第五章 GIS空间查询与空间分析
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。
地理信息系统考试整理重点2
第一章GIS绪论1、地理信息系统：是地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，对地理数据进行采集、管理、操作、分析、模拟和显示，采用空间模型分析方法提供空间和动态的环境信息，为决策服务而建立起来的计算机技术系统。
2、GIS的组成：硬件环境、软件系统、空间数据、应用人员、应用模型。
3、GIS的软件构成：GIS 软件、系统软件、数据库软件。
4、GIS的功能：数据采集与输入、数据编辑与处理、数据存储和管理、空间查询与分析、数据的显示与输出。
5、论述GIS与自己专业的关系？第二章GIS的地学基础1、地球的三级逼近？一级逼近：大地体-物理表面；二级逼近：旋转椭球体-数字表面；三级逼近：参考椭球体-大地测量面。
2、地理坐标系（大地坐标系）：是以经度和纬度表示地面点位置的球面坐标系统。
3、中国的大地坐标系统：①1954年北京坐标系；②1980年国家大地坐标系（1980西安坐标系）。
4、地图投影：在地球椭球面和平面之间建立点与点之间函数关系的数学方法，称为地图投影。
5、地图投影变形：在地图投影时，把球面上的经纬线网转换到投影平面上，转换后地图上经纬线网格必然产生变形，这种变形称为地图投影变形。
包括长度变形、面积变形和角度变形。
6、按地图投影变形性质分类：等角投影(正形投影)：投影后任意点上任意两条微分线段构成的角度不产生变形。
等积投影：投影前后面积大小不变的投影，即面积变形为零。
任意投影：投影后长度、面积和角度都有变形，它既不等角又不等积。
等距投影是在特定方向上没有长度变形的任意投影的一种。
7、高斯-克吕格投影：是一种横轴等角切椭圆柱投影，它是将一椭圆柱横切于地球椭球体上，并与某一子午线相切，然后用等角条件将中央子午线两侧各一定经差范围内的地区投影圆柱面上，并将此柱面展为平面，即获得高斯克吕格投影。
8、高斯克吕格投影特点：①中央经线和赤道被投影为互相垂直的直线，且为投影的对称轴；②投影后无角度变形，即等角投影；③中央经线投影后没有长度变形。
地理信息系统 GIS 第五章 GIS空间分析技术
1、质心量测
✓质心是描述地理对象空间分布的一个重要指标。例如要 得到一个全国的人口分布等值线图，而人口数据只能到 县级，所以必须在每个县域里定义一个点作为质心，代 表该县的数值，然后进行插值计算全国人口等值线。 ✓质心通常定义为一个多边形或面的几何中心。当多边形 比较简单，如矩形，计算很容易。但当多边形形状复杂 时，计算也更加复杂。 ✓在某些情况下，质心描述的是分布中心，而不是绝对几 何中心。同样以全国人口为例，当某个县绝大部分人口 明显集中于一侧时，可以把质心放在分布中心上，这种 质心称为平均中心或重心。
式中，i为折线或多边形的顶点数，含义为依次求出组 成折线或多边形的所有线段长度，然后累加求和。
2 几何量算
➢多边形面积计算及其应用：辛普森（Simposion）面 积计算公式
在GIS中，梯形法是求面积的主要方法之一。其基 本思想是：按照多边形的顶点顺序依次求出多边形所 有边与X轴或Y轴组成的梯形面积，然后求其代数和
三、空间查询
✓ 例如：查询三峡地区长江流域人口大于50万的市或 县
Select*From县或市Where
县或市人口>50万
and Cross （河流名称=“长江”）
3、形状量测
• 如果认为一个标准的圆目标既非紧凑型也非膨胀型 的，对一个多边形则可定义其形状系数r为
r
P
2 A
• 其中，P为目标物周长， • A为目标物面积。 • 如果 • r〈1，目标物为紧凑型； • r =1, 目标物为一标准圆； • r 〉1，目标物为膨胀型。
三、空间查询
• 空间查询是GIS的一个重要功能，一般定义为作 用在GIS数据上的函数，它返回满足条件的内容。
• 查询是用户与系统交流的途径。
【精品】第五章空间分析91
第五章空间分析空间分析是对分析空间数据有关技术的统称。
根据作用的数据性质不同，可以分为：（1）基于空间图形数据的分析运算；（2）基于非空间属性的数据运算；（3）空间和非空间数据的联合运算。
一、空间查询与量算简介查询和定位空间对象，并对空间对象进行量算是地理信息系统的基本功能之一，它是地理信息系统进行高层次分析的基础。
•例如：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。
1．空间查询主要有两类：•第一类是按属性信息的要求来查询定位空间位置，称为“属性查图形”。
例如：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？这和一般非空间的关系数据库的SQL查询没有区别，查询到结果后，再利用图形和属性的对应关系，进一步在图上用指定的显示方式将结果定位绘出。
•第二类是根据对象的空间位置查询有关属性信息，称为“图形查属性”。
例如：一般地理信息系统软件都提供一个“INFO”工具，让用户利用光标，用点选、画线、矩形、圆、不规则多边形等工具选中地物，并显示出所查询对象的属性列表，可进行有关统计分析。
该查询通常分为两步，首先借助空间索引，在地理信息系统数据库中快速检索出被选空间实体，然后根据空间实体与属性的连接关系即可得到所查询空间实体的属性列表。
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。
例如：查询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–城市选择区域是特定的多边形；整个查询计算涉及了空间顺序方位关系（京沪线东部），空间距离关系（距离京沪线不超过50公里），空间拓扑关系（使选择区域是特定的多边形），甚至还有属性信息查询（城市人口大于100万）。
使用GIS软件进行空间数据分析的技巧
使用GIS软件进行空间数据分析的技巧随着科技的不断发展，GIS（地理信息系统）软件在各行各业中得到了广泛的应用。
从城市规划到环境保护，从交通管理到灾害应对，GIS软件帮助人们更好地理解和利用地理空间数据。
本文将介绍一些使用GIS软件进行空间数据分析的技巧。
1. 数据获取与处理在进行任何分析之前，首先需要获取和处理地理空间数据。
这些数据可以来自各种来源，如卫星遥感图像、地形数据、人口统计数据等。
使用GIS软件，我们可以将这些数据导入，并进行预处理，如数据清理、格式转换和投影转换等。
确保数据的准确性和一致性对于后续的分析至关重要。
2. 空间查询与可视化GIS软件提供了强大的空间查询和可视化工具，帮助我们快速定位和分析特定区域。
我们可以使用空间查询工具来选择或过滤出感兴趣的空间要素，如选取某个行政区域内的建筑物或某个地段的地形特征。
同时，利用GIS软件的可视化功能，我们可以以地图、图表或统计图等形式对地理空间数据进行展示，使得数据更加直观和易于理解。
3. 空间叠加分析与缓冲区分析空间叠加分析是GIS软件中常用的分析方法之一。
它通过将不同的空间数据层叠加在一起，来探索它们之间的相互关系。
例如，我们可以叠加地形数据和水系数据，以确定哪些地区容易发生洪水。
此外，缓冲区分析也是一种常用的空间分析方法。
它通过在地理空间数据中创建缓冲区来研究特定地点周围的影响范围。
例如，我们可以通过创建一个以学校为中心的缓冲区，来研究该区域内的交通情况和人口密度，并据此进行城市规划。
4. 空间插值与预测分析在一些情况下，我们可能无法获得完整的地理空间数据。
此时，空间插值技术可以帮助我们通过已有的数据点来推测其他地方的数据情况。
GIS软件提供了多种空间插值算法，如反距离加权插值和Kriging插值。
通过对地理空间数据进行插值分析，我们可以获取缺失数据的估算值，并进行进一步的预测分析。
5. 空间统计分析与模型建立空间统计分析是GIS软件中一个重要的功能。
地理信息系统的数据查询与空间分析技巧
地理信息系统的数据查询与空间分析技巧地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）是一种将地理数据与计算机技术相结合的现代信息管理系统。
它能够提供有关地理位置、地物属性和地物关系的信息。
在这个信息大爆炸的时代，GIS正成为人们获取、处理、分析和展示地理数据的重要工具。
本文将探讨地理信息系统中的数据查询与空间分析技巧，旨在帮助读者更好地理解和应用GIS工具。
一、数据查询技巧数据查询是地理信息系统中最基本也是最重要的功能。
通过数据查询，我们可以针对特定条件或属性查找和筛选感兴趣的数据。
以下是几种常见的数据查询技巧。
1. 属性查询属性查询是根据数据表中一列或多列的属性值进行查询的方式。
在进行属性查询时，需要明确查询条件，并利用逻辑运算符（如等于、大于、小于等）组合条件表达式。
例如，我们可以通过属性查询找到特定区域的人口密度高于平均水平的地区。
2. 空间查询空间查询是根据地物之间的空间关系进行查询的方式。
常见的空间查询包括点与面的关系、线与面的关系、面与面的关系等。
例如，在城市规划中，我们可以利用空间查询找到位于某个距离内的商业中心区域，以便进行商业用地的规划。
3. 缓冲区查询缓冲区查询是基于距离测量进行的一种查询方式。
通过设定缓冲区距离，在地图上生成一定距离内的区域范围，以便进行进一步分析。
例如，我们可以利用缓冲区查询找到离公园500米范围内的住宅区，从而评估周边居民的可达性和容量。
二、空间分析技巧空间分析是地理信息系统中的一项重要任务，用于揭示地理现象之间的空间关系和模式。
以下是几种常见的空间分析技巧。
1. 空间叠加分析空间叠加分析是将不同图层的地理要素进行叠加以获得新的结果图层的过程。
通过空间叠加分析，我们可以识别出不同要素之间的重叠区域、相交区域和分离区域，从而发现地理现象之间的关联关系。
例如，我们可以将人口分布图层和道路网络图层进行叠加分析，得到不同人口密度区域的交通便利性。
第五章 空间分析剖析
质心通常是指一个多边形或面积的几何中心。 在有些情况下质心描述的不是几何中心，而是分 布中心，或加权的平均中心。
应用范围极其广泛，如： ✓ 商场选址应该位于具有最佳势能的定位点处。 ✓ 经济的增长极可能发生在高势能地区。
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几何中心的计算
69.5 70.8 216.2 108.3
查找
101 102 103 104
11
实质是查数据库中植被=“林地 ” 的记录，并显示。
标号
101 102 103 104
植被
林地 农地 工业地 林地
面积
69.5 70.8 216.2 108.3
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2) 基于空间特性的查询
空间特征的查询可分： (1) 空间几何数据查询 查询空间目标的坐标点、线长、面积、周长及位 置等。 (2) 空间关系查询 基于拓扑关系的查询如邻接性查询、包含性查询、 穿越性查询、落入性查询、方向性查询等。 例：查长江经过哪几个省?
10
1、空间数据查询
1）基于属性（非空间）特征的查询
属性特征的查询主要在属性数据库中完成，这种查询通 常基于标准的SQL查询语言实现，之后按照属性数据和 空间数据的对应关系显示图形。
如：通过对下列数据表中属性“植被”的查找，找到林地。
标号
101 102 103 104
植被
林地 农地 工业地 林地
面积
• 首先求出伊拉克处于那个州；
• 之后求出同伊拉克处于同一州的国家
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5.4 空间数据的叠合 (置)分析
叠合分析(Overlay Analysis)的概念
叠合分析是在统一空间参照系统的条件下，将两层或多层 地图要素进行叠合产生一个新要素层的操作，其结果将原来 要素分割成新的要素，新要素综合了原来两层或多层要素所 具有的属性。也就是说，叠合分析不仅生成了新的空间关系， 还将输入数据层的属性联系起来产生了新的属性关系。叠合 分析是对新要素的属性按一定的数学模型进行计算分析，进 而产生用户需要的结果或回答用户提出的问题。
地理信息系统教程(考试重点)
地理信息系统教程第一章绪论1．信息系统：能对数据和信息进行采集、存储、加工和再现，并能回答用户一系列问题的系统。
具有采集、管理、分析和表达数据的能力。
2．地理信息系统：GIS是由计算机硬件、软件和不同的方法组成的系统，该系统设计用来支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题3．GIS与IS之间的区别：GIS是空间数据和属性数据的联合体。
4．GIS系统五个基本组成部分：⑴硬件系统，各种设备-物质基础；⑵软件系统，支持数据采集、存储、加工、回答用户问题的计算机程序系统；⑶数据，系统分析与处理的对象、构成系统的应用基础；⑷应用人员，GIS服务的对象，分为一般用户和从事建立、维护、管理和更新的高级用户；⑸应用模型，解决某一专门应用的应用模型，是GIS技术产生社会经济效益的关键所在5．地理信息系统基本功能：⑴数据采集与编辑；⑵数据存储与管理；⑶数据处理和变换；⑷空间分析和统计；⑸产品制作与显示；⑹二次开发和编程6．地理信息系统应用功能：资源管理；区域规划；国土监测；辅助决策第二章地理信息系统的空间数据结构和数据库1．地理实体：指自然界现象和社会经济事件中不能再分割的单元，它是一个具有概括性，复杂性，相对性的概念。
2．地理实体的特征：⑴属性特征——用以描述事物或现象的特性；⑵空间特征——用以描述事物或现象的地理位置以及空间相互关系；⑶时间特征——用以描述事物或现象随时间的变化3．地理实体数据的类型：⑴属性数据——描述空间对象的属性特征的数据；⑵几何数据——描述空间对象的空间特征的数据；⑶关系数据——描述空间对象之间的空间关系的数据4．点：有特定位置；线：具有相同属性的点的轨迹，由一系列的有序坐标表示；面：对湖泊、岛屿、地块等一类现象的描述。
由封闭曲线加内点来表示；体：用于描述三维空间中的现象与物体，它具有长度、宽度及高度等属性5．空间数据结构：是指空间数据适合于计算机存储、管理、处理的逻辑结构，也就是指空间数据以什么形式在计算机中存储和处理。
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。
矿产资源评价 第五章 基于GIS的矿产资源评价(1)
4
三、GIS的组成
1.硬件。指地理信息系统所需要的基本设备。设备处理的对象主要是数字地 图数据或数字图像数据等。 2.软件。软件包括系统运行所需的各种程序及有关资料。其主要作用是执行 各种GIS的操作。 3.数据。数据是GIS的操作对象，包括研究所需的各种数据、数字化后的地图 数据、经过数字转换的图像数据及分析用的统计数据等。 4.专家。GIS必须要有熟悉系统指令又对处理中涉及的专业比较了解的专家来 操作才能发挥其作用，否则，不仅系统的功能不能得到充分发挥，而且课题 的任务也不能顺利完成。 5 方法
2
第一节 概述
二、GIS的基本特征
1.以地理坐标为基础组织数据。 2.具有多维结构。GIS以地理坐标位置构成空间实体的第一和 第二维信息，而以各种专题内容组成的属性构成第三维信息。
3
第一节 概述
二、GIS的基本特征
3.信息的规范化和数字化。为了适应计算机的输入、输出 需要，便于进行多要素之间的对比、运算和相关分析，不论是 统计数据、地图或影像，还是一些描述性的信息，在参与处理 之前都按统一的格式或规范要求进行了规范化和数字化，变成 机器可以接受的数字形式。
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基于GIS的矿产资源评价流程
1. 搜集资料：搜集研究区内与成矿有关的地质、矿点分布、地 下岩性和构造、地球化学、航磁、重力等地球物理和遥感等资 料。如有可能，在缺乏资料的地区，补充采集资料。据此进行 综合研究确定现代地质环境； 2. 确定矿床类型：确定在上述地质环境中可能形成的矿床类 型。将研究区内的地质环境与全球范围内已知的某种矿床类型 有关的或与研究区内已知的矿床矿点的地质环境对比；
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第一节 概述
四、GIS的应用
(1)资源清查 是GIS应用的一个重要方面，如以土地利用类型为例，可 以输出不同土地利用类型的分布和面积，按不同高程带划分土 地利用类型、不同坡度区内的土地利用现状以及不同时期的土 地利用变化等。
地理信息系统中的空间数据分析方法与使用教程
地理信息系统中的空间数据分析方法与使用教程地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）是一种将地理空间数据与属性数据进行整合、管理、分析和展示的工具。
在GIS中，空间数据分析是一项重要的功能，它可以帮助用户在研究和决策过程中更好地理解和利用地理空间数据。
本文将介绍地理信息系统中常用的空间数据分析方法和使用教程。
一、空间数据分析方法1. 空间查询和空间关联分析：空间查询是GIS中最基础的分析方法之一，可以根据用户设定的条件查询地理空间数据，例如查询某个区域范围内的地块、建筑物或其他地理要素。
空间关联分析则是通过比较两个或多个地理要素之间的空间关系来进行分析，例如判断某个地块是否位于某个行政区域内。
2. 空间插值和空间推测：空间插值技术可以根据已知点的属性值，推断未知点的属性值，从而实现空间数据的补全和预测。
例如，在气象领域中，可以通过插值方法预测某个地区的气温和降雨量。
空间推测则是通过已知要素的空间分布模式来推断其他地理要素的分布模式。
3. 空间统计和空间模型分析：空间统计方法用于分析地理要素之间的空间关系，并进行统计计算。
例如，利用空间统计分析可以研究疾病的空间聚集现象，了解其在不同地理区域的分布特点。
空间模型分析则是利用数学模型来描述和解释地理要素之间的空间关系，例如地理回归模型可以用于分析地理要素之间的因果关系。
4. 空间多目标决策分析：在GIS中，空间多目标决策分析是一种辅助决策的方法，可以根据用户设定的目标和约束条件，通过空间分析方法来评估和比较不同方案的优劣。
例如，在城市规划中，可以利用空间多目标决策分析来评估不同用地方案对城市环境和社会经济的影响。
二、空间数据分析的使用教程1. 数据准备：在进行空间数据分析之前，首先需要准备好所需的地理空间数据，包括矢量数据和栅格数据。
矢量数据包括点、线、面等要素的坐标和属性信息，栅格数据则是由像素组成的网格数据。
GIS基本空间分析
2
3
B0
4
AB B
A0
叠置前两个输入图层的弧-多边形关系表 弧ID 起点 终点 左多边形 右多边形 1 2 1 2 1 2 0 0 A B
② 拓扑重构
弧ID 起 点 终 点 左多 边形 右多 边形 2 1
⑥ ②
① ②
1 4
4 2
00 00
A0 B0
3
④
⑤
B0
4
③
④ ⑤ ⑥
3
3 3 2
4
4 1 3
A0
3 多边形的叠加
居 民 区 叠 加 图 污 染 分 级 图
A B
B1 A1 A3
B3
居民 区ID A B
污染 分级 1 2 3
叠加 居民 污染 区 区ID 分级 A1 A 1 A2 A3 B1 B3 A A B B 2 3 1 3
A2
1
2
3
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。
在统一空间参照系统条件下，将同一地 区两个或两个以上图层进行叠合，以建 立地理对象之间的空间对应关系，或产 生空间区域的多重属性特征。
空间合成 叠加
空间统计 叠加
分 类
矢量数据的叠置分析 栅格数据的叠置分析
一 叠置分析(overlay)
（一）矢量数据的叠置分析
（二）栅格数据的叠置分析
算法复杂，但数据 量小、精度较高。 算法简单， 但数据量大。
在一个局部区域内用在一个局部区域内用xx方向和方向和yy方向上关于方向上关于高程高程zz的二阶导数的正负组合关系来判断的二阶导数的正负组合关系来判断地形特征点类型的判断表zziijj11zziijijj11zziijj11当当zziijj11zziijj则则vrvriijj1122当当zziijj11zziijj则则vrvriijjzzii11jjzziijjzzii11jzziijj33当当zzii11zziijj则则vrvriijj1144当当zzii11zziijj则则vrvriijj公式公式1423同时成立同时成立则则vrvriijj2以上条件都以上条件都不成立则不成立则vrvriijji1j1i1ji1j1ij1i1j1i1ji1j1ij1差分算法示意图表示其他点表示鞍点表示脊点表示谷点vr在一个在一个3333的栅格窗口中也可以直接利用中心格网的栅格窗口中也可以直接利用中心格网点与88个邻域格网点的高程关系来进行判断地形特征点
《地理信息系统》第五章空间数据处理
05
空间数据处理应用案例
城市规划与设计
城市规划方案评估
通过空间数据处理，对城市规划 方案进行环境影响评估，确保规 划方案符合可持续发展要求。
城市交通规划
利用空间数据处理技术，分析城 市交通流量、路网结构等信息， 优化城市交通布局和道路设计。
异常值处理
识别并处理异常值，如缺失、 异常大或异常小的数据。
格式转换
将不同格式的数据统一转换为 GIS可识别的格式，如 Shapefile、GeoJSON等。
坐标系转换
将数据从一种坐标系转换到另 一种坐标系，以适应不同的地
理环境和应用需求。
数据转换
投影转换
将地理数据从一种投影方式转换为另 一种投影方式，如从地理坐标系转换 为墨卡托投影。
将不同时间点的数据进行融合，以获得时 间序列数据或动态数据。
空间数据融合
特征提取与融合
将不同空间范围或不同分辨率的数据进行 融合，以提高空间数据的覆盖范围和精度 。
从多源数据中提取共同特征并进行融合， 以实现特征匹配和识别。
数据压缩与编码
数据压缩
通过算法减少数据的大小，以节省存储空间 和提高传输效率。
编码参数设置
根据实际情况调整编码参数，以获得最佳的 压缩效果和精度。
编码方式选择
根据数据的性质和应用需求选择合适的编码 方式，如矢量编码、栅格编码等。
解压缩与解码
对压缩后的数据进行解压缩和解码，以恢复 原始数据。
03
空间数据基本处理
地图数字化
地图数字化是将纸质或实物地 图转换为数字格式的过程，便 于计算机处理和地理信息系统
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。
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。
第五章空间查询与空间分析
2）TIN 法
TIN表示法利用所有采样点取得的离散数据，按照优化组合的原则，把这 些离散点（各三角形的顶点）连接成相互连续的三角面（在连接时，尽可能地 确保每个三角形都是锐角三角形或是三边的长度近似相等--Delaunay）。
因为TIN可根据地形的复杂程度来确定采样点的密度和位置，能充分表示 地形特征点和线，从而减少了地形较平坦地区的数据冗余。
SELECT name FROM Cities WHERE temperature is high
SELECT name FROM Cities WHERE temperature >= 33.75
这种查询方式只能适用于某个专业领域的地理信息系统，而不能作为地理信 息系统中的通用数据库查询语言。
第2节空间数据的统计分析
b) 如不改变格网大小,则无法适用于起伏 程度不同的地区； c) 对于某些特殊计算如视线计算时，格 网的轴线方向被夸大； d) 由于栅格过于粗略，不能精确表示地 形的关键特征,如山峰、洼坑、山脊等；
3、DEM 特点
与传统地形图比较，DEM作为地形表面的一种数字表达形式有如下特点：
1）容易以多种形式显示地形信息。地形数据经过计算机软件处理过后， 产生多种比例尺的地形图、纵横断面图和立体图。而常规地形图一经制 作完成后，比例尺不容易改变或需要人工处理。 2）精度不会损失。常规地图随着时间的推移，图纸将会变形，失掉原有 的精度。而DEM采用数字媒介，因而能保持精度不变。另外，由常规的地 图用人工的方法制作其他种类的地图，精度会受到损失，而由DEM直接输 出，精度可得到控制。 3）容易实现自动化、实时化。常规地图要增加和修改都必须重复相同的 工序，劳动强度大而且周期长，而DEM由于是数字形式的，所以增加和修 改地形信息只需将修改信息直接输入计算机，经软件处理后即可得各种 地形图。
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。
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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。
和传输空间信息） 空间分析内容（按方法）包括：空间统计
分析、缓冲区分析、叠置分析、集合分析、 地学分析、地形分析等。
第二节空间数据查询
空间数据库
空间查询
哈尔滨在哪 里？
78路公交 经过哪些
站？
属性查询
2.1 空间数据查询的定义
一般定义：从GIS数据库中找出所满足属性约 束条件和空间约束条件的地理对象或数据内容。
2．面积
多边形边界也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:
S 1 n xi 2 i1 xi1
yi yi1
3.2 距离量算
--空间运算方法
3 空间关系查询
1）相邻分析检索---通过检索拓扑关系 面—面：如查询与面状地物相邻的多边形的实现方法： A 从多边形与弧段关联表中，检索该多边形关联的所 有弧段； B 从弧段关联的左右多边形表中，检索出这些弧段关 联的多边形。
B C
1
A2
线—线（与某干流A相连的所有支流） A 从线状地物表中，查找组成A的所有 弧段及关联的结点； B 从结点表中，查询与这些结点关联的 弧段； 点—点（A与B是否相通）等。
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。
第五章 GIS空间查询与空间分析
学习目标
➢理解空间数据查询和空间分析的概念； ➢掌握缓冲区分析、叠加分析和网络分析的概念、原理、
方法和应用。 ➢了解空间数据的统计分析方法和应用
重点：空间分析的概念、常用空间分析的方法和应用。 难 点：缓冲区分析、叠加分析和网络分析。
第一节 空间分析概述
1.1 空间分析的含义
大致可分为四类： 1. 针对空间特征的查询（单纯的空间查询 ） 2. 针对非空间属性的查询（单纯的属性查询 ） 3. 结合空间关系和非空间属性的查询 （与空间 位置和属性条件同时相关的联合查询 ） 4. 地址匹配查询 （可归为3）
2.2 空间数据的基本查询方式
1 给出图形信息：如鼠标点取，拉框等方式。 1）检索其相应属性； 2）检索其空间拓扑关系
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。
实现：根据空间索引，检索哪些对象可能位于该 窗口，然后根据点、线、面在查询开窗内的判别 计算，检索到目标。
3.1 几何量算
几何量算对点、线、面、体4类目标物而言， 其含义不同的： 点状目标：坐标； 线状目标：长度、曲率、方向； 面状目标：面积、周长等； 体状目标：表面积、体积等。
1 线长度
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：
7）边匹配检索 空间查询在多幅地图的数据文件之间进行，
这时需应用边沿匹配处理技术。
4 属性查询
1） 查找
仅选择一个属性表，给 定一个属性值，找出对应 的属性记录或图形。
在屏幕上已有一个属性 表，用户任意点取记录， 对应的图形以高亮显示。 实现：执行数据库查询语 言，找到满足要求的记录， 得到它的目标标识，再通 过目标标识在图形数据文 件中找到对应的空间对象， 并显示出来。
2 给出属性特征条件
1）检索对应的空间 实体
2）查询属性 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。
三、空间数据查询的种类
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
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。其根本目的是：通过对空间数据的深 加工或分析，获取新的信息，为空间行为 提供决策依据。 ——空间数据挖掘
1.2 空间分析的目的
在于通过对空间数据的深加工或分析，获 取新的信息。 （基于地理对象的位置和形态 特征的空间数据分析技术，其目的在于提取
2）SQL查询
Select 属性项 From 属性表 Where 条件 or条件 and 条件
实现：交互式选 择各项，输入后， 系统再转换为标准 的SQL，由数据库 系统执行或ODBC C 语言执行，得到结 果，提取目标标识， 在图形文件中找到 空间对象，并显示。
第三节 空间数据的量算
空间信息的自动化量算是地理信息系 统所具有的重要功能，也是进行空间分析 的定量化基础。其中的主要量算有： ➢ 几何量算 ➢ 距离量算 ➢ 形状量算 ➢ 质心量算
n 维匀质空间广义距离 公式
距 离
n
1/ q
dij (q) (xli xlj )q
l 1
计
算
公
式
n 维非匀质空间距离计算
dij (xi x j )2 (yi y j )2
i(xi, yi)
dij xi x j yi y j
i
i
j(xj, yj) j
j
dij (xi x j )0.6 ( yi y j )0.6 1/0.6