GIS空间分析复习提纲与答案

空间分析复习提纲一、基本概念(要求：基本掌握其原理及含义，能做名词解释 )1、空间分析： 是基于地理对象的位置和形态的空间数据的分析技术，其目的在于提取和传输空间信息。2、空间数据模型： 以计算机能够接受和处理的数据形式，为了反映空间实体的某些结构特性和行为功能，按一定的方案建立起来的数据逻辑组织方式，是对现实世界的抽象表达。分为概念模型、逻辑模型、物理模型。3、叠置分析： 是指在同一地区、同一比例尺、同一数学基础、不同信息表达的两组或多组专题要素的图形或数据文件进行叠加，根据各类要素与多边形边界的交点或多边形属性建立多重属性组合的新图层，并对那些结构和属性上既互相重叠，又互相联系的多种现象要素进行综合分析和评价；或者对反映不同时期同一地理现象的多边形图形进行多时相系列分析，从而深入揭示各种现象要素的内在联系及其发展规律的一种空间分析方法。4、网络分析：网络分析是通过研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。5、缓冲区分析： 即根据分析对象的点、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。 其中包括点缓冲区、线缓冲区、面缓冲区等。6、最佳路径分析：也称最优路径分析，以最短路径分析为主，一直是计算机科学、运筹学、交通工程学、地理信息科学等学科的研究热点。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。7、空间插值： 空间插值是指在为采样点估计一个变量值的过程，常用于将离散点的测量数据转换为连续的数据曲面，它包括内插和外推两种算法。 ，前者是通过已知点的数据计算同一区域内其他未知点的数据，后者则是通过已知区域的数据，求未知区域的数据。8、空间量算：即空间量测与计算，是指对GIS数据库中各种空间目标的基本参数进行量算与分析，如空间目标的位置、距离、周长、面积、体积、曲率、空间形态以及空间分布等，空间量算是GIS获取地理空间信息的基本手段，所获得的基本空间参数是进行复杂空间分析、模拟与决策制定的基础。9、克里金插值法：克里金插值法是空间统计分析方法的重要内容之一，它是建立在半变异函数理论分析基础上，对有限区域内的区域变化量取值进行无偏最优估计的一种方法，不仅考虑了待估点与参估点之间的空间相关性，还考虑了各参估点间的空间相关性，根据样本空间位置不同、样本间相关程度的不同，对每个参估点赋予不同的权，进行滑动加权平均，以估计待估点的属性值。二、分析类(要求：重点掌握其原理及含义，能结合本专业研究方向做比较详细的阐述 )1、空间数据模型的分类？答：分为三类：① 场模型：用于表述二维或三维空间中被看作是连续变化的现象；② 要素模型：有时也称对象模型，用于描述各种空间地物；③ 网络模型：一种某一数据记录可与任意其他多个数据记录建立联系的有向图结构的数据模型，可以模拟现实世界中的各种网络。2、矢量与栅格数据的优缺点对比？答：矢量数据的优点： 矢量数据的缺点：a.数据结构紧凑、冗余度低； a.数据结构复杂；b.有利于网络和检索分析；

b.多边形叠加分析比较困难。c.图形显示质量好、精

度高。栅格数据的优点：

栅格数据的缺点：a.数据结构简单；

a.数据量大；b.便于空间分析和地表模拟； b.投影转换比较复杂。c.现势性较强。3、空间分析的内容及其在答：(1)空间分析的主要内容：

GIS

中的地位和作用？a.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，即投影与转换理论;b.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 ;c.空间形态：空间对象的几何形态 ;d.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。在GIS中的地位和作用空间分析是基于地理对象的位置和形态的空间数据的分析技术，其目的在于提取和传输空间信息。空间分析是地理信息系统的主要特征。空间分析能力（特别是对空间隐含信息的提取和传输能力）是地理信息系统区别与一般信息系统的主要方面，也是评价一个地理信息系统成功与否的一个主要指标。空间分析是

GIS

的核心和灵魂，

是

GIS

区别于一般的信息系统、

CAD

或者电子地图系统的主要标志之一。空间分析，配合空间数据的属性信息，能提供强大、丰富的空间数据查询功能。因此，空间分析在

GIS

中的地位不言而喻。4、空间分析的研究目标？答：空间分析研究的主要目标有：① 认知——有效获取空间数据，并对其进行科学的组织描述，利用数据再现事物本身，例如绘制风险图。 ；② 解释——理解和解释地理空间数据的背景过程，认识事件的本质规律，例如住房价格中的地理邻居效应；③ 预报——在了解、掌握事件发生现状与规律的前提下，运用有关预测模型对未来的状况做出预测，例如传染病的爆发；④ 调控——对地理空间发生的事件进行调控，例如合理分配资源。5、邻近度分析、叠加分析和网络分析的用途？答：（1）邻近度分析的主要用途：邻近度是定性描述空间目标距离关系的重要物理量之一，表示地理空间中两个目标地物距离相近的程度，以距离关系为分析基础的邻近度分析是 GIS空间几何关系分析的一个重要手段。2）叠加分析的主要用途：建立具有多重属性组合的新图层，并对那些在结构和属性上既相互重叠，又相互联系的多种现象要素进行综合分析和评价，或者对反映不同时期同一地理现象的多边形图形进行多时相系列分析，从而深入揭示各种现象要素的内在联系及其发展规律。3）网络分析的主要用途：主要用来解决两大类问题，一类是研究由线状实体以及连接线状实体的点状实体组成的地理网络结构，其中涉及优化路径求解、连通分量求解等问题；一类是研究资源在网络系统中的分配与流动，主要包括资源分配范围或服务范围的确定、最大流与最小费用流等问题。6、网络分析的六个功能及其用途？答：（ 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：就是根据网络元素的性质选择将目标经输送系统由一个地点运送至另一个地点的优化方案，网络元素的性质决定了优化的规则。网络流的最优化问题主要涉及两方面内容：网络最大流问题和最小费用流问题。最大流问题指的是在一个网络中怎样安排网上的流，使从发点到收点的流量达到最大；在实际应用中，不仅要使网络上的流量达到最大，或达到要求的预定值，而且要使运送流的费用或代价最小，即最小费用流问题。5）、动态分段：是对现实世界中的线性要素及其相关属性进行抽象描述的数据模型和技术手段，可以根据不同的属性按照某种度量标准（如距离、时间等）对线性要素进行相对位置的划分。（6）、地址匹配：是一种基于空间定位的技术，是地理编码（ Geocoding ）的核心技术，它提供了一种把描述成地址的地理位置信息转换成可以被用于 GIS系统的地理坐标的方式，它将只有属性数据的源表中记录的某个字段的值与地址数据库中的地理实体的对应字段的属性值进行匹配尝试，如果匹配成功，就将地理实体的地理坐标赋给源表中的记录，从而实现源表记录的地理编码。7、常见的空间插值模型有哪些 (三种以上)？答：空间插值模型包括整体插值模型和部分插值模型两大类：（1）整体插值：用研究区域所有采样点的数据进行全区域特征拟合，如边界内插模型、趋势面分析模型等。（2）部分插值：仅仅用邻近的数据点来估计未知点的值，如最邻近点模型 (泰森多边形模型 )、移动平均插值 (距离倒数插值模型 )、样条函数插值模型、空间自协方差最佳插值模型 (克里金插值 )等。常见的空间插值方法：最邻近法、算术平均值法、距离反比法、高次曲面、多项式插值、最优插值、克里金插值（包括简单克里金、普通克里金、泛克里金、协同克里金、贝叶斯克里金、指示克里金等） 、样条插值、经验正交函数插值、径向基函数插值、张量有限差分等。8、栅格数据结构的压缩编码方法 (三种以上)？答：（1）直接编码方法，这是最简单直观而又非常重要的一种栅格结构编码方法，通常称为这种编码的图像文件为网格文件或栅格文件。直接编码就是将栅格数据看作一个数据矩阵，逐行（或逐列）逐个记录代码，可以每行都从左到右逐个象元记录，也可以奇数行地从左到右而偶数行地从右到左记录，为了特定的目的还可采用其他特殊的顺序。2）压缩编码方法，其目的就是用尽可能少的数据量记录尽可能多的信息，其类型又有信息无损编码和信息有损编码之分，3）游程长度编码，这是栅格数据压缩的重要编码方法。它的基本思路是：对于一幅栅格图象，常常有行（或列）方向上相邻的若干点具有相同的属性代码，因而采取某种方法压缩那些重复的记录内容。b）块码，它是游程长度编码扩展到二维的情况，采用方形区域作为记录单元，每个记录单元包括相邻的若干栅格，数据结构由初始位置（行、列）和半径，再加上记录单元的代码组成。4）四叉树，是最有效的栅格数据压缩编码方法之一。四叉树将整个图像区逐步分散为一系列被单一类型区域内含的方形区域，最小的方形区域为一个栅格单元，分割的原则是将图像区域划分为四个大小相同的象限，而每个象限又可根据一定规则判断是否继续等分为次一层的四个象限。三、计算类(要求：重点掌握 DP算法、dijkstra算法、角平分线法，能阐述其原理、绘制其工作流程图)1、简述 DP算法原理及绘制其工作流程图答：（1）DP算法的原理DP算法是矢量数据压缩的一种常用方法，其核心思想如下：对每一条曲线的首末端点连一条线，求所有点到该直线的距离，并找出最大距离值 dmax，用dmax与限差 D相比：a.若dmax＜D，这条曲线上的中间点全部舍去；b.若dmax≥D，保留 dmax对应的坐标点，并以该点为界，把曲线分为两部分，对这两部分重复使用该方法。（2）工作流程图读取曲线数据获取阈值 e曲线两端点为基线，储存为保留点。基线数 k=1否k>0? 输出压缩后的保留点是处理本次循环所有基线。是所有基线判断完成 ?否是找出距离最大点， 储存为保留存在点到基线距离大于 e?点。更新基线信息。 k++否删除该基线。 K--2、简述 dijkstra 算法原理以及绘制其工作流程图答：（1）dijkstra算法的原理一种按路径长度递增的次序产生最短路径的算法，被认为是解决单源点间最短路径问题比较经典而且有效的算法，其核心思想如下：假设网络中的每个点都有一对标号到j的最短路径中 j点的前一点

(dj,pj)

，其中

dj

是从起源点

s到点

j的最短路径的长度；

pj

则是从

sa.初始化：起源点设置为 ds 0,ps为空，并标记起源点 s，记k=s，其它所有点设为未标记点。b.检验从所有已标记的点 k到其直接连接的未标记的点 j的距离，并设置djmin[dj,dklkj]其中， lkj为从点 k到j的直接连接距离。c.选取下一个点：从所有未标记的节点中，选取 dj中最小的一个 idi min[dj,所有未标记的点 j]点i就是被选为最短路径中的一点，并设为已标记的点。d.检查是否所有点都已标记，如果都标记，则算法退出，否则重复步骤 b,c。（2）工作流程图定定定定定定dist[N] 定vo,vi,G[N][N]定定定定定s[N],i,j,prev[N]K=0NK<NYENDV=0NV<NYfinal[v]=false;dist[v]= final[v0]=truecost[v0][v];i=0Ni<N-1-1Yi=0定定定定定定定定定Ni<N-1YW=0v0++;定定dist[i]NI++W<NK++;Y定定定定!final[w]&&final[v]=truedist[w]<minYW=0Min=dist[w]v=w;W<NYW++!final[w]&&dist[v]+cost[v][w]<dist[w]dist[w]=dist[v]+cost[v][w];

NI++NW++读取网络数据拓扑检查获取起点、终点，标记起点标记点是否为终点否搜索标记