空间分析与三维分析

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空间分析

空间分析复习资料一、名词解释1、空间分析：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，其目的在于提取和传输空间信息。

2、网络结构模型：在网络模型中，地物被抽象为链、节点等对象，同时要关注其间连通关系。

3、空间数据模型：是关于现实世界中空间实体及其相互间联系的概念，它为描述空间数据的组织和设计空间数据库模式提供着基本方法。

4、叠置分析：将不同层的地物要素相重叠，使得一些要素或属性相叠加，从而获取新信息的方法。

包括合成叠置分析和统计叠置分析。

同义词：地图覆盖分析。

5、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、策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。

6、栅格数据的聚类分析：栅格数据的聚类是根据设定的聚类条件对原有数据系统进行有选择的信息提取而建立新的栅格数据系统的方法。

7、数据高程模型：数字地形模型中地形属性为高程时称为数字高程模型。

数字地形模型是地形表面形态属性信息的数字表达，是带有空间位置特征和地形属性特征的数字描述。

8、坡度：坡度是地面高程的变化率的求解，因此，坡度变率表征了地表面高程相对于水平面变化的二阶导数。

9、坡向：实际应用中，由于所建立的DEM数据常常是按从南到北获取的，所以求出的坡向角度是与正北方向的夹角。

10、缓冲区分析：缓冲区分析是解决邻近度问题的空间分析工具之一。

邻近度描述了地理空间中两个地物距离相近的程度，其确实是空间分析的一个重要手段。

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。

11、最佳路径分析：12、空间插值：常用于将离散点的测量数据转换为连续的数据曲面，以便于其它空间现象的分布模式进行比较，它包括了空间内插和外推两种算法。

13、虚拟现实：由计算机生成的可与用户在视觉、听觉、触觉上实施交互，使用户有身临其境之感的人造环境。

它在测绘与地学领域中的应用可以看作地图认知功能在计算机信息时代的新扩展。

第六章三维数据的空间分析方法

第六章三维数据的空间分析方法三维数据的空间分析方法是地理信息系统中的重要内容之一、随着技术的发展和数据的积累，三维数据的空间分析在城市规划、建筑设计、环境监测等领域得到了广泛的应用。

本章将介绍三维数据的表示方法以及常用的空间分析方法。

一、三维数据的表示方法三维数据的表示方法主要有两种：体素法和表面法。

1.体素法：体素是三维空间中的一个像素，类似于二维空间中的像素。

体素法将三维空间划分为一系列的小立方体，每个立方体称为一个体素。

每个体素可以用一个数值来表示其属性，例如高度、温度等，这样就形成了一个三维数组。

体素法的优势是能够全面地表示三维数据的空间分布特征，但也存在数据量大、计算复杂的缺点。

2.表面法：表面法是用一个或多个表面来表示三维空间中的对象。

表面可以是多边形网格、三角网格等。

表面法常用于建筑设计、可视化等领域。

表面法的优势是数据量相对较小，计算相对简单，但不能很好地反映三维数据的内部特征。

1.空间插值：空间插值是根据已有数据点的属性值，推算未知位置的属性值。

常用的插值方法有反距离加权法、克里金插值法等。

空间插值在三维数据的空间分布分析中起到了至关重要的作用。

2.空间关系分析：空间关系分析是研究不同空间对象之间的关系，如接近、远离、相交等。

在三维数据的空间分析中，常用的空间关系分析方法有空间缓冲区分析、空间接近分析等。

3.可视化分析：可视化分析是通过图形展示三维数据的空间分布特征。

常用的可视化分析方法有三维透视图、等值线图等。

可视化分析能够直观地展示三维数据的分布规律，对于决策和规划具有重要的指导作用。

4.空间统计分析：空间统计分析是通过统计学方法研究三维数据的空间分布特征。

常用的空间统计分析方法有聚类分析、空间自相关分析等。

空间统计分析可以帮助我们理解三维数据的空间格局，并提取有用的信息。

5.空间模拟分析：空间模拟分析是通过模拟方法模拟三维数据的空间变化过程。

常用的空间模拟分析方法有蒙特卡洛模拟、细胞自动机模型等。

空间解析几何与立体几何的联系

空间解析几何与立体几何的联系空间解析几何和立体几何是数学中两个相互联系紧密的分支。

空间解析几何主要研究空间中点、直线、平面的性质及其相互关系，而立体几何则研究空间中的几何体的性质和相互关系。

本文将探讨空间解析几何与立体几何之间的联系以及它们在实际问题中的应用。

一、空间解析几何与立体几何的基本概念在开始讨论两者之间的联系前，我们先回顾一下空间解析几何和立体几何的基本概念。

空间解析几何中，我们研究的点通过坐标来表示，直线则可以表示为两点之间的所有点的集合。

平面则可以表示为某一点和该点的两个不共线向量生成的平面。

而立体几何中，我们研究的是在空间中存在的各种几何体，如球体、立方体、圆锥等。

立体几何研究的对象具有三维的特性，并且可以通过各种投影方法来进行描述和分析。

二、两者之间的联系虽然空间解析几何和立体几何是数学中的不同分支，但它们之间存在着密切的联系。

1. 位置关系的分析空间解析几何中，我们可以通过坐标系来分析点、直线、平面之间的位置关系，例如两直线是否平行、共面、相交等。

这种位置关系的分析在立体几何中同样适用。

例如，我们可以通过空间解析几何的方法来判断一个点是否在一个几何体内部或外部，或者两个几何体是否相交。

2. 空间投影的应用立体几何中的一个重要概念是投影，即将三维几何体投影到二维平面上。

而在空间解析几何中，我们研究的点、直线、平面都可以通过坐标来表示，因此可以将三维几何体的投影问题通过空间解析几何的方法进行研究。

例如，通过计算三维几何体在不同方向上的投影，我们可以得到几何体的截面图形，从而更好地理解几何体的形状和性质。

3. 各种几何体的性质分析在空间解析几何中，我们可以通过坐标方程来分析各种几何体的性质，如点的距离、直线的倾斜角度等。

类似地，在立体几何中，我们可以通过各种几何体的投影、相交等特性来分析几何体之间的关系及其性质。

通过两者之间的联系，我们可以更全面地认识和理解各种几何体的性质。

三、空间解析几何与立体几何在实际问题中的应用空间解析几何和立体几何不仅仅是一门学科，它们在实际问题中也有着广泛的应用。

地理信息系统基础：培训第六节空间分析(超图实训指导)

如何建立缓冲区？
建立缓冲区（1）
鼠标右键选中某个（或几个）几何对象，在弹出的快捷菜单中进行选择。
建立缓冲区（2）
• 在对话框中进行参数的设置
• 生成的缓冲区添加到地图窗口显示结果
2、叠加分析
什么是叠加分析？
– 在两个数据集之间进行的一系列的几何运算
SuperMap提供了五种叠加分析
– 裁剪分析 – 合并分析 – 擦除分析 – 求交分析 – 同一分析
求交分析
• 求交运算是求两个数据集的交集的操作。两个数据集中相交的部分将被输出到结果数据集中，其余部分将被删除
同一分析
是对两个数据集进行相交运算。保留第一数据集的所有部分，去除第二数据集中与第一个数据集没有重叠的部分
例：求青海省的湖泊分布情况
• 根据全国湖泊分布图、青海省行政区域图计算出青海省境内的湖泊分布图
3.12
Green planning activities for tree planting Festival
空
间
分
析
主要内容
第一部分第二部分第三部分第四部分
缓冲区分析叠加分析网络分析三维分析
1、缓冲区分析
什么是缓冲区？
– 根据指定的距离在点、线和多边形实体的周围自动建立一定宽度的区域范围。
点的次序是由TOUR自己决定的。因此旅行商分析的结果即包括所选择的路径，也包括它所确定的最优的访问次序。
服务区分析
• 根据指定的服务中心点及服务范围分析服务中心点能够提供的服务范围。
最近设施查找
查找与已知点（事件点）距离最近的设施点
网络分析参数设置
连通性参数设置基本网络参数设置设置网络障碍点设置网络障碍边设置中心点设置交通规则设置转向表显示风格设置指定分析区域

第九章三维分析

第九章三维分析相当长的一段时间里，由于GIS理论方法及计算机软硬件技术所限，GIS以描述二维空间为主，同时发展了较为成熟的基于二维空间信息的分析方法。

但是将三维事物以二维的方式来表示，具有很大的局限性。

在以二维方式描述一些三维的自然现象时，不能精确地反映、分析和显示有关信息，致使大量的三维甚至多维空间信息无法加以充分利用。

随着GIS技术以及计算机软硬件技术的进一步发展，三维空间分析技术逐步走向成熟。

三维空间分析相比二维分析，更注重对第三维信息的分析。

其中第三维信息不只是地形高程信息，已经逐步扩展到其它更多研究领域，如降雨量、气温等。

ArcGIS具有一个能为三维可视化、三维分析以及表面生成提供高级分析功能的扩展模块3D Analyst，可以用它来创建动态三维模型和交互式地图，从而更好地实现地理数据的可视化和分析处理。

利用三维分析扩展模块可以进行三维视线分析和创建表面模型（如TIN）。

任何ArcGIS 的标准数据格式，不论二维数据还是三维数据都可通过属性值以三维形式来显示。

例如，可以把平面二维图形突出显示成三维结构、线生成墙、点生成线。

因此，不用创建新的数据就可以建立高度交互性和可操作性的场景。

如果是具有三维坐标的数据，利用该模块可以把数据准确地放置在三维空间中。

ArcScene是ArcGIS三维分析模块3D Analyst所提供的一个三维场景工具，它可以更加高效地管理三维GIS数据、进行三维分析、创建三维要素以及建立具有三维场景属性的图层。

此外，还可以利用ArcGlobe模型从全球的角度显示数据，无缝、快速地得到无限量的虚拟地理信息。

ArcGlobe能够智能化地处理栅格、矢量和地形数据集，从区域尺度到全球尺度来显示数据，超越了传统的二维制图。

利用交互式制图工具，可以在任何比例尺下进行数据筛选、查询和分析，或者把比例尺放大到合适的程度来显示感兴趣区域的高分辨率空间数据，例如航空相片的细节。

本章主要介绍如何利用ArcGIS三维分析模块进行创建表面、进行各种表面分析及在ArcScene中数据的三维可视化。

空间分析

有关DEM的基本概念
• DTM（Digital Terrain Model）——数字地面模型是利用一个任意坐标系中大量选择的已知x、y、z 的坐标点对连续地面的一个简单的统计表示，或者说，DTM就是地形表面形态属性信息的数字表达，是带有空间位置特征和地形属性特征的数字描述。地形表面形态的属性信息一般包括高程、坡度、坡向等。 • 当数字地形模型中地形属性为高程时称为数字高程模型（DEM，Digital Elevation Model），所以说DEM是DTM的一个子集。由于传统的地理信息系统的数据结构都是二维的，数字高程模型的建立是对二维空间信息描述的一个很好的补充。
• 载入的方法如下： • 点击【FILE】菜单下的【Extension】（扩展模块）命令； • 单击“ArcView3D Analysis”模块和Spatial Analyst分析模块的复选框，然后点击对话框的OK按钮确认，则可装入该模块。 • ArcView的空间分析模块装入以后，则发现下拉式菜单会增加“Surface”和“Analysis” 两个菜单项，“Theme”菜单下也会多增加几项功能。
坡向Aspect
• 坡向定义为坡面法线在水平面上的投影与正北方向的夹角。在Arcview中Aspect表示每个栅格与它相邻的栅格之间沿坡面向下最陡的方向。在输出的坡向数据中，坡向值有如下规定：正北方向为0度，正东方向为90度，以次类推。
基于Dem提取坡向
• 1．在视图目录表中添加dem并激活它。 • 2．从【Surface】菜单中选择【Derive Aspect】命令。 • 3．显示并激活生成的坡向主题Aspect of Dem。
基于DEM提取坡度
• 1．添加Dem数据并激活它。 • 2．从【Surface】菜单中选择【Derive Slope】命令。 • 3．生成新的坡度主题slope of Dem。 • 4．双击左边的图例，在弹出的Legend Editor对话框中可重新调整坡度分级。

如何进行地下空间三维建模与分析

如何进行地下空间三维建模与分析在现代城市化的进程中，城市的地下空间成为一个不可忽视的重要领域。

地下空间的合理开发和利用，对于缓解城市交通压力、优化资源配置、提升城市品质具有重要意义。

而地下空间的规划与建设，离不开地下空间三维建模与分析的支持与应用。

地下空间三维建模是指通过将地下空间的各种要素进行数字化的方式，构建出真实、精确、可视的三维地下模型。

它是地下空间规划与管理的基础，也是进行地下空间分析的前提。

那么，如何进行地下空间三维建模与分析呢？首先，进行地下空间三维建模需要获取地下空间的数据。

地下空间数据的获取可以通过多种方式实现，例如激光雷达技术、地下探测雷达技术等。

这些技术可以快速获取地下的地质、地貌、建筑等数据，为后续的建模工作提供了基础。

其次，进行地下空间三维建模要选择合适的建模方法。

地下空间复杂多变，不同类型的地下空间需要采用不同的建模方法。

例如，对于地下交通系统，可以采用比例缩小法将地下道路、通道等要素进行模型构建；对于地下管线系统，可以采用节点连接法来建模。

通过选择合适的建模方法，可以更好地还原地下空间的真实情况。

另外，进行地下空间三维建模需要注意数据的准确性和完整性。

地下空间的建模数据应尽可能准确地反映出实际情况，以保证建模结果的可信度。

同时，建模过程中要充分考虑地下空间的各种要素，包括地质、地下设施、地下水等，以确保建模结果的完整性。

完成地下空间三维建模后，接下来就是进行地下空间分析。

地下空间的分析可以从多个角度进行，比如交通分析、设施规划分析、水文地质分析等。

这些分析可以帮助我们深入了解地下空间的特点和潜力，为地下空间的规划与管理提供科学的依据。

在交通分析方面，可以利用地下空间三维模型进行模拟和预测，评估地下交通系统的通行能力和效率。

通过分析交通流量、堵塞情况等指标，可以为地下交通系统的优化设计提供依据。

在设施规划分析方面，可以利用地下空间三维模型进行布局优化。

通过分析地下空间的结构特点和地下设施的分布情况，可以合理规划地下商业、停车场等设施，提升地下空间的利用效率。

空间数据三维可视化及三维分析

空间数据三维可视化及三维分析空间数据的三维可视化及分析是指将空间数据（如地理、地球物理、气象、遥感等数据）转化为具有三维结构的图形，以便进行更深入的分析和理解。

本文将介绍三维可视化和分析的相关原理、技术和应用。

一、三维可视化的原理和技术三维可视化是指将空间数据通过计算机技术和图形学的方法转化为具有三维结构和深度感的图像。

其原理和技术主要包括以下几个方面：1.数据获取和预处理：空间数据的获取包括地理测量、遥感影像获取等，预处理则包括数据校正、投影转换、无效数据处理等。

这些步骤是获取高质量、准确的空间数据的基础。

2.空间数据模型：空间数据常使用的模型包括栅格模型和矢量模型，栅格模型是将地理空间数据划分为规则的栅格单元，矢量模型则是通过点、线、面等图元来表示地理空间对象。

栅格模型适用于连续数据，如遥感影像，矢量模型适用于离散、不规则数据，如地理要素。

3.三维数据呈现：三维数据的呈现主要通过图形渲染技术来实现，包括三维图元的建模和投影、光照和阴影效果的处理等。

同时，还可以应用贴图技术和纹理映射等技术实现真实感渲染，提升可视化效果。

4.交互和导航：通过交互技术和用户界面实现对三维模型的控制和导航。

用户可以通过鼠标、触控屏等方式对模型进行缩放、旋转、平移等操作，以获得更好的观察角度和空间感。

5.动态三维可视化：除了静态的三维图像，还可以通过时间维度来展示动态场景的演变过程，如气象变化、城市发展等。

通过动态可视化，可以更好地理解和分析空间数据的变化规律和趋势。

二、三维空间数据分析的应用三维空间数据分析是在三维可视化基础上，进一步对空间数据进行量化、模拟、预测等分析和推理。

以下是几个常见的应用案例：1.地震监测与预测：通过地震监测仪器获取的地震数据可以进行三维可视化，以便更好地理解地震带、地震发生的空间分布、震源深度等，进而对发生地震的原因和机制进行分析和预测。

2.3D城市规划与建模：借助三维可视化和分析技术，可以对城市的地形、建筑物、道路等进行建模和分析，为城市规划和土地利用提供支持。

ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程三维分析

一、表面创建
3）张力样条插值
样条插值是用表面拟合一组点的方法，要求所有的点均处于生成的表面上。
图9.9 张力样条插值操作按钮
图9.10 张力样条插值操作对话框
资料仅供参考
一、表面创建
4）规则样条插值
规则样条允许控制表面的平滑度。需要注意的是，规则样条中的权重值用来控制表面的平滑度。权重指定三阶导数的系数，以使表面的曲率最小。权重值越大，表面越平滑，一阶导数（坡度）表面也越平滑。通常，权重值取0~0.5。
资料仅供参考
一、表面创建（2） TIN表面的创建
通常TIN是从多种矢量数据源中创建的。可以用点、线与多边形要素作为创建TIN的数据源。 1）点集：它是TIN的基本输入要素，决定了TIN表面的基本形状。
图9.15 点集图
资料仅供参考
一、表面创建
2）隔断线
它可以是具有高度的线，也可以是没有高度的线。在TIN中构成一条或多条三角形的边序列。隔断线即可用来表示自然要素，如山脊线、溪流，也可以用来创建要素如道路。
•指定最大的搜索半径，可以限制搜索半径。如果在达到最大搜索半径时，搜索到的点数还没有达到指定的数目，此时将停止搜索，用已经搜得的点计算插值单元。
资料仅供参考
一、表面创建
6）邻域法插值
• 邻域插值将TIN的一些方法与栅格插值方法结合起来。栅格表面使用输入数据点及其邻近栅格单元进行插值。
图9.13 邻域插值操作按钮
图9.53 垂直拉伸后的图
资料仅供参考
三、ArcScene三维可视化
（3）使用动画旋转:
图9.54 动画旋转操作对话框
资料仅供参考
三、ArcScene三维可视化
（4）改变场景的光照

实验三三维空间分析

实验三三维空间分析一、表面创建及景观图制作数据1）景区等高线矢量数据Arc-Clip2）景区道路矢量数据Arc-Clip-road3）景区水系矢量数据Arc-Clip-river4）景区休憩地数据层Arc-Clip-urb要求1）利用所给等高线数据建立景区栅格表面。

2）在ArcScene三维场景中，实现表面与其它要素叠加三维显示。

3）设计各要素如道路、水系等的符号化显示。

4）综合考虑表面及各要素，生成美观大方的区域景观图。

操作步骤1.打开数据，根据需求创建TIN，在Layer框中勾选等高线图层Arc-Clip，在右边的Height Source中选择Elevation字段，在Triangulate as中选择soft line。

2.创建栅格表面，由tin转栅格在Input TIN选项栏中选择tin,在Attribute栏中点选Elevation ,在Output raster栏中键入生成的DEM保存地址，点击OK。

3.建立三维景观图依次打开需要叠加显示的道路、水系、休憩地要素图层的属性对话框如图示，设置其基准高程为区域TIN表面，实现要素与地形的三维叠加显示。

（需要设置的图层有Arc-Clip-river,Arc-Clip-road,Arc-Clip-urb,tingrid，其余图层取消勾选，不显示）此外，如果需要对地形起伏程度进行拉伸以夸大或缩小起伏度，可通过设置各图层数据高程转换系数实现。

最后生成景观图。

二污染物在蓄水层中的可视化数据1）污染物浓度栅格图层数据contamination。

2）水井位置点数据层wells.shp，其中包含水井深度属性。

3）需要清理的污染源（工业设施）数据facility.shp，其属性中包括需要进行清理的优先级。

4）污染物空间的TIN表面C-TIN。

要求：利用所给数据，实现污染物状况的三维可视化显示、点状水井矢量要素的突出显示、污染物的符号化突出显示。

实验步骤1.显示污染物的体积与污染程度。

ArcGIS空间分析和三维分析

实验三利用ArcGIS进行空间分析与三维处理一、实验目的和要求1、了解基于矢量数据和栅格数据基本空间分析的原理和操作。

2、熟练掌握 ArcGIS 下进行道路网络分析的技术方法。

3、熟练掌握 ArcGIS 中建立 DEM、TIN 的技术方法。

4、掌握根据 DEM 或 TIN 计算坡度、坡向的方法。

5、熟悉ArcScene用户界面，了解制作飞行动画基本操作。

二、实验主要内容（1）如图1所示，给出一组离散点及对应的高程，请用SuperMap, ArcGIS建立TIN模型，绘制等值线图，并进行坡度、坡向分析，沿AB两点作三维剖面图。

图1 离散点数据（2）基于所提供的TIN数据，采用两种方法实现模拟场景飞行。

1、抓取一系列场景图片，然后向其中插入平滑帧形成动画。

打开实验场景->抓取景区场景->调节动画参数->生成动画->动画导出为AVI 文件格式。

2、通过记录实时飞行场景生成动画。

在场景中选取合适位置->设置合适的动画时长->沿路径录制飞行场景->浏览播放动画->动画导出为AVI文件格式。

三、实验主要步骤及数据处理结果1、矢量化离散点数据2、用ArcGIS建立TIN模型A：用Arcgis中的Arctoolbox->3DAnalyst工具创建TNT数据模型分析设置如下：B:生成的TNT数据如下：3、绘制等值线图A：用Arcgis中的Arctoolbox->3DAnalyst工具创建等值线分析设置如下：B：生成的等值线图如下所示：4、TNT转换成栅格A：用Arcgis中的Arctoolbox->3DAnalyst工具创建栅格分析设置如下：B：生成的栅格图如下所示：5、坡度分析A: 用Arcgis中的Arctoolbox->3DAnalyst工具创建坡度分析设置如下：B:坡度分析图如下：6、坡向分析A: 用Arcgis中的Arctoolbox->3DAnalyst工具创建坡向分析设置如下：B:坡向分析如下所示：7、沿AB两点作三维剖面图A：打开3DAnalyst工具条:B:点击插入线工具，跟踪一条线段并获得相应的高程值C:设置相应的参数点击创建剖面图生成剖面图：8、基于所提供的TIN数据，采用两种方法实现模拟场景飞行A:、抓取一系列场景图片，然后向其中插入平滑帧形成动画。

空间数据分析方法

空间数据分析方法空间数据分析方法导语：空间数据分析的方法有什么呢？以下是小编为大家分享的空间数据分析方法，欢迎借鉴！空间数据分析1. 空间分析：（spatial analysis，SA）是基于地理对性的位置和形态特征的空间数据分析技术,其目的在于提取和传输空间信息,是地理信息系统的主要特征,同时也是评价一个地理信息系统功能的主要指标之一,是各类综合性地学分析模型的基础,为人们建立复杂的空间应用模型提供了基本方法.2. 空间分析研究对象：空间目标。

空间目标基本特征：空间位置、分布、形态、空间关系（度量、方位、拓扑）等。

3. 空间分析根本目标：建立有效地空间数据模型来表达地理实体的时空特性，发展面向应用的时空分析模拟方法，以数字化方式动态的、全局的描述的地理实体和地理现象的空间分布关系，从而反映地理实体的内在规律和变化趋势。

GIS空间分析实际是一种对GIS海量地球空间数据的增值操作。

4. ArcGIS9中主要的三种数据组织方式：shapefile，coverage和geodatabase。

Shapefile由存储空间数据的dBase表和存储属性数据和存储空间数据与属性数据关系的.shx文件组成。

Coverage的空间数据存储在INFO表中，目标合并了二进制文件和INFO表，成为Coverage要素类。

5. Geodatabase是面向对象的数据模型，能够表示要素的自然行为和要素之间的关系。

6. GIS空间分析的基本原理与方法：根据空间对象的不同特征可以运用不同的空间分析方法，其核心是根据描述空间对象的空间数据分析其位置、属性、运动变化规律以及周围其他对象的相关制约，相互影响关系。

方法主要有矢量数据的空间分析，栅格数据的空间分析，空间数据的量算与空间内插，三维空间分析，空间统计分析。

7. 栅格数据在数据处理与分析中通常使用线性代数的二维数字矩阵分析法作为数据分析的数学基础。

栅格数据的处理方法有：栅格数据的聚类、聚合分析，复合分析，追踪分析，窗口分析。

地理信息系统下的空间分析-第七章_三维数据的空间分析方法

式中，Di表示第i（1 i 3）对三角形顶点之间的表面
距离，S表示三角形的表面积，P表示三角形周长的一半。
7.2 体积计算
体积通常是指空间曲面与基准平面之间的空间的体积。
基准平面一般是水平面，基准平面的高度不同，计算出的空间曲面的体积就不同，
当高度上升时，空间曲面的高度可能低于基准平面，此时出现负的体积。
)1/
2
dxdy
A
一般地说，上式无法直接计算，常用的方法是近似计算。
积分的近似计算方法很多(有关计算方法的著作对此都有详细
全面的讨论)，比较常用的方法是抛物线求积方法，亦称辛卜
生方法（Simpson），
该方法的基本思想是：先用二次抛物面逼近面积计算函数，进而将抛物面的表面积计算转换为函数值计算。
2、分解为三角形的计算方法将正方形格网DEM的每个格网分解为三角形，利用计算三角形的表面积的海伦公式分别计算分解的每个三角形的面积，然后累加得到正方形格网DEM的面积。计算公式如下：
7.3.2 基于格网数据单元的坡度计算单独一个点上的坡度并无多大用处，通常总是计算基
本格网单元上的平均坡度。
平均坡度的计算可以通过计算若干点位上的坡度，然后取其平均值。
但更常用的方法是在基本格网单元上用最小二乘逼近的方法拟合一个平面，然后计算其平均坡度。
（1）三角形格网在三角形格网上，最小二乘逼近的平面与插值方法的
P (a b c) / 2
其中，a，b，c的长度是根据数据点 P1，P2，P3的高程值h1，h2，h3以及
△， P1 P2 P3的边长a ' ，b '，c'计算得到。
，
a (a'2 (h1 h2 )2 )1/ 2

第六章-三维数据的空间分析方法

观察坐标系中的三维裁剪
三维坐标投影为二维坐标
光照模型与纹理映射
视口变换
屏幕坐标系中的三维图形图像
三维可视化的基本流程
• 观察坐标系中的三维裁剪：
– 人眼的观察范围是有一定角度和距离范围。在计算机实现三维可视化的时候，也有一定的观察范围，可用视景体(Frustum)来表示这个范围。
– 视景体(Frustum)：由远、近、左、右、上、下6个平面确定。包括： • 平行投影视景体 • 透视投影视景体
– 首先根据DEM数据计算坡度和坡向； – 将坡向数据与光源方向比较：
• 面向光源的斜坡得到浅色调灰度值； • 反方向得到深色调灰度值； • 两者之间得到中间灰值，中间灰值由坡度进
一步确定。
DEM在地图制图学与地学分析中的应用
地面晕渲图与航片、卫片的区别：
– 晕渲图不包括任何地面覆盖信息，仅仅是数字化的地表起伏显示；
不规则三角网（TIN）
优点：
• 可根据地形的复杂程度确定采样点的密度和位置，能充分表示地形特征点和线，减少了地形较平坦地区的数据冗余。
• 在显示速度及表示精度方面优于规则格网 •TIN是一种变精度表示方法：平坦地区数据点较少，地形起伏较大的地区数据点密度较大。这种机制使得TIN数据可用较小的数据量实现较高的表达精度。
– 从数据结构占用的数据量来看，在顶点个数相同的情况下，TIN的数据量要比规则格网的大(约3~10倍)。
图形法表示DEM的比较
规则格网
不规则三角网
数据结构
1、坐标原点
1、坐标点
2、坐标间隔和方向 2、坐标关系
主要数据源
原始数据插值
离散数据点
建模的难易度
难

地理信息系统中的空间数据分析与建模方法

地理信息系统中的空间数据分析与建模方法地理信息系统(GIS)是一种通过采集、存储、管理、处理和分析地理空间数据来支持决策和解决问题的工具。

在GIS中，空间数据分析和建模是其中最重要的功能之一。

本文将详细介绍地理信息系统中的空间数据分析和建模方法。

一、空间数据分析方法：1. 空间查询：空间查询是GIS中最基本的分析方法之一，通过确定地理空间中特定区域的位置、形状和属性来回答特定的查询问题。

常见的空间查询操作包括点查询、线查询、面查询和相交查询。

2. 空间关系分析：空间关系分析通过检查空间数据集之间的拓扑关系来分析它们之间的相互关系。

常见的空间关系包括相邻关系、包含关系、相交关系等。

空间关系分析可以帮助我们了解地理要素之间的相互作用和联系。

3. 空间插值：空间插值是通过已知点的观测值来推断未知地理位置上的值的方法。

常见的空间插值方法有反距离加权插值(IDW)、克里金插值、样条插值等。

空间插值可以用于根据有限的观测数据来估计整个地理空间范围内的属性值。

4. 空间统计分析：空间统计分析是将统计方法应用到地理空间数据分析中的一种方法。

空间统计分析可以用来检测地理空间数据的空间自相关性、聚集性和分布模式等特性。

常见的空间统计分析方法包括Moran's I指数、G指数、K函数分析等。

二、空间数据建模方法：1. 矢量数据建模：矢量数据建模是将地理空间数据抽象为点、线、面等矢量要素，并通过空间关系和属性进行建模的方法。

矢量数据建模可以用于描述地理空间要素的几何形状、位置和属性等信息。

2. 栅格数据建模：栅格数据建模是将地理空间数据表达为均匀分布的格栅单元，并通过像元值表示地理属性的方法。

栅格数据建模可以用于模拟地理空间数据的连续变化和空间分布。

3. 三维数据建模：三维数据建模是将地理空间数据扩展到第三个维度，即高度维度。

三维数据建模可以用于描述地理空间要素的形状、位置和属性在垂直方向上的变化。

4. 分布式数据建模：分布式数据建模是将地理空间数据存储、管理和处理分布在多个计算机节点上，通过网络进行数据传输和协同计算的方法。

Matlab中的空间几何分析与三维建模

Matlab中的空间几何分析与三维建模引言：Matlab作为一种功能强大的科学计算软件，在众多学科领域都有着广泛的应用。

本文将主要讨论Matlab在空间几何分析与三维建模方面的应用，介绍一些常用的函数和技巧，以及如何利用Matlab进行三维物体的建模和可视化。

一、点、线和平面的表示与计算在进行空间几何分析时，最基本的元素是点、线和平面。

Matlab中提供了一些函数用于点、线和平面的表示和计算。

1.1 点的表示与计算在Matlab中，可以使用二维或三维坐标来表示点。

二维坐标使用一个包含两个元素的向量表示，三维坐标使用一个包含三个元素的向量表示。

例如，点A(2, 3)可以表示为A = [2, 3]，而点B(1, 2, 3)可以表示为B = [1, 2, 3]。

对于点的计算，Matlab提供了一些相关函数。

例如，可以使用dist函数计算两点之间的距离，使用dot函数计算两点之间的内积，使用cross函数计算两点之间的叉积等等。

1.2 线的表示与计算在Matlab中，可以使用两点或一个点和一个向量来表示线。

两点之间的线可以使用一个包含两个点的矩阵表示，例如，线AB可以表示为AB = [A; B]。

一个点和一个向量可以表示一条直线，例如，点A(2, 2)并且向量v(1, 1)可以表示为AL = [A; v]。

对于线的计算，Matlab提供了一些相关函数。

例如，可以使用norm函数计算线的长度，使用dot函数计算线和向量之间的内积，使用cross函数计算线和向量之间的叉积等等。

1.3 平面的表示与计算在Matlab中，可以使用一个点和一个法向量来表示平面。

对于平面的计算，Matlab提供了一些相关函数。

例如，可以使用projectPointOnPlane函数将一个点投影到平面上，使用isCoplanar函数判断一个点是否在平面上，使用angleBetweenPlanes函数计算两个平面之间的夹角等等。

二、三维物体的表示与建模在Matlab中，可以使用三角面片或体素来表示三维物体。

三维空间分析

效果图：
3 建立三维景观，依次打开等高线、道路，水系以及休憩用地的属性对话框，将其基准高程设为区域TIN表面，实现要素和地形的三维叠加显示
效果图：
设置等高线提取的要素
Step ewshed)
可视域分析又称通视分析，它根据地形进行最优化处理范畴，比如建设一个电视发射站，设置雷达站以及在航海，航空，军事上面都被广泛的应用。
Step 1:设置分析环境与前面过程一致。 Step 2:生成elevgrid 的山体阴影图。在地图文档中有一个“哨所”的图层，将该图层可视。本小节中我们将研究一下，这些哨所的可视范围。
3 三维可视化
数据说明：
• 等高线数据：Arc_Clip; • 道路数据：Arc_Clip_road; • 水系数据：Arc_Clip_river; • 休憩数据：Arc_Clip_urb;
1 打开data2中的3dview.sxd数据，根据等高线创建区域的 TIN数据
效果图：
2 将TIN数据转换成DEM数据，并进行彩色符号化显示
设置设置Extent为Same as layer elevgrid
设置Cell Size为Same as layer elevgrid
Step 3: 生成等值线。在Spatial Analyst菜单-->Surface Analysis---->Contour，出现下面这个控制面版。
在Input Surface 中选择输入的 Raster,Contour interval表示等高线间的差值，Base contour表示启始等高线
1、生成等值线(Contour)
等值线就是连接等值点的线段，比如我们常见的等高线，等温线等等。使用等值线可以很容易的看出趋势变化，比如在地质学上从等高线上很容易看出山谷，山脊以及地形的起伏。下面我们一起看看如何利用Raster(Grid)生成等高线。

空间分析原理与方法

1、空间分析：基于地理对像的位置和形态特征的空间数据分析技术，目的在于提取和传输空间信息。

2、尺度：广义尺度是实体、模式化过程在空间化时间上的基准尺寸，从研究和被研究对象的角度来看，尺度是指研究某一现象或事件时所采用的空间或时间单位，或某一现象或过程在空间和时间上所涉及的范围和发生的频率3、缓冲区分析：缓冲区分析是对一组或一类地物按缓冲的距离条件，建立缓冲区多边形，然后将这一图层与需要进行缓冲区分析的图层进行叠加分析，得到所需结果的一种空间分析方法4、网络数据模型：是现实世界网络系统的抽象表示5、地理空间数据立方体：是一个面向对象的、集成的、以时间为变量的、持续采集空间与非空间数据的多维数据集合，组织和汇总成一个由一组唯度和度量值定义的多维结构，用以支持地理空间数据挖掘技术和决策支持过程6、地理网格：地理网格系统是一种以平面子集的规则分级刨分为基础的空间数据结构，具有较高的标准化程度，有利于开发面向空间数据库和几何操作的更有效算法7、尺度变换：信息在不同尺度范围之间的转换称尺度变换，是将某一尺度上所获得的信息和知识扩展到其他尺度上，实现跨越不同尺度的辨识、推断、预测或推绎，包括尺度上推和尺度下推8、泰森多边形：将所有气象站连成三角形，作三角形各边的垂直平分线，每个气象站周围的若干垂直平分线便围成一个多边形，用这个多边形内所包含的一个气象站的降雨强度来表示这个多边形区域内的降雨强度，该多边形就称为泰森多边形9、空间统计分析：是以具有地理空间信息特性的事物或现象的空间相互作用及变化规划为研究对象，以具有空间分布特点的区域化变量理论为基础的一门新学科。

10、网格gis：网格gis是gis与网格技术的有机结合，是gis在网格环境下的一种应用，它将具有地理分布和系统异构的各种计算机、空间数据服务器、大型检索存储系统、地理信息系统、虚拟现实系统等资源，通过高速互联网连接并集成起来，形成对用户透明的虚拟的空间信息资源的超级处理环境11、地理空间分类：是根据已知的分类模型把数据库中的数据映射到给定类别中，进行数据趋势预测分析的方法。

空间分析

1.空间分析的概念：所谓的空间分析，在现代GIS领域就是利用计数机分析地图，获取和传输空间信息。

2.空间分析的八方面内容：空间位置、空间分布、空间形态、空间距离、空间方位、空间拓扑、空间相似、空间相关。

3.空间位置：借助于空间坐标系来传递空间物体的个体定位信息。

空间分布：反映了同类空间事物的群体定位信息。

※空间形态：是空间物体的的几何特征，一些特征易于被视觉感受，如走向、连通性等，另一些特征则必须用数值来描述，如面积、周长、坡度。

空间距离：反映空间物体之间几何上的接近程度。

（定义、空间物体维数的差异和应用环境的变化）包括欧氏距离、球面距离、最短路劲。

方位关系：描述两个物体之间位置关系的另一种度量，常以角度来表示。

方位关系又称方向关系、延伸关系，它定义了地物对象之间的方位，如“河北省在河南省北部”。

拓扑关系：不考虑度量和方向的空间物体之间的结构关系，包括拓扑关联、邻接、包含关系。

※相似关系：一是指空间物体形态上的相似。

（大陆飘移学说，数字影像上对体育场的识别），二是指空间结构上的相似。

（城市路网分为放射、棋盘状结构、河网分为树状、扇状、网状结构等）相关关系：空间相关在地学上的应用非常多。

如降水与地表径流，河流上下游的流量，风力风向与沙丘形状，居民地和道路网的分布。

4.欧式距离：均质的度量空间中两点的直线距离。

球面距离：经过两点的大圆在这两点间的弧线长度。

最短路径：网络上两点的距离。

5.地理空间：人类赖于生存的地球表层具有一定厚度的连续空间域，是一个空心的椭球体。

分析空间：数据处理的空间（2D、2.5D、3D），可以用二维实数空间R2或三维空间R3来定量描述。

6.空间物体：具有特定的位置和形态特征并具有地理意义的地理空间的物体，是数字表示的物体。

空间实体：地理空间中客观存在的物体。

7.空间物体的维数：随应用环境而定，取决于分析空间的维数。

空间物体的延展度：反应了空间物体的空间延展特性。

空间物体的维数和延展度构成了对空间物体的几何特征的概括和描述，是对空间物体以数字表示的坐标串的补充，可以用来进行空间分析运算，语法正确性的检验、数据正确性的检验。

空间分析与三维分析

空间分析

第六章三维数据的空间分析方法

空间解析几何与立体几何的联系

地理信息系统基础：培训第六节空间分析(超图实训指导)

第九章 三维分析

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如何进行地下空间三维建模与分析

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实验三 三维空间分析

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