第五章 空间分析原理与方法

• 分级 打开生成的union文件图层的属性列表，编辑 表格，添加一个短整型字段class，并将 class赋值为famous+school+market+st
第三节 空间邻近度分析
• 问题一：
– 地震破坏程度从震源扩散影响的范围； – 噪声污染影响的范围； – 湖泊生态保护区的范围； – “缓冲区分析”
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
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
province_name 江苏
1 3 2
1
2 3
上海 浙江
线与多边形叠合 结果
1
6
1 2 6
1
2
3
ID 1
5
3
2
province_name 江苏
5 4
3
4
road_name 沪宁高速
length 350
2
3 4
沪宁高速
沪杭高速 沪杭高速
上海
上海 浙江
50
320 60
5
6
宁杭高速
宁杭高速
浙江
江苏
100
分级缓冲区域动态缓冲区
• Buffering with different buffer distances. • Buffering with rings.
缓冲区的重叠处理
• Buffer zones not dissolved or dissolved.
泰森多边形分析(Voronoi多边形)
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 面的两点间插值出相应的高程数据。
第一节 数字地形模型分析
• 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
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 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
在商业中心的服务范围图层martket
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
• 叠合方式的选择？ • market图层、school图层进行intersect操作 得到insectms图层，再将insectms图层与 Famous图层进行intersect叠合操作，得到 intersectmsf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
空间分析概述
• 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 – 咨询式分析(query mode) 集合分析、查询分析
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 性属性
点与多边形叠合 示例
1
• 问题二：
– 气象站控制的范围； – 超市服务的范围； – “泰森多边形分析”
空间缓冲区分析
• 空间缓冲区分析(Spatial buffer analysis)：指根据分析 对象的点、线、面实体，自动建立它们周围一定距离的 带状区，用以识别这些实体或主体邻近对象的辐射范围 或影响程度，以便为某项分析或决策提供依据。
• 第二个问题 对整个城市区域从以上4个条件的住房条件进 行评价，划定不同等级，以供购房者进行 参考找出满足以上4个条件的最适宜的购房 地段。 分级标准为：
A满足其中四个条件为第一等级 B满足其中三个条件为第二等级 C满足其中两个条件为第三等级 D满足其中一个条件为第四等级 E完全不满足条件得为第五等级
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。
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。
• 空间合成叠合 • 空间统计叠合
空间合成叠合
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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 • 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)
Union
• 输出层保留输入图层的所有多边形要素。
Intersect
• 输出层保留输入图层共同的多边形要素。
百度文库
Identity
• 保留以一多边形为控制边界内的所有多边 形要素
Erase
• 保留以一多边形为控制边界外的所有多 边形要素
Update
• 输出数据为一个经删除处理后的多边形与 一个新特征多边形，即删除重叠的部分。
• 运用空间叠合分析解决以下两个问题 （1）找出满足以上4个条件的最适宜的购房 地段。 （2）对整个城市区域从以上4个条件的住房 条件进行评价，划定不同等级，以供购房 者进行参考
• 第一个问题 找出满足以上4个条件的最适宜的购房地段。 步 骤： （1）明确目的和标准：在商业中心的服务范围之内；距名 牌高中在750米之内，以便小孩上学便捷；距名胜古迹 500米之内，环境优雅；离主要交通要道200米之外，以 减少噪音污染 （2）空间数据准备：商业中心服务数据、名牌高中750米之 内数据、名胜古迹500米之内、主要交通要道200米之外 （3）空间操作：进行叠合分析 （4）输出结果并进行分析
空间分析的步骤
步 骤： （1）明确目的和标准 （2）空间数据准备 （3）空间操作 （4）输出结果并进行分析
实例：市区择房分析
• 如何找到环境好、购物方便、小孩上学方 便的居住区地段是购房者对关心的问题， 因此购房者就需要从总体上对商品房的信 息进行研究分析，选择最适宜的购房地段。 • 条件为：
a在商业中心的服务范围之内，服务范围以商业中 心规模的大小来确定 b距名牌高中在750米之内，以便小孩上学便捷 c距名胜古迹500米之内，环境优雅 d离主要交通要道200米之外，以减少噪音污染
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 数据存储 与管理 空间查 询
GIS能作 什么？
空间查询 与分析
数据显示 与输出
… …
地形分 析
叠合分 析 缓冲区分 析 网络分 析
• 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
• 基于栅格数据结构的叠合分析
建立空间缓冲区的分析模型
用于缓冲半径的确定 • 根据空间实体对邻近对象作用性质的不同，可采用不同的 分析模型，主要有： – 线性模型：用于当实体对邻近对象的影响度随距离的增大
呈线性衰减的情况。 – 二次模型：用于当实体对邻近对象的影响度随距离的增大 呈二次形式衰减时。 – 指数模型：用于当实体对邻近对象的影响度随距离的增大 呈指数形式衰减时。
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。
步 骤： （1）明确目的和标准： （2）空间数据准备：商业中心服务数据、名 牌高中750米之内数据、名胜古迹500米之 内、主要交通要道200米之外 （3）空间操作：进行叠合分析 （4）对结果进行分析和评价
在商业中心的服务范围图层 martket
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
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
ID road_name length
1 3
2
1 2 3
ID
沪宁高速 沪杭高速 宁杭高速
400 380 330
– 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 Input A 又称为“地图代数” Input B • 点变换方法 • 区域变换方法 • 邻域变换方法
• Dirichlet，(1805-1859)，首先公开发表这种几何镶嵌模型，称 它们为Dirichlet区域。 • 1908年，俄国数学家G. Voronoi首先详细地研究了这些多边形。 • 1911年，Von Thiessen，将其运用到气象学中。称Thiessen多 边形。
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city_name 南京 苏州 上海 杭州 province_name 江苏 上海 浙江
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点与多边形叠合 结果
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province_name 江苏 江苏 上海 浙江