第五章 空间查询与空间分析

闪烁、颜色等明显 表示
空间数据库
一、空间数据查询的定义
空间数据查询一般定义为：从GIS数据库中找出
所满足属性约束条件和空间约束条件的地理对
象或数据内容。空间数据查询是GIS的一个基本
功能，大致可分为三类：
① 针对空间关系的查询
② 针对非空间属性的查询
③ 结合空间关系和非空间属性的查询
概念中的相关要素：
拆迁总费用 = 总面积×单价
5.4 叠加分析
1、叠加分析的定义
2、叠加分析的原理
3、叠加分析的分类 4、叠加分析与视觉信息复合的区别
5.4 叠加分析 叠加分析是地理信息系统中常用 的提取空间隐含信息的方法之一。叠 加分析方法源于传统的透明材料叠加， 即将来自不同的数据源的图纸绘于透 明纸上，在透光桌上将其叠放在一起，
5.3 1、基本概念
缓冲区分析
缓冲区是地理空间目标的一种影响范围或服务范 围 , 具体指在点、线、面实体的周围，自动建立的一 定宽度的多边形。空间缓冲区分析是指根据分析对象 的点、线、面实体，自动在其周围建立一定距离的带 状区（多边形），用以识别这些实体或主体对临近对 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。空间缓冲区的三大要素，即主体、邻近对象 和作用条件。 数学表达式
数据分析技术，是从地理实体之间的空间关系中获
取派生的信息和新的知识，包括了诸如数据格式转 换、多边形叠合等操作和按一定模式关系进行的各 种数据运算（算术、关系、逻辑、函数运算）。
根据确定的分析模式，提高分析评价、管理与决策
的能力，这是地理信息系统的核心功能，是地理信
息系统区别于计算机制图系统的显著标志之一。
第五章 GIS空间查询与空间分析
5.1 空间查询 5.2 空间分析 5.3 缓冲区分析
5.4 叠加分析
5.5 网络分析（最短路径为例）
5.1 空间查询
图形--属性 查询方式 统计结果： 图、表、文字 查询结果 空间拓扑限制 二者结合 查询条件 新的属性域添加到 属性数据库 新图层
属性限制
GIS软件 空间查询语言
• 线要素的缓冲区分析实例
（3）面要素的缓冲区
原理：
面要素的缓冲区，通常是以面的闭合线 为基础、向内或向外生成的距其一定距 离的多边形。 图例：
• 面要素的缓冲区分析实例
3、缓冲区的建立
缓冲区建立的基本问题是双线问题。双
线问题有很多另外的名称，如图形加粗、
加宽线、中心线扩张等，它们指的都是
1）空间数据库；
2）属性查询和空间查询，构造属性条件和空 间约束条件----即条件表达式； 3）查询的结果---动态记录集，在GIS中，查 询的结果即是地理实体集（即图和表）。
二、空间查询的方式
1、图查属性----即点击地理实体，显示其关联的属性表 1）检索其相应属性； 2）检索其空间拓扑关系 2、属性查图----即属性查询，通过在GIS软件中，构造SQL 表达式，进行查询，寻找地理实体。 1）检索对应的空间实体 2）查询属性 单纯查询：单纯地查询属性，或只查询空间拓扑关系 联合查询：将空间数据与属性数据联合查询。
3）进行特征提取和空间拓扑叠加
从地块图中提取满足条件 a)b) 的地块，并与
公共设施层数据进行叠加。 4）进行邻域分析 对叠加结果进行邻域分析和特征提取，去掉 周围有幼儿园、学校等公共设施的地块，选 择满足要求的地块。 5）将选择的地块及相关信息以地图和表格的
形式打印输出。
5.3 缓冲区分析
1、基本概念 2、缓冲区的类型 3、缓冲区的建立 4、缓冲区分析的应用
然后用笔勾出感兴趣的部分—提取出
感兴趣的信息。
1、叠加分析的定义
叠加分析是将同一地
区的两层或多层地图 要素进行叠加和集合 运算以产生一个新要 素层及其属性特征的
操作。这个新要素层
综合了原有各图层所
具有的属性。
图片摘自张超主编的《地理信息系统教程》所配光盘
2、叠加分析的原理
从原理上来说，叠加分析是对新要素的属性按一 定的数学模型进行计算分析，其中往往涉及到逻辑
指标计算。
5）将分析结果以地图或表格的形式 打印输出。
例2：辅助建筑项目选址 1）建立分析的目的和标准 目的：确定一些具体的地块，作为一个轻度污染工 厂的可能建设位置。 工厂选址的标准包括： a） 地块建设用地面积不小于10000平方米； b） 地块的地价不超过1万元/平方米； c） 地块周围不能有幼儿园、学校等公共设施，以 免受到工厂生产的影响。 2）从数据库中提取用于选址的数据 一类为全市所有地块信息的数据层；另一类为全市 公共设施（包括幼儿园、学校）的分布图。
（a 为距核心斑块的距离指数图；b 为设计的缓冲区）
缓冲区分析的用途
作用：
缓冲区分析是GIS的基本空间操作功能之一，一般应用 于求地理实体的影响范围，即邻近度问题： 邻近度（Proximity）——描述了地理空间中两个地物距 离相近的程度，是空间分析的一个重要手段。
• 空间缓冲区（带）分析
– – – – 城市的噪音污染源所影响的一定空间范围 城市规划中的河流一定范围内环境敏感区 水库兴建和道路拓宽拆迁等费用估算 公共设施（商场，邮局，银行，医院，车站，学校 等）的服务半径等。
地图叠加 • 把两幅或多幅地图进行叠加以生成新的地 图的操作 • 相同的空间尺度和坐标系统 • 只能同时叠加两幅地图，但可连续操作 • 叠加的结果：
– 几何形状改变 – 属性改变
矢量地图叠加：要素类型 1）点与多边型叠加
– 输出地图包含输入地图相同的点要素，但 点的属性已为其落入的多边形的属性。
相同的操作。通常用两种方法：
角平分线法 凸角圆弧法
3、缓冲区的建立
角平分线法
凸角圆弧法
缓冲区变形
• 缓冲距离不一定为常数
主流用200米，支流用100米
• 可形成缓冲环（分级缓冲区）
核电站：5km, 10km, 20km, 50km
• 单侧缓冲区 • 单个缓冲区与完整缓冲区（重叠合并） • 根据属性表字段特征生成(可变宽)缓冲区
Bi x : d xi , Oi R
其中,R为 缓冲宽度，或缓冲半径。
2、缓冲区的类型
基本类型
点
线
面
2、缓冲区的类型 （1）点要素的缓冲区
原理：
通常是以点为圆心、一定距离为半径画圆。
图例：
• 点要素的缓冲区分析实例
（2）线要素的缓冲区
原理：
分别对每个顶点和每条边生成缓冲区， 然后对这些缓冲区进行叠加操作。通常 形成以线为中心轴线、距其一定距离的 平行条带多边形。 图例：
交、逻辑并、逻辑差等的运算。根据操作要素的不
同，叠加分析可以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（叠加方式的不同），叠加分析可以分为图层擦 除、识别叠加、交集操作、均匀差值、图层合并和
修正更新。
实例：实验中是使用叠加分析当中的裁剪方式， 得到新的数据集图层---美国首都。
如查询满足下列条件的城市：
1. 在京沪线的东部
2. 距离京沪线不超过50公里
3. 城市人口大于100万 4. 城市选择区域是特定的多边形； 整个查询计算涉及了空间顺序方位关系 （京沪线东部），空间距离关系（距离京沪线 不超过50公里），空间拓扑关系（使选择区域 是特定的多边形），甚至还有属性信息查询 （城市人口大于100万）。
缓冲区变形
4、缓冲区分析的应用
缓冲区分析是地理信息系统重要的和基
本的空间分析功能之一。如制定自然保
护区时，要求在距保护区一定范围内规
定出禁止砍伐树木，就需要用缓冲区来
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实现。应用缓冲区操作生成的缓冲区多
边形将构成新的数据层，这个新的数据
层就是需要的有用信息。
4）缓冲区分析的应用
卧龙自然保护区缓冲区的设计
3.空间分析类型：
1）咨询式分析：空间集合分析、空间数据查询；
2）产生式分析：数字地面模型、空间叠加分析、缓
冲区分析、空间网络分析、空间统计分析。
4.空间分析的主要内容
•
空间位置：借助于空间坐标系传递空间对象的定 位信息，是空间对象表述的研究基础，即投影与 转换理论。
•
空间分布：同类空间对象的群体定位信息，包括
例1：道路拓宽改建过程中的拆迁指标计算
3）进行空间操作
a) 选择拟拓宽的道路，根据拓宽半径，建立道路的缓冲区。 b) 将此缓冲区与建筑物层数据进行拓扑叠加，产生一幅新图， 此图包括所有部分或全部位于缓冲区内的建筑物信息。 4）进行统计分析 a) 对全部或部分位于拆迁区内的建筑物进行选择，凡部分落 入拆迁区且楼层高于10层以上的建筑物，将其从选择组中去除， 并对道路的拓宽边界进行局部调整。 b) 对所有需拆迁的建筑物进行拆迁
1
2
+
A
B
=
1A
2B
矢量地图叠加：要素类型
2）线与多边型叠加
– 输出地图包含输入地图相同的线要素，但 线已被相交的线打断成一条条弧段，原线 的属性已分别赋给落入的多边形的属性。
1
+
A
B
=
1A 1B
矢量地图叠加：要素类型
3）多边形与多边型叠加
– 输出结果将原来多边形要素分割成新要素 ，新要素综合了原来两层或多层的属性。
（3）空间和非空间数据的联合运算。
空间分析赖以进行的基础是地理空间数据库，其运用 的手段包括各种几何的逻辑运算、数理统计分析，代数运 算等数学手段，最终的目的是解决人们所涉及到地理空间 的实际问题，提取和传输地理空间信息，特别是隐含信息， 以辅助决策。
5.空间分析过程
空间分析的目的是解决某类与地理空间有关的 问题，通常涉及多种空间分析操作的组合。好的空 间分析过程设计将十分有利于问题的解决，一般步 骤是： 1）明确分析的目的和评价准则； 2）准备分析数据； 3）进行空间分析操作； 4）进行结果分析； 5）解释、评价结果（如有必要，返回步骤 1）； 6）结果输出（地图、表格和文档）。
通过属性查图形
通过图形查属性
三、针对空间关系的查询
分为空间位置关系（距离查询）和空间拓扑关系 （注：拓扑关系主要包括关联、邻接和包含三种： 关联——不同拓扑元素之间的关系。如结点与链，链与多边形等。 邻接——相同拓扑元素之间的关系。如结点与结点，链与链，面 与面等。邻接关系是借助于不同类型的拓扑元素描述的，如面 通过链而邻接。 包含关系——面与其它拓扑元素之间的关系。如果点、线、面在 该面内，则称为被该面包含。如某省包含的湖泊、河流等。 几何关系——拓扑元素之间的距离关系。如拓扑元素之间距离不 超过某一半径的关系。 层次关系——相同拓扑元素之间的等级关系。如国家由省(自治 区、直辖市)组成，省(自治区、直辖市)由县组成等。）
例1：道路拓宽改建过程中的拆迁指标计算
1）明确分析的目的和标准 目的：计算由于道路拓宽而需拆迁的建筑物的面积和房产价值；
道路拓宽改建的标准是：
a)道路从原有的20m拓宽至60m； b)拓宽道路应尽量保持直线； c)部分位于拆迁区内的10层以上的建筑不拆除。 2）准备进行分析的数据 涉及两类信息：一类是现 状道路图；另一类是分析 区域内建筑物分布图及相 关的信息；
一、空间分析的含义
空间分析依赖于各种空间分析模型来实现并
获取新的知识。
空间分析模型是指用于GIS空间分析的数学模
型，是在GIS空间数据基础上建立起来的模型， 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，对一个空 间决策过程进行的模拟。
1.空间分析的意义 是地理信息系统的重要组成部分，也是区别于其它 类型系统的一个最主要的功能特性。 2.空间分析的目的：在于通过对空间数据的深加工或 分析，获取新的信息。 ——空间数据挖掘
5.2 空间分析
• 空间分析源于60年代地理和区域科学的计量革
命，应用广泛。
• GIS是集成了多学科的最新技术，功能强大，
具有独特空间分析功能。
• 空间分析的内涵极为丰富，作用非常重大，应 用非常广泛。 • 空间分析是解决地理学相关问题的重要定量分 析方法。
5.2 空间分析
一、空间分析的含义
空间分析是基于地理对象的位置和形态特征的空间
分布、趋势、对比等内容。 空间形态：空间对象的几何形态 空间距离：空间物体的接近程度 空间关系：空间对象的相关关系，包括拓扑、方 位、相似、相关等。
• • •
总的来说，空间分析内容包括：空间统计分析、缓冲 区分析、叠置分析、集合分析、地学分析、地形分析等。 空间分析是对分析空间数据有关技术的统称。 根据作用的数据性质不同，可以分为： （1）基于空间图形数据的分析运算； （2）基于非空间属性的数据运算；