。
第六章 GIS空间分析原理与方法
第六章GIS空间分析原理与方法第一节GIS空间分析模型一、地学模型概述地理信息系统以数字世界表示自然世界，具有完备的空间特性，可以存储和处理不同地理发展时期的大量地理数据、并具有极强的空间系统综合分析能力，是地理分析的有力工具。
因此，地理信息系统不仅要完成管理大量复杂的地理数据的任务，更为重要的是要完成地理分析、评价、预测和辅助决策的任务，必须发展广泛的适用于地理信息系统的地理分析模型，这是地理信息系统走向实用的关键。
所谓模型，就是将系统的各个要素，通过适当的筛选，用一定的表现规则所描写出来的简明映像。
模型通常表达了某个系统的发展过程或发展结果。
地学模型是用来描述地理系统各地学要素之间的相互关系和客观规律信息的语言的或数学的或其他表达形式，通常反映了地学过程及其发展趋势或结果。
地学模型也称为专题分析模型。
对于地理信息系统来说，专题分析模型是根据关于目标的知识将系统数据重新组织，得出与目标有关的更为有序的新的数据集合的有关规则和公式。
这是应用地理信息系统进行生产和科研的重要手段。
模型化是将主观性的思考，以模型的形式反映出来，不同的理论观点，不同的体系可以产生不同的结果。
地学分析模型主要包含以下几种形式：1、逻辑模型：由地理名词和逻辑运算符组成的逻辑表达式表示；2、物理模型：由物理模拟过程表达；3、数学模型：由常数、参数、变量和函数关系等组成的数学表达式表示；4、图像模型：由某种图像或图像运算的集合表达，如各种专题地图。
专题分析模型在地理信息系统中的作用表现在以下几个方面：1、地理信息系统的设计任何地理信息系统都是为一定的应用目的而建立的，必须根据具体需要采用适用的分析模型指导地理信息系统总体设计。
主要包括：①数据项的选择，数据的范围、精度、量测方法等，如果毫无选择地录入数据，只会使系统增加负担，降低效率，无法突出主要因素，甚至因为数据采集周期过长而失去意义；数据结构应以最好地表示地理现象和易于模型实现为标准；②硬件环境的选择，根据模型的输入、输出和运算方法选择经济实用的硬件支持；③软件功能的选择，根据模型的管理和运行设计适用的软件功能。
GIS空间分析原理与方法第二章
2.1.2 地理空间的多级抽象
现实 世界 地理空 间论域
概念 概 念 模 模型 式语言
概念模式建立
2.1.2 地理空间的多级抽象
从现实世界到数字世界的抽象可以 概括为现实世界——概念模型——数据 模型三个层次 ：
2.1.2 地理空间的多级抽象
概念模型是对现实世界进行概念 化描述并建模，现实世界经过人脑的 抽象加工，提取出对用户有用的信息， 经过组织整理加工形成的介于现实世 界和计算机世界之间的中间模型。是 人类认识现实世界，建立数字化地理 空间的第一步。
2.1.1 空间的概念
在传统上，地理空间以欧式空间为基础。 但它对于宏观的空间分布或目标之间的相互关 系的表达存在困难 . 因此， GIS 进行空间分析 的过程中引入拓扑空间，用于表达空间目标之 间的邻接、连通等关系，通过各种分析操作解 算空间目标的相关特征，发现地理规律和知识。
2.1.2 地理空间的多级抽象
逻辑数据模型(Logical Data Model) 是系统抽象的中间层,既面向用户建模,也 面向系统,是GIS对地理数据表达的逻辑结 构,由概念模型转换而来.它是用户通过 GIS看到的现实地理空间世界.逻辑数据模 型的建立既要使用户易于理解,又要便于 物理实现,易于转换成物理数据模型.
2.1.2 地理空间的多级抽象
开 放 地 理 信 息 系 统 协 会 （ Open GIS Consortium ， OGC ）制订的 Open GIS 规范 将地理空间认知模型抽象为九个层次，如下 页图示。 Open GIS 规范认为从现实世界到 GIS工程世界要经过九个层次的转化和抽象， 九个层次之间通过八个接口相互连接。从第 二层到第九层，每一层都由前一层派生而来， 后一层是对前一层的抽象。
GIS空间分析原理与方法
GIS空间分析原理与方法GIS空间分析是地理信息系统中的一项重要业务，它通过对空间数据的处理和分析，揭示地理现象之间的空间关系和模式，帮助决策者进行科学决策。
在实际应用中，GIS空间分析主要涉及空间数据模型、空间对象关系和空间分析方法三个方面。
一、空间数据模型空间数据模型是GIS空间分析的基础，它描述了在GIS中如何表示和管理地理空间数据。
在空间数据模型中，常用的模型包括向量模型和栅格模型。
向量模型以点、线和面作为基本空间对象，通过记录它们的坐标和属性信息来描述地理对象。
向量模型适合表示形状复杂且几何关系明确的地理实体，如建筑物、道路等。
其中，点对象表示一个位置，线对象表示一条路径，面对象表示一个区域。
向量模型的优点是精度高、适用于复杂的空间关系和拓扑操作；缺点是数据量大，存储和处理复杂。
栅格模型通过将地理空间划分为一个规则的网格单元来表示地理对象，每个网格单元包含高程、属性和坐标信息。
栅格模型适用于描述连续分布的地理数据，如地形、气候等。
栅格模型的优点是数据结构简单，适合于大规模数据的存储和处理；缺点是精度相对较低，不适用于复杂的拓扑关系和空间分析。
二、空间对象关系空间对象关系是指地理实体之间的空间关系，常见的关系包括邻接、包含、相交、接触等。
空间对象关系的研究对于空间分析具有重要意义，它可以帮助我们发现地理现象之间的关联和规律。
邻接关系是指地理实体之间在空间上的直接相连，如一个国家与其邻国之间的关系。
邻接关系可以通过空间查询或空间缓冲区分析来确定。
包含关系是指一个地理实体完全包含另一个地理实体，如一个县完全包含一个乡镇。
包含关系可以通过空间查询和空间缓冲区分析来确定。
相交关系是指地理实体之间在空间上有交集，如两条道路之间的交叉口。
相交关系可以通过空间查询和空间缓冲区分析来确定。
接触关系是指地理实体之间在空间上有接触，但没有重叠，如两个水域之间的接触关系。
接触关系可以通过空间查询和空间缓冲区分析来确定。
gis空间分析
gis空间分析【GIS空间分析】GIS空间分析（Geographic Information System）是指利用计算机和特殊软件技术对地理、地貌、地质、水文等地球表层信息进行科学分析和处理的一种技术手段。
它通过空间数据的获取、管理、分析和可视化展示，帮助人们深入了解地理空间关系，从而在地理决策、规划和管理中发挥重要作用。
本文将从GIS空间分析的定义、原理、应用以及未来发展等方面进行探讨，以期给读者对这一领域有一个系统、全面的了解。
一、GIS空间分析的定义GIS空间分析是通过对空间数据进行处理和分析，以实现地理空间信息的获取、提取、融合和展示的一种技术手段。
它结合了计算机科学、地理学、数学和统计学等多学科的知识，通过对地理空间数据进行空间关系、属性关系和统计关系的分析，从而揭示地理空间的内在规律。
GIS空间分析可以对地理空间数据进行分类、查询、计算和模拟，进而为地理决策提供科学支持。
二、GIS空间分析的原理GIS空间分析的原理基于空间数据的统计分析和空间拓扑分析，主要包括以下几个方面：1. 空间统计分析：通过统计学方法对地理空间数据进行描述、分布和变异等分析，揭示地理现象的空间规律。
例如，可以通过点密度分析、缓冲区分析和空间插值等方法，推测出分布在特定区域的事件规律，为决策提供依据。
2. 空间拓扑分析：通过对地理空间数据进行空间关系和拓扑关系分析，揭示地物之间的相互作用和约束关系。
例如，可以使用拓扑关系分析方法，判断道路网的连通性和阻断情况，为交通规划和设施布局提供支持。
3. 空间模拟分析：通过对地理空间数据进行模拟和预测，揭示不同因素对地理现象的影响和变化趋势。
例如，可以使用地理模型和算法，模拟城市扩张、环境变化等情景，并评估不同决策方案的效果。
4. 空间可视化分析：通过将分析结果以图形、图像或动画的形式展示，帮助人们直观地理解和掌握地理空间的特征和规律。
例如，通过空间分析结果的可视化呈现，可以使决策者更好地理解地理现象，从而做出科学决策。
GIS原理第六章空间分析的基本方法
3. 质心量测
质心是描述地理现象空间分布的一个重要指标。质心可简
单地描述为地理目标保持均匀分布的平衡点。质心通常定义为 单地描述为地理目标保持均匀分布的平衡点。
一个多边形或面的几何中心，当多边形比较简单时，计算很容 易。当多边形形状复杂时，计算也更加复杂。 质心量测可用于对地理分布变化的跟踪；计算目标物对周 围地区的经济辐射范围。如应用质心量测分析人口变迁、土地 类型变化等。
C A C B A B C B A
（a）
(b)
(c)
逻辑设定条件可以按照需要的属性设定，也可按照空间 要素的集合条件设定。如左下图所示，是一幅某镇土地利用现状 栅格图（1.耕地，2.园地，3.林地，4.居民点，5.独立工矿，6. 水域，7未利用地），设定条件可以是： E=（属性=“水域”） ∩ （面积≥1公顷） ∩ （水域邻接居 民地） 其输出的结果图如右下图所示。这类聚类条件的设定常用 于位址规划。
杂的类别转换为较简单的类别，大多数以小比例尺图形输出。 当从大比例尺图形向小比例尺图形转换时，常使用这种方法。
一、地学模型概述 所谓模型，就是将系统的各个要素，通过适当的筛选，用 就是将系统的各个要素，通过适当的筛选，
一定的表现规则所描写出来的简明映象，是对现实世界的简化 一定的表现规则所描写出来的简明映象， 表达。 表达。
地学模型，也称专题分析模型，是用来描述地理系统各要 素之间的相互关系和客观规律信息的简明映象，其形式有语言 的、数学的或其它的表达模式。 对于GIS来说，专题分析模型是根据目标的知识将系统数 据重新组织，得出与目标有关的新的规则和公式。不同的理论 观点，不同的体系可以产生不同的结果。 在GIS中，模型能有效地帮助人们从各种因素之间找出其因 果关系或者联系，有利于问题的解决。
地理信息系统 GIS空间分析的原理和方法
缓冲区分析
定义——根据数据库的点、线、面实体基础，自动建立其
周围一定宽度的缓冲区多边形实体，从而实现空间数据在
水平方向得以扩展的信息分析方法
点、线、面缓冲区示意图
多边形叠置分析
定义——指同一地区、同一比例尺的两组或两组以上的多
边形要素的数据文件进行叠置。
合成叠置
统计叠置
网络分析
用途——选择最佳路径，选择最佳布局中心的位置
空间信息分类
主成分分析法——通过数理统计分析，将众多要素的 信息压缩表达为若干具有代表性的合成变量，从而克 服变量选择时的冗余和相关，然后选择信息最丰富的 少数因子进行各种聚类分析
层次分析法——把相关的要素按隶属关系划分为若干 层次，请有经验的专家们对各层次各因素的相对重要 性给出定量指标，利用数学方法，综合众人意见给出 各层次、各要素的相对重要性权值，作为综合分析的 基础
连续空间（渐变）
空间数据内插
离散空间数据内插——邻近元法：以最邻近图元的特征值
作为未知图元的特征值
连续空间数据内插
整体拟合技术 局部拟合技术
整体拟合技术
趋势面拟合技术
采用多项式回归分析，使得 一维：Z＝a0十a1X 二维/三维：
局部拟合技术
一、双线性多项式插值 最近四个数据点，确定双线性多项式
空间自相关分析——认识空间分布特征、选择适宜的 空间尺度来完成空间分析的最常用的方法 回归分析——用于分析两组或多组变量之间的相关关 系，有线性回归、指数回归、对数回归、多元回归等
空间统计分析
趋势分析——通过数学模型模拟地理特征的空间分布 与时间过程，把地理要素时空分布的实测数据点之间 的不足部分内插或者预测出来
逻辑判断复合法
第六章 空间分析原理与方法
空间聚类 分析
空间聚合
空间聚合
根据空间分辨力和分类表，进行数据类
别的合并或转换，以实现空间地域的兼并。空间 聚合的结果是将较复杂的类别转换为较简单的类
别，大多数以小比例尺图形输出。
空间聚合 分析
基于栅格数据结构的叠置分析
B
标号 A B 地貌 阳坡 阴坡
A
1 2
3
标号 1 2 3 标号 A1 A2 A3 B1 B2
植被 林地 农地 牧地 综合属性 阳坡 林地 阳坡 农地 阳坡 牧地 阴坡 林地 阴坡 农地
A1 A2
B1 A3
B2
1、叠置条件的确定 根据求解问题确定关系表达式，如根据水稻种植条件，求某区域适 合种植水稻的地区。 积温> 3200度; 降雨量> 800mm; 坡度<3度； 无霜期>200 天； 关系表达式： （积温> 3200） （降雨量> 800） （坡度<3） （ 无霜期 >200） 2、叠置算法的确定（二值非权重模型） 单个栅格为单元的叠置； 游程编码叠置。
查询三峡地区长江流域人口大于50万的县或市 Select * From 县或市 Where 县或市· 人口>50万 And cross (河流· 名称=长江）
3）基于空间查询语言（Spatial Query Language)的查询
•用标准查询语言SQL，无法表达空间关系及空间运算操作，为此对 原有的SQL查询进行扩充或改造，从而提出了空间查询语言称扩充 SQL和空间SQL。扩充SQL或空间查询语言均未标准化。
设求解：某地区降雨量=1000mm,土厚=50cm的区域
0
400
800
0 30cm
400
GIS空间分析理论与方法复习资料
GIS空间分析理论与方法第一章绪论1.空间分析概念GIS空间分析是从一个或多个空间数据图层获取信息的过程。
空间分析是集空间数据分析和空间模拟于一体的技术，通过地理计算和空间表达挖掘潜在空间信息，以解决实际问题（刘湘南等, 2008)。
2.空间分析与GIS的关系空间分析是地理信息系统的核心和灵魂。
空间分析是地理信息系统的主要特征,是评价一个地理信息系统的主要指标之一。
3.空间分析在GIS中的地位和作用空间分析是GIS的核心;空间分析是GIS的核心功能；空间分析的理论性和技术性第二章GIS空间分析的基本理论1.空间分析有哪些理论?空间关系理论；地理空间认知理论；地理空间推论理论;空间数据的不确定性分析理论2.简述空间关系的类型及各类型的特点？GIS空间关系主要分为顺序关系、度量关系和拓扑关系三大类型。
顺序关系描述目标在空间中的某种排序,主要是目标间的方向关系，如前后左右、东西南北等。
度量关系是用某种度量空间中的度量来描述的目标间的关系，主要是指目标间的距离关系。
拓扑空间关系是指拓扑变换下的拓扑不变量,如空间目标的相邻和连通关系，以及表示线段流向的关系。
3.简述拓扑空间关系的特点？拓扑空间关系是指拓扑变换下的拓扑不变量，如空间目标的相邻和连通关系,以及表示线段流向的关系.拓扑变换：拓扑所研究的是几何图形的一些性质,它们在图形被弯曲、拉大、缩小或任意的变形下保持不变,只要在变形过程中不使原来不同的点重合为同一个点，又不产生新点。
拓扑变换的条件：在原来图形的点与变换了图形的点之间存在着一一对应的关系,并且邻近的点还是邻近的点。
拓扑关系表达的代表性模型：4元组模型、9元组模型、基于V oronoi图的V91模型、RCC 模型、空间代数模型4.简述方向空间关系的类型和特点？方向关系是顺序关系中的最主要的关系。
方向关系的描述方式包括定量描述和定性描述两种。
一般方向关系的形式化描述：使用的是绝对方向关系参考。
九种方向关系：正东：restricted—east（pi，qi）≡X（pi)>X(qi）∧Y(pi）=Y（qi）5.简述距离关系的类型和计算方法？欧氏距离、切比雪夫距离、马氏距离、明氏距离P216.简述空间关系描述模型的评价准则?一般从完备性、严密性、唯一性、通用性1.空间关系表达是否是形式化的、无歧义的2.表达的完备性3.表达的可靠性4.表达的唯一性5.表达的课推理性7.简述时空空间关系的特点？地理实体之间的空间关系往往随着时间而变化,时间关系交织在一起就形成了多种时空关系。
第六章_GIS空间分析原理与方法(学生版)详解
Input B
点变换方法 区域变换方法 邻域变换方法
Output
6、为什么要使用网络分析
从甲地到乙地的最短路径是什么？ 如何设定一个服务中心？ 特定位置的服务中心的服务范围？ 从一个位置到另一个位置的通行程度如何？ 从出发地到目的地，有多少条可行路线？ 如何在街道图上定位一个发生的事件？
网络分析的基本概念
邻接矩阵：在无向图中，描述顶点间邻接关系的 矩阵。 关联矩阵：描述顶点与边之间关联关系的矩阵。
v5
e7
v1
e1
e5
e6
邻接矩阵
v4
e4 相关矩阵
V1 0 V2 1 D(G ) V3 1 V4 1 V5 1
空间数据查询种类
几何参数查询 空间定位查询 空间关系查询 属性查询
空间查询的方法
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 基于关系查询语言扩充的空间查询方法 可视化空间查询方法 基于自然语言的查询方法 超文本查询方法
4、缓冲区分析
问题：
• • • • 地震破坏程度从震源扩散影响的范围； 噪声污染影响的范围； 湖泊生态保护区的范围； ……
2、数字高程模型
数字高程模型 (Digital Elevation Model, DEM)： 表示地表区域上地形的三维向量的有限序列，即地 表单元上高程的集合，数学表达为：z = f ( x, y ) 。 数字地面模型 (Digital Terrain Model, DTM)： 当z为其他二维表面上连续变化的地理特征，如地 面温度、降雨、地球磁力、重力、土地利用、土壤 类型等其他地面诸特征，此时的DEM成为DTM。
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四、缓冲区分析应用实例
本例以道路拓宽中的拆迁指标计算，说明如何 利用缓冲区分析，计算一条道路拓宽过程中的拆迁 指标。操作步骤如下： （1）明确目的和标准：目的是计算由于道路拓宽 而需拆迁的建筑物的建筑面积和房产价值。道路拓 宽标准：①道路从原有的20m拓宽到60m；②道路 尽量保持直线；③部分位于拆迁区内的10层以上的 建筑不拆除。 （2）数据准备：①现状道路数字地图；②区域内 建筑物分布图及其相关信息。
三、多边形叠置分析 叠置分析是指在统一空间参照系统条件下， 把两层或两层以上的专题要素图层进行叠 置，以产生空间区域的多重属性特征，或 建立地理要素之间的空间对应关系。根据 叠置目的的不同可分为合成叠置与统计叠 置两类。
合成叠置与统计叠置
10 12
2 1
行 图 政
地 图 貌
a
11 + c d f e g 土 图 壤
第五节数字地面模型及其应用
4、DTM在地图制图与地学分析中的应用 利用DEM绘制等高线图 利用DEM绘制地面晕渲图 透视立体图的绘制 DEM的地形分析
第二节 栅格数据分析的基本模式 栅格叠置分析示例（函数运算）
土地利用 地形坡度 人口密度 交通便利度
得 分
得 分
得 分
得 分
方面1
方面2
方面3
方面4
自然保护区
组 合
适宜性
第二节 栅格数据分析的基本模式
三、栅格数据的追踪分析：是指对于特定的 栅格数据系统，由某一个或多个起点，按 照一定的追踪线索进行追踪目标或者追踪 轨迹信息提取的空间分析方法。 四、栅格数据的窗口分析（对应 neighborhood statistic） 1、分析窗口的类型：矩型窗口；圆型窗口； 环型窗口、扇型窗口 2窗口内统计分析的类型
第二节 栅格数据分析的基本模式
一栅格数据的聚类、聚合分析 1）聚类分析：根据设定的聚类条件对原有数 据系统进行有选择的信息提取而建立新的 栅格数据系统的方法 2）聚合分析：是指根据空间分辨率和分类表， 进行数据类型的合并或转换以实现空间地 域的兼并。
第四节 空间聚类与聚合分析算
空间聚类示例：
1 3 1 1 7 1 5 7 4 1 4 2 5 4 6 2 2 2 4 1 7 4 1 4 3 2 4 6 4 4 7 3 3 2 3 3
第五节数字地面模型及其应用
一、DTM和DEM的概念 DTM是利用一个任意坐标场中大量选择的已知的 坐标点对连续地面的一个简单的统计表示。或者 说DTM就是地形表面简单的数字表示。 二、DTM的数据采集与表示 1以航空或红天遥感图像为数据 2以地形图为数据源 3以地形图为数据源 表示方法：数学分块曲面表示法；规则格网表示法； 不规则三角网表示法。
（3）空间操作：①以拓宽半径建立道路缓冲区； ②将缓冲区与建筑物层数据进行拓扑叠加，形成包 括部分或全部位于道路拓宽区内建筑物信息的新图。 （4）统计分析：①根据标准对部分落入拆迁区 的10层以上高楼，从选择组中去除，并调整局部拓 宽道路边界；②对需拆迁建筑物进行拆迁指标计算。 （5）结果输出：以地图或表格形式将分析结果 输出。
空间分析功能应用实例
公园选址
条 件： （1）公园的位置是从主要公路上容易达 到的，但又不能太靠近公路，以减少噪声的 或其他干扰。 （2）公园的设计应该围绕一天然小河。 （3）公园的可利用面积最大，公园中很 少或没有沼泽分布
公园选址
步 骤： （1）明确目的和标准 （2）空间数据准备：道路数据、水系数据、沼泽数据 （3）空间操作（在研究区确定主要公路，沿主要公路 产生两个缓冲区，去除两个缓冲区重叠部分） （4）将河流数据叠加到产生的缓冲区结果上，使二者 相交，从而确定位于距公路适当范围内有哪些河段。 （5）将沼泽数据与上述河段数据叠加，选出没有沼泽 分布的河段，整个河岸都可以用于野餐、散步等
第一节 地理信息系统的空间分析模型
专题分析模型在地理信息系统中的作用表现在以 下几个方面： 1）地理信息系统的设计：数据项的选择；硬件 环境的选择；软件功能的选择 2）地理信息系统的应用：硬件环境特殊，不易 配备；GIS知识没有为许多用户掌握；缺乏足 够的专题分析模型，而最重要的因素在于GIS 是否真正具有实用价值，实用性则必须依靠正 确地应用专题分析模型。 3）利于信息交流
第六章 GIS空间分析原理与方法
空间分析是GIS系统的重要功能之一,是GIS 系统与计算机辅助绘图系统的主要区别。空间 分析的对象是一系列跟空间位置有关的数据， 这些数据包括空间坐标和专业属性两部分。其 中空间坐标用于实体的空间位置和几何形态， 专业属性则是实体某一方面的性质。 定义：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
3、重叠缓冲区的处理
(a) 输 数 入 据
(b) 缓 区 作 冲 操
(c) 重 处 后 缓 区 叠 理 的 冲
(a) 输入数据
(b) 缓冲区操作 (c) 重叠处理后的缓冲区
4、不同缓冲区宽度时的处理
4 2 5 6 3 7 河流识别码 1 2 3 4 5 6 7 属性类型 3 2 2 1 1 1 1 缓冲区宽度 1200 800 800 0 0 0 0
1
(a)
(b)
缓冲区分析
缓冲区实例 在流域规划中，想对部分河段进行改造施工， 需要了解可能波及的200M范围内，有多少 农用地、果园、林地和居民地等，以辅助 规划决策。为此需要进行缓冲区分析。
步 骤： （1）明确目的和标准 （2）空间数据准备：水系数据、土地利用数据 （3）空间操作（在研究区确定河段，沿河段产生200 米缓冲区，去除两个缓冲区重叠部分） （4）将土地利用数据叠加到产生的缓冲区结果上，使 二者相交，从而确定位于缓冲区内有哪些土地利用 数据。 （5）按土地利用类型统计出波及范围内，有多少农用 地、果园、林地等。
4 2 1 3 5
（ 1） 点 缓 区 的 冲
（ 2） 线 缓 区 的 冲
（ 3） 面 缓 区 的 冲
2、缓冲区的建立 一是基于点要素的缓冲区，是以点实体 为圆心，以测定的距离为半径绘圆，这个圆 形区域即为缓冲区。 二是基于线要素的缓冲区，通常是以线为 中心轴线，距中心轴线一定距离的平行条带 多边形； 三是基于面要素多边形边界的缓冲区，向 外或向内扩展一定距离以生成新的多边形。
第四节空间数据的其他分析方法
一、空间数据的量算 二、空间数据的内插 三、空间信息分类:是GIS功能的重要组成部 分。GIS中存储的数据具有原理数据的性质， 这样用户就可以根据不同的使用目的对数 据进行任意提取和分析。 四、空间统计分析：常规统计分析主要完成 数据集合的均值、总和、方差、频数、峰 度系数等参数的统计分析。
第一节 地理信息系统的空间分析模型
GIS分析建模可采用如下步骤： （1）系统描述与数据分析； （2）理论推导 ； （3）简化表达； （4）参数确定； （5）分析模型建立。
第一节 地理信息系统的空间分析模型
四、空间分析的步骤 1. 建立分析的目的和标准 2. 准备空间操作的数据 3. 进行空间分析操作 4. 结合分析的目的和任务，对获得的新空间 数据进行分析 5. 结果评价和解释 6. 产生最终的结果图和报表
+
A B
区 域
土 图 壤
b
类 型 数
面
积
a
b 统 表 计
10
5 3
2A 1A 2B 1B
合 图 成
11
（1）合成叠置
（2）统计叠置
常用的三种多边形叠置： (1)多边形之和(UNION)：输出保留了两个输入 的所有多边形。 (2)多边形之积(INTERSECT)：输出保留了两个 输入的共同覆盖区域。 (3)多边形叠合(IDENTITY)：以一个输入的边界 为准，而将另一个多边形与之相匹配，输出内容是 第一个多边形区域内二个输入层所有多边形。
圆形窗口
环形窗口
扇形窗口
第三节 矢量数据分析的基本方法
与栅格数据分析处理方法相比，矢量数据一 般不存在模式化的分析处理方法，而表现 为处理方法的多样性与复杂性 一、包含分析 确定要素之间是否存在着直接的联系，即矢 量点、线、面之间是否存在在空间位置上 的联系。
第三节 矢量数据分析的基本方法
二、矢量数据的缓冲区分析 1、概念：缓冲区就是根据点、线、面地理实体，建 立其周围一定宽度范围内的扩展距离图。缓冲区实 际上是一个独立的多边形区域，它的形态和位置与 原来因素有关。
第二节 栅格数据分析的基本模式
1）逻辑判断复合法
C A C B A B
C
B
A
（1）交运算 （2）并运算
（3）非运算
第二节 栅格数据分析的基本模式
2）数学运算复合法：指不同层面的栅格数据逐网格 按一定的数学法则进行运算，从而得到新的栅格 数据系统的方法。主要有算术运算、函数运算 算术运算：指两层以上的对应网络值经加、减运算， 而得到新的栅格数据系统的方法。具有很大的应 用范围 函数运算：指两个以上层面的栅格数据系统，以某 种函数关系作为复合分析的依据进行逐网格运算， 从而得到新的栅格数据系统的过程。
要求： 理解GIS中模型的概念、特点和作用 掌握GIS空间分析的一般步骤 了解视觉信息复合分析的类型和用途 理解叠置分析的概念和类型，掌握多边形叠置分 析的步骤和方法 理解缓冲区的概念和作用，并能说明其应用方法
第一节 地理信息系统的空间分析模型
一、地学模型概述 模型概念：就是将系统的各个要素，通过适当的筛选，用一 定的表现规则所描写出来的简明映像，是对现实世界的简 化表达。 地学模型：用来描述地理系统各地理要素之间的项目关系和 客观规律信息的语言的、数学的或其他的表达形式，通常 反映了地学过程及其发展趋势或结果。 地学模型主要包含以下几种形式： （1）逻辑模型（2）物理模型（3）数学模型（4）图像模 型
栅格数据的窗口分析