GIS第五章 空间分析原理与方法
GIS空间分析原理与方法
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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
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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。
第五章 空间分析原理与方法-空间查询与空间分析(实际上课新)PPT课件
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GIS网络分析中涉及的网络是由一系列要素类别组成的,
信 可以度量并能图形表达的网络,又称之为几何网络。图形的
息 特征可以在网络上表现出来,同时也可以在同一个网络中表
系 示出如运输线、闸门、保险丝与变压器等不同性质的数据。
统
一个几何网络包含了线段与交点的连结信息且定义出部
原 分规则,如:哪一个类别的线段可以连至某一特定类别的交 理 点,或某两个类别的线段必须连至哪一个类别的交点。
GIS
15
地 理 信 息 系 统 原 理
GIS
网络数据符号化
16
地
理 2)几何网络要素的编辑
信
添加新的几何网络要素和直接在数据库中添加数据
息 要素是类似的,稍稍不同的是当新的几何网络要素被添
系 统
加到几何网络中的时候,它在空间上和其他网络要素在 空间上的拓扑连接关系将同时由地理数据库自动产生并 同时保存在其中,以便以后分析使用。
系
通过满足必要的条件得到合理的结果。
统
原
网络分析的基础是图论和运筹学。
理
GIS
9
地 二、 网络的组成和建立 理 1)网络的基本组成
信 一般网络的组成
息 GIS中网络的组成
系 (1)结点;
统 (2)链;
原 理
(3)障碍; (4)拐角;
GIS (5)中心;
(6)站点。
பைடு நூலகம்10
地 GIS中网络的组成
理
理 GIS中建立的几何网络的格式是GeoDataBase,将其全部
的数据和组成部分封装在一个文件中。
GIS
13
地 理 三、 ArcGIS网络分析数据的预处理 信 1)网络数据的符号化 息 2)几何网络要素的添加和删除 系 3)网络连通性的变更 统 4)网络可运行性的编辑 原 理
第五章-空间分析的原理和方法PPT课件
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• 另外是根据各局部等值线上的高程点,通过插 值公式计算各点的高程,得到DEM。
-
7
• 点模式: • 人工网格法:将地形图蒙上格网,逐格读取中心
-
9
DEM的表示方法
-
10
DEM的应用
不论DEM是高程矩阵、数组、规则的点数据,还是三角网数据等 形式,都可以从中获得多种派生产品。
获得多种(不同类型)的基础图件
三维方块图、剖面图及地层图:三维方块图是最为人们熟 悉的数字地面模型的形式之一。现在已有许多可供三 维方块图计算用的标准程 序,这些程序用线条描绘或阴影栅格显示法表示规则 或不规则x、Y、Z数据组的立体图形。三维方块图在显 示多种土地景观信息中非常有用,它是土地景观设计 和森林覆盖模拟的基础。
空间统计叠合:一般用于提取某个区域范围内某些专题内容
的数量特征。
2 1
地貌图
1
3
2
行政图
A B
土壤图
a
c
e
d
g
b
f
土壤图
2A
1A
2B
1B
合成叠合
合成图
-
区 域
类 型 数
面积 a b…
14
…
23
…
… … ………
统计表
统计叠合
16
二、空间分析类型
1、根据叠合对象图形特征可分为:
并
2
1
3
叠
A
C
A 34 C 2
值的方向。这两个因素基本上能满足环境科学分析
第五章 GIS空间分析原理与方法
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距名牌高中在750米之内图层school
距名胜古迹500米之内,环境优雅图层famous
离主要交通要道200米之内图层street
空间操作
属性赋值 (1)分别打开market 、school、famous图层, 分别添加market、school、famous字段,并全部 赋值为1 (2)打开street图层,添加st字段,赋值为-1
点与多边形的叠合(
point-in-polygon overlay )
包含点的图层与包含多边形的图层 判断点包含在哪一个多边形里面,从而为点设置新的多 边性属性
点与多边形叠合 示例
1
2 3 4
ID 1 2 3 4
ID
city_name 南京 苏州 上海 杭州
空间操作
区域叠加 对market、school、famous和street图层进行 union叠加步骤为如下
包含线的图层与包含多边形的图层 判断线包含在哪一个多边形里面,从而为线设置新的多 边性属性
线与多边形叠合 示例
1 3 2 ID road_name length
1 2 3
ID
沪宁高速 沪杭高速 宁杭高速
400 380 330
province_name 江苏
1 3
函数运算 算术运算(arithmetic)、三角函数 (trigonometric)、对数函数(logarithms)、 幂函数(powers) 统计运算
栅格叠合分析实例
空间操作
叠合方式的选择? market图层、school图层进行intersect操作得到 insctms图层,再将insctms图层与Famous图层进 行inersect叠合操作,得到insctmsf图层 最后将insectmsf图层与street图层进行erase叠 合操作,得到所需结果
GIS原理与应用教案——第五章空间查询与空间分析
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GIS原理与应用教案——第五章空间查询与空间分析第五章空间查询与空间分析学习要求:掌握1、GIS的数据查询的基本知识2、GIS空间分析模型及其算法§5.1 空间数据的查询一、空间数据查询的含义数据查询是GIS的一个非常重要的功能,定位空间对象、提取对象信息,是地理信息系统进行高层次空间分析的基础。
二、空间数据查询的方式1、基于属性数据的查询:2、基于图形数据的查询:3、图形与属性的混合查询4、模糊查询:5、自然语言空间查询:6、超文本查询7、符号查询三、查询结果的显示方式查询结果的显示环境参数1、显示方式(the display 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)用于选定符号、图案、色彩等。
3、绘图比例尺(the scale of 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)确定屏幕上显示窗口的尺寸。
5、相关的空间要素(the spatial 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)检查多次查询后的结果。
§5.2 空间数据的统计分析讲述空间数据统计分析中基本统计量的计算和常用统计数据的分类分级算法。
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:变量在各组出现或发生的次数;频率:各组频数与总频数之比;平均数:反映了数据取值的集中位置;简单算术平均数的计算公式为:加权算术平均数的计算公式为:数学期望:以概率为权值的加权平均数的;中数:对于有序数据集X,如果有一个数x,能同时满足以下两式:则称x为数据集X的中数,记为M。
e若X的总项数为奇数,则中数为:若X的总顶数为偶数,则中数为:众数:众数是具有最大可能出现的数值。
gis空间分析原理与方法
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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。
地理信息系统 GIS 第五章 GIS空间分析技术
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1、质心量测
✓质心是描述地理对象空间分布的一个重要指标。例如要 得到一个全国的人口分布等值线图,而人口数据只能到 县级,所以必须在每个县域里定义一个点作为质心,代 表该县的数值,然后进行插值计算全国人口等值线。 ✓质心通常定义为一个多边形或面的几何中心。当多边形 比较简单,如矩形,计算很容易。但当多边形形状复杂 时,计算也更加复杂。 ✓在某些情况下,质心描述的是分布中心,而不是绝对几 何中心。同样以全国人口为例,当某个县绝大部分人口 明显集中于一侧时,可以把质心放在分布中心上,这种 质心称为平均中心或重心。
式中,i为折线或多边形的顶点数,含义为依次求出组 成折线或多边形的所有线段长度,然后累加求和。
2 几何量算
➢多边形面积计算及其应用:辛普森(Simposion)面 积计算公式
在GIS中,梯形法是求面积的主要方法之一。其基 本思想是:按照多边形的顶点顺序依次求出多边形所 有边与X轴或Y轴组成的梯形面积,然后求其代数和
三、空间查询
✓ 例如:查询三峡地区长江流域人口大于50万的市或 县
Select*From县或市Where
县或市人口>50万
and Cross (河流名称=“长江”)
3、形状量测
• 如果认为一个标准的圆目标既非紧凑型也非膨胀型 的,对一个多边形则可定义其形状系数r为
r
P
2 A
• 其中,P为目标物周长, • A为目标物面积。 • 如果 • r〈1,目标物为紧凑型; • r =1, 目标物为一标准圆; • r 〉1,目标物为膨胀型。
三、空间查询
• 空间查询是GIS的一个重要功能,一般定义为作 用在GIS数据上的函数,它返回满足条件的内容。
• 查询是用户与系统交流的途径。
GIS原理与应用_5 空间分析原理与方法
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2.1 统计图表分析
统计图表分析是数据统计分析中的一种较为直观的方法,主要包括 统计图和统计表两种方法。统计图根据给定的数据以某种图形的形 式反映出来。直观、容易观察和理解。统计表即将所给的数据用表 格形式列出,可以提供详细准确的数据,特别有利于数据之间的比 较。
35 30 25 20 15 10 5 0 1 2 3 4 5 6
空间分析原理与方法
空间分析原理与方法
一 GIS空间分析模型
1) 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。 2) 地学模型 用来描述地理系统各地学要素之间的相互关系 和客观规律信息语言的、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 。通常包含逻辑模型、物理模型、数学模型和 图像模型等形式。
2.4 回归分析
回归分析用于分析两组或多组变量之间的相关关系, 常见回归分析方程有线性回归、指数回归、对数回 归、多元回归等。 2.5 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 部分内插或预测出来
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空间分析原理与方法
2.6.4 判别分析法 判别分析与聚类分析同属分类问题,所不同的是,判 别分析预先根据理论与实践确定等级序列的因子标 准,再将待分析的地理实体安排到序列的合理位置 上,对于诸如水土流失评价、土地适宜性评价等有一 定理论根据的分类系统定级问题比较适用。 2.6.统计分析主要用于空间数据和非空间数据的分 类、统计、分析和综合评价。主要包括: 1. 统计图表分析 2. 描述统计分析 3. 空间自相关分析 4. 回归分析 5 . 空间信息分类
(GIS)第五章-空间分析原理与方法
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二、地形剖面线计算
具体应用时,可根据需要对度数进行分级,以形成坡度分析的分级标 准。当需要时,也可以把度数转化为百分比。
坡度百分比=高差/长度×100%
• 影 与
y轴的夹角,即:
o
y
arctg
y zi1, j x zi1,
zi, j1
一、空间分析的意义
空间分析是GIS的重要功能之一,是GIS区别于其它类型系 统的一个最主要的功能特征。
二、空间分析的定义
空间分析是基于空间数据的分析技术,它是以地球科学原理 为依托,通过分析算法,从空间数据中获取有关地理对 象的空间位置、空间分布、空间形态、空间构成、空间 演变等信息。
空间分析的对象 一系列跟空间位置有关的数据,这些数据包括空间坐
一、数字地形模型的概念
数字地形模型DTM(Digital Terrain Models)是地 形起伏的数字表达,它由对地形表面取样所得到的一组点 的x、y、z坐标数据和一套对地面提供连续描述的算法组 成。简单地说,数字地面模型是按一定结构组织在一起的 数据组,它代表着地形特征的空间分布。
二、DTM的形式
xi1, j
xi1, j1 2
,
yi1, j
yi1, j1 2
,
zi1, j
zi1, j1 2
• 矢量 a,' b'
的计算
a'
pr
pl
x,0,
zi, j 1 zi1, j 1 zi, j 2
zi1, j
b'
• 坡度计算
z
GIS空间分析原理与方法
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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。
第5章空间分析原理与方法

• GIS 的特点在于--空间分析
GIS不但实现自动制图,更主要的目的是分析空间数据,提 供空间决策信息。--区别于其他系统的最主要特征。
• 空间分析目的:
通过对空间数据的深加工,获取新的信息。
•:
根据地学原理,通过分析算法,从空间数据中获取有关地 理对象的空间位置、空间分布、空间形态、空间演变等 信息。
• 基于栅格的DTM
按等间距规则采样(或内插)建立的DTM。
DTM={Z i,j} Z i,j 为栅格结点(i,j)上的地面属性。当属性为高
程时,称为数字高程模型(DEM)。
第5章空间分析原理与方法
一、地形因子的自动提取
先计算每一地表单元(由相邻四个网格点确定)的法矢量: (1)标准矢量P的计算
(2)基本矢量a、b的计算
思路:对结点不断进行标号。每次标号一个结点,标号 值为从给定起点到该点的最短路径长;标号一个结点 时,同时对所有未标号结点给出暂时标号——当时能 够确定的最小值。
算法步骤: (1)令起点标号为0,其它为无穷; (2)对所有未标定结点给出暂时标号——min(j的旧标
号,i的旧标号+Wij);(i是前一步刚被标定的结点) (3)找出所有暂时标号最小值,作为相应结点的固定标
第5章空间分析原理与方法
(3)法矢量n的计算
第5章空间分析原理与方法
具体应用:
1、坡度计算 即计算地表单元的 法矢量与Z轴的夹角。
第5章空间分析原理与方法
2、坡向分析
坡向即法矢量在XOY平面上与南(X轴)的夹角。
第5章空间分析原理与方法
求出的坡向有与X轴正向与负向之分,要看坡向 变量A(j)与B(j)的符号。
•淹没网格的高程一定在H2之下,故小于H2的网格均可 作为淹没区。以H2为临界值,对地形进行二值分类:
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
地理信息系统gis第5章 GIS空间分析-课

3、例
5.1.5 案例操作:地形分析
1、内容
DEM的建立 。 面积量算、坡度和坡向提取及剖面线绘制。 挖方和填方表达。 三维显示
2、目的
了解和掌握数字高程模型的建立及常用地形分析的基本操作方法
3、DEM建立主要步骤 4、面积量算、坡度和坡向提取以及剖面线制作步骤 5、挖方和填方表达步骤 6、三维显示步骤
第五章 GIS空间分析
空间分析:
从空间物体的空间位置、联系等方面去研究空间事物, 基于地理对象的位置和形态特征的空间数据分析技术 用于分析空间目标的一系列技术处理,其目的在于提取和传输空间信息
(1)描述与认知空间数据分布特征,如点线面的空间分异状况; (2)解释空间现象与空间模式的形成机理,如城市土地利用变化研究; (3)调控在地理空间上发生的事件,如水资源的合理配置; (4)预测预报,如洪水的预测预报。
半阳坡
180°±22.5°
不存在
南S
不存在
阳坡
平地
2、地形分析技术的发展
4、数字地面模型——DTM 数字地面模型(Digital Terrain Model, 简称DTM), 对地理空间起伏变化的连续表面的数字表示形式。 一般情况下,被描述的连续表面是地形面,即高程值在地理 空间上的变化,称为数字高程模型(DEM, Digital Elevation Model)。 被描述的连续表面也可以是地理空间上的地价、污染负荷量、 绿化率、降雨量、气温、人口密度、建筑物密度等等。
3°~5°
5°~15° 15°~25° 25°~30° 30°~45° >45°
坡向
地理坡向
俗称
0°±22.5°
45°±22.5° 315°±22.5° 90°±22.5° 270°±22.5° 135°±22.5° 225°±22.5°
城市地理信息系统第五章 空间分析原理与方法
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网络分析
网络数据模型是真实世界中网络系统的抽象表 示。网络是有若干线性实体互连而成的一个系统, 资源经由网络来传输,实体间的联系也经网络来达 成。构成网络的基本元素主要包括:
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叠加分析
叠加分析的分类: (1)从叠加条件上分 条件叠加
以特定的逻辑、算术表达式为条件, 对两组或两组以上的图件中相关要素 进行叠置。
无条件叠加 (2)从数据结构上分
也称全叠置,将同一地区、同一比例 尺的两图层或多图层进行叠合,得到 该地区多因素组成的新分区图。
矢量叠加分析 栅格叠加分析
用来求解两层或两层以上矢量数据的 某种集合,实现拓扑叠置,得到新的 空间特性和属性关系 。
(1)链; (2)结点; (3)障碍; (4)拐角; (5)中心; (6)站点。
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网络分析
链(Link):网络中流动的管线,如街道,河流,水管等, 其状态属性包括阻力和需求。
障碍:禁止网络中链上流动的点。 拐角点:出现在网络链中所有的分割结点上状态属性的阻
力,如拐弯的时间和限制(如不允许左拐)。 中心:是接受或分配资源的位置,如水库、商业中心、电
定位—配置分析在城市与区域规划中应用非 常广泛,如选择最佳布局中心,或者从一 批候选位置中选定若干地点来建设公共设 施,为区域的需求点提供服务。这些公共 服务设施诸如医院、邮电通讯、交通站点 、派出所、行政中心等,他们是城市规划 的重要内容。
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地址匹配
地址匹配实质是对地理位置的查询,它涉 及到地址的编码。地址匹配与其它网络分 析功能结合起来,可以满足实际工作中非 常复杂的分析要求。所需输入的数据,包 括地址表和含地址范围的街道网络及待查 询地址的属性值。这种查询也经常用于公 用事业管理,事故分析等方面,如邮政、 通讯、供水、供电、治安、消防、医疗等 领域。
第5章 GIS空间分析方法
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(a)
(b)
(c)
图5.4逻辑叠置分析
图5.5属性叠置分析
图5.6 规则叠置分析
图5.7叠加分析中的 组合运算
图5.8 福州土地利用类 型动态变化图示
注意: 在逐点叠置分析中有两个需要特别注意的问题。 (1)若参与叠置分析的栅格图层的网格精度不一致,应当 将它们统一到其中最差的网格精度。比如,两个用于叠置 分析的栅格图层,一个网格精度为10m(即网格边长为 10m),另一个为40m,在将它们叠置在一起之前,应对 网格精度为10m的图层进行转换,如通过使用空间聚集运 算将网格合并(稍后介绍),使其网格精度降至40m。 (2)在对栅格图层进行某一叠置分析运算时,需要理解每 个参与叠置分析的栅格图层中网格值的数据类型,避免产 生无意义的结果。例如,一个栅格图层以整数为代码表示 土地利用类型(如1表示森林,2表示草地),另一个栅格 图层以浮点数表示年均降雨量,对这两个栅格图层进行算 术叠置分析是没意义的。
1.空间聚焦 (1)栅格数据的空间聚集运算实际上是一个地图综合的 过程,运算时用较大的网格对栅格数据重新采样 (Resampling),以减少网格数量、降低栅格数据的空 间精度。空间聚集运算不是对栅格数据进行压缩,而是 以较大的网格表示同一地区。该运算采用一定大小的矩 形窗口或邻域计算,窗口一般与输出网格等大,窗口越 大,综合程度就越高,有关地理实体的细节也就丢失得 越多。 (2)输出网格值的计算主要有三种方法:
图5.13 4网格邻域(a)和8网格邻域(b)图
一个焦点网格及其邻域组成的区域称为一个窗口(Window)。 邻域是指“具有统一属性的实体区域或者焦点集中在整个地区 的较小部分实体空间”。邻域运算包括三组:空间聚焦、过滤、 坡度和坡向计算。邻域分析就是在特定的实体空间中发现其属 性的一致性。领域包括直接邻域和扩展邻域。
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答用户所提出的问题。 • 产生式分析:数字地形模型分析,叠合分析,空间临近
性分析、空间网络分析,空间统计分析等,旨在通过分 析获取新的信息,尤其是综合信息。
(三)地表粗糙度计算
地表粗糙度是反映地表的起伏变化与侵蚀程 度的指标,一般定义为地表基本单元的曲面面积 与投影面积之比。显然,这种定义对光滑斜面不 太合适。一般情况下,可以用格网四顶点对角连 线L1,L2中点的高差来表示粗糙度。D越大,说 明基本单元四个顶点的起伏变化也愈大。其计算 公式为:
(四)高程及变异分析
谷和脊是地表形态结构的重要部分,谷即为地势相对最低点的
集合,脊为地势相对最高点的集合。当对谷脊特征进行概略分析时,
可根据数字高程模型,按照以下判别式直接提取谷和脊点。
山脊、山谷线等。
2.不规则三角网( TIN )模型
由不规则分布的数据点,按照优化组合的原则,将这些离散点 连接成一连续三角面,采用此不规则三角面来逼近地形表面,三 角面的形状和大小取决于不规则分布的观测点或地形特征点的密 度和位置。
• 优点:
可根据地形的复杂程度来确定采样点的密度和位置,能充分表 示地形特征点和线,从而减少了地形较平坦地区的数据冗余。
是空间对象表述的研究基础,即投影与转换理论。 • 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。 • 空间演变:空间对象的间变化
三、空间分析的类型
1. 高程分析 包括平均高程和相对高程的计算。
• 通常以格网的4个顶点的高程平均值定义为该格网单元的平均高程
• 以格网的平均高程与研究区域某一最低点高程之差定义为该单元的相 对高程
2. 高程变异 高程变异是反映地表单元格网各顶点高程变化的指标,它以格网
单元顶点的标准差与平均高程的比值来表示。
(五)谷脊特征分析
• 左中点Pl的坐标:
• 右中点Pr的坐标:
• 下中点Pb的坐标:
• 上中点Pt的坐标:
• 矢量 , 的计算 • 曲面面积Si,j的计算
另一种计算格网单元表面积的方法是将格网单元分解为两个三 角形,分别计算各个三角形面积,三角形面积用海伦公式计算:
式中:Di表示三角形边长,P为三角形周长的一半。
➢ 空间分析的对象 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。 ➢ 空间分析的根本目的 通过对空间数据的深加工,获取新的地理信息。
➢ 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,
• 坡向计算 法矢量在xoy平面上的投影 与y轴
的夹角,即:
② 拟合曲面法——最大坡度
采用二次曲面拟合局部的地形表面,通常采用3×3的格网计算中心点的坡
度和坡向。
• 坡度 • 坡向 ✓ 算法1:
z5 z2 z6 z1 z0 z3 z8 z4 z7
✓ 算法2:
✓ 算法3:
(二)曲面面积计算
地表单元曲面面积(S I,j)可以用该单 元边的中点所建立的矢量及由它们 所确定的法矢量的模来定义。
主要内容
第1节 数字地形模型分析 第2节 空间叠合分析 第3节 空间邻近度分析 第4节 空间网络分析
本章重点:GIS空间分析方法、原理
第一节 数字地形模型分析
一、数字地形模型的概念
数字地形模型DTM(Digital Terrain Models)是地形起伏 的数字表达,它由对地形表面取样所得到的一组点的x 、y、z坐标数据和一套对地面提供连续描述的算法组成 。简单地说,数字地面模型是按一定结构组织在一起 的数据组,它代表着地形特征的空间分布。
规则格网
不规则三角网
3.等高线模型
每一条等高线对应一个已知的高程值,这样一系列等高线集合和它 们的高程值一起就构成了一种地面高程模型。
三、地形因子的计算
(一)坡度和坡向计算
1. 坡度、坡向的概念
➢ 坡度:地表单元的法向与Z轴的夹角,即水平面与局部地表面 平面的夹角。
➢ 坡向:地表单元的法向量在水平面上的投影与y轴之间的夹角, 即最大高程变化率所在方向。通常把坡向分为东、南、西、北 、东北、西北、东南、西南8类,再加上平地,共9类。
• 优点:
可以很容易地用计算机进行处理,它有利于内插等高线,计算坡度、坡 向,自动提取流域地形,使得它成为DEM最广泛使用的格式。
• 缺点:
① 地形简单的地区存在大量冗余数据; ② 如不改变格网大小,则无法适用于起伏复杂程度不同的地区; ③ 由于格网过于粗略,不能精确表示地形的关键特征,如山峰、洼地、
GIS第五章 空间分析原 理与方法
2020年4月22日星期三
一、空间分析的意义
空间分析是GIS的重要功能之一,是GIS区别于其它类型系 统的一个最主要的功能特征。
二、空间分析的定义
空间分析是基于空间数据的分析技术,它是以地球科学原理 为依托,通过分析算法,从空间数据中获取有关地理对 象的空间位置、空间分布、空间形态、空间构成、空间 演变等信息。
2. 计算方法 ① 空间矢量分析法——平均坡度
• 计算格网四个点的矢量
• 计算对角线形成的矢量
• 计算地表单元法矢量 写成坐标表示法为:
• 坡度计算
写成一般式为:
具体应用时,可根据需要对度数进行分级,以形成坡度分析的分级标 准。当需要时,也可以把度数转化为百分比。
坡度百分比=高差/长度×100%
二、DTM的形式
➢ 规则格网(Grid) ➢ 不规则三角网(TIN) ➢ 数字等高线、等深线、地形特征线
1.规则格网
即二维区域上的一个矩阵,以离散分布的平面点模拟连续分布的地形 。这种按平面上等距离规则采样,或内插所建立的DTM,称为基 于栅格的数字地形模型,表示方法为:
其中Z为地面属性数据,由此可分为: ①数字高程模型DEM:Z为高程值 ②派生的地形模型: 由DEM数据直接或间接导出