地理信息系统 GIS空间分析的原理和方法
GIS空间分析原理与方法
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。
地理信息系统的原理与方法
地理信息系统的原理与方法地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）是一种用于收集、存储、整理、分析和展示地理空间数据的技术系统。
它结合了遥感、地图学、数据库、计算机科学等多个学科，可广泛应用于城市规划、环境保护、资源管理、农业等领域。
本文将介绍地理信息系统的原理与方法，并讨论其在实际应用中的意义。
一、地理信息系统的原理地理信息系统的原理包括数据输入、数据存储、数据处理和数据输出。
1. 数据输入地理信息系统的数据输入主要通过遥感技术和全球定位系统（Global Positioning System，简称GPS）获取地理空间数据。
遥感技术可利用卫星、飞机等平台获取地表特征、植被分布、地形等数据，而GPS可提供准确的地理位置信息。
这些数据经过获取和处理后，被输入到地理信息系统中。
2. 数据存储地理信息系统采用数据库管理系统存储地理空间数据。
数据库管理系统能够有效地组织和管理大量数据，并保证数据的完整性和一致性。
地理信息系统中的数据通常以矢量数据和栅格数据两种形式存储。
矢量数据以点、线、面等几何对象表示，适用于描述具体地理要素的位置和形状；栅格数据以像元（像素）形式表示，适用于描述连续变化的地理现象。
3. 数据处理地理信息系统的数据处理涉及数据编辑、数据分析、数据模型等多个方面。
数据编辑用于修正和更新地理空间数据，确保其准确性和时效性；数据分析通过空间统计、网络分析、空间插值等方法，从地理数据中提取有用的信息；数据模型则用于模拟地理现象的空间关系和动态变化。
4. 数据输出地理信息系统的数据输出通过地图制作、空间查询、专题分析等方式实现。
地图制作可将地理数据可视化展示，帮助人们更好地理解地理现象；空间查询则用于在地理数据库中检索和提取特定的地理要素；专题分析则基于地理数据进行特定的分析和研究，如土地利用评价、洪涝灾害风险评估等。
二、地理信息系统的方法地理信息系统的方法包括数据收集、数据处理、数据分析和数据可视化。
利用GIS技术进行空间数据分析的步骤与技巧
利用GIS技术进行空间数据分析的步骤与技巧引言：在当今信息时代，地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）以其强大的数据处理能力和空间分析功能，成为了各行各业不可或缺的工具。
在各类规划、环境评估、市场分析等研究项目中，利用GIS技术进行空间数据分析已经成为一项必备的技能。
本文旨在介绍利用GIS技术进行空间数据分析的步骤与技巧，帮助读者迅速上手。
一、数据准备任何一次GIS分析都离不开高质量的地理数据。
在进行空间数据分析之前，我们需要搜集并准备好所需的地理数据。
这些数据可以包括卫星影像、数字地图、地形地貌数据、社会经济数据等。
最好将这些数据保存在一个独立文件夹下，便于管理和使用。
二、数据导入在得到所需的地理数据后，我们需要将其导入到GIS软件中，以便进行后续的分析工作。
通常，GIS软件支持导入各种格式的地理数据，比如Shapefile、GeoTIFF、KML等。
我们只需选择合适的导入功能，将数据文件导入到GIS软件中即可。
三、数据清理导入后的地理数据可能存在各种问题，比如重叠、空缺、错误等。
在进行空间数据分析之前，我们需要对这些数据进行清理和处理，以保证数据的准确性和完整性。
例如，我们可以使用GIS软件的编辑工具，手动修改地图上的错误或调整图层的位置。
四、数据预处理空间数据分析之前，有时需要对数据进行预处理。
例如，我们可以在进行空间插值之前，对高程数据进行填充空值或者降噪处理，以减少不确定性对分析结果的影响。
如果需要将不同数据进行比较和分析，我们还可以进行坐标系的转换，以确保数据的一致性和可比性。
五、空间分析正式进行空间数据分析时，我们可以根据具体的研究目的选择不同的空间分析方法。
常用的空间分析方法包括空间插值、缓冲区分析、栅格分析、网络分析等。
这些方法可以帮助我们揭示地理现象的时空分布规律，并为决策提供科学依据。
六、分析结果展示分析完成后，我们需要将结果进行展示和呈现，以便更好地理解分析结果并进行交流。
GIS数据处理与空间分析教程
GIS数据处理与空间分析教程引言：地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）是一种将地理空间数据与属性数据进行捆绑组织、存储、查询、分析、可视化并生成可输出图形报告的系统。
在各个领域，如城市规划、环境管理、资源分配、农业发展等都有广泛的应用。
本教程将就GIS数据处理与空间分析的相关内容进行深入的介绍和讲解。
第一章：GIS数据处理的基础知识GIS数据由地理空间数据和属性数据组成，地理空间数据包括点、线、面等地理要素。
在这一章节，我们将学习地图投影的基本知识，了解常见的地理坐标系和地图投影方式，并介绍GIS数据的各种数据格式，如Shapefile、GeoJSON等。
第二章：GIS数据获取与预处理本章节将介绍如何获取地理空间数据，包括地理信息系统数据和其他来源的数据。
我们将探讨如何使用GPS设备采集地理数据，并学习如何使用影像处理软件提取图像中的地理信息。
另外，还将涉及数据预处理的工作，如数据清洗、数据转换和数据拓扑校正等。
第三章：GIS数据管理与存储GIS数据管理与存储是GIS应用中关键的一环，本章节将重点介绍如何进行数据管理和数据存储。
我们将学习如何使用数据库管理系统（DBMS）对GIS数据进行组织和存储，并了解属性数据表的设计和建立。
此外，还将介绍如何维护和更新数据，以及数据备份和恢复的相关策略。
第四章：GIS空间分析基础在进行GIS空间分析之前，我们需要了解一些基础概念和方法。
本章节将介绍GIS空间分析的基本概念，如空间关系、空间查询和空间操作等。
我们还将学习常见的空间分析方法，如缓冲区分析、叠加分析和网格分析等，并通过具体案例来加深理解。
第五章：GIS空间分析进阶本章节将介绍一些进阶的GIS空间分析方法和技术，如网络分析、三维分析和时空分析等。
我们将详细讲解这些方法的原理和应用场景，并通过实际案例来展示如何使用这些方法进行空间分析。
第六章：GIS可视化和报告生成通过可视化和报告生成，我们可以有效地展示和传达GIS数据和分析结果。
地理信息系统原理方法和应用
地理信息系统原理方法和应用地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）是一种结合地理数据、地理信息展示和空间分析的技术系统。
通过采集、存储、管理和分析地理空间数据，GIS能够提供基础地理信息，支持决策制定和资源管理，促进各行业的发展。
一、GIS的原理GIS的原理基于地理空间数据的获取、存储、处理和分析。
它包括以下核心要素：1. 地理空间数据：GIS以地理对象和属性数据为基础，通过地理空间数据的采集和整理建立地理数据库。
这些数据可以是点、线、面等，描述了地理要素在空间中的位置、属性和拓扑关系。
2. 地理数据建模：通过对地理空间数据进行建模，将实际地理要素与其数字表达相对应。
这些模型包括点、线、面等地理对象，以及拓扑、关系和属性数据。
3. GIS分析：GIS具备空间和属性分析能力，可以进行空间拓扑分析、空间查询、空间统计等，帮助用户获取更多的地理信息和洞察。
4. 地图制图：GIS能够将地理数据可视化展现在地图上，通过各种符号、颜色和渐变等方式直观地传达地理信息。
二、GIS的方法GIS的应用离不开一系列的方法。
以下是几种常见的方法：1. 数据采集：通过GPS、遥感、测绘等手段获取地理空间数据，包括地形、地貌、土地利用、气象等信息。
2. 数据管理：建立地理数据库，包括数据的存储和更新，以及数据的索引和分类。
3. 空间分析：运用空间统计、缓冲区分析、网络分析等方法，探索地理要素之间的空间关系和空间分布规律。
4. 决策支持：利用GIS技术进行空间模拟、场景分析等，为决策制定提供科学依据。
5. 地图制图：通过地图制图技术，将地理数据可视化展示在纸质或电子地图上，方便用户获取地理信息。
三、GIS的应用领域GIS在各个领域都得到了广泛的应用。
以下是几个主要的应用领域：1. 城市规划：GIS可以用于城市的土地利用规划、交通路网规划、交通拥堵分析等，帮助城市合理发展。
2. 自然资源管理：GIS可以对森林、水资源、土地等进行监测和管理，帮助实现可持续利用。
实验4-1 GIS空间分析(空间分析基本操作)
实验4-1、空间分析基本操作一、实验目的1. 了解基于矢量数据和栅格数据基本空间分析的原理和操作。
2. 掌握矢量数据与栅格数据间的相互转换、 栅格重分类(Raster Reclassify)、 栅格计算－查询符合条件的栅格(Raster Calculator)、 面积制表（Tabulate Area）、 分区统计(Zonal Statistic)、 缓冲区分析(Buffer) 、采样数据的空间内插(Interpolate)、 栅格单元统计（Cell Statistic）、 邻域统计（Neighborhood）等空间分析基本操作和用途。
3. 为选择合适的空间分析工具求解复杂的实际问题打下基础。
二、实验准备预备知识：空间数据及其表达空间数据（也称地理数据）是地理信息系统的一个主要组成部分 。
空间数据是指以地球表面空间位置为参照的自然、社会和人文经济景观数据，可以是图形、图像、文字、表格和数字等。
它是GIS 所表达的现实世界经过模型抽象后的内容，一般通过扫描仪、键盘、光盘或其它通讯系统输入GIS。
在某一尺度下，可以用点、线、面、体来表示各类地理空间要素。
有两种基本方法来表示空间数据：一是栅格表达; 一是矢量表达。
两种数据格式间可以进行转换。
空间分析空间分析是基于地理对象的位置和形态的空间数据的分析技术，其目的在于提取空间信息或者从现有的数据派生出新的数据，是将空间数据转变为信息的过程。
空间分析是地理信息系统的主要特征。
空间分析能力（特别是对空间隐含信息的提取和传输能力）是地理信息系统区别与一般信息系统的主要方面，也是评价一个地理信息系统的主要指标。
空间分析赖以进行的基础是地理空间数据库。
空间分析运用的手段包括各种几何的逻辑运算、数理统计分析，代数运算等数学手段。
空间分析可以基于矢量数据或栅格数据进行，具体是情况要根据实际需要确定。
空间分析步骤根据要进行的空间分析类型的不同，空间分析的步骤会有所不同。
通常，所有的空间分析都涉及以下的基本步骤，具体在某个分析中，可以作相应的变化。
使用GIS技术进行地理数据空间分析的实用指南
使用GIS技术进行地理数据空间分析的实用指南地理信息系统(GIS)技术已经成为现代社会中不可或缺的工具之一。
通过GIS技术，我们能够有效地处理和分析地理数据，了解地理空间中的事物和现象。
本文将为读者提供一份使用GIS技术进行地理数据空间分析的实用指南，帮助读者更好地利用该技术。
一、GIS技术的基本原理在深入了解GIS技术之前，我们需要了解其基本原理。
GIS是一种以计算机为基础的技术，通过将地理空间数据与属性数据进行关联，创建一个具有可视化效果的地图。
GIS技术的核心是空间分析，它能够帮助我们理解地理空间中的关系和模式，并利用这些信息做出决策。
二、数据获取与准备在进行地理数据空间分析之前，我们首先需要获取需要分析的数据。
可以通过多种途径获取地理数据，如航拍图像、卫星影像、遥感数据、传感器数据等。
一旦获取到数据，我们需要对其进行清理和准备工作，包括数据的格式转换、去除异常值等。
这一步不仅能够提高数据的质量，还能够减少后续分析的困难和误差。
三、空间数据分析方法1. 空间查询：空间查询是最常见的地理数据空间分析方法之一。
通过空间查询，我们可以从地图中选择特定区域或特定属性的要素。
例如，我们可以查询某个地区的人口密度或土地利用类型。
空间查询的结果可以帮助我们找出特定地点的相关信息，从而为后续分析提供支持。
2. 空间统计：空间统计能够帮助我们理解和描述地理空间中的模式和关系。
通过空间统计，我们可以探索地理空间中的聚集现象、空间自相关性等。
这些统计结果可以帮助我们了解特定环境下的特征和规律，从而更好地进行决策和规划。
3. 空间插值：空间插值是一种用于填充无数据区域的方法。
通过空间插值，我们可以根据已知的数据点推算出未知区域的数值。
这在地理数据分析中尤为重要，可以帮助我们填补数据缺失的空白，提高数据的完整性和准确性。
四、地理数据可视化地理数据可视化是GIS技术的一大特点，它能够将抽象的地理数据转化为可视化的地图或图表。
如何使用地理信息系统进行属性查询和空间分析
如何使用地理信息系统进行属性查询和空间分析地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）是一种集数据管理、分析和可视化于一体的计算机软件工具。
它的广泛应用使得属性查询和空间分析成为GIS的核心功能之一。
本文将探讨如何使用地理信息系统进行属性查询和空间分析。
一、属性查询属性查询是一种根据特定属性条件来筛选和提取地理数据的方法。
在GIS中，地理数据通常由多个数据表组成，每个数据表的每行表示一个地理要素，每列表示一个属性。
属性查询的目的是根据用户定义的属性条件，筛选出满足条件的地理要素，并将结果可视化呈现。
在GIS中进行属性查询时，首先需要选择待查询的数据表和查询条件。
查询条件可以是简单的等于、大于、小于等比较运算符，也可以是复杂的逻辑运算符。
用户可以根据自己的需求灵活地定义查询条件。
接下来，GIS会自动执行查询操作，并将查询结果以地图或表格的形式呈现出来。
属性查询在实际应用中有着广泛的用途。
例如，在城市规划中，可以根据地块面积、土地用途等属性条件查询出满足特定要求的土地，并进行合理规划；在环境监测中，可以根据空气质量、水质状况等属性条件查询出存在污染问题的区域，并采取相应的措施。
二、空间分析空间分析是指在GIS中，对地理空间数据进行测量、统计、模拟等方式的分析。
它主要通过计算和比较地理要素之间的空间关系，从而揭示地理数据的内在规律和关联。
空间分析的基本步骤包括数据准备、空间操作和结果分析。
首先，需要确保待分析的数据具有一定的时空参考，可以通过采集、导入或处理数据来满足要求。
数据准备后，可以使用GIS软件提供的空间操作功能，如缓冲区分析、叠置分析、网络分析等。
最后，根据分析结果进行统计、可视化或其他后续处理。
空间分析在实践中被广泛应用于多个领域。
例如，在交通规划中，可以利用空间分析揭示不同交通网络布局的优劣，从而做出合理的规划决策；在灾害风险评估中，可以利用空间分析确定易受灾区域，提供科学的建议和预警。
gis空间分析原理与方法
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_陈正江_p6GIS空间分析原理与方法
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九 大 农 业 区 聚 类 分 析 谱 系 图
2012-5-26
西北大学城市与资源学系
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判别分析
判别分析与聚类分析同属分类问题，所不同 的是，判别分析是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的方法， 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。
持均匀的平衡点，一般为多 边形的几何中心或重心。
计算公式：
X G (1 / N ) x i
YG (1 / N ) yi
2012-5-26
西北大学城市与资源学系 谢元礼
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质心量算
或者： X
G
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
2012-5-26 西北大学城市与资源学系 谢元礼 5
空间分析技术发展及存在问题
空间分析技术发展
各种地图应用（医学应用） 定量分析空间对象的分布模式 地理空间本身特征、空间决策过程、时空演化过程等
空间分析发展存在问题
地图的直观性，忽视地图信息的解析性和复杂性，缺
少对地图应用的研究 数字地图改变了地图的应用方式，展示了更为广阔的 应用领域和更为灵活的应用方式 空间分析是GIS区别与其他信息系统的标志，是GIS技 术的一个主要发展方向：管理型向分析决策型转变
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西北大学城市与资源学系 谢元礼
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形状量算
地物外形是影像处理中模式识别的一个重要 部分。例如海岸线的外形是岛屿的重要特 征，森林中不同类型的土地外形对野生生 物显得非常重要。目标物的外观是多变的， 很难找到一个准确的量对其进行描述。 基本考虑：空间完整性、多边形形状特征
地理信息系统与空间分析
地理信息系统与空间分析地理信息系统（GIS）是一种集成地理数据收集、管理、分析和展示功能的软件系统。
它利用计算机技术，将地理空间数据与属性数据相结合，帮助人们更好地理解和解释地理现象。
地理信息系统在各个领域中都有广泛的应用，其中最重要的就是空间分析。
本文将探讨地理信息系统与空间分析的关系，以及在实际应用中的价值和挑战。
一、地理信息系统的基本原理和功能地理信息系统是由地理数据、硬件设备、软件系统和人员组成的综合系统。
它可以收集和管理各种地理数据，包括地图、卫星影像、遥感数据、地理统计数据等。
地理信息系统的主要功能包括数据输入、数据管理、数据查询和分析、数据展示和输出等。
数据输入是地理信息系统的基础，包括地理数据的获取和数据格式的转换。
数据管理是地理信息系统的核心，它包括数据的存储、索引、更新和共享等。
数据查询和分析是地理信息系统的重要功能，它可以通过空间查询、属性查询、地理分析等方法，从海量地理数据中提取有用信息。
数据展示和输出可以通过地图制作、图表生成、报告输出等方式呈现地理信息。
二、空间分析在地理信息系统中的应用空间分析是地理信息系统的重要应用领域，它通过对地理空间数据进行分析和模拟，帮助人们揭示地理现象的分布规律、趋势和变化趋势。
空间分析主要包括网格分析、缓冲区分析、插值分析、栅格分析、网络分析等。
网格分析是一种基于网格数据模型的分析方法，它将地理现象分割为一个个格网单元，并通过对单元内的属性进行计算和统计，揭示地理现象的空间特征。
缓冲区分析是指在地理空间数据上，以某个点、线或面为中心，创建一定距离范围内的缓冲区，并分析缓冲区内的地理现象。
插值分析是通过已有的离散点数据，预测和填补缺失的空间数据，以获得连续和平滑的空间表面。
栅格分析是指将连续的地理现象数据转换为栅格数据，并对栅格数据进行分析和建模。
网络分析是指在地理网络上进行路径分析、设施选址等操作，以解决交通、物流等问题。
三、地理信息系统与空间分析的价值地理信息系统与空间分析在许多领域具有重要价值，包括城市规划、环境保护、交通管理、农业生产、自然资源管理等。
GIS的基本工作原理
GIS的基本工作原理GIS全称地理信息系统，是一种用于收集、存储、处理、分析和展示地理空间数据的技术。
其基本工作原理是将地理空间数据和非空间数据以一种有组织的方式进行整合，使用户可以通过地图展示和空间分析来获取有关地理位置的信息。
1.数据采集：GIS需要收集各种地理数据，包括地形、地理要素、人口分布、水文地质信息等。
数据的采集可以通过现场调查、遥感、GPS等方式进行。
这些数据将被转换成数字格式，并与地理位置相关联。
2. 数据存储：采集到的地理信息数据需要进行存储，通常采用数据库来管理这些数据。
GIS数据库需要支持空间数据类型，以便能够准确地表示地理位置及地理特征。
常用的GIS数据库包括Oracle Spatial、PostGIS等。
3.数据管理：对于大量的地理数据，GIS需要进行有效的管理。
这包括数据的组织、索引、备份、恢复等操作。
此外，为了提高数据的查询速度和效率，GIS还需要进行空间索引的设计和建立。
4.数据分析：GIS最重要的功能之一是进行空间分析。
通过空间分析，用户可以深入了解地理现象之间的关联性和空间分布规律。
GIS提供了各种分析工具和函数，如缓冲区分析、覆盖分析、空间插值等，帮助用户从数据中获取有价值的信息。
5.数据可视化：GIS通过地图展示和空间可视化来呈现数据分析的结果。
用户可以通过地图来直观地理解地理现象的分布情况，比如热力图、等值线图等。
GIS还可以生成各种图表和统计报告，帮助用户更好地理解地理数据。
总的来说，GIS的基本工作原理是将地理空间数据和非空间数据整合起来，通过数据采集、存储、管理、分析和可视化等过程，提供给用户有关地理位置的信息。
GIS技术在各种领域有着广泛的应用，如城市规划、环境保护、农业农林、应急响应等。
GIS的发展不仅提高了地理信息数据的管理和利用效率，也为各种行业的决策提供了重要支持。
GIS原理实验四实验报告
实习报告实验四空间分析操作一、空间分析原理1.空间分析是基于地理对象的位置和形态的空间数据的分析技术，其目的在于提取空间信息或者从现有的数据派生出新的数据，是将空间数据转变为信息的过程。
2.空间分析是地理信息系统的主要特征。
空间分析能力（特别是对空间隐含信息的提取和传输能力）是地理信息系统区别与一般信息系统的主要方面，也是评价一个地理信息系统的主要指标。
3.空间分析赖以进行的基础是地理空间数据库。
4.空间分析运用的手段包括各种几何的逻辑运算、数理统计分析，代数运算等数学手段。
5.空间分析可以基于矢量数据或栅格数据进行，具体是情况要根据实际需要确定。
二、空间分析过程1.确定问题并建立分析的目标和要满足的条件2.针对空间问题选择合适的分析工具3.准备空间操作中要用到的数据。
4.定制一个分析计划然后执行分析操作。
5.显示并评价分析结果三、空间分析操结果（含实验操作过程和实验结果分析）1.矢量数据与栅格数据间的相互转换（1）在ArcCatalog下新建一个要素类（要素类型为:多边形），命名为：ClipPoly.shp（2）在ArcMap中，加载栅格数据：Landuse.lyr和ClipPoly.shp（3）编辑ClipPoly图层，根据要剪切的区域，绘制一个如下图所示的多边形，并在属性表中将多边形的字段“ID”的值修改为1，保存修改，停止编辑。
（4）打开“空间分析”工具栏，执行命令：<空间分析>－<转换>--<要素到栅格>，并按下图所示操作。
（5）执行命令: <空间分析>-<栅格计算器>，并按如下方式进行计算，最后求值。
（6）最后得到我们所需要的栅格数据，如下图所示：结果分析：通过此操作，我们可以将我们需要的那部分要素集通过剪切和转换来得到我们需要的栅格数据。
2.栅格重分类(Raster Reclassify)（1）在ArcMap中，新建地图文档，加载栅格数据Slope1，打开“空间分析”工具栏，执行菜单命令“重分类”。
地理信息系统原理
地理信息系统原理地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）是一种利用电子设备和软件工具来收集、存储、管理、分析和展示地理空间数据的技术系统。
它可以帮助人们更好地理解和利用地理信息，解决与地理空间相关的各种问题。
1.数据收集与建模：地理信息系统主要通过数据的收集，包括空间数据和属性数据，来描述和代表地理现象。
空间数据可以包括点、线、面等几何要素，而属性数据则是与这些要素相关的属性信息。
通过采集与现实世界相对应的地理要素数据，然后进行空间建模与属性数据的关联，地理信息系统能够为地理现象提供准确的描述与表达。
2.数据存储与管理：地理信息系统采用数据库技术来存储和管理地理空间数据和属性数据。
数据可以按照特定的数据模型进行组织，例如矢量数据、栅格数据、拓扑数据等。
矢量数据可以描述地理要素的几何形状与位置关系，而栅格数据则将地理现象划分为均匀尺度的网格，通常用于处理连续分布的现象。
地理信息系统还可以利用索引、查询和更新等功能对数据进行高效的管理。
3.空间分析与处理：地理信息系统具有强大的空间分析和处理能力，可以进行空间查询、空间统计、空间模拟等功能。
例如，通过空间查询可以根据一定的空间关系来检索与特定地理要素相关的数据；通过空间统计可以对地理现象进行数量和空间分布的分析；通过空间模拟可以预测和模拟未来的地理现象变化。
地理信息系统还可以进行网络分析、三维分析、地图代数等高级空间分析。
4.数据可视化与表达：地理信息系统可以将地理空间数据和属性数据进行可视化和表达，以辅助用户更好地理解地理现象。
通过地图显示、图表生成等方式，可以将地理空间数据以形象直观的方式呈现给用户。
地理信息系统还可以进行图像生成、图形输出和多媒体展示等功能，以满足不同用户的需求。
地理信息系统的原理不仅包括上述内容，还包括数据的获取与更新、数据的精度与准确性、数据的共享与安全等方面。
随着信息技术的快速发展，地理信息系统在城市规划、资源管理、环境评估、应急响应等领域发挥着重要作用，为人们提供了更为便捷和高效的地理信息服务。
地理信息系统基本原理
地理信息系统基本原理地理信息系统（Geographical Information System，简称GIS）是一种将地理空间数据与属性数据进行管理、分析和可视化的工具。
GIS的基本原理包括地理数据收集、地理数据存储、地理数据分析和地理数据可视化四个方面。
首先，地理数据的收集是GIS的第一步。
地理数据可以通过遥感技术获取，如卫星图像、航空摄影图像等；也可以通过现场调查和测量获得，如地形测量、水文测量等。
收集到的地理数据需要具备一定的准确性和完整性，以保证后续的分析和应用的可信度。
其次，地理数据的存储是GIS的关键环节。
地理数据存储可以通过数据库管理系统来实现，利用空间数据库管理空间数据，利用属性数据库存储属性数据。
地理数据应该按照一定的数据模型和数据结构进行组织和管理，以便于后续的查询、分析和可视化。
然后，地理数据的分析是GIS的核心功能之一。
地理数据分析可以通过空间分析、属性分析和网络分析等方法来实现。
空间分析可以用来探索地理数据之间的空间关系，如邻近、重叠、连接等；属性分析可以用来挖掘地理数据的属性特征，如统计、分类、建模等；网络分析可以用来研究地理空间网络的路径、距离和流量等。
最后，地理数据的可视化是GIS的重要输出方式。
地理数据可视化可以通过制作地图、图表和动画等形式来展示地理数据的分布和变化。
地理数据的可视化可以帮助人们更直观地理解地理现象和掌握地理规律，对于决策和规划具有重要的参考价值。
综上所述，地理信息系统基于地理数据的收集、存储、分析和可视化原理，实现对地理空间信息的有效管理和应用。
通过GIS，人们可以更好地了解地球表面的各种地理现象和规律，为决策和规划提供科学依据。
GIS地理信息系统空间分析
视觉信息叠加 矢量图层叠加
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
空间叠加地学原理
地理学原理 在进行地学综合分析时，有时需 要提取同一地区不同专题的属性。 例如，某地在进行农作物估产时， 需要提取该地区的土地利用、气 温、降水、日照时间等基本信息 (这些信息常常是分布于不同的 专题地图中)，然后再应用估产 模型进行分析。 实现方法 传统的透明材料叠加方法 GIS中实现方法
生成缓冲区的 主要目的是为 了进一步进行 空间叠加分析 或图形运算。
网络分析
地学原理 数据结构 基本功能
网络分析地学原理
网络分析是运筹学模型中的一个基本模型，它的根本 目的是研究、筹划一项网络工程如何安排，并使其运 行效果最好，如一定资源的最佳分配，从一地到另一 地的运输费用最低等。其基本思想则在于人类活动总 是趋于按一定目标选择达到最佳效果的空间位置。这 类问题在社会经济活动中不胜枚举。 对地理网络(如交通网络)、城市基础设施网络(如各种 网线、电力线、电话线、供排水管线等)进行地理分析 和模型化，是地理信息系统中网络分析功能的主要目 的。
缓冲区分析应用举例
在进行缓冲区分析时，通常将研究问题抽象为 以下三类因素进行分析
确定主体，表示分析的主要目标 确定客体，表示受到主体影响的地理实体 确定作用条件，表示主体对客体施加影响的方式。 （线性模型，指数模型，对数模型等）
线缓冲分析 多重缓冲分析
线缓冲分析
多重缓冲分析
分析讨论
DTM模型的应用
地形因子的自动提取
空间矢量分析 坡度提取 坡向提取 其他因子的提取
GIS空间分析理论与方法复习资料
GIS空间分析理论与方法第一章绪论1.空间分析概念GIS空间分析是从一个或多个空间数据图层获取信息的过程。
空间分析是集空间数据分析和空间模拟于一体的技术，通过地理计算和空间表达挖掘潜在空间信息，以解决实际问题（刘湘南等, 2008)。
2.空间分析与GIS的关系空间分析是地理信息系统的核心和灵魂。
空间分析是地理信息系统的主要特征,是评价一个地理信息系统的主要指标之一。
3.空间分析在GIS中的地位和作用空间分析是GIS的核心;空间分析是GIS的核心功能；空间分析的理论性和技术性第二章GIS空间分析的基本理论1.空间分析有哪些理论?空间关系理论；地理空间认知理论；地理空间推论理论;空间数据的不确定性分析理论2.简述空间关系的类型及各类型的特点？GIS空间关系主要分为顺序关系、度量关系和拓扑关系三大类型。
顺序关系描述目标在空间中的某种排序,主要是目标间的方向关系，如前后左右、东西南北等。
度量关系是用某种度量空间中的度量来描述的目标间的关系，主要是指目标间的距离关系。
拓扑空间关系是指拓扑变换下的拓扑不变量,如空间目标的相邻和连通关系，以及表示线段流向的关系。
3.简述拓扑空间关系的特点？拓扑空间关系是指拓扑变换下的拓扑不变量，如空间目标的相邻和连通关系,以及表示线段流向的关系.拓扑变换：拓扑所研究的是几何图形的一些性质,它们在图形被弯曲、拉大、缩小或任意的变形下保持不变,只要在变形过程中不使原来不同的点重合为同一个点，又不产生新点。
拓扑变换的条件：在原来图形的点与变换了图形的点之间存在着一一对应的关系,并且邻近的点还是邻近的点。
拓扑关系表达的代表性模型：4元组模型、9元组模型、基于V oronoi图的V91模型、RCC 模型、空间代数模型4.简述方向空间关系的类型和特点？方向关系是顺序关系中的最主要的关系。
方向关系的描述方式包括定量描述和定性描述两种。
一般方向关系的形式化描述：使用的是绝对方向关系参考。
九种方向关系：正东：restricted—east（pi，qi）≡X（pi)>X(qi）∧Y(pi）=Y（qi）5.简述距离关系的类型和计算方法？欧氏距离、切比雪夫距离、马氏距离、明氏距离P216.简述空间关系描述模型的评价准则?一般从完备性、严密性、唯一性、通用性1.空间关系表达是否是形式化的、无歧义的2.表达的完备性3.表达的可靠性4.表达的唯一性5.表达的课推理性7.简述时空空间关系的特点？地理实体之间的空间关系往往随着时间而变化,时间关系交织在一起就形成了多种时空关系。
地理信息系统原理与方法
（1）拓扑邻接
–拓扑邻接指存在于空间图形的同类元素之间的 拓扑关系。结点邻接关系有N1/N4，N1/N2···等； 多边形邻接关系有P1/P3，P2/P3 ···等。
地理信息系统原理与方法
（2）拓扑关联
• 拓扑关联指存在于空间图形的不同类元素之间的 拓扑关系。结点与弧段关联关系有N1/C1、C3、C6， N2/C1、C2、C5 ···等。多边形与线段的关联关系 有P1/C1、C5、C6，P2/C2、C4、C5、C7等。
x16,y16; x17,y17; x18,地y1理8;信x息24,系y2统4;原x理23,与y2方3;法x27,y27; x26,y26; x25,y25; x16,y16
2.2.4 DIME结构
• 双重独立地图编码，简称DIME结构（Dual • Independent Map Encoding）。它是由美国人口调查 • 局建立起来的为人口调查目的而设计的一种拓扑编码方法， • 是一种把几何量度信息（直角坐标）与拓扑逻辑信息结 • 合起来的系统。 • DIME文件的基本元素是连接两个端点（结点）的一条线段 • （街段）、线段始结点和终结点标识符、伴有这两个结点 • 的坐标及线段两侧的区域代码（左区号和右区号）。根据 • 结点标识符和结点坐标建立结点坐标文件。根据结点、线段、 • 多边形间的拓扑关系建立拓扑结构文件。在这种结构中， • 线段通常被认为是直线型的，复杂的曲线由一系列逼近曲线 • 的直线段来表示。结点与结点或者面域与面域之间为邻接关 • 系，而结点与线段或面域与线段之间为关联关系,。
关系，用数字式表达这
种关系就是：
x y
f1 (, ) f2 (, )
为平面坐标，为球面地理坐 标
地理信息系统原理与方法
距离倒数加权法和三角测量
距离倒数加权法和三角测量
距离倒数加权法和三角测量是地理信息系统（GIS）中常用的两种空间分析方法。
它们都可以用来计算地理空间中的距离和位置，但是它们的原理和应用场景有所不同。
距离倒数加权法是一种基于距离的空间分析方法。
它的基本原理是，距离越近的点对目标点的影响越大，距离越远的点对目标点的影响越小。
因此，距离倒数加权法会根据距离的远近对数据进行加权，从而得出最终的结果。
这种方法常用于地理空间中的插值分析，例如在地图上绘制等高线或者温度等值线时，就可以使用距离倒数加权法来计算每个点的高度或者温度值。
三角测量是一种基于角度和距离的空间分析方法。
它的基本原理是，通过测量三角形的三个角度和其中一个角对应的边长，可以计算出三角形的其他边长和角度。
这种方法常用于地理空间中的位置测量，例如在地图上标注一个点的位置时，就可以使用三角测量来计算出该点的经纬度坐标。
距离倒数加权法和三角测量都有其优缺点。
距离倒数加权法适用于密集的数据点，可以有效地插值出缺失的数据值。
但是，它对距离的计算非常敏感，如果数据点分布不均匀，就可能导致插值结果不准确。
三角测量适用于测量位置和距离，可以精确地计算出地理空间中的位置和距离。
但是，它需要测量三角形的角度和边长，需要较高的技术水平和测量设备，而且在测量过程中可能会受到地形和天气等因素的影响。
总的来说，距离倒数加权法和三角测量都是GIS中常用的空间分析方法，它们可以互相补充，用于不同的应用场景。
在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的方法，以获得准确的分析结果。
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DTM的数字采集与表示
表示方法
数学分块曲面表示方法 规则网格【Grid】表示法——结构简单、计算方便，但 地形简单的地区存在大量冗余数据 如不改变格网大小，则无法适用于起伏程度不同 的地区 对于某些特殊计算如视线计算时，格网的轴线方 法被夸大 由于栅格过于粗略，不能精确表示地形的关键特 征，如山峰、山谷…
面状图、现状图和点状图之间的复合 面状图区域边界之间或一个面状图与其它专题区域边界复合 遥感图像和专题地图的复合 专题地图与数字高程模型复合显示立体专题图 遥感影像与DEM复合生成真三维地物景观
叠加分类模型
定义——根据复合的数据平面各类别的空间关系重新划分空 间区域，使每个空间区域内各空间点的属性组合一致。
提取要素为”2”的聚类结果
聚类、聚合分析
聚合分析——指根据空间分辨力和分类表，进行数据类型的
合并或转换以实现空间地域的兼并。
1、2合并为b，3、4 合并为a
2、3合并为c，1、4 合并为d
应用领域——DTM、遥感图像处理…
信息复合分析
视觉信息复合
叠加分类模型
视觉信息复合
定义——将不同专题的内容叠加显示在结果图件上，以便系 统使用者判断不同专题地理实体的相互空间关系，获得更为 丰富的信息。
空间数据量算
空间数据内插 空间信息分类 空间统计分析
空间数据量算
一、质心计算
定义——描述地理目标空间分布的最有用的单一量算 量是目标的质心位置。
i为离散目标 Wi为目标权重 Xi、Yi为目标坐标
应用——可以跟踪某些地理分布的变化，例如人口的 变迁、土地类型的变化…
空间数据量算
二、几何量算
点状目标——坐标 线状目标——长度、曲率、方向等 面状目标——面积、周长等 体状目标——表面积、体积等
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
空间信息分类
系统聚类分析——根据多种地学要素对地理实体划分 类别的方法，根据实体间的相似程度，逐步合并为若 干类别 判别分析——根据理论和实践，预先确定出等级序列 的因子标准，再将分析的地理实体安排到序列的合理 位置上
空间统计分析
常规统计分析——数据集合的均值、总和、方差、频 数、峰度系数等参数的计算
专家打分模型——专家打分模型将相关的影响因素按 其相对重要性排队，给出各因素所占的权重值；对 每一要素内部进行进一步分析，按其内部的分类进行 排队，按各类对结果的影响给分，从 而得到该要素 内各类别对结果的影响量，最后系统进行复合，得出 排序结果，以表示对结 果影响的优劣程度，作为决 策的依据
Section 5 数字地面模型及其应用
征信息的值；up,vp为第P号点的二维坐标。m为地面特 征信息的个数，n为地面点的个数 当m=1，且fi表示为地面高程时，up,vp为矩阵行列号时， 则【1】表达的是数字高程模型，即DEM，其为DTM的 一个子集
DTM的数字采集与表示
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
Chapter 6
GIS空间分析原理与方法
Section 2 栅格数据分析基本模式
聚类、聚合分析
信息复合分析 追踪分析 窗口分析
聚类、聚合分析
定义——将一个单一层面的栅格数据系统经某种变换而得 到一个具有新含义的栅格数据系统的数据处理过程 聚类分析——根据设定的聚类条件对原有数据系统进行有选 择的信息提取而建立新的栅格数据系统的方法。
窗口分析
定义——对于栅格数据系统中的一个、多个栅格点或全部数 据，开辟一个有固定分析半径的分析窗口，并在该窗口内进 行诸如极值、均值等一系列统计计算，或与其它层面的信息 进行必要的复合分析，从而实现栅格数据有效的水平方向扩 展分析
Mean——平均值 Maximum——最大值 Minimum——最小值 Median——中值 Sum——和 Range——范围 Majority——最多数的值 Minority——最少数的值 Variety——不同值的个数
DTM在地图制图与地学分析中的应用
DEM地形分析——地表粗糙度的计算
地表粗糙度反映地表的起伏变化和侵蚀程度，在实际 应用中，以格网顶点空间对角线L1和L2的中点距离差 的绝对值——D来表示
DTM在地图制图与地学分析中的应用
DEM地形分析——地表曲率的计算
地面剖面曲率——地面坡度的坡度，指地面坡度的变化 率 地面平面曲率——地面坡向的坡度，指地面坡向的变化 率
DTM的数字采集与表示
表示方法
不规则三角网【TIN】表示法——克服了高程矩阵中冗 余数据的问题，而且能更加有效地用于各类以DTM为 基础的计算。但其结构复杂。
点-内插方法
分块内插
部分内插 单点移面内插
DTM在地图制图与地学分析中的应用
绘制等高线
DTM在地图制图与地学分析中的应用
DTM & DEM
DTM的数据采集和表示 DTM空间内插方法 DTM在地图制图与地学分析中的应用
DTM & DEM
两者都很重要，是GIS重要的数据源
DTM——利用一个任意坐标场中大量选择的已知x、y、 z的坐标点对连续地面的一个简单的统计表示，表达 广义。
【1】Kp＝fk(up,vp) (k＝l，2，3，…，m; p＝1， 2，3，…，n) Kp是第P点（通常是一个正方形块）的第K类地面特
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
网络分析
一、路径分析
静态求最短路径 动态分段求最短路径 N条最佳路径分析 最短路径 动态最佳路径分析
网络分析
二、地址匹配
实质是对地理位置的查询，涉及到地址的编码
三、资源分配
两种：中心向四周输出；四周向中心集中
资源分配模型可用来计算中心地的等时区、等交通距 离区、等费用距离区等
Section 4 其它空间分析方法
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
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
DTM在地图制图与地学分析中的应用
谷脊特征分析
DTM在地图制图与地学分析中的应用
DEM地形分析——水文分析
自由学习，不作要求…
DTM在地图制图与地学分析中的应用
可视性分析
可视性分析基本因子 1）两点间的通视性 2）可视域
可视性分析的基本用途 1）可视查询 2）可视域的计算 3）水平可视计算——寻找距离观察点最远的可视点
分析窗口类型 Arc/View中的窗口分析类型
Section 3 矢量数据分析基本模式
包含分析
缓冲区分析 多边形叠置分析 网络分析
包含分析
点点包含、点线包含——计算点点距离、点线距离 点面包含——常用铅垂线算法，即沿点做一铅垂线，计算 面边界的交点个数，为奇数则点必在面内
应用领域——地图的自动分色、地图内容从面向点的制图 综合、面状数据从矢量向栅格的转换、区域内容的自动计 数…
四个数据点正方形排列时，边长为L，则内插点的高程为
局部拟合技术
二、移动拟合法 原理：定义一个合适的局部函数去拟合周围的数据点，通 过解求拟合函数，解求出待定点的内插值
一般拟合函数
参与点满足条件 ，且个数不少于6个
落入圆内的参与点，对待定点的作用不同。越近影响越 大，即所占权重越大，权的形式有： 距离平方分之1 半径减去距离平方除以距离 e的-距离平方/半径平方的次方
焦作“惠利佳超市”分布图
网络分析
最佳路径——起始点到终点的最短距离或花费最少的路线 最佳布局中心位置——各中心所覆盖范围内任一点到中心 的距离最近或花费最小 网络属性
链——网络中流动的管线，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节点上状态属性 的阻力 中心——接受或分配资源的位置 站点——在路径选择中资源增减的站点
逻辑判断复合法
叠加分类模型
数学运算复合法
算术运算
函数运算——土壤侵蚀因子函数 运算复合分析示意图
追踪分析
定义——对于特定的栅格数据系统，由某一或多个起点，按
照一定的追踪线索进行追踪目标或者追踪轨迹信息提取的空
间分析方法…
应用领域——扫描图件矢量化、
利用DEM自动提取等高线和污
染源的追踪…
由追踪法提取地面水流路径