地理信息系统概论(第四章)

第四章

GIS空间分析

Spatialanalysis空间分析概述基本空间分析技术数字地面模型分析叠置分析缓冲区分析空间统计分析空间查询§1.数字地面模型分析DEM:（DigitalElevationModels），是国家基础空间数据的重要组成部分，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：当z为其他二维表面上连续变化的地理特征，如地面温度、降雨、地球磁力、重力、土地利用、土壤类型等其他地面诸特征，此时的DEM成为DTM（DigitalTerrainModels）。DTM={Zi,j},i=1,2,3,…,m-1,m;j=1,2,3,…,n-1,nGridDEM上制作坡度、坡向图§1.数字地面模型分析地表形态的自动分类平地岗丘丘陵低山高山绝对h……<400<600……相对h…<100100-200……坡向<3…………DEM计算地表形态要素H,H’,坡度、坡向等地形分类标准表地形自动分类§1.数字地面模型分析剖面分析意义：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。如果在地形剖面上叠加其它地理变量，例如坡度、土壤、植被、土地利用现状等，可以提供土地利用规划、工程选线和选址等的决策依据。§1.数字地面模型分析绘制可在格网DEM或三角网DEM上进行。已知两点的坐标A(x1，y1)，B(x2，y2)，则可求出两点连线与格网或三角网的交点，并内插交点上的高程，以及各交点之间的距离。然后按选定的垂直比例尺和水平比例尺，按距离和高程绘出剖面图。剖面图不一定必须沿直线绘制，也可沿一条曲线绘制。§1.数字地面模型分析§2.空间叠合分析空间叠合分析的概念（SpatialOverlayAnalysis）空间叠合分析是在统一空间参照系统条件下，将同一地区两个地里对象的图层进行叠合，以产生空间区域的多重属性特征或建立地理对象之间的空间对应关系空间合成叠合：对叠合后产生的多重属性进行新的分类空间统计叠合：提取某个范围内某些专题内容的数量特征§2.空间叠合分析矢量GIS叠合点与多边形叠合将一个含有点的图层叠置在一个多边形图层上以确定每个点落在哪个多边形内§2.空间叠合分析线与多边形叠合将一个含有线的图层叠置在一个多边形图层上，以确定每条线各落在哪个多边形内§2.空间叠合分析多边形与多边形叠合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点变换方法

点变换方式只对各图上相应的点的属性值进行运算。实际上，点变换方式假定独立图元的变换不受其邻近点上的属性值的影响，也不受区域内一般特征的影响§2.空间叠合分析现有两层栅格数据层，一为植被分布图，另一为区域开发图。植被分布图分为4种植被，其图元值分别为：0——无林地1——硬木林地2——软木林地3——混合林地区域开发图分为6种区域0——空闲地1——主要道路区2——次要道路区3——居住区4——公区建筑区5——坟区基于点像元的两图层的空间变换原则是：植被分布图中图元重分类为：0——无林地1——有林地与区域开发图叠加后图元0——无林空闲区1——主要道路2——次要道路3——居住区4——公共建筑区5——坟区6——有林区§2.空间叠合分析区域变换方法

新属性的值不仅与对应的原属性值相关，而且与原属性值所在的区域的长度、面积、形状等特性相关§2.空间叠合分析邻域变换方法

邻域变换是在计算新层图元值时，不仅考虑原始图层上相应图元本身的值，而且还要考虑与该图元有领域关联的其他图元值影响。1）直接几何关联2）间接几何关联植被分布图图层作一领域变换，得新图层图元值：非边缘=0：当邻元值相同时硬木林边缘=1：当邻元为空地与硬木林地交叉时（0及1）软木林边缘=2：当邻元为空地与软木林地交叉时（0及2）混合边缘=3：当邻元为空地与混合林地交叉时（0及3）由此得到树林边缘图§3.空间缓冲区分析缓冲区及其作用缓冲区是地理空间目标的一种影响范围或服务范围，具体指在点、线、面实体的周围，自动建立的一定宽度的多边形。数学表达为：

其中,R为缓冲宽度，或缓冲半径。作用：缓冲区分析是GIS的基本空间操作功能之一，一般应用于求地理实体的影响范围，即邻近度问题。

§3.空间缓冲区分析基于栅格的缓冲区建立（距离变换）栅格数据距离变换提取一定宽度的多边形缓冲区§4.空间统计分析变量筛选分析原理：复杂的多变量之间有许多是相互关联的，可以通过寻找一组相互独立的变量，使多变量数据得到简化方法：主成分分析主因子分析关键变量分析法§4.空间统计分析主成分分析§4.空间统计分析关键变量分析

利用变量之间的相关矩阵，通过由用户确定的域值，选择一定数量的关键独立变量。变量xi和xj的相关系数为：i,j=1,2,…,m

k=1,2,…,n§4.空间统计分析rij>0表示正相关，两要素同向发展；rij<0表示负相关，两要素异向发展；rij绝对值越接近0，两要素的关系越不密切；rij绝对值越接近1，两要素的关系越密切。§4.空间统计分析变量聚类分析定义：根据距离，将相似的样本归为一类，把差异大的样本区分开来。距离：表示相似程度，可以欧氏距离，绝对值距离、相似系数距离等。基本思想：首先是n个样本各自成一类，然后计算类与类之间的距离，选择距离最小的两类合并成一个新类，计算新类与其它类的距离，再将距离最小的两类进行合并，这样每次减少一类，直到达到所需的分类数或所有的样本都归为一类为止。

49281576九大农业区聚类分析31：东北区2：内蒙古及长城沿线区3：黄淮海区4：黄土高原区5：长江中下游区6：西南区7：华南区8：甘新区9：青藏区§4.空间统计分析§5.空间数据的集合分析与查询空间集合分析空间数据库查询条件属性限制空间拓扑限制二者结合GIS软件查询结果统计结果：图、表、文字新图层新的属性域添加到属性数据库查询方式图形--属性空间查询语言闪烁、颜色等明显表示§5.空间数据的集合分析与查询空间数据的查询§5.空间数据的集合分析与查询几何查询几何参数查询：包括点的位置坐标，两点间的距离，一个或一段线目标的长度，一个面目标的周长或面积等。空间定位查询：给定一个点或一个几何图形，检索该图形范围内的空间对象及其属性。按点查询：给定一个鼠标点，查询离它最近的对象及属性---点的捕捉。开窗查询----按矩形、圆、多边形查询分为该窗口包含和穿过的区别。

空间定位查询：点鼠标选取此面空间定位查询：开窗查询鼠标选取此点查询结果§5.空间数据的集合分析与查询空间关系查询相邻分析检索---通过检索拓扑关系面—面：如查询与面状地物相邻的多边形的实现方法：线—线（与某干流A相连的所有支流）点—点（A与B是否相通）等。相关分析检索（不同要素类型之间的关系）--通过检索拓扑关系如：线—面、点—线、点—面包含关系查询穿越查询落入查询缓冲区查询空间关系查询§5.空间数据的集合分析与查询属性查询查找：仅选择一个属性表，给定一个属性值，找出对应的属性记录或图形。在屏幕上已有一个属性表，用户任意点取记录，对应的图形以高亮显示。SQL查询扩展SQL属性查询：属性查图形属性查询：SQL查询条件：面积大于2000平方公里且每平方公里人口大于100的地区空间查询：扩展SQL查询图形与属性的联合查询。条件：长江三峡地区长江流域人口大于70万的县、市地区可视化空间查询

可视化查询是指将查询语言的元素，特别是空间关系，用直观的图形或符号表示。查询主要使用图形、图像、图标、符号来表达概念。具有简单、直观、易于使用的特点。缺点：当空间约束条件复杂时，很难用图符描述；用二维图符表示图形之间的关系时，可能会出现歧义；难以表示“非”关系；不易进行范围（圆、矩形、多边形等）约束；无法进行屏幕定位查询等。§5.空间数据的集合分析与查询自然语言空间查询在SQL查询中引入一些自然语言，如温度高的城市

SELECTname FROMCities WHEREtemperat