第三章第三节_空间变换分析

5
பைடு நூலகம்2 3
沟渠代码
种植区 代码
A 2 B
3
C 4
1 2 3 4
A B C C
1 2
6 A 4 3 C5
1 2 3 4 5 5 6
A A B B B C A
图4-2 点包含分析
图4-3 线包含分析
铅 垂 线 方 法
如果交点数为偶数，那么
点在多边形外
如果交点数为奇数，那么
点在多边形内
（2）叠加分析（Overlay）
答用户提出的问题
（2）叠加分析（Overlay）
步骤

对原始数据（多边形）形成拓扑关系
多层多边形数据的空间叠加，形成新的层
对新层中的多边形重新进行拓扑组建 剔除多余的多边形，提取出感兴趣的部分
点与多边形叠加

点与多边形的叠加分析，实质是计算包含关系（包
含分析），判断各个点的归属（落在哪个多边形内）
（2）叠加分析（Overlay）
定义
叠加分析是将有关主题层组成的数据层面，进
行叠加产生一个新数据层面的操作，其结果综
合了原来两层或多层要素所具有的属性
（2）叠加分析（Overlay）

叠加分析不仅生成了新的空间关系，还将输入 数据层的属性联系起来产生了新的属性关系

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，进而产生用户需要的结果或回
弧ID 1 2 3 4 5 6 起点 4 2 3 3 3 1 终点 1 4 4 4 2 3 左多边形 00 00 B0 AB 00 00 右多边形 A0 B0 AB A0 B0 A0
1 1
A0 4 AB 4
6 3 5
3
2 2
B0
叠加算法原理
在本例中，叠加后有 6条弧，由这
6 条弧构成三个多边形 A0 ， AB ，

大部分GIS软件以分层的方式组织地理景观，将地 理景观按主题分层提取，同一地区的整个数据层集 表达了该地区地理景观的内容

叠加分析是GIS最常用的提取空间隐含信息的手段 之一。该方法来源于传统的透明材料叠加，即将来 自不同数据源的图纸绘于透明纸上，在透光桌上将
其叠放在一起，然后用笔勾出感兴趣的部分
用来叠加的多边形为上覆多边形，叠加后产生具有
多重属性的新多边形
输出新的多 边形要素
多边形叠加分析
1
2
4 3 5 A B
2B 1B
1A 2A 4A 4B
3A
3B
5B
降雨量
土壤类型
适宜农作物
多边形叠加分析
多边形叠加分析

多边形叠加就是地理数据层的叠加，分为合成叠
加与统计叠加

合成叠加是通过区域多重属性的模拟，寻找和确 定同时具有几种地理属性的分布区域，或者按照 确定的地理指标，对叠加后产生的具有不同属性 级的多边形进行重新分类或分级，例如城市居住 用地中所占耕地的分布状况
B0和一个外部多边形00，即: Polygon ID A0 AB Arcs 6，4，1 3，-4
1 00 1
A0 4 AB 4
6 3 5
3
2 2
B0
B0
00
5，2，-3
1，6，5，2
多边形叠加分析
第三步，设置多边形标识点，传递属性
叠加图中的多边形包括着各个 输入层中的多重信息 END
ArcGIS中的叠加分析
实现方法和步骤
首先把这些气象测点、沟渠等分散点或线状要素数
字化，经处理后形成具有拓扑结构的相应图层

然后和已经存放在系统中的多边形图层（如农业种 植区划图、行政区划图等）进行点、线与面的叠加

最后对各个多边形或区域进行这些点或线的自动计
数或归属判别

判别采用铅垂线算法
1
3 4 2
6 4
气象站 代码



输入属性表一致
（一）擦除分析

通过叠加“输入要素”和“擦除要素”多边形来建立一个要 素类。输入要素中那些位于擦除多边形外边界以外的部分将
被复制到输出要素类中

将输入图层与“去除”图层相交的要素去掉形成新的图层
（二）一致性分析

一致性分析（Identify）又称判别分析，计算两个图层 的几何一致性，输出图层保留了输入和一致图层的所有
（1）空间聚类（条件提取）
空间聚类：栅格数据的聚类是根据设定的聚类条 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，将所有符合标准的区 域输出在图上，不符合条件的区域为空白
例子
某区坡度图，空间聚类条件： E=（坡度≥25°）
（2）空间聚合
空间聚合：根据空间分辨力和分类表，进行数据 类别的合并或转换，以实现空间地域的兼并。空 间聚合的结果是将较复杂的类别转换为较简单的 类别，大多数以小比例尺图形输出。当从地点— 地区—大区域的转换时，常要使用这种方法
A AND (B OR C)
逻辑判断运算

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，不同的逻辑运算结果如下： AND关系：结果是将土层厚度大于50厘米，且土壤为 红壤的土壤单元显示出来 OR关系：结果将土层厚度大于50厘米，或者土壤为红 壤的土壤单元显示出来 NOT:如结果是将土层厚度大于50厘米，但土壤不是红 壤的土壤单元显示出来
多边形叠加分析

统计叠加：精确的计算一种要素在另一种要素的 某个区域多边形范围内的分布状况和数量特征，
或提取某个区域范围内某种专题内容的数据，例
如统计某种城市功能区内所包含的土地类型数， 各类土地的面积等，叠加的结果是统计报表
举 例
叠加算法原理
1 2 A0 4 B 1 3 2
A
AB B0
叠加算法原理


矢量数据结构空间变换复杂繁琐，栅格数据结构空间
变换容易
3.3.1 空间分析类型
空 间 分 析
矢量数据空间分析
栅格数据空间分析
3.3.2 矢量数据的空间分析
包含分析 叠加分析 缓冲区分析 网络分析
矢量数据的 空间分析
（1）包含分析
这种联系有两类，一是点与面之间的包 是解决点、线、面之间 含分析（Point-in-Polygon），如确定 是否存在直接联系的一 某一自然区域有多少个气象测站；二是 种方法，这是 GIS 经常 线与面之间的包含分析，如确定哪些沟 需要解决的问题 渠经过某一种植区
按照前述的叠加运算步骤， 第一步：将两幅矢量图叠加 在一起，找出弧之间的所有 相交点。两个图层各有一个 多边形、一条弧、一个结点 ，叠加后产生两个交点。在 交点处产生一个新的结点， 将原来的弧打断，其结果是 叠加图中包含4个结点、6条 弧、3个多边形，见右图
1 3 A0 4 AB 2
B0
叠加算法原理
叠加的结果是为每点产生一个新的属性。例如，井 点与多边形的叠加通常不产生新的数据层，只
位与规划区叠加，可找到包含每个井的区域 是把属性信息叠加到原图层中，然后通过属性
在完成点与多边形几何关系的计算后，还要进行属 查询间接获得点与多边形叠加的需要信息
性信息处理。最简单的方式是将多边形属性信息叠 加到其中的点上（或反之）。
输出Coverage的属性被更新（Update），且重新建立拓扑
（六）对称差分析
对称差操作（Symmetrical Difference）是指通 过计算输入要素和更新要素的几何交叉，公共
部分将不会被输入到结果中
3.3.3 栅格数据的空间变换分析
空间聚类
空间聚合
栅格数据的 空间分析
叠加分析
缓冲区分析 邻域分析
逻辑判断运算（续）
设有A、B、C三个层面的栅格数据，一般可以用布尔逻辑算 子以及运算结果的文氏图表示其一般的运算思路和关系
A B
C B
A C
A B
C
A AND B AND C A
A NOT (B OR C) A
A AND B OR C A
B
C
B
C
B
C
A XOR B XOR C
A OR B OR C

线与多边形的叠加的目的是确定某一线状图层上的 弧段落在另一多边形图层上的哪个多边形内，以便 为图层的每条弧段建立新的属性
矢量数据——线与多边形叠加
2 1 线 号 1 A 3 B1 2 4C D 2 3 4 原 线 号 1 1 2 3
3
多边 形号 B C C C
矢量数据——线与多边形叠加

如果线状图层为道路网，叠加的结果可以得到每个多
第二步：重构弧-多边形拓扑关系
叠加前的两个输入图层对应的弧 -多边形关系 见下表 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
两个图层叠加后 , 每条弧各有两个左多边形标识码和两 个右多边形标识码 , 再将左（右）多边形编码相同的各 条弧连接起来，形成各个多边形
矢量数据——点与多边形叠加
多 边 形 号 A C B D
1 3 4
2
点 号 1
属 性 1
属 性 2
属 性 5
A B D
C
2 3 4
线与多边形叠加

线与多边形的叠加是将线状要素层或网状要素层和 多边形叠加，对线和多边形求交运算，根据每个线 要素同多边形的关系，以形成新的空间目标集、新 的属性表，得到线与多边性联合的属性表
ArcGIS中的叠加分析

对于去除、相交和Identify（一致）来说，输入图层可以是点、 线或多边形。对于更新和合并来说，输入图层必须是多边形 在所有操作中，动作图层，如“去除多边形”，必须是多边形 图层。输出图层的特征要素与输入图层一致，并建立拓扑关系 在进行合并、更新、一致和相交操作时，输出图层的属性表包 括了输入图层和“动作图层”的所有字段 每个字段的数据是利用原有数值。在进行去除操作后，输出图 层属性表不仅包括输入图层的属性表，而且内部编码尽量与原
形叠加分析得到的是合成多边形，而栅格叠
加分析得到的是合成数据串，这些合成的数
据文件是进一步进行空间聚类或聚合的依据
栅格数据之间的叠加

图层之间的对应单元数值进 行数学运算 叠合之后的图层中单元的数 值是对应单元数值进行数学 运算的结果 原理上比较简单（相对矢量 的叠合） 在ArcView中，使用 菜单 map calculator（地图运算器） ArcGIS中使用Raster Calculator（栅格运算器）
信息

通过判别Coverage的多边形与输入Coverage的点、线或 多边形要素叠加生成一个新的Coverage

输入Coverage的所有要素和判别Coverage中重叠的要素
将被复制出Coverage中。两个Coverage中的属性也将被 复制到输出图层
（三）交集分析
计算两个图层的几何相交性（Intersect），输出 图层仅保留了输入图层和相交图层的公共部分
边形内的道路网密度，内部的交通流量，进入、离开 各个多边形的交通量，相邻多边形之间的相互交通量
为图层的每条弧度 建立新的属性
多边形叠加分析

多边形叠加是指同一地区、同一比例尺的两组或两 组以上的多边形要素的数据文件进行叠加，参加叠 加分析的两个图层应都是矢量数据结构

若需进行多层叠加， 也是两两叠加后再与第三层叠 加，依次类推。其中被叠加的多边形为本底多边形，




栅格数据的叠加分析
栅格数据的叠加分析都是通过网格单元（像元）
之间的各种数学运算来实现的，可以表达为地
图代数运算的过程
作用于不同数据层面上的基于数学运算的叠加
运算，在地理信息系统中称为地图代数
逻辑运算 代数运算 函数运算
（1）逻辑判断运算
——对多层栅格数据的同一空间位置的网格单元 进行逻辑或、逻辑与、逻辑非和逻辑异或等操作
（四）合并分析
合并两个多边形图层，输出图层中保留了输入 图层和联合图层的属性，并且两个图层相交的
地方都被切开了
（五）数据更新分析

将更新图层中的要素添加到输入图层中，并将输入图层中二者相
交区域的原要素去掉 通过叠加分析两组要素来创建一个新的Coverage，使用更新

Coverage中的多边形剪切并代替输入Coverage中的要素和属性，
主要内容

3.1 空间分析模型
3.2 空间信息查询与量算 3.3 空间变换分析 3.4 网络分析 3.5 城市数字地形模型
空间变换分析

地理信息系统通常是按有一定意义的图层和相应的属 性建立空间数据库的 为了满足特定空间分析的需要，需对原始图层及其属 性进行一系列的逻辑或代数运算，以产生新的具有特 殊意义的地理图层及其属性，这个过程称为空间变换

叠加工具栏中包括将多个矢量（Shape/Coverage）数
据层进行Combine（合并）、Erase（去除）、 Modify（调整）或者Update（更新）形成一个新的
矢量层

当一个图层与另一个图层进行叠加分析后，就会产生 新的信息

叠加的选项有7个，但所有的叠加分析都是根据输入 特征要素将两个进行叠加分析的图层要素合并为一个
空间聚合
1、2类合 并为b
3、4类合 并为a
2、3类合 并为c
1、4类合 并为d
空间聚合举例
对土地利用类型进行聚合
土 地 利 用 类 型 图
空间聚合举例
利用重分类工 具进行聚合
成果图
对栅格数据进行重分类
空间分析扩展 模块的启用
打开空间分析用户界面
重分类
（3）叠加分析
栅格叠加分析 ：与矢量叠加分析一样，是求 两组或两组以上空间图形的交集，但是多边