GIS基本空间分析

空间分析
咨询式分析
分 类
回答用户所提出的问题
特点：回答用户的简单问题 不改变空间数据库数据 不产生新的空间实体和数据 空间查询技术由简单到复杂
产生式分析
空间叠加分析 缓冲区分析 空间网络分析 数字地形模型分析 空间统计分析
通过分析可以获得新的信 息，尤其是综合信息
本章主要内容：
一 叠置分析(overlay) 二 缓冲区分析(buffer) 三 空间网络分析 四 DEM与数字地形分析
1
1
1 1 1 1 1 1
1
1
1
1 1
1
A
1 1 1 1 1 1 1
B
1
1
1
C=A∪B
1
1
B
D=A∩B
3 重分类
将属性数据的类别合并或转换成新类。
URBAN RESIDENTIAL
URBAN INDUSTRIAL
URBAN
RURAL AGRICULTURE RURAL FOREST
RURAL
ORIGINAL CLASSIFICATION
叠加 结束 解题流程
缓冲区分析与叠加分析实例2
如已知一湖泊，要求在它周围5000m 内必需禁止任何污染性
工业企业存在，在它周围500m 内必需禁止建筑任何永久性建 筑物。 解题步骤： （1）先建立缓冲区；
（2）同现有污染性工业企业图叠加，显示在范围内应禁止的
污染性工业企业； （3）同现有永久性建筑物图叠加，显示在范围内应禁止的永 久性建筑物。
规定不得在河流周围 1km 内采伐林木。另外，为便于运 输，决定将采伐区定在道路周围 5km 之内。请找出符合 上述条件的采伐区，输出森林采伐图。
解题过程
首先要以区域的道路分 布图、河流分布图、森 林分布图为数据源。解 题流程见图所示。
道路分布图
森林分布图
河流分布图
生成道路周 围5km缓冲区
叠加
生成河流周 围1km缓冲区
（一）矢量数据的叠置分析
1 点与多边形叠置 2 线与多边形叠置 3 多边形叠置
1 点与多边形叠加
点与多边形叠加，实际上是计算多边形 对点的包含关系，判断各个点的归属。
在完成点与多边形的几何关系计算后， 还要进行属性信息处理。
多边形 属性
点对 象
1 点与多边形叠加
自 动 取 款 机 位 置 图 居 民 区 分 布 图
OR关系
XOR关系 NOT关系



2 布尔逻辑叠加
首先按是否满足规定条件，将各个输入 数据层中的所有多边形赋值为 1 （真）或 0 （假），变成二值图(0,1)。
对各个输入数据层进行“逻辑交”、“ 逻辑并”、“逻辑补”等运算，输出数据 层也是一个二值图。
2 二值逻辑叠加
1 1
1 1 1 1 1 1 1
A
B
4 标识叠加 Identity
（二）栅格数据的叠置分析
1 地图代数
2 布尔逻辑叠加
3 重分类
1 地图代数
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1
1
1 2 1 1 2 1 1 3 1 1 2 1 1 1 2
1
1
D = A + B 1 +1 C
B 1 1 1 1
1
1
1
A 1
1 1
C D 1 1 111 131 111 F=D-E 1 1
2
3
B0
4
AB B
A0
叠置前两个输入图层的弧-多边形关系表 弧ID 起点 终点 左多边形 右多边形 1 2 1 2 1 2 0 0 A B
② 拓扑重构
弧ID 起 点 终 点 左多 边形 右多 边形 2 1
⑥ ②
① ②
1 4
4 2
Βιβλιοθήκη Baidu
00 00
A0 B0
3
④
⑤
B0
4
③
④ ⑤ ⑥
3
3 3 2
4
4 1 3
A0
一 叠置分析(overlay)
问题1： 现有①中国主要铁路分布图 ②河南省省界图
怎样得到河南省内主要铁路分布图？ 怎样计算河南省内铁路网密度？
河南省 中国主要铁路
河南省内铁路
问题2——滑雪场选址
自然条件要求： 1.坡度（3°-30°） 2.坡向（阴坡）
+
一 叠置分析(overlay)
概 念
2 线与多边形叠加
2 1 河流图
1 2
3
3
Line ID 1 2
Old ID 1 2
Poly C C
政区图
C
2 5
1 4 新弧段图层
A
3
B
3
4 5 6
2
3 3 3
B
C A B
6
河南省 中国主要铁路
河南省内铁路
3 多边形的叠加
多边形叠加过程：
① 几何求交
② 拓扑重构
③ 属性传递
① 几何求交
首先找出弧段之间 的所有交点。 在交点处产生一个 新的结点，将原来的 弧打断，形成新弧段。
1
1
212 1 31 212 D
1
1 1
E
1
1 1
1
1
2 布尔逻辑叠加
布尔逻辑为：AND、OR、XOR、NOT
例：有土壤厚度（大于50厘米）和土壤类型（红 壤和其他类型）两个二值化图层，试根据需求选 择相应逻辑运算。
AND关系

将土层厚度大于50厘米，且土壤为红 壤的土壤单元显示出来； 将土层厚度大于50厘米，或者土壤为 红壤的土壤单元显示出来； 将土层厚度小于50厘米，或者土壤不 是红壤的土壤单元显示出来； 将土层厚度大于50厘米，但土壤不是 红壤的土壤单元显示出来；
围地物的影响度而在其周围建立的具有一定宽度的带 状区域。
缓冲区分析是指根据分析对象的点、线、面实体，自
动建立其周围一定距离的带状区，用以识别这些实体 或者主体对邻近对象的辐射范围或者影响程度，是解 决临近度问题的空间分析工具之一。
从数学的角度看，缓冲区分析的基本思想 是给定一个空间对象或集合，确定其邻域， 邻域的大小由邻域半径R决定。
本章主要内容：
一 叠置分析(overlay) 二 缓冲区分析(buffer) 三 空间网络分析 四 DEM与数字地形分析
四 空间网络分析
（一）空间网络的基本概念 （二）空间网络的类型和构成 （三）空间网络分析的方法
（一）空间网络的基本概念
空间网络：由一系列相互连通的点和线组成，用 来描述地理要素（资源）的流动情况。
3 多边形的叠加
① 并操作（Union） ② 交操作（Intersect） ③ 擦除操作（Erase）
④ 标识叠加（Identity）
① 并操作(A∪B)
保留两个图层的所有图形要素和属性数据。
A
A∪B
B
①并操作(A∪B) Union
② 交操作(A∩B)
保留两个图层共同的部分，其余部分将被消除。
在统一空间参照系统条件下，将同一地 区两个或两个以上图层进行叠合，以建 立地理对象之间的空间对应关系，或产 生空间区域的多重属性特征。
空间合成 叠加
空间统计 叠加
分 类
矢量数据的叠置分析 栅格数据的叠置分析
一 叠置分析(overlay)
（一）矢量数据的叠置分析
（二）栅格数据的叠置分析
算法复杂，但数据 量小、精度较高。 算法简单， 但数据量大。
3 多边形的叠加
居 民 区 叠 加 图 污 染 分 级 图
A B
B1 A1 A3
B3
居民 区ID A B
污染 分级 1 2 3
叠加 居民 污染 区 区ID 分级 A1 A 1 A2 A3 B1 B3 A A B B 2 3 1 3
A2
1
2
3
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。
干流
（a） 不同宽度缓冲区
（b）环状缓冲区
（二）缓冲区的类型
1 点缓冲区：
通常以点为圆心、以一定距离为半径的圆。
2 线缓冲区：
通常是以线为中心轴线，距中心轴线一定距离的平 行条带多边形。
3 面缓冲区：
向外或向内扩展一定距离以生成新的多边形。
1 点缓冲区
（a）单点形成的缓冲区 （b）点群形成的缓冲区 （c）分级点形成的缓冲区
2 线缓冲区
（a）单线形成的缓冲区 （b）多线形成的缓冲区
（c）分级线形成的缓冲区
3 面缓冲区
（a）单一面形成的缓冲区
（b）多个面形成的缓冲区
（c）分级面形成的缓冲区
（三）缓冲区的建立
（三）缓冲区的建立

角分线法
B d
• 角分线法简单易行，但算 法存在不足：
① 难以最大限度地保证缓冲区左 右边线的等宽性； ② 校正过程复杂； ③ 算法模型欠结构化。
第三步：进行统计分析
统计地震所涉及的具体县和乡镇 及它们的破坏程度。 统计地震所涉及的人口总数。
统计受地震影响的道路及破坏程度。
结合一些经济指标可以进行地震 损失估算。
**市居住环境评价：
考虑以下4个条件： 离道路越近，噪音污染严重，影响范围按道路 等级确定； 在商业中心的服务范围之内，服务范围以商业 中心规模的大小。 距重点高中越近越好，小孩上学便捷。 距名胜古迹、公园越近越好，环境幽雅。
R
角分线法

凸角圆弧法
凸角圆弧法对于凸部的圆弧 处理使其能最大限度地保证 左右平行曲线的等宽性，避 免了角分线法所带来的异常 情况。
凸角圆弧法原理
1.缓冲区叠置处理
2.缓冲区宽度不同处理
不同级别的同一要素建立缓冲区时，产生 的缓冲区大小范围不同。
缓冲区分析与叠加分析实例1：
已知一伐木公司，获准在某林区采伐，为防止水土流失，
AB 00 00
AB
B0 A0 B0
AB B
③
A0
①
② 拓扑重构
2
Polygon ID A0 AB B0
Arcs
②
1
⑥
3
④
⑤
①，③，⑤ ③，④ ④，②，⑥
B0
4
AB B
③
A0
①
00
①，②，⑥，⑤
多边形弧段对应表
③ 属性传递
设置多边形标识点，传递属性，生成与新 多边形对象一一对应的属性表。
！
叠置图中的多边形包含着 各个输入层中的多重属性信息
缓冲区分析与叠加分析实例3 ——汶川大地震相关损失估算
需解决的问题
① 确定汶川地震的
分级影响范围
② 计算汶川地震所
涉及人口数量
③ 估算汶川地震中
道路的损失情况
第一步：准备空间数据
地震等级及分布等相关数据； 四川省的行政边界图、道路分布图。
四川地震等级分布图（4.5级以上）
第二步：进行空间操作
GENERALIZED CLASSIFICATION
+
本章主要内容：
一 叠置分析(overlay) 二 缓冲区分析(buffer) 三 窗口分析 四 空间网络分析
二 缓冲区分析(buffer)
（一）概念 （二）缓冲区的类型 （三）缓冲区的建立
二 缓冲区分析(buffer)
（一）概念
缓冲区 是指为了识别某一地理实体或空间物体对其周
空间操作流程
地 震 源 buffer 分级 行 政 边 界 道路数据
地震缓冲区
overlay
叠置层
属性数据
损失估算
第二步：进行空间操作
① 建立地震源缓冲区
四川地震等级分布图（4.5级以上）
青川
北川 汶川
第二步： 进行空间操作
② 地震缓冲区和行政边界叠加
第二步：进行空间操作
③ 地震缓冲区和道路叠加
point name 农行取款机 poly A
1
3 4
1
2 叠加图层
2
3
建行取款机
农行取款机
B
C
4
商行取款机
name
C
point
A B
C
poly
A
进德小区
1
B C
阳光小区 花园小区
2 3,4
2 线与多边形叠加
线与多边形的叠加，是比较线上坐标与 多边形坐标的关系，判断线是否落在多 边形内。 叠加后每条线被它穿过的多边形打断成 新弧段，要将原线和多边形的属性信息 一起赋给新弧段。
网络分析：依据网络拓扑关系，通过考察网络元 素的空间及属性数据，以数学理论模型为基础， 对网络的性能特征进行多方面的分析计算。
基本思想在于人类活动 总是趋向于按一定目标 选择达到最佳效果的空 间位置。
（二）空间网络的类型和构成
1 空间网络的分类
2 空间网络的构成
1 空间网络的分类
＊Transportation network —非定向网络（交通网络）
A
A∩B
B
②交操作(A∩B) Intersect
③ 擦除操作(A-A∩B)
输出层保留以第二个图层为控制边界之外的 所有多边形。
A
A-A∩B
B
③ 擦除操作(A-A∩B) Erase
④ 标识叠加
将输入特征与标识叠加对象进行Intersect操作， 输入对象中与标识对象叠加的部分也获得了标识
叠加对象的属性信息，其他部分保持不变。
第五章 GIS基本空间分析
※ 地理信息系统区别于其他信息 系统的独特功能？
——空间分析
空间分析是GIS的核心和灵魂， 是GIS区别于一般的信息系统、CAD 的主要标志之一。
空间分析
目 的
通过对空间数据的深加工和分析，获取 新的信息。
定 义
基于空间数据的分析技术，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。
因此对象Oi的缓冲区定义为： Bi = {x | d (x, Oi) ≤ R}， 即半径为R的对象Oi的缓冲区， Bi为距Oi的距离小于等于R的全部点的集合， d一般指最小欧氏距离，但也可以为其他定义的 距离。
邻域半径R即缓冲距离（宽度），可以是常数 或变量。 空间对象还可以生成多个缓冲带。
支流
⊙流向不完全由系统控制 ⊙网络中流动的资源可以决定流向（如交通系统）