空间分析的基本方法

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· 了解空间插值的类型和方法
· 了解空间信息分类和统计分析方法 重点:矢量数据分析方法,栅格数据分析方法、空间插值。 • 学习目标 难点:空间插值技术
空间分析 是综合分析空间数据的技术的通
称。空间分析有着十分丰富的内涵,它是构成地 理信息系统的核心部分之一,在整个地理数据的 应用中发挥着举足轻重的作用,也是GIS区别与 其它信息系统的一个显著标志。
叠以及方向距离关系。如查询某一条公路所跨过的河流,就是查询与该公路
相交的河流。 (3)点—点查询:查询并判断点与点之间的距离、方向和重叠关系。如 查询居民点周围小于2km的商店。 (4)线—面查询:查询并判断线与面之间的距离、方向、相交及重叠等 关系。如求通过某县的公路,或某一条铁路所经过的县、市。 (5)点—线查询:查询并判断点与线之间的距离、方向及重叠关系。如
第三节 视觉信息复合分析
视觉信息复合是将统一地区的统一比例尺的不 同含义的图形图像进行叠合显示在屏幕上或结果 图件上,以便判断不同地理实体的空间关系,从 而获取更多的空间信息。
视觉信息复合中,不改变各图层数据结构,也
不形成新的数据,只给用户带来视觉效果,用于目
视分析。
一、点、线和面状图之间的复合
二、遥感信息和专题图的视觉复合
遥感信息和非遥感信息结合是地理信息系统和遥感相结合 的基础,遥感和地理信息系统所处理问题具有互补性。遥感图 上信息丰富,但缺乏行政区划界线等非遥感信息,这样不利于 区域分析。另外,在遥感分类中常常出现比较麻烦的“异物同 谱”现象。如荒草和牧草,果园和灌木等,从遥感角度看,因 为具有相同的光谱特性而无法区分,这时如把遥感分类图和专
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二、空间聚合
空间聚合是根据预先设定的聚合条件,在同一图层上进 行数据类别的合并或转换,以实现空间地域的兼并,从而将复 杂的空间数据合并成预定的类别。空间聚合的结果往往是将复
小的和不重要的因素,或采用主成分分析等数学方法简化表达形式,使模型 接近使用;
(4)参数确定。模型参数的确定可采用参数实验方法,或采用层次
分析法、专家打分法、确定模糊隶属度等方法。
(5)分析模型建立。形式和参数确定后,建立分析模型,并可在应
用中完善。由于理论和实践等方面原因,有时可采用递归模型。递归模型便
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10 12
地 图 貌
11 + a c d f e g b
行图 政
+
A B
土 图 壤
土图 壤
区域
类 型数


a
b 统表 计
10
5 3
2A 1A 2B 1B
合 图 成
11
合成叠置
统计叠置
空间叠置分析根据叠置对象图形特征的不同,分为点与多 边形的叠置、线与多边形的叠置、多边形与多边形的叠置三种 类型。 1. 点与多边形叠置 点与多边形的叠置是确定一图层上的点落在另一图层的哪个 多边形内,以便为图层的每个点建立新的属性图(如下图所示) 例如,矿井点位与行政区多边形叠置,可确定每个矿井所属 的政区范围。点与多边形的叠置实际上是计算多边形对点的包含 关系,解决这类问题可采用铅垂线算法来实现。
(4)体状地物(3维):体积、表面积等。
2. 形状量算 面状目标物的外观是多变的,很难找到一个准确的量对其 进行描述。最常用的指标包括多边形的长短轴之比、周长面积 比等。其中绝大多数指标是基于面积和周长的。通常认为圆形 地物既非紧凑型也非膨胀性,则可定义其形状系数r为:
r
P
2Leabharlann Baidu
A
式中:P为地物周长,A为地物面积。如果r<1为紧凑型;r=1 为标准圆;r>1为膨胀型。
于导出地理系统在任一演变时期的状态和演变过程,在较短的间隔周期内可 以作线性问题处理,并且可以参照假设条件的变化随时间调整模型参数。
四、空间分析的步骤
1. 建立分析的目的和标准
2. 准备空间操作的数据
3. 进行空间分析操作 4. 结合分析的目的和任务,对获得的新空间数据进行分析 5. 结果评价和解释 6. 产生最终的结果图和报表
动物分布图,可以帮助动物学家对野生动物群体生存环境的研
究。
第四节 空间聚类与聚合分析
一、空间聚类
空间聚类是根据预先设定的聚类条件,使符合条件的区域输出在图 上,不符合条件的区域为空白。在空间聚类中常用的是逻辑运算,用逻辑
表达式来分析处理非几何特性之间的逻辑关系。常用逻辑运算包括: ( 1 ) 逻 辑 交 运 算 。 若 子 集 为 A,B , 对 其 进 行 逻 辑 交 运 算 , 得 交 集 C=A∩B,如图6-1(a)所示。 (2)逻辑并运算。若子集为A,B,对其进行逻辑并运算,得并集 C=A∪B,如图6-1(b)所示。 (3)逻辑非运算。若子集为A,B,对其进行逻辑非运算,得并集C=AB,如图6-1(c)所示。
杂的类别转换为较简单的类别,大多数以小比例尺图形输出。 当从大比例尺图形向小比例尺图形转换时,常使用这种方法。
空间聚合 分析
三、区域提取
区域提取是以某一区域为提取范围,提取另一图层中相应地 区的属性数据,从而得到一新的目标图。
第五节 叠置分析
GIS的叠置分析是将有关主题层组成的数据层面, 进行叠加产生一个新数据层面的操作,其结果综合 了原来两层或多层要素所具有的属性。叠置分析不
(2)动态性:模型描述的现象与时间有密切关系;
(3)多元性:模型会涉及自然、经济、社会、技术等多 种因素; (4)复杂性:由于所处理问题的复杂性,模型常采用定 量与定性相结合的形式; (5)综合性:实用模型往往涉及多种模型方法。
三、空间分析建模 ,是通过作用于原始数据和派生数
据的一组顺序的、交互的空间分析操作命令,回答有关空间现 象问题的过程。
通过点线和面状图的相互复合,寻求特征信息在空间上的 关联性。在这里强调的是复合图之间的关系,而不是强调生成
新的目标。如要了解居民点与污染区空间位置关系,就可以把 居民点图和污染分区图进行点与面的视觉复合。直觉上可以看
到各个居民点的污染轻重。
又如旅游者在确定旅游线路时,可把该地区的旅游景点图、 地形、交通和旅游者位置进行信息复合,从而帮助旅游者确定 旅游线路等。
题图或地形图进行视觉复合,就可以直觉地解决某些“异物同
谱”分类问题,从而大大提高遥感分类精度。
三、专题图和数字高程图视觉复合
专题图通常用平面图来表示,而数字高程模型(DEM)
的立体彩色显示是具有高度真实感的,如果把各种专题图和数
字高程图复合生成立体专题图,可以大大增强视觉效果,便于 人们认识和研究自然资源。例如,把旅游图和数字高程图结合 生成立体旅游景观图,有利于人们观察景点分布和旅游路线选 择;再如将野生动物分布图与数字高程图结合,生成立体野生
仅包含空间关系的比较,还包括属性关系的比较。 从叠置条件看,叠置分析分为条件叠置和无条件 叠置两种, 条件叠置是以特定的逻辑、算术表达式为条件, 对两组或两组以上的图件中相关要素进行叠置。GIS 中的叠置分析,主要是条件叠置。 无条件叠置也称全叠置,将同一地区、同一比例 尺的两图层或多图层进行叠合,得到该地区多因素 组成的新分区图。 从数据结构看,叠置分析有矢量叠置分析和栅格 叠置分析两种。
GIS分析建模可采用如下步骤:
(1)系统描述与数据分析。对模型所要分析的系统,选择可以描
述系统的状态、与外部关系、随时间变化等方面的数据,构造该系统的数据
体系;
(2)理论推导。根据地理规律和系统的特点,进行理论推导,确定
上面的数据体系中多因子之间的量纲关系,作为分析模型的基本框架;
(3)简化表达。根据理论分析和具体应用要求,筛选去除相对影响
3. 质心量测
质心是描述地理现象空间分布的一个重要指标。质心可简
单地描述为地理目标保持均匀分布的平衡点。质心通常定义为
一个多边形或面的几何中心,当多边形比较简单时,计算很容 易。当多边形形状复杂时,计算也更加复杂。 质心量测可用于对地理分布变化的跟踪;计算目标物对周 围地区的经济辐射范围。如应用质心量测分析人口变迁、土地 类型变化等。
第六章 空间分析的基本方法
第六章 空间分析的基本方法
· 理解GIS中模型的概念、特点和作用
· 掌握GIS空间分析的一般步骤
· 了解空间查询与量算的各种方法及其应用 · 了解视觉信息复合分析的类型和用途
· 理解叠置分析的概念和类型,掌握多边形叠置分析的步骤和方法
· 理解缓冲区的概念和作用,并能说明其应用方法 · 了解泰森多边形、网络分析在地学中的主要用途
分析技术:
空间图形数据的拓扑运算; 非空间属性数据运算; 空间和非空间数据的联合运算。
第一节地理信息系统的空间分析模型
一、地学模型概述 所谓模型,就是将系统的各个要素,通过适当的筛选,用
一定的表现规则所描写出来的简明映象,是对现实世界的简化 表达。
地学模型,也称专题分析模型,是用来描述地理系统各要 素之间的相互关系和客观规律信息的简明映象,其形式有语言 的、数学的或其它的表达模式。 对于GIS来说,专题分析模型是根据目标的知识将系统数 据重新组织,得出与目标有关的新的规则和公式。不同的理论 观点,不同的体系可以产生不同的结果。 在GIS中,模型能有效地帮助人们从各种因素之间找出其因 果关系或者联系,有利于问题的解决。
C A C B A B C B A
(a)
(b)
(c)
逻辑设定条件可以按照需要的属性设定,也可按照空间 要素的集合条件设定。如左下图所示,是一幅某镇土地利用现状 栅格图(1.耕地,2.园地,3.林地,4.居民点,5.独立工矿,6. 水域,7未利用地),设定条件可以是: E=(属性=“水域”) ∩ (面积≥1公顷) ∩ (水域邻接居 民地) 其输出的结果图如右下图所示。这类聚类条件的设定常用 于位址规划。
第二节 空间查询与量算
一、空间查询
是按一定条件对空间目标的位置和属性信息进行查询, 以形成一个新的数据子集
空间查询分为以下几种:
1. 定位查询 2. 分层查询 3. 区域查询 4. 条件查询
5. 空间关系查询
5. 空间关系查询
空间关系查询又称拓扑查询。其目的是检索出相关的空间目标。
(1)面—面查询:查询并判断两个面状地物之间是否相邻、包含、相交 以及方向距离关系。如查询某一湖泊周围的土地类型,就是查询同湖泊相邻 区域的土性属性。 (2)线—线查询:查询并判断线与线之间是否有邻接、相交、平行、重
一、矢量数据的叠置分析 叠置分析是指在统一空间参照系统条件下,把两层或两层 以上的专题要素图层进行叠置,以产生空间区域的多重属性特 征,或建立地理要素之间的空间对应关系。 根据叠置目的的不同可分为合成叠置与统计叠置两类。合 成叠置是用于搜索同时具有几种地理属性的分布区域,或对叠 置后产生的多重属性进行新的分类(左下图所示)。统计叠置 是用于提取某个区域范围内某些专题内容的数量特征(右下图 所示)。
地学分析模型主要包括: (1)逻辑模型:由地理名词和逻辑运算符 组成的逻辑表达式表示; (2)物理模型:由物理模拟过程表达; (3)数学模型:由常数、参数、变量和函 数关系等组成的数学表达式表示; (4)图像模型:由某种图像或图像运算的 集合表达,如各种专题地图。
二、空间分析模型的特点
GIS中的应用空间分析模型大多数为数学模型,他们除了 具有数学模型的一般特征之外,还具有由GIS的性质和任务 所决定的一些特点。 (1)空间性:模型与空间位置、分布有密切关系;
查找某一河流上的桥梁,或通过某一居民点的公路。
(6)点—面查询:查询并判断点与面之间的距离、方向及包含关系。如 查找某市的采矿点,或某一矿井的所在辖区等。
二、空间量算 1. 几何量算:
一般GIS软件都具有对点、线、面状地物的量算功能。几
何量算对不同的点、线、面地物有不同的含义: (1)点状地物(0维):坐标; (2)线状地物(1维):长度、方向、曲率; (3)面状地物(2维):面积、周长、形状等;
由于空间分析建模是建立在对图层数据操作上的,又称为
“地图建模”。地图建模的结果得到一个“地图模型”,它是 对空间分析过程及其数据的一种图形或符号表示,目的是帮助
分析人员组织和规划所要完成的分析过程,并逐步指定完成这
一分析过程所需要的数据。 空间分析建模可以是一个空间分析流程的逆过程,即从分 析的最终结果开始,反向一步步分析。为得到最终结果,哪些 数据是必须的,并确定每一步要输入的数据以及这些数据是如 何派生而来的。
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