叠置分析的实现

叠置分析的实现目录CONTENTS二、叠置分析算法一、数据准备一、数据准备在电子地图系统中，叠置分析是经常使用的一种数字地图分析方法，我们在组织数据的时候，可能是采用矢量结构的空间数据模型，也可能采用栅格结构的空间数据模型。而矢量数据，又可以再分为基于简单数据结构的和基于拓扑数据结构的矢量数据。我们在进行叠置分析前，首先应判断电子地图的表达图层是否能满足分析的需要，如能满足的话，可以直接将其作为分析数据来进行叠置，如果不能满足分析的需要，我们需要首先进行数据准备，通过表达图层，来提取数据准备图层，然后再进行叠置分析。数据准备二、叠置分析算法a矢量数据的叠置分析1)简单数据结构的叠置分析在这种数据结构里地理实体都被抽象为点、线、面三种基本类型，每个空间实体对象都维护自己的所有属性，每个对象都记录了它的全部空间信息，每个对象都是自包含的。由于在简单数据结构里各个多边形独立存储，它们之间不共享弧段或节点,故两个多边形图层的叠置分析可通过将第一个图层里的每一个多边形与第二个图层里的每一个多边形做叠置分析而完成，这时问题的关键转化为两多边形的叠置分析。第一步可转化为求两组线段的交点的算法，在此基础之上实现两个多边形交、差、并的具体实现。叠置分析算法2)拓扑结构的叠置分析所谓拓扑关系，是指对象在被拉伸、压缩，而不进行扭转和折叠的情况下，对象间继续存在的一些属性或关系，简言之即空间对象间的位置关系。在这种结构中存储所有平面点的坐标，弧段由点组成，相邻接的弧段共享端点；多边形由弧段的引用组成，相邻多边形公用弧段数据。叠置分析算法基于这种结构的叠置分析算法及优化有很多种，特点各有不同，但核心的步骤都是如下几步：①弧段节点匹配，消除同一节点由于被多次釆样而对应不同的坐标值的问题；②同一节点上弧-弧相邻关系的建立，一般都是根据方位角对各个相邻弧段排序；③根据前两个步骤产生的信息搜索各个简单多边形；④进行多边形包含关系判断，从而产生复杂多边形。当以上多边形拓扑关系自动生成算法被用于叠置分析时，只需将参与叠置分析的两个图层中的弧段链表取出来，分别设为L1和L2。用弧段链表L1中每一条弧段与弧段链表L2中的每一条弧段作相交判断，如果相交，则将相交弧段在交点处断开。叠置分析算法经过上述弧段相交处理后可以直接运用多边形拓扑生成算法，只是参与多边形叠置分析的两个图层都是经过弧段节点匹配的，所以可以跳过步骤①，直接进行第②③④步。对于新生成的每个多边形，将组成它的所有弧段的指向多边形内部一侧的属性值叠加即可得到该多边形的属性值。基于这种拓扑数据结构矢量系统的叠置分析比栅格系统要复杂得多。在拓扑叠置之前，假设每一层都是平面增强的（已经建立了完整的拓扑关系），那么当两层数据叠置时，其结果也必然是平面增强的。当两线交叉时，要计算新的交叉点，一条线穿过某一区域时，必然产生两个子区域。叠置分析算法拓扑叠置能够把输入特征的属性合并列一起，实现特征属性在空间上的连接，拓扑叠置时，新的组合图的关系将被更新。叠置可以是多边形对多边形的叠置（生成多边形数据层），也可以是线对多边形的叠置（生成线数据层）及点对多边形的叠置（生成点数据层）、多边形对点的叠置（生成多边形数据层）及点对线的叠置（生成点数据层）。叠置分析算法（1）多边形与多边形的叠置。多边形与多边形的叠置是空间叠置分析的主要类型。多边形的叠置是将两个或多个多边形图层进行叠置，产生一个新的多边形图层的操作。其结果是将原来的多边形要素分割成新要素，新要素综合了原来两层或多层的属性。但多边形叠置的结果可能会出现一些碎屑多边形，须对其进行消除。（2）线对多边形叠置。线与多边形的叠置是确定一图层上的弧段落在另一图层的哪个多边形内，以便为图层的每条弧段建立新的属性。（3）点对多边形叠置。点与多边形的叠置是确定一图层上的点落在另一图层的哪个多边形内，以便为图层的每个点建立新的属性。（4）点对线叠置。叠置分析算法b基于栅格结构的叠置分析在栅格系统中，层间叠置可通过像元之间的各种运算来实现。设A,B,C为表示第一、第二、第三层上同一坐标处的属性值，f函数表示各层上属性与用户需要之间的关系，U为叠置后属性输出层的属性值，则U=f（A,B,C）叠置操作的输出结果可能是：（1）各层属性数据的平均值（简单算术平均或加权平均等）；（2）各层属性数据的最大值或最小值；（3）算术运算结果：（4）逻辑条件组合。叠置分析算法栅格数据的叠置操作有时也称为栅格数据的信息复合，它是指不同层面的栅格数据逐网格按一定的数学法则或逻辑判断进行运算，从而得到新的栅格数据系统的方法。图1是栅格图层A,B,C进行信息复合的一个简单例证。栅格图层的复合运算叠置分析算法电子地图系统中，矢量结构和栅格结构的叠置分析各有特点，可以根据需要结合使用。矢量结构的数据在叠置分析时，机器精度范围内不降低原始精度，但原理