5-1 2、空间分析的原理与方法(新)

三、DEM模型在GIS中的应用
（一）利用DEM绘制 等高线图：
如图所示，利用 DEM绘制等高线图， 是以格网点高程数 据或者将离散的高 程数据由栅格追踪 法原理转换为矢量 等值线所产生的。
（二）利用DEM绘制地面晕渲图 ：晕渲图是以通过模
拟实际地面本影与落影的方法有效反映地形起伏的重要的地 图制图学方法。在各种小比例尺地形图、地理图，以及各类 有关专题地图上得到非常广泛的应用。
0
1
2
3
4 5
6
剖面图制作 •
高程 P B O A C 3
距离（km）
2、通视分析：以某一点为观察点，研究某一区域通视情况的地形分析。
距离
O
A
B
C
P
视线平面投影
通视剖面图
基于DEM的可视性分析
DEM水文分析
水文分析模型用于研究与地表水流有关的各种自 然现象如洪水水位及泛滥情况，或者划定受污染源影响 的地区，以及预测当改变某一地区的地貌时对整个地区 将造成的后果等。
土壤侵蚀多因子函数运算复合分析
逻辑判断复合法



பைடு நூலகம்

例：有土壤厚度（大于50厘米）和土壤类型（红壤 和其他类型）两个二值化图层，不同的逻辑运算结 果如下： AND关系：结果是将土层厚度大于50厘米，且土壤为 红壤的土壤单元显示出来； OR关系：结果将土层厚度大于50厘米，或者土壤为 红壤的土壤单元显示出来； XOR：结果将土层厚度小于50厘米，或者土壤不是红 壤的土壤单元显示出来； NOT:如结果是将土层厚度大于50厘米，但土壤不是 红壤的土壤单元显示出来；

一、DEM的应用
DEM是各种地球科学分析，工程分析和辅助决策的重要 基础性数据，有广泛的应用领域：


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 ；
地形三维显示及风景设计和规划；
产生坡度图、坡向、及剖面图，辅助地貌分析（淹没分析、土方
计算等）或建立侵蚀图；

剖面视觉分析 。
二、DEM的数据采集与表示
1
1
1
1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 13 1 1 1 1 1 1
1
D=A+B+C
1
E=|A-B|
F=D-E
函 数 运 算
在Arc View中，使用Map Calculator可以很方便地实现栅 格图层的复合（叠加）运算
利用土壤侵蚀通 用方程式计算土壤 侵蚀量时，就可利 用多层面栅格数据 的函数运算复合分 析法进行自动处理。 一个地区土壤侵蚀 量的大小是降雨(R)、 植被覆度(C)、坡度 (S)、坡长（L）、 土壤抗蚀性(SR)等 因素的函数

栅格叠合分析的结果是一个新生成的栅格数据， 其中的每一个栅格的数值都是由参与计算的原 栅格数据计算得到的，栅格叠合通过计算产生 新的空间信息。(地图代数)
栅格加、减运算
1
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1
A
B
C
1
1 1
1 2 1 2 1 3 1 2 1 2 1

第四节 空间网络分析
第一节 数字地面模型分析

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。 DTM中属性为高程的叫数字高程模型（DEM Digital Elevation Model ）。
（更新分析）
（裁剪分析）
结果：
叠置分析实例：有日喀则地区的行政界线图层和通过遥感技
术提取的该区沙漠化类型分布图层，求日喀则地区各县沙漠 化类型统计数据。
图层2 图层1
日喀则地区行政区界线图
日喀则地区沙漠化类型分布图
图层1：图形，属性表
行政区界图属性表
日喀则地区行政区界线图
图层2：图形，属性表
x =
Z5 Z1 Z8
Z2 Z0 Z4
Z6 Z3 Z7
算法3 ( z z1 z5 ) ( z7 z3 z6 ) x = 8 8 x ( z7 z4 z8 ) ( z6 z2 z5 ) y = 8 y
地形因子的自动提取
ARC/VIEW提取地面坡度坡向图示例
2 = tan 1 ( x2 y )
坡向的计算公式：
y = x
式中： x为x方向的坡度； y为y方向上的坡度。
对 x和 y的计算有不同的算法： 算法1 z z3 z z2 x = 1 , y 4 2 x 2 y 算法2 ( z8 2 z1 z5 ) ( z7 2 z3 z6 ) 8 x ( z7 2 z4 z8 ) ( z6 2 z2 z5 ) y = 8 y
逻辑判断复合法
A
B C A B C
A
B C
A.AND.B.AND.C A B C
A.NOT.(B.OR.C) A B C
A.AND.B.OR.C
A
B C
A.XOR.B.XOR.C
A.OR.B.OR.C
A.AND.(B.OR.C)

是评价一个GIS功能强弱的主要指标之一。
按照空间数据的形式可以把空间分析分为两类：

矢量数据空间分析——矢量叠合分析、矢量临 近性分析、网络分析等。

栅格数据空间分析——数字地形模型分析、栅 格叠合分析（地图代数）、栅格临近性分析、 栅格统计等。
第五章 空间分析的原理和方法

第一节 数字地面模型分析 第二节 空间叠合分析 第三节 空间缓冲区分析
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 规则格网表示法 不规则三角网(TIN)表示法
由采样点数据建立地形表面
三、DEM模型在GIS中的应用
1、等高线的提取 2、地形指标的提取：坡度、坡向、平面曲率、剖面 曲率。 3、制作阴影图 4、可视性分析：可视区域分析、通视性分析。 5、地形的三维显示：点、线、DEM面的三维显示。
关的信息，这些信息都可以通过数字高程模型的
计算而获得。
（1）坡度和坡向的计算

坡度——局部地表面与周围的地表面之间最大 的高程变化率。

坡向——是这个最大变化率所在的方向。
在DEM上计算坡度和坡向，就是利用DEM规则 格网上的高程数值，来计算每个格网点的坡度 和坡向数值，生成栅格式的坡度和坡向数据。
日喀则地区沙漠化类型分布图属性表
日喀则地区沙漠化类型分布图
使用IDENTITY命令，进行两图层空间叠置，得到叠置图
叠置图属性表
空间叠置图
三、基于栅格数据的叠合分析

参与分析的图层数据均为栅格数据（可为多个 图层）；


虽然数据量大，但运算简单，易于控制；
参与分析的图层必须是同个地区，具有相同的
行列数和栅格单元大小。
第2节 空间叠合分析

空间叠合分析——是指在相同的空间坐标系统下， 将同一地区两个不同地理特征的空间和属性数据重 叠相加，以产生空间区域的多重属性特征，或建立 地理对象之间的空间对应关系。
A、合成叠合
B、统计叠合
二、基于矢量数据的叠合分析
（合并分析）
（求交集分析）
（识别分析）
（擦除分析）

常用方法：

空间矢量分析法——平均坡度
拟合曲面法——最大坡度
A、空间矢量分析法
△y
i+1,j
△x
i+1,j+1
0℃≤坡度≤90℃
东西
南北
B、拟合曲面法

通常采用3×3的格 网来计算中心点格网 点Z0 的坡度和坡向。
Z5 Z1 Z8 Z2 Z0 Z4 Z6 Z3 Z7
坡度的计算公式：
（2）地表曲率计算

地面的剖面曲率：是指地面坡度的变化率。 地面平面曲率：是指地面坡向的变化率。

（四）-2 地表形态的自动分类
（四）-3 地学剖面的绘制与分析
• （四）-4 基于DEM的可视化分析
• 1、剖面分析
2 A 1 4 5 B 3 高程（m）
400 300 200 100 A
（三）透视立体图的绘制 ：立体图是表现物体三维模型
最直观形象的图形，它可以生动逼真地描述制图对象在平 面和空间上分布的形态特征和构造关系。
（四）DEM的地形分析
主要内容包括：地形因子提取；
地表类型分类；
剖面图的绘制；
可视性分析。
（四）-1 地形因子提取

地形因子包括地形的坡度、坡向、曲面面积、地 表粗糙度、高程变异，以及谷脊特征等于地形有
第五章 空间分析的原理和方法

空间分析的概念
空间分析是基于空间数据的分析技术，它以 地学原理为依托，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、空间构成和空间演变等信息。

分析空间数据，提供空间决策信息;

是GIS区别于其他类型系统的一个最主要的功
能特征（地理信息系统的三大功能：海量数据 管理、空间可视化和空间分析）；