地理信息系统
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z 实例：洪水后退农业发展区
（Recessional agriculture)
第六章 空间数据分析
27
局部功能（local function)（点功能）
z 局部功能是对每个网格 （location）所有相关属性 的操作，其操作是不受周围 网格属性的影响。
z 其结果是：一个新的网格文 件，是一或多个输入网格的 函数。
第六章 空间数据分析
19
1.5 DEM数据的不规则表示－TIN
z 优点：可以消除数据冗余。能随地 形起伏变化的复杂性而改变采样的 密度和决定采样点的位置。
z 存储方式：总体上：是一种拓扑结 构。
– 由记录每个三角形相邻的三角形编号 表/每个三角形结点编号表
– 结点坐标值。
第六章 空间数据分析
20
1.5 DEM数据的不规则表示－TIN
z研究区：Mauritania along the Senegal River
z 洪水后退农业发展区 （Recessional agriculture) –选择常年洪泛区 –土壤最适合高粱农业发展
第六章 空间数据分析
35
实例-洪水后退农业发展区（Recessional agriculture)
z 基本数据：
第六章 空间数据分析
24
第六章 空间数据分析
4
Dr.Huiping Liu
2011-9-15
基于DTM的可视性分析—视域分析
基于DTM的工程土方量测
第六章 空间数据分析
25
第六章 空间数据分析
26
2. 网格数据分析基本方法举例
z 网格数据空间分析：
– 局部功能（local function) – 区域功能(Zonal function)
第六章 空间数据分析
16
坡向计算（Calculation of Aspect)
aspect
=
90
−
180 π
arctan⎜⎜⎝⎛
ΔH ΔH
y x
/ /
Δy Δx
⎟⎟⎠⎞
for ΔH x < 0 Δx
aspect
=
270
−
180 π
arctan⎜⎜⎝⎛
ΔH ΔH
y x
/ /源自文库
Δy Δx
⎟⎟⎠⎞
for ΔH x > 0 Δx
第六章 空间数据分析
28
简单叠加（simple overlay)(1)
算术平均（arithmetic mean)
3.0 3.0 2.5 1.5
1112
5541
2.0 3.0 3.0 2.0
1122
3542
=均值
2.5 3.0 2.5 2.5
1
2
3
3
，4 4 2 2
3.0 2.5 3.0 2.0
2233
6
第六章 空间数据分析
1
Dr.Huiping Liu
2011-9-15
1.2 基础数据和派生数据
z 基础数据：
–指DEM： （Digital Elevation Model）在DTM中 属性为高程的要素，一般指 以网格组织的某一区域的地 面高程数据。
第六章 空间数据分析
7
1.2 基础数据和派生数据
21
第六章 空间数据分析
22
基于DTM的可视性分析
z 基本因子:
– 又称通视分析，属于对地形进行 优化处理的范畴，比如设置雷达 站，电视台的发射站、道路选 择，航海导航等
– 因子：两点之间的通视性 (intervisibility)/可视域（view shed）
第六章 空间数据分析
23
基于DTM的可视性分析—视线分析
14
坡度模型（Slope Models)（矢量模型）
z Slope is a vector, i.e.it has a direction and length.
z A slope can be measured by its horizontal angle (slope) and azimuth (aspect).
–拓扑叠加 –网络分析 –缓冲区分析 z 实例：市区择房分析
39
第六章 空间数据分析
40
拓扑叠加(Topological overlay)
z 根据叠加对象的图形特征：
– 点与多边形的叠加（point in polygon overlay);
– 线与多边形的叠加（line in polygon overly）；
4
1.1定义
z 类型：
–高程：高程、等高线、平均高程、 极值高程、相对高程等
–坡度：坡度、坡向、坡度变化率 等
–地面形态：形态、地形剖面、糙 度、流域、沟谷密度等。
–其他：太阳辐射、三维立体图等
第六章 空间数据分析
5
DTM应用举例
z地形分析 z可视性分析 z基于TIN的三维显示 z工程中土方量测
第六章 空间数据分析
4333
2233
4331
U=max(x1,x2,…)
例：outgrid= max (ingrid_1, ingrid_2)
第六章 空间数据分析
30
第六章 空间数据分析
5
Dr.Huiping Liu
2011-9-15
简单叠加（simple overlay)(3)
合并（merge)
1111 1142
1 4 3 3 =merge
z 生成坡度图、坡向图、剖面图，辅助 地貌分析，估计侵蚀和径流等；
z 不同地表的统计分析与比较；
z 作为背景叠加各种专题信息，以显示 和分析（三维显示）。
z 人工量取
– 以网格法读取并键入
z 半自动法：
– 数字化仪的手扶跟踪 – 扫描输入 – 数字测图
第六章 空间数据分析
11
第六章 空间数据分析
12
33
重分类（Reclassification)
z 通过重（再）分类找出隐藏信息 是GIS的重要功能
z 重（再）分类：对原始数据的再 次分类组织。
–对数据用新的等级体系进行分 类
–将多个数据用统一的等级体系 重新归类
第六章 空间数据分析
34
实例-洪水后退农业发展区（Recessional agriculture)
–必要性 –网格的大小对应地面距离为
地面分辨率（空间分辨率）
z 派生数据
–DTM中由DEM产生的数据。
第六章 空间数据分析
8
基础数据和派生数据
–DEM主要应用：
• 作为国家地理信息的基础数据：
–4D数据：数字线化图（Digital Linear Graphs-DLG）；数字高程 模型（DEM）；数字正射影像 （Digital Orthophoto Quadrangles-DOQ），数字栅格 图（Digital Raster GraphsDRG），前三者为国家空间数据基础设施
– 多边形与多边形的叠加 （polygon on polygon overlay）
第六章 空间数据分析
–DEM –土壤类型图
z 解决的问题：
–绘出所有洪水淹没并且适合洪 水退后高粱农业的发展区域
第六章 空间数据分析
36
第六章 空间数据分析
6
Dr.Huiping Liu
2011-9-15
3. 遥感数据分析
z 遥感系列解译图
–指经过遥感图像目视判读后 编制的各种专题图，经过数 字化后进入GIS。
z 遥感数据的直接应用
第六章 空间数据分析
15
计算坡度（Calculation of Slope)
Z
ΔH y
ΔΔx Hx
Δx Δy
X
slope =
⎜⎛ ⎝
ΔH x Δx
⎟⎞2 ⎠
+
⎜⎜⎝⎛
ΔHy Δy
⎟⎟⎠⎞2
z Where △Hx and △Hy
denote the local relief within the neighbourhood along the west-east and southnorth directions, respectively, and △x and △y denote the distances of the nYeighbourhood along west-east and southnorth directions.
第六章 空间数据分析
18
第六章 空间数据分析
3
Dr.Huiping Liu
2011-9-15
1.5 DEM数据的不规则表示－TIN
z TIN（Triangulated Irregular Network）不规则三角网。是专为 产生DTM数据设计的一种采样表示 系统。
– 对有限个离散点，每三个最邻近点联 结成三角形，每个三角形代表一个局 部平面，再根据每个平面方程计算各 网格点高程，生成DEM
（NSDI）的框架数据。
第六章 空间数据分析
9
基础数据和派生数据
z 土木工程、景观建筑与矿山工程的 规划与设计：
z 交通线路的规划与大坝的选址；
z 为军事目的（军事模拟等）而进行 的地表三维显示；
z 景观设计与城市规划；
z 流水线分析、可视性分析；
第六章 空间数据分析
10
基础数据和派生数据
1.3 DEM数据的获取
aspect=0
for ΔH x = 0and ΔH y < 0
Δx
Δy
aspect=180
for ΔH x = 0and ΔH y > 0
Δx
Δy
第六章 空间数据分析
17
坡向 （Slope Aspect)
z 坡向计算： North 337.5-22.5° Northeast 22.5-67.5 East 67.5-112.5° Southeast 112.5-157.5° South 157.5-202.5° Southwest 202.5-247.5° West 247.5-292.5° Northwest 292.5-337.5°
Dr.Huiping Liu
2011-9-15
第六章 空间数据分析
空间数据分析
z 数字地形模型分析 z 网格数据分析的基本方法举例 z 遥感数据分析 z 矢量数据分析的基本方法举例 z 空间数据的量算 z 专家系统介绍
第六章 空间数据分析
2
1. 数字地形模型分析
z 定义
z 基础数据和派生数据 z DEM数据的获取
第六章 空间数据分析
37
3. 遥感数据分析(cont.)
z 遥感信息与非遥感信息的综合应用
– 以非遥感数据为基础 – 以遥感数据为基础
第六章 空间数据分析
38
遥感数据的直接应用
z 过程： 遥感数 据－计 算机图 像处理 －专题 图－GIS 数据库
第六章 空间数据分析
4. 矢量数据分析基本方法举例
z矢量分析方法：
z 派生数据的产生 z DEM数据的不规则表示－
TIN z DTM应用
第六章 空间数据分析
3
1.1定义
z 数字地形模型（DTM）： （Digital Terrain Model）是空间 数据库中存储并管理的空间地形数 据的集合的通称，是带有空间位置 特征和地形属性特征的数字描述。
第六章 空间数据分析
第六章 空间数据分析
2
Dr.Huiping Liu
2011-9-15
1.4 派生数据的产生
z 由DEM派生多种地形数据：
z 例1：平均高程－图像处理中求 平均灰度的方法。
∑ ∑ h = 1
j +1
i +1
h(k , l )
9 l = j−1 k =i−1
第六章 空间数据分析
13
1.4 派生数据的产生
z TIN 的拓扑结构
Triangle Node
A
1，2，3
B
2，4，3
C
4，8，3
D
1，3，5
E
1，5，6
F
3，7，5
G
3，8，7
H
5，7，6
Neighbo rs -，B，D -，C，A -，G，B A，F，E D，H，G，H，D C，-，F F，-，E
地形分析
ID X
Y
Z
1
x1
y1
z1
2
第六章 空间数据分析
4331
例：outgrid=mean(ingrid_1, 2*ingrid_2, (ingrid_3+ingrid_4))
第六章 空间数据分析
29
简单叠加（simple overlay)(2)
最大化（maximizing)
5542
1112
5541
3542
1122
3542
4 4 3 3 = max 1 2 3 3 ， 4 4 2 2
–操作：对面积、长度、形状 （area, length, shape)
第六章 空间数据分析
32
区域功能(Zonal functions)
z 区域功能的特性
–不改变区域的边界
–根据用户指令或统计值改变区 域的属性
–应用：
• 空间分布；
• 形状的定量量测；
• 空间联系分析和统计特征分析。
第六章 空间数据分析
z 例2：坡度（网格模型） 对一个3x3的窗口，中心点为（i,j），有8个邻 域，设各点高程: hm(m=1,2,3,…8),对于每一 个方向上的坡度：
h(i, j) − h(m)
αm i, j
=
arctg
Lm
Lm=网格长度
Lm= 2 网格长度 取8个方向坡度的最大坡度为中心点的
坡度
第六章 空间数据分析
4333
111
5541
11
3542
1
3 3 ，4 4 2 2
33
4331
例： ougrid=merge(ingrid_1, ingrid_2)
If x1=NODATA then U=x2
Else U=x1
第六章 空间数据分析
31
区域功能(Zonal functions)
z 区域功能：
–对于给定单元所属区域特性的 操作；
（Recessional agriculture)
第六章 空间数据分析
27
局部功能（local function)（点功能）
z 局部功能是对每个网格 （location）所有相关属性 的操作，其操作是不受周围 网格属性的影响。
z 其结果是：一个新的网格文 件，是一或多个输入网格的 函数。
第六章 空间数据分析
19
1.5 DEM数据的不规则表示－TIN
z 优点：可以消除数据冗余。能随地 形起伏变化的复杂性而改变采样的 密度和决定采样点的位置。
z 存储方式：总体上：是一种拓扑结 构。
– 由记录每个三角形相邻的三角形编号 表/每个三角形结点编号表
– 结点坐标值。
第六章 空间数据分析
20
1.5 DEM数据的不规则表示－TIN
z研究区：Mauritania along the Senegal River
z 洪水后退农业发展区 （Recessional agriculture) –选择常年洪泛区 –土壤最适合高粱农业发展
第六章 空间数据分析
35
实例-洪水后退农业发展区（Recessional agriculture)
z 基本数据：
第六章 空间数据分析
24
第六章 空间数据分析
4
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基于DTM的可视性分析—视域分析
基于DTM的工程土方量测
第六章 空间数据分析
25
第六章 空间数据分析
26
2. 网格数据分析基本方法举例
z 网格数据空间分析：
– 局部功能（local function) – 区域功能(Zonal function)
第六章 空间数据分析
16
坡向计算（Calculation of Aspect)
aspect
=
90
−
180 π
arctan⎜⎜⎝⎛
ΔH ΔH
y x
/ /
Δy Δx
⎟⎟⎠⎞
for ΔH x < 0 Δx
aspect
=
270
−
180 π
arctan⎜⎜⎝⎛
ΔH ΔH
y x
/ /源自文库
Δy Δx
⎟⎟⎠⎞
for ΔH x > 0 Δx
第六章 空间数据分析
28
简单叠加（simple overlay)(1)
算术平均（arithmetic mean)
3.0 3.0 2.5 1.5
1112
5541
2.0 3.0 3.0 2.0
1122
3542
=均值
2.5 3.0 2.5 2.5
1
2
3
3
，4 4 2 2
3.0 2.5 3.0 2.0
2233
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第六章 空间数据分析
1
Dr.Huiping Liu
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1.2 基础数据和派生数据
z 基础数据：
–指DEM： （Digital Elevation Model）在DTM中 属性为高程的要素，一般指 以网格组织的某一区域的地 面高程数据。
第六章 空间数据分析
7
1.2 基础数据和派生数据
21
第六章 空间数据分析
22
基于DTM的可视性分析
z 基本因子:
– 又称通视分析，属于对地形进行 优化处理的范畴，比如设置雷达 站，电视台的发射站、道路选 择，航海导航等
– 因子：两点之间的通视性 (intervisibility)/可视域（view shed）
第六章 空间数据分析
23
基于DTM的可视性分析—视线分析
14
坡度模型（Slope Models)（矢量模型）
z Slope is a vector, i.e.it has a direction and length.
z A slope can be measured by its horizontal angle (slope) and azimuth (aspect).
–拓扑叠加 –网络分析 –缓冲区分析 z 实例：市区择房分析
39
第六章 空间数据分析
40
拓扑叠加(Topological overlay)
z 根据叠加对象的图形特征：
– 点与多边形的叠加（point in polygon overlay);
– 线与多边形的叠加（line in polygon overly）；
4
1.1定义
z 类型：
–高程：高程、等高线、平均高程、 极值高程、相对高程等
–坡度：坡度、坡向、坡度变化率 等
–地面形态：形态、地形剖面、糙 度、流域、沟谷密度等。
–其他：太阳辐射、三维立体图等
第六章 空间数据分析
5
DTM应用举例
z地形分析 z可视性分析 z基于TIN的三维显示 z工程中土方量测
第六章 空间数据分析
4333
2233
4331
U=max(x1,x2,…)
例：outgrid= max (ingrid_1, ingrid_2)
第六章 空间数据分析
30
第六章 空间数据分析
5
Dr.Huiping Liu
2011-9-15
简单叠加（simple overlay)(3)
合并（merge)
1111 1142
1 4 3 3 =merge
z 生成坡度图、坡向图、剖面图，辅助 地貌分析，估计侵蚀和径流等；
z 不同地表的统计分析与比较；
z 作为背景叠加各种专题信息，以显示 和分析（三维显示）。
z 人工量取
– 以网格法读取并键入
z 半自动法：
– 数字化仪的手扶跟踪 – 扫描输入 – 数字测图
第六章 空间数据分析
11
第六章 空间数据分析
12
33
重分类（Reclassification)
z 通过重（再）分类找出隐藏信息 是GIS的重要功能
z 重（再）分类：对原始数据的再 次分类组织。
–对数据用新的等级体系进行分 类
–将多个数据用统一的等级体系 重新归类
第六章 空间数据分析
34
实例-洪水后退农业发展区（Recessional agriculture)
–必要性 –网格的大小对应地面距离为
地面分辨率（空间分辨率）
z 派生数据
–DTM中由DEM产生的数据。
第六章 空间数据分析
8
基础数据和派生数据
–DEM主要应用：
• 作为国家地理信息的基础数据：
–4D数据：数字线化图（Digital Linear Graphs-DLG）；数字高程 模型（DEM）；数字正射影像 （Digital Orthophoto Quadrangles-DOQ），数字栅格 图（Digital Raster GraphsDRG），前三者为国家空间数据基础设施
– 多边形与多边形的叠加 （polygon on polygon overlay）
第六章 空间数据分析
–DEM –土壤类型图
z 解决的问题：
–绘出所有洪水淹没并且适合洪 水退后高粱农业的发展区域
第六章 空间数据分析
36
第六章 空间数据分析
6
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3. 遥感数据分析
z 遥感系列解译图
–指经过遥感图像目视判读后 编制的各种专题图，经过数 字化后进入GIS。
z 遥感数据的直接应用
第六章 空间数据分析
15
计算坡度（Calculation of Slope)
Z
ΔH y
ΔΔx Hx
Δx Δy
X
slope =
⎜⎛ ⎝
ΔH x Δx
⎟⎞2 ⎠
+
⎜⎜⎝⎛
ΔHy Δy
⎟⎟⎠⎞2
z Where △Hx and △Hy
denote the local relief within the neighbourhood along the west-east and southnorth directions, respectively, and △x and △y denote the distances of the nYeighbourhood along west-east and southnorth directions.
第六章 空间数据分析
18
第六章 空间数据分析
3
Dr.Huiping Liu
2011-9-15
1.5 DEM数据的不规则表示－TIN
z TIN（Triangulated Irregular Network）不规则三角网。是专为 产生DTM数据设计的一种采样表示 系统。
– 对有限个离散点，每三个最邻近点联 结成三角形，每个三角形代表一个局 部平面，再根据每个平面方程计算各 网格点高程，生成DEM
（NSDI）的框架数据。
第六章 空间数据分析
9
基础数据和派生数据
z 土木工程、景观建筑与矿山工程的 规划与设计：
z 交通线路的规划与大坝的选址；
z 为军事目的（军事模拟等）而进行 的地表三维显示；
z 景观设计与城市规划；
z 流水线分析、可视性分析；
第六章 空间数据分析
10
基础数据和派生数据
1.3 DEM数据的获取
aspect=0
for ΔH x = 0and ΔH y < 0
Δx
Δy
aspect=180
for ΔH x = 0and ΔH y > 0
Δx
Δy
第六章 空间数据分析
17
坡向 （Slope Aspect)
z 坡向计算： North 337.5-22.5° Northeast 22.5-67.5 East 67.5-112.5° Southeast 112.5-157.5° South 157.5-202.5° Southwest 202.5-247.5° West 247.5-292.5° Northwest 292.5-337.5°
Dr.Huiping Liu
2011-9-15
第六章 空间数据分析
空间数据分析
z 数字地形模型分析 z 网格数据分析的基本方法举例 z 遥感数据分析 z 矢量数据分析的基本方法举例 z 空间数据的量算 z 专家系统介绍
第六章 空间数据分析
2
1. 数字地形模型分析
z 定义
z 基础数据和派生数据 z DEM数据的获取
第六章 空间数据分析
37
3. 遥感数据分析(cont.)
z 遥感信息与非遥感信息的综合应用
– 以非遥感数据为基础 – 以遥感数据为基础
第六章 空间数据分析
38
遥感数据的直接应用
z 过程： 遥感数 据－计 算机图 像处理 －专题 图－GIS 数据库
第六章 空间数据分析
4. 矢量数据分析基本方法举例
z矢量分析方法：
z 派生数据的产生 z DEM数据的不规则表示－
TIN z DTM应用
第六章 空间数据分析
3
1.1定义
z 数字地形模型（DTM）： （Digital Terrain Model）是空间 数据库中存储并管理的空间地形数 据的集合的通称，是带有空间位置 特征和地形属性特征的数字描述。
第六章 空间数据分析
第六章 空间数据分析
2
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1.4 派生数据的产生
z 由DEM派生多种地形数据：
z 例1：平均高程－图像处理中求 平均灰度的方法。
∑ ∑ h = 1
j +1
i +1
h(k , l )
9 l = j−1 k =i−1
第六章 空间数据分析
13
1.4 派生数据的产生
z TIN 的拓扑结构
Triangle Node
A
1，2，3
B
2，4，3
C
4，8，3
D
1，3，5
E
1，5，6
F
3，7，5
G
3，8，7
H
5，7，6
Neighbo rs -，B，D -，C，A -，G，B A，F，E D，H，G，H，D C，-，F F，-，E
地形分析
ID X
Y
Z
1
x1
y1
z1
2
第六章 空间数据分析
4331
例：outgrid=mean(ingrid_1, 2*ingrid_2, (ingrid_3+ingrid_4))
第六章 空间数据分析
29
简单叠加（simple overlay)(2)
最大化（maximizing)
5542
1112
5541
3542
1122
3542
4 4 3 3 = max 1 2 3 3 ， 4 4 2 2
–操作：对面积、长度、形状 （area, length, shape)
第六章 空间数据分析
32
区域功能(Zonal functions)
z 区域功能的特性
–不改变区域的边界
–根据用户指令或统计值改变区 域的属性
–应用：
• 空间分布；
• 形状的定量量测；
• 空间联系分析和统计特征分析。
第六章 空间数据分析
z 例2：坡度（网格模型） 对一个3x3的窗口，中心点为（i,j），有8个邻 域，设各点高程: hm(m=1,2,3,…8),对于每一 个方向上的坡度：
h(i, j) − h(m)
αm i, j
=
arctg
Lm
Lm=网格长度
Lm= 2 网格长度 取8个方向坡度的最大坡度为中心点的
坡度
第六章 空间数据分析
4333
111
5541
11
3542
1
3 3 ，4 4 2 2
33
4331
例： ougrid=merge(ingrid_1, ingrid_2)
If x1=NODATA then U=x2
Else U=x1
第六章 空间数据分析
31
区域功能(Zonal functions)
z 区域功能：
–对于给定单元所属区域特性的 操作；