GIS空间分析原理与方法课件

1、地理信息系统基础第1页，共118页。如何为一公园选择合理位置？依山傍水； 交通方便； 较安静要求方案2条件2方案1条件1处理、分析空间分析算法现实世界获取水系信息地形信息道路信息植被信息等+空间数据库存 储第2页，共118页。1854年8月到9月英国伦敦霍乱流行时，当局始终找不到发病的原因，后来医生约翰斯诺(John Snow) 参与调查。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居住位置，得到了霍乱病死者居住分布图。第3页，共118页。霍乱病死者居住分布图(John Snow, 1854)第4页，共118页。霍乱死亡病例与水源的关系

2、第5页，共118页。斯诺博士分析了这张分布图，马上想到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。根据斯诺博士的分析和请示，当局于9月8日摘下了这个水井的泵，禁止使用该水泵吸水，从这天以后，新的霍乱病患者就再也没有出现了。在这个例子中，患者的居住地与饮用水井之间的空间位置关系提示了霍乱病的发病根源。第6页，共118页。中国科学院遥感应用研究所、中国人民解放军军事医学科学院微生物流行病研究所联合北京师范大学遥感与GIS研究中心及协和医科大学，共同组建成立了公共卫生领域空间信息技术应用研究中心 。第7页，共118页。第六章 GIS空间分析原理与方法空间分析概述栅格数据分析的基

3、本模式矢量数据分析的基本方法空间数据的其他分析方法数字地面模型及其应用思考与练习第8页，共118页。1 空间分析概述概念主要内容第9页，共118页。概 念空间分析是基于地理对象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。空间分析早已成为地理信息系统的核心功能之一，它特有的对地理信息（特别是隐含信息）的提取、表现和传输功能，是地理信息系统区别于一般信息系统的主要功能特征。第10页，共118页。空间分析的主要内容空间位置： 借助于空间坐标系传递空间对象的定位信息，是空间对象表述的研究基础。空间分布：同类空间对象的群体定位信息，包括分布、趋势、对比等内容。空间形态：空间对象的几

4、何形态。空间距离：空间物体的接近程度。空间关系：空间对象的相关关系，包括拓扑、方位、相似、相关等。第11页，共118页。2 栅格数据分析的基本模式聚类、聚合分析（重分级）信息复合分析（代数运算）追踪分析窗口分析（栅格统计）第12页，共118页。栅格数据的聚类分析 根据设定的聚类条件对原有数据进行有选择的信息提取而建立新的栅格数据的方法。 在四种类型要素中提取其中要素2的聚类第13页，共118页。栅格数据的聚合分析 1、2类合并为b，3、4类合并为a 2、3类合并为c，1、4类合并为d 根据空间分辨力和分类表，进行数据类型的合并或转换以实现空间地域的兼并。空间聚合的结果往往将较复杂的类别转换为较

5、简单的类别，并且常以较小比例尺的图形输出。第14页，共118页。基于SuperMap Deskpro的栅格分析第15页，共118页。重分级重新定义栅格数据集中每个格网的数值。 第16页，共118页。栅格数据的信息复合分析信息复合模型(overlay)包括两类：即简单的视觉信息复合和较为复杂的叠加分类模型。常被用来进行区域适应性评价、资源开发利用、规划等多因素分析研究工作。在数字遥感图象处理工作中，利用该方法可以实现不同波段遥感信息的自动合成处理 。第17页，共118页。视觉信息复合与叠加分类视觉信息复合是将不同专题的内容叠加显示在结果图件上，参加复合的平面之间没发生任何逻辑关系，仍保留原来的数

6、据结构；叠加分类模型则根据参加复合的数据平面各类别的空间关系重新划分空间区域，使每个空间区域内各空间点的属性组合一致。 第18页，共118页。栅格数据的信息复合分析按运算方法分类逻辑判断复合法数学运算复合法算术运算函数运算第19页，共118页。逻辑判断复合法 ABCABCABCABCABCABCA.AND.B.AND.CA.NOT.(B.OR.C)A.AND.B.OR.CA.OR.B.OR.CA.XOR.B.XOR.CA.AND.(B.OR.C)第20页，共118页。算术运算复合法算术运算指两层以上的对应网格值经加、减运算，而得到新的栅格数据的方法。 111111111111111111111

7、111122223111111111111111111111111111113ABCD=A+B+CE=|A-B|F=D-E第21页，共118页。函数运算复合法函数运算指两个以上层的栅格数据以某种函数关系作为复合分析的依据进行逐网格运算，从而得到新的栅格数据的过程。第22页，共118页。SuperMap Deskpro的栅格代数运算对栅格数据集进行代数操作 。第23页，共118页。栅格数据的追踪分析 对于特定的栅格数据，由某一个或多个起点，按照一定的追踪线索进行追踪目标或者追踪轨迹信息提取的空间分析方法。6471025201916812152125342215111724323027211214

8、253139322514720293223211232026282520161342023231812994171817128233第24页，共118页。栅格数据的窗口分析 （1）矩形窗口圆型窗口环型窗口扇型窗口按照窗口形状分类第25页，共118页。栅格数据的窗口分析（2）按窗口统计分析分类MeanMaximum MinimumMedianSumRangeMajorityMinorityVariety第26页，共118页。第27页，共118页。SuperMap Deskpro的栅格统计常用功能邻域分析分带统计第28页，共118页。常用功能创建新的数据集，仅保留满足条件的单元格。 第29页，共1

9、18页。邻域分析根据设置的邻域以及选择的分析方式，使用邻域内所有单元格的最大值、最小值或者平均值等，重新为单元格赋值 。第30页，共118页。分带统计根据带数据集所确定的区域形状，使用数据集中同一区域所有单元格的平均值、最大值或者最小值等，重新给带数据集各区域中的单元格赋值 。第31页，共118页。3 矢量数据分析的基本方法缓冲区分析叠加分析网络分析第32页，共118页。3.1 缓冲区分析地理学中的第一定律，任何事物都与其他事物相关，距离近的事物比距离远的关系更大（Waldo Tobler）。邻近度（Proximity）描述了地理空间中两个地物距离相近的程度，其确定是空间分析的一个重要手段。（

10、李小文：地理学第一定律与时空邻近度的提出）缓冲区分析是解决邻近度问题的空间分析工具之一。缓冲区分析是指以点、线、面等实体为基础，自动建立其周围一定宽度范围内的多边形实体，从而实现空间数据在水平方向得以扩展的分析方法。第33页，共118页。缓冲区分析（2）第34页，共118页。缓冲区分析（3）第35页，共118页。缓冲区分析（4）生成缓冲区：鼠标右键选中某个（或几个）几何对象，在弹出的快捷菜单中进行选择。第36页，共118页。缓冲区分析（5）在对话框中进行参数的设置生成的缓冲区添加到地图窗口显示结果第37页，共118页。单级缓冲区多重缓冲区缓冲区分析（6）第38页，共118页。3.2 叠加分析叠

11、加分析是指在两个数据集之间进行的一系列集合运算，是GIS中的一项非常重要的空间分析功能。叠加分析涉及到两个数据集，其中一个数据集为操作数据集，必须为面数据集，另一个数据集为被操作数据集，除合并运算和对称差运算必须是面数据集外，其他运算可以是点、线、面或者复合数据集。可以进行点与面的叠加、线与面的叠加、面与面的叠加。参与运算的两个数据集中的相交对象都要进行分解，形成新的子对象。 参与叠加分析的面数据集不能有重叠的对象，否则可能有错误结果。 第39页，共118页。SuperMap提供了六种基于矢量数据的叠加分析功能。第40页，共118页。3.2.1 裁剪（Clip)分析Clip是用一个操作数据集从

12、一个被操作数据集中抽取部分特征（点、线、面）集合的运算。第41页，共118页。3.2.2 合并(Union)分析合并是将两个数据集求并集后输出为一个数据集，在这里只限于两个面数据集之间进行合并。第42页，共118页。3.2.3 擦除(Erase)分析擦除是用来擦除掉被操作数据集中与操作数据集中多边形相重叠部分（点、线、面）的操作。第43页，共118页。3.2.4 求交(Intersect)分析求交是求两个数据集的交集的操作。两个数据集中相交的部分将被输出到结果数据集中，其余部分将被删除。结果属性表除了包括自己的属性字段，还可以包括待求交数据集和交数据集的所有属性字段（需要进行设置）。第44页，

13、共118页。设置求交结果数据集的属性字段第45页，共118页。第46页，共118页。第47页，共118页。第48页，共118页。3.2.5 同一（Identity)分析又叫识别分析；是对两个数据集进行相交运算后，保留第一数据集的所有部分，去除第二数据集中与第一个数据集没有重叠的部分。第49页，共118页。3.2.6 对称差（Symmetrical Difference）分析对称差运算是在两个面数据集之间进行的交集取反操作。操作的结果是，对于被操作数据集中每一个面对象，去掉其与操作数据集中的几何对象相交的部分，而保留下的剩下的部分。可以得到除去两个图层公共区域的其他部分，并且原图层的所有属性都将

14、在输出图层上同时显示。第50页，共118页。例：求青海省的湖泊分布情况根据全国湖泊分布图、青海省行政区域图计算出青海省境内的湖泊分布图，可以采用哪些方法实现？使用裁剪分析使用求交分析使用同一分析第51页，共118页。第52页，共118页。3.3 网络分析构建网络数据集网络分析的基本设置网络分析的具体操作第53页，共118页。构建网络数据集通过“线数据集拓扑处理”自动完成构建网络数据集拓扑错误处理选项中“弧段求交”项必选网络数据集由点数据集和线数据集组成。第54页，共118页。网络分析参数设置基本网络参数设置连通性参数设置设置网络障碍点和障碍边设置中心点设置交通规则设置转向表显示风格设置指定分析

15、区域第55页，共118页。网络分析的基本设置在进行所有网络分析之前，首先要进行网络分析的基本参数设置。第56页，共118页。设置网络障碍点和障碍边让被交通堵塞的弧段具有暂时的禁行特性；在交通恢复正常后，弧段属性也能实时恢复正常。障碍点和障碍边在设置前后与现有的网络环境参数无关，具有相对独立的特性。第57页，共118页。设置中心点中心点是网络中具有接收或提供资源的能力，且位于节点处的离散设施。中心点和网络资源最优分配、选址分析功能密切相关。中心点类型有非中心、固定中心和可选中心。第58页，共118页。设置交通规则第59页，共118页。设置转向表转向是从一个弧段经过中间节点抵达另外一个邻接弧段的过

16、程。这个过程在各种交通规则下会有不同的表现，比如某些道路是禁止180度转弯、某些道路禁止左转等。建立的转向表可以精确模拟现实转向表，在处理实际问题时，尤其是交通网络中通过道路交叉口的确切模拟。第60页，共118页。显示风格设置第61页，共118页。指定分析区域在网络图层中拉框选择分析区域，使得网络分析只针对该区域中的节点和弧段进行。此项功能与“网络分析参数设置”对话框中的“使用指定区域”选项相联系。当分析区域选择成功后，此对话框中的“使用指定区域”选项变为已选状态，只有此项被选中后网络分析才会在指定区域内进行。 第62页，共118页。各种网络分析功能连通性分析邻接点分析通达点分析通达边分析关键

17、点分析关键边分析两点是否连通分析最佳路径、旅行商分析服务区分析 最近设施查找第63页，共118页。连通性分析(1)查找等级参数为查找的级数；与分析节点通过单个路径相连通的所有节点为第一级节点，而沿着分析方向，与所有一级节点通过单个路径相连通的节点为第二级节点，由此类推；而与分析节点直接相连通的路径为第一级通达边，沿着分析方向与第一级节点直接相连通的路径为第二级通达边，由此类推。当连接节点（路径）的级数超过设置的参数就不再往外查找。第64页，共118页。连通性分析(2)邻接点分析通达点分析通达边分析第65页，共118页。关键点分析关键边分析两点间是否连通连通性分析(3)第66页，共118页。最佳

18、路径、旅行商分析（1）功能选取最佳路径分析旅行商问题站点选取方式节点选取自由选取导入外部站点查看结果保存为数据集第67页，共118页。最佳路径、旅行商分析（2）对访问站点的顺序的处理有所不同最佳路径分析：必须按照指定的顺序访问网络中的所有节点。旅行商分析：在保证一次行程中访问所有站点的前提下，旅行商分析的结果即包括所选择的路径，也包括它所确定的最优的访问次序。第68页，共118页。服务区分析根据指定的服务中心点及服务范围分析服务中心点能够提供的服务范围。 第69页，共118页。最近设施查找查找与已知点（事件点）距离最近的设施点 。第70页，共118页。4 空间数据的其它分析方法空间数据的量算空

19、间数据的内插空间信息分类空间统计分析第71页，共118页。4.1 空间数据的量算 空间信息的自动化量算是地理信息系统所具有的重要功能，也是进行空间分析的定量化基础。其中的主要量算有：质心量算几何量算 形状量算 第72页，共118页。4.1.1 质心量算定义：目标的半径位置或保持均匀的平衡点，一般为多边形的几何中心或重心。计算公式应用跟踪某些地理分布的变化，如人口变迁、土地类型变化等。简化复杂目标的模型建立等。第73页，共118页。4.1.2 几何量算几何量算对点、线、面、体4类目标物而言，其含义不同的：点状目标：坐标；线状目标：长度、曲率、方向；面状目标：面积、周长等；体状目标：表面积、体积等

20、。第74页，共118页。4.1.3 形状量算地物外形是影像处理中模式识别的一个重要部分。例如海岸线的外形是岛屿的重要特征。目标物的外观是多变的，很难找到一个准确的量对其进行描述。 基本考虑：空间完整性、多边形形状特征第75页，共118页。形状量算（2）量算方法： 如果认为一个标准的圆目标既非紧凑型也非膨胀型，则可定义其形状系数为： 其中，P为目标物周长，A为目标物面积。 如果 r1，目标物为紧凑型； r1，目标物为一标准圆； r1，目标物为膨胀型。圆r=1r1膨胀型rDEM数据集根据高程字段生成DEM数据集。第100页，共118页。点、线数据集DEM数据集综合使用高程点，等值线，湖泊平面等地形

21、信息，生成DEM数据集。 第101页，共118页。TIN数据集DEM数据集把TIN数据集转变为格网DEM 数据集TIN属性:转换后的DEM数据集所保留的源TIN数据集的属性，包括高程、坡度和坡向值。分辨率：输出栅格数据集的分辨率。系统默认是生成结果为500*500的栅格数目计算的分辨率。第102页，共118页。创建TIN数据集把点（线）数据集转变成TIN数据重采样距离缩放比例第103页，共118页。5.3 DTM的空间内插方法DTM的空间内插是在一个由（x,y）坐标平面构成的二维空间中，由已知若干离散点的高程，估算内插点的高程值。第104页，共118页。地形表面重建与内插的通用多项式函数（1）Z=f(X,Y)第105页，共118页。地形表面重建与内插的通用多项式函数（2） 取不同的项数和次数可以得到双线性内插、二元样条函数内插、移动拟合法内插等方法。 第106页，共118页。二元样条函数内插二元样条函数内插是按一定规则，用相邻数据点连线将块分割成若干个分片，通过每一个分片上的全部数据，展铺成一张光滑的数学曲面，并使相邻分片间保持连续光滑的拼接。第107页，共118页。在SuperMap Deskpro中实现栅格数据的内插第108页，共118页。第109页，共118页。5.4 DEM的