GIS-7 第八章 空间分析
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。
第八章GIS空间分析
8.4.空间数据量算
查询和定位空间对象，并对空间对象进行 量算是GIS的基本功能之一，它是地理信息系统 进行高层次分析的基础。在地理信息系统中， 为进行高层次分析，往往需要查询定位空间对 象，并用一些简单的量测值对地理分布或现象 进行描述，如长度，面积，距离，形状等。实 际上，空间分析首先始于空间查询和量算，它 是空间分析的定量基础。
8.2.2空间查询语言
作为与数据库交互的主要手段，查询语言是 数据库管理系统的一个核心要素。对数据库来 说，一个简单的获取数据库数据的要求被定义 为一个查询，而为此目的开发的语言称为查询 语言。近几十年来，曾今出现了许多的查询语 言，但它们中只有一种最为流行：结构化查询 语言(SQL)。
标准数据库查询语言
SQL(Structured Query Languarge)语言是 1974年由Boyce和Chamberlin提出的。在IBM公 司San Jose Research Laboratory研制的 System R上实现了这种语言。由于它功能丰富、 使用方式灵活、语言简洁易学等突出优点，在 计算机工业界和计算机用户中倍受青睐并深深 扎根。它的功能包括查询(Query)、操纵 (Manipulation)、定义(Definition) ,控制 (Control)四个方面，是一个综合的、通用的、 功能极强的关系数据库语言。
2.空间分析步骤 （1）建立分析的目的和标准 （2）准备空间操作的数据 （3）进行空间分析操作 （4）准备表格分析的数据 （5）进行表格分析 （6）结果的评价和解释 （7）如有必要，改进分析 （8）产生最终的结果图和表格报告
查询
检索
属性查询 空间查询 定位检索 区域检索 条件检索 空间关系检索
点—点 线—线 面—面 点—线 线—面 点—面
第8讲-GIS空间分析
6.1 空间分析的内容与步骤
2、准备空间操作的数据 即收集、输入空间数据和属性数据。 例如：地理底图数据、地籍数据、土壤数据等。
3、进行空间分析
作空间位置的处理和分析（包括检索、提取、缓 冲区分析、叠置分析等），以满足第一步提出的标准； 作属性数据的处理和分析（加所需的属性项）。
6.1 空间分析的内容与步骤
迁、土地利用的变化。
假设有n个离散点（X1,X2）(X2,Y2)„(Xn,Yn),可用 下列不同的方法来表示分布中心。
算术平均中心、加权平均中心、中位中心、极值中心
6.2 空间度量算法
6.2.4 分布中心的计算
假设有n个离散点（X1,X2）(X2,Y2)„(Xn,Yn),可用 下列不同的方法来表示分布中心。
GIS 与环境信息系统
重庆三峡学院环化学院
6 空间分析
空间分析是综合分析空间数据的技术的通称。空 间分析有着十分丰富的内涵，它是构成地理信息系统 的核心部分之一，在整个地理数据的应用中发挥着举
足轻重的作用，也是GIS区别与其它信息系统的一个显 著标志。
6 空间分析
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 形成、空间演变等信息。它具有很强的目的性。是一 种面向应用的空间处理方法。 空间分析目的：是通过对空间数据的深加工和分 析，获取新的信息。是为了解决实际问题，是面对用 户的。 空间分析结果：图形、属性数据。
6 空间分析
空间分析的内容与步骤
6.2 空间度量算法 6.3 数据检索与表格分析 6.4 叠置分析 6.5 缓冲分析
6.6 网络分析
6.1 空间分析的内容与步骤
ArcGIS软件与应用 第8章 GIS空间分析
图8.19 相交原理图
33
下面以分析一个规划待建的物流园区涉及哪些土 地类型及每类土地占用多少面积为例进行相交操作应 用说明。操作步骤如下。 （1）打开“…第八章\矢量数据的空间分析\叠置 分析\相交\相交分析.mxd”地图文件，数据效果 如图8.20所示。
34
图8.20 相交操作的实验数据
13
图8.6 添加【缓冲向导】工具
14
（3）在工具栏中选择【选择要素】按钮，选中待 拓宽的道路，如图8.7所示。
图8.7 选中要创建缓冲区的道路
15
（4）单击【工具】工具条中的【缓冲向导】，弹出 【缓冲向导】对话框，如图8.8所示。选中【图层中 的要素】单选按钮，在下拉列表中选择要建立缓冲区 的图层“道路中心线”，钩选【仅使用所选要素】复 选框。
43
图8.27 联合分析前图层
图8.1 缓冲区分析实验数据
7
（2）单击【编辑器】工具条中的【编辑器】→【开始编辑】， 然后单击【缓冲区】菜单，弹出【缓冲】对话框，单击【模板】 按钮，在弹出的【选择要素模板】对话框中选择缓冲区，返回 【缓冲】对话框，设置距离为30，如图8.2所示，单击【确定】 按钮，在地图显示区显示创建的缓冲区，如图8.3所示。
25
图8.14 多环缓冲区对话框
26
（4）单击【多环缓冲区】对话框中的【确定】按钮，多环缓 冲区建立完成，不同距离的缓冲区以不同颜色区分，如图8.15 所示。从图中可以轻易地看出银行网点在缓冲区内的分布情况。
图8.15 多环缓冲区
27
叠置分析是指在统一的空间坐标系下，通过对包含感 兴趣的空间要素对象的多个地理要素图层进行叠加， 产生一个新地理要素图层，该图层综合了原来多层实 体要素所具有的空间或属性特征。从运算的角度来看， 涉及两个或两个以上的地理要素图层之间的逻辑交、 逻辑并、逻辑差等基本运算。
GIS基本空间分析
GIS基本空间分析
首先，空间数据的获取与处理。
GIS使用各种技术手段收集和获取空
间数据，包括地理测量、遥感技术、全球定位系统等。
获取的数据需要进
行处理和预处理，包括数据清理、数据转换和数据集成等操作，以确保数
据质量和一致性。
其次，地理数据的可视化和表达。
GIS可以将地理数据以图形化的方
式展示出来，形成地图或图表。
通过可视化分析，可以直观地展示地理现
象和空间关系，帮助人们更好地理解和认识地理空间的特征和规律。
第四，空间查询和空间综合分析。
通过GIS的空间查询功能，可以根
据地理位置或属性值来查询和检索地理数据，从而快速获取所需信息。
空
间综合分析则是在空间查询的基础上，对多个数据集进行综合分析，得出
更加全面和准确的结论。
这些方法可以帮助我们对地理现象进行监测和评估，发现潜在问题和趋势，为决策提供科学依据。
最后，GIS基本空间分析还包括一些专门的技术和方法，如地图代数、空间插值和网络分析等。
这些方法可以帮助我们进行多种复杂的空间分析，如路径分析、可达性分析、资源分配和规划等。
这些方法在城市规划、环
境管理、交通规划等领域具有广泛应用。
总的来说，GIS基本空间分析是地理信息系统中重要的分析方法，可
以帮助我们认识和理解地理空间的特征和规律，为决策提供科学依据。
通
过空间数据的获取与处理、地理数据的可视化和表达、空间模式与空间关
系的分析、空间查询和空间综合分析以及一些专门的技术和方法，GIS基
本空间分析为我们理解和应用地理信息系统提供了基础。
邬伦_第8章 空间分析教材
冲区边线的有效 组成部分；重叠 多边形不是缓冲 区边线的有效组 成，不参与缓冲 区边线的最终重 构。
左逆重
右逆岛
基于栅格结构缓冲区分析
基于栅格结构也可以作缓冲区分析，通常称为推 移或扩散（Spread）。推移或扩散实际上是模拟 主体对邻近对象的作用过程，物体在主体的作用 下在一阻力表面移动，离主体越远作用力越弱。 例如可以将地形、障碍物和空气作为阻力表面， 噪声源为主体，用推移或扩散的方法计算噪声离 开主体后在阻力表面上的移动，得到一定范围内 每个栅格单元的噪声强度。
5.4 多边形叠加
多边形叠加将两个或多个多边形图层进行叠加产 生一个新多边形图层的操作，其结果将原来多边 形要素分割成新要素，新要素综合了原来两层或 多层的属性。
多边形叠加过程
几何求交过程 求出所有多边形边界线的交点，再根据这些交点 重新进行多边形拓扑运算，对新生成的拓扑多边 形图层的每个对象赋一多边形唯一标识码，同时 生成一个与新多边形对象一一对应的属性表。 属性分配过程 将输入图层对象的属性拷贝到新对象的属性表中， 或把输入图层对象的标识作为外键，直接关联到 输入图层的属性表。
º ¼
º ± Ö £ Á ô ¼ Á · ö ä Ê È ë Í » ² ã Ä ¸ µ « ² ¸ Ç ø ò Ó
矢量数据的叠置分析示例
5.5 栅格图层叠加
能够极为便利地进行同地区多层面空间信息的自 动复合叠置分析，是栅格数据一个最为突出的优 点。正因为如此，栅格数据常被用来进行区域适 应性评价、资源开发利用、规划等多因素分析研 究工作。在数字遥感图象处理工作中，利用该方 法可以实现不同波段遥感信息的自动合成处理； 还可以利用不同时间的数据信息进行某类现象动 态变化的分析和预测。
ArcGIS空间分析的基本操作
练习51.空间分析的基本操作空间分析模块 .............................................................................................. 错误!未定义书签。
1. 了解栅格数据 ......................................................................................... 错误!未定义书签。
2. 用任意多边形剪切栅格数据(矢量数据转换为栅格数据) ......................... 错误!未定义书签。
3. 栅格重分类(Raster Reclassify) ............................................................. 错误!未定义书签。
4. 栅格计算－查询符合条件的栅格(Raster Calculator) ............................ 错误!未定义书签。
5. 面积制表（Tabulate Area） ................................................................. 错误!未定义书签。
6. 分区统计(Zonal Statistic) ..................................................................... 错误!未定义书签。
7. 缓冲区分析(Buffer) ................................................................................ 错误!未定义书签。
8. 空间关系查询 ......................................................................................... 错误!未定义书签。
GIS的核心之一：空间分析
第8章GIS基本空间分析空间分析是从空间数据中获取有关地理对象的空间位置、分布、形态、形成和演变等信息的分析技术，是地理信息系统的核心功能之一，它特有的对地理信息的提取、表现和传输的功能，是地理信息系统区别于一般管理信息系统的主要功能特征。
在空间分析的研究和实践中，很多在应用领域具有一定普遍意义的、涉及空间位置的分析手段和方法被总结、提炼出来，形成了在GIS软件中均包含的一些固有的空间分析功能模块。
这些功能具有一定的通用性质，故而称之为GIS基本空间分析，具体的有叠置分析、缓冲区分析、窗口分析和网络分析。
了解GIS基本空间分析对于进一步掌握复杂空间分析方法，具有一定的指导意义。
8.1叠置分析叠置分析是地理信息系统中常用的提取空间隐含信息的方法之一，叠置分析是将有关主题层组成的各个数据层面进行叠置产生一个新的数据层面，其结果综合了原来两个或多个层面要素所具有的属性，同时叠置分析不仅生成了新的空间关系，而且还将输入的多个数据层的属性联系起来产生新的属性关系。
其中，被叠加的要素层面必须是基于相同坐标系统的，图8.1 叠置分析结构框架基准面相同的、同一区域的数据。
按照GIS中最常用的两种数据结构将叠置分析分成矢量数据叠置分析和栅格数据叠置分析，具体如图8.1。
根据操作形式的不同，叠置分析可以分为图层擦除、交集操作、图层合并等；根据操作要素的不同，可以将矢量数据叠置分析分成点与多边形叠加、线与多边形叠加、多边形与多边形叠加，栅格数据叠置分析分为单层与多层栅格数据叠置分析。
要注意的是这里也要对属性进行一定的操作，所指的属性是较为简单的属性值，但注解属性，尺度属性，网络属性等均不能作为输入的属性值。
8.1.1矢量数据的叠置分析1.点与多边形叠置点与多边形叠置，是指一个点图层与一个多边形图层相叠，叠置分析的结果往往是将其中一个图层的属性信息注入到另一个图层中，然后更新得到的数据图层；基于新数据图层，通过属性直接获得点与多边形叠加所需要的信息。
GIS空间分析原理与方法(八)
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。 基本思想在于人类活动总是趋向于按一定目 标选择达到最佳效果的空间位置。
网络分析的主要用途是：选择最佳路径；选 择最佳布局中心的位置。 网络分析的基本方法： • 路径分析：1、静态求最佳路径；2、动态分段技 术；3、N条最佳路径分析；4、最短路径。 • 地址匹配：实质是对地理位置的查询，涉及地址 编码。 • 资源分配：网络模型由中心点及其状态属性和网 络组成。
最短路径(Network Analyst)
网络中的基本组成部分和属性： • 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、电站等。其状态属性包括资源容量，如总 的资源量；阻力限额，如中心与链之间的最大距 离或时间限制。 • 站点：在路径选择中资源增减的站点，如库房、 汽车站等，其状态属性有要被运输的资源需求， 如产品数。
最短ห้องสมุดไป่ตู้径(TSP问题)
gis空间分析
gis空间分析【GIS空间分析】GIS空间分析（Geographic Information System）是指利用计算机和特殊软件技术对地理、地貌、地质、水文等地球表层信息进行科学分析和处理的一种技术手段。
它通过空间数据的获取、管理、分析和可视化展示，帮助人们深入了解地理空间关系，从而在地理决策、规划和管理中发挥重要作用。
本文将从GIS空间分析的定义、原理、应用以及未来发展等方面进行探讨，以期给读者对这一领域有一个系统、全面的了解。
一、GIS空间分析的定义GIS空间分析是通过对空间数据进行处理和分析，以实现地理空间信息的获取、提取、融合和展示的一种技术手段。
它结合了计算机科学、地理学、数学和统计学等多学科的知识，通过对地理空间数据进行空间关系、属性关系和统计关系的分析，从而揭示地理空间的内在规律。
GIS空间分析可以对地理空间数据进行分类、查询、计算和模拟，进而为地理决策提供科学支持。
二、GIS空间分析的原理GIS空间分析的原理基于空间数据的统计分析和空间拓扑分析，主要包括以下几个方面：1. 空间统计分析：通过统计学方法对地理空间数据进行描述、分布和变异等分析，揭示地理现象的空间规律。
例如，可以通过点密度分析、缓冲区分析和空间插值等方法，推测出分布在特定区域的事件规律，为决策提供依据。
2. 空间拓扑分析：通过对地理空间数据进行空间关系和拓扑关系分析，揭示地物之间的相互作用和约束关系。
例如，可以使用拓扑关系分析方法，判断道路网的连通性和阻断情况，为交通规划和设施布局提供支持。
3. 空间模拟分析：通过对地理空间数据进行模拟和预测，揭示不同因素对地理现象的影响和变化趋势。
例如，可以使用地理模型和算法，模拟城市扩张、环境变化等情景，并评估不同决策方案的效果。
4. 空间可视化分析：通过将分析结果以图形、图像或动画的形式展示，帮助人们直观地理解和掌握地理空间的特征和规律。
例如，通过空间分析结果的可视化呈现，可以使决策者更好地理解地理现象，从而做出科学决策。
第八章 智能化空间分析
行的计算机模拟研究，是模拟生物在自然环境中的遗传和进化 过程而形成的一种自适应优化概率搜索算法。80年代后遗传算 法得到广泛的应用。
◆1980年代末以后，神经网络、模糊逻辑与遗传算法开始进行 交叉和结合，形成了人工智能的新的研究方向——智能计算 （Computational intelligence）。
◆容错性 神经元网络和模糊推理系统都有很好的 容错性，从神经元网络中删除一个神经元，或从模糊推 理系统中去掉一条规则，并不会破坏整个系统，由于具 有并行和冗余的特征，系统可以继续工作。
◆全局优化 传统的计算方法一般采用的是梯度下降的爬 山策略，遇到多峰函数时容易陷入局部最优，遗传算法能在解 空间的多个区域内同时进行搜索，并且能够以较大的概率跳出 局部最优以找出整体最优解。
第16页，共22页。
◆不确定性 智能计算的不确定性是伴随其随机性而 来的，其主要操作都含有随机因子，从而在算法的进化过 程中，事件发生与否带有较大的不确定性。
◆强化计算 智能计算不需要很多待求解的背景知识， 而主要依赖于大量快速的运算，从数据集中寻找规则或者 规律，这是智能计算的主要特征。
第17页，共22页。
智能计算并不是单一的方法，而是众多方法和技术的集 合，实际应用中更多的是将多种方法有机结合起来，寻求 效率的最大化。
第20页，共22页。
8.2 模糊空间分析
第21页，共22页。
谢谢大家
第22页，共22页。
第12页，共22页。
2 智能计算的概念 智能计算也称为“软计算”，迄今为止没有统一的定义，
大体有以下几种：
GIS空间分析
Cov{Z(x)， Z(x+h)}=E[Z(x)Z(x+h)]-m2=C(h)，任意x,h
• （2）内蕴假设
• 一些自然现象和随机函数具有无限离散性，这时 区域化变量Z(x)的增量Z(x)-Z(x+h)满足下列两个 条件时，就称该区域化变量满足内蕴假设：
随机场Z(x)的自协方差函数亦称为协方差函 数，一般地，协方差函数依赖于空间点x和 向量h。当h=0时，协方差函数变为
Cov(x，x+0)=E[Z(x)]2—{E[Z(x)]}2
(6.3)
• 3. 变异函数
变异函数在一维条件下，当空间点x在一维x轴上变 化时，区域变量Z(x)在点x和x+h处的值Z(x)与 Z(x+h)差的方差一半定义为区域变量Z(x)在x轴上 的变异函数，记为γ(x，h)，即
随机函数Z(x)的增量Z(x)-Z(x+h)只依赖于分隔它 们的向量h，而不依赖于具体位置x，这样，被向量 h分割的每一对数据[Z(x)，Z(x+h)]可以看成是一 对随机变量{Z(x1)，Z(x2)}的一个不同现实，而半变 异函数γ(h)的估计量γ*(h)为
γ＊(h)=1/2N(h)*∑[Z(xi)-Z(xi+h)]2
N(h) 36 27 21 13
5 N(h) 32 21 13
8
2
5.35 9.26 17.55 25.69 22.90
7.06 12.95 30.85 58.13 50.00
(h)
(h)
• 4. 平稳性假设及内蕴假设
• （1）平稳性假设
设某一随机函数Z(x)，其空间分布律不因平移而改变，即 若对任一向量h，关系式 G(z1,z2,…,x1,x2,…)=G(z1,z2,…,x1+h,x2+h,…) 成立时，则该随机函数为平稳性随机函数。
第8章 空间分析
质心量测常用于宏观经济分析和市场区位选择， 质心量测常用于宏观经济分析和市场区位选择，还 可跟踪地理分布的变化，如人口变迁，土地类型变化等。 可跟踪地理分布的变化，如人口变迁，土地类型变化等。
第一节 空间查询与量算
（四）距离量算 描述两实体的远近程度,常用欧氏距离。通常求两地间距 描述两实体的远近程度,常用欧氏距离。 离或一地到所有其它地的距离（距离表面）。 ）。如路程行驶时间 离或一地到所有其它地的距离（距离表面）。如路程行驶时间 与两地距离成正比，从一固定点出发， 与两地距离成正比，从一固定点出发，特定时间后所达到的点 形成各向同性距离表面。但实际耗费与路况、运输工具等有关， 形成各向同性距离表面。但实际耗费与路况、运输工具等有关， 特定时间在各方向上不同距离，形成各向同性距离表面。（ 。（图 特定时间在各方向上不同距离，形成各向同性距离表面。（图 8-2）
图8-2：各向同性和各向异性的距离表面
第一节 空间查询与量算
图8-3：欧氏距离、曼哈顿距离和一种非欧氏距离 欧氏距离、
第一节 空间查询与量算
考虑阻力影响称耗费距离，其距离表面称阻力表面。 考虑阻力影响称耗费距离，其距离表面称阻力表面。 物质在空间中移动要花费代价，如资金、时间等。 物质在空间中移动要花费代价，如资金、时间等。属 性值代表阻力大小。根据阻力表面计算最小耗费距离。 性值代表阻力大小。根据阻力表面计算最小耗费距离。 欧氏距离）几何量算 几何量算对点、线、面地物有不同含义： 几何量算对点、 面地物有不同含义： 点状地物（ ）：坐标 坐标； 点状地物（0维）：坐标； 线状地物（ ）：长度 曲率，方向； 长度， 线状地物（1维）：长度，曲率，方向； 面状地物（ ）：面积 周长，形状， 面积， 面状地物（2维）：面积，周长，形状， 曲率等； 曲率等； 体状地物（ ）：体积 表面积等。 体积， 体状地物（3维）：体积，表面积等。
《GIS空间分析》课件
GIS空间分析的定 义和重要性
GIS空间分析的主 要方法和技术
GIS空间分析的应 用领域和案例
GIS空间分析的发 展趋势和挑战
智能化：GIS空间分析将更加智能化，能够自动识别和分析空间数据 实时化：GIS空间分析将更加实时化，能够实时获取和分析空间数据 集成化：GIS空间分析将更加集成化，能够与其他领域进行集成分析 云化：GIS空间分析将更加云化，能够利用云计算技术进行大规模空间数据分析
添加标题
应用领域：GIS空间分析广泛应用于城市规划、交通规划、环境评估、资源管理、灾害预警等领域。
添加标题
技术发展：随着计算机技术、网络技术、大数据技术的不断发展，GIS空间分析的技术和方法也在不断更 新和优化，为解决实际问题提供了更加强大的支持。
空间数据的获取和处理 空间数据的分析和建模 空间数据的可视化和展示 空间数据的应用和实践
空间优化：通过GIS分析，优化空 间布局，提高资源利用效率
空间规划：通过GIS分析，进行空 间规划，实现可持续发展
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
决策支持：利用GIS分析，为决策 者提供科学依据，提高决策准确性
风险评估：利用GIS分析，进行风 险评估，降低灾害损失
案例背景：某城市需要进行城 市规划与设计
热力图：将地理 信息数据以热力 图的形式展示， 便于分析数据分 布和变化
动态可视化：将 地理信息数据以 动态形式展示， 便于分析数据变 化和趋势
空间模型：描述地理空间特征和关系的数学模型 空间模拟：通过计算机模拟地理空间现象的过程 空间模型与模拟的应用：城市规划、交通规划、环境规划等 空间模型与模拟的发展趋势：智能化、可视化、集成化
MapInfo：专业的GIS软件， 提供丰富的空间分析工具， 如空间统计、空间查询等。
GIS空间分析方法
GIS空间分析方法GIS（地理信息系统）空间分析是指利用GIS技术和方法对地理空间数据进行处理和分析的过程。
它包括了对地理空间数据进行统计、计算、模型建立和模拟等操作，旨在揭示地理空间现象的内在规律和相互关系，为决策提供科学依据。
1.点线面分析点线面是地理空间对象的常见形式，点线面分析是GIS空间分析的基础。
点线面分析涉及到对点、线、面要素进行拓扑关系的判定和属性数据分析，以及对点线面的距离测量、方位计算和空间关系的判断等操作。
这些操作可以用于地理空间对象的查找、选择、连接和组织等任务。
2.缓冲区分析缓冲区分析是指在地理空间对象周围建立一个等距离或者等属性值的区域，用于分析地理现象的时空关系。
通过缓冲区分析，可以确定一定距离范围内的地理对象数量、密度和分布情况，从而对资源分配、环境保护和区域规划等问题进行优化和决策。
3.可视化分析可视化分析是将地理空间数据以图形、图像或者动画的形式呈现出来，方便人们对数据进行直观理解和分析的过程。
可视化分析能够将地理空间数据转化为易于理解和记忆的图像，帮助人们发现地理空间模式、趋势和异常现象等信息，从而辅助决策和规划过程。
4.空间插值分析空间插值分析是利用已有的有限样本数据来推测或者估计未知位置上的属性值的方法。
通过空间插值分析，可以对地理现象的分布进行估计和预测，从而为资源管理、环境评价和风险分析等提供重要的参考。
5.空间网络分析空间网络分析是指在地理空间数据之上进行网络建模，进行路径分析和网络优化的方法。
空间网络分析常用于交通规划、物流分配和资源调度等问题的求解，可以帮助人们找到最优路径、确定最佳服务区域和优化交通运输等任务。
综上所述，GIS空间分析方法包括点线面分析、缓冲区分析、可视化分析、空间插值分析和空间网络分析等。
这些方法可以揭示地理空间现象的内在规律和相互关系，为决策提供科学依据，广泛应用于城市规划、环境保护和自然资源管理等领域。
GIS基本空间分析
GIS基本空间分析基本空间分析的方法主要包括了以下几种：1.空间查询和测量：通过查询和测量地理实体的位置、距离、长度、面积等特征，分析它们在空间上的关系。
常见的空间查询包括邻近查询、包含查询、相交查询等，可以用来解决地理要素的选择、筛选和匹配等问题。
2.空间缓冲区分析：通过在地理实体周围建立固定距离的缓冲区，研究地理实体之间的空间接近程度和相互影响关系。
空间缓冲区分析可以用来提取地理实体的邻近关系，寻找交通、环境和建筑物等方面的冲突和关联。
3.空间插值和表面分析：通过根据已知的地理实体数据值和其空间位置之间的关系，对未知位置的地理实体值进行估计和预测。
常见的空间插值方法有反距离加权插值、克里金插值、样条插值等，可以用于生成等值线、数字高程模型等地理表面。
4.空间聚类与簇分析：通过找出地理实体的内部集聚和空间聚类现象，分析地理实体的空间分布规律。
簇分析可以帮助我们发现聚类和分散的特征，揭示地理实体之间的相互作用和影响。
5.空间分布模式识别：通过对地理实体的分布特征和其所处的环境背景进行比较和分析，识别出地理实体的空间分布模式。
常见的空间模式有随机分布、聚集分布和均匀分布等，可以用于研究城市规划、土地利用、资源管理等方面的问题。
6.空间网络分析：通过对地理实体之间的连接关系和网络结构进行分析，寻找最佳路径和优化资源分配。
空间网络分析可以用于交通规划、物流管理等领域，帮助决策者做出合理的决策和布局。
基本空间分析在多个领域中发挥着重要作用，如城市规划、环境保护、资源管理等。
例如，在城市规划中，可以通过空间缓冲区分析确定建筑物之间的最佳距离，保证交通和消防通道的畅通；在环境保护中，可以利用空间聚类与簇分析，发现水体污染的集聚区，采取相应的保护措施；在资源管理中，通过空间分布模式识别，找出资源开发的最佳位置，实现资源的合理利用。
总之，基本空间分析是GIS的核心内容之一，通过对地理数据的空间关系和空间模式的分析，揭示地理实体之间的相互作用和分布规律，为决策者提供科学的空间决策支持。
arcgis教程第八章栅格空间距离计算
第八章栅格空间距离计算1 生成栅格距离图打开地图文档\gis_ex09\ex08\，激活 data frame1，可看到有二个图层：点状图层“消防站”和线状图层“道路”，前者则用于产生离开消防站的距离图，后者用于确定分析的范围和背景显示（参见图 8-1）。
图 8-1 data frame1 的显示鼠标双击 data frame1 名称，调出对话框 Data Frame Properties，选择 General标签，用下拉式菜单将 Map Unites 和 Display Units 从 Unknown Units 改为 Meters（米），完成后按“确定”键关闭。
选用菜单 Tools / Extensions…，勾选 Spatial Analyst，栅格分析加载扩展模块被加载，在 View / Toolbars 下勾选 Spatial Analyst，窗口中增加了栅格分析工具条。
选用菜单Spatial Analyst / Options…，作栅格分析初始化设置：（1）General 标签Working：D:\gis_ex09\ex08\temp\ 鼠标展开选择 Spatial Analyst 的工作路径Analysis mask：<None> 不选，本练习暂不考虑Analysis Coordinate System：● Analysis output will be saved in the same coordinate system as the input (or first raster input i there are multiple… 点选上侧，产生栅格的坐标系和输入数据相同（2）Extents 标签Analysis extent：Same as Layer：“道路”下拉选择图层，限定分析空间范围（3）Cell size 标签Analysis cell：As Specified Below 下拉选择Cell size：50 键盘输入栅格单元的大小Number of Rows：82 边界和栅格单元大小确定后，自动确定栅格行数Number of Columns：136 边界和栅格单元大小确定后，自动确定栅格列数按“确定”键，完成初始化设置。
第八章-栅格数据的空间分析
第八章 栅格数据的空间分析栅格数据结构简单、直观，非常利于计算机操作和处理，是GIS 常用的空间基础数据格式。
基于栅格数据的空间分析是GIS 空间分析的基础，也是ArcGIS 的空间分析模块的核心内容。
栅格数据的空间分析主要包括：距离制图、 密度制图、表面生成与分析、单元统计、领域统计、分类区统计、重分类、栅格计算等功能。
ArcGIS 栅格数据空间分析模块（Spatial Analyst ）提供有效工具集，方便执行各种栅格数据空间分析操作，解决空间问题。
本章将对ArcGIS 中栅格数据空间分析的各模块从原理上和实现上作详细的说明，并附以具体实例，引导读者更好的应用。
8.1 设置分析环境基于ArcGIS 进行空间分析首先要设置分析环境。
分析环境的设置会一定程度地影响空间分析结果。
它主要包括工作目录的选择、栅格单元大小的设定、分析区域的选定、坐标基准的配准模式、分析过程文件的管理等。
本节将逐一对各分析环境的设置作详细说明。
8.1.1工作路径缺省情况下分析结果将自动保存在操作系统的默认路径下，如c:\...\temp 。
当然，通过栅格空间分析模块中的Option 选项的设置，可以指定新的所有分析结果的默认存放位置。
图8.1 设置工作路径1． 单击Spatial Analyst 菜单下的Option 命令，打开Option 对话框。
2． 在弹出的Option 对话框中选择General 标签（图8.1）；3． 在Working 栏中指定存放路径；4． 点击确定按钮。
8.1.2 栅格大小此处栅格大指分析过程中系统默认的栅格数据的栅格单元大小（Cell Size ），也有人把它称为分析解析度。
栅格数据的空间分析就是在每一个栅格单元的基础上进行的。
如果单元过大则分析结果精确度降低，如果单元过小则会产生大量的数据，而且计算速度降低。
所以需要选择合适的单元大小。
可以通过如下方式来设置：1. 单击Spatial Analyst 菜单下的Option 命令，打开Option 对话框。
GIS地理信息系统空间分析
2021/4/27
.
16
多边形与多边形的叠加
概念 处理过程 ARC/INFO中空间叠加分析
空间叠加(Identify;Intersect;Union) 要素提取(Clip;Erasecov;Split) 要素合并(Disslove,Reselect) 图层数据的合并与分解(Mapjoin;Split) 图层更新(Update)
障碍(Barrier)，禁止网络中链上流动 的点；
拐点(Turn)，出现在网络链中的分割 结点上，状态属性有阻力，如拐弯的 时间和限制(如在8：00到18：00不允 许左拐)；
中心 中心(Centre)，是接受或分配资源的 位置，如水库、商业中心、电站等， 其状态属性包括资源容量(如总量)、 阻力限额(中心到链的最大距离或时间 限制)。
叠加分析不仅要处理图形数据，还会对属性数据进行相应的处理。
2021/4/27
.
8
视觉信息叠加
传统的地图表现方式 视觉信息叠加是将不同层面的信息内容叠加显示在
屏幕或结果图件上
➢ 点状图、线状图和面状图之间的叠加显示 ➢ 遥感影像与专题地图的叠加 ➢ 专题地图与数字高程模型（DEM）叠加显示立体专题图
2021/4/27
.
41
最短路径
2021/4/27
.
42
地址匹配
2021/4/27
.
43
寻找最近的设施（医院）
2021/4/27
.
44
数字地面模型
DTM概述 DTM数据采集 DTM表示 DTM的空间内插方法 DTM在地图制图与地学分析中的应用
2021/4/27
.
45
数字地面模型概述
如果线状图层为河流，叠加的结果是多边形将穿过它的所有河流打断成弧段、 可以查询任意多边形内的河流长度，进而计算它的河流密度等；
GIS(地理信息系统)空间分析课件
总结词
研究人口分布与经济活动的空间 关联性，分析经济发展对人口分 布的影响，为区域经济发展提供 决策支持。
4. 成果应用
将分析结果应用于区域经济发展 规划、城市规划和人口管理等领 域。
自然灾害风险评估与应急响应案例
1. 数据准备
收集地质、气象、历史灾害等 数据，建立灾害数据库。
3. 应急响应
根据风险评估结果，制定应急 预案和救援措施，优化资源配 置。
叠加分析
将不同图层进行叠加，通过比较 和组合不同图层的属性信息，进 行分类、统计和综合评价。
统计分析
利用统计学原理和方法，对空 间数据进行处理和分析，挖掘 空间数据的内在规律和特征。
03
空间数据查询与可视化
空间数据查询
空间数据检索
01
根据地理坐标、属性信息等条件，快速定位和获取相关空间数
据。
多源数据融合
栅格数据
混合数据
同时包含矢量数据和栅格数据的空间 数据类型，兼具矢量数据和栅格数据 的优点，能够更好地满足复杂空间分 析的需求。
以网格形式表示地理空间，每个网格 单元代表一定地理区域，数据结构简 单，易于处理和分析。
空间分析基本概念
01
02
03
空间关系
指地理实体之间的相对位 置关系、拓扑关系、距离 关系等，是空间分析的基 础。
在空间自相关分析中，需要构建空间权重矩阵，以描述区 域单元之间的空间关系，常用的空间权重矩阵包括邻接矩 阵、距离矩阵等。
空间分布特征分析
空间分布类型
空间分布特征分析用于描述地理现象的空间分布类型，包括集中 型、分散型、均衡型等，以揭示地理现象的空间分布规律。
空间分布指数
通过计算各种空间分布指数，如集中度、分散度、均衡度等，对地 理现象的空间分布特征进行定量描述。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
（2）、空间信息量算-1
2）伸延率(ELONGATION RATIO) 伸延率=L/ L’ 式中， L为区域最长轴长度， L’为区域最短轴 长度。
该指标反映城市的带状延伸程度，带状延 伸越明显则延伸率越大，反映城市的离散程 度越大。
（2）、空间信息量算-1
3）紧凑度(COMPACTNESS RATIO)
（2）、空间信息量算-1
几何量算
1．长度 线状物体的长度是最基本的形态参数之一，在矢量 数据格式下，线由点组成，线状物体表示为一个坐标串 (Xi, Yi)，而线长度可由两点间直线距离相加得到。则线 状物体长度的计算公式为：
（2）、空间信息量算-1
几何量算
2．面积 多边形的面积是一个重要指标。多边形边界可以分 解为上下两半，其面积就是上半边界下的积分值与下 半边界下的积分值之差。设面状物体的轮廓边界由一 个点的序列P1 (x1 , y1), P2 ( x2, y2 ), …，Pn (xn, yn)表示 ，其面积为:
高阻力
低阻力 (各向同性表面） 简单距离 耗费距离
各向同性和各向异性的距离表面
欧氏距离、曼哈顿距离和一种非欧氏距离
欧式距离
(Xi, Yi ) (Xj, Yj ) d=
2 Yi - Y j Xi - X j 2 +
曼哈顿距离
d = Xi - X j + Yi - Y j
非欧式距离
1 0.6 d = X i - X j 0 .6 + Yi - Y j 0 .6
教学难点 网络分析、空间插值、分类统计
教学课时 8课时
教学方法 课堂实例+讲授
空间分析的目的
空间分析:指用于分析空间目标的一系列技术处理, 其目的是：
(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．缓冲区分析
缓冲区：地理空间目标的一种影响范围或服务范围。 缓冲区分析：是指根据分析对象的点、线、面实体，自
动建立其周围一定距离的带状区，用以识别这些实体或者主体 对邻近对象的辐射范围或者影响程度，是解决临近度问题的空 间分析工具之一。 它在交通、林业、资源管理、城市规划中有着广泛的应用。
（1）空间信息查询
图形和属性的互查是最常用的查询，主要有两类： 1、按属性信息的要求来查询定位空间位置，称为 “属性查图形”。如在中国行政区划图上查询人口 大于4000万且城市人口大于1000万的省有哪些?称 为SQL查询. 2、根据对象的空间位置查询有关的属性信息，称 为“图形查属性”。如一般的GIS软件都提供一个 “INFO”工具，让用户利用鼠标，用点选、画线、 矩形、圆、不规则多边形等工具选中地物，并显示 所查询对象的属性列表，可进行有关统计分析。
2．空间变换
为了满足特定空间分析的需要，需对原始图层及其属性进行 一系列的逻辑或代数运算，以产生新的具有特殊意义的地理 图层及其属性，这个过程称为空间变换。 矢量数据结构空间变换复杂繁琐，栅格数据结构空间变换容 易。
基于栅格结构的空间变换可分为三种方式：
• 单点变换：假定运算不受其他邻点属性影响。 • 邻域变换：考虑邻域单元的影响，平滑，坡度，坡向分 析等。 • 区域变换：考虑整个变换区域的属性影响，如整体插值， 求和，归组
距离量算
• “距离”是人们日常生活中经常涉及到的概念，它 描述了两个事物或实体之间的远近程度。最常用的 距离概念是欧氏距离，无论是矢量结构，还是栅格 结构都很容易实现 在GIS中，距离通常是两个地点之间的计算，但有 时人们想知道一个地点到所有其它地点的距离，这 时得到的距离是一个距离表面
•
（2）、空间信息量算-3
例如：湖泊和河流周围的保护区的定界；汽车服务区的选择； 民宅区远离街道网络的缓冲区的建立等。
4．缓冲区分析
2 缓冲区主要的类型
（1）基于点要素的缓冲区：通常以点为圆心、以一定距离为半径的圆
（2）基于线要素的缓冲区：通常是以线为中心轴线，距中心轴线一定距 离的平行条带多边形。
（3）基于面要素的缓冲区：向外或向内扩展一定距离以生成新的多边形。
点、线、多边形的缓冲区
另外，还有特殊形态的缓冲区，如点对象有三角形、矩 形、圆形；线对象有双侧对称，双侧不对称或是单侧缓
冲区，对于面对象有内侧和外侧缓冲区。
第七节 缓冲区分析
不同缓冲区宽度时的处理图示
4 2 5 6 3 7 河流识别码 1 2 3 4 5 6 7 属性类型 3 2 2 1 1 1 1 缓冲区宽度 1200 800 800 0 0 0 0
（1）空间信息查询
2、基于空间关系和属性特征查询 传统的SQL并不能处理空间查询，对GIS而言，需
要对SQL进行扩展,主要包括空间数据与属性数据的匹配等
3、地址匹配查询 根据街道的地址来查询事物的空间位置和属性
信息是GIS特有的一种查询功能，这种查询利用地理编码，输入
街道的门牌号，就可以知道大致的位置和所在的街区。
归组：最常用和最简单的再分类。
ArcGIS中3D分析和空间分析工具条中都有再分 类工具
4．缓冲区分析
1、概念
邻近度：描述了地理空间中两个地物距离相近的程度，
其确定是空间分析的一个重要手段。
交通沿线或河流沿线的地物有其独特的重要性，公共设施的 服务半径，大型水库建设引起的搬迁，铁路、公路以及航运 河道对其所穿过区域经济的发展的重要性等，均是一个邻近 度问题。 缓冲区分析是解决邻近度问题的空间分析工具之一。
S1=(x2-x1)(y1+y2)/2+ (x3-x2)(y2+y3)/2 +
(x4-x3)(y3+y4)/2 + (x5-x4)(y4+y5)/2
（2）、空间信息量算-1
形状量算
面状地物形状量测包括空间一致性问题，即有孔多边形 和破碎多边形的处理；多边形边界特征描述问题 当把城市作为单个面状目标看待时，可以直接使用面状 目标的形状系数，如形状率、圆形率、紧凑度等,这些 指标计算较简单，但只反映一个抽象的形状； 当把城市作为面状目标的集合看待时，可以使用放 射状指数、标准面积指数等形状系数，这些指标计算较 复杂，但反映了城市内部的具体联系。在多数指标中， 都以圆形作为城市的标准形状。
（2）、空间信息量算-1
欧拉数 =（孔数）-（碎片数-1）
欧拉数
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。
（2）、空间信息量算-1
1）形状比(FORM RATIO)
形状比=A/L2 其中，A为区域面积，L为区域最长轴的长度。 该指标能反映城市的带状特征，城市的带状特 征越明显则形状比越小。显然，如果城市为狭 长带状分布，其长轴两端的联系是不便捷的。
xi 1 S= ∑ 2 i =1 xi +1
n
yi yi +1
（2）、空间信息量算-1
几何量算
Y
2．面积
1 xi S= 2 i=1 xi+1
n
yi
yi+1
o
S2
S S1
X
S=S2-S1
（2）、空间信息量算-1
Y
(X5,y5) (X1,y1) (X2,y2)
(X4,y4)
S1
o
(X3,y3)
X
Ai =(yi +1 + yi )(xi -xi +1 ) / 2 2 2 = + + Xi Ai (xi +1 xi +1 xi xi )(yi +1 - yi ) / 6 2 2 = + + Yi Ai (yi +1 yi +1 yi yi )(xi -xi +1 ) / 6
按梯形计算重心位置
（1）空间信息查询
1、基于空间关系查询
空间实体间存在多种空间关系，包括拓扑、距离、方
位等。如查找满足下列条件的城市：
在京沪线的东部；距离京沪线不超过50公里;
城市人口大于100万; 城市区域面积5000平方公里.
（1）空间信息查询
简单的点线面相互关系拓扑查询包括： 面面查询:如与某个多边形相邻的多边形有哪些； 面线查询:如某个多边形内包含哪些线； 面点查询:如某个多边形内有哪些点状地物； 线面查询:如某条线经过的多边形有哪些； 线线查询:如与某条河流相连的支流有哪些； 线点查询:如某条道路上有哪些桥梁，某条输电线上有哪些变电站 点面查询:如某个点落在那个多边形内； 点线查询:如某个结点由哪些线相交而成；
1
(a)
(b)
4．缓冲区分析
3 空间缓冲区分析过程
(1)建立缓冲区 以图形元素为基础，拓宽或紧缩一定宽度而形成的区域。 这个宽度通常是等距的，也可以是不等距的缓冲区。 (2)缓冲区分析
根据建立的缓冲区，对缓冲区内的空间信息形态、特征、
第八章 空间分析
课
题 第八章 空间分析
目的要求 通过本章的学习，了解GIS中基本空间分析的功
能及其实现算法。理解叠置分析的概念和类型，掌握多边形 叠置分析的步骤和方法。理解缓冲区的概念和作用，并能说
明其应用方法，理解生成线缓冲区的算法。
教学重点 空间查询与量算、缓冲区分析、叠置分析、网络
分析、空间插值、分类统计
(4)预测预报，如洪水的预测预报。
空间分析的主要方法
(1)基于地图的空间图形分析，如GIS 中的缓冲区、叠加分析、数字高程模 型,数字地面模型等； (2) 空间动力学分析，有城市扩张模型(驱动力等)、空间价格竞争模型(区
位优势)、空间择位模型（中心地等）；