GIS与GPS导论_第四章

1、第四章第四章 空间分析原理与方法空间分析原理与方法Goodchild等GIS环境下的空间分析产生式分析（Product Mode）咨询式分析（Query Mode）空间叠置分析缓冲区分析数字地形模型网络分析地统计分析空间集合分析 空间数据查询4.1空间叠置分析(overlay)视觉信息复合：同一地区同一比例尺的图进行叠合，从而获 更多的空间信息，不形成新的数据和属性。叠置分析叠置分析：叠置的结果不仅产生视觉效果，更主要形成一新的目标。 其中，对空间数据的区域进行了重新划分， 属性数据中包含了参加叠置的多种数据项。 条件叠置是指以特定的逻辑、算术表达式为条件，对两组或两组以上图条件叠置是指以特定

2、的逻辑、算术表达式为条件，对两组或两组以上图件中相关要素进行叠置件中相关要素进行叠置 。例如：已知某地区的例如：已知某地区的降雨量分布图降雨量分布图及及土厚图土厚图，现在要了解，现在要了解降雨量降雨量1000mm，土厚，土厚50cm的地区。则寻找目标的关系表达式为：的地区。则寻找目标的关系表达式为： E=(降雨量降雨量1000) (土厚土厚50cm)又如：根据农业专家经验又如：根据农业专家经验(命题模型命题模型)知道适宜于种水稻的条件为：知道适宜于种水稻的条件为：积温积温3200；降雨；降雨800mm：坡度：坡度3；无霜期；无霜期200天天 那么根据那么根据积温图、降雨量图、坡度图及温度图积温

3、图、降雨量图、坡度图及温度图，将上述条件进行逻辑，将上述条件进行逻辑交集交集运算，就可以寻找出适合种水稻的地区。运算，就可以寻找出适合种水稻的地区。 其关系表达式为：其关系表达式为： E=(积温积温3200) (降雨量降雨量800) (坡度坡度3)(无霜期无霜期200) Overlay的几种方式：附加：点与面空间关系的判断4.2缓冲区分析(buffer) 空间缓冲区分析(spatial buffer analysis)是指根据分析对象的点、线、面实体，自动建立它们周围一定距离的带状区，用以识别这些实体或主体对邻近对象的辐射范围或影响度，以便为某项分析或决策提供依据 。在建立或分析缓冲区时，还应

4、注意到以下几个方面：在建立或分析缓冲区时，还应注意到以下几个方面：当缓冲区发生重叠时的处理。 岛当对特征规定不同缓冲区宽度时的处理。 沿河流绘出的环境敏感区的宽度，与各段河流的类型及其特点有关，则通过建立河流属性表，根据不同属性确定其不同的缓冲区宽度(图4-12(a)，可以产生所需要的缓冲区(图4-12(b)。 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因素来进行分析： (1)主体。主体。表示分析的主要目标，一般分为点源、线源和面源三种类型。 (2)邻近对象。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等； (3)作用条件（

5、建立影响模型）。作用条件（建立影响模型）。表示主体对邻近对象施加作用的影响条件或强度。根据主体对邻近对象作用性质的不同，一般可采用以下三种不同的分析模型： 线性模型。主体对邻近对象的影响度(Fi)随距离(ri)的增大而呈线性形式衰减: )1 (0iirfF0/ddiri10 r二次模型。主体对邻近对象的影响度（Fi）随距离（ri）的增大而呈二次型式衰减:20)1(iirfF0/ddiri10 r指数模型。主体对邻近对象的影响度（Fi）随距离（ri）的增大而呈指数形式衰减：)1(0irifFFi为主体对邻近对象的实际影响度；f0为主体自身的综合规模指数；di为邻近对象离开主体的实际距离； d0为

6、主体对邻近对象的最大影响距离； 例如：设在某研究区10KM2区域内有三条道路，它们相关的几何数据和属性数据如表所示。现以这些道路为主体，道路附近的居民出行为邻近对象，试进行这些道路通过度的缓冲区分析。其分析和操作过程如下：名称名称坐标坐标路宽路宽/m机 动 车 流机 动 车 流量量/辆辆.h-1非 机 动 车非 机 动 车流量流量/辆辆.h-1人 流 量人 流 量 /人人.h-1AX1y1,，xmym4018220702772BX1y1,，xnyn221139914254CX1y1,，x1y11057251026 1.计算道路的综合规模标准化指数f0 对表4-4所列的各项统计数据采用最大值标准

7、化方法，得到表4-5的标准化指数f0名称名称路宽路宽机动车机动车流量流量非机动非机动车流量车流量人流量人流量综合规综合规模指数模指数标准化标准化数数f0A1.001.000.520.653.17100B0.550.061.001.002.6182C0.250.030.180.240.7022处理后的道路数据 2计算道路的最大影响距离d0 道路的最大影响距离d0与该类道路的级别标准和总长度有关，级别标准愈高，则影响距离也愈大，一般按下式推算：d0=S/2l 式中：S为研究区面积，本例为10km2;l为各级道路的长度，分别为lA=10000m，lB=4286m，lc=35714m， 则道路A的d0

8、=S/2lA=500m,道路B的d0=S/2（lA+lB）=350,道路C的d0=S/2（lA+lB+lC）=100m。 3.实施缓冲区操作 道路通达度具有随着离开道路中心线呈迅速递减的特点，因此实施道路通达度的缓冲区操作适宜选择指数形式的分析模型。 采取的方法：设定di值求取Fi值输出缓冲区图形 首先首先，根据应用需求和道路的最大影响距离，分别设定它们的di值，例如：道路A的di值分别的100、200、300、400、500(m)；道路B的di值分别为50、100、150、200、250、300、350(m)；道路C的di值分别为25、50、75、100(m)。其次其次，分别计算所有道路在不

9、同di时的ri和Fi值。最后最后，依据di值在道路的两边绘制平行线，在线的端点处绘制半圆，生成缓冲区多边形，并在该缓冲区多边形内赋予相应的属性值Fi，直至输出全部图形及其属性。 4.3网络分析（net analysis）最短路径分析原理=V2V3V1V4V510100502060103009999999999996002099999910999099999999999950099910030 99910 0 V1 V2 V3 V4 V5 1 2 3 4 5VisitedDistance V1 V2 V3 V4 V5110030999100V2V3V1V4V5101005020601030099

10、99999999996002099999910999099999999999950099910030 99910 0 V1 V2 V3 V4 V5 1 2 3 4 5VisitedDistance V1 V2 V3 V4 V51100309991001V2V3V1V4V510100502060103009999999999996002099999910999099999999999950099910030 99910 0 V1 V2 V3 V4 V5 1 2 3 4 5VisitedDistance V1 V2 V3 V4 V5110030601001V2V3V1V4V510100502060

11、103009999999999996002099999910999099999999999950099910030 99910 0 V1 V2 V3 V4 V5 1 2 3 4 5VisitedDistance V1 V2 V3 V4 V51100306010011V2V3V1V4V510100502060103009999999999996002099999910999099999999999950099910030 99910 0 V1 V2 V3 V4 V5 1 2 3 4 5VisitedDistance V1 V2 V3 V4 V5190305010011V2V3V1V4V51010

12、0502060103009999999999996002099999910999099999999999950099910030 99910 0 V1 V2 V3 V4 V5 1 2 3 4 5VisitedDistance V1 V2 V3 V4 V5190305010011V2V3V1V4V510100502060103009999999999996002099999910999099999999999950099910030 99910 0 V1 V2 V3 V4 V5 1 2 3 4 5VisitedDistance V1 V2 V3 V4 V51903050100111V2V3V1V

13、4V510100502060103009999999999996002099999910999099999999999950099910030 99910 0 V1 V2 V3 V4 V5 1 2 3 4 5VisitedDistance V1 V2 V3 V4 V51603050100111V2V3V1V4V510100502060103009999999999996002099999910999099999999999950099910030 99910 0 V1 V2 V3 V4 V5 1 2 3 4 5VisitedDistance V1 V2 V3 V4 V5160305010011

14、1资源配置问题：资源配置问题：1、意义：消防队的选址问题，以确保以尽快的速度达到设防区；超市的选址问题，以确保在交通和时间允许下吸引尽可能多的顾客。2、算法：用圆去覆盖该网络，其中半径最小的圆的圆心即定义为该网络的中心，即最佳选址。3、基本步骤：1）求任意两点的最短距离。2）l(vi)=maxd(vi,v1),d(vi,v2),d(vi,vn)， l(vi)是以vi为圆心覆盖网络所有顶点的圆的半径。 3)l(v)=minl(vi),v和l(v)及所求得半径和圆心。超市选址问题消防、救护问题4.44.4 数字地形模型数字地形模型(DTM)(DTM) 数字地形模型(DTM,Digital Terr

15、ain Model)是通过地表点集的空间坐标(x,y,z)及其属性来表示地形地表特征的地学模型。在GIS中，其广泛地用于各种线路、水利工程的选择、军事地形分析、土壤分析等.如果z表示高程则构成数字高程模型(DEM,Digital Elevation Model)。DTM的实质是用离散的平面点来模拟连续分布的地形。算法模型包括高程矩阵模型和三角网模型。1、DTM和和DEM的概念的概念用栅格表示的离散点模拟出的连续地表DTM=Zi,j 高程矩阵模型用离散点形成Delauney三角形用TIN模型模拟地表形态三角网模型特点：最邻近的三个离散点相连形成的三角形网。通过算法可以自动生成为泰森多边形的生成做

16、好数据准备。特点：v每个多变形内仅含有一 个离散点数据。v泰森多边形内的点到相应离散点的距离最近。v位于泰森多边形边上的点到其两边的离散点的距离相等。Delauney三角网泰森多边形 (Voronoi图)三角网形成原理及其偶图2、DTM数据的获取与采集遥感数据：航片高程数据,建立大比例尺DEM。卫片的地物识别,建立小比例尺DTM。 地形图：从等高线中提取高程,建立DEM。 地面实测数据：获取点状的实测纪录,建立专题DTM,亦可从专题图中获取。统计报表与行政区划图结合：建立社会经济要素的专题DTM。采集方法矢量方法特征点等高线地形线栅格方法遥感图像扫描图像TIN(Triangulated Irr

17、egular Network)Grid3、地形因子的提取（1）各种高程计算 j-1 j j+1 I-1II+1(3*3窗口)(1)局部平均高：(2)极值高程：（2）坡度的计算slope_radians = ATAN ( (dz/dx2 + dz/dy2) )slope_degrees = ATAN ( (dz/dx2 + dz/dy2) ) * 57.29578dz/dx = (c + 2f + i) - (a + 2d + g) / (8 * x_cellsize)dz/dy = (g + 2h + i) - (a + 2b + c) / (8 * y_cellsize)（3）坡向的计算东西

18、北阳 阳阴 阴半阴半阳 半阴半阳 dz/dx = (c + 2f + i) - (a + 2d + g) / 8dz/dy = (g + 2h + i) - (a + 2b + c) / 8aspect = 57.29578 * atan2 (dz/dy, -dz/dx)（4）脊谷特征的计算 j-1 j j+1 I-1II+1(3*3窗口)谷点： (Zi,j-1-Zi,j)*(Zi,j+1-Zi,j)0且Zi,j+1Zi,j (Zi-1,j-Zi,j)*(Zi+1,j-Zi,j)0且Zi+1,jZi,j脊点： (Zi,j-1-Zi,j)*(Zi,j+1-Zi,j)0且Zi,j+10 且Zi+1,jZ