空间分析知识点

空间分析知识点7/17/2023第1页，课件共15页，创作于2023年2月2.地理信息系统中空间表达的内容和形式主要包括数据结构模型、空间参考系统、时空尺度与比例尺以及图形表达。空间表达的意义？？？？3.缓冲区是指为了识别某一地理实体或空间物体对其周围地物的影响度而在其周围建立的具有一定宽度的带状区域。缓冲区实现有两种基本算法：矢量方法和栅格方法。缓冲区的应用（景观生态，污染，规划等）第2页，课件共15页，创作于2023年2月4.叠加分析是指将同一地区，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尽享叠加，根据各类要素与多边形边界的交点或多边形属性建立具有多重属性组合的新图层。点与多边形的叠加线与多边形的叠加多边形与多边形的叠加第3页，课件共15页，创作于2023年2月5.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。

网络分析的功能：路径分析连通分析资源分配流分析动态分段地址匹配第4页，课件共15页，创作于2023年2月6.空间统计学：是以区域化变量理论为基础，以变异函数为主要工具，研究具有地理空间信息特性的事物或现象的空间相互作用及变化规律的学科。根据变异的性质可以分为三种类型：绝对型变异（如花形态，红色或白色）等级型变异（如植被密度等级等）连续型变异（如形态测量，基因频率等）空间局部估计：空间局部插值，它是利用在地表不同位置采集的样点生成（内插）一个连续表面。空间局部插值法不仅能获得预测表面，而且能获得误差表面，有助于了解获得的预测表面的精确性。空间局部插值法有多种，但它们都源自同一个家族——克里格家族常见的克里格插值模型为：普通克里格，简单克里格，泛克里格，概率克里格，指示克里格析取克里格及协同克里格第5页，课件共15页，创作于2023年2月影响变异函数的主要因素：（1）样点间的距离和支撑的大小（2）样本数量的大小（3）异常值的影响（4）比例效应的影响（5）漂移的影响克里格插值法概述！！！！！！（老版书P199）第6页，课件共15页，创作于2023年2月（1）所有估计块段的实际值与其估计值之间的偏差平均数为0，即估计误差的期望值等于0，则称这种估计是无偏的。（2）块段的估计样品与实际样品之间的单个偏差应该尽可能小，即误差平方的期望值应该尽可能小。

克里格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的。是对有限区域内的区域化变量取值进行无偏最优估计的一种方法。基于这种方法进行插值时，不仅考虑了待预测点与邻近样点数据的空间距离关系，还考虑了各参与预测的样点之间的位置关系，充分利用了各样点数据的空间分布结构特征，使其估计结果比传统方法更精确，更符合实际，更有效地避免了系统误差的出现。第7页，课件共15页，创作于2023年2月探索性空间数据分析（ESDA）整个探索性数据分析的过程有四个主题：耐抗性，残差，数据转换以及图示。探索性空间数据分析的内容包括以下几个方面：1）检查数据是否有错误。异常值？2）获得数据的分布特征。服从正态分布？3）对数据规律的初步考察。考察规律？应用：1）检验数据分布2）寻找离群值3）全局趋势分析第8页，课件共15页，创作于2023年2月第9页，课件共15页，创作于2023年2月三维GIS功能与特点2.1三维GIS的定义

从不同的角度出发，GIS有三种定义：①基于工具箱的定义，认为GIS是一个从现实世界采集、存贮、转换、显示空间数据的工具集合；②数据库定义，认为GIS是一个数据库系统，在数据库里的大多数数据能被索引和操作，以回答各种各样的问题；③基于组织机构的定义，认为GIS是一个功能集合，能够存贮、检索、操作和显示地理数据，是一个集数据库、专家和持续经济支持的机构团体和组织结构，提供解决环境问题的各种决策支持。基于工具箱的定义强调对地理数据的各种操作，基于数据库的定义强调用来处理空间数据的数据组织的差异，而基于组织的定义强调机构和人在处理空间信息上的作用，而不是他们需要的工具的作用。

TURNER认为“GeographicalInformationSystem”主要用来区分纯粹的二维GIS与三GIS，为强调在三维任务如地质或地貌应用上的扩展，人们创造了术语“GeoscientificInformationSystem”(GSIS)。后来这个词被修改为一个缩写形式“Geo-InformationSystem”(GIS)。为区分三维GIS与现今世界上比较成熟的流行的各种二维商业GIS，这里倾向于BREUNIG的观点，用GIS指代“Geo-InformationSystem”，认为三维GIS是布满整个三维空间的GIS，与传统的基于平面的二维GIS或2.5维GIS明显不同，尤其体现在空间位置与拓扑关系的描述及空间分析的伸展方向上。

三维GIS加上时间维方面的处理即为四维GIS。

第10页，课件共15页，创作于2023年2月2.2三维GIS的特点

在三维GIS中，空间目标通过X、Y、Z三个坐标轴来定义，它与二维GIS中定义在二维平面上的目标具有完全不同的性质。在目前二维GIS中已存在的0，1，2维空间要素必须进行三维扩展，在几何表示中增加三维信息，同时增加三维要素来表示体目标。空间目标通过三维坐标定义使得空间关系也不同于二维GIS，其复杂程度更高。二维GIS对于平面空间的有限-互斥-完整划分是基于面的划分，三维GIS对于三维空间的有限-互斥-完整划分则是基于体的划分，因而，通过分析基于（单一）体划分的三维矢量结构GIS几何成分之间的拓扑关系，李青元提出五组简化的拓扑关系。三维GIS的可视表现也比二维GIS复杂得多，以致于出现了专门的三维可视化理论、算法和系统。

总起来说，与二维GIS相比，三维GIS对客观世界的表达能给人以更真实的感受，它以立体造型技术给用户展现地理空间现象，不仅能够表达空间对象间的平面关系，而且能描述和表达它们之间的垂向关系；另外对空间对象进行三维空间分析和操作也是三维GIS特有的功能。而与CAD及各种科学计算可视化软件相比，它具有独特的管理复杂空间对象能力及空间分析的能力。三维空间数据库是三维GIS的核心，三维空间分析则是其独有的能力。与功能增强相对应的是，三维GIS的理论研究和系统建设工作比二维GIS也更加复杂。

第11页，课件共15页，创作于2023年2月2.3三维GIS的功能

RHIND基于二维GIS的发展状况提出了三维GIS可能包括的十项功能：数据采集和检验有效性；数据结构化和转化为新的结构（包括创建拓扑关系和从一种拓扑关系转化为另一种拓扑关系）；各种变化（平移、旋转、比例、剪切（shear））；选择；布尔操作（交、并差、或及切割断面、开隧道（tunneling）、建筑building）；计算（体积、表面积、中心、距离、方向）；分析；可视化；系统管理。KELK为三维地学模拟提出过14项功能：1）从其它系统中引进数据和部分分析功能；2）保存和操作真三维坐标数据；3）无原始坐标信息损失地变化方向；4）保存和显示地理对象内部组分的信息；5）能够方便地进行交互式修改，可针对地理对象及其数据库；6）允许满足不同数据模型要求的模型重建；7）将断层等特征作为事件考虑，允许它们影响地学对象；8）处理大的比例尺差异；9）处理内部流体运动和其它时间方面的事件；10）和其它定量公式交互；11）允许局部细节和更广的软中心（soft-focus）图片显示；12）视觉上使用户满意；13）分析各种建模趋势、模式及与其它GIS模块的联系；14）在主要的数据库中存贮模型和导出报表。

第12页，课件共15页，创作于2023年2月BREUNIG从空间信息集成的角度为三维GIS的发展提出了三项必备的功能：1）复杂地学对象的管理和处理；2）能够对由各种空间对象表达形式表示的地学复杂对象进行有效的空间存取；3）能够对各种空间对象进行有效的空间操作[28]。ALEXANDER和SIGRID在城市三维GIS的设计者中提到了三维城市GIS应该具备的另两项功能：1）应能受益于现代数据获取方法的进步；2）三维城市GIS应面向未来的技术[38]。三维GIS也必须解决一些传统问题：不确定性；误差定位和消除；处理数据模型的不连续；处理时态数据；处理在不同数据结构中的不同类型和不同比例尺数据[18]。作者认为，三维GIS除了具备二维GIS的传统功能以外,还应该具有如下独有的功能:●包容一维、二维对象

三维GIS不仅要表达三维对象,而且要研究一维、二维对象在三维空间中的表达。三维空间中的一维、二维对象与传统GIS的二维空间中的一维、二维对象在表达上是不一样的。传统的二维GIS将一维、二维对象垂直投影到二维平面上，存储它们投影结果的几何形态与相互间的位置关系。而三维GIS将一维、二维对象置于三维立体空间中考虑，存储的是它们真实的几何位置与空间拓扑关系，这样表达的结果就能区分出一维、二维对象在垂直方向上的变化。二维GIS也能通过附加属性信息等方式体现这种变化，但存储、管理的效率就显得较低，输出的结果也不直观。

第13页，课件共15页，创作于2023年2月●可视化2.5维、三维对象

三维GIS的首要特色是要能对2.5维、三维对象进行可视化表现。在建立和维护三维GIS的各个阶段中，不论是对三维对象的输入、编辑、存储、管理，还是对它们进行空间操作与分析或是输出结果，只要涉及到三维对象，就存在三维可视化问题。三维对象的几何建模与可