空间分析的原理与方法126

1、空间分析的原理与方法主讲： 赣-工测-书童第一部分：主要介绍空间特征度量的方法，包括点、线、面，以及分形、景观格局参数等；空间数据的集合分析和第二部分：叠置分析、缓冲区分析。第三部分：网络分析、空间统计分析。第一节一、空间分析含义GIS的空间分析是以地理事物的空间位置和形态特征为基础，以空间数据运算、空间数据与属性数据的综合运算为特征，提取与产生新的空间信息的技术和过程。空间分析目的是通过对空间数据的分析处理，获取地理对象的空间位置、空间分布、空间形态、空间演变等新信息。第一节二、空间分析的主要内容由于GIS空间数据库中了包含空间特征的空间信息及同应用相关的专题信息，因此GIS中的空间分析包含

2、:ü 空间数据的空间特征分析ü 空间数据的非空间特征分析ü 空间特征和非空间特征的分析。第一节(1)空间数据的空间特征分析从空间物体的位置、关系等方面去研究空间事物，最后对空间事物做出定量的空间描述和分析，采用的主要方法为空间统计学、图论、拓扑学、计算几何、图形学等。第一节(2)空间数据的非空间特征分析主要是对空间物体和现象的分析，主要通过数学(统计)模型来描述和模拟空间现象的过程和规律。这类分析采用的方法主要是统计分析方法，尤其是多元统计分析方法从方法上，空间数据的非空间特征分析与一般的数据分析并无本质的差别。在分析过程中，它并不考虑数据抽样点的空间位置，但由于

3、空间特征数据和非空间特征数据间不可分割的关系，对分析结果的解释是基于地理空间的，也就是说，其结果常通过地图来反映空间现象和规律。第一节(3)空间特征和非空间特征的分析在实际中大量使用，通常是通过空间特征分析获得空间位置信息，然后，再用非空间特征分析获取区域内的专题信息。第一节三、空间分析分类1、按分析方法看GIS空间分析分类(1)GIS系统提供的空间分析这类空间分析方法很多，各类系统提供的分析能力的差异性很大。归纳起来，主要有检索分析、空间形态分析、地形分析、叠置分析、邻域分析；网络分析、图像分析、空间统计分析等。(2)空间模型分析指在GIS支持下通过建立一定的数学模型实现地理现象的分析和模拟

4、，这是GIS应用深化的重要标志。正是由于模型的支持，特别是多 模型的渗入，空间分析才能上升到空间决策层，空间决策支持系统就是在此基础上发展起来的计算机支持系统。第一节三、空间分析分类2、按用户交互方式看GIS空间分析分类（1）咨询式空间分析主要根据已有数据实现空间数据的检索及集合分析。（2）产生式空间分析基于GIS中拓扑关系和空间操作运算、空间统计分析及将GIS作为通用工具同其他专业模型结合，实现空间数据的模拟和分析。第一节3、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ü 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。ü 空间分布分析

5、：空间分布反映了同类空间物体的群体。ü 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。ü 空间关系分析：空间关系反映了空间物体之间的各种关系。（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。第二节一、 线的长度折线的长度等于其每段线段长度之和，多边形的周长实际上也是一条折线。两点间的线段长度计算Y设坐标为 p1(x1,y1)，p2(x2,y2)p1则直线段p1p2长度为:p2d=sqrt ( (x-x)2 + (y -X212O长度量算示意图y1)2 )第二节二、 面积量测面状对象在计算机内部是以一系列首尾相接的坐标串表示的。按多

6、边形顶点顺序依次求出多边形所有边与x轴(或y轴)组成的梯形的面积，然后求其代数和。假设有N个顶点，其面积计算公式为：多边形面积量算示意图注：总面积公式中第二项为最后一个点和第一点围成的梯形面积第二节三、地形的体积量算生成等值线图量算每条等值线围成的面积，设为f0，f1，f2，fn设等值线的间距为h，则体积为：地形体积量算示意图v=f0*h0/3+(f0+2*f1+2*(n-1)*fn)*h/2其中，f0，h0分别为最上层(或最下层)等高线围成的面积和相应的高程差。第二节四、形状指数对于多边形边界轮廓的形态度量，有很多公式，大多数都与多边形的周长和面积有关。形状指数大多使用多边形周长与面积的比值

7、，并使之与标准形状（通常是圆形）相比表示其形状的复杂程度。以正方形为标准的形状指数。= 4A PSI形状指数式中：A为多边形面积，P为多边形周是：长。第二节以圆形为标准的形状指数如果认为一个标准的园目标既非紧凑型也非膨胀型，则可定义其形状系数r为：式中：A为多边形面积，P为多边形周长。如果 r<1，目标物为紧凑型r=1 ，目标物为一标准圆r>1 ，目标物为膨胀型第二节五、分布中心的计算空间分析中常用分布中心来概括地表示空间的总体分布位置，用来跟踪某些地理现象分布的变化情况，如描述人口的变迁、土地利用的变化。假设有n个离散点(X1，Y1)， (X2，Y2)， (Xn，Yn)，可以用不

8、同方法来表示分布中心。1、算术平均中心其中(Cx，Cy)表示算术平均中心坐标点。第二节2、平均中心算术平均中心中没有考虑不同点在分析问题时重要性之间的差异，在实际应用中，各点的重要性是不同的，为此需进行计算。式中 i 为离散目标物，Wi 为该目标权重这里关键是确定权重值，通常以该离散点表示的统计量来表示，如在研究土地利用时用它表示的面积值作权重，在研究人口变迁 时用它表示的人口数作权重。第二节六、分形度量分形的概念最初源自于自然界事物的自相似性（self-similarity）。在某些情形下，事物局部的形态结构表现出与整体的一致性，也就是说，在尺度和形态之间存在着某种固定的关系，随着尺度的增加

9、（细化），空间形态参数的度量以某种指数关系增加。在不同的尺度上量取的形态参数与尺度之间有一种对数上的线性相关。第二节例：用不同的步距去量取一条自然曲线的长度，设当步距为D时，量得的曲线长度为L。采用不同的步距D就可以得到不同的曲线长度L，用ln(L)和ln(D)为坐标轴标绘每一个点，若所得的点明显地分布为一条近似的直线上，那么我们就说这条曲线具有明显的分形性质，而这条直线的斜率就是该曲线的分形维数（分维数）。第二节1、 分形形状指数这个公式用于度量形状的复杂程度，以方形为标准形状2、河网分形形状指数（1）干流长度L与河流流域面积A有著名的指数函数关系：L=aAm般大于0.5。其中a和m为经验参

10、数，经多人研究，m的值一（2）整个流域的河流总长度与流域面积之间有如下关系：L=cAb其中c和b为经验参数。第二节七、景观格局指数景观格局指数是学中用来衡量空间结构的指数，主要描述空间异质性。包括多样性指数、均匀度指数、优势度指数、度指数等。使用的数据类型为栅格数据。1、 景观多样性指数多样性指数是在信息论的基础上，用来度量系统结构组成的复杂 程度的一组指数，常用的包括Shannon多样性指数和Simpson多样性 指数：式中： Pk 代表第k种类型的栅格在景观中的面积比例；n为景观中栅格类型的总数。第二节2、景观优势度指数优势度指数反映不同类别面积的优势程度，优势度指数等于多样性指数的最大值

11、与多样性指数之差。3、景观均匀度指数均匀度指数反映的是在给定的范围内不同类型面积大小的均匀性 程度，通常以多样性指数和其最大值的比值来表示。因为在所有类 型面积平均、相等时，多样性指数达到最大。以Shannon多样性指数为例，均匀度为：第二节4、景观度指数景观度指数是反映景观类型中不同缀块的非随机性或者说聚集程度。它的计算公式为：式中 n 为景观中的类型总数，Pk 为不同类型的栅格单元相邻的概率。当景观由很多离散的小缀块组成时，其度的值较小；当景观由少数大缀块组成时，其度指数较大。与其它几种景观指数不同的是，度指数能够反映空间分布的特征，而不象其它几种景观指数那样，只考虑不同类型的面比率，它与

12、实际的空间分布有密切的关系。布第三节空间数据的是GIS最基本的功能，它是GIS次空间分析的基础，也是GIS面向用户的直接窗口。在GIS中，用户的很多问题可通过询还能派生新数据。解决，查一、的类型基于属性（非空间）特征的空间数据类型基于空间特性的结合空间特性和非空间（属性）特征的第三节1、基于属性（非空间）特征的属性特征的主要在属性数据库中完成，这种通常基于标准的SQL语言实现，之后按照属性数据和空间数据的对应关系显示图形。例：已有某地区的土地利用表及相应的图，现要找到林地，通过对下列属性数据表查找植被102101为林地的，并显示103104这些置。相应的空间位基于属性（非空间）特征的标号植被面

13、积101工业地169102林地122103农地230104林地100第三节2、 基于空间特性的空间性是空间数据的主要特征，空间特征的通常指以图形、图像或符号为语言元素的可视化。的内部过程看，是属于“图到属性的”。这种从首先借助于空间索引在空间数据库中找出空间地理对象，然后，再根据GIS中属性数据和空间数据的对应关系找出显示地理对象的属性，并可进一步进行相关的统计分析。第三节(1)空间几何数据主要根据空间目标的几何数据，分析计算不同地物(如线状地物)的长度、组成、坐标点数及面状地物的面积、周长等。(2)空间位置这是空间配准，即可中最基本的：功能，只要空间数据是同大地坐标进行了ü 简单的

14、点击空间点状地物，就可获取坐标点地理位置；ü 点击线状地物，就可获取该线的长度及地理位置；ü 点击面状地物，就可获取该面的周长、面积及其地理位置等。第三节例：右图就是在ARCVIEW软件下， 点击黄色图斑，就可获取烟台市辖区的周长、面积等信息。烟台市辖区第三节(3) 空间关系空间关系主要指拓扑关系。同类要素间的邻接性、连通性、包含性、重合性、方向性等。例：从中国地图上查与山东省相邻的有哪几个省，实质是进行邻接性。不同类要素间的关联性、穿越性、落入性、方向性等。例：从中国地图上查京九铁路沿线经过哪些城市，实质是进行关联性。例：从中国地图上查黄河经过哪几个省，实质是进行穿越性。

15、注：进行空间关系时，不总是局限某一功能，常要用多种起来才能完成功能。第三节3、结合空间特性和非空间（属性）特征的空间特征和属性特征的不是简单地由空间特性结果，显示相关的属性，也不是从属性特征的结果，显示相关的空间位置。空间特征和属性特征的实质是指条件中同时涉及空间特征和属性特征。例：从世界地图上人口数量大于1亿并且面积大于900万平方公里的和地区。第三节二、的数学基础主要使用布尔代数方法，即按照两个逻辑子集在给定的条件下进行逻辑运算。它的基本运算符号或算子包括3个，交、并、差。Ø AND(交)Ø OR（并）逻辑运算的结果为“真”或“假”。Ø NOT（差）Ø

16、; 及其组合第三节下图中，设属性分别为A和B的两个多边形相交，形成的空间单元分别为1、2、3，则它们经布尔操作后的结果如表所示。逻辑运算的真(1)或假(0)AB312多边形相交及其形成的空间单元运算条件运算结果123A.AND .B010A.OR.B111NOT.A001第三节三、空间的方法1、基于SQL语言的空间如 Select 所需数据项From属性表Where 条件表达式目前的GIS软件常提供实现SQL的框，使更为简单方便。优点：适合关系表的与操作。缺点：无法表达空间关系及空间运算操作。第三节例：在ARCVIEW软件下，提供的框，可在框编写的条件进行。第三节2、基于空间语言(Spatia

17、l Query Language)的对SQL进行扩充或改造，实现空间关系及空间运算操作的。如：空间例：查高速公路，并用红虚线表示。SetColor Red Pattem Dashed Select Geometryfrom Road where Type=“Highway”)For第三节3、 可视化空间方法将语言的元素用直观的图形或者符号表示。实现过程可视化的语言元素经过转换可视化语句优点：缺点：直观形象。语言的元素数量较少，仅能进行有限的。第三节4、 基于自然语言的在语言中引入自然语言的概念。如：高气温的城市：Select Name From CitiesWhere Temperature

18、ishigh实现过程这里使用了一个自然语言的概念，即“高气温”将“自然语言”转换为“语言”Where Temperature = 33. 75优点：变得更加简单和方便。缺点：在自然语言的量化时，与语言环境及专业领域相关。因此，很难作为通用的数据库语言。第三节5、超文本方法超文本是由文本信息结点和结点间相关联的链所组成的具有一定逻辑关系和语言信息集成化的网络。第四节空间叠置分析空间叠置概念：空间叠置分析(SpatialAOverlay Analysis)是指在统一空间参照系统条件下，每次将同B一地区两个地理对象的图层进行叠置，以产生空间区域的多重属C性特征，或建立地理对象之间的空间对应关系。第四

19、节空间叠置分析一、基于矢量数据的叠置分析基于矢量数据的叠置分析是参与分析的两个图层的要素均为矢量数据。Ø 点面叠置分析Ø 线面叠置分析Ø 面面叠置分析第四节空间叠置分析矢量叠置分析的数学基础（空间逻辑运算）为讨论方便将空间图层A，B，C定义为二值图象1、空间逻辑并（或）运算；AB =XXA 或 X B2、空间逻辑交（与）运算；AB = X XA 且 XB3、空间逻辑差运算；A - B =XXA 且 XB4、空间包含；A Í B第四节空间叠置分析(1) 点与多边性的叠置点与多边形的叠置是确定一个图层上的点落在另一图层的哪个多边形内，以便为图层上的点建立新的

20、属性。例如将水井与规划区图层相叠置，可确定每口井所属的规划区范围。点属性多边形属性1属性2*2A B C D1234*1*4*3面属性1面属性2点多边形点属性AD1234A D C BBC第四节空间叠置分析(2)线与多边形的叠置线与多边形的叠置是将线状要素层或网状要素层和多边形叠置，对线和多边形求交运算，根据每个线要素同多边形的关系，以形成新的空间目标集、新的属性表，得到线与多边性的属性表。线与多边形的叠合的目的是确定某一线状图层上的弧段落在另一多变性图层上的哪个多边形内，以便为图层的每条弧段建立新的属性。第四节空间叠置分析例如：当确定某一行政区内各种等级道路的里程数时，就需要将道路图与境界图

21、相叠置，计算弧段与多边形边界的交点，在交点处截断弧段，并对弧段重新编号，建立弧段与多边形的归属关系。线与多边形叠置分析第四节空间叠置分析(3)多边形与多边形的叠置多边形与多边形的叠置是指将两个不同图层的多边形要素 相叠加，根据两组多边形的交点来建立多重属性的多边形或进行多边形范围内的属性特征的统计分析。多边形叠置过程分几何求交过程和属性确定过程，算法的是多边形求交。对两个多边形进行边界求交和弧段分割运算，并以新弧段为单位重建拓扑关系；判断重建多边形落在原始多边形层的哪个多边形内，从而建立新叠置多边形与原始多边形的关系，并抽取属性。第四节空间叠置分析多边形之间的叠置层1XYZ新多边形的属性层2A

22、新层111 26 794531210ID属性101A新多边形ID层1多边形属性层2多边形属性10A20X3AX40X5A06A07AY8AZ90Y100Z110Y12Z0ID属性1X2Y3Z第四节空间叠置分析多边形与多边形的叠置原理多边形叠置过程分几何求交过程和属性确定过程，算法的是多边形求交。对两个多边形进行边界求交和弧段分割运算，并以新弧段为单位重建拓扑关系；判断重建多边形落在原始多边形层的哪个多边形内，从而建立新叠置多边形与原始多边形的关系，并抽取属性第四节空间叠置分析取本底多边形取上叠多边形多边形的叠置流程图n两个多边形相交？yy两个多边形是包含关系？n多边形求交，重建拓扑关系建立包含

23、关系属性抽取属性抽取，建立关联连接n上叠多边形结束？y本底多边形结束？y结束第四节空间叠置分析多边形与多边形的叠置分析功能并(Union)：保留两个输入层中所有多边形。判断(Identity)：以输入图层为界，保留边界内的所有多边形。交(Intersect)：保留两个输入层中的公共区域。第四节空间叠置分析叠置分析实例：有某地区的行政界线图层和通过遥感技术提取的该区土地利用类型分布图层，求该地区各村土地利用类型统计数据。图层1图层2某地区行政界限图某地区土地利用类型图第四节空间叠置分析图层1：图形，属性表行政区界图属性表地区行政区界线图第四节空间叠置分析图层2：图形，属性表地区土地利用类型分布图

24、属性表地区土地利用类型分布图第四节空间叠置分析使用叠加命令，进行两图层空间叠置，得到叠置图叠置图属性表空间叠置图第四节空间叠置分析二、基于栅格数据的叠置分析基于栅格数据的叠置分析是参与分析的两个图层的要素均为栅格数据。特点：栅格数据的叠置算法，虽然数据存贮量比较大，但运算过程比较简单。变换方法：（1） 点变换（2） 区域变换方法（3）邻域变换方法第四节空间叠置分析（1）点变换点变换只依据参与叠置图层相应点的属性值进行新的运算，既与各图层的邻域点的属性无关，也不受区域内一般特征的影响。运算方法包括：*算术运算*指数运算*三角函数运算等第四节空间叠置分析点变换示意=结果特征：运算后得到的新属性值可

25、能与原图层的属性意义完全不同。0-21-2-102-200-1-1244633463377225423643366第四节空间叠置分析(2)区域变换方法指在计算新图层相应的属性值时，不仅与原图层对应的栅格的属性值有关，而且要顾及原图层所在区域的集合特征（区域长 度、面积、周长等）。(3)邻域变换方法指在计算新图层相应的属性值时，不仅考虑原图层对应的栅格及其属性，而且还应顾及与该栅格相关联的邻域或者影响半径内的栅格属性值的影响。第四节空间叠置分析点变换实例1：土地利用变化区域探测80年遥感影像90年遥感影像点变换后影像-=Legend点变换后影像分析通过80和90年两期影像的相减运算后得到变换影像

26、，如果：变换影像值 0；说明该区未发生变化变换影像值 0；说明该区已发生变化102030405060耕地 居民点水域草地未利用地林地注意：此处的遥感影像可以是分类结果，也可以是原始的遥感影像。在一般应用中，多使用原始的遥感影像，可提高变化探测速度。00500001000000101060601010206030303060101060601010306030303060第四节 空间叠置分析点变换实例2：土地利用变化分析新增城市用地减少城市用地无变化城市用地2002年1992年第四节空间叠置分析ü 研究方法使用景观学方法，计算土地类型转移矩阵。土地类型转移矩阵:根据两个不同时间（t和t

27、+t）的土地利用图计算从一种类型到另一种类型的转换概率，来分析土地利用变化过程。它依靠GIS技术，将两个不同时间的土地利用图进行删格化处理，计算t 时刻上A类有多少格网点转换成在t+t时刻的B，C，D等类型，转换点数占该类型总数的百分比可称为转移概率。第四节空间叠置分析Ak +1，按照下式的地Ak对任意两期土地利用类型图和i´ ji´ j图代数方法，可以求得：Ci´ j´10 + Ak+1= Aki´ ji´ j由 k 时期到 k+1 时期的土地利用变化图 Ci×j，它表现了土地利用变化的类型及其空间分布。第四节空间叠置分析

28、类型转移距阵示例注：表中 ai+ 代表土地类型 I 在转化前的总量；a+j 代表土地类型 I在转化后的总量；a 是土地总面积12nai+1a11a12a1na1+2a21a22a2na2+Nan1a32annan+a+ja+1a+2a+na第五节空间缓冲区分析1 概念缓冲区分析是指根据分析对象的点、线、面实体，自动建立其周围一定距离的带状区，用以识别这些实体或者主体对邻近对象的辐射范围或者影响程度，是解决工具之一。度问题的空间分析它在交通、林业、管理、城市规划中有着广泛的应用。例如：湖泊和河流周围的保护区的定界；汽车服务区的选宅区远离街道网络的缓冲区的建立等。第五节空间缓冲区分析2 缓冲区主要

29、的类型（1） 基于点要素的缓冲区：通常以点为圆心、以一定距离为半径的 圆（2） 基于线要素的缓冲区：通常是以线为中心轴线，距中心轴线一 定距离的平行条带多边形。（3） 基于面要素的缓冲区：向外或向内扩展一定距离以生成新的多 边形。第五节空间缓冲区分析3 空间缓冲区分析过程(1)建立缓冲区以图形元素为基础，拓宽或紧缩一定宽度而形成的区域。这个宽度通常是等距的，也可以是不等距的缓冲区。(2)缓冲区分析根据建立的缓冲区，对缓冲区内的空间信息形态、特征、分布作进一步分析。第五节空间缓冲区分析4、缓冲区分析的三要素在进行空间缓冲区分析时，通常要将研究的问题抽象为以下三类要素:主体：表示分析的主要目标，一

30、般分为点源、线源和面源三种类。邻近对象：表示受主体影响的客体，例如行政界线变更时所涉及的居民区、森林遭砍伐时所影响的水土流失范围等。对象的作用条件：表示主体对邻近对象施加作用的影响条件或影响强度。练习空间分析实例1已知一伐木公司，获准在某林区采伐，为防止水土流失，规定不得在河流周围 1km 内采伐林木。另外，为便于运输，决定将采伐区定在道路周围 5km 之内。请找出符合上述条件的采伐区，输出森林采伐图。练习空间分析实例1已知一伐木公司，获准在某林区采伐，为防止水土流失，规定不得在河流周围 1km 内采伐林木。另外，为便于运输，决定将采伐区定在道路周围 5km 之内。请找出符合上述条件的采伐区，

31、输出森林采伐图。解题过程道路分布图森林分布图河流分布图首先要以区域的道路生成道路周围5km缓冲区生成河流周围1km缓冲区叠置分布图、河流分布图、森林分布图为数据源。解题流程见图叠置结束所示。解题流程练习将该地区具有相同比例尺且进行配准的道路分布图、河流分布图、森林分布图，进行预处理和数字化；利用河流分布图生成1km的等距离缓冲区；利用道路分布图生成5km的等距离缓冲区；森林分布图中可采伐林地、道路缓冲区及河流缓冲区图进行叠置，叠置条件表达式为:采伐区 森林分布图中可伐林地 道路周围5km缓冲区非河流周围1 km缓冲区将上述3张图进行两两叠置，所得结果即为森林采伐图。练习空间分析实例2如已知一湖

32、泊，要求在它周围5000m 内必需任何污染性工业企业存在，在它周围500m 内必需建筑任何性建筑物。练习空间分析实例2如已知一湖泊，要求在它周围5000m 内必需任何污染性工业企业存在，在它周围500m 内必需建筑任何性建筑物。解题步骤：（1）先建立缓冲区；（2）同现有污染性工业企业图叠置，显示在范围内应企业；的污染性工业（3）同现有性建筑物图叠置，显示在范围内应的性建筑物。第六节空间网络分析一、概念1、网络网络是一个由点、线二元关系构成的系统，通常用来描述某种或物质在空间上的运动。如：交通网络、城市基础设施网络（电力线、线、供排水管线）等。第六节空间网络分析2、网络分析其基本思想在于人类活动

33、总是趋向于按一定目标选择达到最佳效果的空间位置。也就是说：网络分析的根本目的是研究、筹划一项网络工程如何安排，并使其运行效果最3好、。网络分析理论基础网络图论是空间网络分析的理论基础，它是用图的形式来模拟任何一个能用二元关系来描述的系统。有关图论的基本理论可参阅有关的文献。第六节空间网络分析二、 空间网络中的基本类型和构成1、地理空间的网络类型在地理空间中，由于面向网络的地理目标具有不同的形态，因此构成的空间网络也有着不同的类型。根据空间网络的拓扑学分类，一般可 分为：Ø 平面网络Ø 非平面网络两大类第六节空间网络分析如交通网抽象后的拓扑结构图就是道路型网络。道路型网络如河

34、道的组成，从河源、支流、干流直到河口，构 成典型的树状型网络。在树状型网络中，点和线的功能具有明显的等级特 性，这种等级既不容颠倒，也不容穿插。平面网络树状型网络是指网络中具有封闭的环形结构,它和树状型网络一 样，具有引导“流"入通道的功能。环网型网络也称为栅栏状网络,它具有阻断“流"的存在,因细胞型网络此地理学家常利用这种网络的拓扑分析方法去研究 行政区划系统和土地利用系统。第六节空间网络分析非平面网络也可称为交错型网络，它的典型例子是城市管非平面网络线网，包括给水、排水、电力、电信、煤气、热力、工业等多类别及多权属和布局复杂的管线网，这类网络的主要特征是具有复杂的横断面

35、和纵剖面结构。第六节空间网络分析2、网络中的基本组成部分和属性链(1ink)网络中的管线，如街道、河流、水管等，其状态属性包括阻力(impedence)和需求(demand)。(barrier)网络中链上的点。拐角点(turn)出现在网络链中所有的分割结点上，状态属性有阻力，如拐弯的时间和限制(如不允许左拐)。第六节空间网络分析中心(center)是接受或分配的位置，如水库、商业中心、电站等。其状态属性包括容量(如总的量)、阻力限额(如中心与链之间的最大距离或时间限制)。站点(stop)在路径选择中增减的站点，如库房、汽车站等，其状态属性有要被运输的需求，如数。第六节空间网络分析第六节空间网络

36、分析三、主要应用举例1、路径分析(1)静态求最佳路径由用户确定权值关系后，即给定每条弧段的属性。当需求最佳路径时，读出路径的相关属隆，求最佳路径。(2)动态分段技术给定一条路径由多段组成，要求标注出这条路上的公里点或要求某一公路上的某一点，标注出某条路上从某段。数到另数的路第六节空间网络分析(3)N条最佳路径分析确定起点、终点，求代价较小的N条路径。因为在实践中往往仅求出最佳路径并不能满足要求，可能因为某种因素不走最佳路径，而走近似最佳路径。(4)最短路径确定起点、终点和所要经过的中间点、中间连线，求最短(5)路动径态。最佳路径分析实际网络分析中权值是随着权值关系式变化的，而且可能会临时出现一

37、些点，所以往往需要动态地计算最佳路径。第六节空间网络分析求V1-V7最短路径（DijKstra 算法）第六节空间网络分析先计算网络任意两点间的距离，并形成n×n阶距离矩阵或权矩阵：WWij给所有的点标号，采用回溯的方法可以得到从起点K到其他结点的最短路径经由的结点。因此，从结点v1到v7 的最短路径长度为7，经由的路径为v1v3v8v7第六节空间网络分析2、地址匹配地址匹配实质是对地理位置的，它涉及到地址的编码(Geocode)。地址匹配与其他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地址的属性值。第六节空间网络分

38、析3、分配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。分配的两种方式：（1）由分配中心向四周输出（2）由四周向中心集中这种分配功能可以解决的有效和合理分配，其在地理网络中的应用与区位论中的中心地理论类似。第六节空间网络分析在分配模型中，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。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。第七节数字地形模型分析Ø 概

39、念：数字地面（地形）模型（DTM ，DigitalTerrain Model）是通过地表点集的空间坐标及其属性数据表示表面特征的地学模型。是带有空间位置特征和地面属性特征的数字描述。ü DTM中属性为高程的要素叫数字高程模型（DEMDigital Elevation Model）。ü 许多大型GIS系统都有专门的DEM模块，如ArcInfo中的TIN、GRID模块DEM的应用ü 在数字地形图数据库中存贮高程数据 ；ü 解决道路设计和其他民用及的问题 ；工程中的一些与高程有关ü 三维地形显示及风景设计和规划；ü 剖面视觉分析 ；

40、2; 道路规划、大坝选址等 ；ü 不同地形之间的静态分析和比较；ü 产生坡度图、坡向、及坡度剖面图，辅助地貌分析（淹没 分析、土方计算等）或建立侵蚀图；ü 作为专题信息的显示背景或将地形数据与专题数据如土壤、 土地利用或植被等进行叠加 ；üü为景观的图像模拟和景观处理提供数据 ；通过将高程替换为其他连续变化的属性，DEM能表示时间、费用、人口、污染程度、水深等信息ØDEM的与表示ü DEM的数据源与方法u 以航空或航天遥感图像为数据源 ；u 以地形图为数据源u 以地面实测为数据源ü DEM的表示方法u 数学分块曲面

41、表示法u 规则格网表示法u 不规则三角网(TIN)表示法ØDEM的u 以航空或航天遥感图像为数据源 ；这种方法是由航空或航天遥感立体像对，用摄影测量的方法建立空间地形立体模型，量取密集数字高程数据，建立DTM。数据的摄影测量仪器包括各种的和数字的摄影测量与遥感仪器。ØDEM的u 以地形图为数据源 :主要以比例尺不大于1：1万的国家近期地形图为数据源，从中量取中等密度地面点集 的高程数据，建立DEM。ØDEM的u 以地面实测为数据源用电子速测仪(全站仪)、GPS或测距经纬仪配合计算机，在已知点位的测站上，观测到目标点的方向、距离和高差三个要素。计算出目标点的x、y、

42、z三维坐标，于计算机中，成为建立DEM的原始数据。这种方法一般用于建立小范围大比例尺(比例尺大于1：5000)区域的DEM，对高程的精度要求较高。u 以地面实测为数据源ØDEM数据的表示ü 数学分块曲面表示法这种方法把地面分成若干个块，每块用一种数学函数，如傅立叶级数高次多项式、随机布朗运动函数等，以连续的三维函数高平滑度地表示复杂曲面，并使函数曲面通过离散采样点。这种近似数学函数表示的DTM不太适合于制图，但广泛用于复杂表面模拟的机助设计系统。数学分块曲面表示法ØDEM数据的表示ü 高程矩阵（规则矩形格网）u 表示方法：将区域划分成网格，每个网格的高程

43、；u优点：计算机处理以栅格为基础的矩阵很方便，使高程矩阵称为最常见的DEM；u 缺点：在平坦地区出现大量数据冗余；若不改变格网大小，就不能适应不同的地形条件；在视线计算中过分依赖格网轴线。ØDEM数据的表示ü 高程矩阵（规则矩形格网）:DTM来源于直接规则矩形格网采样点或由规则或不规则离散数据点内插产生。由于计算机对矩阵的处理比较方便，特别是以栅格为基础的GIS系统中高程矩阵 已成为DTM最通用的形式。规则网格模型Xü 将区域空间分为规则的网格单元（可以是正方形或三角形），每个单元对应一个数值。Y9178635053634494816451576250998466

44、55646654958466567271589682666380786091796663808062规则网格模型ü 对于每个网格的数值有两种不同的解释。第一种认为该格网单元的数值是其中所有点的高程，即格网单元对应的地面面积内高程是均一的高度。这种数字高程模型是一个不连续的函数，一般用来表示离散空间。第二种认为该格网单元的数值是网格中心点的高程或该网格单元的平均高程值，这样则需要用一种插值方法来计算每个点的高程。ü 在Arc View 中，每个网格的值被认为是栅格中心点的值规则网格模型ØDEM数据的表示ü 不规则三角网(TIN)n 表示方法：将区域划分为相

45、邻的三角面网络，区域中任 意点落在三角面顶点、线或三角形内，落在顶点其高程与顶点相同，落上则由两个顶点线性插值得到，落在三角形内则由三个顶点插值得到n 生成方法：由不规则点、矩形格网或等高线转换而得到n TIN允许在地形复杂地区收集较多的信息，而在简单的 地区收集少量信息，避免数据冗余n 对于某些类型的运算比建立在数字等高线基础上的系统 更有效，如坡度、坡向等ØDEM数据的表示ü 不规则三角网(TIN) :TIN表示法利用所有采样点取得的离散数据，按照优化组合的原则，把这些离散点(各三角形的顶点) 连接成相互连续的三角面(在连接时，尽可能地确保每个三角形都是锐角三角形或是三边的长度近似相等)TIN模型ü 采用不规则三角网减少网格方法的数据冗余。&