空间分析方法与原理优秀课件
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▪ 派生DTM数据:平均高程、坡度、坡向。
❖ DEM表现方式
➢ 规则格网模型 ➢ 不规则三角网模型（TIN) ➢ 等高线模型
❖ 坡度、坡向 ❖ 曲面面积 ❖ 地表粗糙度 ❖ 高程变异 ❖ 谷脊特征
DEM信息提取
坡度计算
源自文库❖ 坡度：就是地表单元法向n 与Z轴的交角。
❖ 计算方法： ▪ 空间矢量法 ▪ 拟合曲面法
❖ 对角顶点连线的中点的高 差来表示。
Z
Z i,j L2
Z i,j-1
D
Z i+1,j
Z i+1,j+1
O
Y
X
❖ 平均高程 ❖ 相对高程 ❖ 高程变异
高程及变异分析
谷脊特征分析
❖ 谷点和脊点 ▪ 谷点是地势相对最低的点集。 ▪ 脊点为地势相对最高的点集。
谷脊特征分析
❖ 谷点和脊点判定
❖ 要判定高程为Z网格的形态特征，按照以下判别式可直接提取谷点和 脊点。
叠合分析
❖ 多边形叠加
➢ 多边形叠加是GIS最常用的功能之一。多边形叠加将 两个或多个多边形图层进行叠加产生一个新多边形图 层的操作，其结果将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。
③
• 当Z i+1,j< Z i,j时，则P(i,j)=1
④
▪ 如果①和④或②和③同时成立,则P(i,j)= 2
▪ 如果以上条件均不成立,则P(i,j)= 0
Zi+1,j
-1表示谷点
1表示脊点
P(i,j)= 2表示鞍点
0表示其它点
Zi,j-1 Zi,j Zi, +1 Zi-1,j
谷点和脊点判定例子
7 10 5 10
8
7
5
10
5
8
8
6
7
8
9
8
6
7
6
8
8
6
7
8
6
谷脊特征分析
❖ 沟谷密度：沟谷总长度(∑L)与地表单元总面积 (∑A)之比。
❖ 沟谷深度：地表单元的谷点与最近脊点的平均高 差。
剖面分析
❖ 剖面线在数字高程模型中的起点位置和终点位置 ，就可以惟一地确定这条剖面线与DEM网格各个交 点的平面位置及其高程，根据选定的垂直比例尺 和水平比例尺，就能自动绘出所需要的剖面图。
空间分析方法与原 理
空间分析原理与方法
❖ 数字地形模型分析 ❖ 空间叠合分析 ❖ 空间邻近度分析 ❖ 空间网络分析
空间分析
❖ 基于空间数据的分析技术。 ❖ 通过分析获取新信息，如空间位置、空间分布、
空间形态、空间形成、空间演变等。
❖ 空间分析源于60年代地理和区域科学的计量革命。 ❖ 开始阶段：主要是应用定量（主要是统计）分析手
叠合分析
❖ 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。
➢ 计算过程通常是计算线与多边形的交点，只要相交 ，就产生一个结点，将原线打断成一条条弧段，并 将原线和多边形的属性信息一起赋给新弧段。
➢ 叠加的结果产生了一个新的数据层面，每条线被它 穿过的多边形打断成新弧段图层，同时产生一个相 应的属性数据表记录原线和多边形的属性信息 。
数字地形模型分析
❖ DTM和DEM
▪ DTM(Digital Terrain Model，数字地形模型)是定义于二维区域上 的一个有限项的向量序列（矩阵），以离散的平面点来模拟连续分 布的地形。 DTM={Zi,j} i=1,2,3,…,m-1,m；j=1,2,3,…,n-1,n
▪ DEM(Digital Elevation Model，数字高程模型)，当Z属性为海拔 高程。
B
C
叠合分析类型
❖ 根据所采用的数据结构的不同可分为：
▪ 基于矢量数据叠合分析：运算量大，过程复杂； ▪ 基于栅格数据叠合分析：运算量小，过程简单。
❖ 矢量数据叠合分析包括： ▪ 点与多边形叠合 ▪ 线与多边形叠合 ▪ 多边形与多边形叠合
• Union • Intersect • Identity • Erase
▪ 如果（Z i,j-1― Z i,j ) （Z i,j+1― Z i,j )>0
• 当Z i,j+1> Z i,j )时，则P(i,j)=―1
①
• 当Z i,j+1<Z i,j )时， 则P(i,j)=1
②
▪ 如果（Z i-1,j― Z i,j ) （Z i+1,j― Z i,j )>0
• 当Z i+1,j> Z i,j时，则P(i,j)=―1
坡向计算
❖ 坡向：就是地表单元法向 量n在OXY平面上的投影与X 轴之间交角。
❖ 计算方法：
坡度和坡向分析
曲面面积计算
❖ 单元网格面积之和 ❖ 计算方法：
▪ 空间矢量法 ▪ 三角形面积
地表粗糙度计算
❖ 地表粗糙度是反映地表的 起伏变化与侵蚀程度的指 标。
❖ 一般定义为地表单元的曲 面面积与投影面积之比。
空间叠合分析
❖ 将同一参考系、同一地区、同一比例尺的、不同信 息表达两个或多个地理对象的图层进行叠合，以产 生空间区域的多重属性特征，或建立地理对象之间 的空间对应关系。
❖ 对空间结构和属性上既相互重叠，又相互联系的多 种要素现象进行综合分析，揭示各种现象要素的内 在联系及其发展规律。
A
❖ 空间叠合：图形叠加和属性叠加
• Update
叠合分析
❖ 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。矢量结构的GIS能够通过计算每个点相对于 多边形线段的位置，进行点是否在一个多边形中的 空间关系判断 。
➢ 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。
➢ 通过点与多边形叠加，可以计算出每个多边形类型 里有多少个点，不但要区分点是否在多边形内，还 要描述在多边形内部的点的属性信息 。
段用于分析点、线、面的空间分布模式。
❖ 现在：强调地理空间本身的特征、空间决策过程和 复杂空间系统的时空演化过程分析。
❖ 空间分析是工具型GIS的核心和必备的功能。
❖ 空间分析是对分析空间数据有关技术的统称。数 据性质和分析方法的不同，可以分为：
➢矢量数据空间分析 ➢栅格数据空间分析 ➢查询式分析 ➢产生式分析
45B 23
1 A
高程（m） 400 300 200 100
A 0 1 2 3 45
6 距离（km）
通视分析
❖ 通视分析也称可视分析，就是利用DEM判断地形上 任意两点之间是否可以相互可见的技术。
❖ 应用：设置雷达站、电视台的发射站、道路选择 、航海导航等，在军事上如布设阵地（炮兵阵地 、电子对抗阵地）、设置观察哨所、铺架通信线 路等。
❖ DEM表现方式
➢ 规则格网模型 ➢ 不规则三角网模型（TIN) ➢ 等高线模型
❖ 坡度、坡向 ❖ 曲面面积 ❖ 地表粗糙度 ❖ 高程变异 ❖ 谷脊特征
DEM信息提取
坡度计算
源自文库❖ 坡度：就是地表单元法向n 与Z轴的交角。
❖ 计算方法： ▪ 空间矢量法 ▪ 拟合曲面法
❖ 对角顶点连线的中点的高 差来表示。
Z
Z i,j L2
Z i,j-1
D
Z i+1,j
Z i+1,j+1
O
Y
X
❖ 平均高程 ❖ 相对高程 ❖ 高程变异
高程及变异分析
谷脊特征分析
❖ 谷点和脊点 ▪ 谷点是地势相对最低的点集。 ▪ 脊点为地势相对最高的点集。
谷脊特征分析
❖ 谷点和脊点判定
❖ 要判定高程为Z网格的形态特征，按照以下判别式可直接提取谷点和 脊点。
叠合分析
❖ 多边形叠加
➢ 多边形叠加是GIS最常用的功能之一。多边形叠加将 两个或多个多边形图层进行叠加产生一个新多边形图 层的操作，其结果将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。
③
• 当Z i+1,j< Z i,j时，则P(i,j)=1
④
▪ 如果①和④或②和③同时成立,则P(i,j)= 2
▪ 如果以上条件均不成立,则P(i,j)= 0
Zi+1,j
-1表示谷点
1表示脊点
P(i,j)= 2表示鞍点
0表示其它点
Zi,j-1 Zi,j Zi, +1 Zi-1,j
谷点和脊点判定例子
7 10 5 10
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8
6
谷脊特征分析
❖ 沟谷密度：沟谷总长度(∑L)与地表单元总面积 (∑A)之比。
❖ 沟谷深度：地表单元的谷点与最近脊点的平均高 差。
剖面分析
❖ 剖面线在数字高程模型中的起点位置和终点位置 ，就可以惟一地确定这条剖面线与DEM网格各个交 点的平面位置及其高程，根据选定的垂直比例尺 和水平比例尺，就能自动绘出所需要的剖面图。
空间分析方法与原 理
空间分析原理与方法
❖ 数字地形模型分析 ❖ 空间叠合分析 ❖ 空间邻近度分析 ❖ 空间网络分析
空间分析
❖ 基于空间数据的分析技术。 ❖ 通过分析获取新信息，如空间位置、空间分布、
空间形态、空间形成、空间演变等。
❖ 空间分析源于60年代地理和区域科学的计量革命。 ❖ 开始阶段：主要是应用定量（主要是统计）分析手
叠合分析
❖ 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。
➢ 计算过程通常是计算线与多边形的交点，只要相交 ，就产生一个结点，将原线打断成一条条弧段，并 将原线和多边形的属性信息一起赋给新弧段。
➢ 叠加的结果产生了一个新的数据层面，每条线被它 穿过的多边形打断成新弧段图层，同时产生一个相 应的属性数据表记录原线和多边形的属性信息 。
数字地形模型分析
❖ DTM和DEM
▪ DTM(Digital Terrain Model，数字地形模型)是定义于二维区域上 的一个有限项的向量序列（矩阵），以离散的平面点来模拟连续分 布的地形。 DTM={Zi,j} i=1,2,3,…,m-1,m；j=1,2,3,…,n-1,n
▪ DEM(Digital Elevation Model，数字高程模型)，当Z属性为海拔 高程。
B
C
叠合分析类型
❖ 根据所采用的数据结构的不同可分为：
▪ 基于矢量数据叠合分析：运算量大，过程复杂； ▪ 基于栅格数据叠合分析：运算量小，过程简单。
❖ 矢量数据叠合分析包括： ▪ 点与多边形叠合 ▪ 线与多边形叠合 ▪ 多边形与多边形叠合
• Union • Intersect • Identity • Erase
▪ 如果（Z i,j-1― Z i,j ) （Z i,j+1― Z i,j )>0
• 当Z i,j+1> Z i,j )时，则P(i,j)=―1
①
• 当Z i,j+1<Z i,j )时， 则P(i,j)=1
②
▪ 如果（Z i-1,j― Z i,j ) （Z i+1,j― Z i,j )>0
• 当Z i+1,j> Z i,j时，则P(i,j)=―1
坡向计算
❖ 坡向：就是地表单元法向 量n在OXY平面上的投影与X 轴之间交角。
❖ 计算方法：
坡度和坡向分析
曲面面积计算
❖ 单元网格面积之和 ❖ 计算方法：
▪ 空间矢量法 ▪ 三角形面积
地表粗糙度计算
❖ 地表粗糙度是反映地表的 起伏变化与侵蚀程度的指 标。
❖ 一般定义为地表单元的曲 面面积与投影面积之比。
空间叠合分析
❖ 将同一参考系、同一地区、同一比例尺的、不同信 息表达两个或多个地理对象的图层进行叠合，以产 生空间区域的多重属性特征，或建立地理对象之间 的空间对应关系。
❖ 对空间结构和属性上既相互重叠，又相互联系的多 种要素现象进行综合分析，揭示各种现象要素的内 在联系及其发展规律。
A
❖ 空间叠合：图形叠加和属性叠加
• Update
叠合分析
❖ 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。矢量结构的GIS能够通过计算每个点相对于 多边形线段的位置，进行点是否在一个多边形中的 空间关系判断 。
➢ 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。
➢ 通过点与多边形叠加，可以计算出每个多边形类型 里有多少个点，不但要区分点是否在多边形内，还 要描述在多边形内部的点的属性信息 。
段用于分析点、线、面的空间分布模式。
❖ 现在：强调地理空间本身的特征、空间决策过程和 复杂空间系统的时空演化过程分析。
❖ 空间分析是工具型GIS的核心和必备的功能。
❖ 空间分析是对分析空间数据有关技术的统称。数 据性质和分析方法的不同，可以分为：
➢矢量数据空间分析 ➢栅格数据空间分析 ➢查询式分析 ➢产生式分析
45B 23
1 A
高程（m） 400 300 200 100
A 0 1 2 3 45
6 距离（km）
通视分析
❖ 通视分析也称可视分析，就是利用DEM判断地形上 任意两点之间是否可以相互可见的技术。
❖ 应用：设置雷达站、电视台的发射站、道路选择 、航海导航等，在军事上如布设阵地（炮兵阵地 、电子对抗阵地）、设置观察哨所、铺架通信线 路等。