第五章 空间分析原理与方法 PPT
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空间分析
10
Hale Waihona Puke 何中心的计算XG X
i
i
n
YG
Y
i
i
n
X,Y 分别是多边形顶点坐标；n 为顶点数； XG,YG 为多边形的重心，也称质心。 注意重心不一定在多边型内。
11
7.3 空间数据的查询分析
空间数据的查询是GIS最基本、最重要的功能之一。 空间数据查询的实质是找出满足属性约束条件和空间 约束条件的地理对象。通常属性约束条件用带有比较 运算符的逻辑表达式描述。 GIS中用户的很多问题可通过查询解决，查询还能派 生新数据。空间数据的查询涉及到空间数据模型、空 间数据拓扑关系、空间索引等。
3
2、按空间数据特征看GIS空间分析分类
1) 空间数据的空间特性分析 空间位置分析：指通过空间坐标系中坐标值来确定空间 物体的地理位置。 空间分布分析：空间分布反映了同类空间物体的群体定 位信息。 空间形态分析：空间形态反映了空间物体的几何特征， 包括形态表示和形态计算两个方面。前者如走向、连通 性等，后者如面积、周长、坡度。 空间关系分析：空间关系反映空间物体之间的各种关系， 如方位关系、距离关系、拓扑关系、相似关系等。 2) 空间数据的非空间特性分析 主要是基于数据库的统计分析。
根据点在多边形内的条件,判别每个点在哪个多边形内 形成和多边形联合的属性表
点 1 2 3 属性 多边形 A B C 属性1 属性2
*1 *2 *4
*3
4
D
点 1 2 3 4 多边形 A D C B
24
点属性 面属性1 面属性2
A B
D C
这一功能常用于城市中各种服务设施分布情况的分析。
1）点与多边形的叠合
空间数据的叠置在图层间进行，叠置图层其投影方式、比 例尺必需一致、进行配准，使同一地区的轮廓线必需相同。
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
2019年8月21日2时34分
34
《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。
2019年8月21日2时34分
28
《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。
2019年8月21日2时34分
3
《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。
25
《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。
2019年8月21日2时34分
26
《地理信息系统》
2019年8月21日2时34分
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
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
第五章 2空间分析的原理与方法 空间叠合分析
Clip裁剪:输出层按一个图层的边界，对另一个图层的内容要 素进行截取后的结果
Update更新:输出层为一个经过删除处理后的图层与一个 新特征图层进行合并后的结果
空间联合
Union合并 Intersect相交 Identity识别 Erase擦除
属性表发生变化
要素提取 图层更新
Clip裁剪 Update更新
基于矢量数据的叠合分析
2 4 3 5 A B 2B 1B
1A 3A 2A 4A 4B
1
3B
5B
降雨量
土壤类型
适宜农作物
基于栅格数据的叠合分析
基于栅格数据的叠合分析
矢量
栅格化
二值化
逻辑运算
结果
实例
坡度图
河流图
Cost=River+Slope
成本图
修建公路的成本图
Legend
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
复习题
空间叠合分析的概念？及其用途？
B C C A C
A
2 3
B
C A
4
1
3 5
B
2
4 5
消防服务区和地铁线的叠加分析
2.1.3 多边形与多边形的叠加分析
多边形与多边形的叠加是指将两个不同图层的多边形 要素叠合，产生新的多边形要素，以解决地理变量的多准 则分析、区域多重属性的模拟分析、地理特征的动态变化
分析、区域信息提取等。
叠合后产生输出新图层的属性信息与原多边形的继承 关系，要根据叠加的不同方式而定。
数据分层组织是叠合分析的基础 分层可以用矢量数据结构点线面表示，也 可以用栅格数据结构表示
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
地理信息系统原理第五章 空间分析与建模5.2
（1）每个区域单元的LISA，是描述该区域单元周围 显著的相似值区域单元之间空间集聚程度的指标；
（2）所有区域单元LISA的总和与全局的空间联系指 标成比例。
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LISA包括局部Moran指数（local Moran index） 和局部Geary指数（local Geary index），下面重 点介绍和讨论局部Moran指数。
i
j
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✓对统计量的检验与局部Moran指数相似，其检验值为
Z
Gi ) VAR(Gi )
✓显著的正值表示在该区域单元周围，高观测值的区域单元趋 于空间集聚，而显著的负值表示低观测值的区域单元趋于空 间集聚，与Moran指数只能发现相似值(正关联)或非相似性 观测值(负关联)的空间集聚模式相比，具有能够探测出区域 单元属于高值集聚还是低值集聚的空间分布模式。
为什么要用空间统计分析？
✓空间统计分析，其核心就是认识与地理位置相关的数据间的空间 依赖、空间关联或空间自相关，通过空间位置建立数据间的统计 关系。
✓空间统计分析的任务，就是运用有关统计方法，建立空间统计模 型，从凌乱的数据中挖掘空间自相关与空间变异规律。
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为什么要用空间统计分析？
空间数据分析与传统统计分析主要有两大差异：
Tobler， W. R. (1970). "A computer movie simulating urban growth in the Detroit region". Economic Geography， 46(2): 234-240.
Waldo Tobler（born in 1930） receiving a plaque for his contributions to geography. On the event of his November 2000 birthday.
（2）所有区域单元LISA的总和与全局的空间联系指 标成比例。
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i
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✓对统计量的检验与局部Moran指数相似，其检验值为
Z
Gi ) VAR(Gi )
✓显著的正值表示在该区域单元周围，高观测值的区域单元趋 于空间集聚，而显著的负值表示低观测值的区域单元趋于空 间集聚，与Moran指数只能发现相似值(正关联)或非相似性 观测值(负关联)的空间集聚模式相比，具有能够探测出区域 单元属于高值集聚还是低值集聚的空间分布模式。
为什么要用空间统计分析？
✓空间统计分析，其核心就是认识与地理位置相关的数据间的空间 依赖、空间关联或空间自相关，通过空间位置建立数据间的统计 关系。
✓空间统计分析的任务，就是运用有关统计方法，建立空间统计模 型，从凌乱的数据中挖掘空间自相关与空间变异规律。
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为什么要用空间统计分析？
空间数据分析与传统统计分析主要有两大差异：
Tobler， W. R. (1970). "A computer movie simulating urban growth in the Detroit region". Economic Geography， 46(2): 234-240.
Waldo Tobler（born in 1930） receiving a plaque for his contributions to geography. On the event of his November 2000 birthday.
空间分析原理与应用：第五章 空间回归分析
5.2.2 总体回归函数
例子：不同家庭收入水平下的学生数学SAT成绩
家庭年收入与数学S.A.T分数
总体回归函数PRF
E(Y | X i ) B1 B2 X i
(2-1)
Y的条件期望，可简写为E(Y)
B1和B2是参数(parameters)，也称回归系数 (regression coefficients)。
ui
.....................
ui
ui
uj
.............................
uj
.
. . ..
........................
uj
a)
b)
c)
无自相关假定表明随机扰动项ui是纯随机的。
• 自相关的性质：
自相关：在时间（如在时间序列数据中）或者空间 （如在横截面数据中）按顺序所列观察值序列
假定3.3 给定Xi，随机扰动项的期望为零。即
Eu | X i 0
假定3.4 同方差假定，即
Varui 2
假定3.5 无自相关假定，即
cov
u i
,u
j
0
i j
假定3.6 回归模型是正确设定的。即实证分析的
模型不存在设定误差或设定错误。
扰动项的条件分布
同方差和异方差的对比
自相关
例如：中国的国内生产总值与印度的人口之间具 有较强的相关性（相关系数较高），因为二者都以较 快的速度增长，但显然二者之间不具有因果关系。
回归分析的应用
（1）通过已知变量的值来估计应变量的均值 （2）根据经济理论建立适当的假设并对其进行检 验 （3）根据自变量的值对应变量的均值进行预测 （4）上述多个目标的综合
地理信息系统概论全套ppt课件
(2学时) (6学时)
9
▪ 第3章 空间数据的处理
§3.1 空间数据的坐标变换 §3.2 空间数据结构的转换 §3.3 多源空间数据的融合 §3.4 空间数据的压缩与综合 §3.5 空间数据的内插方法 §3.6 图幅数据边沿匹配处理
(6学时)
▪ 第4章 地理信息系统空间数据库 (8学时)
§4.1 空间数据库概述
▪ 初步具有应用GIS技术开展地学研究的能力，包
括地学应用模型的构建，应用型GIS的设计，主
要GIS软件系统的使用和评价等。
7
教学内容与学时分配
内容分八章，由课堂讲授和上机实习 两大教学环节组成 ，总学时为80学时， 具体安排如下： ▪ 课堂教学(52学时) ▪ 上机实习(28学时)
8
课堂教学（52学时）
▪ 第6章 地理信息系统的应用模型
§6.1 GIS应用模型概述 §6.2 适宜性分析模型 §6.3 发展预测模型 §6.4 位址选择模型
(10学时) (8学时)
11
§6.5 交通规划模型 §6.6 地学模拟模型 §6.7 专家系统概述
▪ 第7章 地理信息系统的设计与评价 (6学时)
§7.1 GIS设计概述 §7.2 地理信息系统的设计 §7.3 地理信息的标准化 §7.4 地理信息系统的评价
▪ GIS是一门实践性很强的学科
因此，要重视技能训练，重点掌握ArcInfo等基 础GIS软件的操作和使用。
▪ GIS是一门迅速发展中的学科
因此，要经常阅读有关的文献资料，掌握GIS学
科的发展趋势，努力更新自己的知识，不断提高自
己的能力。
6
基本要求
本课程旨在使学生掌握地理信息系统的基本原
理、技术方法和实际应用，了解其主要应用领域和 发展方向，并为从事GIS的地理学应用和应用型地理 信息系统的开发奠定基础。具体要求如下：
室内设计原理课件-第五章-人体工程学
所以，在设计各种坐具时，关键是要掌握好座面与靠背 所构成的角度，选择适当的支撑位置，分析体压分布的情况， 使接触面得到满意的舒适感。
2) 卧具的基本要求
床的使用功能务必注重考虑与人体的关系，着重于床的 尺度与弹性结构的综合设计。不能把人的仰卧看作为站立的 横倒。应该以脊椎自然形态的仰卧姿势，使腰部与臀部压陷 略有差异，差距以大于30毫米为宜。
4. 人体工程学的应用
凡是涉及与人有关系的事和物，就会涉及到人体 工程学的问题。如研究工业产品、装潢设计，便产生了技术
美学；研究机械产品设计，产生了人机工效学；研究医疗器械， 产生了医学工效学；研究人事管理，产生了人际关系学；研究交 通管理，产生安全工效学；研究建筑设计，产生建筑工效学等。
二、人体尺度 1. 人体工程学研究方法
床是否能消除疲劳，除了合理的尺度以外，主要取决于 床的硬软度能否使人体卧姿处于最佳状态。
同时，床垫的硬软度又与体压分布有关，不同弹性的床面， 其体压分布情况也有显著差别。
为了使体压得到合理分布，需精心设计好床垫的弹性材料， 可以采用不同材料搭配成三层结构较合适：
与人体接触的面层采用柔软材料；中层采用硬一些的材料， 有利于身体保持良好的姿态；最下层是承受压力的部分，用稍软的 弹性材料起缓冲作用。
应该留多大的距离才不会影响在厨房里做家务？ 1200mm
为了能方便地打开两边家具的柜门，就一定要保证至少留出 1200mm，1500mm就可以保证在两边柜门都打开的情况下，中间再 站一个人。
3.要想舒服地坐在早餐桌的周围，凳子的合适高度？ 800mm
对于一张高1100mm的餐桌来说，这是摆在它周围凳子的理想 高度。因为在桌面和凳子之间还需要300mm的空间来容下双腿。
中等人体地区
2) 卧具的基本要求
床的使用功能务必注重考虑与人体的关系，着重于床的 尺度与弹性结构的综合设计。不能把人的仰卧看作为站立的 横倒。应该以脊椎自然形态的仰卧姿势，使腰部与臀部压陷 略有差异，差距以大于30毫米为宜。
4. 人体工程学的应用
凡是涉及与人有关系的事和物，就会涉及到人体 工程学的问题。如研究工业产品、装潢设计，便产生了技术
美学；研究机械产品设计，产生了人机工效学；研究医疗器械， 产生了医学工效学；研究人事管理，产生了人际关系学；研究交 通管理，产生安全工效学；研究建筑设计，产生建筑工效学等。
二、人体尺度 1. 人体工程学研究方法
床是否能消除疲劳，除了合理的尺度以外，主要取决于 床的硬软度能否使人体卧姿处于最佳状态。
同时，床垫的硬软度又与体压分布有关，不同弹性的床面， 其体压分布情况也有显著差别。
为了使体压得到合理分布，需精心设计好床垫的弹性材料， 可以采用不同材料搭配成三层结构较合适：
与人体接触的面层采用柔软材料；中层采用硬一些的材料， 有利于身体保持良好的姿态；最下层是承受压力的部分，用稍软的 弹性材料起缓冲作用。
应该留多大的距离才不会影响在厨房里做家务？ 1200mm
为了能方便地打开两边家具的柜门，就一定要保证至少留出 1200mm，1500mm就可以保证在两边柜门都打开的情况下，中间再 站一个人。
3.要想舒服地坐在早餐桌的周围，凳子的合适高度？ 800mm
对于一张高1100mm的餐桌来说，这是摆在它周围凳子的理想 高度。因为在桌面和凳子之间还需要300mm的空间来容下双腿。
中等人体地区
GIS地理信息系统空间分析
视觉信息叠加 矢量图层叠加
点与多边形叠加 线与多边形叠加 多边形叠加
栅格图层叠加
空间叠加地学原理
地理学原理 在进行地学综合分析时，有时需 要提取同一地区不同专题的属性。 例如，某地在进行农作物估产时， 需要提取该地区的土地利用、气 温、降水、日照时间等基本信息 (这些信息常常是分布于不同的 专题地图中)，然后再应用估产 模型进行分析。 实现方法 传统的透明材料叠加方法 GIS中实现方法
生成缓冲区的 主要目的是为 了进一步进行 空间叠加分析 或图形运算。
网络分析
地学原理 数据结构 基本功能
网络分析地学原理
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、筹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。其基本思想则在于人类活动总 是趋于按一定目标选择达到最佳效果的空间位置。这 类问题在社会经济活动中不胜枚举。 对地理网络(如交通网络)、城市基础设施网络(如各种 网线、电力线、电话线、供排水管线等)进行地理分析 和模型化，是地理信息系统中网络分析功能的主要目 的。
缓冲区分析应用举例
在进行缓冲区分析时，通常将研究问题抽象为 以下三类因素进行分析
确定主体，表示分析的主要目标 确定客体，表示受到主体影响的地理实体 确定作用条件，表示主体对客体施加影响的方式。 （线性模型，指数模型，对数模型等）
线缓冲分析 多重缓冲分析
线缓冲分析
多重缓冲分析
分析讨论
DTM模型的应用
地形因子的自动提取
空间矢量分析 坡度提取 坡向提取 其他因子的提取
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。
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• 空间分析的概念 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、空间形成和空间演变等信息。
• 按照Goodchild提出的空间分析框架，空间分析 分为
– 产生式分析(product mode) DEM分析、叠合分析、缓冲区分析、网络分析
第一节 数字地形模型分析
• 从维度来说，DEM是2.5维的数据 • • 2D：X,Y相互独立 • • 2.5D：Z=f(X,Y)
3D：X,Y,Z相互独立
第一节 数字地形模型分析
• DEM的研究内容：
第一节 数字地形模型分析
• DEM研究的主要内容： • 数据采集方法 • 空间数据内插技术 • 空间数据组织和管理 • 空间分析理论与方法
第五章 空间分析的原理与方法
• 1 数字地形模型分析 • 2 空间叠合分析 • 3 空间缓冲区分析 • 4 空间网络分析
GIS基本功能
数据采集 与输入
数据编辑 与更新
GIS能作 什么？
数据显示 与输出
数据存储 与管理
空间查询 与分析
… …
空间查 询 叠合分 析
缓冲区分 析
地形分 析
网络分 析
空间分析概述
– 咨询式分析(query mode) 集合分析、查询分析
空间分析概述
❖ 根据空间数据的形式将空间分析分为： 矢量数据空间分析 栅格数据空间分析
第一节 数字地形模型分析
• 数字地形模型：地形的数字化表达，Miller 于1956年为了自动设计高速公路提出。
• 定义：对二维地理空间上具有连续变化特 征地理现象的模型化表达和过程模拟。简 单地说，空间起伏连续变化现象的数字化 表达和分析工具的集合。
Input A
• 点变换方法 • 区域变换方法 • 邻域变换方法
Input B Output
基于矢量数据的叠合分析
• 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
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
3
线与多边形叠合 结果
1
1 2 6
2
35
3
4
1
2 6
5
3
4
多边形与多边形叠合（ polygon-on-polygon overlay ）
• 两个多边形图层的比较分析（图形和属性），将两个不同 的多边形空间特征数据相重叠，产生新的多边形特征数据， 用以解决地理变量的多准则分析、区域多重属性的分析， 地理特征的动态变化分析，以及图幅要素更新、区域信息 提取等
第二节 空间叠合分析
• 叠置分析的基本条件： 1：参加叠置分析的不同数据层的地理范围 必须是一致的 2：参与叠置分析的多层面数据必须有效 匹配（投影、坐标系、元数据参数） 3：参与叠置分析分析模型和数据必须有 效匹配
第二节 空间叠合分析
• 空间叠合分析（Spatial Overlay analysis）： 又称叠加分析、叠置分析，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。
示，来反映地表单元网格各顶点高程变化的指标。 • （五）谷脊特征分析 • 沟谷密度：沟谷总长度与地表单元面积之比。 • 沟谷深度值：地表单元内几个谷点切割深度的均值
第一节 数字地形模型分析
• 二、地形剖面线的计算 • 地形剖面线：从一个点出发到另一个点的
地形变化情况。 • 方法：通过DEM得到，运用插值算法在剖
• 基于栅格数据结构的叠合分析
– 参与分析的两个图层均为栅格数据 – 优点：运算过程比较简单 – 缺点：数据量大
第二节 空间叠合分析
• 栅格叠合分析：
• 两个或多个相同地区栅格图层
• 相同的栅格单元大小
• 不同图层间对应栅格进行运算
• 运算结果生成新的栅格图层
• 目的是产生新的空间信息 • 又称为“地图代数”
性属性
点与多边形叠合 示例
1 2 3
4
1 2
3
点与多边形叠合 结果
1
12
3
2 34
1 2 3
4
线与多边形的叠合（ line-in-polygon overlay ）
• 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
1 2
• 多边形叠合分析通常有以下五种叠合方式： – 合并(Union) – 相交( Intersect) – 一致( Identity) – 相减( Erase) – 更新( Update)
• 空间合成叠合 • 空间统计叠合
空间合成叠合
• 用于搜索同时具有几种地理属性的分布区 域，或对叠合后产生的多重属性进行新的 分类。
空间统计叠合
• 用于提取某个区域范围内某些专题内容的 数量特征。
第二节 空间叠合分析
• 基于矢量数据结构的叠合分析
– 参与分析的两个图层均为矢量数据 – 优点：数据量小 – 缺点：运算过程比较复杂
第一节 数字地形模型分析
• 一、地形因子计算 • （一）坡度和坡向的计算 • 坡度：局部地表面与水平面之间的夹角。 • 坡向：最大高程变化率所在的方向。 • 计算坡度、坡向方法包括：空间矢量分析
法、拟合曲面法
❖大家应该也有点累了，稍作休息
❖大家有疑问的，可以询问
第一节 数字地形模型分析
• （二）曲面面积的计算 • 两种方法：矢量法和三角形求和法 • （三）地表粗糙度的计算 • 粗糙度：地表单元曲面面积与投影面积之比。 • （四）高程及变异分析 • 平均高程：地表单元网格四个顶点的高程平均值。 • 高程变异：以网格单元顶点的标准差与平均高程的比值表
面的两点间插值出相应的• 三、DEM的通视分析 • 实现方法：在任意两点间生成剖面线，在
需要分析的两点间画直线，若直线与剖面 线有交点则不能通视，无交点则判断这两 点是否高于剖面线的高程。
第二节 空间叠合分析
• 问题的提出： • 地学多因子分析的需要
在实际问题中，往往需要将地学现象分解 为许多单个的因子分别研究。例如，将自 然地理要素分解为地质、地貌、水文、气 象、生物，土壤等，但在研究实际问题又 需要选取其中的几项进行研究。
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、空间形成和空间演变等信息。
• 按照Goodchild提出的空间分析框架，空间分析 分为
– 产生式分析(product mode) DEM分析、叠合分析、缓冲区分析、网络分析
第一节 数字地形模型分析
• 从维度来说，DEM是2.5维的数据 • • 2D：X,Y相互独立 • • 2.5D：Z=f(X,Y)
3D：X,Y,Z相互独立
第一节 数字地形模型分析
• DEM的研究内容：
第一节 数字地形模型分析
• DEM研究的主要内容： • 数据采集方法 • 空间数据内插技术 • 空间数据组织和管理 • 空间分析理论与方法
第五章 空间分析的原理与方法
• 1 数字地形模型分析 • 2 空间叠合分析 • 3 空间缓冲区分析 • 4 空间网络分析
GIS基本功能
数据采集 与输入
数据编辑 与更新
GIS能作 什么？
数据显示 与输出
数据存储 与管理
空间查询 与分析
… …
空间查 询 叠合分 析
缓冲区分 析
地形分 析
网络分 析
空间分析概述
– 咨询式分析(query mode) 集合分析、查询分析
空间分析概述
❖ 根据空间数据的形式将空间分析分为： 矢量数据空间分析 栅格数据空间分析
第一节 数字地形模型分析
• 数字地形模型：地形的数字化表达，Miller 于1956年为了自动设计高速公路提出。
• 定义：对二维地理空间上具有连续变化特 征地理现象的模型化表达和过程模拟。简 单地说，空间起伏连续变化现象的数字化 表达和分析工具的集合。
Input A
• 点变换方法 • 区域变换方法 • 邻域变换方法
Input B Output
基于矢量数据的叠合分析
• 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
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
3
线与多边形叠合 结果
1
1 2 6
2
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3
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1
2 6
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3
4
多边形与多边形叠合（ polygon-on-polygon overlay ）
• 两个多边形图层的比较分析（图形和属性），将两个不同 的多边形空间特征数据相重叠，产生新的多边形特征数据， 用以解决地理变量的多准则分析、区域多重属性的分析， 地理特征的动态变化分析，以及图幅要素更新、区域信息 提取等
第二节 空间叠合分析
• 叠置分析的基本条件： 1：参加叠置分析的不同数据层的地理范围 必须是一致的 2：参与叠置分析的多层面数据必须有效 匹配（投影、坐标系、元数据参数） 3：参与叠置分析分析模型和数据必须有 效匹配
第二节 空间叠合分析
• 空间叠合分析（Spatial Overlay analysis）： 又称叠加分析、叠置分析，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。
示，来反映地表单元网格各顶点高程变化的指标。 • （五）谷脊特征分析 • 沟谷密度：沟谷总长度与地表单元面积之比。 • 沟谷深度值：地表单元内几个谷点切割深度的均值
第一节 数字地形模型分析
• 二、地形剖面线的计算 • 地形剖面线：从一个点出发到另一个点的
地形变化情况。 • 方法：通过DEM得到，运用插值算法在剖
• 基于栅格数据结构的叠合分析
– 参与分析的两个图层均为栅格数据 – 优点：运算过程比较简单 – 缺点：数据量大
第二节 空间叠合分析
• 栅格叠合分析：
• 两个或多个相同地区栅格图层
• 相同的栅格单元大小
• 不同图层间对应栅格进行运算
• 运算结果生成新的栅格图层
• 目的是产生新的空间信息 • 又称为“地图代数”
性属性
点与多边形叠合 示例
1 2 3
4
1 2
3
点与多边形叠合 结果
1
12
3
2 34
1 2 3
4
线与多边形的叠合（ line-in-polygon overlay ）
• 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
1 2
• 多边形叠合分析通常有以下五种叠合方式： – 合并(Union) – 相交( Intersect) – 一致( Identity) – 相减( Erase) – 更新( Update)
• 空间合成叠合 • 空间统计叠合
空间合成叠合
• 用于搜索同时具有几种地理属性的分布区 域，或对叠合后产生的多重属性进行新的 分类。
空间统计叠合
• 用于提取某个区域范围内某些专题内容的 数量特征。
第二节 空间叠合分析
• 基于矢量数据结构的叠合分析
– 参与分析的两个图层均为矢量数据 – 优点：数据量小 – 缺点：运算过程比较复杂
第一节 数字地形模型分析
• 一、地形因子计算 • （一）坡度和坡向的计算 • 坡度：局部地表面与水平面之间的夹角。 • 坡向：最大高程变化率所在的方向。 • 计算坡度、坡向方法包括：空间矢量分析
法、拟合曲面法
❖大家应该也有点累了，稍作休息
❖大家有疑问的，可以询问
第一节 数字地形模型分析
• （二）曲面面积的计算 • 两种方法：矢量法和三角形求和法 • （三）地表粗糙度的计算 • 粗糙度：地表单元曲面面积与投影面积之比。 • （四）高程及变异分析 • 平均高程：地表单元网格四个顶点的高程平均值。 • 高程变异：以网格单元顶点的标准差与平均高程的比值表
面的两点间插值出相应的• 三、DEM的通视分析 • 实现方法：在任意两点间生成剖面线，在
需要分析的两点间画直线，若直线与剖面 线有交点则不能通视，无交点则判断这两 点是否高于剖面线的高程。
第二节 空间叠合分析
• 问题的提出： • 地学多因子分析的需要
在实际问题中，往往需要将地学现象分解 为许多单个的因子分别研究。例如，将自 然地理要素分解为地质、地貌、水文、气 象、生物，土壤等，但在研究实际问题又 需要选取其中的几项进行研究。