第五章 GIS空间查询与空间分析

7）边沿匹配检索 空间查询在多幅地图的数据文件之间进行， 这时需应用边沿匹配处理技术。
4 属性查询
1） 查找
仅选择一个属性表，给 定一个属性值，找出对应 的属性记录或图形。 在屏幕上已有一个属性 表，用户任意点取记录， 对应的图形以高亮显示。 实现：执行数据库查询语 言，找到满足要求的记录， 得到它的目标标识，再通 过目标标识在图形数据文 件中找到对应的空间对象， 并显示出来。
空间查询
图形--属性 属性限制 空间拓扑限制 二者结合 GIS软件 查询条件 查询结果 查询方式 统计结果： 图、表、文字 新图层 新的属性域添加 到属性数据库 闪烁、颜色 等明显表示 空间查询语言
空间数据 库
2.2 空间数据的基本查询方式
1 给出图形信息：如鼠标点取，拉框等方式。 1）检索其相应属性； 2）检索其空间拓扑关系
4 自然语言空间查询
在 SQL查询中引入一些自然语言，如温度高的城 市
SELECT name FROM Cities WHERE temperature is high SELECT name 作定量转换 FROM Cities WHERE temperature >= 33.75 这种查询方式只能适用于某个专业领域的地理信息系 统，而不能作为地理信息系统中的通用数据库查询语言。
3.4 质心量算
定义：目标的半径位置
或保持均匀的平衡点， 一般为多边形的几何中 心或重心。
计算公式：
X G (1/ N ) xi
YG (1/ N ) yi
或者： i为离散目标，w为权重， x，y为目标坐标 应用 跟踪某些地理分布的变 化，如人口变迁、土地 类型变化等。 简化复杂目标的模型建 立等
1 xi S 2 i 1 xi 1
n
yi yi 1
3.2 距离量算
n 维匀质空间广义距离 公式
d ij ( xi x j ) 2 ( yi y j ) 2
i(xi, yi)
j(xj, yj) j i i j
距 离 计 算 公 式
n q dij (q) ( xli xlj) l 1
3.3 形状量算
地物外形是影像处理中模式识别的一个重 要部分。例如海岸线的外形是岛屿的重要特 征，森林中不同类型的土地外形对野生生物 显得非常重要。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。 基本考虑：空间完整性、多边形形状特征
1. 量算方法一 首先统计线段的总长 度得到多边形的周长， 然后与同该多边形面积 相同的圆的周长进行比 较。 将多边形周长与圆周 长相除得到一个参数， 可以很快比较出多边形 的不同来。
四种主要查询方法： 1. 基于关系查询语言扩充的空间查 询（SpatialSQL）； 2. 可视化空间查询； 3. 基于自然语言的查询； 4. 超文本查询方法。
1 扩展SQL
空间数据查询语言是通过对标准SQL的扩展来形 成的，即在数据库查询语言上加入空间关系查询。 例如，“查询长江流域人口大于 50 万的县或市”，可 表示为： SELECT * FROM县或市 WHERE 县或市 . 人口 > 50 万 AND CROSS （河流 . 名称=“长江”） 主要优点是：保留了 SQL 的风格，便于熟悉 SQL 的用户 的掌握，通用性较好，易于与关系数据库连接。
数据源已知，包括公路铁路分布图（线状地物），森林 类型分布图（面状），城镇区划图（面状），需要得到国 家森林公园候选地址信息提取的模型。
步骤
找出所有森林地区（1为林地，0为非林地） 合并森林分类图属性相同的相邻多边形的边界 找出距公路或铁路0.5公里的地区（保持安静） 找出距公路或铁路1公路1公里的地区（交通方 便）
2.1 空间数据查询的定义
一般定义：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。 大致可分为四类： 1. 针对空间特征的查询（单纯的空间查询 ） 2. 针对非空间属性的查询（单纯的属性查询 ） 3. 结合空间关系和非空间属性的查询 （与空间 位置和属性条件同时相关的联合查询 ） 4. 地址匹配查询 （可归为3）
SuperMap 属性数据表
2）SQL查询
Select 属性项 From 属性表 and 条件 实现：交互式选 择各项，输入后， 系统再转换为标准 的SQL，由数据库 系统执行或ODBC C 语言执行，得到结 果，提取目标标识， 在图形文件中找到 空间对象，并显示。 Where 条件 or条件
2.4 空间数据查询的方法
2 量算方法二
从多边形中心画出一组规则半径， 设其半径长为 LRO ，圆的半径长 为 LRC ，然后计算参量
C

LRO 100 LRC LRO
从而比较出多边形的差别来。
3 量算方法三
如果认为一个标准的圆目标既非紧凑型也非 膨胀型，则可定义其形状系数为：
P r 2 A
其中，P为目标物周长，A为目标物面积。
2 可视化空间查询
可视化查询是指将查询语言的元素，特别是空间关系， 用直观的图形或符号表示。查询主要使用图形、图像、 图标、符号来表达概念。 具有简单、直观、易于使用的特点。
3 超文本查询
图形、图像、字符等皆当作文本，并设置一些 “热点”（HotSpot），“热点”可以是文本、键 等。 用鼠标点击“热点”后，可以弹出说明信息、播 放声音、完成某项工作等。 但超文本查询只能预先设置好，用户不能实时构 建自己要求的各种查询。
1 线长度
线状物体的长度是最基本的形态参数之一，在 矢量数据格式下，线由点组成，线状物体表示 为一个坐标串 (Xi, Yi) ，而线长度可由两点间 直线距离相加得到。则线状物体长度的计算公 式为：
2．面积
多边形边界也可以分解为上下两半，其面积就是 上半边界下的积分值与下半边界下的积分值之差。 设面状物体的轮廓边界由一个点的序列P1 (x1 , y1), P2 ( x2, y2 ), …，Pn (xn, yn)表示，其面积为:
2 给出属性特征条件
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。
通过属性查图形
通过图形查属性
三、空间数据查询的种类
1、几何参数查询： 包括点的位置坐标，两点间的距离，一个或一段线 目标的长度，一个面目标的周长或面积等。 实现：查询属性库或空间计算 2、空间定位查询： 给定一个点或一个几何图 形，检索该图形范围内的 空间对象及其属性。 1）按点查询： 给定一个鼠标点，查询 离它最近的对象及属性--点的捕捉。
1/ q

d ij xi x j yi y j
n 维非匀质空间距离计算
d ij ( xi x j ) ( yi y j )
0.6

0.6 1/ 0.6

在西洋棋里， 车（城堡）是 以曼哈顿距离 来计算棋盘 格上的距离
曼哈顿距离的正式意义为L1-距离或城市区块距离，也就是在 欧几里德空间的固定直角坐标系上两点所形成的线段对轴产 生的投影的距离总和。
1.2 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。 （基于地理对象的位置和形态 特征的空间数据分析技术，其目的在于提取 和传输空间信息）
空间分析内容（按方法）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。
第二节空间数据查询
空间查询 空间数据库 哈尔滨在哪 里？ 78路公交 经过哪些 站？ 属性查询
第三节 空间数据的量算
空间信息的自动化量算是地理信息系 统所具有的重要功能，也是进行空间分析 的定量化基础。其中的主要量算有：
几何量算
距离量算
形状量算
质心量算
3.1 几何量算
几何量算对点、线、面、体4类目标物而言， 其含义不同的： 点状目标：坐标； 线状目标：长度、曲率、方向； 面状目标：面积、周长等； 体状目标：表面积、体积等。
3）包含关系查询
查询某个面状地物所包含的空间对象。 同层包含，如，某省的下属地区，若建立有空 间拓扑关系，可直接查询拓扑关系表来实现。 不同层包含，如某省的湖泊分布，没有建立拓 扑，实质是叠置分析检索，通过多边形叠置分析 技术，只检索出在窗口界限范围内的地理实体， 窗口外的实体作裁剪处理。
4）穿越查询 某公路穿越了某些县，采用空间运算的方法执行， 根据一个线目标的空间坐标，计算哪些面或线与之 相交。 5）落入查询 一个空间对象落入哪个空间对象之内。 --空间运算 6）缓冲区查询 根据用户给定的一个点、线、面缓冲的距离，从 而形成一个缓冲区的多边形，再根据多边形检索原 理，检索该缓冲区内的空间实体。
Goodchild（美）空间分析框架：
2、产生式分析：
1、咨询式分析：
空间集合分析、 空间数据查询；
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Βιβλιοθήκη Baidu分析。
MICHAEL FRANK GOODCHILD
Date of Birth: February 24, 1944
Department of Geography University of California, Santa Barbara Chair, Executive Committee, National Center for Geographic Information and Analysis, 1997–
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，这就需要进行点缓冲区分析等等。
B
1 2
C
A
线—线（与某干流A相连的所有支流） A 从线状地物表中，查找组成 A 的所有 弧段及关联的结点； B 从结点表中，查询与这些结点关联的 弧段； 点—点（A与B是否相通）等。
2）相关分析检索（不同要素类型之间的关系） --通过检索拓扑关系 线—面（我国边境线总长度）、点—线（自来水GIS中， 与某阀门相关的水管）、点—面
空间操作命令 属性再分类（聚 类）归组
缓冲区分析 缓冲区分析 再分类 叠置分析
找出非城市区用地
找出森林地区、非市区、且距公路或铁路0.5 至1公里范围内的地区
1.1 空间分析的含义
第一节 空间分析概述
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、空间演变等信 息。其根本目的是：通过对空间数据的深 加工或分析，获取新的信息，为空间行为 提供决策依据。 ——空间数据挖掘
第四节 缓冲区分析
空间检索 空间数据库 街道中心线
道路的噪音 影响范围? 城市环境评价
4.1 缓冲区及其作用
缓冲区是地理空间目标的一种影响范围或服务范 围。 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 范围或影像程度，以便为某项分析或决策提供依据。 数学表达为： Bi x : d xi , Oi R
2）开窗查询----按矩形、圆、多边形查询 分为该窗口包含和穿过的区别。 实现：根据空间索引，检索哪些对象可能位于该 窗口，然后根据点、线、面在查询开窗内的判别 计算，检索到目标。 --空间运算方法
3 空间关系查询
1）相邻分析检索---通过检索拓扑关系 面—面：如查询与面状地物相邻的多边形的实现方法： A 从多边形与弧段关联表中，检索该多边形关联的所 有弧段； B 从弧段关联的左右多边形表中，检索出这些弧段关 联的多边形。
第五章 GIS空间查询与空间分析
学习目标 理解空间数据查询和空间分析的概念；
掌握缓冲区分析、叠加分析和网络分析的概念、原理、
方法和应用。 了解空间数据的统计分析方法和应用 重点：空间分析的概念、常用空间分析的方法和应用。 难 点：缓冲区分析、叠加分析和网络分析。
如国家森林（郊游）公园选址需要建立相应选址模型。