第六章 空间分析

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附属元素
（1）站点（stop） 站点（stop）是在路径分析中用来表示
途经地点的可以进行资源装卸的结点；
（2）中心（center） 中心（center）是在资源分配中用来表
示资源发散地点或资源汇聚地点的结点；
（3）障碍（barrier） 障碍（barrier）对资源传输或通讯联络
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4 缓冲分析
基于矢量数据的缓冲区建立（以线为例）
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4 缓冲分析
基于栅格数据的缓冲区建立
栅格数据
距离变换
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缓冲区
提取一定宽度的多边形 33
5 网络分析
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5.1 网络数据模型及其基本概念
对于网络分析系统的设计研制者而言，重 要的问题在于建立一个抽象的、具有相当 适应面的，并且也是便于实现分析任务的 网络模型；而对于这一系统的使用者而言， 关键之处在于：深入理解现实网络系统中 各个组成部分的特点及其相互关系，明确 自身的管理分析任务，在此基础上，用网 络模型中的不同元素合理地表示这些组成 成分。
合并：保留两个输入数据层中的所有多边形(a)； 相交：保留公共区域(b) ； 相减：从一个数据层中剔除另一个数据层的全部区域(c) 判别：将一个层作为模板，而将另一个输入层叠加在它上
面，落在模板层边界范围内的要素被保留，而落在模板层 边界范围外的要素则被剪切掉(d)
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a
b
c
d
空间分析
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教师：杨勇 华中农业大学 资源与环境学院
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引言
所谓空间分析，就是运用一组数字模型， 对空间数据库中的数据进行运算和操作， 从而得到新的空间和属性数据，以帮助解 决现实世界中的实际问题。通常，GIS提供 一系列空间分析工具，用户可以将它们组 合成一个操作系列，从已有模型来求得一 个新模型，这个新模型就有可能展现出数 据集内部或数据集之间新的或未曾明确的 关系，从而深化我们对现实世界的理解。
1、频数和频率 将变量xi（i＝1,2,…，n）按大小顺序排列，并按一定的间距分组。 频数：变量在各组出现或发生的次数； 频率：各组频数与总频数之比； 用以表示事件出现的次数和频率，事件的分布状况。
2、平均数：反映了数据取值的集中位置，通常有简单算术平均数和加权算术平均数。
3、数学期望：反映数据分布的集中趋势。 4、中数：有序数据集中出现频率占半数的数据值。 5、众数：众数是具有最大可能出现的数值。
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网络数据模型
网络数据模型是真实世界中网络系统（如 交通网、通迅网、自来水管网、煤气管网 等）的抽象表示。
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网线和节点
网线是构成网络的线性实体，是资源传输 或通讯联络的通道，可以代表公路、铁路、 航线、水管、煤气管、河流等等。
结点是网线的端点，又是网线汇合点，可 以表示交叉路口、中转站、河流汇合点等。
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多边形与多边形叠加
是指不同图幅或不同图层多边形要素之间的 叠置，根据两组多边形边界的交点来建立 具有多重属性的多边形，每个多边形内都 具有两个以上属性。
叠加时要注意伪多边形
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多边形与多边形叠加
多边形与多边形的叠加可以有合并、相交、相减和判别等 方式。它们的区别在于输出数据层中的要素不同：
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1 空间分析的内容与步骤
内容： 属性数据的分析 条件检索、统计分析、分类与合并。 空间与属性数据的联合分析 图形和属性的相互检索，图元间关系检
索,叠置分析,缓冲区分析,网络分析等
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1. 确定分析目的和评价标准
例：建一公园进行选址（目的）标准：
·交通便利、环境优雅 ·设计成环绕一个天然小河
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5.1 网络数据模型及其基本概念
网络 网络数据模型 网线 节点 附属元素 特殊的附属元素 与中心相联系的数据 与站点相关的数据
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网络
网络是由若干线性实体互连而成的一个系 统，资源经由网络来传输，实体间的联络 也经由网络来达成。构成网络的最基本元 素是上述线性实体以及这些实体的连接交 汇点。前者常被称为网线或链（link），后 者一般称为结点（node）。
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线对多边形的叠加
线对多边形叠加的结果是一些弧段，这些 弧段也具有它们所在的多边形的属性。
相交：穿过多边形的线要素部分(a)； 判别：所有线要素（被多边形切断） (b) ； 相减：多边形以外的线要素(c)
a
b
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c
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点对多边形叠加
点对多边形叠加实质上上计算包含关系，叠加结果是一串 带有附加属性的点要素，点所在的多边形的属性被连接到 了点的属性中。
解释和评价结果，若不满意，返回1、2、3任一处重做。
6. 以专题地图，文字报表形式作为正式结果， 供决策用。
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1 空间分析的内容与步骤
理想状态下，空间分析功能应该独立于数 据模型。即无论是何种数据模型，都能完 成相应的空间分析功能，只不过技术路线 和速度有差异。
与栅格方式相比，矢量方式下的一些操作 比较精确和快捷，而另外一些操作则较为 复杂或要慢得多。
相交：落在多边形内的点要素 判别：所有点要素（落在不同多边形的结果） 相减：多边形以外的点要素
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多边形对点叠加
多变形对点的叠加结果只保留那些有点落 在上面的多边形
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点对线叠加
结果为点要素，它保留所有点，找到距离某点最 近的线，并计算出点线之间的距离，然后将线号 和点线距离记录到该点的属性中
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属性数据的离散特征数
极差 离差、平均离差与离差平方和 方差与标准差 变差系数
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2.2 布尔逻辑查询
使用布尔规则对属性以及空间特征进行运 算操作来检索数据，使GIS在检索功能方面 具有极大的灵活性，因为它允许用户按属 性数据和空间特性形成任意的组合条件来 查询数据：
起阻断作用。
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特殊的附属元素
（1）网线的阻碍强度
为了实施路径分析和资源分配，网线数据应包含正反两 个方向上的阻碍强度（如流动时间、耗费等）；
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4 缓冲分析
缓冲分析就是在点、线、面实体（或称缓冲目标） 周围建立一定宽度范围的多边形。换言之，任何 目标所产生的缓冲区总是一些多边形，这些多边 形将构成新的数据层。
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4 缓冲分析
建立缓冲区的两个依据： 建立对象几何类型与缓冲区宽度
对于点对象来说，缓冲区是围绕点 对象的具有一定半径的圆，这个半 径就是缓冲区的宽度
步骤
·可利用面积大、少沼泽地
2. 收集、输入空间和属性数据
包括地理底图数据、地籍数据、土壤数据等。
3. 作空间位置的处理和分析
作空间位置的处理和分析（包括检索、提取，缓冲区分析、叠置分 析等）；
作属性数据的处理和分析（加所需的属性项、好地价）。
4. 获得简要分析结果（包括地图和表格）
5. 解释和评价结果
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2.3 空间数据库查询语言
SQL查询语句：
SELECT<属性名>FROM<属性表>WHERE<条件>
目前空间扩展的SQL语句形式：
SELECT<目标>WITHIN<区域>
查询结果显示：查询结果要突出显示出来。
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图元间关系检索
面一面检索 例如，与某个多边形相邻的多边形是哪些？ 面一线检索 例如，某个多边形的边界是哪些线（弧段）？ 线一面检索 例如，某弧段的左右区域分别是什么？ 线一线检索 例如，与某条河流相连的支流有哪些？ 线一点检索 例如，某条道路上有哪些桥梁？ 点一线检索 例如，某个结点由哪些线（弧段）相交而成？
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数据的统计分析
1. 单个图元：线长度、两点间距离、区域 面积、区域重心等。
2. 图元的某属性项：总和、最大值、最小 值、平均值、字段在某范围内的记录数、 四则运算、函数运算等。
3. 空间量算：填、挖土方体积等。
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3 叠置分析
叠置分析是将同一地区的两组或两组以上 的要素（地图）进行叠置，产生新的特征 （新的空间图形或空间位置上的新属性的 过程）的分析方法。
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2 数据检索
数据的检索可能只是单纯地针对属性数据； 也可能是单纯依据空间拓朴关系；但更多、 更有意义的情况是将空间数据与属性联合 起来实施检索。
检索对象 1. 属性数据 2. 依据空间拓朴关系 3. 联合空间数据与属性数据
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2.1 属性统计分析
属性数据的集中特征数
地图的叠置就是将两幅或多幅地图重叠在 一起，产生新数据层和新数据层上的属性 （即提取感兴趣的数据）。
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3 叠置分析
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一般来说，空间数据 库都是分层管理，但 经常要将各数据层综 合起来进行分析，这 类问题就需要对多层 数据实施叠置来产生 具有新特征的数据层
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3.1 栅格系统的置加分析
l1
l2
l3来自百度文库
p
l4
D
P：（ l4，D ）
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4 缓冲分析
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。
数学表达
其中,R为 缓冲宽度，或缓冲半径。 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。 如道路噪声影响范围就是沿道路建一定宽度的 缓冲区，车流量决定缓冲区半径。如某地区有危 险品仓库，要分析一旦仓库爆炸所涉及的范围，
拓扑叠加能够把输入的特征属性合并到一 起，实现特征属性在空间上的连接；拓扑 叠加时，新的组合图关系将被更新。
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叠置分析的主要内容
1. 多边形与多边形分析：合并、相交、相 减、判别
2. 线对多边形分析：相交、判别 3. 点对多边形分析：相交、判别 4. 多边形对点分析：相减、相交 5. 点对线分析：点与线的距离
1、线的重采样，对线进行化简，以加快缓冲区建 立的速度。----线的矢量数据压缩算法。
2、建立线缓冲区，在线的两边按一定的距离（缓 冲距）绘平行线，并在线的端点处绘半圆，连成 缓冲区多边形。
3、重叠处理：对缓冲区边界求交，并判断每个交 点是出点还是入点，以决定交点之间的线段保留 或删除。这样就可得到岛状的缓冲区。
建缓冲区可分单元素缓冲分析和多元素缓冲分析 两种。如果缓冲目标是多个点（或多个线、多个 面），则缓冲分析的结果是各单个点（线、面） 的缓冲区的合并，碰撞到一起的多边形将被合并 为一个
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4 缓冲分析
缓冲区建立方法：
依据数据结构的不同，有不同的缓冲区建立方法 基于矢量数据的缓冲区建立（以线为例）
和（AND）：两个条件都为真，才为真，否则为假 或（OR）：两个条件都为假才为假，否则为真 异或（XOR）：两个条件只有一个为真才为真，否则为假 非（NOT）：对一个条件的真假性取反
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2.2 布尔逻辑查询
A AND B：检索出埋深小于3米且长度小于300米的所有煤气管； A OR NOT B： 检索出埋深小于3米及长度大于或等于300米的所有煤气管； A XOR B：检索出埋深小于3米而长度大于或等于300米的煤气管道和长度小于 300米而埋深大于或等于3米的煤气管道；
在栅格系统中，层间叠加可通过像元之间的各种 运算来实现。
运算
（1）各层属性数据的平均值（算术平均或加权平 均）
（2）各层属性数据的最大值或最小值 （3）算术运算 （4）逻辑条件组合 优点：容易实现 缺点：图元间拓扑关系信息丢失
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3.2 矢量系统的叠加分析
拓扑叠加之前，假设每一层都是平面增强 的（已建立了完整的拓扑关系），当两层 数据叠加时，结果也必然是平面增强的。
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4 缓冲分析
对于线对象来说，缓冲区是以该线 为中心的多边形矩形，多边形的边 界到该线的距离相等，这个距离就 是缓冲区宽度
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4 缓冲分析
对于多边形对象来说，缓冲区是该 多边形膨胀一定宽度的新多边形， 膨胀的宽度就是缓冲区宽度
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4 缓冲分析