空间分析方法

班级：交工1102 姓名：高志波学号：201111010212

简析几种空间分析方法

空间分析是对分析空间数据有关技术的统称。空间分析赖以进行的基础是地理空间数据库，其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，最终的目的是解决人们所涉及到地理空间的实际问题，提取和传输地理空间信息，特别是隐含信息，以辅助决策。

缓冲区分析

一、定义

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。

二、分类

（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。

三、空间缓冲区分析模型

(1) 缓冲区分析的三要素

在进行空间缓冲区分析时，通常要将研究的问题抽象为以下三类要素:

①主体

表示分析的主要目标，一般分为点源、线源和面源三种类。

②邻近对象

表示受主体影响的客体，例如行政界线变更时所涉及的居民区、森林遭

砍伐时所影响的水土流失范围等。

③对象的作用条件

表示主体对邻近对象施加作用的影响条件或强度。

(2) 缓冲区分析模型

根据主体对邻近对象作用性质的不同，一般可采用以下三种不同的分析模型: 线性模型、二次模型、指数模型

线性模型

二次模型

指数模型

四、空间缓冲区分析在林业上的应用

已知一伐木公司，获准在某林区采伐，为防止水土流失，规定不得在河流周围 1km 内采伐林木。另外，为便于运输，决定将采伐区定在道路周围 5km 之内。请找出符合上述条件的采伐区，输出森林采伐图。

解题过程

首先要以区域的道路分布图、河流分布图、森林分布图为数据源。解题流程见图所示。

(1)将该地区具有相同比例尺且进行配准的道路分布图、河流分布图、森林分布图，进行预处理和数字化；

(2)利用河流分布图生成1km的等距离缓冲区；

(3)利用道路分布图生成5km的等距离缓冲区；

(4)森林分布图中可采伐林地、道路缓冲区及河流缓冲区图进行叠置，叠

置条件表达式为:

采伐区＝森林分布图中可伐林地∩道路周围5km缓冲区∩非河流周围1 km缓冲区

将上述3张图进行两两叠置，所得结果即为森林采伐图。

叠置分析

一、定义

叠置分析是 GIS 中的一项非常重要的空间分析功能。是指在统一空间参考系统下，通过对两个数据进行的一系列集合运算，产生新数据的过程。这里提到的数据可以是图层对应的数据集，也可以是地物对象。叠置分析的叠置分析的目标是分析在空间位置上有一定关联的空间对象的空间特征和专属属性之间的相互关系。多层数据的叠置分析，不仅仅产生了新的空间关系，还可以产生新的属性特征关系，能够发现多层数据间的相互差异、联系和变化等特征.

在叠置分析中至少涉及到三个数据，其中一个数据的类型可以是点、线、面等，被称作输入数据（Demo 中称作被操作图层/地物）；另一个数据是面数据被称作叠置数据（Demo 中称作操作图层/地物）；还有一个数据就是叠置结果数据，包含叠置后数据的几何信息和属性信息。

根据GIS数据基本结构不同，将GIS叠置分析分为基于矢量数据的叠置分析和基于栅格数据的叠置分析两大类。

二、分类

叠置分析有以下几种类型：

1.视觉信息叠置：视觉信息叠置是将不同侧面的信息内容叠置显示在结果图件或屏幕上，以便研究者判断其相互空间关系，获得更为丰富的空间信息。视觉信息叠置不产生新的数据层面，只是将多层信息复合显示，便于分析。包括（1）点状图，线状图和面状图之间的叠置显示。（2）面状图区域边界之间或一个面状图与其他专题区域边界之间的叠置。（3）遥感影象与专题地图的叠置。（4）专题地图与数字高程模型（DEM）叠置显示立体专题图。

2.点与多边形叠置：实际上是计算多边形对点的包含关系。还要进行属性信息处理。通常不直接产生新数据层面。例如一个中国政区图（多边形）和一个全国矿产分布图（点），二者经叠置分析后，并且将区图多边形有关的属性信息加到矿产的属性数据表中，然后通过属性查询，可以查询指定省有多少种矿产，产量有多少；而且可以查询，指定类型的矿产在哪些省里有分布等信息。

3.线与多边形叠置：是比较线上坐标与多边形坐标的关系，判断线是否落在多边形内。计算过程通常是计算线与多边形的交点，只要相交，就产生一个结点，将原线打断成一条条弧段，并将原线和多边形的属性信息一起赋给新弧段。叠置的结果产生了一个新的数据层面。

4.多边形叠置：多边形叠置将两个或多个多边形图层进行叠置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。一般的GIS软件都提供了三种类型的多边形叠置操作：叠置的结果产生了一个新的数据层面。

5.栅格图层叠置：这种作用于不同数据层面上的基于数学运算的叠置运算，在地理信息系统中称为地图代数。地图代数功能有三种不同的类型：（1）基于常数对数据层面进行的代数运算；（2）基于数学变换对数据层面进行的数学变换（指数、对数、三角变换等）；（3）多个数据层面的代数运算（加、减、乘、除、乘方等）和逻辑运算（与、或、非、异或等）。

三、GIS叠置分析在景观规划设计中的应用

1.服务区场址的选择分析

在以往的项目中, 根据笔者的规划设计经验, 往往是项目所有者提出建议地点, 规划设计方进行现场调查结果并结合设计人员的规划设计经验, 在主观上确定一处、两处或三处场址, 然后再进行深入调查分析、比较, 最终得出服务区的场址地点。这样的结果往往不是非常仓促的主观臆断的决定就是耗时漫长且效率和科学性不高的分析判断。在本次规划项目中, 使用了GIS 进行了服务区的场址选择, 一改往常大尺度规划时的郁闷心情, 所有过程清晰明了, 高效且分析结果的准确程度令人满意。以下就是本次规划的分析步骤:

首先, 根据坡度与工程性建设的关系( 建筑设计资料集第六册) , 服务区应建在坡度15°以下的区域; 其次, 服务区应处于高山反应线以下;然后, 坡向应朝南的区域, 满足采光和冬季取暖要求; 此外, 应使服务区较为隐蔽, 视线不可达, 其目的是为了弱化建筑, 强调区域自然的统一性。这也是对场地的尊重, 对自然的尊重。在这样一个自然景观占主体的区域内, 任何人工的造作都应当注意, 寻求建筑与山景的“视觉和谐”( Visual Harmony) , 达到二者的和谐共生。

所以, 我们归纳出以下选址的技术路线( 见图1) 。

实施步骤如下:

步骤一: 提取坡度≤15°区域。在ArcView 下, 使用该风景区坡度分析中Slope of Tingride, 运用[ Map Query] , 提取坡度≤15°区域。

步骤二: 提取南向坡向。在ArcView 下, 使用坡向分析中Aspect of Tingride, 运用[ Map Query] , 提取坡向≥157.5°且≤202.5°的区域, 适于兴建服务区的地方有很多, 此时还无法做出有益的判断。

步骤三: 提取3 000 m 高山反应线。在ArcInfo 下, 加载该风景区的Tin 图层, 我们把新的高程属性定位3 个级别, 分别为: 1 400 m～2 278 m;2 278 m～3 000 m; 3 000 m～4 027 m。重新生成数字高程。在海拔3 000 m以上的高原反应区, 弱势群体的游客不能达到这里, 更不能在这里修建服务区。在ArcView下我们可以得到准确的高原反应线。

步骤四: 提取南向的坡度≤15°的区域。在ArcView下, 使用上述步骤一、步骤二和步骤三的图层, 运用[ Map Calculator] 数学算子, 提取非高山反应线以上的, 坡向≥157.5°且≤202.5°, 并坡度≤15°的区域( 见图2) ,显示了高山反应线以下坡向为南向的坡度≤15°的坡面区域。此时由图上看来, 适于兴建服务区的场址有4 处, 分别为A, B, C, D, 其中A 处面积最大, D 处次之, B 处最小。哪一个是服务区得最佳场址选地, 还有待下一步分析。

步骤五: 重新在ArcView中提取不可见区域。在ArcView下, 插入8个高点的