地理信息系统概论：第五讲 地理信息系统查询与分析

RS&GIS技术集成————遥感与地理信息系统地理信息系统概论现实世界植被类点层面层线层抽象出地理信息图层属性分类名称、物种名称、面积名称、长度拓扑建筑类点层面层线层名称、类型名称、面积名称、长度交通类点层面层线层名称、类型名称、面积名称、长度点拓扑线拓扑面拓扑第四讲地理信息系统的空间查询与分析

---------本书第五章RS&GIS技术集成————遥感与地理信息系统地理信息系统概论1、GIS空间分析的类型；2、GIS空间产生式分析方法；3、GIS空间咨询式分析方法；RS&GIS技术集成————遥感与地理信息系统地理信息系统概论GIS空间分析

空间分析是基于地理对象的位置和形态特征的空间数据分析技术，其目的在于提取和传输空间信息。

GIS空间分析的类型----按数据结构分类

RS&GIS技术集成————遥感与地理信息系统地理信息系统概论矢量数据空间分析：空间查询与分析的最主要是矢量数据结构栅格数据空间分析：空间分析运算所常用栅格数据结构

GIS空间分析的类型----按方法分类

RS&GIS技术集成————遥感与地理信息系统地理信息系统概论澳门城市发展变化横琴岛1912年澳门面积11.6平方公里1936年澳门面积13.8平方公里1957年澳门面积15.1平方公里1986年澳门面积16.6平方公里1991年澳门面积18.1平方公里1996年澳门面积21.3平方公里1999年澳门面积23.8平方公里澳门凼仔路环珠海？？遇到的问题相同的空间参照系中，同一地区，研究各类地理要素之间或同类地理要素不同时间段的空间关系（数量、位置、形状等）解决方法-----空间叠加分析。RS&GIS技术集成————遥感与地理信息系统地理信息系统概论（二）、空间叠置分析RS&GIS技术集成————遥感与地理信息系统概念：空间叠加分析：是指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加，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。前者一般用于检索同时具有几种地理属性的分布区域，或对叠加后产生的多重属性进行新的分类，称为空间合成叠加；后者一般用于提取某个区域范围内某些专题内容的数量特征，称为空间统计叠加。1、空间叠加分析分类地理信息系统

AB12af23bcdeg1区域类型数

面积ab…14…23………………＋＋合成叠合统计叠合地貌图土壤图行政区图用地图合成图统计表2A1A2B1BRS&GIS技术集成————遥感与地理信息系统地理信息系统概论

因空间数据结构不同而不同2、空间叠加分析方式矢量数据空间叠加分析几何图形之间的叠加(点、线、多边形)

属性的关联与运算栅格数据空间叠加分析格网值域的叠加弧段号起结点终结点左多边形右多边形C1N1N2P2P1C2N3N2P1P4C3N1N3P1ØC4N1N4ØP2C5N2N5P2P4C6N4N5P3P2C7N5N6P3P4C8N4N6ØP3C9N7N7P4P5C10N3N6P4Ø多边形编号坐标P1(x1,y1)…………..(x1,y1)P2(x2,y2)…………..(x2,y2)P3(x3,y3)…………..(x3,y3)P4(x4,y4)…………..(x4,y4)P5(x5,y5)…………..(x5,y5)P6(x6,y6)…………..(x6,y6)多边形编号周长面积名称P1草地P2灌木P3农田P4P5P6坐标表属性表拓扑表多边形的拓扑数据结构

栅格结构

2255275577755555RS&GIS技术集成————遥感与地理信息系统地理信息系统概论

矢量数据空间叠加分析方式

几何图形之间的叠加(点、线、多边形)

属性的关联与运算图形叠加方式叠加结果点与点重合、相离点与线在线上、相离点与多边形包含、相离线与线相交、相离线与多边形相交、包含、相离多边形与多边形相邻、包含、相交、相离RS&GIS技术集成————遥感与地理信息系统地理信息系统概论

1)点与多边形叠加123456ABCABC123456点号名称编码功能所属辖区1A2C3C4B5B6B叠加结果：改变点属性内容RS&GIS技术集成————遥感与地理信息系统地理信息系统概论

是比较线上坐标与多边形坐标的关系，判断线是否落在多边形内。通常是计算线与多边形的交点，只要相交就产生一个结点，将原线打断成一条条弧段，并将原线和多边形的属性信息一起赋给新弧段。叠加的结果产生一个新的数据层面每条线被它穿过的多边形打断成新弧段图层，同时，产生一个相应的属性数据表记录原线和多边形的属性信息。2）线与多边形叠加RS&GIS技术集成————遥感与地理信息系统地理信息系统概论

2）线与多边形叠加ABCABC线号原线号名称等级所属辖区11B22C33C43A51C叠加结果：产生新弧段改变线属性内容12315234RS&GIS技术集成————遥感与地理信息系统地理信息系统概论

3）多边形与多边形的叠加分析

多边形与多边形的叠合是指将两个不同图层的多边形要素叠合，产生新的多边形要素，以解决地理变量的多准则分析、区域多重属性的模拟分析、地理特征的动态变化分析、区域信息提取等。叠合后产生输出新图层的属性信息与原多边性的继承关系，要根据叠合的不同方式而定。多边形与多边形的叠加分析

AB12af23bcdeg1区域类型数

面积ab…14…23………………＋＋合成叠合统计叠合地貌图土壤图行政区图用地图合成图统计表2A1A2B1BRS&GIS技术集成————遥感与地理信息系统RS&GIS技术集成————遥感与地理信息系统地理信息系统概论

*矢量数据结构多边形与多边形的叠加算法(P158-162)①Union：Intersect：③Identity:④Erase:⑤Update:讨论举例

RS&GIS技术集成————遥感与地理信息系统地理信息系统概论基于栅格数据的叠加分析算法（162-164）点变换法区域变换法临域变换法(布尔逻辑运算、重分类、数学运算复合法）

栅格数据空间叠加分析方式RS&GIS技术集成————遥感与地理信息系统地理信息系统概论

栅格数据空间叠加分析方式格网值域的叠加225527557775555599889988777877787733723300032223多边形与多边形的叠加分析

A==10B==2012＋地貌图土壤图合成图2A1A2B1BRS&GIS技术集成————遥感与地理信息系统22221222112211121010202010101020101020201020202012122222111212221111222211212122讨论：两种数据结构算法的优缺点

基于矢量数据结构叠加算法优缺点基于栅格数据结构叠加算法优缺点知识点小结--------空间叠加分析

地理信息系统地理信息系统概论概念：在统一空间参照系统条件下，每次将同一地区两种地理对象的图层进行叠加，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。分析的类型：合成叠合--搜索同时具有几种地理属性的分布区域统计叠合—提取某个区域范围内某种专题内容的数量特征空间叠加分析

计算机实现：基于矢量或栅格数据的叠合分析

通常采用：基于栅格数据的叠合分析

主要变换方法：点变换、区域变换、邻域变换

AB12af23bcdeg1区域类型数

面积ab…14…23………………＋＋合成叠合统计叠合地貌图土壤图行政区图用地图合成图统计表2A1A2B1B地理要素发生变化对其它要素的影响？遇到的问题当某一地理要素发生变化或改变时，研究由于这种变化对其他地理要素的影响范围和影响程度。解决方法-----空间区域缓冲分析。RS&GIS技术集成————遥感与地理信息系统（三）、缓冲区分析RS&GIS技术集成————遥感与地理信息系统地理信息系统概论1、概念：☆缓冲区（影响区、影响带）：是指围绕地理要素的一定宽度的区域。☆缓冲区分析：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域，用以识别这些实体或主体对邻近对象的辐射范围，以便为某项分析或决策提供依据。区域缓冲分析实质如何科学合理地确定缓冲区即如何建立地理要素空间变化的数学模型缓冲分析是缓冲区与原有地理信息之间的空间叠加分析RS&GIS技术集成————遥感与地理信息系统地理信息系统概论缓冲分析模型(P165-166)主体邻近对象作用条件线模型二次模型指数模型RS&GIS技术集成————遥感与地理信息系统地理信息系统概论缓冲分析方式点缓冲分析线缓冲分析面缓冲分析RS&GIS技术集成————遥感与地理信息系统地理信息系统概论2、缓冲分析的方式：RS&GIS技术集成————遥感与地理信息系统地理信息系统概论☆点缓冲区

以点为圆心，以一定距离为半径画圆所围成的区域。☆用途：针对点要素的一定半径范围的分析。2、缓冲分析的方式RS&GIS技术集成————遥感与地理信息系统地理信息系统概论

☆线缓冲区

分别对每一个顶点和每条边生成缓冲区，然后对这些缓冲区多边形进行叠置操作。☆用途：针对线要素的一定范围带状范围的分析。

2、缓冲分析的方式：RS&GIS技术集成————遥感与地理信息系统☆面缓冲区

首先生成多边形周长的缓冲区（线缓冲区），然后与原始多边形进行叠置操作，多边形缓冲区有内外之分。外缓冲区在面状地物的外围形成缓冲区、内缓冲区则在面状地物的内侧形成缓冲区☆多重缓冲区生成

以不同的半径首先分别生成一定宽度的缓冲区，然后对不同半径的缓冲区进行叠置操作。缓冲分析方法(P166-171)确定缓冲区数学模型建立缓冲区将缓冲区与其他地理要素进行空间叠加分析RS&GIS技术集成————遥感与地理信息系统地理信息系统概论3、缓冲区边界相交的处理

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自相交多边形分两种情况：岛屿多边形和重叠多边形。岛屿多边形是缓冲区边线的有效组成部分；重叠多边形不是缓冲区边线的有效组成，不参与缓冲区边线的最终重构。4、缓冲区的应用,如:

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缓冲区应用意义核电站的5公里缓冲区紧急疏散区高速公路的50米缓冲区噪音的严重污染区海岛国家的n公里外缓冲区领海我国30公里内缓冲区沿边地区5、缓冲区分析示例

RS&GIS技术集成————遥感与地理信息系统地理信息系统概论1）点缓冲2）线缓冲3）面缓冲知识点小结--------区域缓冲分析

地理信息系统

1、概念：☆缓冲区（影响区、影响带）：是指围绕地理要素的一定宽度的区域。☆缓冲区分析：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域，用以识别这些实体或主体对邻近对象的辐射范围，以便为某项分析或决策提供依据。缓冲分析方法确定缓冲区数学模型建立缓冲区(点\线\面缓冲)将建立的缓冲区与其他地理要素进行空间叠加分析RS&GIS技术集成————遥感与地理信息系统地理信息系统概论知识点小结--------区域缓冲分析

遇到问题：从华师到星海音乐厅该怎么走？华南师范大学星海音乐厅遇到问题：最近的公共设施在那里？该怎么去（来）突发事件问题的提出

地理信息系统概论地理信息系统概论1、最佳的路径在哪里，最佳的资源传递方式是什么？

2、在突发事件时，最近的公共设施在哪里？怎么走？3、选址分析中，如何创建服务区域并评估其可达性如何？地理信息系统的空间网络分析，解决问题之道第四节空间网络分析

地理信息系统概论

空间网络的概念空间网络的类型和构成空间网络的拓扑分类；空间网络的构成元素。空间网络分析方法网络图论路径分析定位-配置分析(四）空间网络分析---空间网络的概念

地理信息系统概论地理信息系统概论1、概念网络：网络是一个由点、线的二元关系构成的系统，通常用来描述某种资源或物质在空间上的运动。

有向的网络图树型的网络图(四）空间网络分析---空间网络的分类

地理信息系统概论空间网络的拓扑分类平面网络（二维网）非平面网络（非二维网）道路型环网型树网型细胞型交错型线型“流”系统线型栅格系统线型立体系统(四）空间网络分析---空间网络的构成

地理信息系统概论网络站点网络站点网络中心网络结点障碍拐角网络链＋带拓扑的线图形点图形＋链段属性可用于最优网络计算(四）空间网络分析---空间网络的构成

地理信息系统概论地理信息系统概论2、空间网络的构成元素结点-----引导网络计算与路径检索,属性结点编号链段或弧段---网络图形及限定条件的载体,属性限定条件中心-----网络的几何或影响中心,事件与资源的中心站点-----网络的起点、途径点、终点拐角-----网络通达的图形限制条件阻碍-----网络通达的图形限制条件，无属性条件

问题：在计算机中如何实现路径的查找与计算？？华南师范大学星海音乐厅引入网络图论，将复杂图形问题简化为数学问题

地理信息系统概论

(四）空间网络分析---空间网络分析的方法１、网络图论的引入有向的网络图树型的网络图图论中的“图”抽象确定的事物关系数学系统二元数组G（v,e）

地理信息系统概论地理信息系统概论

(四）空间网络分析---空间网络分析的方法１、网络图论的引入简化网络图形矩阵简化邻接关系或关联关系计算机

地理信息系统概论地理信息系统概论

(四）空间网络分析---空间网络分析的方法2、路径的分析法简化加权网络图邻接矩阵

地理信息系统概论地理信息系统概论

(四）空间网络分析---空间网络分析的方法2、路径的分析方法------以DijKstra算法为例加权网络图起点终点转换

加权网络图起点终点转换

结论:最佳路径V1---V3---V8---V72、路径的分析方法------以DijKstra算法为例

地理信息系统概论地理信息系统概论

(四）空间网络分析---空间网络分析的方法3、定位配置分析法定位配置分析:根据中心地理论框架,通过对供给系统和需求系统两者空间行为相互作用的分析,实现网络设施布局的最优化。典型算法：

1）中心问题

2）中心服务范围的确定

3）中心资源的分配范围(四）空间网络分析---主要应用

地理信息系统概论地理信息系统概论1）寻找最佳行进路线，如：找出两地通达的最佳路径。2）确定最近的公共设施，如：引导最近的救护车到事故地点。3）创建服务区域，如：确定某零售店的服务区域，从而查明区域内的顾客数等等。寻找最佳行进路线地理信息系统概论地理信息系统概论（一）寻找方式：①、最短路线②、花费最省路线③、耗时最少路线④、等级最高路线。。。。。。。。寻找最佳行进路线地理信息系统概论地理信息系统概论（二）方法：①、将寻找方式中的各种判定方式，以属性数据的形式（属性数据项类型定义为浮点型），存放于网络数据集中。②、确定寻找最佳行进路线的起点、经过点、终点，该数据可以直接在视窗中指定，也可以以点图层形式出现。③、利用软件计算得出结果示例从华师---------途径美院-------------广州大学最短的路线确定最近的公共设施，并找出最优的到达路径地理信息系统概论地理信息系统概论

目的为在网络路径上找出距某一位置最近的设施，并设计到达这些设施的最近路线。最近设施是指能够提供某种特定的服务，并距某一位置（发生的某一事件）最近的任何设施。例如：对一场火灾来说，最近设施是指最近的消防栓；对一起交通事故来说，它是指离事故现场最近的能够提供急救服务的医院；对于突发治安事件，最近设施是指最近的警力救援；。。。。。确定最近的公共设施，并找出最优的到达路径地理信息系统概论地理信息系统概论（一）寻找方式：①、公共设施个数②、离事发点距离③、各种最优路线限定。。。。。。。。确定最近的公共设施，并找出最优的到达路径地理信息系统概论地理信息系统概论（二）方法：①、公共设施点图层②、道路网络图层③、指定事发地点（在屏幕指定或事先生成事件文件）④、确定路径方式（从事发地------公共设施）⑤、利用软件计算得出结果离华师---10公里范围-----最近的3家医院示例创建服务区域，评估指定地点的可达性。

地理信息系统概论地理信息系统概论

目的为在一个网络路径上确定任何位置的服务区域和服务网络，并显示在视图中。在创建服务区的基础上，可评估该地点的可达性。

可达性----可达性是指到达某一地点的难易程度，可用到达该地点所需的行驶时间、费用或距离等来评估。

创建服务区域，评估指定地点的可达性地理信息系统概论地理信息系统概论（一）寻找方式：①、行进方向②、服务区域范围③、各种最优路线限定。。。。。。。。创建服务区域，并找出最优的到达路径地理信息系统概论地理信息系统概论（二）方法：①、道路网络图层

②、指定服务点（在屏幕指定或事先生成事件文件）③、确定行进方式④、指定服务范围⑤、利用软件计算得出结果华师医院---500米范围-----服务区域及交通情况示例4、关键步骤

地理信息系统概论地理信息系统概论

（1）建立正确的网络拓扑数据集，保证正确的连通性；

(2)建立正确的网络属性数据，如：路线长度、花费时间、消耗费用、路线重要程度等；

(3)确定起终点和途经点等必要的限定因素；

(4)定义最优的确切含义：路径最短;时间最省;费用最少5、实现技术

地理信息系统概论地理信息系统概论

（1）数据基础网络数据线图层（道路、水系、管线、交通等）公共设施点图层（医院、派出所、商场、车站、码头等）特定限制点图层（起点、途经点、终点）

(2)科学合理的算法空间网络分析作业：

地理信息系统概论地理信息系统概论1、结合你的课题，按网络数据要求编辑已完成的相关数据。2、利用编辑好的数据，做出网络分析实例；

1）最优路径分析（最短、费用最低、耗时最短）

2）给定位置的最近设施分析

3）创建服务区域分析（五）空间统计分析（P183—188）1、变量筛选分析：一个取样点上可以同时收集到多种原始变量，这些变量之间许多是相互关联的，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。主成份分析法主因子分析法关键变量分析法地理信息系统概论地理信息系统概论（五）空间统计分析2、变量聚类分析：将一组数据点或变量，按照其性质上亲疏远近的程度进行分类。通常两个数据点在M维空间的相似性可以用这些点在变量空间的距离来度量地理信息系统概论地理信息系统概论三、咨询式数据分析

（一）空间集合分析（P189--191）

（二）空间查询分析（P191—194)地理信息系统概论地理信息系统概论

（二）空间数据集合与查询分析

RS&GIS技术集成————遥感与地理信息系统地理信息系统概论1、概念：从空间数据（数据库）中找出所有满足属性约束条件或图形约束条件的地理对象，并对查询结果进行分析。2、特点：回答用户的简单问题不改变空间数据库数据不产生新的空间实体和数据可通过属性或图形两种方式来实现3、空间查询：方式、内容与结果方式内容结果几何查询属性查询临近空间对象与属性高亮度显示拓扑查询SQL查询空间对象分布空间关系空间对象与属性属性列表统计地图

属性特征的查询主要在属性数据库中完成，这种查询通常基于标准的SQL查询语言实现，之后按照属性数据和空间数据的对应关系显示图形。1、基于属性（非空间）特征的查询标号植被面积101工业地169102林地122103农地230104林地100基于属性（非空间）特征的查询例：已有某地区的土地利用表及相应的图，现要找到林地，通过对下列属性数据表查找植被为林地的记录，并显示这些记录相应的空间位置。

1021041031015、空间数据查询与访问(1)空间几何数据查询(2)空间位置查询(3）空间关系查询5、空间数据查询与访问2、基于空间特性的查询①同类要素间②不同类要素间几何查询：点鼠标选取此点查询结果几何查询：线查询线几何查询：面鼠标选取此面空间查询：空间关系查询3、结合空间特性和非空间（属性）特征的查询

空间特征和属性特征的联合查询不是简单地由定位空间特性查询结果，显示相关的属性，也不是从属性特征的查询结果，显示相关的空间位置。空间特征和属性特征联合查询的实质是指查询条件中同时涉及空间特征和属性特征。例：从中国地图上查同北京的距离(查空间中距离)小于2000km、长江以南(查空间中位置)、人口数大于100万的城市。本例中查人口数大于100万的城市，属于属性查询；查同北京的距离(查空间中距离)小于2000km的城市，属于空间距离查询；查长江以南的城市，属于方位查询。

5、空间数据查询与访问属性查询：属性对应的空间位置分布二、空间数据查询的数学基础

主要使用布尔代数方法，即按照两个逻辑子集在给定的条件下进行逻辑运算。它的基本运算符号或算子包括3个，交、并、差。AND