第七章MAPGIS空间分析

第七章MAPGIS空间分析
教学目的与要求
通过本章的学习，要求进一步了解空间分析功能，掌握MAPGIS下矢量数据的空间分析方法，属性分析方法，三维模型分析方法；熟悉DTM分析模型，掌握GRD模型与TIN 模型分析方法、及其具体应用；了解网络管理及网络分析，掌握网络输入编辑方法，熟悉并掌握连通性检查、路径分析、资源分配、查询统计、动态分段等网络分析功能，了解中心、站点、障碍、阀门、网线需求、网线权值、转角权值的设置等。

教学重点
MAPGIS空间分析
DTM分析及其应用
MAPGIS网络分析
内容提要
7.1MAPGIS空间分析
7.2数字地面模型
7.3MAPGIS网络录入
7.4MAPGIS网络分析
7.1 MAPGIS空间分析
空间分析子系统提供了一系列数据操作功能，如空间分析、属性分析、数据检索以及三维模型分析等功能。

借助于这些功能，用户能够从原始数据中图示检索或条件检索出某些实体数据，还可以进行空间迭加分析，以及对各类实体的属性数据进行统计。

用户可重复使用各种分析工具，最终得出希望的结果。

空间分析子系统主要功能：空间分析，属性分析，数据检索及三维模型分析等功能。

7.1.1 空间分析
矢量空间分析分为：
迭加分析
缓冲区分析
多层立体迭置
7.1.2 属性分析
属性分析的对象可以是属性，也可以是表格，属性和表格的区别在于属性附属于空间数据，不是独立的，而表格则不存在这样的依赖关系，是独立的数据体。

各种属性分析都形成一个结果表。

属性分析的主要功能有：
单属性统计
单属性统计是对所选文件属性（或表格）的某个数值型字段，统计图元总数，该字段总和、最大值、最小值、平均值以及所统计图元（或表格行）数。

并将统计结果保存在表格数据缓冲区中，然后显示统计结果，用户可将该结果（*.WB）存盘和打印。

最后关闭表格显示窗口。

表格缓冲区中的内容，在下一次分析时，自动冲掉前一次统计分析的结果。

该统计结果缓冲区在系统结束时自动清除。

单属性累计统计
先由用户选择文件属性（或表格）的某个数值型字段；系统将该字段最小值和最大值构成的范围等分成13等分，然后统计每一等分内的累加数，最后按用户所选的图形形式（如横向或纵向、直方图或立体直方图、饼图或立体饼图以及折线图等）予以显示统计结果。

通过该分析功能，用户可以直观地看出图形元素相对于某字段的大致分布情况。

统计结果的图形成点、线、区三个文件，用户可以通过文件菜单的保存文件功能保存该统计结果图。

单属性累计频率统计
该功能和“单属性累计统计”功能相同，只是该功能进一步将各等分段的累计数换算成与总累计数的百分比，并且按用户所选输出形式进行图形输出。

单属性分类统计
该功能和“单属性累计统计”功能相似，区别在于“单属性累计统计”是在用户选定属性字段后计算机将该字段范围划分成13等分（即分成13类）进行统计，而此功能则是由用户来指定统计分类数与各分类段的范围，并且用户可选统计方式，即计数方式或累计方式。

单属性基本初等函数
该功能完成对数值型字段的基本初等函数变换，即对选定的初等函数，将属性字段作为函数自变量，将字段值依次带入初等函数，从而得到变换结果。

双属性累计
双属性累计和单属性累计相似，不同点在于双属性统计的是字段的属性值，分类字段和累计字段可以是同一字段。

例如，下述情况就用用双属性累计功能：统计不同地层的总面积。

此时，将地层代号作为分类字段，将面积字段作为累计字段，就能够很容易得到各地层的总面积。

双属性累计频率双属性分类统计
该功能和“双属性累计统计”功能相似，该功能进一步将各类的累计结果除以累计字段的总和再乘100，即换算成百分比，再绘制用户所选的图形。

双属性分类统计
该功能项与单属性统计分类统计相似，不同点在于要选择分类字段，并划分出各类范围外，还需要指定统计字段。

双属性四则运算
7.1.3 数据检索
“数据检索”用来完成提取某些类型实体的数据，
主要有:
（1）依据实体的空间位置来检索：如:
图示点检索
>
图示矩形检索
>
区域检索
>
（2）根据实体的属性来检索
条件检索
>
7.1.4 三维模型分析
三维模型分析是对某一三维区域的空间数据进行分析，得到一系列确定的三维结构描述。

空间数据的每一点均由ｘ，ｙ，ｚ和ｖ构成，其中ｖ是在空间点（ｘ，ｙ，ｚ）处的观测值，代表某一特性值，如电阻率值。

所以三维模型属于单因素（ｖ）分析，若将ｖ看作一维，那么也可以认为是四维模型。

三维模型分析的步骤为：
(1) 装入三维离散数据
装入后缀为*.3BN的三维离散数据，以便进行离散数据处理。

*.3BN文件由“数据接口转换系统”将三维离散数据明码文件(*.DAT)转换而得
离散数据网格化：
该项功能对三维离散数据进行网格化。

网格化之前，系统先选择深度——观测值曲线功能项，在此选择网络化的深度范围。

然后选择“离散数据网格化”功能项，按系统提示确认后，系统开始网格化。

（深度——观测值曲线）：
该功能在深度minz-maxz的变化范围内，从小到大，切取若干个平面，并计算每个平面上，观测值的大小，设三维离散数据共有n个钻孔，那么在水平面ｚ[i]处，可求得ｎ个单因素值ｖ[1]，v[2]…v[n]，取min(v[1]，v[2]…v[n])和max(v[1]，v[2]…v[n])两个值，记为vmin(z[i])，vmax(z[i])。

将深度作为横坐标，观测值作为纵坐标，那么(z[0]，vmin(v[0]))…(z[m]，vmin(v[m]))就构成一条最小值变化曲线，同样(z[0]，vmax(v[0]))…(z[m]，vmax(v[m]))就构成一条最大值变化曲线。

最小值变化曲线用绿色表示，最大值曲线用红色表示。

从深度一观测值曲线上，用户可以看到观测值变化的大概情况。

（2）装入网格化立体数据
将三维网格化数据*.3dm装入内存，以便进行立体图分析。

三维网格化数据文件(*.3dm)是由本系统“离散数据网格化”功能对三维离散数据(*.3BN)进行网格化产生。

（3）设置色阶参数或装入色阶参数
设置每个等值层的层面值和每层颜色值,设置色阶可分为自动方式和手工方式；装入色阶参数，装入以前保存的色阶和线型等参数。

（4）生成彩色立体图
根据装入的三维网格化数据(*.3dm)和装入或设置的色阶参数绘制三维彩色立体图。

（5）设置剖面位置
a.置规则纵剖面位置X:
设置垂直于Ｘ轴，即平行于ＹＯＺ平面的剖面位置。

选中该项后，系统弹出设置剖面位置窗口，并显示出三维立体图。

用户通过拖动图形窗口左上方标尺条上的指示钮，就可改变剖面位置。

确定剖面位置后，按ＯＫ键，系统将当前剖面位置保存。

b.设置规则横剖面位置Y：
设置垂直于Y轴，即平行于XOZ平面的剖面位置。

操作方法和设置纵剖面位置相同。

c.规则水平剖面位置Z：
设置垂直于Ｚ轴，即平行于ＸＯＹ平面的剖面位置。

操作方法和设置纵剖面位置相同。

（6）显示图形
三维模型分析功能提供了多种立体图显示方式，主要有绘制剖面立体图、绘制剖面平面图、水平剖面观测值立体图、规则剖面立体图、多层立体图、任意垂直剖面图等。

（7）保存彩色立体图
选择此功能项后，系统将提示用户分别输入点、线、面文件名，用户输入文件名后，系统将工作区中的立体图保存到用户所输入的文件中。

7.2 数字地面模型
数字地面模型子系统可将各种专业的观测数据或图形数据进行处理，并自动产生相应的专业地学图件。

GRD模型分析
TIN模型分析
模型应用
高程数据生成流程
处理点线
7.2.1 GRD模型分析
(1) 装入三角剖分文件
(2) 数据信息显示及修改
(3) GRD预处理
(4) GRD模型分析
(5) 图件绘制
(6) 存数据
GRD模型分析流程
7.2.2 TIN模型分析
（1）装入三角剖分文件
（2）生成和优化高程
（3）初始三角剖分：
（4）修改初始三角剖分
（5）图形绘制：
（6）存数据：
TIN模型分析流程
7.2.3 模型应用
模型应用将GRD模型和TIN模型中的公共功能提出来，主要服务于实际工程应用中。

模型应用中的主要功能有
蓄积量/表面积计算：
该项允许用户指定平面上的一块区域或面工作区中的首区或面工作区中的所有区，计算该区域的图上面积、地表面积，指定填平平面位置从而计算开挖工程量及土方运输量等。

对单个区域计算则系统给出结果对话框；对面工作区中的所有区计算，系统则扩展每个区图元的属性域项，并把结果填入相应属性域中。

生成剖分泰森多边形
生成分类泰森多边形
高程剖面分析
该项允许用户观察与Ｘ－Ｙ平面垂直的任意剖面的数据分布情况。

高程点标注/分类标注制图
高程点标记制图是数据文件中的高程点以象征性的符号输出为图形，以方便用户了解数据的分布情况。

这两个菜单项唯一的区别在于是否对高程点分类制图。

分类的方法有按等数目、等间隔和自定义三种方式。

7.2.4 高程数据生成流程
高程数据生成流程:打开数据文件->点线数据编辑->点线数据高程点提取->输出高程数据
（1）打开数据文件
将点线或区文件装入工作区。

（2）点线数据编辑
包括删除点或线，光滑或抽稀线及点线编辑。

（3）点、线数据高程点提取
将工作区中的点线数据转换成高程点数据。

（4）输出高程数据
将工作区中的高程数据保存到用户输入的文件名中。

7.2.5 处理点线
为将矢量点、线数据转换为离散或格网化的高程数据，子系统提供：
线数据提取高程点
点数据提取高程点
具体操作同由“线数据提取高程点”,只是这里只用选择好属性域即可。

等值线剖面插值
系统提供了两种剖面插值方式：“单TIN点高程”方式和“三角网质心高程”方式。

高程数据栅格化
对于用户提供的等值线高程数据，为了进行“GRD分析”，如高程数据叠加分析，需要将其栅格化，变为GRD数据，然后再进行如等值线、立体图、坡度坡向等分析。

7.3 MAPGIS网络录入
网络输入编辑系统用来建立网络及录入数据。

用户可以利用此系统迅速直观地构造整个网络，建立与网络元素相关的属性数据库，可以随时对网络元素及其属性进行编辑和更新，为能在网络分析系统上进行网络分析做好数据准备。

7.3.1 网络输入子系统使用流程
MAPGIS网络输入子系统的使用流程是：
1.打开底图库 >>
2.取网线 >>
3.输入编辑网线 >>
4.输入编辑结点 >>
5.建立网络 >>
6.存网络
1.打开底图库：将底图库（.DBS）装入并显示。

2.取网线：打开网络文件并在底图上叠加显示。

3.输入编辑网线：实现网线的输入、编辑和显示。

4.输入编辑结点：实现节点的输入、编辑和显示。

5.建立网络：实现网络的建立和显示。

6.存网络：将编辑后的网络存盘。

7.3.2 文件
网络输入子系统中有关“文件”操作的功能有：
1.打开底图库
网络的编辑和浏览经常是以一个地理底图作为背景，所以系统提供了打开底图库的功能。

选择此菜单项，系统将弹出一个对话框让用户输入底图库文件名（.DBS）。

底图库（.DBS ）由MAPGIS图形库管理子系统生成和管理，成功地打开一个底图库后，屏幕上将显示此底图库全貌，一个大的底图库显示完毕可能要花一定时间，如果您不想等，可以随时按击鼠标右键或键盘的ESC键停止显示。

2.关闭底图库
关闭打开的底图库，如果当前已有网络文件被打开或用户已经输入了网络元素，则系统在关闭底图库时会同时关闭当前网络。

3.取网络
选择此菜单项，系统将提示用户输入网络文件名（.WN）。

用户输入正确的网络名后，系统将打开该网络文件并在当前底图上叠加显示这一网络。

4.添加网络
将另一网络文件（.WN）中存放的网络完全地添加到当前网络中。

5.存网络
选择此菜单项，系统将把当前正在编辑的网络存盘。

6.另存网络为
选择此菜单项，系统将提示用户输入一新的网络文件名（.WN），然后把当前正在编辑的网络按新的文件名存盘。

7.关闭网络
关闭当前网络。

7.3.3 网线
这一组菜单用于实现网线的输入、编辑及重新显示，其主要功能包括：输入网线、网线输出线文件、删除网线、移动网线、网线反向、网线连接、条件自动接线、剪断网线、线上加点、线上删点、线上移点、删除子段、网线属性结构、编辑网线属性、列表编辑属性结构、条件编辑网线属性、替换网线属性、编辑网线参数。

1.输入网线
在这里，系统提供了三种网线的输入功能。

鼠标输入网线
选择此菜单项后，就可以用鼠标来定位组成网线的节点，从而输入一条网线。

此外，输入时可用F4功能键实施退点操作。

系统在输入网线的同时进行自动平差，即在网线起点和结尾处自动寻找平差半径范围内的已有结点，如果找到，则从中选择最近的一个结点，做为新输入网线的首结点或尾结点。

键盘输入网线
通过键盘依次输入网线上各个定位点的坐标。

同鼠标输入方式一样，系统会在网线的起始处和结尾处实施自动平差。

线文件转网络
选取此菜单项后，系统提示用户输入MAPGIS线文件名，然后系统把用户指定的线文件中的线转换为网线并为每一条网线建立始结点和终结点。

注意：此时的网线是彼此孤立的，要把网线联系起来，就要执行结点平差。

建议用户指定恰当的平差半径后执行“重建网络”操作，系统将在全网范围实施自动平差。

2.网线输出线文件
将当前网络中的网线输出为MAPGIS线文件（.WL）。

图形参数和属性将被完整地传送。

3.删除网线
选取此菜单项后，用户可以用鼠标选择一条网线予以删除。

4.移动网线
选取此菜单项后，用户可以用鼠标选择一条网线，按住鼠标左键拖动这条网线到达目标位置后，松开左键即可实现网线的移动。

5.网线反向
反转用户指定的网线的方向。

6.网线连接
使用此功能，用户可以将与同一结点相连的两条网线合并为一条网线（当然，此结点也被删除），方法是用鼠标指定一个连接两条网线的结点。

如果次结点所连接的网线数目不是二，系统什么也不做。

7 .条件自动接线
由用户任意指定一个条件，系统查找所有满足此条件的结点，如果它连接的网线是两条，则系统将这两条网线合并为一条。

这一功能与“条件自动平差”相结合，可以为分幅录入的网络数据实施自动接边。

8.剪断网线
使用此功能项，用户可以用鼠标在窗口中选择一条网线，然后选择剪断位置，系统将所选网线在所选位置剪断为两条网线，这两条网线通过一个新增的结点相连接。

根据剪断位置的不同，此功能项可分为加点剪断和结点处剪断两种情况，前者是可以在网线上任何位置；后者则根据剪断位置必须在节点处。

9.线上加点
在用户选择的网线中间插入一个或多个节点。

用户选择了网线之后，鼠标将被锁住，从而可以在这条网线反复插入多个节点。

在用户松开鼠标左键之前，可以任意拖动改变所加节点的位置，拖动过程中也可以使用锁定移图功能。

用户按鼠标右键结束对这条网线的编辑，然后鼠标将解锁。

10.线上删点
在用户选择的网线中间删除一个或多个节点。

用户选择了网线之后，鼠标将被锁住，从而可以在这条网线反复删除多个节点。

如果用户删除的节点是网线的始结点或终结点，网线将“后缩”，与始结点或终结点相邻的节点将产生新的始结点或终结点；如果被选择的网线只剩两个节点，删除其中任何一个都将导致整个网线被删除。

用户按鼠标右键结束对这条网线的编辑，然后鼠标将解锁。

11.线上移点
在用户选择的网线中间移动一个或多个节点。

用户选择了网线之后，鼠标将被锁住，从而可以在这条网线反复移动多个节点。

如果用户移动的节点是网线的始结点或终结点，就将断开此网线在始结点或终结点处与其它网线的连接。

用户按鼠标右键结束对这条网线的编辑，然后鼠标将解锁。

12.删除子段
在用户选择的网线中删除一个子段。

如果用户删除的子段是网线的第一个子段或最后一个子段，效果将与删除网线的始结点或终结点相同。

13.网线属性结构
允许用户编辑当前网络中网线的属性结构。

14.列表编辑属性
列表展示或编辑所有网线的属性。

属性数据与空间网线图形可以联动，即在属性列表中选择一条属性记录，对应的网线将在图形显示窗口闪烁；反过来，在图形显示窗口选择一条网线，属性列表将翻卷到对应的属性记录。

15.编辑网线属性
允许用户选择一条网线，编辑它的属性。

16.条件编辑网线属性
由用户指定条件，列表展示或编辑满足条件的所有网线的属性。

属性与空间网线图形可以联动。

17.替换网线属性
由用户指定一定的过滤条件，统一替换全部网线的若干属性域。

18.编辑网线参数
允许用户选择一条网线，编辑它的图形参数。

7.3.4 结点
这一组菜单用于实现结点的输入、编辑及重新显示。

输入结点
结点平差
删除结点
移动结点
键盘移动结点
结点连通检查
删除全部孤立结点
浏览孤立结点
全部孤立结点处剪断网线
选择此菜单后，系统会在所有孤立结点处，平差半径范围内查找最近网线并剪断该网线。

结点属性结构
编辑结点属性
列表编辑结点属性
条件编辑结点属性
结点坐标并入属性
编辑结点参数
结点统赋参数
空结点统赋参数
7.3.5 网络
这组菜单用于对整个网络进行操作。

点线耦合建网
自动平差建网
介绍：依平差半径对所有符合条件的结点实施平差，那些相互距离小于平差半径的结点都将合并为一个结点。

条件自动平差
外业测量数据库建网
网络完整性检查
ID调整为实体号显示网络
显示网络
7.4 网络分析
本系统提供网络查询检索及分析功能，用户可用鼠标指点查询，也可以条件查询，还可以查看和输出横断面图、纵断面图和三维立体图；系统还提供关阀搜索、最短路径、最佳路径、资源分配等功能。

在这一系统中，用户除了可以生成和编辑最佳路径以及产生分配方案之外，不能改动其它的网络数据。

找连通分量、关阀搜索、路径分析、资源分配、追踪
7.4.1 找连通分量
鼠标捕捉结点或网线，寻找它所在的连通分量。

系统找到连通分量后将以醒目色显示该连通分量并锁住鼠标，用户可以开启锁定移图功能浏览整个连通分量，按鼠标右键后连通分量不再显示，鼠标解锁。

7.4.2 关阀搜索
步骤1
步骤2
7.4.3 路径分析
路径步骤分析示例：
7.4.4 资源分配
考虑这样一个问题：一所学校要依据就近入学的原则来决定应该接收附近那些街道上的学生。

这时，可以将街道作为网线构成一个网络，将学校作为一个结
点并将其指定为中心，以学校拥有的座位数作为此中心的资源容量，每条街道上的适龄儿童作为相应网线的需求，走过每条街道的时间作为网线的阻碍强度，如此资源分配功能就将从中心出发，依据阻碍强度由近及远地寻找周围的网线并把资源分配给它（也就是把学校的座位分配给相应街道上的儿童），直至被分配网线的需求总和达到学校的座位总数。

第一步第二步第三步第四步
1. 3. 5.7.
2. 4. 6.
7.4.5 追踪
包括上游追踪、下游追踪和双向追踪。

网络分析的追踪功能也应用于各个方面。

例如，通过上游追踪可以寻找污染物来自河流的哪些分支；通过下游追踪可以寻找污染源的污染范围；在电力部门通过双向追踪可观察某个发电厂供电的辐射范围。

实习指导
空间分析是GIS的核心，GIS的突出优势就在于可提供各种空间分析方法，对多种不同的空间信息进行综合解释，分析在一定范围内发生的各种现象和过程。

MAPGIS空间分析主要包括空间分析子系统、数字高程模型子系统以及网络管理分析子系统。

〖内容〗
本实习使学生熟悉常用的空间分析方法，基本掌握这些方法在实际工作中的用途。

〖要求〗
1．对一图形文件进行图示检索、区域检索以及条件检索。

2．选择几个相关文件，对其进行点、线、区的叠加分析。

3．选择点、线、区文件，对其进行单个和一组缓冲区分析。

4．任选一文件，对其进行各种属性统计分析。

5．利用二维模型分析功能，绘制等值线图、立体图、坡度图和坡度立体图。

6．利用三维模型分析功能，查询三维离散数据信息、制作三维彩色立体图、会设置纵、横、水平剖面位置以观察立体图的任意深度、任意剖面的内部结构情况。

7．利用网络输入编辑系统建立一模拟网络，然后利用网络分析系统进行网络分析。

〖实习步骤〗
1．数据检索：包括图示点（矩形）检索、区域检索、条件检索。

2．矢量叠加分析：选叠加文件1和文件2；输入结果文件名；系统分析后显示结果。

3．缓冲区分析：选被分析文件；光标选图元（单个缓冲区）或开窗选图元（一组缓冲区）；输入分析结果文件名；系统分析后显示结果。

4．属性分析：
选文件；选属性；选分类方式、统计方式或函数；显示结果。

5．二维模型分析：
（1）栅格叠加分析：装入栅格数据文件（*.2dm）；选择叠加分析的文件及其叠加系数；输入叠加结果文件名（*.2dm）；系统经叠加分析产生结果文件。

（2）绘制等值线（立体）图：装入栅格数据文件；输入结果文件名；显示结果。

（3）绘制坡度等值线（立体）图：装入栅格数据文件；坡度分析；显示结果。

6．三维模型分析：
生成彩色立体图、设置剖面位置、显示图形。

7．网络分析：
（1）利用网络输入编辑系统建立一模拟网络；
（2）利用网络分析系统进行网络分析。

包括各种中心、站点、障碍以及网线的需求、网线权值、转角权值的建立和编辑；找连通分量、关阀搜索、圆形区域搜索、路径分析、资源分配、追踪以及各种结点、网线的检索和统计。

〖思考题〗
结合自己的专业或与地学有关的领域（如城建、环境、资源、公安等），谈谈空间分析的应用例子。