第7讲 矢量数据分析

43
邻域运算应用：滤波
低通滤波 平均值
高通滤波 原图-低通滤波
44
邻域运算应用：地形分析
45
距离量算

计算与源单元（运算 自然距离 成本距离

距离种类


46
距离量算：计算规则
1.414 X Grid Cell Grid Cell
47
距离量算：自然距离量算
5
6
7
8 1
1.5 2.8 6.7 4.5 A 2 5.5 9.5
7 7
4
3
2
最小累计成本矩阵
单元指派矩阵
62
ArcView中最小累计成本实现
CostDistance:
aGrid.CostDistance (costGrid,DirectionFN, allocationFN, maxDistance)
24
空间量算：距离量算
距 离 计 算 公 式
n 维匀质空间广义 距离公式
q=2，二维欧氏 距离
i(xi, yi)
j(xj, yj)
n 维非匀质空间 距离计算
i i
j j
25
空间量算：形状分析
基本考虑：空间完整性、多边形形状特征
U>1 膨胀 型
形状特征描述参 数
U P 2 A
圆
U=1
U<1
紧缩 型
38
邻域运算：邻域大小与类型
39
邻域运算函数
Cij f ( cij ij )
i m j n im j n
统计： 最大值、最小值 平均值、标准差 值域、总和、模、… 测度： 多数、少数、种类、 …
40
ArcView中的邻域运算
41
邻域运算的应用：数据平滑
42
邻域运算的应用：类型数目
合并
20
空间量算


几何量算 距离量算 形状量算 质心量算
21
空间量算：几何量算

含义：


点：0维坐标 线：1维，长度、曲率、方向 面：2维，面积、周长等 体：3维，表面积、体积等 矢量：两点之间的直线距离，复合线段累加求和 栅格：网格数目累加 矢量：几何交叉求积（坐标法） 栅格：相同属性值的格网数目与格网面积的乘积
50
成本距离量测


源单元矩阵、成本矩阵、链接成本矩阵 成本矩阵构成：


不同成本之和 例：选址源地到目的地的距离+地形（坡度等级） +地质+河流+用地成本+居住中心距离

连接成本矩阵计算


横向：平均值 对角线：平均值X1.414
51
成本距离计算：连接成本矩阵
1
1
2
4
2
5
1
1 2 2 4.9 3.5 4.2 4 4.5 5 3 1 3 6 1

仅适用于分类栅格数据（Reclassify） 函数的请求结果是返回一个对应参数格网
65
单层格网分带实现
66
ArcView分带运算实现

多层格网
Input: 统计格网数据，分带格网 Output: 分类表格、柱状图、面积统计表格 Steps: Summarize Zones (概括地带) Histogram by Zone (柱状图) Tabulate Area (分类面积表格)

线长度计算



面积计算


22
空间量算：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质心。 计算公式： w x w y
XG
w
i
i
YG
i
w
i
i
i
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


单位：格网单元 类型：


连续距离对源单元建立缓冲，形成距离带 对格网中每个单元确定于最近源单元的自 然距离 连续：Find Distance 最近：Assign proximity
48

ArcView实现


自然距离量算例
49
成本距离量算


移经每个单元的成本或阻抗作为距离单 位的距离量测分析方法 最小成本表面、最小成本路径
第七讲 矢量数据分析
概述


矢量数据分析是基于对象的，即点、线、 面，其准确性也取决于这些对象的位置 和形状的精确性。 主要方法：


缓冲区分析 地图叠加 距离量测 地图处理工具
2
缓冲区分析


缓冲把地图分为两个区域，一个区域在 所选地图要素制定距离之内，另一个在 制定距离之外。在指定距离之内的区域 称为缓冲区 常见缓冲区类型
1: 0-20% 2: 20%-40% 3: >40% 3 2 1 2 1 2 1 1 2 3，3
2
3 1 2 3 4 5 6 3 5 4 3 2 2 4 4 4 6 2 1 7 4 7 5 3
2，3
2，2 1，2 2，4 1，4 3，1
北：1 东：2 南：3 西：4
35
ArcView中的局部运算



点：圆形缓冲区 线：长条缓冲区 面：向内、外的缓冲带
3
基本缓冲区类型
4
缓冲区变形

缓冲距离不一定为常数
主流用200米，支流用100米

可形成缓冲环
核电站：5km, 10km, 20km, 50km


单侧缓冲区 单个缓冲区与完整缓冲区
5
缓冲区变异
6
缓冲区用途


查询 空间分析

2.0 2.8 3.0 3.5 4.0 4.5 5.7 6.7
58
最小累计成本计算示例
1 2 2 1
3.5 1.5
3 5.7 4.0
B
1
1
2
4
3
5
7
1
6
1.5 2.8 6.7 4.5
A 2 5.5
1
3
4
4
2.0 2.8 3.0 3.5 4.0 4.5 5.7 6.7
2.8 3.0 3.5 4.0 4.5 5.5 5.7 6.7
2
1
3
3
7
4
6
4 3
5.7 6 7
52
成本距离计算


目标：最小累计成本路径 方法：循环迭代 最小累计成本计算示例


源点格网矩阵 成本格网矩阵 连接格网矩阵 指派格网矩阵 输出格网矩阵
53
最小累计成本计算示例
源点矩阵
B 1 成本矩阵 2 2 1
1
2
4
3
5
7
1
6
A
1
3
4
4
54
最小累计成本计算示例
算术运算 三角函数 对数 幂 U= f (A, B,…)
A
A
B
C U U
33
局部运算：概要统计

数值型数据



最大值、最小值 平均值、总和 标准差、值域 多数：输入单元频率最高的单元值 少数：输入单元频率最低的单元值 种类：不同单元值的数目
34

测度


局部运算：组合运算
组合代码 坡度坡向

Map Query: 排除分析之外的单元=特定值 Reclassify：No Data = 特定值

无数据不是零，零是有效数据，无数据 区域是指格网单元缺乏数据。
31
局部运算


栅格数据分析中的单个单元运算 对应栅格单元运算，不涉及位置运算。 不受邻域单元影响 产生新的栅格地图
32
局部运算
23
空间量算：距离量算

含义：





距离描述了空间对象之间的接近程度。 地理空间上的距离所描述的对象一定发生在地理 空间上。 距离的定义与度量空间和空间匀质性是相关的， 不同的度量空间和介质空间，距离定义不同 不同的距离有不同的特性，距离的定义是由应用 决定的，可根据需要重新定义距离。 在非匀质空间，距离定义不仅仅是表达是上的变 化，而且还具有研究区域上的变化，这时的距离 计算一般在多边形范围内按一定算法进行。
16

消除方法


地图操作


边界融合 (Dissolve) 裁剪 (Clip) 合并 (Merge)
17
地图操作：融合
消除具有相同属性的多边形边界（数据分类）
1 1 3
1
3
4 2 1
3 2
4 1
18
地图操作：裁剪
落入裁减区域范围内的输入地图要素
19
地图操作：合并
两幅获两幅以上的地图拼接成新图

单一格网




Map Calculator aGrid.ZonalGeometry (aGridGeomDescEnum) Area of a zone: #GRID_GEOMDESC_AREA Perimeter of a zone: #GRID_GEOMDESC_PERIMETER Thickness of a zone : #GRID_GEOMDESC_THICKNESS Characteristics of an ellipse that is fit to a zone : #GRID_GEOMDESC_CENTROID
59
最小累计成本计算示例
1 2 2 1
3.5 1.5
3 5.7 4.0
B
1
1
2
4
3
5
7
1
6
1.5 2.8 6.7 4.5
A 2 5.5
1
3
4
4
2.8 3.0 3.5 4.0 4.5 5.5 5.7 6.7
3.0 3.5 4.0 4.5 5.5 5.7 6.7
60
最小累计成本计算示例
1 2 2 1
链接矩阵
1 2 2 1
1
2.8
2.5 2.8
4
3.5 5.7 5 4.9
5
1
2
3
3
7
6
1
3
4
4
55
最小累计成本计算示例
1
1
2
4
2
5
1
1 1.5 4.2 1.5 2.8 A 2 B 1 1 1.5 1.5 2.0 2.8 4.2
2
1
3
3
7
4
6
4
56
最小累计成本计算示例
1
1
2
4
2
5
1
1
1.5
4.2
B
36
局部运算应用

通用土壤流失方程
A= RKLSCP A：平均土壤流失量； R：降雨强度 K：土壤可蚀性 L：坡长 S：坡度 C：耕作因子 P：水土保持措施因素
37
邻域运算


设计一个中心点单元和一组环绕其单元 的栅格数据分析技术 邻域运算要素


中心点 邻域大小与类型 邻域运算函数

邻域运算一般在单个图层上进行 通过所确定的邻域类型扫描整个格网。

据学校一定距离内不能有游戏厅 都是规划中的河流一定范围内不能建筑 道路拆迁估算 商业选址

中立区：抗议人群据政府的距离
7
地图叠加


把两幅或多幅地图进行叠加以生成新的 地图的操作 相同的空间尺度 只能同时叠加两幅地图，但可连续操作 叠加的结果：


几何形状改变 属性改变
8
地图叠加：要素类型
CostPath aGrid.CostPath (distanceGrid, directionGrid, ByZone)
63
分带运算


地带：相同要素或相似要素的单元组 对象：

单一格网：面积、周长、厚度、矩心 两个格网：输入格网，分带格网

统计运算 测度运算
64
ArcView分带运算实现
26
空间量算：形状分析
空间完整性：欧拉数 U = a-b
a：被区域包含的多边形（或岛）；b：由岛组成的区域 U > 0时区域比较完整；U < 0时区域比较破碎
a=0，b=5，U=-5 a=3，b=1，U=2
27
第八讲 栅格数据分析
概论



面向位置的特征，简单且效率高 可在单个单元、单元组、不同单元层登 上进行空间分析操作 不排除矢量数据的分析方法，但算法不 同


联合 相交 层叠加
12
地图叠加操作：联合
OR
=
13
地图叠加操作：相交
AND
=
14
地图叠加操作：层叠加
+
=
[(输入地图) AND (叠加地图)] OR (输入地图)
15
地图叠加：破碎多边形处理


在地图叠加过程中，沿着两个输入地图的共 同边界出现的极小多边形。 原因


数字化 原地图误差 遥感解译 野外调查 设置模糊容差 最小制图单元
点与多边型叠加
输出地图包含输入地图相同的点要素，但 点的属性已为其落入的多边形的属性
1
2
+
A
B
=
1A
2B
9
地图叠加：要素类型

线与多边型叠加
1
+
A
B
=
1A
1B
10
地图叠加：要素类型

多边形与多边型叠加
1 2 1A 1B 2B
+
A
B
=
2A
11
地图叠加操作：ArcView为例


输入地图与叠加地图具有相同的范围， 则输出地图也具有相同的范围。 输入地图与叠加地图范围不同，则依赖 于地图叠加操作方法。 方法
4
3
3.5 1.5
5.7 4.0
B
1
1
2
4
3
5
7
1
6
1.5 2.8 6.7 4.5
A 2 5.5 5.5
1
3
4
4
3.0 3.5 4.0 4.5 5.5 5.7 6.7
3.5 4.0 4.5 5.5 5.5 6.7
61
最小累计成本计算示例
4 3 3.5 1.5 5.7 4.0 B 1 3 3 3 A 1 5 4 5 1 1 8 5 B 7
29
数据分析环境

分析区域范围

特定格网 最大、最小坐标定义的区域 格网组合

联合 相交

掩模格网(mask grid)

输出单元确定
等于或大于输入格网中最大的格网单元
30
掩模格网


把栅格数据分析局限于不含无数据单元 （No Data）的一种格网范围 数据查询和再分类可实现掩模格网
1