第6讲-空间查询与空间度量

来查询所选空间对象的属性，也可以查找空间对象的 几何参数.
如两点间的距离，线状地物的长度，面状地物的面积等，
这些功能一般的地理信息系统软件都会提供。
空间查询方式、内容与结果
方式 内容 结果
对象属性 属 性 查 图 形 统计图表 SQL 空间位置
空间分布 图 形 查 属 性 图形查询 拓扑查询 几何查询 空间关系 几何特征
属性列表
高亮度显示
6
交互查询
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属性数据查询


通过对属性数据的操作从地图中检索数 据。 结果通过高亮度显示或保存。 手段：表达式
表达式必须被GIS或数据库理解 不同的系统可能表达式不一样
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属性数据查询：逻辑表达式
运算数: 字段、数字、字符串
逻辑表达式：class = 2
逻辑运算符: = , > , < , ≥,≤,≠
p103
p104
Mark
Joe
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扩展的SQL查询
地理信息系统的空间数据库以空间（地理）目标作为
存储集，与一般数据库的最大不同点是它包含“空间” （或几何）概念，而标准的SQL是关系代数模型中的 一些关系操作及组合，适合于表的查询与操作，但不 支持空间概念和运算。 为支持空间数据库的查询，需要在SQL上扩充谓词集， 将属性条件和空间关系的图形条件组合在一起形成扩 展的SQL查询语言。 常用的空间关系谓词有相邻“Adjacent”，包含 “Contain”,穿过“Cross”和在内部“inside”， 缓冲区“buffer”等。
空间关系查询-缓冲区查询
缓冲区是根据数据库中点、线、面地理实体，自动建
立其周围一定宽度范围的多边形，来表征特定地理实 体对邻域的影响范围。缓冲区查询是不破坏原有空间 目标的关系，只检索缓冲区范围内涉及到的空间目标。
根据用户给定点缓冲、线缓冲或面缓冲的距离，形成
一个缓冲区的多边形，再根据多边形检索的原理，从 该缓冲区内检索出所要的空间对象。
例：查询p101地块的销售日期： select sale date from parcel where PIN = “p101” 例：查询p104地块主人的名字 select owner name from parcel, owner where parcel. PIN = owner. PIN and PIN = “p104”
基本缓冲区类型
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空间量算
几何量算 距离量算 形状量算 质心量算

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空间量算：几何量算
含义：
点：0维坐标 线：1维，长度、曲率、方向 面：2维，面积、周长等 体：3维，表面积、体积等
线长度计算
矢量：两点之间的直线距离，复合线段累加求和 栅格：网格数目累加
问题：在陕西省确定旅游胜地的可能地点。 条件：人口大于2000 据主要公路不超过两公里
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空间关系查询-拓扑关系查询
邻接关系查询 邻接查询可以是点与点的邻接查询，线与线的邻接查询， 或者是面与面的邻接查询。
空间关系查询-拓扑关系查询
包含关系查询
包含关系查询可以查询某一面状地物所包含的某一类地物，或者
a=0，b=5，U=-5 a=3，b=1，U=2
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空间量算：最大内切圆、最小外接圆和最小凸包
最大内切圆 最大内切圆在空间项目选址等空间决策过程具有重要作 用，如地图上多边形内点状符号的自动设置定位的关键 问题就是要找出该多边形的最大内切圆。 最小外接圆 最小外接圆可应用与平面点集的分布形态分析，其圆心 是点集的最小、最大中心，在一些选址定位分析中非常 有用。如一个医院的选址就应当保证所有具居民区到该 医院的距离尽可能短，这个医院的最优位置就是点集（ 居民区的集合）的最小外接圆圆心。
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布尔运算符图解
NOT A A
A
A OR B
A AND B
A OR B
B
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结构化查询语言（SQL)
基本语法：
Select <属性清单> From <关系> Where <条件> Parcel
地块标识 p101 p101 p102 p102
Owner
业主名字 Wang Chang Smith Jones
XG w x w
i i i
YG
w y w
i i
i

i为离散目标，w为权重，x，y为目标坐标 应用 跟踪某些地理分布的变化，如人口变迁、土 地类型变化等。 简化复杂目标的模型建立等
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空间量算：距离量算

含义：
距离描述了空间对象之间的接近程度。
地理空间上的距离所描述的对象一定发生在地理空间上。 距离的定义与度量空间和空间匀质性是相关的，不同的度量空间 和介质空间，距离定义不同 不同的距离有不同的特性，距离的定义是由应用决定的，可根据 需要重新定义距离。 在非匀质空间，距离定义不仅仅是表达是上的变化，而且还具有 研究区域上的变化，这时的距离计算一般在多边形范围内按一定 算法进行。
空间量算
（二）形状量算 度量空间一致性：最常用的指标是欧拉函数，用来 计算多边形的破碎程度和孔的数目。欧拉函数的结果是 一个数，称为欧拉数。欧拉函数的计算公式为： 欧拉数=（孔数）-（碎片数-1） 多边形边界描述：最常用的指标包括多边形长、短 轴之比，周长面积比，面积长度比等。其中绝大多数指 标是基于面积和周长的。通常认为圆形地物既非紧凑型 也非膨胀型，则可定义其形状系数r为：
地理信息系统
Geographical Information System
第六讲 空间查询与空间度量
概论


空间查询是空间分析基础，任何空间分析都 开始于空间查询 空间数据查询属于空间数据库的范畴，一般 定义为从空间数据库中找出所有满足属性约 束条件和空间约束条件的地理对象。 空间查询特性
回答用户的简单问题 不改变空间数据库数据 不产生新的空间实体和数据 空间查询技术由简单到复杂
空间量算：最大内切圆、最小外接圆和最小凸包
最小凸包 所谓凸包是数据点的自然极限边界，为包含所有数据点 的最小凸多边形，连接任意两点的线段必须完全位于该 凸多边形中，同时区域的面积也达到最小值。 最小凸包在概括多边形形状方面有很重要的作用，如提 取散点数据的边界，对多变形进行收缩分类。

双向查询：图形查属性，属性查图形
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查询的过程
大致可分为三类：
①直接复原数据库中的数据及所含信息，来回答人们
提出的一些比较“简单”的问题； ②通过一些逻辑运算完成一定约束条件下的查询；
③根据数据库中现有的数据模型，进行有机的组合构
造出复合模型，模拟现实世界的一些系统和现象的结 构、功能，来回答一些“复杂”的问题，预测一些事 务的发生、发展的动态趋势。
2 2 n 1 2 1/ 2
li
i 1
n
对于复合线状地物对象，则需要求各分支曲 线的长度总和。 在栅格数据结构里，线状地物的长度就是累加地 物骨架线通过的格网数目，骨架线通常采用8方 向连接，当连接方向为对角线方向时，还要乘上
2
曲率
曲率反映曲线的局部特征。在数学分析中，线状物体
其中P为地物周长，A为面积。如果r<1为紧凑型； r=1为标准圆；r>1为膨胀型。
图(a)，欧拉数=4-(1-1)=4或欧拉数=4-0=4；图 (b)欧拉数=4-(2-1)=3或欧拉数=4-1=3； 图(c)欧拉数=5-(3-1)=3。
空间量算：形状分析
在栅格中，公式是以准确统一的概念为基础的。但是，
A xA , y A O Y
E
W
SWW SW SSW SSE SE SEE
E
SBiblioteka Baidu
S
空间量算：形状分析
基本考虑：空间完整性、多边形形状特征
形状特征描述参数
这样，所得结果是每个多边形的周长与面积比，再乘以常数。常数部分是根 据要描述不规则多边形的圆的大小确定的。另外，它提供从1到99的一系列正 值，100表示100％类似于一个圆。从1到99说明了接近圆形的程度，l表示最不 像圆形，99表示接近于圆形（见图7.20）。这样，一个标准圆形的值只能是 35 100。
面积计算
矢量：几何交叉求积（坐标法） 栅格：相同属性值的格网数目与格网面积的乘积
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。
2
长度
线状地物对象最基本的形态参数之一就是长度。
在矢量数据结构下，线表示为坐标对 或 序列，在不考
虑比例尺的情况下，线状物体长度的计算公式为：
L xi 1 xi yi 1 yi zi 1 zi i 0
现在面积作为单元的数量被记录，它的平方根被用于 提供相同的1到99范围内的近似值。因此，对于用栅 格表示的多边形，凸度公式的一般形式是：
测量的结果如果是1，表示最不成圆形，而99表示形 状上最接近圆。用栅格表示的图形不能形成完美的 圆形。
空间量算：形状分析
空间完整性：欧拉数 U = a-b
a：被区域包含的多边形（或岛）；b：由岛组成的区域 U > 0时区域比较完整；U < 0时区域比较破碎
的曲率定义为曲线切线方向角相对于弧长的变化率。
弯曲度
弯曲度是描述曲线弯曲程度的参数，定义为曲线长度
与曲线两端点定义的线段长度之比。
在实际应用中，弯曲度主要用来反映曲线的迂回特性， 在交通网络中，曲线的弯曲度越小越好，弯曲度可以衡 量交通的便利性
。
空间量算：质心量算


定义：目标的半径位置或保持均匀的平衡 点，一般为多边形的几何中心或质心。 计算公式：
空间数据查询

通过地图要素的操作从地图上检索数据数据 的过程。 方法
指针选择要素 图形选择要素

圆、方框、多边形 包含：完全在选择要素之内 相交：与选择要素相交的要素 邻近（邻接，距离=0）：选择要素指定距离内的要素
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空间关系

ArcView中的空间查询
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属性数据与空间数据的联合查询
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空间量算：距离量算
高摩擦
低摩擦
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空间量算：方位量算
方位是描述两个物体之间位置关系的另一种度量。空
间方位的描述可分为定量描述和定性描述。定量描述 精确地给出空间目标之间的方向，用于方位角、象限 角等比率量标
X N
N
N
NNW NNE

B xB , y B

W
NW NWW
NE NEE
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属性数据查询：布尔运算符

用来连接两个或两个以上的逻辑表达式 运算符：AND、 OR、 XOR、 NOT
与运算：Class=2 AND age>15 或运算：Class=2 OR age>15; Class=2 XOR age>15 否运算：NOT (Class=2) AND ( age>15 )
查询包含某一地物的面状地物。被包含的地物可以是点状地物、 线状地物或面状地物，例如某一区域内商业网点的分布等。
空间关系查询-拓扑关系查询
关联关系查询
关联关系查询是空间不同元素之间拓扑关系的查询，可以查询与
某点状地物相关联的线状地物的相关信息，也可以查询与线状地 物相关联的面状地物的相关信息.
空间数据库
处理过程
输入查询内容
返回查询结果
用户
空间数据查询的方式
主要有两大类:
属性查图形:主要是用SQL语句来进行简单和复杂的条
件查询。
如在中国经济区划图上查找人均年收入大于5000元人
民币的城市，将符合条件的城市的属性与图形关联，然 后在经济区划图上高亮度显示给用户。
图形查属性，可以通过点、矩形、圆和多边形等图形