第06章+空间分析(第二版)

长江大学地球科学学院地理信息系统原理

(PrinciplesofGeographicInformationSystem)2023最新整理收集do

somethingGIS原理1绪论2空间数据结构3地理信息系统数据输入4地理信息系统数据处理5空间数据管理6空间分析

7数字高程模型8GIS的输出与地图可视化9地理信息系统工程与标准10地理信息系统的发展趋势

6空间分析

空间分析是综合分析空间数据的技术的通称。空间分析有着十分丰富的内涵，它是构成地理信息系统的核心部分之一，在整个地理数据的应用中发挥着举足轻重的作用，也是GIS区别与其它信息系统的一个显著标志。6空间分析

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、空间演变等信息。它具有很强的目的性。是一种面向应用的空间处理方法。空间分析目的：是通过对空间数据的深加工和分析，获取新的信息。是为了解决实际问题，是面对用户的。空间分析结果：图形、属性数据。6空间分析6.1空间分析的内容与步骤6.2空间度量算法6.3数据检索与表格分析6.4叠置分析6.5缓冲分析6.6网络分析6.7三维空间关系6.8GIS的数学模型6.1空间分析的内容与步骤6.1.1空间分析的内容

1、拓扑分析包括：空间图形数据的拓扑运算，即旋转变换、比例尺变换、三维及三维显示、几何元素计算。6.1空间分析的内容与步骤2、属性的分析包括：数据检索、逻辑与数学运算、重分类、统计分析等。

3、拓扑与属性的联合分析包括与拓扑相关的数据检索、叠置处理、区域分析、邻域分析、网络分析、形状探测、瘦化处理、空间内插等。6.1空间分析的内容与步骤6.1.2空间分析的步骤

1、确定分析目的和标准分析的目的定义了你打算利用地理数据库回答什么问题，而标准则具体规定了你将如何利用GIS回答你所提出的问题。例：建一新公园进行选址（目的）标准：

·交通便利、环境优雅

·设计成环绕一个天然小河

·可利用面积大

·应很少或没有沿河流分布的沼泽地6.1空间分析的内容与步骤2、准备空间操作的数据即收集、输入空间数据和属性数据。例如：地理底图数据、地籍数据、土壤数据等。

3、进行空间分析作空间位置的处理和分析（包括检索、提取、缓冲区分析、叠置分析等），以满足第一步提出的标准；作属性数据的处理和分析（加所需的属性项）。6.1空间分析的内容与步骤4、准备表格分析的数据大多数分析都要求利用空间操作得到一个（或一组）最终的数据层，然后就必须准备用于分析的数据，包括空间和属性数据。所生成的层的属性表包括了利用逻辑表达式和算术表达式进行表格分析的信息。通常必须将进行分析时所需要的数据项加到属性表中。例如，你想根据地块数据层中的地块面积、现有结构和土壤类型来计算地块财产值，那么就要在属性表中加入一个数据项（取名可能是“VALUE”）来存放财产值。6.1空间分析的内容与步骤5、进行表格分析利用逻辑表达式和算术表达式，可以对在步骤三中进行的空间操作所获得的新的属性关系进行分析。在本步骤中，将利用步骤一中所确定的标准，定义一系列逻辑运算和算术运算，来对所得到的地理数据库进行操作。

6、结果评价和解释当你通过表格分析获得了一个答案，你就必须对结果进行评价，以确定其有效性，该结果是否提供了可靠而又有意义的答案？6.1空间分析的内容与步骤7、如有必要，改进分析解释和评价结果，若不满意（如果感到你的分析还有局限性和缺点，你可以进一步改善），返回适当的步骤重新分析。

8、产生最终的结果图和表格报告6.2空间度量算法

空间度量是GIS的一项基本内容和主要功能，也是GIS的常用工具。长度量算角度量算任意多边形面积量算分布中心的计算6.2空间度量算法6.2.1长度量算两点之间的距离（欧几里德距离）点到直线的距离三维空间中线到线的空间距离线目标的长度计算P1P2P3P4P56.2.2角度量算两直线的夹角（二维）

求矢量A（xa,ya,za）与矢量B（xb,yb,zb）的夹角（三维）6.2空间度量算法6.2空间度量算法6.2.3任意多边形面积量算12345XYx1x2x3x4x5y1y2y3y4y5abcde矢量数据多边形的面积计算基于求梯形面积公式。6.2空间度量算法6.2.4分布中心的计算空间分析中常用分布中心来概括地表示空间的总体分布位置，用来跟踪某些地理分布的变化，如人口的变迁、土地利用的变化。假设有n个离散点（X1,X2）(X2,Y2)…(Xn,Yn),可用下列不同的方法来表示分布中心。算术平均中心、加权平均中心、中位中心、极值中心6.2.4分布中心的计算假设有n个离散点（X1,X2）(X2,Y2)…(Xn,Yn),可用下列不同的方法来表示分布中心。算术平均中心加权平均中心中位中心极值中心6.2空间度量算法（Cx,Cy）表示算术平均中心坐标点。算术平均中心中没有考虑不同点在分析问题时重要性之间的差异，实际中各点的重要性是不同的，为此需要进行加权计算。6.2空间度量算法6.2.4分布中心的计算假设有n个离散点（X1,X2）(X2,Y2)…(Xn,Yn),可用下列不同的方法来表示分布中心。算术平均中心加权平均中心中位中心极值中心Wi为第i点的权重，通常以该离散点表示的统计量来表示，如在研究土地利用时用它表示的面积值作为权重，在研究变迁时用它表示的人口数作为权重。6.2空间度量算法6.2.4分布中心的计算假设有n个离散点（X1,X2）(X2,Y2)…(Xn,Yn),可用下列不同的方法来表示分布中心。算术平均中心加权平均中心中位中心极值中心中位中心是指到各个离散点的距离和为最小的一个点（Xm,Ym）,表示为下式的值为最小：大量用在选址设计中，如当n个离散点表示居民点时，为确定商业布点就要用到中位中心。6.2空间度量算法6.2.4分布中心的计算假设有n个离散点（X1,X2）(X2,Y2)…(Xn,Yn),可用下列不同的方法来表示分布中心。算术平均中心加权平均中心中位中心极值中心极值中心是指到各个离散点中最大距离为最小的一个点（Xe,Ye）,表示为下式的值为最大：极值中心的地理意义在于该点离n个离散点中的所有点都不太远。6.3数据检索及表格分析

检索对象：

1）属性数据（如全部区域的总人口）

2）依据空间拓朴关系（如与湖北相邻的省份有哪些）

3）联合空间数据与属性数据（如某区域周边有哪些地为水浇地）检索分析的结果：

1）统计结果

2）将结果作为一个新属性域添加到属性数据库中

3）生成新的数据层6.3数据检索及表格分析属性查询6.3数据检索及表格分析地理位置查询6.3数据检索及表格分析相对位置查询——离超市200米6.3数据检索及表格分析相对位置查询——穿越河流的城铁6.3.1属性统计分析单纯对属性数据库的统计分析包括单属性统计、单属性函数变换、双属性分类统计、双属性数学运算等。

单属性统计是对属性数据库中的某个字段，如统计总和、最大值、最小值及平均值，给出字段值落在各个区间内或等于各个离散值的记录数，并据此绘制各类统计图（折线、直方图、饼图等）。如“管网总长是多少？”6.3数据检索及表格分析

单属性函数变换是对选定的初等函数，将属性字段作为函数自变量，将字段值依次代入初等函数，得到变换结果。用来做计算的函数可以是幂函数、指数函数、对数函数、三角函数等。

双属性分类统计除了要选择分类字段并划分处各类范围外，还需要指定统计字段和统计方式。统计方式分计数方式和累计方式，其中计数方式是累计各类图元素，而累计方式则是将每一类的累计字段值相加。如要统计各村每类用地的面积（累计方式）和数目（计数方式）。6.3数据检索及表格分析6.3数据检索及表格分析6.3.2布尔逻辑查询用布尔逻辑的规则对属性及空间特性进行运算操作来检索数据，使GIS在检索功能方面有了极大的灵活性，因为它允许用户按属性数据、空间特性形成任意的组合条件来查询数据。布尔逻辑运算有：与（AND）、或（0R）、异或（XOR）、非（NOT）等。6.3数据检索及表格分析6.3数据检索及表格分析ANOTAABAANDBAORBAORB

例：在地下管网信息系统中，设A为埋深小于3米的煤气管；B为长度小于300米的煤气管。

AANDB：检索出埋深小于3米且长度小于300米的所有煤气管；条件A:为埋深小于3米的煤气管条件B:为长度小于300米的煤气管AND和（与）6.3数据检索及表格分析

AORNOTB：检索出埋深小于3米及长度大于或等于300米的所有煤气管；A为埋深小于3米的煤气管B为长度小于300米的煤气管OR

NOT

或非6.3数据检索及表格分析

AXORB：检索出埋深小于3米而长度大于或等于300米的煤气管道、长度小于300米而埋深大于或等于3米的煤气管道；A为埋深小于3米的煤气管B为长度小于300米的煤气管XOR（异或）6.3数据检索及表格分析6.3数据检索及表格分析6.3.3空间定位检索用光标选择一个图元或多个图元，则系统检索出这些图元的属性数据。图查属性6.3数据检索及表格分析6.3.4图元间关系检索

1）面-面检索例如：与某个多边形相邻的多边形是哪些？

2）面-线检索例如：某个多边形的边界是哪些线（弧段）？

3）线-面检索例如，某弧段的左右区域分别是什么？6.3数据检索及表格分析6.3.4图元间关系检索

4）线-线检索例如，与某条河流相连的支流有哪些？

5）线-点检索例如，某条道路上有哪些桥梁？

6）点-线检索例如，某个结点由哪些线（弧段）相交而成？6.3数据检索及表格分析6.3.4图元间关系检索面-面检索例：与某个多边形相邻的多边形是哪些？请点击“河南省”6.3数据检索及表格分析6.3.5空间数据库查询语言

GIS中的查询首先是数据库查询，SQL作为关系型数据库的标准查询语言，因其非过程化描述和简洁性而倍受青睐，为许多GIS所采用。

SQL语句的基本结构如下：

SELECT<属性名>FROM<属性表>WHERE<条件>

空间数据库因其包含空间概念是一种特殊的数据库，而标准SQL语言不支持空间概念，目前多数GIS系统是在SQL的基础上扩展空间概念描述、空间函数或空间操作等方式来解决。如增加WITHIN算子（SELECT<目标>WITHIN<区域>）6.3数据检索及表格分析6.3.5空间数据库查询语言

例如：查询三峡地区长江流域人口大于50万的市或县

Select*From县或市

Where县或市人口>50万

andCross（河流名称=“长江”）6.3数据检索及表格分析6.3.6重分类、边界消除与合并重分类或再分类（Reclassification）：根据不同的需要对原始数据再次进行分类和提取的过程。

1）属性按区间分类统计例：城市人口密度分为高、中、低三类。

2）间接分类例：按房屋建造年代分类，作为是否保留这些建筑的参考依据。

3）地理区域分类例：北京分为三个区域，二环内、二环至三环、三环以外。6.3数据检索及表格分析

例：希望从一个数据层中得到土壤类型分布图，原始数据层中的多边形是根据更细的类别划分的.6.3数据检索及表格分析

步骤：

(1)按照土壤类型这个属性项对原始数据层重分类(Reclassify)。

(2)如果两相邻多边形具有相同土壤类型，则删除它们间的分界弧段，这就是边界消除(dissolve)。

(3)重建拓扑，将没有分界弧段的相邻多边形合并(merge)成一个。6.4叠置分析

地图叠置原理：就是将两幅或多幅地图重叠在一起，产生新数据层和新数据层上的属性（即提取感兴趣的数据），新数据层或新空间位置上的属性就是各叠置地图上相应位置处各属性的函数。

目的：寻找和确定同时具有几种地理属性的地理要素的分布，或是按照确定的地理指标，对叠加后产生的具有不同属性级的多边形进行分类或分级。如了解某区域的森林覆盖面积(行政区与植被图层的叠加)、一个县的公路里程、一个地区的河流密度、降雨与温度的关系等。6.4叠置分析6.4叠置分析6.4.1栅格系统的叠加分析栅格数据来源复杂，包括各种遥感数据、航测数据等，叠加分析操作的前提是要将其转换为统一的栅格数据格式，且各个叠加层必须具有统一的地理空间，即具有统一的空间空间参考（包括地图投影、椭球体、基准面等）、统一的比例尺及统一的分辨率。6.4叠置分析

栅格叠加的作用：数理统计，如行政区划和土地利用类型叠加，可计算出某一行政区划内的土地利用类型个数及各种土地利用类型的面积；成本分析，如城市土地利用图与大气污染指数分布图、道路分布图叠加，可进行土地价格的评估与预测；类型叠加，如土壤图和植被图叠加，可得出土壤与植被分布之间的关系图；6.4叠置分析

栅格叠加的作用：动态变化分析，通过对同一地区、相同属性、不同时间的栅格数据的叠置，分析由时间引起的变化；几何提取,通过与所需提取的范围的叠置运算，快速地进行范围内信息的提取

。6.4叠置分析

在栅格系统中，层间叠加可通过像元之间的各种运算来实现。新属性值的计算可由下式表示：

U＝f(A,B,C,……)

其中，A，B，C等表示第一、二、三等各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。6.4叠置分析

运算：（1）各层属性数据的平均值（算术平均或加权平均）（2）各层属性数据的最大值或最小值（3）算术运算（4）逻辑条件组合6.4叠置分析20112302323112基于不同的运算方式和叠加方式，栅格叠加变换包括如下几种类型：（1）局部变换（2）邻域变换（3）分带变换（4）全局变换（5）栅格逻辑叠加（6）栅格关系运算基于像元与像元之间的对应的运算，每个像元都基于它自身的运算，不考虑其他与之相邻的像元。60336906969336×3＝输入栅格输出栅格单层局部变换2011230232311220222604669238×＝

输入栅格乘数栅格输出栅格多层局部变换11221222223323346.4叠置分析以某一像元为中心，将周围像元的值作为算子，进行简单求和、平均值、最大值、最小值等。201123023231127874101312910121395787（邻域求和）＝输入栅格输出栅格邻域变换基于不同的运算方式和叠加方式，栅格叠加变换包括如下几种类型：（1）局部变换（2）邻域变换（3）分带变换（4）全局变换（5）栅格逻辑叠加（6）栅格关系运算6.4叠置分析将具有相同属性值的像元作为整体进行分析运算。例：通过识别输入栅格层中具有相同像元值的格网在分带栅格中的最大值，将这个最大值赋给输入层中这些网格并存储到输出栅格层中。2011230202110287558678785578

＝

输入栅格分带栅格输出栅格分带变换1234567812345555基于不同的运算方式和叠加方式，栅格叠加变换包括如下几种类型：（1）局部变换（2）邻域变换（3）分带变换（4）全局变换（5）栅格逻辑叠加（6）栅格关系运算6.4叠置分析

基于研究区内所有像元的运算，输出栅格的每一个像元值是基于全区的栅格运算，这里像元是具有或没有属性值的栅格。一般指在同一网格内进行像元与像元之间距离的量测。

自然距离量测运算或欧几里得几何距离运算属于全局变换。欧几里得几何距离运算分为2种情况：一种是以连续距离对源像元建立缓冲，在整个格网上建立一系列波状距离带；另一种是对格网中的每个像元确定与其最近的源像元的自然距离，该方式在距离量测中比较常见。基于不同的运算方式和叠加方式，栅格叠加变换包括如下几种类型：（1）局部变换（2）邻域变换（3）分带变换（4）全局变换（5）栅格逻辑叠加（6）栅格关系运算6.4叠置分析

首先定义源像元，然后计算区域内各个像元到最近的源像元的距离。水平或垂直方向的相邻像元之间的距离为像元尺寸大小，若对角线相邻，为像元尺寸大小的1.4倍。

输入栅格输出栅格11122.01.00.00.01.41.01.00.01.00.01.01.01.41.01.42.0（欧几里得距离）＝基于不同的运算方式和叠加方式，栅格叠加变换包括如下几种类型：（1）局部变换（2）邻域变换（3）分带变换（4）全局变换（5）栅格逻辑叠加（6）栅格关系运算6.4叠置分析设有A、B、C三个层面的栅格数据系统，一般可以用布尔逻辑算子以及运算结果的文氏图表示其一般的运算思路和关系。（布尔逻辑的运算有和（AND）、或（OR）、异或（XOR）、非（NOT）等）A.AND.B.AND.CA.XOR.B.XOR.CA.NOT.B.OR.CA.OR.B.OR.CA.AND.B.OR.CA.AND.(B.OR.C)基于不同的运算方式和叠加方式，栅格叠加变换包括如下几种类型：（1）局部变换（2）邻域变换（3）分带变换（4）全局变换（5）栅格逻辑叠加（6）栅格关系运算6.4叠置分析例：布尔逻辑与运算（AND）：10111100001011020010110000101100&＝

输入栅格1输入栅格2输出栅格布尔逻辑“与”运算0230514012305550基于不同的运算方式和叠加方式，栅格叠加变换包括如下几种类型：（1）局部变换（2）邻域变换（3）分带变换（4）全局变换（5）栅格逻辑叠加（6）栅格关系运算6.4叠置分析例：有土壤厚度（大于和小于50厘米）和土壤类型（红壤和其他类型）两个二值化图层，不同的逻辑运算结果如下：

AND关系：结果是将土层厚度大于50厘米，且土壤为红壤的土壤单元显示出来；

OR关系：结果将土层厚度大于50厘米，或者土壤为红壤的土壤单元显示出来；

XOR：结果将土层厚度小于50厘米，或者土壤不是红壤的土壤单元显示出来；

NOT:如结果是将土层厚度大于50厘米，但土壤不是红壤的土壤单元显示出来。基于不同的运算方式和叠加方式，栅格叠加变换包括如下几种类型：（1）局部变换（2）邻域变换（3）分带变换（4）全局变换（5）栅格逻辑叠加（6）栅格关系运算6.4叠置分析运算关系以一定的关系为基础，符合条件的为真，赋予1值；不符合条件的为假，赋予0值。关系运算符包括6种：＝、<、>、<>、>=、<=。下图为关系“>”运算:15111300041012021101010001000001>＝

输入栅格1输入栅格2输出栅格关系“>”运算0230514012305550基于不同的运算方式和叠加方式，栅格叠加变换包括如下几种类型：（1）局部变换（2）邻域变换（3）分带变换（4）全局变换（5）栅格逻辑叠加（6）栅格关系运算6.4叠置分析6.4.1栅格系统的叠加分析优点：容易实现缺点：图元间拓扑关系信息丢失6.4叠置分析6.4.2矢量系统的叠加分析（拓扑叠加）拓扑叠加之前，假设每一层都是平面增强的（已建立了完整的拓扑关系），当两层数据叠加时，结果也必然是平面增强的。拓扑叠加能够把输入特征的属性合并到一起，实现特征属性在空间上的连接；拓朴叠加时，新的组合图关系将被更新。6.4叠置分析6.4叠置分析1、矢量系统叠置分析的步骤（1）对原始数据（多边形）形成拓扑关系（2）多层多边形数据的空间叠置，形成新的层（3）对新层中的多边形重新进行拓扑组建（4）剔除多余的多边形，提取出感兴趣的部分6.4叠置分析2、叠加分析的主要内容（1）多边形与多边形叠加：生成多边形数据层（2）线对多边形叠加：生成线数据层（3）点对多边形叠加:生成点数据层（4）多边形对点叠加：生成多边形数据层（5）点对线叠加：生成点数据层6.4叠置分析（1）多边形对多边形叠加

由于两个多边形叠加时其边界在相交处分开，因此输出多边形的数目可能大于输入多边形的总和。在多边形叠加操作中往往会产生许多较小的多边形，其中有些并不代表实际的空间变化，这些小而无用的多边形称为碎多边形或伪多边形，他们是多边形叠加的主要问题。6.4叠置分析多边形叠加的整个过程为：

1）计算交叉点；

2）形成节点和链；

3）建立拓扑和新对象/新标识符；

4）如果需要的话，去除大量的碎多边形，融合相似多边形；

5）连接新属性，并添加到属性表中。（1）多边形对多边形叠加6.4叠置分析（1）多边形对多边形叠加：合并、相交、相减、判别等。

指两个不同图层的多边形要素相叠加，产生输出层的新多边形要素，用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，以及图幅要素更新、相邻图幅拼接、区域信息提取等（结果仍为多边形）。合并union相交intersect相减

Substraction

判别Identity6.4叠置分析6.4叠置分析6.4叠置分析6.4叠置分析6.4叠置分析（1）多边形对多边形叠加6.4叠置分析（2）线对多边形叠加:相交、判别、相减等。

确定一图层上的弧段落在另一图层的哪个多边形内，以便为图层的每个弧段建立新的属性。线与多边形叠置的算法就是线的多边形裁剪。应用：如河流图与政区图叠置，可得到每个政区中河流的长度。6.4叠置分析（2）线对多边形叠加:相交、判别、相减等。6.4叠置分析线对区叠加(判别)分析（2）线对多边形叠加6.4叠置分析（3）点对多边形叠加（Point-in-polygonoverlay）

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。它实质是点与面之间的包含关系。叠加结果是一串带有附加属性的点要素。

相交：落在多边形内的点个数

判别：区域内所有的点个数

相减：区域外所有的点个数应用：如一幅图表示邮政信箱的位置，另一幅图表示城市街区。两幅图叠置后可得出每个街区有多少邮政信箱，也可知道每个邮政信箱是位于城市的哪个街区。

6.4叠置分析（3）点对多边形叠加（Point-in-polygonoverlay）6.4叠置分析（4）多边形对点叠加

多边形对点叠加的结果是多边形，但只保留那些有点落在上面的多边形，这种叠加不做属性连接，结果多边形的属性和原始多边形的属性相同。6.4叠置分析（5）点对线叠加点对线叠加的结果为点要素，它保留所有点，找到距离某点最近的线并计算出点线之间的距离，然后将线号和点线距离记录到该点的属性中。6.5缓冲分析

缓冲分析是GIS的基本空间操作功能之一。用以识别实体或主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。它是GIS中重要的和基本的空间操作功能之一。公共设施（商场，邮局，银行，医院，车站，学校等）的服务半径大型水库建设引起的搬迁铁路、公路以及航运河道对其所穿过区域经济发展的重要性6.5缓冲分析

缓冲分析就是在点、线、面实体（缓冲目标）周围建立一定宽度范围的多边形。换言之，任何目标所产生的缓冲区总是一些多边形，这些多边形将构成新的数据层。如：城市噪音污染源所影响的一定空间范围；交通线两侧划定的绿化带等。6.5.1缓冲分析概念6.5缓冲分析(1)点的缓冲区(2)线的缓冲区(3)面的缓冲区6.5缓冲分析

如：在城市研究中，当改变某个辖区的行政界限时，需要通知周围一定距离范围内（如150米）的住户。禽流感疫情发生所影响的范围？某地区有危险品仓库，要分析一旦仓库爆炸所涉及的范围。这就需要进行点缓冲区分析。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，则需进行线缓冲区分析；而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距离的范围内，为此可用面缓冲区进行分析等等。6.5缓冲分析6.5.2建立缓冲区的算法建立缓冲区的实质是作点、线、面状地物的扩展距离图。1、点缓冲区算法等距离的点缓冲区是一个圆。6.5缓冲分析2、线缓冲区和面缓冲区的基本算法（1）角平分线法在线的两边按一定距离（称为缓冲距）作平行线，在线的端点画半圆相连。（2）凸角圆弧法对线的拐点求出凹凸性，凸侧用圆弧弥合法，以防角平分线法中出现尖角；凹侧用角平分法建立。线的窄缓冲区线的宽缓冲区6.5缓冲分析3、复杂缓冲区的生成对复杂曲线、曲面建立缓冲区时，常会出现缓冲区重叠问题，这时需要通过对缓冲区边界求交，除去重叠部分，或通过对缓冲区边界求交，对建立缓冲区所生成的图形进行判断，除去缓冲区内部线，将缓冲区组成连通区。6.5缓冲分析缓冲区分析应用商场的市场区位（服务服务→中心地理论）林业规划：距河流一定纵深的范围来确定森林的砍伐区地震带：按断裂线的危险等级绘出每一断裂线的不同宽度的缓冲带作为警戒线土地评价：根据距离交通线的远近进行成本估算→地价评估6.5缓冲分析

实例分析：市区择房分析满足条件:离主要交通要道200米以外，减少噪音污染商业中心的服务范围内距名牌高中750米内距名胜古迹500米内，环境幽雅同时满足上面4个条件的为最佳选择。6.5缓冲分析

实现步骤:1）对每一个条件进行缓冲区范围生成；

2）将4个要素生成公共最佳择房区(intersect，erase)；

3）给每一个缓冲条件添加一个条件判断字段(addfield)；

4）将4个要素union生成合成图；

5）对union后图添加class字段，作为住房分类依据；

6）对结果图进行分类分级显示。6.5缓冲分析6.5缓冲分析6.6网络分析网络示例：铁路、公路电力网、电讯网煤气管网各种服务网络航空网络街道网络6.6网络分析

网络是地理信息系统中一类独特的数据实体，它由若干个线性实体通过结点连结而成。

网络分析是空间分析的一个重要方面，是依据网络拓朴关系（线性实体之间、线性实体与结点之间、结点与结点之间的连结和连通关系），通过考察网络元素的空间和属性数据，对网络的性能特征进行多方面的分析计算。6.6网络分析

为什么要使用网络分析？从甲地到乙地的最短路径是什么？如何设定一个服务中心？特定位置的服务中心的服务范围？从一个位置到另一个位置的通行程度如何？从出发地到目的地，有多少条可行路线？如何在街道图上定位一个发生的事件？6.6网络分析6.6.1网络数据模型及基本概念

1）网络网络是由若干线性实体互连而成的一个系统，资源经由网络来传输，实体间的联络也经由网络来达成。构成网络的最基本元素是上述线性实体以及这些实体的连接交汇点。前者常被称为网线或链（link），后者一般称为结点（node）。6.6网络分析2）网络数据模型网络数据模型是真实世界中网络系统（如交通网、通迅网、自来水管网、煤气管网等）的抽象表示。6.6网络分析3）网络组成要素基本要素

a.结点（Node）——结点是网线的端点，又是网线汇合点，可以表示交叉路口、中转站、河流汇合点等。

b.链或弧段（网线）（link）——是构成网络的骨架，是资源传输或通讯联络的通道，可以代表街道、公路、铁路、航线、水管、煤气管、河流等等。6.6网络分析附属要素

a.站点（stop）或（停靠点）——是在路径分析中用来表示途经地点的可以进行资源装卸的结点；（如车站、码头等）

b.中心（center）——是在资源分配中用来表示资源发散地点或资源汇聚地点的结点；位于总站位置，如管道、煤气总站6.6网络分析附属要素

c.障碍（barrier）——对资源传输或通讯联络起阻断作用。如被破坏的桥梁和禁止通行的关口。即禁止网络中链上流动的点。

d.拐角（turn）——在网络的结点处，资源运移方向可能转变，从一个链经结点转向另一个链。如在十字路口禁止车辆左拐，便构成拐角。6.6网络分析4）特殊的属性数据

a.网线的阻碍强度——阻强即资源受到阻力的大小。为了实施路径分析和资源分配，网线数据应包含正反两个方向上的阻碍强度（如流动时间、耗费等）；如：交通系统中红灯停情况，地面粗糙度、资源的种类（运的是什么），来回的方向等等，在网络分析中非常重要但又很难确定。6.6网络分析4）特殊的属性数据

b.网线的资源需求量网线的资源需求量即网络中弧度。停靠点所能容纳的资源量（如一个年级段学生人数），如学生人数、水流量、顾客量等；3人10人5人学校6.6网络分析c.结点资源需求量

d.结点转角数据结点转角数据可以更加细致地模拟资源流动时的转向特性，具体地说，每个结点可以拥有一个转向表（turntable），其中的每一项说明了资源从某一网线经该结点到另一网线时所受的阻碍强度。6.6网络分析5)与中心相联系的数据

a.中心的资源容量（如年级在教室中的座位，能够容纳多少学生。）

b.阻碍限度即资源流出或流向该中心所能克服的最大累积阻碍；

c.延迟量延迟量表达该中心相对于其它中心进行资源分配的优先程度。6.6网络分析6)与站点相关的数据与站点相关的数据一般有传输量，即资源装卸量、阻碍强度。6.6网络分析3人10人5人学校8路公共汽车起点站8路公共汽车终点站6人路径站点中心拐点障碍点段6.6网络分析6.6.2常规的网络分析功能1、路径分析(pathanalysis)

其核心是最佳路径和最短路径的求解。常用于旅游、交通、消防、信息传输、救灾、抢险等。6.6网络分析a.最短路径在最短路径分析需要计算网络中从起点到终点所有可能的路径，从中选择一条到起点距离最短的一条。用于最短路径分析的算法很多，其中最著名的是Dijkstra算法(Dijkstra，1959)。该算法可用于计算一个节点到其他所有节点的最短路径。主要特点是以起始点为中心向外层层扩展，直到扩展到终点为止。Dijkstra算法能得出最短路径的最优解，但由于它遍历计算的节点很多，所以效率低。6.6网络分析最短路径(NetworkAnalyst)6.6网络分析b.最佳路径在指定网络中两结点间找一条阻碍强度最小的路径，最佳路径的产生基于网线和结点转角的阻碍强度。当网线在顺逆两个方向上的阻碍强度都是该网线的长度，而结点无转角数据（阻碍强度）或转角数据为零，最佳路径与最短路径是一致的。6.6网络分析c.最佳游历方案求解

网线最佳游历方案——给定一个网线集合和一个结点，求解最佳路径，使之由指定结点出发至少经过每条网线一次而回到起始结点。

结点最佳游历方案——给定一个起始结点、一个终止结点和若干中间结点，求解最佳路径使之由起始点出发遍历全部中间结点而到达终点。6.6网络分析

实例应用：一辆送货车从起点出发，到20个点送货，货车返回起点，按最优次序最短时间送货。（1）给出送货路线图（2）计算送货总时间（3）给出送货车的行驶导引（如左拐，进入XX路，右拐……）6.6网络分析6.6网络分析2、资源分配(Allocation)

就是为网络中的网线和结点寻找最近（远近按阻碍强度的大小来确定）的中心（资源发散或汇集地）。例如：资源分配能为城市中的每一条街道上的学生确定最近的学校；为水库提供其供水区等等。资源分配根据中心容量以及网线和结点的需求将网线和结点分配给中心，分配是沿最佳路径进行的。当网络元素被分配给某个中心，该中心拥有的资源量就依据网络元素的需求而缩减，当中心的资源耗尽，分配就停止。6.6网络分析图书馆设在哪儿合适呢？居民分布点公共设施6.6网络分析1和2那个去合适呢？12居民分布点服务点6.6网络分析例1：负荷设计、时间与距离损耗估算电能从电站产生，并通过电网传送到客户那里去。在这里，电站就是网络模型中的“Center”,因为它可以提供电力供应。电能的客户沿电网的线路(网络模型中的Link)分布，他们产生了“Demand”。在这种情况下，资源是通过网络由供方传输到需方来实现资源分配。可用来分析输电系统是否超载；停电的社会、经济影响估计等。6.6网络分析例2：学校选址学校与学生的关系也构成一种在网络中供需分配关系。学校是资源提供方，它负责提供名额供适龄儿童入学。适龄儿童是资源的需求方，他们要求入学。作为需求方的适龄儿童沿街道网络分布，他们产生了对作为供给方的学校的资源--学生名额的需求。这种情况下，“资源”的流向是由适龄儿童前往学校。6.6网络分析例3：服务区域现有某区域道路交通图，假设所有邮局的服务距离约为2500米，给出每个邮局的服务网络，计算：（1）所有邮局的服务总距离；（2）给出每个邮局的的服务区域，计算所有邮局的服务总面积。6.6网络分析6.6网络分析6.6网络分析3、连通分析欲知道从某一结点或网线出发能够到达的全部结点或网线，这一类问题称为连通分量求解。如从某一结点/网线出发能到达所有结点/网线，或费用最少。6.6网络分析

例1：当地震发生时，救灾指挥部需要知道，把所有被破坏的公路和桥梁考虑在内，救灾物质能否从集散地出发送到每个居民点，如果有若干居民点与物质集散地不在一个连通分量之内，指挥部就不得不采用特殊的救援方式（如派遣直升机）。6.6网络分析

例2：公路部门拟修建足够数量的公路，使某个县的五个镇直接或间接地相互连接，如何使费用最小？如果把每一条可能修建的公路作为网线，把相应的预算费用作为网线的耗费，上述问题就转化为求一个网线集合，使全部节点连通且耗费最少。6.6网络分析4、流分析所谓流，就是将资源由一个地点运送到另一个地点。流分析的问题主要是按照某种最优化标准（如时间最少、费用最低、路程最短或运送量最大等）设计运送方案。6.6网络分析

为了实施流分析，就要根据最优化标准的不同扩充网络模型。如把中心分为发货中心和收货中心，分别代表资源运送的起始点和目标点。这时发货中心的容量就代表待运送资源量，收货中心的容量代表它所需的资源量。网线的相关数据也要扩充，如果最优化标准是运送量最大，就要设定网线的传输能力；如果目标是使用费用最低，则要为网线设定传输费用（在该网线上运送一个单位的资源所需的费用）。6.6网络分析5、选址该功能涉及在某一指定区域内选择服务性设施的位置。例如：市郊商业区、消防站、工厂、飞机场、仓库等的最佳位置的确定。6.6网络分析

在网络分析中的选址问题一般限定设施必须位于某个结点或位于某条网线上，或者限定在若干候选地点中选择位置。存在种类繁多的选址问题，实现方法和技巧也多种多样，不同GIS系统在这方面各有特色。造成这种多样性的原因主要在于：对“最佳位置”的解释（即用什么标准来衡量一个位置的优劣）以及要定位的是一个设施还是多个设施。6.6网络分析

（1）中心点选址问题使最佳选址位置所在的顶点与图中其他顶点之间的最大距离达到最小——适宜于学校、医院、消防站点等一类服务设施的布局问题。（2）中位点选址问题使最佳选址位置所在的顶点到网络图中其他顶点的距离（或加权距离）总和达到最小——例如超市要确定一个配送中心。6.6网络分析6.6.3网络分析的实际应用路径分析6.6网络分析6.6.3网络分析的实际应用电力设施管理6.6网络分析服务区域6.6网络分析6.6.3网络分析的实际应用交通网络分析6.6网络分析6.6.3网络分析的实际应用污染源分析与追踪6.7.1三维空间拓扑关系（1）点－点空间关系（2种）（2）点－线空间关系（3种）

（3）点－面空间关系（3种）

6.7三维空间关系6.7三维空间关系（4）点－体空间关系（3种）

（5）线－线空间关系（7种）

6.7三维空间关系（6）线－面空间关系（5种）（7）线－体空间关系（5种）

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