地理信息系统第7讲GIS基本空间分析

1、概述概述地图操作地图操作地图操作：融合地图操作：融合112413312413地图操作：裁剪地图操作：裁剪地图操作：合并地图操作：合并合并叠置分析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

2、数据层的属性联系起来产生新的属性关系。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，其中，被叠加的要素层面必须是基于相同坐标系统的，基准面相同的、同一区域的数据基准面相同的、同一区域的数据。叠置分析叠置分析-矢量数据的叠置分析矢量数据的叠置分析点与多边形叠置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，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

3、直接获得点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。与多边形叠加所需要的信息。AB121A2B+=叠置分析叠置分析-矢量数据的叠置分析矢量数据的叠置分析线与多边形叠置线与多边形叠置线与多边形的叠置同点与多边形叠置类似，线与多边形的叠加，指线与多边形的叠置同点与多边形叠置类似，线与多边形的叠加，指一个线图层与一个多边形图层相叠，叠置结果通常是将多边形层的一个线图层与一个多边形图层相叠，叠置结果通常是将多边形层的属性注入另一个图层中，然后更新得到的数据图层；基于新数据图属性注入另一个图层中，然后更新得到的数据图层；基于新数据图层，通过属性直接获得线与多边形

4、叠加所需要的信息。层，通过属性直接获得线与多边形叠加所需要的信息。AB11A1B+=叠置分析叠置分析-矢量数据的叠置分析矢量数据的叠置分析多边形叠置多边形叠置多边形叠置是多边形叠置是GIS空间分析中的最常用的功能之一，也是叠置分析空间分析中的最常用的功能之一，也是叠置分析中最经典的形式。多边形叠置是将两个或多个多边形图层进行叠加，中最经典的形式。多边形叠置是将两个或多个多边形图层进行叠加，产生一个新的多边形图层。新图层的多边形是原来各图层多边形相产生一个新的多边形图层。新图层的多边形是原来各图层多边形相交分割的结果，每个多边形的属性含有原图层各个多边形的所有属交分割的结果，每个多边形的属性含有

5、原图层各个多边形的所有属性数据。性数据。AB+=121A1B2A2B地图地图叠置分析叠置分析：联合：联合OR=地图地图叠置分析叠置分析：相交：相交AND=地图地图叠置分析叠置分析：层叠加：层叠加+=(输入地图) AND (叠加地图) OR (输入地图)地图地图叠置分析叠置分析：破碎多边形处理：破碎多边形处理叠置分析叠置分析-栅格数据的叠置分析栅格数据的叠置分析栅格数据由于其空间信息隐含属性信息明确的特点，可以栅格数据由于其空间信息隐含属性信息明确的特点，可以看作是最为典型的数据层面，通过数学关系建立不同数据看作是最为典型的数据层面，通过数学关系建立不同数据层面之间的联系是层面之间的联系是GIS

6、提供的典型功能，空间模拟尤其需提供的典型功能，空间模拟尤其需要通过各种各样的方式将不同的数据层面进行叠加运算，要通过各种各样的方式将不同的数据层面进行叠加运算，以揭示某种空间现象或空间过程。以揭示某种空间现象或空间过程。在栅格数据内部，叠加运算是通过像元之间的各种运算来在栅格数据内部，叠加运算是通过像元之间的各种运算来实现的。实现的。叠置分析叠置分析-栅格数据的叠置分析栅格数据的叠置分析布尔逻辑运算布尔逻辑运算叠置分析叠置分析-栅格数据的叠置分析栅格数据的叠置分析重分类重分类叠置分析叠置分析-栅格数据的叠置分析栅格数据的叠置分析数学运算复合法数学运算复合法缓冲区分析缓冲区分析基本缓冲区类型基本

7、缓冲区类型缓冲区变形缓冲区变形缓冲区变异缓冲区变异缓冲区用途缓冲区用途窗口分析地学信息除了在不同层面的因素之间存在着一定的制地学信息除了在不同层面的因素之间存在着一定的制约关系之外约关系之外,还表现在空间上存在着一定的关联性。对还表现在空间上存在着一定的关联性。对于栅格数据所描述的某项地学要素，其中的于栅格数据所描述的某项地学要素，其中的(i，j)栅栅格往往会影响其周围栅格的属性特征。充分而有效地格往往会影响其周围栅格的属性特征。充分而有效地利用这种事物在空间上相联系的特点，是地学分析的利用这种事物在空间上相联系的特点，是地学分析的必然考虑因素。必然考虑因素。窗口分析是指对于栅格数据系统中的一

8、个、多个栅格窗口分析是指对于栅格数据系统中的一个、多个栅格点或全部数据，开辟一个有固定分析半径的分析窗口点或全部数据，开辟一个有固定分析半径的分析窗口，并在该窗口内进行诸如极值、均值等一系列统计计，并在该窗口内进行诸如极值、均值等一系列统计计算，或与其它层面的信息进行必要的复合分析，从而算，或与其它层面的信息进行必要的复合分析，从而实现栅格数据有效的水平方向扩展分析。实现栅格数据有效的水平方向扩展分析。窗口分析中的三个要素：窗口分析中的三个要素：中心点，在单个窗口中的中心点可能就是一个栅格点，中心点，在单个窗口中的中心点可能就是一个栅格点，或者是分析窗口的最中间的栅格点，窗口分析运算后的或者是

9、分析窗口的最中间的栅格点，窗口分析运算后的数值赋予它。数值赋予它。分析窗口大小与类型，依据的单个窗口中的栅格分布状分析窗口大小与类型，依据的单个窗口中的栅格分布状况，如平滑运算的况，如平滑运算的33矩形窗口，扇形窗口等。矩形窗口，扇形窗口等。运算方式，图层根据窗口分析类型运算，依据不同的运运算方式，图层根据窗口分析类型运算，依据不同的运算方式获得新的图层，如算方式获得新的图层，如DEM提取坡度、坡向运算。提取坡度、坡向运算。具体实现来说，窗口分析是对一个栅格及其周围栅格具体实现来说，窗口分析是对一个栅格及其周围栅格的数据分析技术，一般在单个图层上进行。进行分析的数据分析技术，一般在单个图层上进

10、行。进行分析时，首先选择合适的窗口大小、窗口类型，确定分析时，首先选择合适的窗口大小、窗口类型，确定分析的目的，指定分析选用的运算函数，从最初点开始进的目的，指定分析选用的运算函数，从最初点开始进行运算得到新的栅格值，按次序逐点扫描整个格网进行运算得到新的栅格值，按次序逐点扫描整个格网进行窗口运算最后得到新的图层行窗口运算最后得到新的图层分析窗口的类型分析窗口的类型矩形窗口：是以目标栅格为中心，分别向周围八个方向矩形窗口：是以目标栅格为中心，分别向周围八个方向扩展一层或多层栅格。扩展一层或多层栅格。圆形窗口：是以目标栅格为中心，向周围作一等距离搜圆形窗口：是以目标栅格为中心，向周围作一等距离搜

11、索区，构成一圆形分析窗口。索区，构成一圆形分析窗口。环形窗口：是以目标栅格为中心，按指定的内外半径构环形窗口：是以目标栅格为中心，按指定的内外半径构成环形分析窗口。成环形分析窗口。扇形窗口：是以目标栅格为起点，按指定的起始与终止扇形窗口：是以目标栅格为起点，按指定的起始与终止角度构成扇形分析窗口。角度构成扇形分析窗口。其他窗口，如正六边形等。其他窗口，如正六边形等。窗口分析的类型窗口分析的类型统计运算统计运算平均值统计（平均值统计（Mean）：新栅格值为分析窗口内原栅格值的均值；）：新栅格值为分析窗口内原栅格值的均值；最大值统计（最大值统计（Maximum）：新栅格值为分析窗口内原栅格值的最）

12、：新栅格值为分析窗口内原栅格值的最大值；大值；最小值统计（最小值统计（Minimum）：新栅格值为分析窗口内原栅格值的最）：新栅格值为分析窗口内原栅格值的最小值；小值；中值统计（中值统计（Median）：是指）：是指 这这 个数的中数，若个数的中数，若 为奇数，则为奇数，则 ；若；若 为偶数，则为偶数，则 ，新栅格值为分析窗口内原栅格值的中值；，新栅格值为分析窗口内原栅格值的中值；求和统计（求和统计（Sum）：新栅格值为分析窗口内原栅格值的总和；）：新栅格值为分析窗口内原栅格值的总和；标准差统计（标准差统计（Standard deviation）：新栅格值为分析窗口内原栅）：新栅格值为分析窗口

13、内原栅格值的标准差值；格值的标准差值；其他，诸如值域、模等。如图其他，诸如值域、模等。如图8.18是是1111窗口大小的平均值统计窗口大小的平均值统计的窗口分析。的窗口分析。 测度运算测度运算范围统计（范围统计（Range）：是指分析窗口范围内统计值的范）：是指分析窗口范围内统计值的范围；围；多数统计（多数统计（Majority）：是指分析窗口范围内绝大多数）：是指分析窗口范围内绝大多数的统计值，频率最高的单元值；的统计值，频率最高的单元值；少数统计（少数统计（Minority）：是指分析窗口范围内较少数的）：是指分析窗口范围内较少数的统计值，频率最低的单元值；统计值，频率最低的单元值；种类统

14、计（种类统计（Variety）：是指分析窗口范围内统计值的）：是指分析窗口范围内统计值的种类，不同单元值的数目。种类，不同单元值的数目。函数运算函数运算滤波运算，如图像卷积运算，罗伯特梯度计算，拉普拉滤波运算，如图像卷积运算，罗伯特梯度计算，拉普拉斯算法等，这些在遥感图像处理方面应用较广。斯算法等，这些在遥感图像处理方面应用较广。函数运算函数运算地形参数运算，如坡度坡向的运算，平面曲率，剖面曲地形参数运算，如坡度坡向的运算，平面曲率，剖面曲率的计算，水流方向矩阵，水流累计矩阵的获得等。率的计算，水流方向矩阵，水流累计矩阵的获得等。追踪分析所谓栅格数据的追踪分析是指，对于特定的栅格数据所谓栅格数

15、据的追踪分析是指，对于特定的栅格数据系统，由某一个或多个起点，按照一定的追踪法则进系统，由某一个或多个起点，按照一定的追踪法则进行追踪目标或者追踪轨迹信息提取的空间分析方法。行追踪目标或者追踪轨迹信息提取的空间分析方法。网络分析网络分析网络是指现实世界中，由链和结点组成的、带有环路网络是指现实世界中，由链和结点组成的、带有环路，并伴随着一系列支配网络中流动之约束条件的线网，并伴随着一系列支配网络中流动之约束条件的线网图形，它的基础数据是点与线组成的网络数据。图形，它的基础数据是点与线组成的网络数据。网络分析是通过模拟、分析网络的状态以及资源在网网络分析是通过模拟、分析网络的状态以及资源在网络上

16、的流动和分配等，研究网络结构、流动效率及网络上的流动和分配等，研究网络结构、流动效率及网络资源等的优化问题的领域。络资源等的优化问题的领域。对地理网络、城市基础设施网络进行地理分析和模型对地理网络、城市基础设施网络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。化，是地理信息系统中网络分析功能的主要目的。网络组成网络组成线状要素线状要素链链点状要素点状要素 障碍；障碍； 拐角点；拐角点； 结点；结点； 中心；中心； 站点站点。网络中的属性网络中的属性阻强阻强：指资源在网络流动中的阻力大小，如所花的时间指资源在网络流动中的阻力大小，如所花的时间，费用等。它是描述链与拐角点所具有的属

17、性。，费用等。它是描述链与拐角点所具有的属性。资源容量资源容量：指网络中心为了满足各链的需求，能够容纳指网络中心为了满足各链的需求，能够容纳或提供的资源总数量，也指从其他中心流向该中心或从或提供的资源总数量，也指从其他中心流向该中心或从该中心流向其他中心的资源总量。该中心流向其他中心的资源总量。资源需求量资源需求量：指网络系统中具体的线路、链、结点所能指网络系统中具体的线路、链、结点所能收集的或可以提供给某一中心的资源量。收集的或可以提供给某一中心的资源量。网络的应用网络的应用路径分析路径分析静态最佳路径静态最佳路径；动态分段技术动态分段技术；N条最佳路径分析条最佳路径分析；最短路径最短路径；

18、动态最佳路径分析动态最佳路径分析。网络的应用网络的应用资源分配资源分配：资源分配主要是优化配置网络资源的问题，资源分配主要是优化配置网络资源的问题，资源分配的目的是对若干服务中心，进行优化划定每个资源分配的目的是对若干服务中心，进行优化划定每个中心的服务范围，把所有连通链都分配到某一中心，并中心的服务范围，把所有连通链都分配到某一中心，并把中心的资源分配给这些链以满足其需求，也即要满足把中心的资源分配给这些链以满足其需求，也即要满足覆盖范围和服务对象数量，筛选出最佳布局和布局中心覆盖范围和服务对象数量，筛选出最佳布局和布局中心的位置。的位置。资源分配网络模型由中心点资源分配网络模型由中心点(分配中心分配中心)及其状态属性和及其状态属性和网络组成。网络组成。分配有两种方式，一种是由分配中心向四周输出，另一分配有两种方式，一种是由分配中心向四周输出，另