第五章 空间分析原理与方法 PPT
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空间分析
10
Hale Waihona Puke 何中心的计算XG X
i
i
n
YG
Y
i
i
n
X,Y 分别是多边形顶点坐标；n 为顶点数； XG,YG 为多边形的重心，也称质心。 注意重心不一定在多边型内。
11
7.3 空间数据的查询分析
空间数据的查询是GIS最基本、最重要的功能之一。 空间数据查询的实质是找出满足属性约束条件和空间 约束条件的地理对象。通常属性约束条件用带有比较 运算符的逻辑表达式描述。 GIS中用户的很多问题可通过查询解决，查询还能派 生新数据。空间数据的查询涉及到空间数据模型、空 间数据拓扑关系、空间索引等。
3
2、按空间数据特征看GIS空间分析分类
1) 空间数据的空间特性分析 空间位置分析：指通过空间坐标系中坐标值来确定空间 物体的地理位置。 空间分布分析：空间分布反映了同类空间物体的群体定 位信息。 空间形态分析：空间形态反映了空间物体的几何特征， 包括形态表示和形态计算两个方面。前者如走向、连通 性等，后者如面积、周长、坡度。 空间关系分析：空间关系反映空间物体之间的各种关系， 如方位关系、距离关系、拓扑关系、相似关系等。 2) 空间数据的非空间特性分析 主要是基于数据库的统计分析。
根据点在多边形内的条件,判别每个点在哪个多边形内 形成和多边形联合的属性表
点 1 2 3 属性 多边形 A B C 属性1 属性2
*1 *2 *4
*3
4
D
点 1 2 3 4 多边形 A D C B
24
点属性 面属性1 面属性2
A B
D C
这一功能常用于城市中各种服务设施分布情况的分析。
1）点与多边形的叠合
空间数据的叠置在图层间进行，叠置图层其投影方式、比 例尺必需一致、进行配准，使同一地区的轮廓线必需相同。
空间分析的原理和方法
DEM的表示方法 某地区地表高程的变化可用多种方法模拟。用数学 定义的表面或点、线影像都可用来表示DEM。 数学分块法 数学方法拟合表面时需依靠连续的三维函数，连续 的三维函数能以高平滑度表示复杂表面。局部 拟合法是将复杂表面分成正方形像元，或面积 大致相同的不规则形状小块，根据有限个离散 点的高程，可得到拟合的DEM。 图形法 线模式：表示地形的最普通线模式是一系列描 述高程曲线的等高线。地图（有等高线）便是 数字地面模型的现成数据源，用扫描仪在这些 图上自动获取DEM数据方面已做了许多工作。 • 另外是根据各局部等值线上的高程点，通过插 值公式计算各点的高程，得到DEM。
V5
e5
e6
e1 V2 V1 V2 V3 V4 V5
v1 0 v2 1 D (G ) v3 1 v4 1 v5 1 1 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0
e3
e4 V3
e2
v1 v2 D (G ) v3 v4 v5
• 坡度图与坡向图：坡度定义为水平面与局部地表之 间的正切值。它包含两个成分：斜度——高度变化 的最大比率(常称为坡度)；坡向——变化比率最大 值的方向。这两个因素基本上能满足环境科学分析 的要求。 • 地貌晕渲图：制图工作者用一种“阴影立体法”表 示地表形状即地貌晕渲法。有了DEM，地貌晕渲图能 自动精确地实现。
距离
O
A
B
C
P
视线平面投影
通视剖面图
第二节
空间叠合分析
一、什么是空间叠合分析？是指在统一空间参照系统条件 下，每次将同一地区两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。
空间分析的原理与方法
B
21
……
C
32
……
C
43
……
C
…… …… …… ……
线与多边形叠加分析
2019年8月21日2时34分
34
《地理信息系统》
多边形与多边形的叠合分析 多边形与多边形的叠合分析是指将两个不同 图层的多边形要素相叠合，产生一个新的多 边形图层的操作，其结果将原来多边形要素 分割成新要素，新要素综合了原来所有叠加 图层的属性。
2019年8月21日2时34分
28
《地理信息系统》
计算多边形对点的包含关系，即判断点落在哪 个多边形内。
进行属性数据处理。最简单的方式是将多边形 属性信息叠加到其中的点上（或将点的属性叠 加到多边形上，用于标识该多边形）。
通过叠加可以计算出每个多边形类型里有多少 个点，以及这些点的属性信息。
他在绘有霍乱流行地区所有道路、房屋、饮用 水机井等内容的1：6500比例尺地图上，标出 了每个霍乱病死者的住家位置，得到了霍乱病 死者居住分布图。
2019年8月21日2时34分
3
《地理信息系统》
斯诺博士分析了这 张分布图，马上明 白了霍乱病源之所 在－－死者住家都 集中于饮用“布洛 多斯托”井水的地 方及周围。
25
《地理信息系统》
根据采用的数据结构的不同分
基于矢量数据的叠合分析
根据叠合对象图形特征的不同，分为
点与多边形的叠合 线与多边形的叠合 多边形与多边形的叠合
算法复杂，但数据 量小、精度较高。
基于栅格数据的叠合分析
算法简单， 但数据量大。
2019年8月21日2时34分
26
《地理信息系统》
2019年8月21日2时34分
第5章_空间分析原理
第三节 邻域分析
概念: 根据指定的目标信息检查邻近区域内的 目标信息，或从邻近区域的目标信息中进一步 分析特定的目标信息。
一、 泰森多边形分析
定义: 设平面上有n 个互不重叠的离散数据点， 则其中的任意一个离散数据点Pi都有一个邻近 范围Bi，在Bi中的任一个点同Pi点之间的距离 小于它同其它离散数据点之间距离。Bi是一个 不规则多边形，称为泰森多边形。
三、叠加分析 (spatial overlay analysis)
叠加分析: 叠加形成一新的目标，对空间区域 重新划分，属性数据中包含了参加叠加的多种 数据项。
分栅格叠加和矢量叠加。栅格叠加得到新的栅 格属性，而矢量叠加得到包括新的空间特性和 属性关系。
拓扑叠加产生伪多边形，可指定容差值消除。 栅格叠加组合数量很大，需进行条件叠加。 分条件叠加和无条件叠加。无条件叠加也称全叠
(8)自动采集
自动采集方法按照像片上的规则格网利用数 字影像匹配进行数据采集。全数字化摄影测 量系统在市场上已有比较成熟的产品。优点 是自动化，不需太多的干预。但是在生成 DEM 时 需 要 采 集 地 貌 特 征 点 线 ， 才 能 保 证 DEM的高保真度。
返回
2 地形图数据采集方法
对地形图要素进行数字化处理，再内插DEM。 半自动扫描数字化技术已成为地图数字化的主 流。
[1]在地表突变邻近区域内的采样数据有较高的 冗余度；
[2]跟踪路径长，效率低。
(5)选择性采样
根据地形特征进行选择性的采样，例如沿山脊 (谷)线、特征点(如山顶点)等进行采集。优点: 只需以少量的点便能使其所代表的地面具有足 够的可信度。缺点：它需要进行大量内插，采 样效率不高，不便于自动采样和快速采样。
1．点、线和面状图之间复合 通过点、线和面状图之间相互复合。寻求特征
第五章 GIS空间分析原理与方法
距名牌高中在750米之内图层school
距名胜古迹500米之内，环境优雅图层famous
离主要交通要道200米之内图层street
空间操作
属性赋值 （1）分别打开market 、school、famous图层， 分别添加market、school、famous字段，并全部 赋值为1 （2）打开street图层，添加st字段，赋值为-1
点与多边形的叠合（
point-in-polygon overlay ）
包含点的图层与包含多边形的图层 判断点包含在哪一个多边形里面，从而为点设置新的多 边性属性
点与多边形叠合 示例
1
2 3 4
ID 1 2 3 4
ID
city_name 南京 苏州 上海 杭州
空间操作
区域叠加 对market、school、famous和street图层进行 union叠加步骤为如下
包含线的图层与包含多边形的图层 判断线包含在哪一个多边形里面，从而为线设置新的多 边性属性
线与多边形叠合 示例
1 3 2 ID road_name length
1 2 3
ID
沪宁高速 沪杭高速 宁杭高速
400 380 330
province_name 江苏
1 3
函数运算 算术运算（arithmetic）、三角函数 （trigonometric）、对数函数（logarithms）、 幂函数（powers） 统计运算
栅格叠合分析实例
空间操作
叠合方式的选择？ market图层、school图层进行intersect操作得到 insctms图层，再将insctms图层与Famous图层进 行inersect叠合操作，得到insctmsf图层 最后将insectmsf图层与street图层进行erase叠 合操作，得到所需结果
第五章 2空间分析的原理与方法 空间叠合分析
Clip裁剪:输出层按一个图层的边界，对另一个图层的内容要 素进行截取后的结果
Update更新:输出层为一个经过删除处理后的图层与一个 新特征图层进行合并后的结果
空间联合
Union合并 Intersect相交 Identity识别 Erase擦除
属性表发生变化
要素提取 图层更新
Clip裁剪 Update更新
基于矢量数据的叠合分析
2 4 3 5 A B 2B 1B
1A 3A 2A 4A 4B
1
3B
5B
降雨量
土壤类型
适宜农作物
基于栅格数据的叠合分析
基于栅格数据的叠合分析
矢量
栅格化
二值化
逻辑运算
结果
实例
坡度图
河流图
Cost=River+Slope
成本图
修建公路的成本图
Legend
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
复习题
空间叠合分析的概念？及其用途？
B C C A C
A
2 3
B
C A
4
1
3 5
B
2
4 5
消防服务区和地铁线的叠加分析
2.1.3 多边形与多边形的叠加分析
多边形与多边形的叠加是指将两个不同图层的多边形 要素叠合，产生新的多边形要素，以解决地理变量的多准 则分析、区域多重属性的模拟分析、地理特征的动态变化
分析、区域信息提取等。
叠合后产生输出新图层的属性信息与原多边形的继承 关系，要根据叠加的不同方式而定。
数据分层组织是叠合分析的基础 分层可以用矢量数据结构点线面表示，也 可以用栅格数据结构表示
第五章 空间分析的原理与方法
方法：
在任意两点间先生成一条剖面线 再在两点间形成一条直线， 判断该直线与剖面线有交点
判断
可以通视
不可以通视
B
A
5.2 空间叠合分析
一、基本概念 定义：指在相同的空间坐标 系统条件下，将同一地区两 个不同地理特征的空间和属 性数据数据重叠相加，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。 目的：用于搜索同时具有几 种地理属性的分布区域。
Di x y z
2 i 2 i
2 i
（三）地表粗糙度计算
定义：地表粗糙度是反映地表起伏变化与侵蚀 程度的指标。一般定义为地表单元曲面面积与 投影面积之比。 一般用对角顶点连线中点的高差来表示粗糙度。
1 Ri, j D zi 1, j 1 zi , j zi , j 1 zi 1, j 2
2）间接采集。在地形图上通过对等高线数字化，并 进行插值计算或按网格单元直接量算而获得。
数字高程模型的应用
提取等高线， 进行地形制图
制作正射 影像地图
数字高程模型 在地学分析的 应用
为地学综合分析提供 高程、坡度、坡向等 基本分析因子
数字正射影像图：是对遥感数字影像，经逐像元进行投影差改正、镶 嵌，按国家基本比例尺地形图图幅范围剪裁生成的数字正射投影影像 数据
z
y
Pi , j
Pi 1, j
nij b
Pi 1, j 1
a
i+1,j
Pi , j 1
dy
i+1,j+1
i,j
O
dx
i,j+1
x
ni , j a b
ni , j
地理信息系统原理第五章 空间分析与建模5.2
（1）每个区域单元的LISA，是描述该区域单元周围 显著的相似值区域单元之间空间集聚程度的指标；
（2）所有区域单元LISA的总和与全局的空间联系指 标成比例。
星蓝海学习网
LISA包括局部Moran指数（local Moran index） 和局部Geary指数（local Geary index），下面重 点介绍和讨论局部Moran指数。
i
j
星蓝海学习网
✓对统计量的检验与局部Moran指数相似，其检验值为
Z
Gi ) VAR(Gi )
✓显著的正值表示在该区域单元周围，高观测值的区域单元趋 于空间集聚，而显著的负值表示低观测值的区域单元趋于空 间集聚，与Moran指数只能发现相似值(正关联)或非相似性 观测值(负关联)的空间集聚模式相比，具有能够探测出区域 单元属于高值集聚还是低值集聚的空间分布模式。
为什么要用空间统计分析？
✓空间统计分析，其核心就是认识与地理位置相关的数据间的空间 依赖、空间关联或空间自相关，通过空间位置建立数据间的统计 关系。
✓空间统计分析的任务，就是运用有关统计方法，建立空间统计模 型，从凌乱的数据中挖掘空间自相关与空间变异规律。
星蓝海学习网
为什么要用空间统计分析？
空间数据分析与传统统计分析主要有两大差异：
Tobler， W. R. (1970). "A computer movie simulating urban growth in the Detroit region". Economic Geography， 46(2): 234-240.
Waldo Tobler（born in 1930） receiving a plaque for his contributions to geography. On the event of his November 2000 birthday.
（2）所有区域单元LISA的总和与全局的空间联系指 标成比例。
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i
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✓对统计量的检验与局部Moran指数相似，其检验值为
Z
Gi ) VAR(Gi )
✓显著的正值表示在该区域单元周围，高观测值的区域单元趋 于空间集聚，而显著的负值表示低观测值的区域单元趋于空 间集聚，与Moran指数只能发现相似值(正关联)或非相似性 观测值(负关联)的空间集聚模式相比，具有能够探测出区域 单元属于高值集聚还是低值集聚的空间分布模式。
为什么要用空间统计分析？
✓空间统计分析，其核心就是认识与地理位置相关的数据间的空间 依赖、空间关联或空间自相关，通过空间位置建立数据间的统计 关系。
✓空间统计分析的任务，就是运用有关统计方法，建立空间统计模 型，从凌乱的数据中挖掘空间自相关与空间变异规律。
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为什么要用空间统计分析？
空间数据分析与传统统计分析主要有两大差异：
Tobler， W. R. (1970). "A computer movie simulating urban growth in the Detroit region". Economic Geography， 46(2): 234-240.
Waldo Tobler（born in 1930） receiving a plaque for his contributions to geography. On the event of his November 2000 birthday.
空间分析原理与应用：第五章 空间回归分析
5.2.2 总体回归函数
例子：不同家庭收入水平下的学生数学SAT成绩
家庭年收入与数学S.A.T分数
总体回归函数PRF
E(Y | X i ) B1 B2 X i
(2-1)
Y的条件期望，可简写为E(Y)
B1和B2是参数(parameters)，也称回归系数 (regression coefficients)。
ui
.....................
ui
ui
uj
.............................
uj
.
. . ..
........................
uj
a)
b)
c)
无自相关假定表明随机扰动项ui是纯随机的。
• 自相关的性质：
自相关：在时间（如在时间序列数据中）或者空间 （如在横截面数据中）按顺序所列观察值序列
假定3.3 给定Xi，随机扰动项的期望为零。即
Eu | X i 0
假定3.4 同方差假定，即
Varui 2
假定3.5 无自相关假定，即
cov
u i
,u
j
0
i j
假定3.6 回归模型是正确设定的。即实证分析的
模型不存在设定误差或设定错误。
扰动项的条件分布
同方差和异方差的对比
自相关
例如：中国的国内生产总值与印度的人口之间具 有较强的相关性（相关系数较高），因为二者都以较 快的速度增长，但显然二者之间不具有因果关系。
回归分析的应用
（1）通过已知变量的值来估计应变量的均值 （2）根据经济理论建立适当的假设并对其进行检 验 （3）根据自变量的值对应变量的均值进行预测 （4）上述多个目标的综合
地理信息系统概论全套ppt课件
(2学时) (6学时)
9
▪ 第3章 空间数据的处理
§3.1 空间数据的坐标变换 §3.2 空间数据结构的转换 §3.3 多源空间数据的融合 §3.4 空间数据的压缩与综合 §3.5 空间数据的内插方法 §3.6 图幅数据边沿匹配处理
(6学时)
▪ 第4章 地理信息系统空间数据库 (8学时)
§4.1 空间数据库概述
▪ 初步具有应用GIS技术开展地学研究的能力，包
括地学应用模型的构建，应用型GIS的设计，主
要GIS软件系统的使用和评价等。
7
教学内容与学时分配
内容分八章，由课堂讲授和上机实习 两大教学环节组成 ，总学时为80学时， 具体安排如下： ▪ 课堂教学(52学时) ▪ 上机实习(28学时)
8
课堂教学（52学时）
▪ 第6章 地理信息系统的应用模型
§6.1 GIS应用模型概述 §6.2 适宜性分析模型 §6.3 发展预测模型 §6.4 位址选择模型
(10学时) (8学时)
11
§6.5 交通规划模型 §6.6 地学模拟模型 §6.7 专家系统概述
▪ 第7章 地理信息系统的设计与评价 (6学时)
§7.1 GIS设计概述 §7.2 地理信息系统的设计 §7.3 地理信息的标准化 §7.4 地理信息系统的评价
▪ GIS是一门实践性很强的学科
因此，要重视技能训练，重点掌握ArcInfo等基 础GIS软件的操作和使用。
▪ GIS是一门迅速发展中的学科
因此，要经常阅读有关的文献资料，掌握GIS学
科的发展趋势，努力更新自己的知识，不断提高自
己的能力。
6
基本要求
本课程旨在使学生掌握地理信息系统的基本原
理、技术方法和实际应用，了解其主要应用领域和 发展方向，并为从事GIS的地理学应用和应用型地理 信息系统的开发奠定基础。具体要求如下：
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
• 空间分析的概念 空间分析是基于空间数据的分析技术，它以地
学原理为依托，通过分析算法，从空间数据中获 取有关地理对象的空间位置、空间分布、空间形 态、空间形成和空间演变等信息。
• 按照Goodchild提出的空间分析框架，空间分析 分为
– 产生式分析(product mode) DEM分析、叠合分析、缓冲区分析、网络分析
第一节 数字地形模型分析
• 从维度来说，DEM是2.5维的数据 • • 2D：X,Y相互独立 • • 2.5D：Z=f(X,Y)
3D：X,Y,Z相互独立
第一节 数字地形模型分析
• DEM的研究内容：
第一节 数字地形模型分析
• DEM研究的主要内容： • 数据采集方法 • 空间数据内插技术 • 空间数据组织和管理 • 空间分析理论与方法
第五章 空间分析的原理与方法
• 1 数字地形模型分析 • 2 空间叠合分析 • 3 空间缓冲区分析 • 4 空间网络分析
GIS基本功能
数据采集 与输入
数据编辑 与更新
GIS能作 什么？
数据显示 与输出
数据存储 与管理
空间查询 与分析
… …
空间查 询 叠合分 析
缓冲区分 析
地形分 析
网络分 析
空间分析概述
– 咨询式分析(query mode) 集合分析、查询分析
空间分析概述
❖ 根据空间数据的形式将空间分析分为： 矢量数据空间分析 栅格数据空间分析
第一节 数字地形模型分析
• 数字地形模型：地形的数字化表达，Miller 于1956年为了自动设计高速公路提出。
• 定义：对二维地理空间上具有连续变化特 征地理现象的模型化表达和过程模拟。简 单地说，空间起伏连续变化现象的数字化 表达和分析工具的集合。
Input A
• 点变换方法 • 区域变换方法 • 邻域变换方法
Input B Output
基于矢量数据的叠合分析
• 点与多边形的叠合 • 线与多边形的叠合 • 多边形与多边形的叠合
点与多边形的叠合（ point-in-polygon overlay ）
• 包含点的图层与包含多边形的图层 • 判断点包含在哪一个多边形里面，从而为点设置新的多边
3
线与多边形叠合 结果
1
1 2 6
2
35
3
4
1
2 6
5
3
4
多边形与多边形叠合（ polygon-on-polygon overlay ）
• 两个多边形图层的比较分析（图形和属性），将两个不同 的多边形空间特征数据相重叠，产生新的多边形特征数据， 用以解决地理变量的多准则分析、区域多重属性的分析， 地理特征的动态变化分析，以及图幅要素更新、区域信息 提取等
第二节 空间叠合分析
• 叠置分析的基本条件： 1：参加叠置分析的不同数据层的地理范围 必须是一致的 2：参与叠置分析的多层面数据必须有效 匹配（投影、坐标系、元数据参数） 3：参与叠置分析分析模型和数据必须有 效匹配
第二节 空间叠合分析
• 空间叠合分析（Spatial Overlay analysis）： 又称叠加分析、叠置分析，在统一空间参 照系统条件下，每次将同一地区两个地理 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。
示，来反映地表单元网格各顶点高程变化的指标。 • （五）谷脊特征分析 • 沟谷密度：沟谷总长度与地表单元面积之比。 • 沟谷深度值：地表单元内几个谷点切割深度的均值
第一节 数字地形模型分析
• 二、地形剖面线的计算 • 地形剖面线：从一个点出发到另一个点的
地形变化情况。 • 方法：通过DEM得到，运用插值算法在剖
• 基于栅格数据结构的叠合分析
– 参与分析的两个图层均为栅格数据 – 优点：运算过程比较简单 – 缺点：数据量大
第二节 空间叠合分析
• 栅格叠合分析：
• 两个或多个相同地区栅格图层
• 相同的栅格单元大小
• 不同图层间对应栅格进行运算
• 运算结果生成新的栅格图层
• 目的是产生新的空间信息 • 又称为“地图代数”
性属性
点与多边形叠合 示例
1 2 3
4
1 2
3
点与多边形叠合 结果
1
12
3
2 34
1 2 3
4
线与多边形的叠合（ line-in-polygon overlay ）
• 包含线的图层与包含多边形的图层 • 判断线包含在哪一个多边形里面，从而为线设置新的多边
性属性
线与多边形叠合 示例
1 3
2
1 2
• 多边形叠合分析通常有以下五种叠合方式： – 合并(Union) – 相交( Intersect) – 一致( Identity) – 相减( Erase) – 更新( Update)
• 空间合成叠合 • 空间统计叠合
空间合成叠合
• 用于搜索同时具有几种地理属性的分布区 域，或对叠合后产生的多重属性进行新的 分类。
空间统计叠合
• 用于提取某个区域范围内某些专题内容的 数量特征。
第二节 空间叠合分析
• 基于矢量数据结构的叠合分析
– 参与分析的两个图层均为矢量数据 – 优点：数据量小 – 缺点：运算过程比较复杂
第一节 数字地形模型分析
• 一、地形因子计算 • （一）坡度和坡向的计算 • 坡度：局部地表面与水平面之间的夹角。 • 坡向：最大高程变化率所在的方向。 • 计算坡度、坡向方法包括：空间矢量分析
法、拟合曲面法
❖大家应该也有点累了，稍作休息
❖大家有疑问的，可以询问
第一节 数字地形模型分析
• （二）曲面面积的计算 • 两种方法：矢量法和三角形求和法 • （三）地表粗糙度的计算 • 粗糙度：地表单元曲面面积与投影面积之比。 • （四）高程及变异分析 • 平均高程：地表单元网格四个顶点的高程平均值。 • 高程变异：以网格单元顶点的标准差与平均高程的比值表
面的两点间插值出相应的• 三、DEM的通视分析 • 实现方法：在任意两点间生成剖面线，在
需要分析的两点间画直线，若直线与剖面 线有交点则不能通视，无交点则判断这两 点是否高于剖面线的高程。
第二节 空间叠合分析
• 问题的提出： • 地学多因子分析的需要
在实际问题中，往往需要将地学现象分解 为许多单个的因子分别研究。例如，将自 然地理要素分解为地质、地貌、水文、气 象、生物，土壤等，但在研究实际问题又 需要选取其中的几项进行研究。
学原理为依托，通过分析算法，从空间数据中获 取有关地理对象的空间位置、空间分布、空间形 态、空间形成和空间演变等信息。
• 按照Goodchild提出的空间分析框架，空间分析 分为
– 产生式分析(product mode) DEM分析、叠合分析、缓冲区分析、网络分析
第一节 数字地形模型分析
• 从维度来说，DEM是2.5维的数据 • • 2D：X,Y相互独立 • • 2.5D：Z=f(X,Y)
3D：X,Y,Z相互独立
第一节 数字地形模型分析
• DEM的研究内容：
第一节 数字地形模型分析
• DEM研究的主要内容： • 数据采集方法 • 空间数据内插技术 • 空间数据组织和管理 • 空间分析理论与方法
第五章 空间分析的原理与方法
• 1 数字地形模型分析 • 2 空间叠合分析 • 3 空间缓冲区分析 • 4 空间网络分析
GIS基本功能
数据采集 与输入
数据编辑 与更新
GIS能作 什么？
数据显示 与输出
数据存储 与管理
空间查询 与分析
… …
空间查 询 叠合分 析
缓冲区分 析
地形分 析
网络分 析
空间分析概述
– 咨询式分析(query mode) 集合分析、查询分析
空间分析概述
❖ 根据空间数据的形式将空间分析分为： 矢量数据空间分析 栅格数据空间分析
第一节 数字地形模型分析
• 数字地形模型：地形的数字化表达，Miller 于1956年为了自动设计高速公路提出。
• 定义：对二维地理空间上具有连续变化特 征地理现象的模型化表达和过程模拟。简 单地说，空间起伏连续变化现象的数字化 表达和分析工具的集合。
Input A
• 点变换方法 • 区域变换方法 • 邻域变换方法
Input B Output
基于矢量数据的叠合分析
• 点与多边形的叠合 • 线与多边形的叠合 • 多边形与多边形的叠合
点与多边形的叠合（ point-in-polygon overlay ）
• 包含点的图层与包含多边形的图层 • 判断点包含在哪一个多边形里面，从而为点设置新的多边
3
线与多边形叠合 结果
1
1 2 6
2
35
3
4
1
2 6
5
3
4
多边形与多边形叠合（ polygon-on-polygon overlay ）
• 两个多边形图层的比较分析（图形和属性），将两个不同 的多边形空间特征数据相重叠，产生新的多边形特征数据， 用以解决地理变量的多准则分析、区域多重属性的分析， 地理特征的动态变化分析，以及图幅要素更新、区域信息 提取等
第二节 空间叠合分析
• 叠置分析的基本条件： 1：参加叠置分析的不同数据层的地理范围 必须是一致的 2：参与叠置分析的多层面数据必须有效 匹配（投影、坐标系、元数据参数） 3：参与叠置分析分析模型和数据必须有 效匹配
第二节 空间叠合分析
• 空间叠合分析（Spatial Overlay analysis）： 又称叠加分析、叠置分析，在统一空间参 照系统条件下，每次将同一地区两个地理 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。
示，来反映地表单元网格各顶点高程变化的指标。 • （五）谷脊特征分析 • 沟谷密度：沟谷总长度与地表单元面积之比。 • 沟谷深度值：地表单元内几个谷点切割深度的均值
第一节 数字地形模型分析
• 二、地形剖面线的计算 • 地形剖面线：从一个点出发到另一个点的
地形变化情况。 • 方法：通过DEM得到，运用插值算法在剖
• 基于栅格数据结构的叠合分析
– 参与分析的两个图层均为栅格数据 – 优点：运算过程比较简单 – 缺点：数据量大
第二节 空间叠合分析
• 栅格叠合分析：
• 两个或多个相同地区栅格图层
• 相同的栅格单元大小
• 不同图层间对应栅格进行运算
• 运算结果生成新的栅格图层
• 目的是产生新的空间信息 • 又称为“地图代数”
性属性
点与多边形叠合 示例
1 2 3
4
1 2
3
点与多边形叠合 结果
1
12
3
2 34
1 2 3
4
线与多边形的叠合（ line-in-polygon overlay ）
• 包含线的图层与包含多边形的图层 • 判断线包含在哪一个多边形里面，从而为线设置新的多边
性属性
线与多边形叠合 示例
1 3
2
1 2
• 多边形叠合分析通常有以下五种叠合方式： – 合并(Union) – 相交( Intersect) – 一致( Identity) – 相减( Erase) – 更新( Update)
• 空间合成叠合 • 空间统计叠合
空间合成叠合
• 用于搜索同时具有几种地理属性的分布区 域，或对叠合后产生的多重属性进行新的 分类。
空间统计叠合
• 用于提取某个区域范围内某些专题内容的 数量特征。
第二节 空间叠合分析
• 基于矢量数据结构的叠合分析
– 参与分析的两个图层均为矢量数据 – 优点：数据量小 – 缺点：运算过程比较复杂
第一节 数字地形模型分析
• 一、地形因子计算 • （一）坡度和坡向的计算 • 坡度：局部地表面与水平面之间的夹角。 • 坡向：最大高程变化率所在的方向。 • 计算坡度、坡向方法包括：空间矢量分析
法、拟合曲面法
❖大家应该也有点累了，稍作休息
❖大家有疑问的，可以询问
第一节 数字地形模型分析
• （二）曲面面积的计算 • 两种方法：矢量法和三角形求和法 • （三）地表粗糙度的计算 • 粗糙度：地表单元曲面面积与投影面积之比。 • （四）高程及变异分析 • 平均高程：地表单元网格四个顶点的高程平均值。 • 高程变异：以网格单元顶点的标准差与平均高程的比值表
面的两点间插值出相应的• 三、DEM的通视分析 • 实现方法：在任意两点间生成剖面线，在
需要分析的两点间画直线，若直线与剖面 线有交点则不能通视，无交点则判断这两 点是否高于剖面线的高程。
第二节 空间叠合分析
• 问题的提出： • 地学多因子分析的需要
在实际问题中，往往需要将地学现象分解 为许多单个的因子分别研究。例如，将自 然地理要素分解为地质、地貌、水文、气 象、生物，土壤等，但在研究实际问题又 需要选取其中的几项进行研究。