空间分析考试资料

1、空间分析的定义（要求熟记）：空间分析（简称SA）是指分析具有空间坐标或相对位置的数据和过程的 理论和方法，其目的在于提取并传输空间数据中的隐含的空间信息。GIS空间分析的方法（要求熟记）：1）空间查询、检索；2）空间量算3）空间插值；4）叠置分析；5） 缓冲区分析；6）网络分析；7）数字高程分析；8）水文分析。GIS空间分析的步骤（要求熟记）：1）明确目标；2）准备数据；3）分析数据；4）获得结果；5）评价结果；6）修改过程；7）输出结果。GIS主要应用领域：地图制图、辅助决策、环境评价、区域规划、国土、灾害监测、资源调查空间分析的主要内容1、空间位置：借助于空间坐标系传递空间对象的定位信息，

2、是空间对象表述的研究基础，即投影与转换 理论。2、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。3、空间形态：空间 对象的几何形态4、空间距离：空间物体的接近程度5、空间关系：空间对象的相关关系，包括拓扑、方 位、相似、相关等。元数据的定义（要求熟记）：关于数据的数据。元数据是关于数据的描述性数据信息，它应尽可能地反映 数据库自身的特征规律，以便于用户对数据库的准确、高效与充分的开发与利用。空间数据是指具有地理空间实体空间特征的数据，主要包括空间位置、拓扑关系；空间数据的基本特征1）空间特征（又称几何特征）表示空间实体的空间位置、几何形状和空间关系（拓 扑）；2）属性特征：

3、表示空间实体的内涵和性质，即专题特征，如专题变量、分类、数量和名称等；3） 时间特征：表示空间数据采集所对应的时间。属性数据是指用来记录和描述地理空间实体特征的数据，主要包括其专题特征和时间特征。空间数据的采集：1）属性数据的采集；2）图形数据的采集。数据结构是指对空间数据的合理组织，是适合计算机系统存储和管理的地学图形的逻辑结构，是地理实体 的空间排列方式和相互关系的抽象描述。空间分析的本质特征是什么？（1）探测空间数据中的模式（2）研究空间数据间的关系并建立相应的空间数据模型（3）提高适合于所有观察 模式处理过程的理解（4）改进发生地理空间事件的预测能力和控制能力。GIS数据的获取和采集（

4、要求了解）：1）各类调查统计数据：图件、报表、文字等2）野外测量数据：GPS、全站仪3）纸质地图的数字化：扫描仪、数字化仪4）遥感图像：航片、卫片5）数据转换：格式转换两种数据结构及其比较（要求掌握）：矢量数据结构：就是通过记录坐标的方式，将抽象的点、线、面等地理实体精确地表达为计算机可以识别、 存储和处理的格式。栅格数据结构：是指将地理实体表面划分为均匀分布、大小相等、紧密相邻的网格阵列，每个网格作为一 个像元或栅格，由行、列号确定其位置，即用二维坐标中的&,y）来表示，并包含一个代码，表示该像元 的属性类型。矢量数据栅格数据优点：数据解构紧凑、冗余度低，利于网 络分析；图形显示质量好、精度

5、高；缺点：数据结构复杂；多边形叠加操作困难。优点：数据结构简单，便于进行空间分析和地表模拟； 缺点：数据量大，无法建立拓扑关系，投影变换复杂。矢量数据编码形式：实体式、索引式、双重独立式（拓扑编码栅格数据编码方法：直接栅格编码、链状编码、游程编码、块状编码和四叉树编码7.空间数据库及数据库的数据模型（要求了解）：空间数据库：为了管理和使用大量地理实体的空间数据，而按照一定的数据模型和规则建立起来的某地理 研究区域内具有一定空间特征的地理要素数据集合。面向对象模型是指无论怎样复杂的事例都可以准确地由一个对象表示。每个对象都是包含了数据集和操作 集的实体，即是说，面向对象的模型具有封装性的特点。优

6、点：1）可以表示复杂对象，精确模拟现实世界中的地理实体；2）模块化结构，便于管理和维护；3）具有定义抽象数据类型的能力。属性f -数据模层次模型网状模型关系模型定义层次数据库模型是将数据组 织成一对多（或双亲与子女） 关系的结构（树形结构）。在网状模型中，各记录类型间 可具有任意多连接的联系。用二维表形式表示实体及其联系。特点（1）有且仅有一个结点无双 亲，这个结点即树的根；（2） 其它结点有且仅有一个双亲。一个子结点可有多个父结点； 可有一个以上的结点无父结 点；父结点与某个子结点记录 之间可以有多种联系（一对 多、多对一、多对多）。（1）二维表元组的次序是任意的；（2）各元组属性的次序是任

7、意的；（3）各属性的名称不能相同；（4）无重复元组。优点层次和关系清楚，检索路线明 确可以描述实体间复杂的关系。（1）结构灵活，可满足所有用布 尔逻辑运算和数字运算规则形成 的询问要求；（2）能搜索、组合和比较不同类 型的数据；（3）加入和删除数据方便；（4）适宜地理属性数据的模型。缺点就是不能表示多对多的联系。 在GIS中若采用这种层次模 型将难以顾及公共点、线数据 共享和实体元素间的拓朴关 系，导致数据冗余度增加，而 且给拓朴查询带来困难。表示数据间联系的指针数据 项会大大增加数据量；会增加 数据库建立和维护的复杂性。许多操作都要求在文件中顺序查 找满足特定关系的数据，若数据库 很大的话，

8、这一查找过程要花很多 时间；不支持层次结构；不能进行 复杂的空间分析。8.空间分析模型的类型有哪些，并分别对其作出简述。1、空间分布分析模型；用于研究地理对象的空间分布特征。主要包括：空间分布参数的描述，如分布密 度和均值、分布中心、离散度等；空间分布检验，以确定分布类型；空间聚类分析，反映分布的多中心 特征并确定这些中心；趋势面分析，反映现象的空间分布趋势；空间聚合与分解，反映空间对比与趋势。2、空间关系分析模型；用于研究基于地理对象的位置和属性特征的空间物体之间的关系。包括距离、方 向、连通和拓扑等四种空间关系。其中，拓扑关系是研究得较多的关系；距离是内容最丰富的一种关系； 连通用于描述基

9、于视线的空间物体之间的通视性；方向反映物体的方位。3、空间相关分析模型；用于研究物体位置和属性集成下的关系，尤其是物体群（类）之间的关系。在这 方面，目前研究得最多的是空间统计学范畴的问题。统计上的空间相关、覆盖分析就是考虑物体类之间 相关关系的分析。4、预测、评价与决策模型；用于研究地理对象的动态发展，根据过去和现在推断未来，根据已知推测未 知，运用科学知识和手段来估计地理对象的未来发展趋势，并作出判断与评价，形成决策方案，用 以指导行动，以获得尽可能好的实践效果。栅格数据的空间分析聚类、聚合分析：（1）聚类分析根据设定的聚类条件对原有数据系统进行有选择的信息提取而建立新 的栅格数据系统的方

10、法。（2）聚合分析根据空间分辨率和分类表，进行数据类型的合并或转换以实现 空间地域的兼并信息复合分析（1）视觉信息复合分析将不同侧面的信息内容叠加显示在结果图件或屏幕上，以便研究 者判断其相互空间关系，获得更为丰富的空间信息。（2）叠加分类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。叠加结果生成新的数据平 面，新生成的数据可以是原数据之间的代数（模型）运算一一地图代数。追踪分析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。窗口分析对栅格数据开辟一个有固定分析半径的分析窗口，并在

11、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。叠置分析的定义（要求熟记）：叠置分析（overlay analysis）（又称叠加分析），是指将同一地区、同一比 例尺、同一坐标系统、不同信息表达的两组或多组专题要素的图层进行叠加，从而产生一个新图层的过程。叠置分析的分类（要求熟记）：1）点与多边形的叠置；是计算多边形对点的包含关系，将一个含有点 的图层叠加在另一个含有多边形的图层上，以确定每个点落在哪个多边形内，以便为图层上的点建立新的 属性。2）线与多边形的叠置；它也是计算一种包含关系，但与点不同的是，往往一条线跨越多个多边形， 这时需要线与多边形边界求交

12、，并将线目标进行切割、叠置，形成一个新的空间目标的结果集，同时产生 一个相应的属性数据表记录原线和多边形的属性信息。3）面与多边形的叠置。是最复杂的一种叠置，它 需要将两层多边形的边界全部进行边界求交的运算和切割，然后根据切割的弧段重建拓扑关系，最后判断 叠置的多边形分别落在原始多边形层的哪个多边形内，并建立起叠置多边形与原多边形的关系。缓冲区分析的定义（要求熟记）：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，是解决邻近度问题 的空间分析工具之一。缓冲区分析的分类（要求熟记）：1）点缓冲区；通常是以点为

13、圆心、以一定距离为半径的圆。2）线 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）面缓冲区。向外或向内扩展 一定距离而生成新的多边形。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。解题思路：首先要以区域的道路分布图、河流分布图、森林分布图为数据源。解题详细步骤：（1）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；（2）利用河流分布图生成1km的等距缓冲区；（3）利用道路分布图生成5

14、km的等距缓冲区；（4）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H道路周围5km缓冲区C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。结束实例2已知一湖泊，要求在它周围5000m内必须禁止任何污染性工业企业存在，在它周围500m内必须 禁止建筑任何永久性建筑物。解题思路：（1）先建立缓冲区；（2）同现有污染性工业企业图叠置，显示在范围内应禁止的污染性工业企业；（3）同现有永久性建筑物图叠置，显示在范围内应禁止的永久性建筑物。网络分析的定义（要求熟记）：网络分析（network analysis）是通过研

15、究网络的状态以及模拟和分析资源 在网络上的流动和分配情况，对网络结构及其资源等的优化问题进行研究的一种空间分析方法。网络分析的功能：1）路径分析2）连通分析3）拓扑排序4）资源分配5）流分析6）动态分段7）地址匹 配网络数据模型是现实世界网络系统的抽象表示。按照几何形态，空间实体被抽象为点、线、面目标，构成 网络的最基本元素是线性实体以及这些实体的连接交汇点。网络分析的方法（要求熟记）：1）最佳路径分析；2）连通性分析；3）拓扑排序；4）资源分配。GIS地统计分析：是利用GIS对空间数据进行统计分析，包括空间形态的度量、空间分布及假设检验、空 间相关分析、空间内插等。DEM和DTM的定义（要求

16、熟记）：DEM （Digital Elevation Model）（狭义）：是对地球表面高程的数字化表达，它既记录地球表面地理对象的 平面坐标，还记录了其高程值；它表示地表区域上地形的三维向量的有限序列，即地表单元上高程的集合， 数学表达为：z=f（x，y）。DTM（ Digital Terrain Model ）：数字地面模型，是对地表各种形态的属性信息的数字描述。其中的地面 特性可以是高程值，即DEM，同时还可以是土地利用类型、植被覆盖度和人口密度等；常见的DEM表达形式（要求熟记）：1）等高线模型;等高线通常被存储成一个有序的坐标点序列，可以认为是一条带有高程值属性的简单多 边形或多边形

17、弧段。2）规则格网DEM模型（GRID）规则格网法是把DEM表示成高程矩阵，此时，DEM 来源于直接规则矩形格网采样点或由不规则离散数据点内插产生。；3）不规则三角网模型（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DEM的生成方法：1、人工格网法:在地形图上蒙上格网，逐格读取中心点或交点的高程值2、三角网法： 对有限个离散点，每三个邻近点联结成三角形，每个三角形代表一个局部平面，再根据每个平面方程，可 计算各格网点高程，生成DEM。3、立体像对法4、曲面拟合法根据有限个离散点的高程，采用多项式或 样条函数求得拟合公式

18、，再逐个计算各点的高程，5、等值线插值法DEM的应用（要求了解并掌握）：1）在地图制图与地学分析中的应用；三维立体制图、三维景观、数码城市和虚拟现实VR）、绘制地面晕 渲图、DEM的土石方计算可视性分析：判断点与点之间的通视性，从而可以确定一个点目标的通视区域 和某区域内通视点的位置。可以划分出可视区域和不可视区域。可视域分析：显示了在一个区域内从一个 或多个观察点可以观察到的区域范围剖面分析：常常可以以线代面，研究区域的地貌形态、轮廓形状、 地势变化、地质构造、斜坡特征、地表切割强度等。2）非地形特性的应用；可以将DEM中的各种技术移植到非高程数据的地学建模与分析上。即凡是在二维 地理空间上

19、连续分布并逐步变化的各种非高程数据属性如重力、气压、降水、工农业产值等，都可依据 DEM的建立方法建立各自的数字模型。3）产业化和社会化服务。随着GIS、数字地球等空间信息技术的发展，数字高程模型成为空间信息系统的 重要组成部分，是各种地学分析应用的最为重要的基础数据。随着各行各业对DEM数据的需求日益增加， 高精度、高分辨率的DEM产品逐步产业化、商业化。ESDA和DM的定义（要求熟记）：探索性空间数据分析（ESDA）是描述和显示空间分布、识别非常规的空间位置、发现隐含空间关系等的一系 列技术的集合。它与EDA的主要区别就在于它考虑了数据的空间特性。数据挖掘DM的定义：在数据库中，利用各种分

20、析方法与技术，将过去所累积的大量繁杂的历史数据中， 进行分析、归纳与整合等工作，以萃取出有用的信息，找出有意义且用户感兴趣的模式，提供企业管理阶 层在进行决策时的参考依据。空间形态的度量（要求了解并掌握）：1）几何量算；点实体：坐标和距离；线实体：长度；面实体：周长和面2）质心量算；地理学中的质心是 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。（算术平均中心、加权平均中心）3）形状量算点实体：方向；线实体：曲率，弯曲度；面实体： 破碎度、欧拉函数地统计分析的定义（要求掌握）：是利用GIS对空间数据进行统计分析，包括空间形态的度量、空间

21、分布 及假设检验、空间相关分析、空间内插等。回归分析的定义及其类别（要求熟记）：定义：回归分析是指对具有相关统计关系的两个或多个变量，根据其关系形态，选择一个合适的数学模型， 用来近似地表示变量间的平均变化关系的一种统计分析方法。分类：1）一元线性回归；定义：假设有两个地理要素（变量）x 和y，x为自变量，j为因变量。则一元 线性回归模型的基本结构形式为ya=a+bxa+ea： 2）多元线性回归；是一元线性回归的直接推广，其包含 一个因变量和两个或两个以上的自变量。3）非线性回归；4）趋势面分析是用数学曲面来拟合地理要素在空 间的分布及变化趋势的一种数学方法。;5）空间回归分析是指自变量和因变

22、量都是具有空间特性的空间变量 的回归分析方法。内插的定义（要求熟记）：根据某研究区已有的观测数据来估算研究区内未知点的数据值的过程；空间内插的一般步骤：内插方法（模型）的选择；空间数据的探索分析内插方法评价；重新 选择内插方法，直到合理；内插。GIS中常用的内插方法（要求熟记）：1）最近距离法；又称为泰森多边形法，其原理是先将已知的离散 点连接成三角形（一般是Delaunay三角形），对这些三角形的每条边做垂直平分线，多条垂直平分线将研 究区域划分为若干个多边形，离散点位于每个多边形中，它的值可以用来确定所在多边形区域的数据值；2）反距离加权法；认为某未知点的数据值是其周围临近已知点的数据值综

23、合贡献的结果，其贡献程度与 距离成反比。3）多项式拟合曲面法；也叫多项式拟合曲面法。即根据已知采样点的数据值拟合一个多项 式函数，用该函数来表达连续分布的地理空间，从而得到未知点的数据4）克里金插值法；又称为空间自 协方差最佳内插法。是在空间相关范围分析的基础上，用相关范围内的采样点来估计未知点的方法。5） 三角网线性插值法三角网插值法是一种严密的插值器，它的工作路线与手工绘制等值线相近。景观空间格局的定义（要求熟记）：景观空间格局（landscape spatial pattern）是指大小和形状不一的景 观斑块在空间上的配置。它是景观异质性的具体表现。景观结构的组成要素及其定义（要求熟记）

24、：斑块（patch）：是一个与周围环境不同的相对均质性的非线性区域。它是景观研究的最小单位，具有内部 同质性和外部异质性的廊道（corridor）：不同于两侧相邻区域的线（带）状景观单元。又分为线状廊道、 带状廊道和河流廊道。它具有通道和阻隔的双重作用。基质（matrix）：是景观镶嵌内的背景生态系统或 空间实体。它是景观结构中面积最大、连通性最好的一种景观要素类型。空间自相关分析（要求了解）：是以经典统计学为基础，用来检验空间变量的取值是否与相邻空间上该 变量取值大小有关。包括空间自正相关、空间自负相关和空间不相关三种情况。在人口分布、植被种群分 布、地理性传染病等研究中得到了广泛应用。空间

25、自相关反映的是一个区域单元上的某种地理现象或某一属性值与邻近区域单元上同一现象或属性值的相 关程度，它是一种检测与量化从多个标定点中取样值变异的空间依赖性的空间统计方法， 三维景观分析有哪些内容？1、空间查询 2、属性计算3、等值线生成 4、山体阴影创建5、专题栅格图分析 6、剖面线绘 制7、通视分析8、流域分析空间插值：常用于将离散点的测量数据转换为连续的数据曲面，以便于其它空间现象的分布模式进行比较， 它包括了空间内插和外推两种算法。拓扑分析：拓扑关系是地理对象在空间位置上的相互关系，拓扑分析是一种分析手段。空间变换：为了满足特定空间分析的需要，需对原始图层及其属性进行一系列的逻辑或代数运

26、算，以产生 新的具有特殊意义的地理图层及其属性，这个过程称为空间变换。网络分析的功能1、路径分析：也称最优路径分析，以最短路径分析为主。这里“最佳”包含很多含义，不仅指一般地理 意义上的距离最短，还可以是成本最少、耗费时间最短、资源流量（容量）最大、线路利用率最高等标准。 很多网络相关问题，如最可靠路径问题、最大容量路径问题、易达性评价问题和各种路径分配问题均可纳 入最佳路径问题的范畴之中。2、连通分析：在地理网络中从某一点出发能够到达的全部结点或边有哪些，如何选择对于用户来说成本 最小的线路，即连通分析所要解决的问题。连通分析的求解过程实质上是对应的图的生成树的求解过程， 其中研究最多的是最小生成树问题。3、资源分配：在多数的应用中，需要解决在网络中选定几个供应中心，并将网络的各边和点分配给某一 中心，使各中心所覆盖范围内每一点到中心的总的加权距离最小，实际上包括定位与分配两个问题。4、流分析：就是根据网络元