第七章 空间查询与空间分析
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空间分析原理与应用：第七章 空间聚类分析
cos 21
cos 22
cos
2n
cos n1
cos n1
cos
nn
这是一个实对称矩阵，其主对角线元素为1，只需计算上三角或下三角。
cos ij的取值范围在 - 1和1之间，其值越大，越相似，可以归为一类。
2.相关系数（r）
rij
m
( xik xi )(x jk x j )
k 1
m
m
( xik xi )2 ( x jk x j )2
prototyp
号
es
K-modes 跟K-means相似 较高 分类
凸、球 大
一般 较低
是
一般 较低
是
CLARA O(ks2+k(n- k)) 较高 数值
凸、球 大
一般 较低
一般
CLARANS O(n2)
较低 数值
凸、球 大
是
一般 一般
聚类 算法名称 方法
算法效率
基于 层次
BIRCH CURE
O(n) O(n)
• CHAMELEON(变色龙)算法的主要思想是首先使用图划分算法 将数据对象聚类为大量相对较小的子类，其次使用凝聚的层次 聚类算法反复地合并子类来找到真正的结果类。CHAMELEON 算法是在 CURE 等算法的基础上改进而来，能够有效的解决 CURE等算法的问题。
(3)基于密度的聚类 主要特点在于其使用区域密度作为划分聚类的依据，其认为只要数据空间区
二、空间聚类分析的要求
空间聚类中的典型问题
1.空间数据的复杂性 • 空间拓扑关系：a,c,e,g表示了空间簇相互分离的情况；
b,d,f,h,k,l表示了空间簇邻接的情况，其中b,d表示了“颈问 题”，k,l表示单链和多链问题；i表示空间簇相互包含的情况；j 表示两个空间簇或一个空间簇与背景噪声相互覆盖的情况。
空间查询
空间查询基于空间关系查询空间实体间存在着多种空间关系，包括拓扑、顺序、距离、方位等关系。
通过空间关系查询和定位空间实体是地理信息系统不同于一般数据库系统的功能之一。
简单的面、线、点相互关系的查询包括：1、面面查询，如与某个多边形相邻的多边形有哪些。
2、面线查询，如某个多边形的边界有哪些线。
3、面点查询，如某个多边形内有哪些点状地物。
4、线面查询，如某条线经过（穿过）的多边形有哪些，某条链的左、右多边形是哪些。
5、线线查询，如与某条河流相连的支流有哪些，某条道路跨过哪些河流。
6、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。
7、点面查询，如某个点落在哪个多边形内。
8、点线查询，如某个结点由哪些线相交而成。
基于空间关系和属性特征的联合查询目前的空间查询是通过对标准SQL进行扩展，即在其中加入空间关系查询。
如增加空间数据类型(如点、线、面)和空间操作算子(如求长度、面积、叠加等)。
基于属性的GIS查询，则可以直接通过关系数据库的SQL语言进行查询。
一般来说，地物的图形数据和属性数据是分开存贮的，图形和属性之间通过目标的ID码进行关联，通过SQL语言操作数据库进行查询。
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，是地理信息系统特有的一种查询功能。
这种查询利用地理编码，输入街道的门牌号码，就可知道大致的位置和所在的街区。
该查询能够根据一段地址的描述性语言，自动地从空间位置的角度将该地址定位，经常用于公用事业管理，事故分析等方面，如邮政、通讯、供水、供电、治安、消防、医疗等领域。
超文本查询超文本查询把图形、图像、字符等皆当作文本，并设置一些“热点”（HotSpot），“热点”可以是文本、键等。
用鼠标点击“热点”后，可以弹出说明信息、播放声音、完成某项工作。
但超文本查询只能预先设置好，用户不能实时构建自己要求的各种查询。
在地图上进行多种空间查询操作，获取满足特定属性筛选和空间筛选条件的地理信息、安全信息及案例信息。
空间查询与分析
只能同时叠加两幅地图，但可连续操作叠加 的结果
地图叠加将会引起
几何形状改变 属性改变
1）点与多边形的叠置
确定一个图层上的点落在另一个图层的哪个多 边形内，以便为图层中的每个点建立新的属性。
A
B
C D
商业经销点的分布
点号 属性 属性 12
多边 形号
1
A
2
B
3
C
4
C
5
D
2）线与多边形的叠置
确定一个图层上的线落在另一个图层的哪个多边 形内，以便为图层中的每条弧段点建立新的属性。
在MapInfo 中，属性数据保存在数据表中，利 用一张属性数据表的属性进行查询可以利用 MapInfo 的选择功能。
例如在中国地图中查找： 90年人口<6000万的省份 90年人口<6000万且女性人口>2000万的省份 90年总人口中65岁以上老人占5%以上的省份
结构化查询语言（SQL)
基本语法：
Parcel
PIN p101 p102 p103
销售日 期
98-10-1
68-6-10
97-7-3
面积
2.5 3.1 2.3
代码
1 2 2
分区 居住 商业 商业
p104 78-7-30 1.5
1
居住
PIN p101 p101 p102 p102 p103 p104
业主名字 Wang Chang Smith Jones Mark Joe
线与多边形叠置的算法就是线的多边形裁剪。
在林业规划中，需要按照距河流一定纵深范围来规划 森林的砍伐区，以防止水土流失
在地震带，需按照断裂线的危险等级，绘出围绕每一 断裂线的不同宽度的缓冲带，使之作为警戒线的指示
地图叠加将会引起
几何形状改变 属性改变
1）点与多边形的叠置
确定一个图层上的点落在另一个图层的哪个多 边形内，以便为图层中的每个点建立新的属性。
A
B
C D
商业经销点的分布
点号 属性 属性 12
多边 形号
1
A
2
B
3
C
4
C
5
D
2）线与多边形的叠置
确定一个图层上的线落在另一个图层的哪个多边 形内，以便为图层中的每条弧段点建立新的属性。
在MapInfo 中，属性数据保存在数据表中，利 用一张属性数据表的属性进行查询可以利用 MapInfo 的选择功能。
例如在中国地图中查找： 90年人口<6000万的省份 90年人口<6000万且女性人口>2000万的省份 90年总人口中65岁以上老人占5%以上的省份
结构化查询语言（SQL)
基本语法：
Parcel
PIN p101 p102 p103
销售日 期
98-10-1
68-6-10
97-7-3
面积
2.5 3.1 2.3
代码
1 2 2
分区 居住 商业 商业
p104 78-7-30 1.5
1
居住
PIN p101 p101 p102 p102 p103 p104
业主名字 Wang Chang Smith Jones Mark Joe
线与多边形叠置的算法就是线的多边形裁剪。
在林业规划中，需要按照距河流一定纵深范围来规划 森林的砍伐区，以防止水土流失
在地震带，需按照断裂线的危险等级，绘出围绕每一 断裂线的不同宽度的缓冲带，使之作为警戒线的指示
空间查询和空间分析精品PPT课件
叠合产生新的栅格数据集 合，其单元的数值就是计 算的结果，原理简单。
ArcGIS均有对应的功能、 菜单。
2021年1月8日星期五
距离
得分
0—500米 500—1000米 1000—1500米
>1500米
0（不必建设） 1 2
3（必须建设）
[R_school])
人口密度
得分
0 - 50
0（无需建设）
每一个单元，计算与其相邻的８个 单元的之间的坡度、坡向
坡度：高程差／d（单元的大小） 坡向：每一个单元，通过与相邻８
个单元的关系，计算平均方向或最 大的方向。
ArcGIS采用8单元计算法。
e1 e2 e3 e4 C e5 e6 e7 e8
S
d
2 x
d
2 y
d y [(e6 2e7 e8 ) (e1 2e2 e3 )] / 8g d x [(e1 2e4 e6 ) (e3 2e5 e8 )] / 8g
剖面
可以绘制任意方向线，得到沿该线各个单元的高程（属性）数值，将 其展开，得到纵剖面
可以用在道路的选择、坡度的估计等等。
2021年1月8日星期五
accum_cost = a1 + ( (cost_a + cost_b) / 2 ) * D accum_cost：某一单元b的累计通行成本
a1：上一个相邻单元a的累计通行成本 cost_a：单元a的成本 cost_b：单元b的成本
2021年1月8日星期五
成本距离分析
有障碍的通行（坡度、额外的费用） 有运动的成本 累计距离 最低成本表面 最小成本路径
不规则三角网（TIN）
TIN的空间分析与栅格数据格网 分析有许多共同之处。因为都 是表示连续的表面
ArcGIS均有对应的功能、 菜单。
2021年1月8日星期五
距离
得分
0—500米 500—1000米 1000—1500米
>1500米
0（不必建设） 1 2
3（必须建设）
[R_school])
人口密度
得分
0 - 50
0（无需建设）
每一个单元，计算与其相邻的８个 单元的之间的坡度、坡向
坡度：高程差／d（单元的大小） 坡向：每一个单元，通过与相邻８
个单元的关系，计算平均方向或最 大的方向。
ArcGIS采用8单元计算法。
e1 e2 e3 e4 C e5 e6 e7 e8
S
d
2 x
d
2 y
d y [(e6 2e7 e8 ) (e1 2e2 e3 )] / 8g d x [(e1 2e4 e6 ) (e3 2e5 e8 )] / 8g
剖面
可以绘制任意方向线，得到沿该线各个单元的高程（属性）数值，将 其展开，得到纵剖面
可以用在道路的选择、坡度的估计等等。
2021年1月8日星期五
accum_cost = a1 + ( (cost_a + cost_b) / 2 ) * D accum_cost：某一单元b的累计通行成本
a1：上一个相邻单元a的累计通行成本 cost_a：单元a的成本 cost_b：单元b的成本
2021年1月8日星期五
成本距离分析
有障碍的通行（坡度、额外的费用） 有运动的成本 累计距离 最低成本表面 最小成本路径
不规则三角网（TIN）
TIN的空间分析与栅格数据格网 分析有许多共同之处。因为都 是表示连续的表面
空间查询
空间查询基于空间关系查询空间实体间存在着多种空间关系，包括拓扑、顺序、距离、方位等关系。
通过空间关系查询和定位空间实体是地理信息系统不同于一般数据库系统的功能之一。
简单的面、线、点相互关系的查询包括：1、面面查询，如与某个多边形相邻的多边形有哪些。
2、面线查询，如某个多边形的边界有哪些线。
3、面点查询，如某个多边形内有哪些点状地物。
4、线面查询，如某条线经过（穿过）的多边形有哪些，某条链的左、右多边形是哪些。
5、线线查询，如与某条河流相连的支流有哪些，某条道路跨过哪些河流。
6、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。
7、点面查询，如某个点落在哪个多边形内。
8、点线查询，如某个结点由哪些线相交而成。
基于空间关系和属性特征的联合查询目前的空间查询是通过对标准SQL进行扩展，即在其中加入空间关系查询。
如增加空间数据类型(如点、线、面)和空间操作算子(如求长度、面积、叠加等)。
基于属性的GIS查询，则可以直接通过关系数据库的SQL语言进行查询。
一般来说，地物的图形数据和属性数据是分开存贮的，图形和属性之间通过目标的ID码进行关联，通过SQL语言操作数据库进行查询。
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，是地理信息系统特有的一种查询功能。
这种查询利用地理编码，输入街道的门牌号码，就可知道大致的位置和所在的街区。
该查询能够根据一段地址的描述性语言，自动地从空间位置的角度将该地址定位，经常用于公用事业管理，事故分析等方面，如邮政、通讯、供水、供电、治安、消防、医疗等领域。
超文本查询超文本查询把图形、图像、字符等皆当作文本，并设置一些“热点”（HotSpot），“热点”可以是文本、键等。
用鼠标点击“热点”后，可以弹出说明信息、播放声音、完成某项工作。
但超文本查询只能预先设置好，用户不能实时构建自己要求的各种查询。
在地图上进行多种空间查询操作，获取满足特定属性筛选和空间筛选条件的地理信息、安全信息及案例信息。
7 空间查询与分析
24
4
选址条件
1. 高程在365米以下，以减少抽水成本； 2. 不能位于洪水淹没区，以防暴雨时期损坏； 3. 距河流在1000米以内，减少处理后排水管道的长 度； 4. 距居民地和公园至少150米，以减少对其产生的 影响； 5. 选在可利用的空地上，减少征地和建设费用； 6. 与主污水管道的连接点在1000米以内（最合适距 离为500米为宜）； 7. 距现有道路不大于50米； 8. 面积至少150000平方米。
基本空间分析方法
7 空间查询与分析
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、分布、 形态、形成、演变等信息。
1
2
叠置分析
在统一空间参照系下，每次将同一地区两个 地理对象的图层进行叠合，以产生空间区域 的多重属性特征，或建立地理对象之间的空 间对应关系
多边形叠置示意
并：1,2,3,4,5,6 交：4,5,6 差：3 判别：3,4,5,6
1 2 3 B 4 A C 5 6
8
7
缓冲区分析
根据分析对象的点、线、面实体，自动建立 它们周围一定距离的带状区，用以识别这些 实体或主体对邻近对象的辐射范围或影响 度，以便为某项分析或决策提供依据。
缓冲区的建立
9
求出位于这 些区域之内 的所有宗地
污水管道的连接点 公共设施部门 街道 交通局
求出位于这 些区域之外 的所有宗地
28
进行选址分析（续）
从满足上述要求的 区域中选出空地
输出分析结果
地图 图表 文字说明 …
道路
求出位于道 路两侧50米 之内的 分别求出位于 连接点500和 1000米内的
找出面积大 于等于15万 平方米的
4
选址条件
1. 高程在365米以下，以减少抽水成本； 2. 不能位于洪水淹没区，以防暴雨时期损坏； 3. 距河流在1000米以内，减少处理后排水管道的长 度； 4. 距居民地和公园至少150米，以减少对其产生的 影响； 5. 选在可利用的空地上，减少征地和建设费用； 6. 与主污水管道的连接点在1000米以内（最合适距 离为500米为宜）； 7. 距现有道路不大于50米； 8. 面积至少150000平方米。
基本空间分析方法
7 空间查询与分析
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、分布、 形态、形成、演变等信息。
1
2
叠置分析
在统一空间参照系下，每次将同一地区两个 地理对象的图层进行叠合，以产生空间区域 的多重属性特征，或建立地理对象之间的空 间对应关系
多边形叠置示意
并：1,2,3,4,5,6 交：4,5,6 差：3 判别：3,4,5,6
1 2 3 B 4 A C 5 6
8
7
缓冲区分析
根据分析对象的点、线、面实体，自动建立 它们周围一定距离的带状区，用以识别这些 实体或主体对邻近对象的辐射范围或影响 度，以便为某项分析或决策提供依据。
缓冲区的建立
9
求出位于这 些区域之内 的所有宗地
污水管道的连接点 公共设施部门 街道 交通局
求出位于这 些区域之外 的所有宗地
28
进行选址分析（续）
从满足上述要求的 区域中选出空地
输出分析结果
地图 图表 文字说明 …
道路
求出位于道 路两侧50米 之内的 分别求出位于 连接点500和 1000米内的
找出面积大 于等于15万 平方米的
第七章 空间数据查询与空间度量
空间数据查询与空间度量
申怀飞 城市与环境学院
2008-11-20
Company
LOGO
7.1 空间查询概述
❖查询分类：
▪ 简单直接查询 ▪ 逻辑运算查询 ▪ 复合模拟查询
❖空间查询方式：
▪ 属性查询（通过属性查空间） ▪ 空间查询（通过空间查属性）
7.2 属性查询
❖简单属性查询
例：已有某地区的 土地利用表及相应 的图，现要找到林 地，通过对下列属 性数据表查找植被 为林地的记录，并 显示这些记录相应 的空间位置。
– 假设有N个顶点，其面积计算公式为：
Pk =
1 2
(yk+1 + yk)(xk+1 - yk)
n-1
P = k∑=1Pk
+
1 2
(yn + y1)(xn – x1)
多边形面积量算示意图
注：总面积公式中第二项为最后一个点和第一点围成的梯形面积
7.4 空间量算
❖面状地物量算
▪ 面积与周长 • 栅格数据的面积周长计算
▪ 扩展SQL查询
对SQL进行扩充或改造，实现空间 关系及空间运算操作的查询。
在SQL上发展的空间结构化查询 语言，提供6个显示参数。
如：空间查询：查高程大于 300，小于500的区域
7.3 空间查询
❖点查询 ❖矩形或圆查询 ❖多边形查询
例：右图就是在 ARCVIEW软件下，点 击黄色图斑，就可获 取烟台市辖区的周长、 面积等信息。
7.4 空间量算
❖面状地物量算
▪ 形状
形状指数 对于多边形边界轮廓的形态度量，有很多公式，大多数都与多
边形的周长和面积有关。形状指数大多使用多边形周长与面积的 比值，并使之与标准形状（通常是圆形）相比表示其形状的复杂 程度。
申怀飞 城市与环境学院
2008-11-20
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7.1 空间查询概述
❖查询分类：
▪ 简单直接查询 ▪ 逻辑运算查询 ▪ 复合模拟查询
❖空间查询方式：
▪ 属性查询（通过属性查空间） ▪ 空间查询（通过空间查属性）
7.2 属性查询
❖简单属性查询
例：已有某地区的 土地利用表及相应 的图，现要找到林 地，通过对下列属 性数据表查找植被 为林地的记录，并 显示这些记录相应 的空间位置。
– 假设有N个顶点，其面积计算公式为：
Pk =
1 2
(yk+1 + yk)(xk+1 - yk)
n-1
P = k∑=1Pk
+
1 2
(yn + y1)(xn – x1)
多边形面积量算示意图
注：总面积公式中第二项为最后一个点和第一点围成的梯形面积
7.4 空间量算
❖面状地物量算
▪ 面积与周长 • 栅格数据的面积周长计算
▪ 扩展SQL查询
对SQL进行扩充或改造，实现空间 关系及空间运算操作的查询。
在SQL上发展的空间结构化查询 语言，提供6个显示参数。
如：空间查询：查高程大于 300，小于500的区域
7.3 空间查询
❖点查询 ❖矩形或圆查询 ❖多边形查询
例：右图就是在 ARCVIEW软件下，点 击黄色图斑，就可获 取烟台市辖区的周长、 面积等信息。
7.4 空间量算
❖面状地物量算
▪ 形状
形状指数 对于多边形边界轮廓的形态度量，有很多公式，大多数都与多
边形的周长和面积有关。形状指数大多使用多边形周长与面积的 比值，并使之与标准形状（通常是圆形）相比表示其形状的复杂 程度。
空间查询与空间分析
空间查询与空间分析空间查询和空间分析是地理信息系统（GIS）中重要的功能，用于处理地理空间数据，为决策提供支持。
本文将从定义、应用领域、方法和技术等方面进行介绍，全面探讨空间查询和空间分析的相关内容。
一、空间查询的定义和应用领域空间查询是指对地理空间数据进行特定条件的和检索，以获取符合查询条件的空间数据或空间特征。
空间查询的目的是为了从地理空间数据中寻找并提取出满足特定需求的信息，为决策提供科学依据。
空间查询广泛应用于资源管理、环境保护、城市规划、应急管理、交通规划、地理病理学等领域。
资源管理是空间查询的一个重要应用领域。
通过对资源分布、利用程度等信息的查询和分析，可以实现对资源的合理配置和管理。
例如，通过对森林资源的查询和分析，可以确定合适的伐木量，确保森林的可持续利用。
城市规划是另一个典型的应用领域。
通过对城市地理空间数据进行查询和分析，可以得到城市土地使用的空间分布情况、用地类型和规模等信息。
这些信息可以帮助规划人员制定城市的发展策略和规划布局。
二、空间查询的方法和技术空间查询的方法和技术包括空间关系查询、空间属性查询和空间拓扑查询。
1.空间关系查询：是通过指定空间关系条件，来查询满足这些关系条件的空间要素。
常用的空间关系查询有重叠关系、接触关系、相交关系、包含关系等。
2.空间属性查询：是通过指定空间要素的属性条件，来查询满足这些属性条件的空间要素。
常用的空间属性查询有按照属性值进行等值查询、范围查询和多条件复合查询等。
3.空间拓扑查询：是通过指定空间要素之间的拓扑关系，来查询满足这些拓扑关系的空间要素。
常用的空间拓扑查询有连接查询、容纳查询、相邻查询和交叉查询等。
空间查询的实现主要通过空间数据库管理系统（SDBMS）来完成。
SDBMS是一种针对空间数据进行管理和查询的专门数据库管理系统，具备管理空间数据的特殊功能和索引结构。
常用的SDBMS有Oracle Spatial、PostGIS、ArcSDE等。
空间查询和空间分析PPT课件
每一个单元，计算与其相邻的８个 单元的之间的坡度、坡向
坡度：高程差／d（单元的大小） 坡向：每一个单元，通过与相邻８
个单元的关系，计算平均方向或最 大的方向。
ArcGIS采用8单元计算法。
e1 e2 e3 e4 C e5 e6 e7 e8
S dx2 dy2
Ady /dx
2021/1/14
d y [e 6 ( 2 e 7 e 8 ) ( e 1 2 e 2 e 3 )/8 ] g
林业、生态领域。得到的栅格以日照强度分类（0-255）。
2021/1/14
.
13
等值线生成
2021/1/14
.
14
填挖方计算
计算两个栅格之间的填挖方，得到一个结果栅格 ArcView / ArcGIS有CutFill功能，简单计算填挖方，也可用栅格相减得到
详细的结果。
2021/1/14
.
15
ArcGIS利 用 ArcCatalog 建立拓扑 结构
2021/1/14
网络分析
A 1D C3
11
I
9
H
12
K
E
4 7
10
.
结点号 线段号
A
1
B
2
B 2G
C D E
3 1, 3, 4, 1, 1 4, 5, 7
F
F
2, 5, 6, 8
5
6
G
6
H
9
I
9, 10, 11, 12
K
12
8
L
13
J
13
L
2021/1/14
.
8
数字高程模型与地形分析
（digital elevation model）DEM 数字高程模型是给两维的点、线、面，赋予高程属性，使
坡度：高程差／d（单元的大小） 坡向：每一个单元，通过与相邻８
个单元的关系，计算平均方向或最 大的方向。
ArcGIS采用8单元计算法。
e1 e2 e3 e4 C e5 e6 e7 e8
S dx2 dy2
Ady /dx
2021/1/14
d y [e 6 ( 2 e 7 e 8 ) ( e 1 2 e 2 e 3 )/8 ] g
林业、生态领域。得到的栅格以日照强度分类（0-255）。
2021/1/14
.
13
等值线生成
2021/1/14
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14
填挖方计算
计算两个栅格之间的填挖方，得到一个结果栅格 ArcView / ArcGIS有CutFill功能，简单计算填挖方，也可用栅格相减得到
详细的结果。
2021/1/14
.
15
ArcGIS利 用 ArcCatalog 建立拓扑 结构
2021/1/14
网络分析
A 1D C3
11
I
9
H
12
K
E
4 7
10
.
结点号 线段号
A
1
B
2
B 2G
C D E
3 1, 3, 4, 1, 1 4, 5, 7
F
F
2, 5, 6, 8
5
6
G
6
H
9
I
9, 10, 11, 12
K
12
8
L
13
J
13
L
2021/1/14
.
8
数字高程模型与地形分析
（digital elevation model）DEM 数字高程模型是给两维的点、线、面，赋予高程属性，使
空间信息的查询与分析
No 1 2 P1 1 1 P2 2 3 P3 3 4
No 1 2 3 :
1
2
90.0 10.0 50.7 10.0 67.2 23.9 : :
2
3 4 5 6 7 8 : 37 38
3
4 5 9 3 1 : 9 8 6
3
:
4
：
5
：
1
：
10
10.0 90.0
81. 0
36
11
6
7
8
坐标与高程值表
三角形表
“使公园的可利用面积最大，公园中应很少或 没有沿河流分布的沼泽地.”这段说明可以转换为： 在一个沼泽地的多边形上，对上面选出的河段进 行线与多边形的叠加，叠加的结果可以确定一些 河段，使整个河岸长度都可用于野餐、散步等。 如图：
线状河流与多边形的叠加
四）准备表格分析的数据 五）进行表格分析 利用逻辑表达式和算术表达式可以对在第三 步中进行的空间操作所获得的新的属性关系进行 分析。例如，在第一步中用于公园选址的标准， 可以改变成下面的表达式： “公园的位置必须是从主要公路上容易到达的， 但又不能太靠近公路，以减少燥声或其它干扰。” 这段话可以根据沿主要公路建立两个缓冲区，所 得到的结果可以改变为：只有那些位于缓冲区所 确定的范围内的地区，可以考虑做进一步分析。
一、缓冲区（Buffer）分析 缓冲区是根据数据库中事物的点、线、 面实体，自动建立其周围一定宽度范围内 的缓冲区多边形 。 缓冲区的建立如下图所示，可以在 任一特征（点、线或多边形）的周围建立 缓冲区。
不 同 类 型 实 体 缓 冲 区 的 建 立
二、拓扑叠加分析
拓扑叠加分析是把分散在不同层上 的空间属性信息按相同的空间位置加到 一起，合为新的一层。
No 1 2 3 :
1
2
90.0 10.0 50.7 10.0 67.2 23.9 : :
2
3 4 5 6 7 8 : 37 38
3
4 5 9 3 1 : 9 8 6
3
:
4
：
5
：
1
：
10
10.0 90.0
81. 0
36
11
6
7
8
坐标与高程值表
三角形表
“使公园的可利用面积最大，公园中应很少或 没有沿河流分布的沼泽地.”这段说明可以转换为： 在一个沼泽地的多边形上，对上面选出的河段进 行线与多边形的叠加，叠加的结果可以确定一些 河段，使整个河岸长度都可用于野餐、散步等。 如图：
线状河流与多边形的叠加
四）准备表格分析的数据 五）进行表格分析 利用逻辑表达式和算术表达式可以对在第三 步中进行的空间操作所获得的新的属性关系进行 分析。例如，在第一步中用于公园选址的标准， 可以改变成下面的表达式： “公园的位置必须是从主要公路上容易到达的， 但又不能太靠近公路，以减少燥声或其它干扰。” 这段话可以根据沿主要公路建立两个缓冲区，所 得到的结果可以改变为：只有那些位于缓冲区所 确定的范围内的地区，可以考虑做进一步分析。
一、缓冲区（Buffer）分析 缓冲区是根据数据库中事物的点、线、 面实体，自动建立其周围一定宽度范围内 的缓冲区多边形 。 缓冲区的建立如下图所示，可以在 任一特征（点、线或多边形）的周围建立 缓冲区。
不 同 类 型 实 体 缓 冲 区 的 建 立
二、拓扑叠加分析
拓扑叠加分析是把分散在不同层上 的空间属性信息按相同的空间位置加到 一起，合为新的一层。
第七章 空间分析
i 1
n
3.缓冲区分析
3.缓冲区分析
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。
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。 角分线法 凸角圆弧法
1.空间查询与量算 1.1空间查询
简单的面、线、点相互关系的查询包括： 面面查询，如与某个多边形相邻的多边形有哪些。 面线查询，如某个多边形的边界有哪些线。 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（穿过）的多边形有哪些， 某条链的左、右多边形是哪些。 线线查询，如与某条河流相连的支流有哪些，某条道 路跨过哪些河流。 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，如某个点落在哪个多边形内。 点线查询，如某个结点由哪些线相交而成。
XG
Wi X i
i
W
i
YG
i
W Y W
i i i i
i
(四)距离量算
1、匀质空间距离的量算 在匀质空间，广义距离的一般形式为：
q d ij q xli xlj l 1
n
1/ q
在空间数据查询和定位分析中，研究的对象通常发生在二 维或三维的地理空间上，因此一般取 n 3 当
1.1 空间信息查询
图形--属性 查询方式
空间查询定义: 在GIS中 根据一定的图形条件或属 性条件或两者的结合条件, 检索出对应的空间对象的 属性或图形的一种工具。
统计结果： 图、表、文字 查询结果 新图层 新的属性域添加到 属性数据库
n
3.缓冲区分析
3.缓冲区分析
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。
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。 角分线法 凸角圆弧法
1.空间查询与量算 1.1空间查询
简单的面、线、点相互关系的查询包括： 面面查询，如与某个多边形相邻的多边形有哪些。 面线查询，如某个多边形的边界有哪些线。 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（穿过）的多边形有哪些， 某条链的左、右多边形是哪些。 线线查询，如与某条河流相连的支流有哪些，某条道 路跨过哪些河流。 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，如某个点落在哪个多边形内。 点线查询，如某个结点由哪些线相交而成。
XG
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W
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i
(四)距离量算
1、匀质空间距离的量算 在匀质空间，广义距离的一般形式为：
q d ij q xli xlj l 1
n
1/ q
在空间数据查询和定位分析中，研究的对象通常发生在二 维或三维的地理空间上，因此一般取 n 3 当
1.1 空间信息查询
图形--属性 查询方式
空间查询定义: 在GIS中 根据一定的图形条件或属 性条件或两者的结合条件, 检索出对应的空间对象的 属性或图形的一种工具。
统计结果： 图、表、文字 查询结果 新图层 新的属性域添加到 属性数据库
地理信息系统的空间分析
单纯查询：单纯地查询属性，或只查询空间拓扑关系 联合查询：将空间数据与属性数据联合查询。
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第七章 空间查询与空间分析 §7-1 空间查询
二、空间数据查询种类
1、几何参数查询： 包括点的位置坐标，两点间的距离，一个或一段线目标的长度，一
个面目标的周长或面积等。 实现：查询属性库或空间计算 2、空间定位查询： 给定一个点或一个几何图形，检索该图形范围内的空间对象及其属性。 1）按点查询： 给定一个鼠标点，查询离它最近的对象及属性---点的捕捉。 2）开窗查询----按矩形、圆、多边形查询 分为该窗口包含和穿过的区别。
第七章 空间查询与空间分析 §7-1 空间查询
3）包含关系查询
查询某个面状地物所包含的空间对象。 同层包含，如，某省的下属地区，若建立有空间拓扑关系，可直接查询拓扑 关系表来实现。 不同层包含，如某省的湖泊分布，没有建立拓扑，实质是叠置分析检索，通 过多边形叠置分析技术，只检索出在窗口界限范围内的地理实体，窗口外的 实体作裁剪处理。 4）穿越查询 某公路穿越了某些县，采用空间运算的方法执行，根据一个线目标的空间坐 标，计算哪些面或线与之相交。 5）落入查询 一个空间对象落入哪个空间对象之内。--空间运算 6）缓冲区查询 根据用户给定的一个点、线、面缓冲的距离，从而形成一个缓冲区的多边形， 再根据多边形检索原理，检索该缓冲区内的空间实体。
3） 规则格网法(Grid)
第七章 空间查询与空间分析
3） 规则格网法(Grid)
规则格网法是把DEM表示成高程矩阵， 此时，DEM来源于直接规则矩形格网采样 点或由不规则离散数据点内插产生。 结构简单，计算机对矩阵的处理比较方 便，高程矩阵已成为DEM最通用的形式。 高程矩阵特别有利于各种应用。
二者结合
返回
第七章 空间查询与空间分析 §7-1 空间查询
二、空间数据查询种类
1、几何参数查询： 包括点的位置坐标，两点间的距离，一个或一段线目标的长度，一
个面目标的周长或面积等。 实现：查询属性库或空间计算 2、空间定位查询： 给定一个点或一个几何图形，检索该图形范围内的空间对象及其属性。 1）按点查询： 给定一个鼠标点，查询离它最近的对象及属性---点的捕捉。 2）开窗查询----按矩形、圆、多边形查询 分为该窗口包含和穿过的区别。
第七章 空间查询与空间分析 §7-1 空间查询
3）包含关系查询
查询某个面状地物所包含的空间对象。 同层包含，如，某省的下属地区，若建立有空间拓扑关系，可直接查询拓扑 关系表来实现。 不同层包含，如某省的湖泊分布，没有建立拓扑，实质是叠置分析检索，通 过多边形叠置分析技术，只检索出在窗口界限范围内的地理实体，窗口外的 实体作裁剪处理。 4）穿越查询 某公路穿越了某些县，采用空间运算的方法执行，根据一个线目标的空间坐 标，计算哪些面或线与之相交。 5）落入查询 一个空间对象落入哪个空间对象之内。--空间运算 6）缓冲区查询 根据用户给定的一个点、线、面缓冲的距离，从而形成一个缓冲区的多边形， 再根据多边形检索原理，检索该缓冲区内的空间实体。
3） 规则格网法(Grid)
第七章 空间查询与空间分析
3） 规则格网法(Grid)
规则格网法是把DEM表示成高程矩阵， 此时，DEM来源于直接规则矩形格网采样 点或由不规则离散数据点内插产生。 结构简单，计算机对矩阵的处理比较方 便，高程矩阵已成为DEM最通用的形式。 高程矩阵特别有利于各种应用。
二者结合
地理信息系统的空间分析
3)扩展的SQL查询
返回 休息
一、 空间查询
3)扩展的SQL查询
MapInfo提供的扩展的SQL查询图形操作符： •Contains •Contain Part •Contain Entire •Within •Partly Within •Entirely Within •Intersects
返回 休息
第七章 地理信息系统的空间分析
§7-1 空间查询
§7-2 叠置分析 §7-3 缓冲区分析
按“ESC”键返回
休息
第七章 地理信息系统的空间分析
空间分析早已成为地理信息系统的核心功能之一，它特 有的对地理信息（特别是隐含信息）的提取、表现和传输功 能，是地理信息系统区别于一般信息系统的主要功能特征。 空间分析是基于地理对象的位置和形态特征的空间数据 分析技术，其目的在提取和传输空间信息。 本章介绍 GIS 中实现空间分析的基本功能，包括空间查 询，缓冲区分析、叠加分析、路径分析、空间统计分类分析 等，并描述了相关的算法，以及其中的计算公式。
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§7-2 叠置分析
1、点与多边形叠加
点与多边形叠加，实际上是计算多边形对点的包含关系。 矢量结构的GIS能够通过计算每个点相对于多边形线段的位 置，进行点是否在一个多边形中的空间关系判断。 在完成点与多边形的几何关系计算后，还要进行属性信 息处理。最简单的方式是将多边形属性信息叠加到其中的 点上。当然也可以将点的属性叠加到多边形上，用于标识 该多边形，如果有多个点分布在一个多边形内的情形时， 则要采用一些特殊规则，如将点的数目或各点属性的总和 等信息叠加到多边形上。
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§7-2 叠置分析
3、多边形叠加
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一、 空间查询
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一、 空间查询
3)扩展的SQL查询
MapInfo提供的扩展的SQL查询图形操作符： •Contains •Contain Part •Contain Entire •Within •Partly Within •Entirely Within •Intersects
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第七章 地理信息系统的空间分析
§7-1 空间查询
§7-2 叠置分析 §7-3 缓冲区分析
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第七章 地理信息系统的空间分析
空间分析早已成为地理信息系统的核心功能之一，它特 有的对地理信息（特别是隐含信息）的提取、表现和传输功 能，是地理信息系统区别于一般信息系统的主要功能特征。 空间分析是基于地理对象的位置和形态特征的空间数据 分析技术，其目的在提取和传输空间信息。 本章介绍 GIS 中实现空间分析的基本功能，包括空间查 询，缓冲区分析、叠加分析、路径分析、空间统计分类分析 等，并描述了相关的算法，以及其中的计算公式。
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§7-2 叠置分析
1、点与多边形叠加
点与多边形叠加，实际上是计算多边形对点的包含关系。 矢量结构的GIS能够通过计算每个点相对于多边形线段的位 置，进行点是否在一个多边形中的空间关系判断。 在完成点与多边形的几何关系计算后，还要进行属性信 息处理。最简单的方式是将多边形属性信息叠加到其中的 点上。当然也可以将点的属性叠加到多边形上，用于标识 该多边形，如果有多个点分布在一个多边形内的情形时， 则要采用一些特殊规则，如将点的数目或各点属性的总和 等信息叠加到多边形上。
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§7-2 叠置分析
3、多边形叠加
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一、 空间查询
第七章 空间数据查询与空间度量
周长
形状
kP CI = S
P CI = S
多边形的凸度 多边形的凸度
。
图斑圆形指数：图斑周长与相同面积圆的周长之比。 图斑圆形指数：图斑周长与相同面积圆的周长之比。
或者，图斑面积与相同周长圆的面积之比。 或者，图斑面积与相同周长圆的面积之比。
图斑方形指数：图斑周长与同面积正方形周长之比。 图斑方形指数：图斑周长与同面积正方形周长之比。
n 1/ 2
契比雪夫距离
d ij (∞ ) = max xli − xlj
{
}
非匀质空间距离的量算
（a）各向同性表面（简单距离）
（b）摩擦距离
各向同性和各向异性的距离表面
方位量算
方位是描述两个物体之间位置关系的另一种度量。空间方 位的描述可分为定量描述和定性描述。定量描述精确地给 出空间目标之间的方向，用于方位角、象限角等比率量标。
匀质空间与非匀质空间的距离量算
匀质空间距离的量算
q d ij (q ) = ∑ (xli − xlj ) l =1
n 1/ q
广义距离一般形式
曼哈顿距离 欧氏距离
d ij (1) = xli − xlj
2 d ij = ∑ (xli − xlj ) l =1
结 果
高亮度显示 空间对象分布 属性列表 拓扑查询 空间关系 统计地图 SQL查询 SQL查询 空间对象与属性
交互查询
属性数据查询
通过对属性数据的操作从地图中检索数 据。 结果通过高亮度显示或保存。 手段：表达式
表达式必须被GIS或数据库理解 表达式必须被GIS或数据库理解 不同的系统可能表达式不一样
= y ( t ) (α
x′y′′ − x′′y′
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2 fxy fx f
f
2 y
)
(
f
2 x
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f
2 y
f
yy
f
2 x
1)1 2
2.空间数据分析－－叠加分析
• 叠加分析是GIS最重要的功能之一 • 是将各种不同的地理要素分类（层）存储
和表述，由计算机自动将它们迭置起来进 行分析
• 如在叠加区域内，只有参与迭加的地理要 素都为真时，该区域才为真；若参与迭加 的地理要素中有一个为假，则该区域为假
• 通过拓扑关系和空间运算进行的查询 • 邻接查询：查询目标邻接的点、线、面目
标 • 包含查询：查询面目标所包含的点、线、
面目标 • 穿越查询：查询线目标所相交的点、线、
面目标 • 缓冲区查询：查询目标一定距离范围内的
点、线、面目标
1.空间数据查询－－属性查询
• 由属性查询到图形 • 支持标准的SQL查询语言
号
11
B
22
C
33
C
43
A
51
C
多边形与多边形叠加
• 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个多 边形或多个多边形的属性
• 进行多个多边形的叠加运算，在参与运算多边形 所构成的属性空间内，每个结果多边形内部的属 性值是一致的，可以称为最小公共地理单元
Select 属性项集合 From 属性表集合 Where 条件集合
结构化查询语言（SQL）
基本语法：
Parcel
Select <属性清单>
From <关系>
Where <条件>
例：查询地块面积为1.5的地块： select 地块
from Parcel
where Area= 1.5
例：查询地块面积为1.5的业主名字
f xx
f
2 x
(
f
2 x
2 fxy f
f
2 y
)(
f
2 x
xf
y
f
2 y
f yy
f
2 y
1)3 2
平面曲率：ContourCurturve
f
yy
f
2 x
2 fxy fx f y
(
f
2 x
f
2 y
)3
2
f xx
f
2 y
切曲率：TangentialCurturv e
f
xx
f
2 y
(
fБайду номын сангаас
2 x
形状量算
r
2
周长 面积
r<1为紧凑面；r=1为圆；r>1为膨胀面
质心量算：面或离散实体的分布中心
WiXi
XG
i
Wi
i
WiYi
YG
i
Wi
i
距离量算：实体之间的各种距离计算
地形分析：坡度、坡向与曲率
剖面曲率：与等高线垂 直的曲线曲率
坡度：法线与垂直方向之夹角
Z 坡度 N
等高线曲率：等高线水平曲线曲率
1.空间数据查询－－组合查询
• 定位与属性组合查询 • 关系与属性组合查询 • 定位与关系组合查询 • 定位、关系和属性组合查询
2.空间数据分析
• 形态分析 • 叠加分析 • 邻域分析 • 连接分析 • 网络分析 • 分布分析
2.空间数据分析－－形态分析
• 形态特征是空间物体的重要特征之一，在空间分 析中，对空间物体的形态分析随空间物体维数的 改变而不同
3.1
2.3
1.5
代码 Code
1
2
2
1
分区 Distr 居住
商业
商业
居住
地块标识 PIN p101 p101 p102 p102 p103 p104
业主名字 Name Wang Chang Smith Jones Mark Joe
Owner
• 扩展的SQL查询语言：将SQL查询和空间 关系查询结合
切曲率：与法线方向垂 直的曲线曲率
Y
坡向
X
坡向：法线在水以平面投影与正北方向之夹角
坡度、坡向与曲率的数学表达
设地形曲面为：z f (x, y)
坡度：Slope arctg
f
2 x
f
2 y
坡向：Aspect 180 arctg f y 90 f x
fx
fx
剖面曲率：Prof ileCurturve
• 多边形叠加结果通常把一个多边形分割成多个多 边形
叠加分析的几何运算
从几何运算上看，两个多边形通过不同的叠加运算可 以得到不同的结果：
交
并
差
分割
2.空间数据分析－－邻域分析
• 邻域分析包括两个方面的内容：一是通过 给定位置查询其邻域中的有关要素情况， 这在GIS中通常归结为“缓冲区”分析，有 点、线、面缓冲区分析
第七章 空间查询与空间分析
邹逸江
目录
• 空间数据查询 • 空间数据分析
1.空间数据查询
• 空间定位查询 • 空间关系查询 • 空间属性查询 • 空间组合查询
1.空间数据查询－－定位查询
• 由图形查询到属性 • 按点定位查询 • 按矩形区域查询 • 按椭圆区域查询 • 按多边形区域查询
1.空间数据查询－－关系查询
• 一般地说，空间物体可以简单地分为零维、一维、 二维、三维，形态分析是对物体的几何特征的分 析
• 零维物体的形态是没有意义的 • 一维物体的形态分析指长度、曲率、方向特征 • 二维物体的形态分析指面积、周长、重心及平面
延展性等 • 三维物体的形态分析主要有表面积、体积、坡度、
坡向等
空间量算
几何量算 • 点：坐标 • 线：长度、曲率、方向 • 面：面积、周长、形状、曲率等
select 业主名字，面积
from Parcel, Qwner
where Parcel.PIN= Owner.PIN and Parcel.Area= 1.5
地块标识 销售日期
PIN
Dtae
p101 98-10-1
p102 68-6-10
p103
97-7-3
p104 78-7-30
面积 Area 2.5
• 点与多边形叠加、线与多边形叠加、多边 形与多边形叠加
点与多边形叠加
1
23
4
56
A
C
B
A1
C 23
4
56
B
叠加结果：改变点属性内容
点 名 编 功 所属 号 称 码 能 辖区
1
A
2
C
3
C
4
B
5
B
6
B
线与多边形叠加
3
2
1
A
C
B
C
A4 3
2
5
1
B
叠加结果：产生新弧段 改变线属性内容
线 原 名 等 所属 号 线 称 级 辖区
• 空间实体间有着许多空间关系（包括拓扑、 顺序、度量等关系），在实际应用过程中， 用户往往希望GIS提供一些更能直接计算空 间实体关系的功能
• 如用户希望查询出满足如下条件的城市：
A：在某条铁路的东部；B：距离该铁路不 超过30公里；C：城市选择区域是特定的多 边形; D：城市人口大于70万
整个查询计算涉及了空间顺序关系（铁路 东部）、空间距离关系（距离该铁路不超 过30公里）、空间拓扑关系（被选城市在 特定的选择区域之内）、属性信息查询 （城市人口大于70万）