第八章GIS空间分析

地理学中的第一条法则，任何事物都与其它事情相关，但是距离近的事物比距离远的关系更大。

Waldo Tobler第八章空间分析导读：空间分析源于60年代地理和区域科学的计量革命，在开始阶段，主要是应用定量（主要是统计）分析手段用于分析点、线、面的空间分布模式。

后来更多的是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。

实际上自有地图以来，人们就始终在自觉或不自觉地进行着各种类型的空间分析。

如在地图上量测地理要素之间的距离、方位、面积，乃至利用地图进行战术研究和战略决策等，都是人们利用地图进行空间分析的实例，而后者实质上已属较高层次上的空间分析。

地理信息系统集成了多学科的最新技术，如关系数据库管理，高效图形算法，插值，区划和网络分析，为空间分析提供了强大的工具，使得过去复杂困难的高级空间分析任务变得简单易行。

目前绝大多数地理信息系统软件都有空间分析功能。

空间分析早已成为地理信息系统的核心功能之一，它特有的对地理信息（特别是隐含信息）的提取、表现和传输功能，是地理信息系统区别于一般信息系统的主要功能特征。

空间分析是对分析空间数据有关技术的统称。

根据作用的数据性质不同，可以分为：（1）基于空间图形数据的分析运算；（2）基于非空间属性的数据运算；（3）空间和非空间数据的联合运算。

空间分析赖以进行的基础是地理空间数据库，其运用的手段包括各种几何的逻辑运算、数理统计分析，代数运算等数学手段，最终的目的是解决人们所涉及到地理空间的实际问题，提取和传输地理空间信息，特别是隐含信息，以辅助决策。

本章介绍GIS中实现空间分析的基本功能，包括空间查询与量算，缓冲区分析、叠加分析、路径分析、空间插值、统计分类分析等，并描述了相关的算法，以及其中的计算公式。

1．空间查询与量算查询和定位空间对象，并对空间对象进行量算是地理信息系统的基本功能之一，它是地理信息系统进行高层次分析的基础。

在地理信息系统中，为进行高层次分析，往往需要查询定位空间对象，并用一些简单的量测值对地理分布或现象进行描述，如长度，面积，距离，形状等。

GIS的核心之一:空间分析■图文第8章GIS基本空间分析空间分析是从空间数据中获取有关地理对象的空间位置、分布、形态、形成和演变等信息的分析技术，是地理信息系统的核心功能之一，它特有的对地理信息的提取、表现和传输的功能，是地理信息系统区别于一般管理信息系统的主要功能特征。

在空间分析的研究和实践中，很多在应用领域具有一定普遍意义的、涉及空间位置的分析手段和方法被总结、提炼出来，形成了在GIS 软件中均包含的一些固有的空间分析功能模块。

这些功能具有一定的通用性质，故而称之为GIS基本空间分析，具体的有叠置分析、缓冲区分析、窗口分析和网络分析。

了解GIS基本空间分析对于进一步掌握复杂空间分析方法，具有一定的指导意义。

8. 1叠置分析叠置分析是地理信息系统中常用的提取空间隐含信息的方法之一，叠置分析是将有关主题层组成的各个数据层面进行叠置产生一个新的数据层面，其结果综合了原来两个或多个层面要素所具有的属性，同时叠置分析不仅生成了新的空间关系，而且还将输入的多个数据层的属性联系起来产生新的属性关系。

其中，被叠加的要素层面必须是基于相同坐标系统的，叠置分析矢量数据叠置分析栅格数据叠置分析图&1叠置分析结构框架基准面相同的、同一区域的数据。

按照GIS中最常用的两种数据结构将叠置分析分成矢量数据叠置分析和栅格数据叠置分析，具体如图8.1。

根据操作形式的不同，叠置分析可以分为图层擦除、交集操作、图层合并等；根据操作要素的不同，可以将矢量数据叠置分析分成点与多边形叠加、线与多边形叠加、多边形与多边形叠加，栅格数据叠置分析分为单层与多层栅格数据叠置分析。

要注意的是这里也要对属性进行一定的操作，所指的属性是较为简单的属性值，但注解属性，尺度属性，网络属性等均不能作为输入的属性值。

8.1.1矢量数据的叠置分析1•点与多边形叠置点与多边形叠置，是指一个点图层与一个多边形图层相叠，叠置分析的结果往往是将其中一个图层的属性信息注入到另一个图层中，然后更新得到的数据图层；基于新数据图层，通过属性直接获得点与多边形叠加所需要的信息。

gis空间分析原理与方法GIS（地理信息系统）是一种以地理空间数据为基础，利用计算机技术进行数据管理、空间分析和空间可视化的系统。

GIS空间分析是GIS系统中最核心和重要的功能之一，它基于地理空间数据，通过一系列的理论和方法，揭示地理现象之间的空间关系和规律。

本文将介绍GIS空间分析的原理和方法。

一、GIS空间分析的原理GIS空间分析的原理包括空间对象和空间关系。

1. 空间对象在GIS中，地理空间数据可以表示为不同的空间对象，如点、线、面等。

每个空间对象都有其特定的几何形状和属性信息。

2. 空间关系空间关系指的是空间对象之间的相对位置和相互作用。

常见的空间关系有邻接关系、包含关系、重叠关系等。

空间关系能够帮助我们理解地理现象之间的联系和相互影响。

二、GIS空间分析的方法GIS空间分析方法包括空间查询、空间统计、空间插值和空间模型等。

1. 空间查询空间查询是根据特定的空间条件，在地理空间数据集中提取与条件匹配的数据信息。

常见的空间查询操作有点查询、线查询和面查询等。

2. 空间统计空间统计是通过对地理空间数据的属性信息进行统计和分析，揭示地理现象的空间分布和规律。

常见的空间统计方法有点密度分析、热力图和聚类分析等。

3. 空间插值空间插值是通过已知的有限样本点，推算未知位置处的属性值。

常见的空间插值方法有反距离加权插值法、克里金插值法和样条插值法等。

4. 空间模型空间模型是对地理现象和过程进行建模和模拟，从而预测和分析未来的空间变化。

常见的空间模型有流域模型、土地利用模型和城市增长模型等。

三、GIS空间分析的应用GIS空间分析在各个领域都有广泛的应用，如城市规划、环境保护、农业管理和风险评估等。

1. 城市规划GIS空间分析可以帮助城市规划师分析和评估不同用地类型之间的空间关系，进行最优用地布局和交通规划。

2. 环境保护GIS空间分析可以用于环境监测和评估，分析污染源的扩散范围和影响程度，制定环境保护措施和应急预案。

一、GIS的空间分析方法？（一）叠置分析(Overlay Analysis)覆盖叠置分析是将两层或多层地图要素进行叠加产生一个新要素层的操作，其结果将原来要素分割生成新的要素，新要素综合了原来两层或多层要素所具有的属性。

也就是说，覆盖叠置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。

覆盖叠置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答用户提出的问题。

（二）网络分析(Network Analysis)对地理网络(如交通网络)、城市基础设施网络(如各种网线、电力线、电话线、供排水管线等)进行地理分析和模型化,是地理信息系统中网络分析功能的主要目的。

网络分析是运筹学模型中的一个基本模型，它的根本目的是研究、筹划一项网络工程如何安排，并使其运行效果最好,如一定资源的最佳分配，从一地到另一地的运输费用最低等。

其基本思想则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。

这类问题在生产、社会、经济活动中不胜枚举，因此研究此类问题具有重大意义。

（1）路径分析（2）地址匹配地址匹配实质是对地理位置的查询，它涉及到地址的编码(Geocode)。

地址匹配与其它网络分析功能结合起来，可以满足实际工作中非常复杂的分析要求。

所需输入的数据,包括地址表和含地址范围的街道网络及待查询地址的属性值。

（3）资源分配资源分配网络模型由中心点(分配中心)及其状态属性和网络组成。

分配有两种方式，一种是由分配中心向四周输出，另一种是由四周向中心集中。

这种分配功能可以解决资源的有效流动和合理分配。

其在地理网络中的应用与区位论中的中心地理论类似。

在资源分配模型中，研究区可以是机能区，根据网络流的阻力等来研究中心的吸引区，为网络中的每一连接寻找最近的中心，以实现最佳的服务。

还可以用来指定可能的区域。

资源分配模型可用来计算中心地的等时区，等交通距离区，等费用距离区等。

可用来进行城镇中心，商业中心或港口等地的吸引范围分析，以用来寻找区域中最近的商业中心，进行各种区划和港口腹地的模拟等。

GIS空间分析原理与方法GIS空间分析是地理信息系统中的一项重要业务，它通过对空间数据的处理和分析，揭示地理现象之间的空间关系和模式，帮助决策者进行科学决策。

在实际应用中，GIS空间分析主要涉及空间数据模型、空间对象关系和空间分析方法三个方面。

一、空间数据模型空间数据模型是GIS空间分析的基础，它描述了在GIS中如何表示和管理地理空间数据。

在空间数据模型中，常用的模型包括向量模型和栅格模型。

向量模型以点、线和面作为基本空间对象，通过记录它们的坐标和属性信息来描述地理对象。

向量模型适合表示形状复杂且几何关系明确的地理实体，如建筑物、道路等。

其中，点对象表示一个位置，线对象表示一条路径，面对象表示一个区域。

向量模型的优点是精度高、适用于复杂的空间关系和拓扑操作；缺点是数据量大，存储和处理复杂。

栅格模型通过将地理空间划分为一个规则的网格单元来表示地理对象，每个网格单元包含高程、属性和坐标信息。

栅格模型适用于描述连续分布的地理数据，如地形、气候等。

栅格模型的优点是数据结构简单，适合于大规模数据的存储和处理；缺点是精度相对较低，不适用于复杂的拓扑关系和空间分析。

二、空间对象关系空间对象关系是指地理实体之间的空间关系，常见的关系包括邻接、包含、相交、接触等。

空间对象关系的研究对于空间分析具有重要意义，它可以帮助我们发现地理现象之间的关联和规律。

邻接关系是指地理实体之间在空间上的直接相连，如一个国家与其邻国之间的关系。

邻接关系可以通过空间查询或空间缓冲区分析来确定。

包含关系是指一个地理实体完全包含另一个地理实体，如一个县完全包含一个乡镇。

包含关系可以通过空间查询和空间缓冲区分析来确定。

相交关系是指地理实体之间在空间上有交集，如两条道路之间的交叉口。

相交关系可以通过空间查询和空间缓冲区分析来确定。

接触关系是指地理实体之间在空间上有接触，但没有重叠，如两个水域之间的接触关系。

接触关系可以通过空间查询和空间缓冲区分析来确定。

gis空间分析【GIS空间分析】GIS空间分析（Geographic Information System）是指利用计算机和特殊软件技术对地理、地貌、地质、水文等地球表层信息进行科学分析和处理的一种技术手段。

它通过空间数据的获取、管理、分析和可视化展示，帮助人们深入了解地理空间关系，从而在地理决策、规划和管理中发挥重要作用。

本文将从GIS空间分析的定义、原理、应用以及未来发展等方面进行探讨，以期给读者对这一领域有一个系统、全面的了解。

一、GIS空间分析的定义GIS空间分析是通过对空间数据进行处理和分析，以实现地理空间信息的获取、提取、融合和展示的一种技术手段。

它结合了计算机科学、地理学、数学和统计学等多学科的知识，通过对地理空间数据进行空间关系、属性关系和统计关系的分析，从而揭示地理空间的内在规律。

GIS空间分析可以对地理空间数据进行分类、查询、计算和模拟，进而为地理决策提供科学支持。

二、GIS空间分析的原理GIS空间分析的原理基于空间数据的统计分析和空间拓扑分析，主要包括以下几个方面：1. 空间统计分析：通过统计学方法对地理空间数据进行描述、分布和变异等分析，揭示地理现象的空间规律。

例如，可以通过点密度分析、缓冲区分析和空间插值等方法，推测出分布在特定区域的事件规律，为决策提供依据。

2. 空间拓扑分析：通过对地理空间数据进行空间关系和拓扑关系分析，揭示地物之间的相互作用和约束关系。

例如，可以使用拓扑关系分析方法，判断道路网的连通性和阻断情况，为交通规划和设施布局提供支持。

3. 空间模拟分析：通过对地理空间数据进行模拟和预测，揭示不同因素对地理现象的影响和变化趋势。

例如，可以使用地理模型和算法，模拟城市扩张、环境变化等情景，并评估不同决策方案的效果。

4. 空间可视化分析：通过将分析结果以图形、图像或动画的形式展示，帮助人们直观地理解和掌握地理空间的特征和规律。

例如，通过空间分析结果的可视化呈现，可以使决策者更好地理解地理现象，从而做出科学决策。

GIS空间分析方法GIS（地理信息系统）空间分析是指利用GIS技术和方法对地理空间数据进行处理和分析的过程。

它包括了对地理空间数据进行统计、计算、模型建立和模拟等操作，旨在揭示地理空间现象的内在规律和相互关系，为决策提供科学依据。

1.点线面分析点线面是地理空间对象的常见形式，点线面分析是GIS空间分析的基础。

点线面分析涉及到对点、线、面要素进行拓扑关系的判定和属性数据分析，以及对点线面的距离测量、方位计算和空间关系的判断等操作。

这些操作可以用于地理空间对象的查找、选择、连接和组织等任务。

2.缓冲区分析缓冲区分析是指在地理空间对象周围建立一个等距离或者等属性值的区域，用于分析地理现象的时空关系。

通过缓冲区分析，可以确定一定距离范围内的地理对象数量、密度和分布情况，从而对资源分配、环境保护和区域规划等问题进行优化和决策。

3.可视化分析可视化分析是将地理空间数据以图形、图像或者动画的形式呈现出来，方便人们对数据进行直观理解和分析的过程。

可视化分析能够将地理空间数据转化为易于理解和记忆的图像，帮助人们发现地理空间模式、趋势和异常现象等信息，从而辅助决策和规划过程。

4.空间插值分析空间插值分析是利用已有的有限样本数据来推测或者估计未知位置上的属性值的方法。

通过空间插值分析，可以对地理现象的分布进行估计和预测，从而为资源管理、环境评价和风险分析等提供重要的参考。

5.空间网络分析空间网络分析是指在地理空间数据之上进行网络建模，进行路径分析和网络优化的方法。

空间网络分析常用于交通规划、物流分配和资源调度等问题的求解，可以帮助人们找到最优路径、确定最佳服务区域和优化交通运输等任务。

综上所述，GIS空间分析方法包括点线面分析、缓冲区分析、可视化分析、空间插值分析和空间网络分析等。

这些方法可以揭示地理空间现象的内在规律和相互关系，为决策提供科学依据，广泛应用于城市规划、环境保护和自然资源管理等领域。

第八章 栅格数据的空间分析栅格数据结构简单、直观，非常利于计算机操作和处理，是GIS 常用的空间基础数据格式。

基于栅格数据的空间分析是GIS 空间分析的基础，也是ArcGIS 的空间分析模块的核心内容。

栅格数据的空间分析主要包括：距离制图、 密度制图、表面生成与分析、单元统计、领域统计、分类区统计、重分类、栅格计算等功能。

ArcGIS 栅格数据空间分析模块（Spatial Analyst ）提供有效工具集，方便执行各种栅格数据空间分析操作，解决空间问题。

本章将对ArcGIS 中栅格数据空间分析的各模块从原理上和实现上作详细的说明，并附以具体实例，引导读者更好的应用。

8.1 设置分析环境基于ArcGIS 进行空间分析首先要设置分析环境。

分析环境的设置会一定程度地影响空间分析结果。

它主要包括工作目录的选择、栅格单元大小的设定、分析区域的选定、坐标基准的配准模式、分析过程文件的管理等。

本节将逐一对各分析环境的设置作详细说明。

8.1.1工作路径缺省情况下分析结果将自动保存在操作系统的默认路径下，如c:\...\temp 。

当然，通过栅格空间分析模块中的Option 选项的设置，可以指定新的所有分析结果的默认存放位置。

图8.1 设置工作路径1． 单击Spatial Analyst 菜单下的Option 命令，打开Option 对话框。

2． 在弹出的Option 对话框中选择General 标签（图8.1）；3． 在Working 栏中指定存放路径；4． 点击确定按钮。

8.1.2 栅格大小此处栅格大指分析过程中系统默认的栅格数据的栅格单元大小（Cell Size ），也有人把它称为分析解析度。

栅格数据的空间分析就是在每一个栅格单元的基础上进行的。

如果单元过大则分析结果精确度降低，如果单元过小则会产生大量的数据，而且计算速度降低。

所以需要选择合适的单元大小。

可以通过如下方式来设置：1. 单击Spatial Analyst 菜单下的Option 命令，打开Option 对话框。