地理信息系统技术应用 课件 项目4 空间查询与分析

空间查询空间数据库德胜园北门……日照火车站一、空间查询的概念空间查询：从空间数据库中找出所有满足属性约束条件和空间约束条件的地理对象。空间查询既不改变空间数据库，也不产生新的空间实体和数据。5图形与属性互查基于空间关系的查询基于空间关系和属性特征查询二、空间数据查询方式61、图形与属性互查基于属性查图形基于图形查属性7基于属性查图形，是指按属性信息的要求查询定位对象的空间位置。1、图形与属性互查手机APP查询对象的相关信息基于图形查属性，是根据对象的空间位置查询有关的属性信息。1.图形与属性互查ARCGIS软件中的“INFO”识别工具，查询实体属性信息1.图形与属性互查2.基于空间关系查询空间关系按实体类型分类按拓扑关系分类有点和点、点和线、线和面、面和面等。邻接、关联、包含等。包含关系查询该查询是指查询条件同时包含了空间关系方面内容和属性方面的内容，查询结果应同时满足这两方面的要求。3.基于空间关系和属性特征查询查询：在青岛开发区内、距海边2公里以内、三星级以上酒店。空间查询语言（SQL）即结构化查询语言，简称SQL语句，是一种数据库查询和程序设计语言，用于存取数据以及查询、更新和管理关系数据库系统。山东水利职业学院13查询：获取GDP_2000>3000andPOPU>7000万的省份。SelectProvinces_R.*FromProvinces_RWhereProvinces_R.GDP_2000>3000androvinces_R.POPU>7000SQL语句如下：GIS软件中SQL语句空间分析概念及功能空间分析是地理信息系统的核心功能，它特有的对地理信息（特别是隐含信息）的提取、表现和传输功能，是GIS区别于一般的信息系统的主要标志。什么是空间分析？空间分析具有哪些功能？一、空间分析的概念定义：基于地理对象的位置和形态的空间数据分析技术，其目的在于提取空间信息或者从现有的数据派生出新的数据，是将空间数据转变为信息的过程。路径空间分析（ SpatialAnalyst）二、空间分析功能叠加分析将同一地区、同一坐标系统下的两层或两层以上的数据叠加在一起，从而产生新的数据层，新数据层综合了原来两层或多层数据的属性。如何为一公园选择合理位置？要求：依山傍水；交通方便；较安静……方案叠加分析缓冲区分析水系信息地形信息道路信息植被信息等+++空间数据库存储叠加分析可以应用于城市规划中的新公园、商场的选址点要素的缓冲区线要素的缓冲区面要素的缓冲区缓冲区分析根据分析对象的点、线、面实体，自动建立它们周围一定距离的带状区，用以识别这些实体对邻近对象的辐射范围或影响范围。路径规划。煤气管道改装时，若关闭某个阀门，需要确定受影响的用户。某城市预建立一个消防站，如何确定10分钟之内能到达的街道。网络分析对地理网络、城市基础设施网络进行地理分析和建模，通过研究网络的状态、模拟和分析资源在网络上的流动和分配情况，解决网络结构及其资源等的优化问题。应用实例：离散地下水位观测数据地下水位等值线空间插值空间插值，运用数学方法，根据离散的观测数据推算区域内其他任意一点的值，用以描述和研究连续型面状实体的空间分布和变化特征。数字高程模型三维景观坡度图坡向图数字高程模型模拟地球表面高低起伏的形态。缓冲区分析地理空间目标的一种影响范围或服务范围。某点的服务范围一、缓冲区概念缓冲区缓冲区是一个面状区域。定义：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，用以识别这些实体对邻近对象的辐射范围或影响度，以便为某项分析或决策提供依据。缓冲区分析点要素缓冲区点要素线要素缓冲区线要素面要素缓冲区面要素缓冲区分类点要素缓冲区线要素缓冲区面要素缓冲区某地区有危险品仓库，要分析一旦仓库爆炸所涉及的范围，就需要进行点要素缓冲区分析。缓冲区分析应用案例点要素缓冲区点要素如果要分析因道路拓宽而需拆除的建筑物和需搬迁的居民范围，则需进行线要素缓冲区分析；线要素缓冲区线要素缓冲区分析应用案例在对野生动物栖息地的评价中，动物的活动区域往往是在距它们生存所需的水源或栖息地一定的范围内，为此可用面要素缓冲区分析。面要素缓冲区面要素缓冲区分析应用案例点要素缓冲：通常是以点为圆心、一定距离为半径画圆。多个点的缓冲区重叠当两个或两个以上点状目标相距较近，或缓冲区距离较大时，则他们的缓冲区可能部分重叠。二、点要素的缓冲区一个点的缓冲区线要素缓冲区：分别对每个顶点和每条边生成缓冲区，然后对这些缓冲区进行叠加操作，通常形成以线为中心轴线、距其一定距离的平行条带多边形。三、线要素的缓冲区一个线要素缓冲区多个线要素缓冲区面要素的缓冲区：通常是以面的闭合线为基础、向内或向外生成的距其一定距离的多边形。四、面要素的缓冲区面要素缓冲区一个面要素的缓冲区多个面要素的缓冲区（1）缓冲区生成的是一些新的多边形，不包含原点、线、面要素。需要注意的几个问题：（2）多重缓冲区：按照不同的缓冲距离，生成多个相互嵌套的多边形。实例：城市经济影响力分三个层次：0-50km：1级50-100km：2级100-150km：3级（3）如果线的形状较复杂，缓冲区有可能重叠，会出现岛屿多边形和重叠多边形。其中岛屿多边形在缓冲区外，而重叠多边形是缓冲区的一部分。岛屿多边形岛屿多边形重叠多边形重叠多边形区分重叠多边形和岛屿多边形缓冲区边线交点处截断曲线成弧段，落在缓冲区内的删除，缓冲区外的保留。线的缓冲区左边线右边线43输入线缓冲区操作重叠处理后的缓冲区（4）缓冲距离不一样的情况叠加分析图片来源：http:///s/blog_612c4af00100xzju.html提出问题如何为一个新公园选择合适的位置？要求依山傍水交通便利相对安静方案现实世界获取地形信息水系信息交通信息植被信息存储到空间数据库叠加分析、缓冲区分析选址方案在统一空间参照系统条件下，将两层或多层地图要素进行叠加，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。叠加分析的定义48叠加分析视觉信息叠加矢量数据叠加点与多边形叠加线与多边形叠加多边形叠加栅格数据叠加叠加分析的分类49一、视觉信息叠加50视觉信息叠加：将不同专题的信息内容叠加显示在结果图件或屏幕上，以便研究者判断其相互空间关系。一、视觉信息叠加视觉信息叠加之后，不产生新的数据层，各数据层保留原来的数据结构。51（1）点状图、线状图和面状图的叠加显示52（2）面状图区域边界之间的叠加53（3）遥感影像与专题地图的叠加54（4）专题地图与数字高程模型叠加55二、基于矢量数据的叠加分析点与多边形叠加线与多边形叠加多边形与多边形叠加点属性多边形属性叠加后点的属性表点点属性1a2b3c4d5e6f点点属性所属多边形多边形属性1多边形属性21aA2bC3cC4dD5eD6fD1、点与多边形的叠加123456AC多边形属性1属性2ABC叠加后不产生新的数据层，只是把属性信息叠加到点图层中。B将线状要素层和多边形图层叠加，确定线与多边形的位置关系。线号原线号所属多边形号11B21C32C43C2、线与多边形的叠加计算线与多边形边界的交点交点将线目标打断成新的线产生新的线数据层，同时产生一个相应的属性数据表，记录原线和所属多边形的属性信息。ABCD1322134根据叠加结果，可以确定每条弧段落在哪个多边形内，可以查询指定多边形内某条线穿过的长度。2、线与多边形的叠加ABCD1322134ID属性1X2Y3ZID属性101A新多边形ID层1多边形属性层2多边形属性10A2X03XA4X050A60A7YA8YA9ZA10Y011Z0新多边形的属性表AXYZ37891456102层1层2新层11003、多边形与多边形的叠加将两组或更多的多边形要素层进行叠加，根据多边形之间的交点来建立新的具有多重属性的多边形。

表

两个输入图层的弧-多边形关系表001A2B弧段起点终点左多边形右多边形1110A2220B几何求交2B01A重新进行多边形拓扑运算属性确定PolygonIDArcsA06,-4,1AB3,4B05,2,-3001,6,5,2裁剪（clip）裁剪图层目标图层结果图层擦除（erase）擦除图层输入图层结果图层相交（intersect）输入图层输入图层结果图层联合（union）输入图层输入图层结果图层三、基于栅格数据的叠加分析将不同图幅的栅格数据叠加在一起，在叠加地图的相应位置上产生新的属性。U＝f(A,B,C,……)其中，A、B、C等表示第一、二、三等各层上的确定的属性值，f函数取决于叠加的要求。三、基于栅格数据的叠加分析栅格数据叠加将土壤图和植被图叠加，可以分析土壤和植被的关系。68行政区划图与土壤类型图叠加，可以计算出某一行政区划内的土壤类型数，以及不同类型土壤的面积。对同一地区、相同属性、不同时间段的栅格数据叠加，可以动态分析该地区某属性随时间的变化。栅格数据叠加应用网络分析（1）将一批货物从甲地运输到乙地，有多条路径可走，选哪一条能使运输费用最低？问题引入（2）当地下煤气管道改装时，若关闭某个阀门，需要确定受影响的用户。（3）某城市预建立一个消防站，如何确定10分钟之内能到达的街道。路径规划资源分配连通问题路径规划、连通分析、资源分配等，这些都是地理信息系统中网络分析的功能。网络分析一、网络网络的概念及组成要素网络是指由一些点及点之间的连线所组成的图形，这些图形不按比例绘制，线段不代表真正的长度，点和线段的位置具有随意性。交通网络1.网络的概念图片来源：http:///thread-74900-1-1.html图片来源：http:///wnews/jn/jnms/2017-01-06/112739.html网络是现实世界中的网状系统的抽象表示，可以模拟交通网、通讯网、地下水管网、天然气网等网络系统。网络的作用是将资源从一个位置移动到另外一个位置。结点链（二）网络的组成和相关属性1.网络基本要素链结点线状要素，是构成网络的骨架，也是资源或通信联络的通道。结点链2.网络的组成和相关属性1）网络基本要素链结点即网络中链的端点或链与链之间的连接点，位于网络链的两端，如车站、港口、电站等。2）网络中的特殊要素障碍拐点中心站点禁止网络中链上流动的，或对资源或通信联络起阻断作用的点。2）网络中的特殊要素障碍拐点中心站点在网络链中所有的分割结点上，状态有属性和阻力，如拐弯的时间和限制。2）网络中的特殊要素障碍拐点中心站点接受或分配资源的位置，如水库，商业中心等。状态属性：（1）资源总量；（2）阻力限额。2）网络中的特殊要素障碍拐点中心站点网络中物流装、卸的位置，不一定在网络结点上，也或者说是资源增减的点，如库房、汽车站等。3）网络中的属性网络组成部分都是用图层要素形式表示，需要建立要素间的拓扑关系，并用一系列相关属性来描述。这些属性是网络中的重要部分，一般以表格的方式存储在GIS数据库中，以便构造网络模型和网络分析。3）网络中的属性阻强指资源在网络流动中的阻力大小。资源总量网络中心为了满足各链的需求，能够容纳或提供的资源总数量。资源需求量网络系统中具体的线路、链、结点所能收集的或可以提供给某一中心的资源量。二、网络的建立加入多层点文件和线文件建立空的空间图形网络加入网络属性值例如：阻强值，网络中链的连通性，中心点的资源容量，资源需求量等。二、网络的建立路径分析三、网络分析的功能资源分配中心选址路径分析的核心是求解最佳路径。1.路径分析最佳路径是指网络中从一个点到达另外一个点、阻碍强度最小的一条路径。根据不同的需求，可以是距离最短、花费的时间最短、优先选择高速，等等。1.路径分析软件中的网络分析功能自动完成路径分析。路径分析算法——Dijkstra算法资源分配是根据中心的容量以及网线和结点的需求，并依据阻强大小，将网线和结点分配给最近的中心，分配过程中阻力的计算是沿最佳路径进行的。例如：资源分配可以为城市中的每一条街道上的学生确定最近的学校。2.资源分配中心选址是指确定设施的最佳地理位置。需要考虑需求和供给空间上的相互关系，据此选址需求点或供给点的最佳位置，以获得最佳的经济效益或最小运输成本。3.中心选址92空间插值空间插值定义：运用数学方法根据观测点数据或样本点数据，推算区域内其他任意一点的值，以便描述和研究连续型面状实体的空间分布和变化特征的技术。一、空间插值的概念空间插值的理论假设：一、空间插值的概念空间位置上越靠近的点，越可能具有相似的特征值；而距离越远的点，其特征值相似的可能性越小。1、现有的离散曲面的分辨率、像元大小或方向与所要求不相符。二、什么情况下需要进行空间插值2、现有的连续曲面的数据模型与所需的数据模型不符。二、什么情况下需要进行空间插值从不规则三角网（TIN）到栅格从矢量多边形到栅格3、现有数据没有完全覆盖整个区域，如只有一些离散点数据。二、什么情况下需要进行空间插值空间插值线性内插双线性内插移动拟合趋势面插值样条函数克里金插值三、空间插值方法线性内插法线性内插法的基本思想是高差和水平距离呈线性关系。线性内插法的前提是地形是连续的。AB高差水平距离hAPhABPDAPDAB

等值线是指同一条线上的属性值相同，例如等高线。输入离散观测点生成不规则三角网计算等值点等值线追踪等值线光滑处理离散的观测点输入离散观测点生成不规则三角网计算等值点等值线追踪等值线光滑处理狄洛尼(Delaunay)三角网1)定义一个包含所有点的超三角形,把它作为初始Delaunay三角形；2)点集中一个未处理点P插入已有的Delaunay三角网中；3)在三角网中找出包含P的三角形,把P与这个三角形的3个顶点相连,生成3个新的三角形；4)应用局部优化算法,更新该步之前生成的所有三角形；5)重复第2～4步,直到所有点都被插入；6)最后删除包含超三角顶点的所有三角形。输入离散观测点生成不规则三角网计算等值点等值线追踪等值线光滑处理计算等值点HO及其位置。首先是在所有三角形边上判断是否存在等值点，判断的方法是：如果存在等值点，那么该边两个顶点的高程和HO之间满足如下的条件：如果三角形一条边上存在等值点，那么肯定从该三角形另一条边上穿过。这里等值点位置的计算采用线性内插法。输入离散观测点生成不规则三角网计算等值点等值线追踪等值线光滑处理等值线追踪思想是：等值线游动必然穿过具有公共边界、又有等值线通过的三角形单元。输入离散观测点生成不规则三角网计算等值点等值线追踪等值线光滑处理采用三次样条函数进行光滑处理。数字高程模型及地形分析一、两个概念定义：对地理空间起伏变化的连续表面的数字表示形式。数字地面模型（DigitalTerrainModel，简称DTM)数字地面模型气温降水量人口密度地下水位……在DTM中，当起伏变化的连续表面为地形面时，即高程值在地理空间的起伏变化，就是数字高程模型。数字高程模型（DigitalElevationModel，简称DEM）二、DEM的数据采集方法利用全站仪或GNSS技术，测得各地形点的三维坐标。地面实测适合于小区域内对精确度要求高的地面模型。以大比例尺的近期地形图为数据源，通过扫描数字化等方法得到地面点集的高程数据。地形图数字化以遥感影像、摄影测量像片等为数据源摄影影像立体像对影像定向空中三角测量控制测量像片判绘DEM采集的数据点太稀会降低DEM的精度；数据点过密又会增大数据处理的工作量和不必要的存储量。关于数据采集采样点密度问题因此，在DEM数据采集之前，确定合理的取样精度，或者数据采集时根据地形复杂程度动态调整采样点密度，这是非常重要的。规则格网不规则三角网三、数字高程模型表达方法将区域空间切分为规则的格网单元，每个格网单元对应一个数值。规则格网形状高程矩阵规则格网可以是正方形、矩形、三角形等。规则格网模型高程高程矩阵灰度显示三维显示对于每个网格的数值有两种不同的解释。第一种认为，该格网单元的数值是其中所有点的高程，即格网单元是均一的高度。第二种认为，认为网格单元的数值