空间分析原理与方法演示

（优选）第五章空间分析原理与方法目前一页\总数八十四页\编于十六点GIS基本功能数据采集与输入数据编辑与更新数据存储与管理空间查询与分析数据显示与输出缓冲区分析叠合分析空间查询网络分析地形分析……GIS能作什么？目前二页\总数八十四页\编于十六点空间分析概述空间分析的概念

空间分析是基于空间数据的分析技术，它以地学原理为依托，通过分析算法，从空间数据中获取有关地理对象的空间位置、空间分布、空间形态、空间形成和空间演变等信息。按照Goodchild提出的空间分析框架，空间分析分为产生式分析(productmode)

DEM分析、叠合分析、缓冲区分析、网络分析咨询式分析(querymode)

集合分析、查询分析目前三页\总数八十四页\编于十六点空间分析概述根据空间数据的形式将空间分析分为：

矢量数据空间分析

栅格数据空间分析目前四页\总数八十四页\编于十六点第一节数字地形模型分析数字地形模型：地形的数字化表达，Miller于1956年为了自动设计高速公路提出。定义：对二维地理空间上具有连续变化特征地理现象的模型化表达和过程模拟。简单地说，空间起伏连续变化现象的数字化表达和分析工具的集合。目前五页\总数八十四页\编于十六点第一节数字地形模型分析从维度来说，DEM是2.5维的数据

2D：X,Y相互独立

2.5D：Z=f(X,Y)3D：X,Y,Z相互独立目前六页\总数八十四页\编于十六点第一节数字地形模型分析DEM的研究内容：目前七页\总数八十四页\编于十六点第一节数字地形模型分析DEM研究的主要内容：数据采集方法空间数据内插技术空间数据组织和管理空间分析理论与方法目前八页\总数八十四页\编于十六点第一节数字地形模型分析一、地形因子计算（一）坡度和坡向的计算坡度：局部地表面与水平面之间的夹角。坡向：最大高程变化率所在的方向。计算坡度、坡向方法包括：空间矢量分析法、拟合曲面法目前九页\总数八十四页\编于十六点第一节数字地形模型分析（二）曲面面积的计算两种方法：矢量法和三角形求和法（三）地表粗糙度的计算粗糙度：地表单元曲面面积与投影面积之比。

（四）高程及变异分析平均高程：地表单元网格四个顶点的高程平均值。高程变异：以网格单元顶点的标准差与平均高程的比值表示，来反映地表单元网格各顶点高程变化的指标。（五）谷脊特征分析沟谷密度：沟谷总长度与地表单元面积之比。沟谷深度值：地表单元内几个谷点切割深度的均值目前十页\总数八十四页\编于十六点二、地形剖面线的计算地形剖面线：从一个点出发到另一个点的地形变化情况。方法：通过DEM得到，运用插值算法在剖面的两点间插值出相应的高程数据。第一节数字地形模型分析目前十一页\总数八十四页\编于十六点第一节数字地形模型分析三、DEM的通视分析实现方法：在任意两点间生成剖面线，在需要分析的两点间画直线，若直线与剖面线有交点则不能通视，无交点则判断这两点是否高于剖面线的高程。目前十二页\总数八十四页\编于十六点第二节空间叠合分析问题的提出：地学多因子分析的需要

在实际问题中，往往需要将地学现象分解为许多单个的因子分别研究。例如，将自然地理要素分解为地质、地貌、水文、气象、生物，土壤等，但在研究实际问题又需要选取其中的几项进行研究。目前十三页\总数八十四页\编于十六点第二节空间叠合分析叠置分析的基本条件：1：参加叠置分析的不同数据层的地理范围必须是一致的2：参与叠置分析的多层面数据必须有效匹配（投影、坐标系、元数据参数）3：参与叠置分析分析模型和数据必须有效匹配目前十四页\总数八十四页\编于十六点第二节空间叠合分析空间叠合分析（SpatialOverlayanalysis）：又称叠加分析、叠置分析，在统一空间参照系统条件下，每次将同一地区两个地理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。空间合成叠合空间统计叠合目前十五页\总数八十四页\编于十六点空间合成叠合用于搜索同时具有几种地理属性的分布区域，或对叠合后产生的多重属性进行新的分类。目前十六页\总数八十四页\编于十六点空间统计叠合用于提取某个区域范围内某些专题内容的数量特征。目前十七页\总数八十四页\编于十六点第二节空间叠合分析基于矢量数据结构的叠合分析参与分析的两个图层均为矢量数据优点：数据量小缺点：运算过程比较复杂基于栅格数据结构的叠合分析参与分析的两个图层均为栅格数据优点：运算过程比较简单缺点：数据量大目前十八页\总数八十四页\编于十六点第二节空间叠合分析栅格叠合分析：两个或多个相同地区栅格图层相同的栅格单元大小不同图层间对应栅格进行运算运算结果生成新的栅格图层目的是产生新的空间信息又称为“地图代数”点变换方法区域变换方法邻域变换方法InputAInputBOutput目前十九页\总数八十四页\编于十六点基于矢量数据的叠合分析点与多边形的叠合线与多边形的叠合多边形与多边形的叠合目前二十页\总数八十四页\编于十六点点与多边形的叠合（point-in-polygonoverlay

）包含点的图层与包含多边形的图层判断点包含在哪一个多边形里面，从而为点设置新的多边性属性目前二十一页\总数八十四页\编于十六点点与多边形叠合示例IDprovince_name1江苏2上海3浙江IDcity_name1南京2苏州3上海4杭州1243123目前二十二页\总数八十四页\编于十六点点与多边形叠合结果IDcity_nameprovince_name1南京江苏2苏州江苏3上海上海4杭州浙江12431231243目前二十三页\总数八十四页\编于十六点线与多边形的叠合（line-in-polygonoverlay

）包含线的图层与包含多边形的图层判断线包含在哪一个多边形里面，从而为线设置新的多边性属性目前二十四页\总数八十四页\编于十六点线与多边形叠合示例IDroad_namelength1沪宁高速4002沪杭高速3803宁杭高速330123IDprovince_name1江苏2上海3浙江123目前二十五页\总数八十四页\编于十六点线与多边形叠合结果IDroad_nameprovince_namelength1沪宁高速江苏3502沪宁高速上海503沪杭高速上海3204沪杭高速浙江605宁杭高速浙江1006宁杭高速江苏230123123456123456目前二十六页\总数八十四页\编于十六点多边形与多边形叠合（polygon-on-polygonoverlay

）两个多边形图层的比较分析（图形和属性），将两个不同的多边形空间特征数据相重叠，产生新的多边形特征数据，用以解决地理变量的多准则分析、区域多重属性的分析，地理特征的动态变化分析，以及图幅要素更新、区域信息提取等多边形叠合分析通常有以下五种叠合方式：合并(Union)相交(Intersect)一致(Identity)相减(Erase)更新(Update)目前二十七页\总数八十四页\编于十六点Union输出层保留输入图层的所有多边形要素。目前二十八页\总数八十四页\编于十六点Intersect输出层保留输入图层共同的多边形要素。目前二十九页\总数八十四页\编于十六点Identity保留以一多边形为控制边界内的所有多边形要素目前三十页\总数八十四页\编于十六点Erase

保留以一多边形为控制边界外的所有多边形要素目前三十一页\总数八十四页\编于十六点Update输出数据为一个经删除处理后的多边形与一个新特征多边形，即删除重叠的部分。目前三十二页\总数八十四页\编于十六点空间分析的步骤

步骤：（1）明确目的和标准（2）空间数据准备（3）空间操作（4）输出结果并进行分析目前三十三页\总数八十四页\编于十六点实例：市区择房分析如何找到环境好、购物方便、小孩上学方便的居住区地段是购房者对关心的问题，因此购房者就需要从总体上对商品房的信息进行研究分析，选择最适宜的购房地段。条件为：

a在商业中心的服务范围之内，服务范围以商业中心规模的大小来确定

b距名牌高中在750米之内，以便小孩上学便捷

c距名胜古迹500米之内，环境优雅

d离主要交通要道200米之外，以减少噪音污染目前三十四页\总数八十四页\编于十六点运用空间叠合分析解决以下两个问题（1）找出满足以上4个条件的最适宜的购房地段。（2）对整个城市区域从以上4个条件的住房条件进行评价，划定不同等级，以供购房者进行参考目前三十五页\总数八十四页\编于十六点第一个问题找出满足以上4个条件的最适宜的购房地段。步骤：（1）明确目的和标准：在商业中心的服务范围之内；距名牌高中在750米之内，以便小孩上学便捷；距名胜古迹500米之内，环境优雅；离主要交通要道200米之外，以减少噪音污染（2）空间数据准备：商业中心服务数据、名牌高中750米之内数据、名胜古迹500米之内、主要交通要道200米之外（3）空间操作：进行叠合分析（4）输出结果并进行分析目前三十六页\总数八十四页\编于十六点在商业中心的服务范围图层martket目前三十七页\总数八十四页\编于十六点距名牌高中在750米之内图层school目前三十八页\总数八十四页\编于十六点距名胜古迹500米之内，环境优雅图层famous目前三十九页\总数八十四页\编于十六点离主要交通要道200米之内图层street目前四十页\总数八十四页\编于十六点空间操作叠合方式的选择？market图层、school图层进行intersect操作得到insectms图层，再将insectms图层与Famous图层进行intersect叠合操作，得到intersectmsf图层最后将insectmsf图层与street图层进行erase叠合操作，得到所需结果目前四十一页\总数八十四页\编于十六点目前四十二页\总数八十四页\编于十六点目前四十三页\总数八十四页\编于十六点目前四十四页\总数八十四页\编于十六点目前四十五页\总数八十四页\编于十六点第二个问题对整个城市区域从以上4个条件的住房条件进行评价，划定不同等级，以供购房者进行参考找出满足以上4个条件的最适宜的购房地段。分级标准为：A满足其中四个条件为第一等级B满足其中三个条件为第二等级C满足其中两个条件为第三等级D满足其中一个条件为第四等级E完全不满足条件得为第五等级目前四十六页\总数八十四页\编于十六点步骤：（1）明确目的和标准：（2）空间数据准备：商业中心服务数据、名牌高中750米之内数据、名胜古迹500米之内、主要交通要道200米之外（3）空间操作：进行叠合分析（4）对结果进行分析和评价目前四十七页\总数八十四页\编于十六点在商业中心的服务范围图层martket目前四十八页\总数八十四页\编于十六点距名牌高中在750米之内图层school目前四十九页\总数八十四页\编于十六点距名胜古迹500米之内，环境优雅图层famous目前五十页\总数八十四页\编于十六点离主要交通要道200米之内图层street目前五十一页\总数八十四页\编于十六点空间操作属性赋值（1）分别打开market、school、famous图层，分别添加market、school、famous字段，并全部赋值为1（2）打开street图层，添加st字段，赋值为-1目前五十二页\总数八十四页\编于十六点目前五十三页\总数八十四页\编于十六点目前五十四页\总数八十四页\编于十六点目前五十五页\总数八十四页\编于十六点目前五十六页\总数八十四页\编于十六点空间操作区域叠加对market、school、famous和street图层进行union叠加步骤为如下目前五十七页\总数八十四页\编于十六点目前五十八页\总数八十四页\编于十六点目前五十九页\总数八十四页\编于十六点目前六十页\总数八十四页\编于十六点分级打开生成的union文件图层的属性列表，编辑表格，添加一个短整型字段class，并将class赋值为famous+school+market+st目前六十一页\总数八十四页\编于十六点目前六十二页\总数八十四页\编于十六点目前六十三页\总数八十四页\编于十六点目前六十四页\总数八十四页\编于十六点目前六十五页\总数八十四页\编于十六点目前六十六页\总数八十四页\编于十六点目前六十七页\总数八十四页\编于十六点第三节空间邻近度分析问题一：地震破坏程度从震源扩散影响的范围；噪声污染影响的范围；湖泊生态保护区的范围；“缓冲区分析”问题二：气象站控制的范围；超市服务的范围；“泰森多边形分析”目前六十八页\总数八十四页\编于十六点空间缓冲区分析空间缓冲区分析(Spatialbufferanalysis)：指根据分析对象的点、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邻近对象的辐射范围或影响程度，以便为某项分析或决策提供依据。目前六十九页\总数八十四页\编于十六点建立空间缓冲区的分析模型用于缓冲半径的确定根据空间实体对邻近对象作用性质的不同，可采用不同的分析模型，主要有：线性模型：用于当实体对邻近对象的影响度随距离的增大呈线性衰减的情况。二次模型：用于当实体对邻近对象的影响度随距离的增大呈二次形式衰减时。指数模型：用于当实体对邻近对象的影响度随距离的增大呈指数形式衰减时。目前七十页\总数八十四页\编于十六点分级缓冲区域动态缓冲区Bufferingwith

different

buffer

distances.Bufferingwithrings.目前七十一页\总数八十四页\编于十六点缓冲区的重叠处理Bufferzonesnotdissolvedordissolved.目前七十二页\总数八十四页\编于十六点泰森多边形分析(Voronoi多边形)Dirichlet，(1805-1859)，首先公开发表这种几何镶嵌模型，称它们为Dirichlet区域。1908年，俄国数学家G.Voronoi首先详细地研究了这些多边形。1911年，VonThiessen，将其运用到气象学中。称Thiessen多边形。P1P2P3P4P5V4V1V2V3ΦΦΦΦ目前七十三页\总数八十四页\编于十六点Voronoi多边形Voronoi多边形的数学定义：V(pi

)={p|d(p,pi

)≤d(p,pj

),j≠i,j=1,…,n}p1,…,pn：2维平面空间R2中的有限个点p

：R2中任意位置点V(pi)：第i个特征点的Voronoi多边形d(p,pi

)：p点到pi点的Euclidean距离目前七十四页\总数八十四页\编于十六点Voronoi多边形的对偶图Vor