第五章 GIS空间分析原理与方法

第五章GIS空间分析原理与方法本章主要内容5.1空间量算5.2数字地形模型分析5.3空间叠合分析5.4空间缓冲区分析5.5空间网络分析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基本功能GIS能作什么？空间分析空间分析的概念

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

栅格数据空间分析第3节空间叠合分析空间叠合分析概念基于矢量数据的叠合分析实例：市区择房分析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。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。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点与多边形叠合示例IDcity_name1南京2苏州3上海4杭州1243123IDprovince_name1江苏2上海3浙江点与多边形叠合结果12431231243IDcity_nameprovince_name1南京江苏2苏州江苏3上海上海4杭州浙江线与多边形的叠合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线与多边形叠合结果123123456123456IDroad_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230多边形与多边形叠合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)Union输出层保留输入图层的所有多边形要素。Intersect输出层保留输入图层共同的多边形要素。Identity保留以一多边形为控制边界内的所有多边形要素Erase

保留以一多边形为控制边界外的所有多边形要素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。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）对结果进行分析和评价实例：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，以减少噪音污染解决的实际问题

（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、主要教导要道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在商业中心的服务范围图层martket距名牌高中在750米之内图层school距名胜古迹500米之内，环境优雅图层famous离主要交通要道200米之内图层street空间操作叠合方式的选择？market图层、school图层进行intersect操作得到insctms图层，再将insctms图层与Famous图层进行inersect叠合操作，得到insctmsf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、主要教导要道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在商业中心的服务范围图层martket距名牌高中在750米之内图层school距名胜古迹500米之内，环境优雅图层famous离主要交通要道200米之内图层street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数据结构与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InputAInputBOutputLocalOperations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。ThecoreofrasterdataanalysisCell-by-celloperationsCancreatenewrasterfromeitherasingleinputrasterormultipleinputrastersZonalOperations区域变换是指计算新图层相应栅格的属性值时，不仅与原图层对应栅格的属性值有关，而且要顾及原图层栅格所在区域的几何特征（区域长度、面积、周长、形状等）或原图层同名栅格的个数。NeighborhoodOperations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。地图代数实例栅格叠合分析方法的常用种类数学运算算术运算主要包括加减乘除

布尔运算（and、or、xor、not）:and比较两个或两个以上栅格数据层，如果对应的栅格值均为非0值，则输出结果为真，否则为假；or比较两个或两个以上栅格数据层，对应的栅格值中只要有一个或一个以上为非0值，输出结果为真，否则为假;Xor比较两个或两个以上栅格数据层，如果对应的栅格值在逻辑真假互不相同，则输出结果为真，否则输出结果为假,not对一个栅格数据层进行逻辑非运算，如果栅格值为0，则输出结果为1，如果栅格值非0，则输出结果为0

关系运算：以一定的关系条件为基础，符合条件的为真，赋予1值，不符合条件的为假

函数运算算术运算（arithmetic）、三角函数（trigonometric）、对数函数（logarithms）、幂函数（powers）统计运算栅格叠合分析实例新学校选址条件A1新学校应位于地势较平坦处2新学校的建立应结合现有土地利用类型综合考虑，选择成本不高的区域3新学校应该与现有娱乐设施相配套，学校距离这些设施愈近愈好4新学校应避开现有学校，合理分布B各数据层权重比为：距离娱乐设施占0.5，距现有学校距离为0.25，土地利用类型和地势位置因素各占0.25C实现过程运用扩展模块中的空间分析部分功能，具体包括，坡度计算，直线距离制图功能，重分类及栅格计算器等完成D给出适合新建学校的适宜地区图所需数据为：土地利用数据（landuse）、地面高程数据（dem）、娱乐场所分布数据（rec-sites）、现有学校分布数据（school）空间邻近(Proximity)问题问题一：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”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。分级缓冲区域动态缓冲区Bufferingwith

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