空间分析原理及应用1

空间分析原理及应用1
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一、名词解释（14×2=28）
1. 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。

2. 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。

3. 空间距离分析：空间物体的接近程度。

4. 空间关系: 空间对象的相关关系，包括拓扑、方位、相似、相关等。

5. ArcToolbox ：空间处理工具的集合，它包含了Arcgis 地理处理的大部分的分析工具和数
据管理工具。

6. 成本加权分配：通过成本距离加权函数，计算出每个栅格到距离最近、成本最低源的最
少累加成本。

7. 网格：将栅格图像按一定的数学函数进行划分得到的最小像素单元。

8. 克里格插值：又称空间局部插值法，是以变异函数理论和结构分析为基础，在有限区域内对区域化变量进行无偏最优估计的一种方法，克里格插值是一种基于统计学的插值方法。

9. 地图代数：地图代数是以一尺度空间内栅格点集的变换和运算来解决地理信息的图形符号可视化及空间分析的新型理论和方法，是作用于不同数据层面上的基于数学运算的叠加运算。

10. 重分类：即基于原有数值，对原有数值重新进行分类整理从而得到一组新值并输出。

11. 空间数据：空间数据是指用来表示空间实体的位置、形状、大小及其分布特征诸多方面信息的数据，它可以用来描述来自现实世界的目标，它具有定位、定性、时间和空间关系等特性。

12. 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。

13. 表面分析：主要通过生成新数据集，诸如等值线，坡度，坡向，山体阴影等派生
数据，获得更多的反映原始数据集中所暗含的空间特征，空间格局等信息。

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14. 等值线：将表面上相邻的具有相同的值的点连接起来的线，如地图上的等高线、
气温图上的等压线。

二、简答题（8×4=32）
1、简述GIS 空间关系
答：空间关系是指各空间实体之间的空间关系，包括拓扑空间关系，方位和相似等关系。

2、简述空间关系描述及主要方法
答：空间关系是指各空间实体之间的空间关系，包括拓扑空间关系，方位和相似等关系。

(1)拓扑关系的描述和方法：采用单纯形数据模型，用九交矩阵工具详细地研究了三
维空间中点(0-单纯形) 、线(1-单纯形) 、面(2-单纯形) 和体(3-单纯形) 间的拓扑关系，获得了九交矩阵所对应的几何图形。

用集合论研究了拓扑关系的定性推理，得到了组合推
理表。

(2)方向关系的描述和方法：建立了三维空间方向关系的描述模型，并对单方向关
系的推理进行了详细研究，导出了组合推理表，给出了单方向关系的推理规律。

(3)距离
关系的描述和方法：建立了三维空间距离关系的定性描述系统，引入了区间数工具，根据
区间数的运算以及定性距离满足的三个约束条件，导出了在不同情况下定性距离推理结果
的通项公式。

3、简述栅格数据的聚类分析
答：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。

栅格数据的聚合分析是根据空间分辨率和分类表，进行数
据类型的合并或转换以实现空间地域的兼并。

栅格数据的聚类聚合分析处理法在数字地形
模型及遥感图像处理中应用中应用十分普遍。

例如，由数字高程模型转换为数字高程分级
模型便是空间数据的聚合，而从遥感数字图像信息中提取其一地物的方法则是栅格数据的
聚类。

4、简述栅格数据的追踪分析
答：所谓栅格数据的追踪分析指对于特定的栅格数据系统，由某一点或多个起点，按
照一定的追踪线索追踪目标或者追踪轨迹信息提取的空间分析方法。

栅格所记录的是地点
的海拔高程值，根据地面流水必然向最大坡降方向流动的基本追踪线索，可以得出在以上
两个点位地面水流的基本轨迹。

此外，追踪分析方法在扫描图件的矢量化、利用数字高程
模型自动提取等高线、污染源的追踪分析等方面都发挥着十分重要的作用。

5、简述分区统计
答：以一个数据集的分类为基础，对另一个数据集进行数值统计分析，包括计算数值
的取值
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范围、最大值、最小值、标准差等等。

6、简述重分类
答：重分类即基于原有数值，对原有数值重新进行分类整理从而得到一组新值并输出。

根据用户不同的需要，重分类一般包括四种基本分类形式：新值替代（用一组新值取代原
来值），旧值合并（将原值重新组合分类），重新分类（以一种分类体系对原始值进行分类），以及空值设置（把指定值设置空值）。

7、西安80坐标系
答：该坐标系是参心坐标系，椭球短轴Z 轴平行于地球质心指向地极原点JYD1968.0
的方向；大地起始子午面平行于格林尼治平均天文台子午面，X 轴在大地起始子午面内与
Z 轴垂直指向经度0方向，Y 轴与Z 、X 轴成右手坐标系。

8、 WGS －84坐标系
答：WGS-84(World Geodetic System，1984年) 是美国国防部研制确定的大地坐标系，其坐标系的几何定义是：原点在地球质心，Z 轴指向BIH 1984.0定义的协议地球极(CTP)
方向，X 轴指向BIH 1984.0的零子午面和CTP 赤道的交点，Y 轴与Z 、X 轴构成右手系。

三、论述题(4×10=40)
1、请论述arcgis 基于栅格数据的空间分析功能
答：基于栅格数据的空间分析是gis 空间分析的基础，也是A 人才gis 空间分析模
块的核心内容。

ArcGis 的空间分析和建模工具集，允许用户从gis 的数据中快速获取所
需信息，应以多种方式进行分析操作，包括距离制图、密度制图、表面生成、表面分析、
统计分析、重分类、栅格计算等等。

2、请论述最短路径分析方法及其应用
答：应用：路径分析：也称最优路径分析，以最短路径分析为主。

这里“最佳”包含
很多含义, 不仅指一般地理意义上的距离最短，还可以是成本最少、耗费时间最短、资
源流量（容量）最大、线路利用率最高等标准。

很多网络相关问题，如最可靠路径问题、
最大容量路径问题、易达性评价问题和各种路径分配问题均可纳入最佳路径问题的范畴之中。

方法：ARCGIS 中实现最佳路径分析，首先利用其空间分析工具将高程数据进行坡度分析生成坡度数据以及对高程数据进行起伏度分析生成起伏度数据，然后对流域数据、坡度、起伏度
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数据进行重分类得到相同的等级范围，再按照这些影响最佳路径因子的重要程度设置权重，最后按照权重合并这些数据得到成本数据集。

然后基于成本数据集计算栅格数据中各单元到起始点的成本距离和方向成本数据集。

最后利用终点数据及成本距离和方向成本数据集得到最佳短路径图。

3、请论述网络分析功能及用途
答：网路分析是基于几何网络的特征和属性，利用距离、权重和规划条件进行分析得到结果并且应用在实际中，包括路径分析，地址匹配，资源分配。

网路分析是对地理网（如交通网路）、城市基础设施网络（如各种网线、电缆线、电力线、电话线、供水线、排水管道等）进行地理分析和模型化过程，通过研究网络的状态以及模拟和分析资源在网络上的流动和分配情况，实现对网络结构及其资源等的优化问题。

网络分析的理论是图论和运筹学，它从运筹学的角度去研究、统筹、决策，安排各要素的运行，使其能充分的发挥作用或达到所预想的目标。

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4、请论述三维景观分析功能及应用
答：在应用GIS 进行三维景观规划以前，国内的景观规划主要采用CAD 技术。

这种软件具有制图精确、成图效果好等特点，但不具备空间查询与分析等功能，因此规划成果难以用于辅助分析。

而GIS 的三维景观分析功能能够解决空间分析的功能。

三维分析功能包括三维模块加载；显示和创建3D Shapefile；TIN 创建与二维显示；三维透视观察；三维分析的表面分析。

GIS 的空间分析功能建立在数据库的基础上，包括：景观基础地理数据库、规划成果数据库、规划项目数据库等。

对于景观建模存在的问题，通过对三维景观建立、查询、空间分析、三维漫游等地理信息系统功能的软件，满足城市景观的查询、分析等功能。

应用方面：
（1）工程填挖方分析与计算是预算工程建设的工作量与投资的重要依据，准确快速地计算填挖方量具有重要的实用价值。

传统的填挖方计算效率较低，工作量大，不能有效利用现有数据资源，在计算机上实现较困难，而且计算结果精度低，相互间差别大。

如果通过三维分析模块，就能将地面的三维模型和建筑主体的三维模型叠加运算完成，结果快速准确。

（2）规划中通常要用到天际线分析，这是保护城市景观必不可少的步骤。

天际线，又称城市轮廓或全景，通俗说，天际线就是你站在城市中一个地方，向四周环顾，天地相
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交的那一条轮廓线就是天际线。

天际线亦被作为城市整体结构的色彩、规模和标志性建筑。

传统天际线分析的方法，规划师需要让工作人员在实际规划位置，按照要求放起一个制定高度的热气球，然后从各观测点拍摄系列照片，然后把照片带回办公室逐一分析。

如果需要对规划建筑的位置和高度进行调整，则需重复上述步骤，显然费时费力。

我们现在已经在ArcGIS 三维中很好的实现了这一功能，系统按照要求构筑的天际线轮廓一目了然，用户能够准确的判断出，规划方案是否符合要求，应该做什么样的调整。

（3）日照分析在城市规划中也非常有用，比如规划中的建筑是否严重影响周边建筑的
光照，影响的区域有多大，如何调整建筑的高度，才不会影响周边建筑的采光。

ArcGIS 提供的日照分析功能可以很好的完成此项工作，同时分析出阴影影响的程度，生成统计图表。

（4）我们需要在事故现场设置一处指挥部，最好能观察到事故的进展情况。

这时候如果我们使用可视域分析，则可迅速确定出最佳的位置。

（5）如果我们需要了解现场的情况，或者模拟某个灾害蔓延的过程，则可以将视频与三维场景进行叠加。

（6）除此之外，环境专家、林业部门和土木工程师可使用三维分析去了解和塑造地形，以便考虑雨水径流和洪水等事件。

矿业公司、地理学家及研究人员可使用三维分析的各项功能去深入了解地表以下的地质实体，例如斜井和地下岩层的三维交汇。

当地政府、军事组织可利用三维分析询问有关人造结构的复杂三维问题，特别是有关市区内的当前和规划通视线问题。

三维分析使我们可以充分利用Z 空间中独有的信息和元素，给用户带来独特的价值。

ArcGIS 三维为更多行业用户的扩展应用提供了功能丰富、可扩展的平台。

在可扩展性方面，通过扩展ArcGIS 三维可以使某些自定义的功能更加完善和强大、使用户的工作可以更加模块化并和ArcGIS 三维很好地结合在一起。

三维系统不再仅仅作为汇报的工具，将全面融入用户的业务流程，发挥其独特的价值。