22 空间分析的原理与方法-三维分析

GIS空间分析原理与方法学院：资源与环境学院专业：地理信息系统班级：2011010班姓名：李松青学号：201101014GIS空间分析原理与方法地理信息系统是地理空间数据处理、分析的重要手段和平台。

在计算机软硬件的支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。

地理信息系统的核心是功能是空间分析。

空间分析使GIS超越一般空间数据库、信息系统和地图制图系统，不仅能进行海量空间数据中隐藏的模式、关系和趋势，挖掘出对科学决策具有指导意义的信息，从而解决复杂的地学应用问题，进行地学综合研究。

以下是对本册内容的总结：第一章地理空间数据源分析与GIS本章简要回顾了20世纪50年代以来地理空间数据处理与建模领域，探讨了GIS 环境下空间分析的基本框架。

1.地理空间数据处理与建模1.1数量地理学讲述了数量地理学的发展、与传统地理学的比较及其地理分析模拟方法（地理系统分析，随机数学方法，地理系统数学模拟）。

1.2 地理信息系统主要介绍了GIS的概念与功能1.3 地理计算介绍了地理计算的概念与地理计算的模型和方法2.地理空间数据挖掘2.1 地理空间数据挖掘概述介绍了数据挖掘的概念、发展及其体系结构2.2 地理空间数据立方体介绍了数据立方体的基本思想与数据立方体概念所涉及的维度类型（非空间维度，空间-非空间维度，空间-空间维度），度量值（数值度量，空间度量）和成员属性2.3 联机分析处理技术介绍了OLAP概念以及与地理空间数据立方体的关系。

2.4 地理空间数据挖掘典型方法地理空间数据挖掘主要方法有：地理空间统计方法，地理空间聚类方法，地理空间关联分析，地理空间分类与预测分析，异常值分析3.GIS环境下的空间分析3.1 空间分析概念介绍了空间分析的概念与本质特征，空间分析的研究对象与目标3.2 空间分析的萌芽与发展介绍了空间分析的发展过程3.3 GIS与空间分析介绍了GIS与空间分析的关系以及地理信息系统未能大量引入专业空间分析模块的原因。

《GIS空间分析原理与方法》期末复习资料第一章地理空间数据分析与GIS1、什么是地理空间数据分析？它是通过研究地理空间数据及其相应分析理论、方法和技术，探索、证明地理要素之间的关系，揭示地理特征和过程的内在规律和机理，实现对地理空间信息的认知、解释、预测和调控。

2、什么是地理系统数学模拟？其模拟的一般过程是？建立地理系统数学模型的过程称为地理系统的数学模拟（简称地理模型）。

地理系统数学模拟的一般过程是：①从实际的地理系统或其要素出发，对空间状态、空间成分、空间相互作用进行分析，建立地理系统或要素的数学模型；②经验检查，若与实际情况不符，则要重新分析，修改模型；若大致相符，则选择计算方法，进行程序设计、程序调试和上机运算，从而输出模型解；③分析模型解，若模型解出错，则修改模型；若模型解正确，则对成果进行地理解释，提出切实可行的方案。

3、地理空间数据挖掘的体系结构？地理空间数据挖掘是数据挖掘的一个研究分支，其实质是从地理空间数据库中挖掘时空系统中潜在的、有价值的信息、规律和知识的过程，包括空间模式与特征、空间与非空间数据之间的概要关系等。

地理空间数据挖掘的体系结构由以下四部分组成：（1）图形用户界面（交互式挖掘）；（2）挖掘模块集合；（3）数据库和知识库（空间、非空间数据库和相关概念）；（4）空间数据库服务器（如ESRI/Oracle SDE，ArcGIS以及其他空间数据库引擎）。

4、什么是地理空间数据立方体？地理空间数据立方体是一个面向对象的、集成的、以时间为变量的、持续采集空间与非空间数据的多维数据集合，组织和汇总成一个由一组维度和度量值定义的多维结构，用以支持地理空间数据挖掘技术和决策支持过程。

5、地理空间统计模型的分为几类，它们的定义分别是什么？地理空间统计模型大致可分为三类：地统计、格网空间模型和空间点分布形态。

（1）地统计：是以区域化变量理论为基础，以变差函数为主要工具，研究空间分布上既具有随机性又具有结构性的自然现象的科学。

第九章三维分析相当长的一段时间里，由于GIS理论方法及计算机软硬件技术所限，GIS以描述二维空间为主，同时发展了较为成熟的基于二维空间信息的分析方法。

但是将三维事物以二维的方式来表示，具有一定的局限性。

在以二维方式描述一些三维的自然现象时，不能精确地反映、分析和显示有关信息，致使大量的三维甚至多维空间信息无法加以充分利用。

随着GIS技术以及计算机软硬件技术的进一步发展，三维空间分析技术逐步走向成熟，成为GIS空间分析的重要内容，成为传统二维分析理论与方法的有益补充。

三维空间分析相比二维分析，更注重对第三维信息的分析。

基于高程信息的三维分析主要包括三维几何参数计算、地形因子提取、地表类型分类、通视性分析、地形剖面图绘制、地形三维可视化等。

第三维信息也可以是如降雨量、温度等，进一步扩展了三维分析的应用领域。

ArcGIS具有一个能为三维可视化、三维分析以及表面生成提供高级分析功能的扩展模块3D Analyst，可以用它来创建动态三维模型和交互式地图，从而更好地实现地理数据的可视化和分析处理。

3D Analyst扩展模块的核心是ArcScene应用，它可以更加高效地管理三维GIS数据、进行三维分析、创建三维要素以及建立具有三维场景属性的图层。

例如，可以把平面二维图形突出显示成三维结构、线生成墙、点生成线。

因此，不用创建新的数据就可以建立高度交互性和可操作性的场景。

如果是具有三维坐标的数据，利用该模块可以把数据准确地放置在三维空间中。

本章主要介绍如何利用ArcGIS三维分析模块进行创建表面、表面分析及在ArcScene 中数据的三维可视化。

此外，还包括数据转换的介绍，包括二维要素三维化、将栅格数据转换为矢量数据以及将TIN表面数据转换为矢量要素数据。

最后，设计了多个实例与练习帮助读者掌握常用的ArcGIS三维分析的理论与方法。

9.1 创建表面具有空间连续特征的地理要素，其值的表示可以借鉴三维坐标系统X、Y、Z中的Z坐标，一般通称为Z值。

实验4 空间平滑和空间插值—xxxxxxx xxx 一、实验目的空间平滑和空间插值。

空间平滑和空间插值关系密切，它们都可以用于显示空间分布态式及空间分布趋势，二者还共享某些算法（如核密度估计法Find/Replace All）。

二、实验准备1、数据准备：1.钦州市乡镇地名的点图层qztai2.qzcnty位研究区内6个县的边界图层。

2、软件准备：ArcGIS DeskTop 9.3三、实验内容及步骤3.1准备数据在Arccatalog中配置数据。

13.2添加数据在Arcmap中添加数据。

233.3、基于移动搜索法的空间平滑在arctoolbox 里进行计算距离矩阵:效果图：3.4 将TAI 语地名连接到距离矩阵4操作如下：3.5提取窗口内的距离矩阵操作如下：5那些距离值为0的点为圆心：3.5计算窗口内TAI 语地名的比重操作如下：6这里，Cnt_INPUT_为列名Count_INPUT_FID的简写。

所得比值为窗口内傣族地名数占所有地名数的比重。

783.6绘制TAI 语地名比重图加载数据，然后进行操作如下：操作如下：910四、实验总结11原文已完。

下文为附加文档，如不需要，下载后可以编辑删除，谢谢！施工组织设计本施工组织设计是本着“一流的质量、一流的工期、科学管理”来进行编制的。

编制时，我公司技术发展部、质检科以及项目部经过精心研究、合理组织、充分利用先进工艺，特制定本施工组织设计。

一、工程概况：西夏建材城生活区27#、30#住宅楼位于银川市新市区，橡胶厂对面。

本工程由宁夏燕宝房地产开发有限公司开发，银川市规划建筑设计院设计。

本工程耐火等级二级，屋面防水等级三级，地震防烈度为8度，设计使用年限50年。

本工程建筑面积:27#楼3824.75m2;30#楼3824.75 m2。

室内地坪±0.00以绝对标高1110.5 m为准，总长27#楼47.28m；30#楼47.28 m。

总宽27#楼14.26m；30#楼14.26 m。

实验三三维空间分析一、表面创建及景观图制作数据1）景区等高线矢量数据Arc-Clip2）景区道路矢量数据Arc-Clip-road3）景区水系矢量数据Arc-Clip-river4）景区休憩地数据层Arc-Clip-urb要求1）利用所给等高线数据建立景区栅格表面。

2）在ArcScene三维场景中，实现表面与其它要素叠加三维显示。

3）设计各要素如道路、水系等的符号化显示。

4）综合考虑表面及各要素，生成美观大方的区域景观图。

操作步骤1.打开数据，根据需求创建TIN，在Layer框中勾选等高线图层Arc-Clip，在右边的Height Source中选择Elevation字段，在Triangulate as中选择soft line。

2.创建栅格表面，由tin转栅格在Input TIN选项栏中选择tin,在Attribute栏中点选Elevation ,在Output raster栏中键入生成的DEM保存地址，点击OK。

3.建立三维景观图依次打开需要叠加显示的道路、水系、休憩地要素图层的属性对话框如图示，设置其基准高程为区域TIN表面，实现要素与地形的三维叠加显示。

（需要设置的图层有Arc-Clip-river,Arc-Clip-road,Arc-Clip-urb,tingrid，其余图层取消勾选，不显示）此外，如果需要对地形起伏程度进行拉伸以夸大或缩小起伏度，可通过设置各图层数据高程转换系数实现。

最后生成景观图。

二污染物在蓄水层中的可视化数据1）污染物浓度栅格图层数据contamination。

2）水井位置点数据层wells.shp，其中包含水井深度属性。

3）需要清理的污染源（工业设施）数据facility.shp，其属性中包括需要进行清理的优先级。

4）污染物空间的TIN表面C-TIN。

要求：利用所给数据，实现污染物状况的三维可视化显示、点状水井矢量要素的突出显示、污染物的符号化突出显示。

实验步骤1.显示污染物的体积与污染程度。

空间数据分析方法空间数据分析方法导语：空间数据分析的方法有什么呢？以下是小编为大家分享的空间数据分析方法，欢迎借鉴！空间数据分析1. 空间分析：（spatial analysis，SA）是基于地理对性的位置和形态特征的空间数据分析技术,其目的在于提取和传输空间信息,是地理信息系统的主要特征,同时也是评价一个地理信息系统功能的主要指标之一,是各类综合性地学分析模型的基础,为人们建立复杂的空间应用模型提供了基本方法.2. 空间分析研究对象：空间目标。

空间目标基本特征：空间位置、分布、形态、空间关系（度量、方位、拓扑）等。

3. 空间分析根本目标：建立有效地空间数据模型来表达地理实体的时空特性，发展面向应用的时空分析模拟方法，以数字化方式动态的、全局的描述的地理实体和地理现象的空间分布关系，从而反映地理实体的内在规律和变化趋势。

GIS空间分析实际是一种对GIS海量地球空间数据的增值操作。

4. ArcGIS9中主要的三种数据组织方式：shapefile，coverage和geodatabase。

Shapefile由存储空间数据的dBase表和存储属性数据和存储空间数据与属性数据关系的.shx文件组成。

Coverage的空间数据存储在INFO表中，目标合并了二进制文件和INFO表，成为Coverage要素类。

5. Geodatabase是面向对象的数据模型，能够表示要素的自然行为和要素之间的关系。

6. GIS空间分析的基本原理与方法：根据空间对象的不同特征可以运用不同的空间分析方法，其核心是根据描述空间对象的空间数据分析其位置、属性、运动变化规律以及周围其他对象的相关制约，相互影响关系。

方法主要有矢量数据的空间分析，栅格数据的空间分析，空间数据的量算与空间内插，三维空间分析，空间统计分析。

7. 栅格数据在数据处理与分析中通常使用线性代数的二维数字矩阵分析法作为数据分析的数学基础。

栅格数据的处理方法有：栅格数据的聚类、聚合分析，复合分析，追踪分析，窗口分析。

空间统计分析方法的原理与应用空间统计分析是一种广泛应用于地理信息系统（GIS）领域的方法，可用于探究地理现象的空间分布规律、评估模式和预测趋势。

空间统计分析方法基于地理数据的空间变异性，通过数学和统计技术，分析和解释地理现象在空间上的特征和相互关系。

本文将介绍空间统计分析的原理及其在不同领域的应用。

一、空间统计分析的原理空间统计分析的核心原理是考察地理现象的空间相关性和模式。

其基本步骤包括数据准备、空间自相关分析、空间插值和空间聚类分析。

下面将分别介绍这些步骤的原理。

1. 数据准备首先，需要收集相关的地理数据，这些数据可以是点、线或面要素，如人口分布、土地利用、交通网络等。

数据准备包括数据清理、转换和整理，以保证数据的质量和适用性。

2. 空间自相关分析空间自相关分析旨在测量地理现象在空间上的相关性。

常用的指标包括莫兰指数和Geary's C。

莫兰指数可以衡量地理现象在空间上的聚集程度，而Geary's C可以测量地理现象在空间上的离散程度。

3. 空间插值空间插值是一种用于填补空间数据缺失值或生成连续表面的方法。

常用的插值方法包括反距离加权插值、克里金插值和样条插值。

这些方法可以基于已有的空间数据，推断未知位置上的值。

4. 空间聚类分析空间聚类分析用于寻找地理现象的空间集聚模式。

常用的空间聚类算法包括DBSCAN和K-means。

这些算法可以将空间数据划分为具有相似属性的区域。

二、空间统计分析的应用空间统计分析方法广泛应用于各个领域，包括城市规划、环境管理、自然资源管理等。

以下将介绍一些常见的应用案例。

1. 城市规划空间统计分析可以帮助城市规划者了解城市功能区的分布和连接性。

通过分析人口密度、交通网络和服务设施的空间分布，可以指导城市规划决策，优化城市布局和交通规划。

2. 环境管理空间统计分析在环境管理中的应用包括水资源管理、土壤污染评估和生态系统保护等。

通过分析水体和土壤的空间变异性，可以评估水资源的可持续利用和土壤污染的程度，并提供决策支持。

GIS空间分析理论与方法第一章绪论1.空间分析概念GIS空间分析是从一个或多个空间数据图层获取信息的过程。

空间分析是集空间数据分析和空间模拟于一体的技术，通过地理计算和空间表达挖掘潜在空间信息，以解决实际问题（刘湘南等, 2008)。

2.空间分析与GIS的关系空间分析是地理信息系统的核心和灵魂。

空间分析是地理信息系统的主要特征,是评价一个地理信息系统的主要指标之一。

3.空间分析在GIS中的地位和作用空间分析是GIS的核心;空间分析是GIS的核心功能；空间分析的理论性和技术性第二章GIS空间分析的基本理论1.空间分析有哪些理论?空间关系理论；地理空间认知理论；地理空间推论理论;空间数据的不确定性分析理论2.简述空间关系的类型及各类型的特点？GIS空间关系主要分为顺序关系、度量关系和拓扑关系三大类型。

顺序关系描述目标在空间中的某种排序,主要是目标间的方向关系，如前后左右、东西南北等。

度量关系是用某种度量空间中的度量来描述的目标间的关系，主要是指目标间的距离关系。

拓扑空间关系是指拓扑变换下的拓扑不变量,如空间目标的相邻和连通关系，以及表示线段流向的关系。

3.简述拓扑空间关系的特点？拓扑空间关系是指拓扑变换下的拓扑不变量，如空间目标的相邻和连通关系,以及表示线段流向的关系.拓扑变换：拓扑所研究的是几何图形的一些性质,它们在图形被弯曲、拉大、缩小或任意的变形下保持不变,只要在变形过程中不使原来不同的点重合为同一个点，又不产生新点。

拓扑变换的条件：在原来图形的点与变换了图形的点之间存在着一一对应的关系,并且邻近的点还是邻近的点。

拓扑关系表达的代表性模型：4元组模型、9元组模型、基于V oronoi图的V91模型、RCC 模型、空间代数模型4.简述方向空间关系的类型和特点？方向关系是顺序关系中的最主要的关系。

方向关系的描述方式包括定量描述和定性描述两种。

一般方向关系的形式化描述：使用的是绝对方向关系参考。

九种方向关系：正东：restricted—east（pi，qi）≡X（pi)>X(qi）∧Y(pi）=Y（qi）5.简述距离关系的类型和计算方法？欧氏距离、切比雪夫距离、马氏距离、明氏距离P216.简述空间关系描述模型的评价准则?一般从完备性、严密性、唯一性、通用性1.空间关系表达是否是形式化的、无歧义的2.表达的完备性3.表达的可靠性4.表达的唯一性5.表达的课推理性7.简述时空空间关系的特点？地理实体之间的空间关系往往随着时间而变化,时间关系交织在一起就形成了多种时空关系。

1、空间分析：基于地理对像的位置和形态特征的空间数据分析技术，目的在于提取和传输空间信息。

2、尺度：广义尺度是实体、模式化过程在空间化时间上的基准尺寸，从研究和被研究对象的角度来看，尺度是指研究某一现象或事件时所采用的空间或时间单位，或某一现象或过程在空间和时间上所涉及的范围和发生的频率3、缓冲区分析：缓冲区分析是对一组或一类地物按缓冲的距离条件，建立缓冲区多边形，然后将这一图层与需要进行缓冲区分析的图层进行叠加分析，得到所需结果的一种空间分析方法4、网络数据模型：是现实世界网络系统的抽象表示5、地理空间数据立方体：是一个面向对象的、集成的、以时间为变量的、持续采集空间与非空间数据的多维数据集合，组织和汇总成一个由一组唯度和度量值定义的多维结构，用以支持地理空间数据挖掘技术和决策支持过程6、地理网格：地理网格系统是一种以平面子集的规则分级刨分为基础的空间数据结构，具有较高的标准化程度，有利于开发面向空间数据库和几何操作的更有效算法7、尺度变换：信息在不同尺度范围之间的转换称尺度变换，是将某一尺度上所获得的信息和知识扩展到其他尺度上，实现跨越不同尺度的辨识、推断、预测或推绎，包括尺度上推和尺度下推8、泰森多边形：将所有气象站连成三角形，作三角形各边的垂直平分线，每个气象站周围的若干垂直平分线便围成一个多边形，用这个多边形内所包含的一个气象站的降雨强度来表示这个多边形区域内的降雨强度，该多边形就称为泰森多边形9、空间统计分析：是以具有地理空间信息特性的事物或现象的空间相互作用及变化规划为研究对象，以具有空间分布特点的区域化变量理论为基础的一门新学科。

10、网格gis：网格gis是gis与网格技术的有机结合，是gis在网格环境下的一种应用，它将具有地理分布和系统异构的各种计算机、空间数据服务器、大型检索存储系统、地理信息系统、虚拟现实系统等资源，通过高速互联网连接并集成起来，形成对用户透明的虚拟的空间信息资源的超级处理环境11、地理空间分类：是根据已知的分类模型把数据库中的数据映射到给定类别中，进行数据趋势预测分析的方法。