GIS空间分析第二章矢量数据分析

1.角平分线法

该算法的原理是首先对边线做其平行线，然后在线 状要素的首尾点处，作其垂线并按缓冲区半径r截出 左右边线的起止点，在其它的折点处，用与该点相 关联的两个相邻线段的平行线的交点来确定。 该方法的缺点是在折点 处，无法保证双线的等 宽性，而且当折点处的 夹角越大，d的距离就越 大，故而误差就越大， 所以要有相应的补充判 别方案来校正处理。

点状要素的缓冲
线状要素的缓冲区
面状要素的缓冲区

建立缓冲区从原理上，对点状要素直接以 其为圆心，以要求的缓冲区距离大小为半 径绘圆，所包容的区域即为所要求区域； 线状要素和面状要素缓冲区的建立是以线 状要素或面状要素的边线为参考线，来做 其平行线，并考虑其端点处建立的原则， 即可建立缓冲区，但是在实际中处理起来 则比较复杂要复杂的多。
作为合并的结果， 输出的多边 形是 植被和土壤多边 形界线的结合。 植被图层和土壤 图层拥有相同的 空间范围， 所以， 输出图层的范围 相同。当两个图 层具有相同的空 间范围时，合并 和相交操作的结 果相 同。
叠加分析与属性 Overlay analysis and attributes

Whenever you perform a union or intersect, in addition to feature geometry the input layers' attributes are joined. Both the input layer feature identifiers and user-added attribute fields are added to the output layer's attribute table.
通过空间连接建立的新图层的属性表包含了两个图层的数据 项，以及记录从每个井位到最近河流距离的数据项。距离数 据项可用于其它分析和显示。
课堂练习：点与线之间的距离量测

练习内容：

要求对deer.shp中的每个鹿场点和edge.shp中原 始森林与皆伐区边缘的最近距离进行量测。

练习方法：
通过定位方法使用合并数据； 使用Analysis Tools/Proximity工具箱中的Near工 具。


建立缓冲具有很广的应用领域。最常见的应 用有：

分区和法律问题（Zoning and legal issues ）：

某些城市制订了法规，禁止在小学周围1公里内出售 烈性酒。对此，首先对各小学建立 1公里的缓冲区， 然后查询其中的商业地块，以确认其中没有违规的商 店。 围绕某一地震断层建立1公里的缓冲区，以查询其中 有多少大型商场。然后，确认哪些商场处在最危险的 地震带之中。
多边形与多边形
线与多边形
点与多边形
交集操作（Intersect）

交集操作是将两个图层的要素和属性的交集部分 结合成第 三个图层，原图层的所有属性将同时在 新图层上显示出来。输出图层将包含与输 入图层 相同的要素类型和属性数据项。如 果输入的都是 多边形图层，则输出图层将 会反映出要素和属性 的结合。

应急准备（Emergency preparedness ）:

2.2 空间提取(Spatial extraction)

空间提取是进行空间分析时，在一开始和 结束前 经常采用的步骤，以减少输出结果 中要素的数量。


在街道两侧建立10米的缓冲区，首先要从城市街路图层 中选择需要加宽的街道。 在进行了一系列地学处理之后合并许多小的多边形。
•左图显示了相交的三 步过程： •地块图层用缓冲区 多边形剪切。 •缓冲图层用地块多 边形剪切。 •两个剪切图层结合， 形成最终的图层。
上图：缓冲图层与地块图层相交。 下图：输出图层只包含了处于两个 输入图层共同空间范围内的要素。
图层合并（Union）

图层合并是一次将两（多）个多边形图层结合成 一个新多边形图层。新图层中包括了两（多）个 图层中所有的多边形和属性，通常会有更多的多 边形。相当于布尔运算的or，输出图层对应于输 入图层或叠加图层的叠加范围。图层合并将原来 的多边形要素分割成新要素，新要素综合了原来 两（多）层属性。图层合并的数学表达式为： {x│x∈AUB}
该土地利用图层包含了全市12,876个要素
通过选择将工业区分离到一个新的图层中，其结果被表示在industry图层中。
消减（Dissolve）被用来合并所有包含“工业”用地类的邻近多边形。 结 果表示在Inddiss图层中。
对各工业用地地类按300米建立缓冲区。结果表示在图层Indbuff中。


根据操作要素的不同，叠置分析可分成点与多边形叠加、 线与多边形叠加、多边形与多边形叠加；
根据操作形式的不同，叠置分析可分为图层擦除、识别叠 加、交集操作、均匀差值、图层合并和修正更新。

叠加操作的类型（Types of overlay operations）
从分离图层合并数据的三种基本叠加分析操作创建出新的地理要素，并 记录了这些要素之间的关系。
建立子集(Creating subsets)

通常情况下，一个数据图层包含了许多要素，而 所开展的研究只集中在其中的一部分。
通过对要素建Baidu Nhomakorabea子集的方法，可以减少要素的数 量。

左图中选中了编码为15或32土壤类型。要 素一旦被选中，就可以对进行查询。
上述选中的要素可以建立新的图层，其中 只包含了编码为15 或32的土壤类型。
提取与邻近分析应用示例：城市土地利用分析
(Performing extraction and proximity analysis: Analyzing a city‘s land use）


一个城市土地的利用方式将影响其中居民 的生活。如果某一城市中许多城区充满工 厂、烟雾和噪声污染，这些必将会影响到 当地居民的生活质量。城市的公园和绿地 则会改善当地的生活，使人们远离噪声和 空气污染。 为了发挥城市绿地的作用，城市的长期保 护规划将提出相应的保护措施。
相交用叠加图层的要素切割输入图层，产生一个包含要素的输出图层，它包含了 两个输入图层的属性 数据。

在数学运算上表现为： x∈ A∩B（A,B分别是进行 交集的两个图层）。由于点，线，面三种要素都有 可能获得交集所以它们的交集的情形有七种：
多边形 与多边形
线与多边形
点与多边形
线与线
点与线
点与点
点、线与多边形三者相交
第二章 矢量数据分析
(Vector Data Analysis)
2.1 邻近分析 2.2 空间提取 2.3 叠加分析 2.4 网络分析
2.1 邻近分析(Proximity analysis)

当现实的实体被抽象为几何对象时，就可 以对它们之间的距离进行查询和分析。 一般来说，邻近分析或研究两个对象之间 的距离，包括通过空间连接和建立缓冲区 来发现最近的邻居。

线对面的叠加（Line-in-polygon） 线对面的叠加是将一个线图层和一个面图层在空 间上相结合，建立一个新的线图层。这类叠加用 于发现一个线要素类和一个多边形要素类之间共 同的地理空间。

如果有河流要素类和宗地要素类，就可以发现 哪条河 落入到哪个地块中，准确的找出每个地 块中包含了多 少河流。输出的结果要比通过的相交查询更精确，因 为输 入要素通过叠加实现了 物理上 的切断，并重新 计算了长度。
剪切要素(Clipping features)
剪切是用一个多边形界定范围对输入多边形进行剪切。剪切操作不改变输入图层 的属性。
左图中，宗地图层 （Parcels layer）为剪切图 层。它构成了 研究区的边 界。 剪切后，土壤图 层 与宗地图层具 有相同的范 围。
消减要素(Dissolving features)

面对面的叠加（Polygon-on-polygon） 面对面的叠加是将两个不同图层中的多边形要素 结合成一个单一图层。这类叠加操作可以研究两 个要素类之间的共同区域。

如果第一个要素类代表行政区，第二个要素类代表洪 泛区，据此可以发现洪水的风险和每个行政区内所包 含的洪泛区的位置。
图层擦除（Erase）
剪切（Clip）用来发现工业用地300米缓冲区内的城市用地。新图层 Landclip 可用来确定该缓冲区内每种地类准确的范围。
利用Landclip图层中描述性的字段可以创建摘要性统计，以确定每种地 类的面积。
2.3 叠置分析(Overlay Analysis)

叠置分析是GIS中常用提取空间隐含信息的方法之一。它 是将有关主题的各个数据层面进行叠置产生一个新的数据 层面，其结果综合了原来两个或多个层面要素所具有的属 性，同时不仅生成了新的空间关系，也产生了新的属性关 系。其中，被叠加的要素层面必须基于相同坐标系统，同 一地带还必须基于相同的基准面。 从原理上来说，叠置分析是对新要素的属性按一定的数学 模型进行计算分析，其中涉及逻辑交、并、差等运算。

点对面的叠加（Point-in-polygon） 点对面的叠加是将一个点图层和一个面图层在空 间上相结合，建立一个新的点图层。这类叠加用 于发现落入多边形中的 点。

假设找出每个普查单元中杂货店的数量。新的（输出） 杂货店的点要素类将拥有普查单元的属性。据此可以 查询某个商店所属的普查单元，或查找每个普查单元 内全部商店的数量。
消减可以把具有相同属性值的邻近要素聚集合并在一起。本例中，当邻近多边形 具有相同编码时，其中的 边界被消除（两个编码为B的多边形被合并为一个编码 为B的多边形）。
左图表示了两种消减操作 的结果。当 相邻多边形 的土壤 类型编码相同时， 通过消减边界建立 了土 壤图层。当相 邻多边形 的地质类 型编码相同时， 通 过消减边界建立了 地 质图层。

2. 缓冲分析( Buffering)

缓冲分析或建立缓冲是指围绕某一个或多 个地理要素建立一个或多个邻近区，并将 其用于显示和其它的空间查询。一个缓冲 区就是围绕一定的地理要素或要素集 （点、 线、面）的一个多边形要素或简单图形。
缓冲区的基础


从数学的角度，缓冲区是给定空间对象或集合后获得的它 们的领域，邻域大小由邻域的半径或缓冲区建立条件来决 定，因此对于一个给定对象A，它的缓冲区可以定义为： P {x│ d ( x, A) r} 其中，d一般指欧式距离，也可以是其它的距离，r为邻域 半径或缓冲区建立的条件。 根据缓冲区建立的条件其形态多种多样。对于点状要素有 圆形，也有三角形、矩形和环形等；对于线状要素有双侧 对称、双侧不对称或单侧缓冲区；对于面状要素有内侧和 外侧缓冲区，这些形体虽然各异，建立的原理都一样。

图层擦出是指输入图层根据擦除图层的范围大 小，将擦除参照图层所覆盖的输入图层内的要 素去除，最后得到剩余的输入图层的结果。数 学的空间逻辑运算表示为：
A - A B（即x A且x B，A为输入图层， B为擦除层）
多边形与多边形
线与多边形
点与多边形
识别叠加（Identity）

输入图层和另外一个图层进行识别叠加， 在图形交迭的区域，识别图层的属性将赋 给输入图层在该区域内的地图要素，同时 也有部分的图形的变化在其中，

2.凸角圆弧法

该算法是首先对边线做其平行线，然后在线状要素的首尾 点处，作其垂线并按缓冲区半径r截出左右边线的起止点 ，然后以r为半径分别以首尾点为圆心，以垂线截出的起 止点为圆的起点和终点作半圆弧，在其它折点处，首先判 断该点的凹凸性，在凸侧用圆弧弥合，在凹侧用与该点相 关联的两个相邻线段的平行线的交点来确定。 该方法在理论上保证了等宽 性，减少了异常情况发生的 概率，该算法在计算机实现 自动化时非常重要的一点是 对凹凸点的判断，需要利用 矢量的空间直角坐标系的方 法来进行判断处理。

1. 距离量测——寻找最近的邻居

距离量测是指要素之间直线（欧式）距离的量测。 量测可在一个图层中的点到另一图层的点之间， 或一个图层的各点到另一图层中最邻近点或线之 间进行。量测的结果保存在一个字段中。 通过空间连接（spatial join）作为邻近分析工具来 实现操作。

通过空间连接 可以确认距离 每个井位最近 的河流。