第十一章矢量数据分析
矢量数据的空间分析
三、网络分析
4. 网络分析的基本功能
1）应用方面——一般网络分析的基本功能 2）原理方面——ArcGIS中网络分析的基本功能
三、网络分析
1）一般网络分析的基本功能
从实际应用的方面来说，网络分析的基本功能是基 于几何网络的特征和属性，利用距离、权重和规划条件 来进行分析得到结果并且应用在实际中，它主要包括： 路径分析 地址匹配 资源分配
图7.12 图层合并操作
二、叠置分析
6）修正更新（Update）
修正更新是指首先对输入的图层和修正图层进行几何相交 的计算，然后输入的图层被修正图层（一般为多边形）覆盖的 那一部分的属性将被修正图层而代替。而且如果两个图层均是 多边形要素的话，那么两者将进行合并，并且重叠部分将被修 正图层所代替，而输入图层的那一部分将被擦去。
1）shape file文件 2）coverage文件 3）GeoDatabase里面的要素
注：对coverage文件操作需要安装ArcGIS Workstaion才行。
A A B
二、叠置分析
3.叠置分析方法
1）图层擦除（Erase）
图层擦除是指输入图层根据擦除图层的范围大小，将 擦除参照图层所覆盖的输入图层内的要素去除，最后得到 剩余的输入图层的结果。从数学的空间逻辑运算的角度来 说，即
三、网络分析
3. ArcGIS网络分析数据的预处理
1）网络数据的符号化 2）几何网络要素的添加和删除 3）网络连通性的变更 4）网络可运行性的编辑
三、网络分析
1）网络数据的符号化
网络的线状要素的属性存在着可运行和不可运行 情形，称之为可运行性。可运行的要素允许资源流动通 过，不可运行的要素则不允许。这项信息被储存在该要 素类别属性表格中的Enable字段，值为１代表可运行的， 值为０代表不可运行的。使用属性来符号化要素可以很 快的定义出哪些图征是可运行的，哪些是不可运行的。
数据处理及矢量数据的叠置分析
目录
• 引言 • 数据处理基础 • 矢量数据处理 • 矢量数据的叠置分析 • 案例分析与实践 • 结论与展望
01
引言
主题简介
数据处理
数据处理是指对数据进行收集、整理、存储、检索、传输 和利用的过程，旨在提取有用的信息并应用于实际场景。
矢量数据
矢量数据是一种基于几何对象的数据表示方法，包括点、 线、面等几何要素，具有数据精度高、信息量大的特点。
多重叠置
多重叠置是将多个矢量数据层进行多次叠加，以揭示更复杂的空间关系。多重叠置可以用 于分析不同地理要素之间的层次结构和网络关系。
叠置分析的应用场景
城市规划
灾Hale Waihona Puke 预警在城市规划中，可以通过叠置分析来 研究不同土地利用类型之间的空间关 系和相互影响，为城市规划和土地利 用提供决策支持。
在灾害预警中，可以通过叠置分析来 研究不同灾害风险因素之间的相互影 响和关联，为灾害预警和减灾提供决 策支持。
数据转换
将数据转换为适合分析的格式 或类型，如将分类变量转换为 虚拟变量。
数据集成
将多个来源的数据整合到一个 统一的数据集中，解决数据孤 岛问题。
数据归一化
将数据缩放到特定的范围或标 准，如将数据归一化到0-1之间
。
03
矢量数据处理
矢量数据概念
矢量数据
以几何对象为表示形式的地理数据，包括点、线、面等基本元素。
环境保护
在环境保护中，可以通过叠置分析来 研究不同生态系统和环境要素之间的 相互影响和关联，为环境保护和可持 续发展提供决策支持。
05
案例分析与实践
案例一：地理信息系统中的叠置分析
总结词
矢量数据与栅格数据
矢量数据与栅格数据概述：矢量数据和栅格数据是地理信息系统（GIS）中常用的两种数据表示方式。
矢量数据以点、线、面等几何要素为基本单位，栅格数据则以像素为基本单位。
本文将详细介绍矢量数据和栅格数据的定义、特点、应用以及数据格式等相关内容。
一、矢量数据1. 定义：矢量数据是用坐标点和线段等几何要素来表示地理空间对象的数据。
它以点、线、面等几何要素的位置、形状和属性来描述地理现象。
2. 特点：- 精确性：矢量数据能够精确描述地理要素的位置和形状。
- 可编辑性：矢量数据可以进行编辑和修改，方便用户对地理要素进行更新和维护。
- 数据量小：相比栅格数据，矢量数据通常具有较小的数据量，适合存储和传输。
3. 应用：矢量数据广泛应用于地图制作、地理分析、空间查询等领域。
例如，矢量数据可用于绘制道路网络、河流、建造物等地理要素，以及进行空间分析，如缓冲区分析、路径分析等。
4. 数据格式：常见的矢量数据格式包括Shapefile（SHP）、GeoJSON、KML等。
Shapefile是一种常用的矢量数据存储格式，它由多个文件组成，包括.shp、.shx、.dbf等。
二、栅格数据1. 定义：栅格数据是将地理空间划分为规则的像元（像素）网格，每一个像元都包含有关地理现象的属性值。
栅格数据以栅格单元的位置和属性来表示地理空间。
2. 特点：- 空间连续性：栅格数据能够较好地表示地理空间的连续性，适适合于摹拟和分析自然现象。
- 数据丰富：栅格数据可以存储大量的属性信息，如高程、温度、植被类型等。
- 数据处理：栅格数据可以进行各种数学和统计分析，如栅格代数运算、空间插值等。
3. 应用：栅格数据广泛应用于地形分析、遥感影像处理、环境摹拟等领域。
例如，栅格数据可用于生成数字高程模型（DEM）、遥感图象分类、洪水摹拟等。
4. 数据格式：常见的栅格数据格式包括TIFF（Tagged Image File Format）、JPEG2000、GeoTIFF等。
矢量分析简介
天津大学电子信息工程学院二零一四年目录一、标量场和矢量场 (1)二、矢量的通量散度 (6)三、矢量的环流旋度 (9)四、标量场的梯度 (12)五、亥姆霍兹定理 (15)小结 (16)习题 (18)附录1 电磁场与电磁波主要物理量符号和单位 (20)附录2 重要的矢量公式 (24)一、标量场和矢量场物理量场的概念是指，在空间区域的每一点，都有该物理量确定的值与之对应。
即物理量数值的无穷集合表示一种场。
如果此物理量为标量（一个仅用数值就可以表示的物理量，如温度），这种场就称为标量场，如温度场、密度场、电位场等。
如果此物理量为矢量（需要用数值及方向表示的物理量，如速度），这种场就称为矢量场，如速度场、力场、电磁场等。
仅与空间有关的场，称为静态场；与空间、时间都相关的场，称为动态场。
矢量：可以用一段有向线段来表示，如图1-1所示，记为A ，A 为A 的模。
线段长度表示模的大小，箭头是A 的方向。
单位矢量：用来表示矢量的方向 ，记为A ，其模为1，即：//A A A A A ==A AA = （1-1）三种常用的坐标系：()()(),,,,,,x y zz ϕϕθϕθϕ⎧ ⎪⎪⎨⎪⎪ ⎩直角坐标系 x,y,z; 正交坐标系圆柱坐标系r,,z;r 球坐标系r,,;rA图1-1 矢量表示圆柱坐标系、球坐标系对应的自变量与三个矢量方向关系，分别如图1-2、图1-3所示。
图1-2 圆柱坐标系参量示意图图1-3 球坐标系参量示意图位置矢量：从坐标原点指向空间位置点的矢量，记为r 。
对直角坐标系有r xx yy zz =++。
r 与空间位置点(),,x y z 有着一一对应的关系，即空间位置点(),,x y z 可以用位置矢量r 表示。
三维空间的矢量场可以分解为三个分量场， ()()()()x y z F r x F r y F r z F r = + + 。
其中()()()x y z F r F r F r 、、为标量场。
关于矢量数据叠加分析的教程
项，在Pro-logic VBA Script Code文本框内输入以下VBA代码：（“//”右边的文
字为代码说明，不必输入，只输入英文代码即可）
dim newarea as double //声明double类变量newarea用于保存面积值，该名
地理信息系统实习教程（ArcGIS 9） 第四篇 矢量型空间分析 多边形合并、叠合
11 - 2
示处理完毕，按Close键关闭。叠合后的图层dissolve1出现在目录表、地图窗口
内（见图11-2）。每个乡按所在县合并，空间处理的结果是取消了多边形乡的边
界，保留了县的边界，对AREA和POP94二个字段作了累加计算。
到这二个图层名出现在Features列表中。
Output Feature Class：d:\gis_ex09\ex11\temp\Union1.shp 鼠标选择路径，键
盘输入文件名
JoinAttributes (Optional)：ALL 默认，所有字段都合并
按OK键继续，软件出现处理过程提示窗，左上角出现Completed提示，处
字可以自行取名，但要与下面的命令框输入的名字
保持一致
dim pArea as IArea //声明IArea类变量pArea用于保存参与计算的字段
set pArea = [shape] //为变量pArea赋值
newarea = pArea.area //求解多边形面积并赋给以上用户定义的变量
newarea
独立属性表found.dbf，用Add按钮，该表加载。鼠标右键点击该表，选Open打
《矢量分析》多媒体课件
z
az
ax
ay
M
z=z1平面
ax ay az ay az ax
x x=x1平面
y
y=y1平面
az ax ay
思考：单位坐标矢量ax、ay、az是不是常矢量？？
（常矢量：其方向不随点的位置改变而改变）
直角坐标系
➢ 任意矢量A的表示： A Axax Aya y Azaz
α，β，γ分别为矢量A与坐标轴的夹角，cosα ， cosβ ，cosγ称为矢量的方向余弦
B
AB A B cosA,B
A
•两个矢量的 点积是一个标 量，可正可负
Bcos
A
点积等于矢量A的模与矢量B在矢量A的方向上的投影大小 的乘积，或者说等于矢量B的模和矢量A在矢量B方向上 的投影大小的乘积。
0
A
B
A
B
A B 两矢量垂直的充要条件 A // B
矢量的点积（标量积，标积）
标量场与矢量场
矢量
➢矢量：具有大小和方向的量
➢矢量的表示：A＝aAA (
A
aA
A
)，其中A表示模
或长度，aA表示方向的单位矢量 （大小为1）.
AA
A ＝aAA
aA
aA
A A
A A
矢量的分量表示法
➢ 利用正交坐标系中的坐标单位矢量，可以把矢量分解为：
A Axa x Aya y Aza z
➢标量积的结果是标量，满足交换律和分配律
AB BA
A (B C) A B A C
➢并且有: A A A2 Ax2 Ay2 Az2
点积的计算方法：
矢量分析总结
2 f 2 f 2 f f f (ex e y e z ) (e x e y ez ) f 2 2 2 x y z x y z x y z
有一种情况例外：微分操作只对它右边的表达式发生作
• 直角坐标系中的计算公式：
A B Ax Bx Ay B y Az Bz
矢量乘法
（2）叉乘（矢积）（洛伦兹力）
C A B ＝> C AB sin ，
方向满足右手定则。(ex ,ey ,ez ,ex ,ey) • A⊥B 时有最大模值。
• •
A∥B A B 0 。 直角坐标系中的计算公式：
螺线管线圈磁力线
矢量的面积分、通量
（2）矢量场的面积分、通量
① 面积元 dS
面积元
② 通量：矢量的面积分
称作矢量 A 穿过曲面 S 的通量。例：
B dS
S
I J dS
S
通量
通量与散度
（3）高斯散度定理、散度
① 回忆高等数学中的高斯公式：
P Q R V ( x y z )dV S Pdydz Qdzdx Rdxdy
dx d y dS x ex dydz
y
直角坐标系的长度元、面积元、体积元
• 圆柱坐标系
坐标变量 坐标单位矢量
, , z
e , e , ez
位置矢量
线元矢量
r e e z z
dl e d e d ez dz
圆柱坐标系
面元矢量 dS e ddz e ddz ez dd 体积元
⑥ 法向单位矢量与切向单位矢量：en，et
矢量数据的空间分析
地理信息系统中的矢量数据应用
01
地图制作与编辑
02
空间查询与分析
03
地理信息可视化
矢量数据是地理信息系统的基础， 用于地图的制作、编辑和更新。
基于矢量数据，进行空间查询、 距离和面积计算、缓冲区分析等 操作。
通过矢量数据，实现地图的动态 显示和交互，提高地理信息的可 视化效果。
遥感影像中的矢量数据提取与分析
空间分析的基本方法与技术
空间数据查询
通过SQL查询语言等工具，对空间数据 进行筛选、检索和查询，获取所需的空
间信息。
空间统计分析
利用统计学方法对空间数据进行统计 分析，如全局和局部的空间自相关分
析、空间回归分析等。
地图代数
利用地图代数方法对空间数据进行处 理和分析，如地图叠加、地图代数运 算等。
三维分析
空间数据聚合与分类
空间数据聚合
将多个空间对象组合成一个或多个更大的对象，以进行更高层次的分析。例如， 将多个点聚合为线或面。
空间数据分类
根据空间对象的属性或关系将其分组。例如，根据对象的密度或形状对点进行分 类。
空间数据插值与预测
空间数据插值
通过已知点或对象的数据估算未知点的值。例如，使用已知点的温度数据估算未知点的 温度。
04
矢量数据的空间分析案例
城市规划中的矢量数据分析
城市道路网络分析
通过矢量数据分析城市道 路的走向、连通性以及交 通流量，为城市规划提供 依据。
居民区分布研究
利用矢量数据对居民区的 分布、规模和人口密度进 行分析，有助于合理规划 城市居住用地。
公共设施布局优化
通过对公共设施（如学校、 医院等）的矢量数据分析， 优化其布局，提高服务效 率。
(完整版)矢量分析
矢量代数赵黎晨第一节 矢量分析与场论基础在电动力学中应用较多的数学知识是矢量分析与场论基础。
因而,我们首先对这两方面的有关内容进行总结归纳.主要是为了应用,而不追求数学上的严格.一、矢量代数1.两个矢量的点乘、叉乘若 123(,,)a a a a =v123(,,)b b b b =v则 a v , b v的点乘(也称标量积)112233a b a b a b a b ⋅=++v v (cos a b b a a b α⋅=⋅=v v vv v v )a v ,b v的叉乘(也称矢量积))()()(122133113223321321321321b a b a e b a b a e b a b a e b b b a a a e e e b a -+-+-==⨯ϖϖϖϖϖϖϖϖ 的大小b a ϖϖ⨯sin a b αvv ，α为a v , b v的夹角方向：既垂直于a ϖ，又垂直于b ϖ,与b a ϖϖ,满足右手螺旋关系。
叉乘的不可交换性 a b b a ϖϖϖϖ⨯-=⨯2.三个矢量的混合积112233()()()()c a b c a b c a b c a b ⋅⨯=⨯+⨯+⨯v v v v v v v v v=)()()(122133113223321b a b a c b a b a c b a b a c -+-+-几何解释:以c b a ϖϖϖ,,为棱的平行六面体的体积性质：(1)轮换不变性，在点乘号,叉乘号位置不变的情况下,把矢量按顺序轮换,其混合积不变.()()()a b c b c a c a b ⋅⨯=⋅⨯=⋅⨯v v v v v v v v v(2)若只把两个矢量对调,混合积反号。
()()()()a b c a c b b a c c b a ⋅⨯=-⋅⨯=-⋅⨯=-⋅⨯v v v v v v v v v v v v(3)若矢量位置不变只交换点乘号叉乘号,混合积不变—但必须先做叉乘(用括号保证这个顺序)。
地理信息系统导论
地理空间技术、纳米技术和生物技术被美国劳工部列为三大新兴产业。
地理信息系统（GIS）是用于采集、存储、查询、分析和显示地理空间数据的计算机系统。
GIS组成：硬件、软件、专业人员、基础设施、模型（方法）。
GIS的作用：空间数据输入、属性数据管理、数据显示、数据探查、数据分析、GIS建模。
CGIS 60-80年代，加拿大地理信息系统。
国外软件：ArcGis,Mapinfo,Autodesk map 国内软件：SuperMap（超图）MapGis,吉奥之星。
地理空间数据是具有地理参照的。
地球表面的空间要素是以地理坐标系统为参照，用经纬度值来表示的。
而这些要素在地图上显示时，他们通常是基于投影坐标系统，用x，y表示。
地理关系数据模型将空间要素的空间数据和属性数据分别储存。
两者通过要素ID连接起来。
近年来，基于对象的数据模型将几何形状和属性存储在唯一系统中。
栅格数据模型使用格网和格网像元来表示如高程、降水等连续要素。
投影是将数据及从地理坐标转成投影坐标。
重新投影是从一种投影坐标转成另一种投影坐标。
经纬网——球面坐标。
投影——平面坐标。
1.PARAMETER[“False-Nothing”0.0] PARMETER[“Scale-Factor”,0.9996]高斯投影PARAMETER[“Latitude-Of-Origin”,0.0] 回点在赤道上即时投影可以根据不同坐标系统显示其数据集。
软件包使用现有投影文件并自动将数据集转换成通用坐标系统。
即时投影不是真的改变数据集的坐标系统。
即时投影存储在数据框里，不能改变、代替原始数据信息。
1.矢量数据模型用点、线、面和体等几何对象来表示简单的空间要素。
2.第一代Auto CAD .DXF非拓扑，文件格式；第二代ArcInfo Coverage COV 拓扑，文件格式，地理关系数据模型；第三代ArcInfo Shapefile .SHP非拓扑，文件和数据库，地理关系数据模型，存储点线面数据；第四代。
矢量数据空间分析
河南大学环境与规划学院 zhaoy@
2. 缓冲区分析
2.1 概述
所谓缓冲区就是地理空间目标的一种影响范围或服务范围。 从数学的角度看，缓冲区分析的基本思想是给定一个空间 对象或集合，确定它们的邻域，邻域大小由邻域半径R决定。
Bi x : d xi , Oi R
缓冲区计算的基本问题是双线问题。双线问题有很多另外 的名称，如图形加粗，加宽线，中心线扩张等，它们指的 都是相同的操作。
2018/11/22
河南大学环境与规划学院 zhaoy@
2. 缓冲区分析
2.1 概述
双线问题最简单的方法是角分线法（简单平行线法）。 算法是在轴线首尾点处，作轴线的垂线并按缓冲区半径 R截出左右边线的起止点；在轴线的其它转折点上，用 与该线所关联的前后两邻边距轴线的距离为R的两平行 线的交点来生成缓冲区对应顶点 角分线法的缺点是难以 最大限度保证双线的等 宽性，尤其是在凸侧角 点在进一步变锐时，将 远离轴线顶点
点
2018/11/22
河南大学环境与规划学院 zhaoy@
线
面
缓冲区示意图
2018/11/22
河南大学环境与规划学院 zhaoy@
2. 缓冲区分析
2.1 概述
另外还有一些特殊形态的缓冲区。如点对象有三角形，矩 形和圈形等；对于线对象有双侧对称，双侧不对称或单侧 缓冲区；对于面对象有内侧和外侧缓冲区。这些适合不同 应用要求的缓冲区，尽管形态特殊，但基本原理是一致的。
2018/11/22
河南大学环境与规划学院 zhaoy@
2. 缓冲区分析
2.1 概述
凸角圆弧法：在轴线首尾点处， 作轴线的垂线并按双线和缓冲区 半径截出左右边线起止点；在轴 线其它转折点处，首先判断该点 的凸凹性，在凸侧用圆弧弥合， 在凹侧则用前后两邻边平行线的 交点生成对应顶点。这样外角以 圆弧连接，内角直接连接，线段 端点以半圆封闭。
矢量数据的名词解释
矢量数据的名词解释矢量数据是地理信息系统（GIS）中用于描述现实世界中空间特征的一种数据类型。
与其对应的是栅格数据，栅格数据将地理空间划分为均等大小的单元格并以像素表示。
相比之下，矢量数据以点、线、面等几何元素来表示自然和人文现象。
矢量数据的特点在于其精确性和准确性。
矢量数据使用坐标系统来确定特定位置，因此可以精确到很小的空间范围，提供高精度的地理位置信息。
同时，矢量数据以拓扑关系来描述对象之间的连接和邻近关系，使得数据的空间关系更加准确。
在矢量数据中，点是最简单的几何元素，用于表示离散的对象，如一个城市、一个村庄或一个孤立的地标。
线则是由一系列连续坐标点连接而成，用于表示延伸的物体，如河流、道路、管道等。
而面表示了一个封闭的区域，用于表示地块、建筑物、土地利用等。
矢量数据的优势在于其能够精确地表示现实世界中的复杂空间现象。
通过将点、线、面等元素进行组合和叠加，可以构建出丰富多样的地理图层。
例如，可以将不同类型的点叠加在一起，形成一个点图层，表示各种地名、景点或设施的分布情况。
同样地，可以将不同的线元素组合成线图层，用于表示不同的交通网络、河流网络等。
最为常见的应用就是将各种面元素叠加在一起构成面图层，用于表示土地利用、行政区划等。
矢量数据的应用范围广泛。
在城市规划中，矢量数据可以用于分析土地利用、交通规划等；在环境保护中，矢量数据可以用于分析植被分布、湿地分布等；在资源管理中，矢量数据可以用于分析矿产储量、农作物品种分布等。
它的用途几乎涵盖了各个领域。
虽然矢量数据具有高精度和准确性的优势，但其也存在一些挑战和限制。
首先，矢量数据无法准确地表示连续变量和空间关系的连续性。
对于例如气温、降雨量等连续变量，由于矢量数据以离散的形式存在，无法直接表示其空间分布特征。
其次，矢量数据的处理和分析较为复杂，需要利用专业软件进行矢量数据的输入、编辑、分析和输出。
总的来说，矢量数据是地理信息系统中的重要数据类型，用于描述现实世界中的空间特征。
矢量数据与栅格数据
矢量数据与栅格数据矢量数据和栅格数据是地理信息系统（GIS）中常用的两种数据类型。
它们分别以不同的方式表示和存储地理空间信息，具有不同的特点和适合范围。
本文将详细介绍矢量数据和栅格数据的定义、特点、应用以及它们之间的区别和转换方法。
一、矢量数据矢量数据是以点、线、面等几何要素来表示地理空间信息的数据类型。
矢量数据由一系列坐标点和与之相关的属性数据组成。
常见的矢量数据格式包括Shapefile、GeoJSON、KML等。
1. 特点（1）精度高：矢量数据可以准确地描述地理空间要素的位置和形状，适合于精细的地理分析和地图制作。
（2）拓扑关系：矢量数据可以表示地理要素之间的拓扑关系，如点与线的相交、面与面的包含关系等。
（3）数据量小：相对于栅格数据而言，矢量数据通常具有较小的文件体积，便于存储和传输。
2. 应用（1）地图制作：矢量数据可以用于制作各种类型的地图，包括道路地图、城市规划图、土地利用图等。
（2）空间分析：矢量数据可以进行空间查询、缓冲区分析、路径分析等复杂的地理空间分析。
二、栅格数据栅格数据是将地理空间划分为规则的像元（像素）网格，并用像元的属性值来表示地理要素的数据类型。
栅格数据由一个二维矩阵和与之相关的属性数据组成。
常见的栅格数据格式包括TIFF、JPEG、GRID等。
1. 特点（1）连续性：栅格数据以像元为单位，可以更好地表示地理空间的连续性，适合于连续变化的地理现象的摹拟和分析。
（2）数据量大：相对于矢量数据而言，栅格数据通常具有较大的文件体积，特别是在高分辨率影像数据的情况下。
（3）空间分辨率：栅格数据的空间分辨率决定了其表示地理现象的精度，分辨率越高，精度越高。
2. 应用（1）遥感影像分析：栅格数据可以用于遥感影像的分类、变化检测、地物提取等遥感分析任务。
（2）地形分析：栅格数据可以进行地形参数计算、坡度分析、流域提取等地形分析任务。
三、矢量数据与栅格数据的区别矢量数据和栅格数据在表示和存储地理空间信息的方式上存在较大的差异，主要表现在以下几个方面：1. 数据结构：矢量数据以几何要素和属性数据的组合来表示地理空间信息，而栅格数据以像元矩阵和属性数据的组合来表示。
矢量数据分析
课堂回顾
• 1、邻近分析：缓冲分析、泰森多边形 • 2、叠置分析包括哪些方面？ • 3、常用的矢量数据操作。
2
3
课程设置
查询 空间数据库
空间分析
矢量数据分析
数据模型 空间数据
投影
视域、 流域 分析
制图
数据采集
空间插值
栅格数据分析
GeoProcessing
二次开发
4
• Tobler(1970)指出“地理学第一定律：任何事物与其它事物之间都是 相关的，但空间上近处的事物比远处的事物相关性会更强”。
29
三、网络分析：道路系统
（6）单行道或禁行道：在网络属性表中可以用指定字段表示单行道或禁 行道。FT、TF、N
（7）天桥和地下通道：第一种方法用非平面要素，天桥和其下的道路在 它们的交叉处都表示为无节点的连续路径；第二种做法是把天桥和地 下通道视为平面要素：两端弧表示天桥交于一个节点，另两段弧表示 天桥下的道路交于另一个交点。
的最短路径，然后从被选设施中选择最近 的设施。
39
三、网络分析：网络应用 • 配置，通过网络来确定资源的空间分布。
设施的分布决定了它的服务范围。因此， 空间配置分析的主要目的是衡量这些公共 设施的有效性。
40
四、课堂总结 • （1）距离测算 • （2）空间自相关（四个常用指标） • （3）网络分析（最短路径分析、最短路径
35
三、网络分析：网络应用
• 第三步：为生成与网络其它节点的解决方案列 表，继续进行如下步骤，即 • min（p14，p13+p34，p13+p36）=min （58,78,72） • min（p13+p36，p14+p45）=min（72,71） • min(p13+p36,p14+p45+p56)=min(72,84)
矢量数据的空间分析实验报告
实验四、矢量数据的空间分析实验目的：通过了解空间分析是综合分析空间数据技术的统称,是地理信息系统的核心部分,在地理数据的应用中发挥着举足轻重的作用。
从数据模型上看,空间分析分为矢量数据的空间分析和栅格数据的空间分析两种。
GIS不仅能满足使用者对地图的浏览与查看,而且可以解决诸如哪里最近、周围有什么等有关地理要素位置和属性的问题,这些都需要用到矢量数据的分析功能。
相对于栅格数据的空间分析来说,矢量数据的空间分析一般不存在模式化的处理方法,而表现为分析方法的多样性和复杂性,它主要基于点线、面三种基本形式。
在ArcG1S中,矢量数据的空间分析方法主要有数据提取、统计分析、缓冲区分析和叠加分析等。
实验内容：首先学习统计分析和缓冲区分析以及叠加分析的方法，然后通过实例进行操作练习。
实验过程：1.统计分析：⑴频数：频数(requency)是指在表格或者图层的属性表中,某个属性值或者属性值组合出现的次数,频数工具的主要作用是读取表格中的一组字段,计算字段的每个唯一值出现的频数,并创建一个包含唯一字段及其频数的新表。
以某城市的土地利用类型表格数据(图10.14)为例说明频数工具的用法,表格共有三个字段:“土地类型”字段存储的是城市土地的利用类型,“面积”字段存储的是每种土地利用类型的面积,“所在区域”字段存储的是该土地利用类型所在的城市区域。
如果要计算每种土地利用类型的地块数量,可使用频数工具。
图十四频数图示⑵汇总统计数据：汇总统计(summary statistics)数据就是对输入表格中的字段进行汇总计算,输出结果为表格,表格由包含统计运算结果的字段组成。
在输出表格中,使用“统计类型字段名称”命名约定来为每种统计类型创建字段。
当输出表为dBASE表时,字段名称会被截断为10个字符。
图十五汇总统计数据图示2.缓冲区分析：缓冲区(buffer analysis)是为了识别某一地理实体对周围地物的影响而在其周围建立的一定宽度多边形区域。
矢量数据与栅格数据
矢量数据与栅格数据矢量数据和栅格数据是地理信息系统（GIS）中常用的两种数据表示和存储方式。
本文将详细介绍矢量数据和栅格数据的定义、特点以及在GIS应用中的使用。
1. 矢量数据矢量数据是由一系列点、线和面构成的图形数据。
每个点、线和面都有自己的空间位置和属性信息。
常见的矢量数据包括点数据、线数据和面数据。
1.1 点数据点数据是由一系列离散的点构成的数据，每个点都有自己的坐标和属性信息。
例如，某个城市的地理坐标可以用一个点来表示，该点的属性信息可以包括城市名称、人口数量等。
1.2 线数据线数据是由一系列相邻的点连接而成的数据，每条线都有自己的起点和终点坐标以及属性信息。
例如，一条公路可以用一条线来表示，该线的属性信息可以包括道路名称、道路长度等。
1.3 面数据面数据是由一系列相邻的线所围成的封闭区域构成的数据，每个面都有自己的边界线和属性信息。
例如，一个国家的边界可以用一个面来表示，该面的属性信息可以包括国家名称、国家面积等。
矢量数据的优点是准确性高、图形细节丰富、数据量小。
它适用于表示具体的地理要素，如建筑物、道路、河流等。
矢量数据可以进行空间分析和拓扑关系分析，方便进行地理空间查询和空间统计分析。
2. 栅格数据栅格数据是由一系列规则的像素构成的数据，每个像素都有自己的空间位置和属性值。
栅格数据可以看作是一个由像素组成的网格，每个像素的位置由行列坐标确定，属性值表示该位置上的特征信息。
栅格数据常用于遥感影像、地形模型等领域。
例如，一幅卫星影像可以表示为一个栅格数据，其中每个像素的属性值表示该位置上的地物类型、反射率等信息。
栅格数据的优点是数据格式简单、处理速度快、适合存储大面积连续数据。
它适用于表示连续分布的地理现象，如地形高程、土地利用等。
栅格数据可以进行栅格运算和空间分析，方便进行遥感图像分类和地形分析等操作。
3. 矢量数据与栅格数据的比较3.1 数据结构矢量数据采用点、线、面的几何要素来表示地理现象，而栅格数据采用像素的网格结构来表示地理现象。
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缓冲区是地理空间目标的一种影响范围或服务范围，具 体指在点、线、面实体的周围，自动建立的一定宽度的多 边形。从数学的角度看，缓冲区分析的基本思想是给定一 个空间对象或集合，确定他们的邻域，邻域的大小由邻域 半径R决定。因此对象Oi的缓冲区定义为
数学表达为： Bi x : d (xi , Oi ) R
两邻边距轴线的距离为R的两平行线的交点来生成缓冲区对应顶点。 ➢ 确定缓冲区的起止点
➢ 确定其它转折点对应的顶点
➢ 生成缓冲区
A1 AR
A2
Ⅰ1
Ⅰ
Ⅱ Ⅰ2
Ⅲ
R B1
B2 B
山东科技大学测绘学院 地理信息系统原理与应用
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空间缓冲区的建立
地理信息系统原理与应用
角分线法的缺陷
➢难以最大限度保证 双线的等宽性。
缓冲距离
◦ 固定（常规）
按设置常数，如道路拓宽
◦ 变长
按给定字段取值，如按河 流流量生成缓冲区
量度单位
◦ 米/英尺
缓冲模式
◦ 单缓冲（常规）
生成一个缓冲区
◦ 多缓冲
生成多个缓冲区，如上海的影 响力
缓冲边界处理
◦ 边界不融合
保留缓冲叠加部分
◦ 边界融合
不保留缓冲叠加部分
缓冲区计算的基本问题是双线问题。双线问题有很多另外 的名称，如图形加粗，加宽线，中心线扩张等，它们指的 都是相同的操作。
双线问题解决办法
（1）角平分线法（简单 平行线法）
算法是在轴线的首尾点处， 作轴线的垂线并按缓冲区半径截 出左右边线的起止点；在轴线的 其他转折点上，用与该线所关联 的前后两邻边距轴线的距离为R 的两平行线的交点来生成缓冲区 对应顶点。
① 角分线法
算法是在轴线的首尾点处，作轴线的垂线并按缓冲区半径截 出左右边线的起止点；在轴线的其他转折点上，用与该线所关联的前后
◦ 基本操作
以填埋场为圆心，做点缓冲，生成圆心缓冲区 将缓冲区分别与学校等要素层叠加 输出落入缓冲区内的学校、文物保护区、水源等
统计道路拓宽需要拆迁的房屋？
◦ 基本操作
按需拆迁的道路中心线，以规划的道路宽度，生成道路缓冲 区
将道路缓冲区与居民建筑物层叠加 输出需拆迁的房屋 统计房屋的面积、人口、总估价等
矢量数据的空间分析主要是基于点、线、面三种基 本形式
在ArcGIS中，矢量数据的空间分析主要包括缓冲区 分析、叠置分析和网络分析。
分析对象
◦ 几何对象：点、线、面 ◦ 空间关系：拓扑、非拓扑
分析手段
◦ 基本：缓冲区、叠置、距离量测 ◦ 高级：模式分析
分析精度
◦ 几何对象的位置和形状
主要目的
2014-4-4
了解空间分析 从矢量数据结构的特点开始说起
建立缓冲区 地图叠置 距离量测 要素提取
有地图以来，就开始有各种各样利用地图的空间 分析。在地图上量算地理要素之间的距离方位、 面积，利用地图进行各种研究和决策，都是空间 分析的实例。
空间分析( Spatial Analysis )的历史远长于GIS 的历史。
线缓冲
◦ 围绕线的缓冲形成一系 列长条形缓冲带
◦ 两侧或单侧
面缓冲
◦ 围绕面的缓冲形成由多 边形边界向外延伸的缓 冲区
◦ 向外或向内
危险品仓库潜在影响范围的确定
2.2 线缓冲区分析实例
河流两侧森林保护范围的确定
2.2 线缓冲区分析实例
道路拓宽改建中建筑物拆迁范围的确定。
湖泊周围生态保护区范围的确定
作用： 缓冲区分析是GIS的基本空间操作功能之一，一般应 用于求地理实体的影响范围，即邻近度问题。
缓冲区的决定 因素
◦ 几何对象 ◦ 缓冲距离 ◦ 量度单位 ◦ 缓冲模式 ◦ 缓冲边界处理
Rings
Drive Times
Hand Drawn
Administrative Areas
点缓冲
◦ 围绕点的缓冲形成圆形 缓冲
➢尤其当凸侧角点变
d
β
A R
B
R
锐时，缓冲区端点
Hale Waihona Puke 将远离轴线顶点。d R / sin / 2
21
山东科技大学测绘学院
②凸角圆弧法
➢确定缓冲区的起止点 ➢判断转折点的凸凹侧 ➢在凹侧用平行线的
交点生成对应顶点 ➢在凸侧用圆弧弥合
A2 A A1
C2
B1
C
B
B2
山东科技大学测绘学院 地理信息系统原理与应用
◦ 将地图分为两个区域
指定距离之内（即缓冲 区）
指定距离之外
操作对象
◦ 点、线、面
基本原理
◦ 邻近
缓冲是基于邻近（proximity）的概念,把地图分 为两个区域，一个区域位于所选地图要素的指定 区域之内，另一个区域在指定距离之外。在指定 距离之内的称为缓冲区。
例如：交通沿线或河流沿线的地物有其独特的重 要性，公共设施（商场、邮局、银行、医院、车 站、学校等）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越的区 域经济发展的重要性等，均是一个邻近度问题。
Goodchild将空间分析分为2类：产生式分析和查 询式分析。
按照空间数据的形式，分为矢量数据的空间分析 和栅格数据的空间分析。
空间查询 空间统计分析 空间缓冲区分析 空间叠加分析 空间网络分析 数字地面模型分析
查询式分析 产生式分析
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缓冲区边线的自相交问题
当轴线的弯曲空 间不允许缓冲区 的边线无压的通 过时，就会产生 若干个自相交多 边形。
自相交多边形
➢重叠多边形
➢不是缓冲区边线 的有效组成部分， 最终不参与缓冲区 的构建。
➢岛屿多边形
➢是缓冲区边线的 有效组成部分。
重叠 多变形
岛屿 多边形
重叠多边形与岛屿多边形的自动判别
首先定义轴线坐标 点序为其方向。 对于左边线，重叠 自相交多边形呈顺 时针方向。岛屿自 相交多边形呈逆时 针方向。
重叠 多变形
岛屿 多边形
当存在岛屿多边形 与重叠多边形时， 最终绘制缓冲区边 界线，只要把外围 边线和岛屿轮廓绘 出即可。
垃圾填埋场选址
◦ 基本要求
填埋场500米之内，不能有学校、文物保护区、水源等
空间分析：空间分析是综合分析空间数据技术的 统称。是基于空间数据的分析技术，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。
空间分析是构成地理信息系统的核心部分之一， 发挥着举足轻重的作用，也是GIS区别于其他信 息系统的显著标志。