土地信息的空间分析

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第5 章 土地信息处理与分析技术
5.5 土地信息的空间分析
缓冲区分析 拓扑叠加分析 逻辑关系分析 网络分析 地形分析
概述
空间分析是基于土地对象的位置和形态的空间数理分析 技术
▪ 空间位置分析 ▪ 空间分布分析 ▪ 空间形态分析 ▪ 空间关系分析 ▪ 空间相关分析
缓冲区分析
缓冲区 ▪ 缓冲区就是地理空间目标的一种影响范围或服务范围 ▪ 缓冲区分析是解决邻近度问题的空间分析工具之一
关系由弧段-结点拓扑数据结构来表达。属性如资源流动的时间、速 度等 ▪ 中心(Center):网络中位于结点处,具有沿着链收集和发放资源能 力的设施,如邮局、电站、水库等 ▪ 站点(Stop):资源沿着网络路径流动时被分配或收集的位置,如邮 件投放点、公共汽车站,属性如资源需求量 ▪ 转向点(拐点,Turn):链路相交处,资源流向发生改变的点
程,ds为格网的边长,则格网的坡 度可由下式计算:
u2 v2
坡度定义
坡度计算格网
地形分析
• 坡向的计算
坡向是地表单元的法向量在OXY平面上的投影与X轴之间的夹角, 如上页左图。坡向通常要换算成正北方向起算的角度。其计算公
式为: tan A Z / Y ( A ) Z / X
对于格网DTM,如图5-49(b), 则坡向的计算公式为:
▪ Intersect
A∩B 两个图层的交集
▪ Symmetrical Difference
A∪B - A∩B 两个图层叠加后去掉公共的区域
▪ Union
A∪B 把两个图层的区域范围联合起来,保持A和B的所有要素
▪ Update
对A、B图层进行几何相交计算,A图层中被B图层覆盖的要素的属性被B图 层的属性代替
▪ 建立一个好的网络模型的关键是清楚地认识现实网络的各种特性与 以网络模型的要素(Link, Node, Stop, Center, Turn)表示的特性 之间的关系。
网络组成要素
▪ 结点(Node):网络中任意两条线段的交点,属性如资源数量等 ▪ 链(Link):连接两个结点的弧段。供物体运营的通道,链间的连接
缓冲区分析
缓冲区分析应用
在数据处理和空间分析的某些过程中需要使用Buffer功能来实现 。前者如从单线河生成双线河或从街道中心线生成双线街道等; 后者如根据污染源求敏感区范围等。城市的噪音污染源所影响的 一定空间范围、交通线两侧所划定的绿化带
BUFFER可以以多边形、线、点或结点为输入数据生成缓冲区,这 个缓冲区必定为多边形
算等)或建立侵蚀图; ✓ 作为专题信息的显示背景或将地形数据与专题数据如土壤、土地利用或
植被等进行叠加 ; ✓ 为景观的图像模拟和景观处理提供数据 ; ✓ 通过将高程替换为其他连续变化的属性,DEM能表示传播时间、费用
、人口、污染程度、地下水深等信息
A arctan v u
u Z2 Z6 2ds
v Z0 Z4 2ds
地形分析
✓DEM的数据源与采集方法 以航空或航天遥感图像为数据源 ; 以地形图为数据源 以地面实测记录为数据源
✓DEM的表示方法 数学分块曲面表示法 规则格网表示法 不规则三角网(TIN)表示法
地形分析
✓ 在数字地形图数据库中存贮高程数据 ; ✓ 解决道路设计和其他民用及军用工程中的一些与高程有关的问题 ; ✓ 三维地形显示及风景设计和规划; ✓ 剖面视觉分析 ; ✓ 道路规划、大坝选址等 ; ✓ 不同地形之间的静态分析和比较; ✓ 产生坡度图、坡向、及坡度剖面图,辅助地貌分析(淹没分析、土方计
果可能会出现一些碎屑多边形。通常可以设定一模糊容限以消除它
属性分配
• 多边形叠加结果通常把一个多边形分割成多个多边形, • 最典型的方法是将输入图层对象的属性拷贝到新对象的属性表中 • 或把输入图层对象的标识,直接关联到输入图层的属性表 • 也可以结合多种统计方法为新多边形赋属性值。
多边形叠加完成后,根据新图层的属性表可以查询原图层的属性 信息,新生成的图层和其它图层一样可以进行各种空间分析和查 询操作
轴线顶点:d=R/sin(β/2)
克服角分线法的缺点
• 要有相应的补充判别方案,用于校正所出现 的异常情况
• 但由于异常情况不胜枚举,导致校正措施繁
叠加分析 Overlay
概述
▪ 概念 将有关主题层组成的数据层(图层),进行叠加产生一个新数据 层(图层)的操作,其结果综合了原来两层或多层要素所具有的 属性
▪ DTM中属性为高程的要素叫数字高程模型(DEM Digital Elevation Model )。
▪ 许多大型GIS系统都有专门的DEM模块,如ArcInfo中的TIN、GRID模 块
等高线生成及等高线分析
▪ 等高线图可以从格网数字地形模型(DTM)中获取,也可在不规则三角 形格网(TIN)中生成
图 商服繁华度最短路径 衰减等值线图
图 商服繁华度直线衰 减等值线图
路径分析
最短路径在土地定级中的应用
图 商业用地直线衰减级别图
图 商业用地最短路径衰减级别图
地形分析
数字地面分析与DEM模型
▪ 概念:数字地面(地形)模型(DTM ,Digital Terrain Model ) 是通过地表点集的空间坐标及其属性数据表示表面特征的地学模型 。是带有空间位置特征和地面属性特征的数字描述。
缓冲区的形态
▪ 矢量地物的缓冲区
缓存区分析
▪ 特殊形态的缓冲区 点对象有三角形,矩形和圈形等 线对象有双侧对称,双侧不对称或单侧缓冲区 面对象有内侧和外侧缓冲区
外侧缓冲区
内侧缓冲区
缓存区分析
缓存区分析的方法
▪ 缓冲区分析的基本思想 给定一个空间对象或集合,确定它们的邻域,邻域的大小由邻域
▪ 叠加的结果
产生一个新的数据层,每条线被它穿过的多边形打断成新弧段图 层
同时产生一个相应的属性数据表记录原线和多边形的属性信息
▪ 应用
可以确定每条弧段落在哪个多边形内 可以查询指定多边形内指定线穿过的长度
叠加分析
多边形叠加
▪ 将两个或多个多边形图层进行叠加产生一个新多边形图层的操作 ▪ 其结果将原来多边形要素分割成新要素 ▪ 新要素综合了原来两层或多层的属性
▪ 缓冲区的生成算法-角平分线法 算法
• 对轴线作平行线 • 在轴线首尾点处,作轴线的垂线并按缓冲区
半径R截出左右边线的起止点 • 在轴线的其它转折点上,用与该线所关联的
前后两邻边距轴线的距离为R的两平行线的交 点来生成缓冲区对应顶点
缺点
• 难以最大限度保证双线的等宽性 • 尤其是在凸侧角点在进一步变锐时,将远离
规则,如将点的数目或各点属性的总和等信息叠加到多边形上
▪ 通过点与多边形叠加,可以计算出每个多边形类型里有多少个点 ▪ 区分点是否在多边形内,还要描述在多边形内部的点的属性信息 ▪ 通常不直接产生新数据层,只是把属性信息叠加到原图层中,然后通过属性查询间接
获得点与多边形叠加的需要信息 ▪ 实例
中国政区图(多边形)和一个全国矿产分布图(点),叠加分析
站点Stop:路径中资源增减的结点,如车站等,其属性有资源需 求或消耗
▪ 主要分析内容 路径分析 可达性分析 服务区/吸引区分析 资源分配
路径分析
分析类型
▪ 最佳(短)路径 在给定每条链上的属性后,求最佳路径
▪ N条最佳路径 确定起点或终点,求代价最小的N条路径 因为在实践中最佳路径的选择只是理想情况,由于种种因素而要 选择近似最优路径
▪ 立体透视图分 ▪ 用户需要从直观上观察地形的概貌时,用绘制透视图的方法(还可以
用色彩)可以更逼真地显示地形
地形分析
▪ 坡度分析、地表面积计算及填土方体积计算
• 坡度的计算
tanG Z 2 Z 2 X Y
对于格网DTM,如右图,Z1、Z3、Z5、
Z7是一个格网上的四个格网点的高 G arct an
▪ 特征 叠加分析不仅包含空间关系的比较,还包含属性关系的比较 不仅产生新的空间关系,而且还将输入的多个数据层的属性联系 起来产生新的属性关系 参与叠加的图层必须是基于相同坐标系统的
▪ 类型 视觉信息叠加 点与多边形叠加 线与多边形叠加 多边形叠加 栅格图层叠加
叠加分析
视觉信息叠加
▪ 将不同侧面的信息内容叠加显示在结果图件或屏幕上,以便研究者 判断其相互空间关系,获得更为丰富的空间信息 点状图,线状图和面状图之间的叠加显示。 面状图区域边界之间或一个面状图与其他专题区域边界之间的叠 加。 遥感影象与专题地图的叠加。 专题地图与数字高程模型(DEM)叠加显示立体专题图
如果A、B都是多边形图层,将A和B合并,并且重叠部分被B所代替
叠加分析
基于矢量的叠加分析
▪ 逻辑交运算 ▪ 逻辑并运算 ▪ 逻辑非运算
逻辑关系分析
(a)逻辑交 (b)逻辑并 (c)逻辑非
网络分析
网络数据模型
▪ 网络模型是对现实世界网络的抽象。在模型中,网络由链(Link)、 结点(Node)、站点(Stop)、中心(Center)和转向点(Turn)组成。
叠加分析
多边形叠加
▪ 多边形叠加的计算方法 几何求交过程和属性分配过程两步 几何求交
• 首先求出所有多边形边界线的交点 • 再根据这些交点重新进行多边形拓扑运算 • 对新生成的拓扑多边形图层的每个对象赋一多边形唯一标识码,同
时生成一个与新多边形对象一一对应的属性表 • 由于矢量结构的有限精度原因,几何对象不可能完全匹配,叠加结
半径R决定 Bi x : d x,Oi R
对象Oi的缓冲区定义为: O Oi : i 1,2, , n
距Oi的距离d小于R的全部点的集合 d一般是最小欧氏距离,但也可是其它定义的距离
对于对象集合
n
其半径为R的缓冲区是各个对象缓冲区的并 B Bi
i 1
缓存区分析
缓存区分析的方法
▪ 视觉信息叠加不产生新的数据层面,只是将多层信息复合显源自文库,便 于分析
叠加分析
点与多边形图层叠加
▪ 实际上是计算多边形对点的包含关系 ▪ 在完成点与多边形的几何关系计算后,还要进行属性信息处理
最简单的方式是将多边形属性信息叠加到其中的点上 也可以将点的属性叠加到多边形上,用于标识该多边形 如果有多个点分布在一个多边形内的情形时,则要采用一些特殊
多边形叠加的类型
▪ 常见类型
叠加分析
多边形叠加的类型
▪ 一般类型
叠加分析
A或B A∪B
A非B A∩﹁B
B非A ﹁A∩B
A交B A∩B
A切割B
B切割A 非A或非B ﹁A∪﹁B
叠加分析
ArcGIS中的叠加类型
▪ Erase
A - A∩B 擦除B所覆盖的A图层内的要素
▪ Identity
在图形交叠的区域,B图层的属性赋给A图层在该区域内的要素
将政区图多边形有关的属性信息加到矿产的属性数据表中 查询指定省有多少种矿产,产量有多少 查询指定类型的矿产在哪些省里有分布等信息
叠加分析
线与多边形的叠加
▪ 方法
比较线上坐标与多边形坐标的关系,判断线是否落在多边形内 计算过程通常是计算线与多边形的交点,只要相交,就产生一个
结点,将原线打断成一条条弧段 并将原线和多边形的属性信息一起赋给新弧段
▪ 遍历最佳路径 确定起点、终点和要经过的中间点、中间连线,求最短路径或最 小耗费路径
▪ 动态最佳路径分析 实际网络中权值是随权值关系式变化的,可能还会临时出现一些 障碍点,需要动态的计算最佳路径
基本算法
▪ Dijkstra算法
路径分析
最短路径在土地定级中的应用 河流 路网
图 道路网
路径分析
最短路径在土地定级中的应用
网络分析数据类型与分析方法
▪ 网络数据结构的基本组成部分和属性 链Link:状态属性包括阻力、需求 结点(Node):其状态属性包括阻力和需求等 障碍(Barrier):禁止网络中链上流动的点。 拐点(Turn):网络链的分割结点(拐弯),状态属性有阻力, 如拐弯的时间和限制
中心Center:是接受或分配资源的位置,如水库、商业中心、电 站等,其状态属性包括资源容量、阻力限额
邻近度(Proximity)描述了地理空间中两个地物距离相近的程度
缓冲区分析
▪ 对一组或一类地图要素(点、线、面)按设定的距离条件,围绕这组 要素而形成的有一定范围的多边形实体,从而实现数据的二维空间扩 展的信息分析方法
▪ 矢量地物的缓冲区表示该地物某种属性的影响范围 城市噪声污染源所影响的空间范围 交通线两侧划定的绿化带 道路拓宽需要拆迁的房屋
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