第五章 空间分析技术
空间分析的原理和方法
DEM的表示方法 某地区地表高程的变化可用多种方法模拟。用数学 定义的表面或点、线影像都可用来表示DEM。 数学分块法 数学方法拟合表面时需依靠连续的三维函数，连续 的三维函数能以高平滑度表示复杂表面。局部 拟合法是将复杂表面分成正方形像元，或面积 大致相同的不规则形状小块，根据有限个离散 点的高程，可得到拟合的DEM。 图形法 线模式：表示地形的最普通线模式是一系列描 述高程曲线的等高线。地图（有等高线）便是 数字地面模型的现成数据源，用扫描仪在这些 图上自动获取DEM数据方面已做了许多工作。 • 另外是根据各局部等值线上的高程点，通过插 值公式计算各点的高程，得到DEM。
V5
e5
e6
e1 V2 V1 V2 V3 V4 V5
v1 0 v2 1 D (G ) v3 1 v4 1 v5 1 1 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0
e3
e4 V3
e2
v1 v2 D (G ) v3 v4 v5
• 坡度图与坡向图：坡度定义为水平面与局部地表之 间的正切值。它包含两个成分：斜度——高度变化 的最大比率(常称为坡度)；坡向——变化比率最大 值的方向。这两个因素基本上能满足环境科学分析 的要求。 • 地貌晕渲图：制图工作者用一种“阴影立体法”表 示地表形状即地貌晕渲法。有了DEM，地貌晕渲图能 自动精确地实现。
距离
O
A
B
C
P
视线平面投影
通视剖面图
第二节
空间叠合分析
一、什么是空间叠合分析？是指在统一空间参照系统条件 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。
空间分析的原理与方法
B
21
……
C
32
……
C
43
……
C
…… …… …… ……
线与多边形叠加分析
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《地理信息系统》
多边形与多边形的叠合分析 多边形与多边形的叠合分析是指将两个不同 图层的多边形要素相叠合，产生一个新的多 边形图层的操作，其结果将原来多边形要素 分割成新要素，新要素综合了原来所有叠加 图层的属性。
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《地理信息系统》
计算多边形对点的包含关系，即判断点落在哪 个多边形内。
进行属性数据处理。最简单的方式是将多边形 属性信息叠加到其中的点上（或将点的属性叠 加到多边形上，用于标识该多边形）。
通过叠加可以计算出每个多边形类型里有多少 个点，以及这些点的属性信息。
他在绘有霍乱流行地区所有道路、房屋、饮用 水机井等内容的1：6500比例尺地图上，标出 了每个霍乱病死者的住家位置，得到了霍乱病 死者居住分布图。
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《地理信息系统》
斯诺博士分析了这 张分布图，马上明 白了霍乱病源之所 在－－死者住家都 集中于饮用“布洛 多斯托”井水的地 方及周围。
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《地理信息系统》
根据采用的数据结构的不同分
基于矢量数据的叠合分析
根据叠合对象图形特征的不同，分为
点与多边形的叠合 线与多边形的叠合 多边形与多边形的叠合
算法复杂，但数据 量小、精度较高。
基于栅格数据的叠合分析
算法简单， 但数据量大。
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《地理信息系统》
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第5章_空间分析原理
第三节 邻域分析
概念: 根据指定的目标信息检查邻近区域内的 目标信息，或从邻近区域的目标信息中进一步 分析特定的目标信息。
一、 泰森多边形分析
定义: 设平面上有n 个互不重叠的离散数据点， 则其中的任意一个离散数据点Pi都有一个邻近 范围Bi，在Bi中的任一个点同Pi点之间的距离 小于它同其它离散数据点之间距离。Bi是一个 不规则多边形，称为泰森多边形。
三、叠加分析 (spatial overlay analysis)
叠加分析: 叠加形成一新的目标，对空间区域 重新划分，属性数据中包含了参加叠加的多种 数据项。
分栅格叠加和矢量叠加。栅格叠加得到新的栅 格属性，而矢量叠加得到包括新的空间特性和 属性关系。
拓扑叠加产生伪多边形，可指定容差值消除。 栅格叠加组合数量很大，需进行条件叠加。 分条件叠加和无条件叠加。无条件叠加也称全叠
(8)自动采集
自动采集方法按照像片上的规则格网利用数 字影像匹配进行数据采集。全数字化摄影测 量系统在市场上已有比较成熟的产品。优点 是自动化，不需太多的干预。但是在生成 DEM 时 需 要 采 集 地 貌 特 征 点 线 ， 才 能 保 证 DEM的高保真度。
返回
2 地形图数据采集方法
对地形图要素进行数字化处理，再内插DEM。 半自动扫描数字化技术已成为地图数字化的主 流。
[1]在地表突变邻近区域内的采样数据有较高的 冗余度；
[2]跟踪路径长，效率低。
(5)选择性采样
根据地形特征进行选择性的采样，例如沿山脊 (谷)线、特征点(如山顶点)等进行采集。优点: 只需以少量的点便能使其所代表的地面具有足 够的可信度。缺点：它需要进行大量内插，采 样效率不高，不便于自动采样和快速采样。
1．点、线和面状图之间复合 通过点、线和面状图之间相互复合。寻求特征
地理信息系统复习要点
地理信息系统复习要点详解所著考过为11级环科期中考试考过（张福平教的）第一章：导论1、解释数据与信息的概念，并说明两者之间的关系。
数据是通过数字化并记录下来可以被识别的符号，用以定性或定量地描述事物的特征和状况。
信息是用数字、文字、符号、语言等介质来表示事件、现象等内容、数量或特征，以便向人们提供关于现实世界新的事实的知识，作为生产、管理和决策的依据。
数据与信息的关系：数据是信息的表达形式，是信息的载体；信息则是数据中蕴含的事物的涵义，是数据的内容。
数据只有通过解释才有意义，才成为信息。
总之，数据是信息的载体，信息是数据的涵义。
2、地理信息的特点空间特征属性特征时序特征3、地理信息系统的定义（考过）地理信息系统是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，对空间相关数据进行采集、存储、管理、分析、模拟和显示以提供对规划、管理、决策和研究所需的信息空间系统。
4、地理信息系统由哪几个主要部分组成？（考过）系统硬件：（一）数据处理设备：a图形工作站b个人计算机c客户机/服务器系统（Client/Server ，简称C/S）;（二）数据输入设备:a图形手扶跟踪数字化仪b大幅面图形扫描仪c数字测量设备；（三）数据输出设备：a绘图仪b计算机显示器系统软件：（一）GIS功能软件1.GIS功能软件的分类GIS 基础软件平台和GIS应用软件2.GIS基础软件平台功能①空间数据输入和编辑②空间数据管理③空间数据处理和分析④空间数据输出⑤图形用户界面⑥系统二次开发功能（二）基础支撑软件：主要包括系统库软件和数据库软件。
（三）操作系统软件5、地理信息系统的功能有哪些？（基本功能与应用功能具体有哪些）（考过）基本功能与应用功能基本功能：数据的采集与编辑、数据的存储与管理、数据的处理与变换、空间分析和统计、产品的制作与演示、二次开方和编程应用功能：资源管理、区域规划、国土监测、辅助决策第二章：地理信息系统的数据结构1、地理空间的实体包括哪些？地理空间的实体包括点（point ）、线（line ）、面（polygon ）、曲面（surface ）、体（volume）等类型。
第五章 GIS空间分析原理与方法
距名牌高中在750米之内图层school
距名胜古迹500米之内，环境优雅图层famous
离主要交通要道200米之内图层street
空间操作
属性赋值 （1）分别打开market 、school、famous图层， 分别添加market、school、famous字段，并全部 赋值为1 （2）打开street图层，添加st字段，赋值为-1
点与多边形的叠合（
point-in-polygon overlay ）
包含点的图层与包含多边形的图层 判断点包含在哪一个多边形里面，从而为点设置新的多 边性属性
点与多边形叠合 示例
1
2 3 4
ID 1 2 3 4
ID
city_name 南京 苏州 上海 杭州
空间操作
区域叠加 对market、school、famous和street图层进行 union叠加步骤为如下
包含线的图层与包含多边形的图层 判断线包含在哪一个多边形里面，从而为线设置新的多 边性属性
线与多边形叠合 示例
1 3 2 ID road_name length
1 2 3
ID
沪宁高速 沪杭高速 宁杭高速
400 380 330
province_name 江苏
1 3
函数运算 算术运算（arithmetic）、三角函数 （trigonometric）、对数函数（logarithms）、 幂函数（powers） 统计运算
栅格叠合分析实例
空间操作
叠合方式的选择？ market图层、school图层进行intersect操作得到 insctms图层，再将insctms图层与Famous图层进 行inersect叠合操作，得到insctmsf图层 最后将insectmsf图层与street图层进行erase叠 合操作，得到所需结果
空间分析
全卷一共十道题第一章绪论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，目的是了解空间事物，从而提取和传输空间信息。
空间分析内容：空间位置、空间分布、空间形态、空间距离、空间方位、拓扑、相似和相关空间分析与地理信息系统之间的关系：由于空间分析对空间信息的提取和传输功能，它已成为地理信息系统区别于其他信息系统的主要功能特征，也成为评价一个地理信息系统功能强弱的主要指标之一。
空间分析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工具。
（参考答案）第二章空间数据空间物体：空间物体指具有确定的位置和形态特征，并具有地理意义的地理空间物体。
数据的基本特性1）选择性：侧面的取舍、存在方式的选择。
2）可靠性（正确性）：任何描述是相对精确的，3）时间性：体现了data的现势性4）完备性：空间、时间、主题的完备性。
5）详细性：指数据的分辨率，也就是可描述最细微差异的程度及最微小物体的大小。
详细性的对偶是综合性。
数据尺度：名义尺度、有序尺度、间隔尺度、比率尺度尺度间关系：1）量的概念不断增强2）可以互相转化，但顺序相反3）名义和有序尺度是定性描述，不能施以直接的数值运算，但可以施以间接的数值分析。
间隔和比率尺度是定量描述，可同等对待。
4）尺度差别不是事物本质的差异，而是人们对事物考察角度的差异。
空间数据基本特征：抽样性、概括性、多态性、空间性、时态性。
1）抽样性：空间物体以连续的模拟方式存在于地理空间，为了能以数字的方式对其进行描述，必须将其离散化，即以有限的抽样数据表述无限的连续物体。
2）概括性是地图数据处理的一种手段，是对地理物体的化简和综合。
3）多态性：（1）同样地物在不同情况下的形态差异。
河流的单、双线表示。
（2）不同地物占据同样的空间位置。
如社会经济人文数据与自然环境数据在空间位置上的重叠，长江与省界、县界相重叠。
4）、空间性：指空间物体的位置、形态及由此产生的系列特性。
《地理信息系统概论》课程笔记
《地理信息系统概论》课程笔记第一章地理信息系统基本概念1.1 数据与信息数据是原始的、未经处理的素材，它是信息的表现形式。
信息是从数据中提取的有意义的内容，它能够帮助人们做出决策。
在地理信息系统中，数据主要指的是空间数据，而信息则是通过对空间数据进行分析和处理得到的结果。
例如，一个地区的土地利用数据是原始数据，而通过分析这些数据得出的土地利用分布情况就是信息。
1.2 地理信息与地理信息系统地理信息指的是与地球表面位置相关的信息，包括自然地理信息（如地形、气候等）和人文地理信息（如人口、交通等）。
地理信息系统（GIS）是一种专门用于获取、存储、管理、分析和展示地理信息的计算机系统。
GIS能够将空间数据与属性数据结合起来，为用户提供强大的空间分析和决策支持功能。
例如，GIS可以用来分析城市交通拥堵情况，帮助规划交通路线。
1.3 地理信息系统的基本构成GIS由硬件、软件、空间数据、应用人员和应用模型五个基本部分组成。
硬件包括计算机、输入输出设备（如扫描仪、打印机等）；软件包括操作系统、数据库管理系统、GIS软件等；空间数据是GIS的核心，包括地图数据、遥感数据等；应用人员是使用GIS进行空间分析和决策的主体；应用模型则是根据实际问题构建的模型，用于解决具体问题。
例如，一个GIS系统可能包括一台计算机、GIS软件、地图数据和应用模型，用于分析土地利用变化。
1.4 地理信息系统的功能简介GIS的基本功能包括数据采集、数据管理、空间分析、可视化表达和输出等。
数据采集主要是获取空间数据和属性数据，可以通过遥感、野外调查等方式获取；数据管理主要是对数据进行存储、查询、更新和维护，确保数据的准确性和完整性；空间分析主要包括空间查询、空间叠合、空间邻近度分析等，用于解决实际问题；可视化表达主要是将空间数据以图形或图像的形式展示给用户，增强数据的可读性和可理解性；输出则是将分析结果以报表、地图等形式输出，为决策提供支持。
第五章 空间分析的原理与方法
方法：
在任意两点间先生成一条剖面线 再在两点间形成一条直线， 判断该直线与剖面线有交点
判断
可以通视
不可以通视
B
A
5.2 空间叠合分析
一、基本概念 定义：指在相同的空间坐标 系统条件下，将同一地区两 个不同地理特征的空间和属 性数据数据重叠相加，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。 目的：用于搜索同时具有几 种地理属性的分布区域。
Di x y z
2 i 2 i
2 i
（三）地表粗糙度计算
定义：地表粗糙度是反映地表起伏变化与侵蚀 程度的指标。一般定义为地表单元曲面面积与 投影面积之比。 一般用对角顶点连线中点的高差来表示粗糙度。
1 Ri, j D zi 1, j 1 zi , j zi , j 1 zi 1, j 2
2）间接采集。在地形图上通过对等高线数字化，并 进行插值计算或按网格单元直接量算而获得。
数字高程模型的应用
提取等高线， 进行地形制图
制作正射 影像地图
数字高程模型 在地学分析的 应用
为地学综合分析提供 高程、坡度、坡向等 基本分析因子
数字正射影像图：是对遥感数字影像，经逐像元进行投影差改正、镶 嵌，按国家基本比例尺地形图图幅范围剪裁生成的数字正射投影影像 数据
z
y
Pi , j
Pi 1, j
nij b
Pi 1, j 1
a
i+1,j
Pi , j 1
dy
i+1,j+1
i,j
O
dx
i,j+1
x
ni , j a b
ni , j
地理信息系统概论复习资料
第一章导论1，数据时通过数字化并记录下来可以被识别的符号，用以定性或定量地描述事物的特征和状况。
2，信息是用数字、文字、符号、语言等介质来表示事件、现象等的内容、数量或特征，以便向人们提供关于现实世界新的事实的知识，作为生产、管理或决策的依据。
（信息是指主体与外部客体之间相互联系的一种形式，是主体与客体之间的一切有用的消息或知识，是表征事物特征的一种普遍形式。
）（特点：客观性、适用性、传输性、共享性）3，数据与信息的关系：数据时信息的表达形式，是信息的载体；而信息则是数据中蕴含的事物的含义，是数据的内容。
数据只有通过解译才有意义，才成为信息。
4，地理数据时地理环境要素有关的物质的数量、质量、分布特征、联系和规律等的数字、文字、图像和图形等的总称。
5，地理信息是地理数据所蕴含和表达的地理含义。
6，地理信息的特征：空间特征（地理信息数据是与确定的空间位置联系在一起的）；属性特征（在二维空间的定位基础上，按专题来表达多维即多层次的属性信息）；时序特征（按照时间尺度来区分地理信息）7，地理信息系统是由计算机硬件、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。
8，地理信息按其使用的数据模型分为矢量系统、栅格系统、矢栅混合系统。
9，空间特征是指地理现象的空间位置及其相互关系，其数据为属性数据。
10，属性特征是表示地理现象的名称、类型和数量等，其数据称为属性数据。
11，地理信息系统的功能：数据采集与编辑；数据存储与管理；数据处理与变换；空间分析和统计；产品制作与演示；二次开发与编程。
12，叠合分析：通过将同一地区若干个不同数据层相叠合，建立新的空间数据，二期能将输入的属性数据予以合并，易于进行多条件的查询检索，地图裁剪，地图更新和统计分析等。
13，缓冲区分析是点，线或面等不同实体周围建立一定宽度的缓冲多边形，以确定不同地理要素的空间邻近性或其影响范围。
第五章作业空间设计
①椅子可以移动，以便在立姿操作时可将它移开； ②椅子高度可调，以适应不同身高者的需要； ③坐姿作业时应提供脚踏板（脚垫），否则，会因 工作座椅坐面过高，人的双脚下垂，造成座面前缘压迫大 腿，使血液循环受阻。踏板中心位置高度应为座面高度减 去坐姿小腿加足高的第95%百分位数，以保证容膝空间适 应90%以上的人群。
般家务工作时使用的座椅。 设计要点： 设计这类座椅要突出通用性，并要设计成便于移动的。
（3）休息椅 专供休息用的座椅， 例如：沙发椅、躺椅等。 设计要点： 设计这类椅子要突出舒适性，使人坐在上面姿势自然，
感到轻松、舒服。
2．作业用座椅设计的工效学原则 （1）座高:是指地面至就坐后面上坐骨支承处的高 度。合适的座高应使臀部受力符合要求。
(a)
(b)
(c)
(d)
工作座椅
对立姿工作岗位，如其 工作面高度相对较低，为了 减轻因弯腰引起人体疲劳， 可采用支撑物：
图（a）脚踏板和搁臂垫 组合。
图（b）脚踏板和支承凳 组合。
图（c）回跳凳
作用：
支撑物能够给操作者身 体一个平衡力，但操作活动 又不受这个力的影响。
实践表明，操作者斜靠 在这类支承物上，比正坐在 其他椅凳上更便于改变姿势 和方便操作。
（6）靠背
座椅靠背可分为肩靠和腰靠。
作业场所使用腰靠较多，腰靠不宜太高，也不宜太宽， 要柔软与人腰形状相符。
靠背与座面的角度要有弹性或可调性，可随人的背部活 动而改变角度。一般取靠背与座面角度在950～1100之间，靠 背宽度在320～370mm之间，靠背高为130mm左右。
例如：办公坐椅，客车坐椅等。
(4) 1600～1800mm：操作不方便区，视觉条件不好，少 装开关。
利用GIS软件进行地理空间分析的教程
利用GIS软件进行地理空间分析的教程GIS（地理信息系统）软件是一款强大的工具，可用于进行地理空间分析。
地理空间分析是利用地理信息和位置数据进行研究、可视化和预测的过程。
在本教程中，我们将介绍一些常见的地理空间分析技术和如何使用GIS软件进行这些分析。
第一章：GIS软件简介首先我们将介绍GIS软件的基本概念和功能。
GIS软件可以处理、存储、分析和可视化地理数据，它可以帮助人们更好地理解地理现象和问题。
常见的GIS软件包括ArcGIS、QGIS和Google Earth等。
第二章：地图投影和坐标系统在进行地理空间分析之前，我们需要了解地图投影和地理坐标系统。
地图投影是将地球的曲面投影到平面上的过程，而地理坐标系统则是在地图上标识位置的方式。
不同的地图投影和坐标系统对地理空间分析有重要的影响。
第三章：地图数据采集与处理地理空间分析的第一步是采集和处理地图数据。
通过使用GPS设备、航空遥感和卫星图像等工具，可以收集到各种类型的地理数据，包括地形、建筑物、道路和土地利用等。
然后，可以使用GIS软件对这些数据进行处理和清洗，以便进行进一步的分析。
第四章：空间查询和数据查询地理空间分析的核心是空间查询和数据查询。
空间查询是通过在地图上绘制特定范围的区域来找到符合特定条件的要素，例如，在一个城市中找到所有的公园。
数据查询是通过指定特定的属性条件来查找符合要求的数据记录，例如，查找特定类型的建筑物或土地利用。
第五章：空间分析和空间统计使用GIS软件进行地理空间分析还包括空间分析和空间统计。
空间分析是通过对地理数据的空间关系进行计算和分析，以研究地理现象和模式。
常见的空间分析技术包括缓冲区分析、交互分析和网络分析等。
空间统计是利用统计方法来研究地理现象的空间分布和相关性。
第六章：地理可视化和地图制图地理空间分析的结果通常需要以地图或其他可视化形式进行展示和传达。
使用GIS软件可以创建各种类型的地图，包括点线面地图、等值线地图和热力图等。
地理信息系统概论名词解释总结
l 数字地面模型(DTM)：是定义于二维区域上的一个有限项的向量序列，它以离散分布的平面点来模拟连续分布的地形。
l 数字高程模型(DEM)：当数字地面模型的地面属性为海拔高程时，则该模型即为数字高程模型。
l 数字地形分析(DTA)：是指在数字高程模型上进行地形属性计算和特征提取的数字信息处理技术。DTA技术是各种与地形因素相关空间模拟技术的基础。
l 地理信息：是指表征地理圈或地理环境固有要素或物质的数量、质量、分布特征、联系和规律的数字、文字、图像和图形等的总称；它属于空间信息，具有空间定位特征、多维结构特征和动态变化特征。
l 地理信息科学：与地理信息系统相比，它更加侧重于将地理信息视作为一门科学，而不仅仅是一个技术实现，主要研究在应用计算机技术对地理信息进行处理、存储、提取以及管理和分析过程中提出的一系列基本问题。地理信息科学在对于地理信息技术研究的同时，还指出了支撑地理信息技术发展的基础理论研究的重要性。
l 边界代数算法：边界代数多边形填充法是一种基于积分思想的矢量格式向栅格格式转换算法，它适用于记录拓扑关系的多边形矢量数据转换为栅格结构。它不是逐点判断与边界的关系完成转换，而是根据边界的拓扑信息，通过简单的加减代数运算将边界位置信息动态地赋给各栅格点，实现了矢量格式到栅格格式的高速转换，而不需要考虑边界与搜索轨迹之间的关系，因此算法简单、可靠性好，各边界弧段只被搜索一次，避免了重复计算。
l DIME文件：美国人口普查局在1980年的人口普查中提出了双重独立地图编码文件。它含有调查获得的地理统计数据代码及大城市地区的界线的坐标值，提供了关于城市街道，住址范围以及与人口普查局的列表统计数据相关的地理统计代码大纲要图。在1990年的人口普查中，TIGER取代了DIME文件。
空间分析复习总结
第一章:（定狡）空间分析：空间分析是基于地理对象的位巻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。
地理智慧：也可称为空间智慧，是空间数据一空间信息一空间智慧这一数据分析链上的最高层次。
通过空间分析获得地理智慧，可以解决与位置相关的复杂空间问题。
当代GIS的特点、它对空间分析的影响：首先，它是以动态异构、时空密集、非结构化的大数据为主体：其次，GIS信息计算能力大大提高，基于高性能环境支撑下的空间处理与分析工具计算：最后，它具有个性化服务模式，庞大的地理信息服务网络。
面对GIS的不断发展，空间分析需要转换思维模式：从模型分析的思维转换为数据计算的思维，从地理大数据中挖掘信息，提供决策支持：从基于空间数字化得到的静态的空间信息转换为加入时间维的动态、实时的人地信息思维模式，把人、时间、位置紧密结合起来: 从离线的GIS工具转换到依靠云计算和计•算机网络的在线服务的思维。
什么是PPDAC模型、它与空间分析有什么关系：问题（problem）、规划（plan）、数据（data）、分析（analysis）、和结论（cconclusion）：PPDAC模型为空间分析相关问题的解决流程提供了一个框架，并强调形式化分析是流程中非常重要的一部分。
空间分析的研究肉宥包插邨掘方面（主妥方式）（6个）：基于传统地图方法的空间分析：基于统计方法的空间分析：时空数据分析：专业模型与GIST具集成分析：智能化空间分析和可视化空间分析。
（空间分柝理论、空间分析方法和空间分析应用）GIS的主矣特征：第二章:（概念）欧式空间：欧式空间是对现实世界（物理空间）的一种数学理解与表达，是GIS 中常用的一种空间描述方法，主要用于描述空间的几何特征，如位置、长度、面积和方位等。
拓扑空间：拓扑空间是另一种理解和描述现实世界（物理空间）的数学方法，拓扑空间是描述空间目标宏观分布或目标之间相互关系的有效工具。
拓扑属性：若空间目标间的关联、相邻与连通等几何属性不随空间目标的平移、旋转、缩放等变换而改变，这些保持不变的性质称为拓扑属性。
地理信息系统
地理信息系统重点第一章导论1.地理信息的特征：空间特征，属性特征，时序特征。
2.地理信息系统的概念：地理信息系统是由计算机硬件、软件和不同方法组成的系统，该系统用来支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的管理和规划问题。
3.地理信息：是与地理环境要素有关的物质的数量、质量分布特征、联系和规律等的数字、文字、图形和图像的总称。
4.地理信息系统的构成：系统硬件、系统软件、空间数据、应用人员、应用模型。
5.地理信息系统的基本功能：（一）数据的采集与编辑；（二）数据的存储与管理；（三）数据的处理与变换；（四）空间分析和统计；（五）产品制作与演示；（六）二次开发和编程。
（对照书本目录）第二章地理信息系统的数据结构1.地理空间：指上至大气电离层，下至地壳与地幔之间的莫阔面。
2.地理空间的控制网：平面控制网（WGS84椭球体和GPS坐标系）和高程控制网。
3.地理空间实体表达的两种基本形式：栅格式和矢量式。
4.空间数据的分类：5.空间数据的基本信息：定位信息、属性信息、括扑信息6.比较矢量式数据和栅格式数据各有和特征？矢量数据的特征：以点、线、面组成的边界或几何图形来表示地理空间实体；用标识符表达的内容描述空间实体的属性。
矢量数据可以很好的表达地理信息的分布特征，数据精度高，冗度低，但对于多层次的空间叠合分析比较困难。
描述的空间实体位置明确，属性隐含。
矢量数据之间的空间括扑关系明显。
栅格数据特征：栅格数据式是用离散的量化网格值来表示和描述空间目标；具有属性明显，位置隐含的特点。
数据结构简单容易与遥感数据结合但难以建立空间对象之间的括扑关系。
栅格数据结构简单，有利于空间信息的模型分析。
但栅格数据的精度不高，数据存储冗度大，时常要对其进行压缩7.熟练掌握链状双重独立式的矢量数据文件表示方法。
8.熟练掌握栅格数据的游程编码压缩以及四叉树压缩方法。
9.曲面数据结构第三章空间数据的处理1. 地图投影：是依据一定的数学法则，将不可展开的地表曲面映射到平面上或可展开成平面的曲面（如:圆锥面，圆柱面等）上，最终在地表面点和平面点之间建立一一对应的关系。
第17讲 第5章 空间叠合分析
空间叠合分析
点变换只依据参与叠合图 点变换只依据参与叠合图 叠合 层相应点的属性值进行新的 相应点的属性值进行新的 运算， 运算，既与各图层的邻域点 的属性无关， 的属性无关，也不受区域内 一般特征的影响。 一般特征的影响。 Nhomakorabea 第四节
空间叠合分析
点变换示意
2 2 3
2 3 3
5 6 6
4 4 6
2
4 3 3
第四节
UNION：合并操作（OR） ：合并操作（ ）
空间叠合分析
合并操作（求并集操作）：只能进行多边形叠加， 合并操作（求并集操作）：只能进行多边形叠加，保留原来两个 ）：只能进行多边形叠加 Coverage的所有区域 的所有区域 UNION <in_cover> <union_cover> <out_cover> {fuzzy_tolerance} {JOIN | NOJOIN}
A
UNION
B
A
C
B
第四节
IDENTITY（识别操作） （识别操作）
空间叠合分析
将点、线或多边形叠加到多边形上，保留所有输入 的特征。 将点、线或多边形叠加到多边形上，保留所有输入Coverage的特征。 的特征 输入图层的可以是多边形、 输入图层的可以是多边形、点、线，而操作图层（叠加）要素必须是 而操作图层（叠加） 多边形。 多边形。 IDENTITY <in_cover> <identity_cover> <out_cover> {POLY | LINE | POINT} {fuzzy_tolerance} {JOIN | NOJOIN}
点 1 2 3 4 属性 多边形 A B C D 属性1 属性2
空间分析和建模
第五章空间分析与建模空间分析（概述）概念：空间分析是指基于空间对象的属性、分布、形态及其空间关系特征的空间数据分析技术，它以地学原理为依托，通过空间分析算法和模型，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、空间形成和空间演变等。
目的:提取、传输空间信息，回答用户问题，是对地理数据的深加工。
*空间分析功能是GIS的主要特征和评价GIS软件的主要指标之一。
常用的空间分析方法：基于空间关系的查询、空间量算、缓冲区分析、叠置分析、网络分析、空间统计分类分析。
（对应于下列大标题）一、空间统计分析主要用于空间和非空间数据的分类、统计、分析和综合评价。
内容包括：统计图表分析、描述统计分析、空间自相关分析、回归分析、趋势分析、空间信息分类。
空间信息分类：（主成分分析、层次分析法、系统聚类分析）1、主成分分析：主成分分析是通过数理统计方法，将众多要素的信息压缩表达为若干具有代表性的合成变量（这就克服了变量选择时的冗余和相关），然后选择信息最丰富的少数因子进行各种聚类分析，构造应用模型。
2、层次分析法：AHP方法常用来解决多目标决策问题。
把相互关联的要素按隶属关系分为若干层次，请有经验的专家对各层次各因素的相对重要性给出定量指标，利用数学方法综合专家意见给出各层次各要素的相对重要性权值，作为综合分析的基础。
3、聚类分析：亦称群分析或点群分析，它是研究多要素事物分类问题的数量方法。
其基本原理是，根据样本自身的属性，用数学方法按照某种相似性或差异性指标，定量地确定样本之间的亲疏关系，并按这种亲疏关系程度对样本进行聚类。
（是一门多元统计分类法，根据多种地学要素对地理实体进行划分类别的方法。
对不同的要素划分类别往往反映不同目标的等级序列，如土地分等定级、水土流失强度分级等。
）二、空间查询分析概念：按一定的要求对GIS所描述的空间实体及其空间信息进行访问，从众多的空间实体中挑选出满足用户需求的空间实体及其相应属性。
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第2节
缓冲区分析
图例
：
医院 道路 建立的 缓冲区
缓冲区分析实例
第3节
空间叠置分析
空间叠置分析(spatial overlay analysis)，
又称叠置分析，是指在统一的空间参 照系统条件下，将同一地区的两组或 两组以上的要素 (地图)进行叠置，产 生新的特征(新的空间图形或空 间位置 上的新属性的过程)的分析方法。 叠置分析是地理信息系统最常用的提 取空间隐含信息的手段之一。
第3节 4.叠加分析 空间叠置分析
一、视觉信息叠加 视觉信息叠加是将不同侧面的信息内容叠加显示在结 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。地理信息系统中视觉信息叠加包括 以下几类：
点状图，线状图和面状图之间的叠加显示。
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加。 遥感影象与专题地图的叠加。 专题地图与数字高程模型（DEM）叠加显示立体专题图。
一、空间分析的概念
4.GIS与空间分析
目前，空间分析一般采用专业分析模型与GIS集成方式。
GIS软件与空间分析软件相结合的方式可分为两种：
紧耦合，即把空间分析模块作为一个高级应用模块嵌入GIS软件包中，
GIS不仅可以为空间分析提供图形显示功能，而且GIS中的有关数据直接参 与空间分析计算。 这种方式可以为用户提供方便、全面、有效的使用功能，但造价高， 实现周期长。
点与多边形叠置分析
第3节 4.叠加分析 空间叠置分析
三、线与多边形叠加 线与多边形的叠加，是
2 3 1
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： ①计算交点； ②形成结点和链； ③建立拓朴； ④更新属性。
C A
B 2 1
3
4
D
ID 1 2 3 … ID 1 2 3 …
名称 大王镇 张家村 李家村 … 河流 裕河 昌河 十里沟 …
第1 节
三、空间查询的种类
属性查询
2）SQL查询
空间查询
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。 3）扩展SQL 空间数据查询语言在数据库查询语言上加入空间关系查询。
空间数据类型
几何参数查询
空间查询
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。--空间运算方法
进行的数据分析与挖掘。目前，比较典型的空间分析定义有多种。 2. 空间分析的研究对象
定义：是集空问数据分析和空间模拟于一体的技术，通过地理计算和空 空间分析主要通过对空问数据和空间模型的联合分析来挖掘空间目标的潜 间表达挖掘潜在空间信息，以解决实际问题的过程。 在信息。 3. 空间分析的研究目标 空间目标是空间分析的具体研究对象。 1)认知。有效获取空间数据，并对其进行科学的组织描述，利用数据再现 事物本身。 例如绘制风险图。 2)解释。理解和解释地理空间数据的背景过程，认识事件的本质规律。 例如住房价格中的地理邻居效应。 3)预报。在了解、掌握事件发生现状与规律的前提下，运用有关预测模型 对未来的状况做出预测，例如传染病的爆发。 4)调控。对地理空间发生的事件进行调控，例如合理分配资源。
空间位置分析 空间形态分析 空间相关分析。 空间分布分析 空间关系分析
第 1节
一、空间查询定义
图形--属性 属性限制 空间拓扑限制 二者结合 查询条件 查询方式
空间查询
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 GIS软件 空间查询语言 空间数据库
空间查询: 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。
地理信息系统
Geographical Information System
第五章 空间查询与空间分析
第五章 空间查询与空间分析
第一节 空间查询 第二节 缓冲区分析
第三节 空间叠置分析
第四节 空间网络分析
一、空间分析的概念
1.空间分析的定义
空间分析(spatial analysis)是地理学的精髓，是为解答地理空间问题而
它们指的都是相同的操作。
角分线法 凸角圆弧法
第2节 缓冲区分析
角平分线法 ： 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。根据上图，远离 情况可由下式表示：
d R sinB 2
第2节
缓冲区分析
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。如图所示。
第3节 空间叠置分析
四、多边形与多边形叠加 叠加过程可分为几何求交过程和属性分配过程两步。 几何求交过程首先求出所有多边形边界线的交点，再根 据这些交点重新进行多边形拓扑运算，对新生成的拓扑 多边形图层的每个对象赋一多边形唯一标识码，同时生 成一个与新多边形对象一一对应的属性表。由于矢量结 构的有限精度原因，几何对象不可能完全匹配，叠加结
第1 节
三、空间查询的种类
属性查询
1） 查找
空间查询
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。
C
1
2 3
A
B 1 3 D 2
ID 1 2 3 … ID 1 2 3 …
名称 大王镇 张家村 李家村 … 农作物 产量 600 2,000 1,000 …
乡镇区划图 层
ID 乡镇农作物 图层 1 2 3 叠置结果图 层 … 名称 大王镇 大王镇 李家村 … 农作物 产量 600 2,000 1,000 …
松耦合，即在两个相对独立的GIS软件和空间分析软件之间增加数据交
换接口，使空间分析数据及相关的影响因素和空间分析结果能够在GIS中以 各种简单的或复杂的图形方式显示出来。
这种方式适用于短期且费用较小的情况。
一、空间分析的概念
5.GIS环境下空间分析框架
一般性空间分析框架(右图) (Anselin L,1998) 空间分析类型： A. Goodchild将空间分析分为两大类：
产生式分析 (product model)， 通过这些分析可以获取新的信息， 尤其是综合信息 咨询式分析 (query model)， 旨在回答用户的一些问题。
一、空间分析的概念
5.GIS环境下空间分析框架
B. 从GIS应用角度看，空间分析大致可以归纳为如下两大类： 基于点、线、面基本地理要素的空间分析，通过空间信息查询与
乡镇区划图层
ID 名称 1 大王镇
河流图层
河流 裕河
昌河 昌河
2 3
大王镇 李家村
叠置结果图层
…
…
…
线与多边形叠置分析
第3节 4.叠加分析 空间叠置分析
四、多边形与多边形叠加 多边形叠加是GIS最常用的功能之一。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 素综合了原来两层或多层的属性。
增加 空间操作算子 空间概念
主要优点是：保留了SQL的风格，便于熟悉SQL的用户的掌握，通 用性较好，易于与关系数据库连接。
第2节 缓冲区分析
邻近度（Proximity）描述了地理空间中两个 地物距离相近的程度，其确定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。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， 邻域的大小由邻域半径R决定。因此对象Oi的缓冲区 定义为：
视觉信息叠加不产生新的数据层面，只是将多层信息 复合显示，便于分析。
第3节
空间叠置分析
第3节 4.叠加分析 空间叠置分析
二、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。 此外，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。
Bi x : d x, Oi R
第2节
缓冲区分析
第2节
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，
闪烁、颜色等明 显表示
第1 节
二、空间查询的方式
空间查询
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
给出属性特征条件