李建松,武汉大学 ---空间分析

地 理 信 息 系 统 原 理
GIS
第四节 DEM分析 2）TIN 法
TIN（Triangulated Irregular Network)表示法利用所有采样点取得的离 散数据，按照优化组合的原则，把这些离散点（各三角形的顶点）连接成相 互连续的三角面（在连接时，尽可能地确保每个三角形都是锐角三角形或是 三边的长度近似相等--Delaunay）。 因为TIN可根据地形的复杂程度来确定采样点的密度和位置，能充分表示 地形特征点和线，从而减少了地形较平坦地区的数据冗余。
第二节 矢量数据分析的基本方法
地 理 叠置分析的类型 信 1、Intersection 计算输入图形的相交部 息 分。 系 统 原 理
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第四节 DEM分析
一、概述
人工格网法 三角网法 立体相对法 曲面拟合
二、DEM 建立
三、DEM 应用
等值线插值
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b) 多层多边形数据的空间叠置，形成新层。 c）对新层中的多边形重建拓扑。 d）删除多余多边形（或处理意义多边形）提取感兴趣的部分。
（4) 难点
a）叠置后会产生大量对用户无关的多边形，在用户做提取前仍需建拓扑，工作量 大。且新层的多边形数目不仅与原多边形数目有关，还与其复杂程度有关，越复杂， 多边形数目越多。 b）由于叠置的多边形往往是不同类型或不同比例尺的地图，在叠置时就会产生一 系列无意义的多边形，即产生多边形叠置的位置误差，需要进行处理。 c）建新多边形拓扑和多边形与新属性的连接，工作量大。
沿断面采集
资料来源于张超主编的《地理信 息系统教程》所配光盘
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第四节 DEM分析 2) 数据处理
资料来源于张超主编的《地理信息系统教程》所配光盘
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2、DEM 生成
1）人工网格法
在地形图上蒙上格网，逐格 读取中心点或交点的高程值。
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第十五章 空间分析方法
空间分析通过对矢量数据、栅格数据等的 空间运算，回答人们特定的问题。对栅格数据 分析来讲，一般存在比较固定的模式，但对矢 量数据来讲，一般不存在固定的模式。
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第一节 栅格数据分析的基本模式
栅格数据分析常见的模式主要有聚类分析、 聚合分析、复合分析、追踪分析和窗口分析等。
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第四节 DEM分析 一、DEM 概述
1、含义： DEM，（Digital Elevation Models），是国家基础空间数据的重要组成部分， 它表示地表区域上地形的三维向量的有限序列，即地表单元上高程的集合，数学 表达为：z = f（x，y）。
DTM：当z为其他二维表面上连续变化的地理特征，如地面温度、降雨、地球磁力、 重力、土地利用、土壤类型等其他地面诸特征，此时的DEM成为DTM（Digital Terrain Models）。
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第四节 DEM分析 4、DEM应用
1）作为国家地理信息的基础数据；
2）土木工程、景观建筑与矿山工程规划与设计； 3）为军事目的而进行的三维显示； 4）景观设计与城市规划； 5）流水线分析、可视性分析； 6）交通路线的规划与大坝选址； 7）不同地表的统计分析与比较； 8）生成坡度图、坡向图、剖面图、辅助地貌分析、估计侵蚀和径流等； 9）作为背景叠加各种专题信息如土壤、土地利用及植被覆盖数据等，以进行 显示与分析； 10）与GIS联合进行空间分析；
3、DEM 特点
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第四节 DEM分析 3、DEM 特点
与传统地形图比较，DEM作为地形表面的一种数字表达形式有如下特点： 1）容易以多种形式显示地形信息。地形数据经过计算机软件处理过后，产 生多种比例尺的地形图、纵横断面图和立体图。而常规地形图一经制作完成 后，比例尺不容易改变或需要人工处理。 2）精度不会损失。常规地图随着时间的推移，图纸将会变形，失掉原有的 精度。而DEM采用数字媒介，因而能保持精度不变。另外，由常规的地图用 人工的方法制作其他种类的地图，精度会受到损失，而由DEM直接输出，精 度可得到控制。 3）容易实现自动化、实时化。常规地图要增加和修改都必须重复相同的工 序，劳动强度大而且周期长，而DEM由于是数字形式的，所以增加和修改地 形信息只需将修改信息直接输入计算机，经软件处理后即可得各种地形图。
第二节 矢量数据分析的基本方法
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与栅格数据分析相比，矢量数据分析一般不存在模式化的分析处理方 法，表现为处理方法的多样性和复杂性。 1、拓扑叠加，通过将同一地区两个不同图层的特征相叠加，不仅建立 新的空间特征，而且能将输入的特征属性予以合并，易于进行多条件的 查询检索、地图裁剪、地图更新和应用模型分析等。 2、缓冲区建立，它是研究根据数据库的点、线、面实体，自动建立各种 类型要素的缓冲多边形，用以确定不同地理要素的空间接近度或邻近性。 它是GIS重要的和基本的空间分析功能之一。例如规划建设一个开发区， 需要通知一定范围内的居民动迁；在林业规划中，需要按照距河流一定 纵深范围来确定森林砍伐区，以防止水土流失等等。 3、数字地形分析：GIS提供了构造数字高程模型及有关地形分析的功能 模块，包括坡度、坡向、地表粗糙度、山谷线、山脊线、日照强度、库 容量、表面积、立体图、剖面图和通视分析等，为地学研究、工程设计 和辅助决策提供重要的基础性数据。 4、空间集合分析：空间集合分析是按照两个逻辑子集给定的条件进行布 尔逻辑运算。
§6-4 叠置分析
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3）、多边形与多边形的叠置
（1）定义： 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（合成叠置） 或进行多边形范围内的属性特性的统计分析（统计叠置）。 合成叠置需要进行属性合并。方法可用加、减、乘、除，也可 取平均值、最大最小值，或取逻辑运算的结果等。 统计叠置是确定一个多边形中含有其它多边形的属性类型的面 积等，即把其它图上的多边形的属性信息提取到本多边形中来。
11）虚拟现实(Virtual Reality)；
此外，从DEM还能派生以下主要产品：平面等高线图、立体等高线图、等坡 度图、晕渲图、通视图、纵横断面图、三维立体透视图、三维立体彩色图等。 返回
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二、DEM建立
1、数据获取与处理 1）数据采集
第四节 DEM分析
选点采集
第一节 栅格数据分析的基本模式
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2、栅格叠置的作用 1） 类型叠置 即通过叠置获取新的类型。如土壤图与植被图叠置，以分 析土壤与植被的关系。 （2）数量统计 即计算某一区域内的类型和面积。如行政区划图和土壤类 型图叠图，可计算出某一行政区划中的土壤类型数，以及各种类型土壤 的面积。 （3） 动态分析 即通过对同一地区、相同属性、不同时间的栅格数据的 叠置，分析由时间引起的变化。 （4）益本分析 即通过对属性和空间的分析，计算成本、价值等。 （5）几何提取 即通过与所需提取的范围的叠置运算，快速地进行范围 内信息的提取
三、多边形叠置分析 多边形叠置分析是将同一地区的两组或两组以上的要素进行叠置，产生 新的特征的分析方法。叠置的直观概念就是将两幅或多幅地图重迭在一 起，产生新多边形和新多边形范围内的属性。
1、内容 1）点与多边形的叠置 点层与面层的叠置 核心算法为判断点是否在多边形内。 2）线与多边形的叠置 线与多边形的叠置是把一幅图(或一个数据层)中的多边形 的特征加到另一幅图(或另 一个数据层)的线上。 线与多边形叠置的算法就是线的多边形裁剪。 3）多边形与多边形的叠置
2）三角网法 对有限个离散点，每三个邻近点 联结成三角形，每个三角形代表一 个局部平面，再根据每个平面方程， 可计算各格网点高程，生成DEM。
第二节 矢量数据分析的基本方法
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一、包含分析 判断某个地理元素、实体是否位于另一地理实体范围之内。是一种简单 的空间分析。 二、矢量数据的缓冲区分析 1、 缓冲区的概念 :是指在点、线、面实体的周围，自动建立的一定宽 度的多边形。 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ห้องสมุดไป่ตู้问题。 2、例子：1） 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。2）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。3）禽流感疫情爆发影 响的范围；4）道路拓宽需拆除的建筑物和搬迁的居民。
3） 规则格网法(Grid)
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第四节 DEM分析 3） 规则格网法(Grid)
规则格网法是把DEM表示成高程矩阵，此 时，DEM来源于直接规则矩形格网采样点或 由不规则离散数据点内插产生。
结构简单，计算机对矩阵的处理比较方便， 高程矩阵已成为DEM最通用的形式。高程矩 阵特别有利于各种应用。 但Grid系统也有下列缺点： a) 地形简单的地区存在大量冗余数据； b) 如不改变格网大小,则无法适用于起伏程度不 同的地区； c) 对于某些特殊计算如视线计算时，格网的轴 线方向被夸大； d) 由于栅格过于粗略，不能精确表示地形的关 键特征,如山峰、洼坑、山脊等；
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第一节 栅格数据分析的基本模式
二、聚合分析 根据空间分辨率和分类表，进行数据类型的合并或 转换，以实现空间地域的兼并。这类分析主要用于 对数据进行重新归类，将面积较小的地块划归到临 近较大地块的类别中，具有数据综合的作用 。
第一节 栅格数据分析的基本模式
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三、栅格数据的信息复合分析 1、 概念 分为视觉信息复合、叠加分类。视觉信息复合，将不同专题内容进行叠加显 示。叠加分类，叠加产生新的数据图层（空间地域重新划分，属性重新赋 值）。 叠置分析是指将不同图幅或不同 数据层的栅格数据叠置在一起， 在叠置地图的相应位置上产生新 的属性的分析方法。新属性值的 计算可表示为： U＝f(A,B,C,……)
第六章 空间查询与空间分析
§6-5 缓冲区分析
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3、基于矢量数据的缓冲区的建立
多个实体的缓冲 区，各实体缓冲 区的并，半径可 以不同
点的缓冲区
线的缓冲区
面的缓冲
以线状地物为例： 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）应用：寻求和确定同时具有几种属性的分布区域。 例如，土壤类型图（1，2）与城市功能分区图（a,b）叠置， 可得出土壤与分区合成图，也可得出新属性统计表（属性 面 积 ）。
（3）实施步骤
第二节 矢量数据分析的基本方法
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（3）实施步骤
a）对原始数据（多边形）形成拓扑关系。
2、表示法：
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第四节 DEM分析 2、表示法：
1） 等高线法
等高线通常被存储成一个有序的坐标点序列，可以认为是一条带有高程值属 性的简单多边形或多边形弧段。由于等高线模型只是表达了区域的部分高程值， 往往需要一种插值方法来计算落在等高线以外的其他点的高程，又因为这些点 是落在两条等高线包围的区域内，所以，通常只要使用外包的两条等高线的高 程进行插值。
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第一节 栅格数据分析的基本模式
一、聚类分析 根据设定的聚类条件，对原有数据系统进行有选择的 信息提取而建立新的栅格数据系统的方法
这种分析方法经常用于对数据进行分类合并，对遥感影 象等的解译结果进行整理，消除同类地物之间的边界等 作用。
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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。
第二节 矢量数据分析的基本方法
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