GIS空间分析复习总结

第一章空间分析概念：GIS空间分析是从一个或多个空间数据图层获取信息的过程。空间分析是集空间数据分析和空间模拟于一体的技术，通过地理计算和空间表达挖掘潜在空间信息，以解决实际问题。空间分析在GIS中的地位与作用：空间分析是GIS的核心，也是核心功能，是GIS领域的理论性和技术性都很强的分支，是提升GIS的理论性十分重要的突破口，空间分析是地理信息系统的主要特征，是评价一个地理信息系统的主要指标之一第二章空间分析的基本理论：空间关系理论，空间认知理论，空间推理理论，空间数据模型理论，地理信息机理理论，地理信息不确定性理论空间关系分类：顺序关系：主要指目标间的方向关系，度量关系：主要是指目标间的距离关系，拓扑关系：指拓扑变换下的拓扑不变量（）度量关系对空间数据的约束最强烈；顺序关系次之；拓扑关系最弱。空间度量关系：分为定量度量（空间指标量算，距离度量）和定性度量定量度量空间关系分析包括空间指标量算（距离、面积、坡度、人口密度等）和距离度量（距离）两大类拓扑空间关系：指拓扑变换下的拓扑不变量，如空间目标的相邻和连通关系，以及表示线段流向的关系。拓扑变换的条件：在原来图形的点与变换了图形的点之间存在着一一对应的关系，并且邻近的点还是邻近的点方向空间关系：源目标相对于参考目标的顺序关系（方位）度量空间关系描述：欧氏距离：直线距离d（AB）=Jx-x2+（y一y）21212切比雪夫距离：最大距离d（AB）=max（lx-xIly-yI）1212马氏距离（曼哈顿距离）：垂直距离大地测量距离：即球面上两点间的大圆距离曼哈顿距离：纬度差加上经度差拓扑空间关系描述：4元组模型：该模型将简单空间实体看作是边界点和内部点。构成的集合，4元组模型为由两个简单空间实体点集的边界与边界的交集、边界与内部的交集、内部与边界的交集、内部与内部的交集构成的2X2矩阵。9元组模型：9元组在4元组的基础上，在空间描述框架中引入空间实体的“补”的概念，将空间目标A表示为边界、内部和外部三个部分的集合。通过比较目标A与B的边界、内部、外部之交集（空或非空），分析确定A、B间的空间拓扑关系。V9I模型：针对9元组模型中“补”的概念存在的重叠太大、空间实体定义方面的不足、不能描述空间邻近关系等缺陷。陈军等用Voronoi多边形取代9元组中的“补”重新定义9元组模型，并将其定义为V9I模型。还有RCC模型和空间代数模型方向空间关系描述：定量描述：a,方位角；b,象限角定性描述：1、锥形模型：仅适用于两个空间目标间的距离与空间目标的尺寸相比差别较大的情况2、最小约束矩形模型（MBR）：利用两个目标间的MBR间的关系定义方向关系。3、二维字符串模型（2-DString）”，”见书32页4、方向关系矩阵模型5、基于Voronoi图的方向关系模型见书32页基于点集拓扑学定义的九类常用方向关系：正东关系，正南关系，正西关系，正北关系，西北关系，东北关系，西南关系，东南关系，同一位置关系第三章空间数据的概念及表示方法概念：用来表示空间实体的位置、形状、大小及其分布特征诸多方面信息的数据，可以用来描述来自现实世界的目标，它具有定位、定性、时间、空间关系等特征。空间数据表达的概念模型（场模型、要素模型）场模型：将地理空间定义为由无数个点组成的连续平面。模拟具有一定空间内连续分布特点的现象。场模型表达：场模型的表达使用近似方法。根据实际的精度需要，将需要存储的空间点数量，减少到计算机可以存储的范围内的过程。且每一种场模型必须定义一种离散化规则，使那些未知区域所有点的空间变量数值，可以由已知点的数值进行估计。方法：栅格模型（例如遥感影像）、DEM（数字高程模型）、TIN（不规则三角网）模型、空间插值模型和等高线模型。特征：1、空间结构特征和属性域，2、连续的，可微的，离散的，3、各向同行和各向异性，4、空间自相关P68P69要素模型：地理要素模型只对地理实体的属性（包括空间属性和地理属性）及关系感兴趣。欧氏空间中的三类地物要素对象：点对象：有特定位置，维数为零的物体线对象：维度为1的空间组分，有一系列坐标表示多边形对象/面状实体：由一封闭曲线加内点来表示，是对湖泊、岛屿、地块等一类对象的描述。P70P73空间数据模型表达的两种方式及相关概念(栅格数据模型、矢量数据模型)栅格数据模型：属性明显，定位隐含获取方法：(1)手工网格法；(2)扫描数字化法；(3)影像；(4)数据结构转换法矢量数据模型：定位明显，属性隐含获取方法：(1)数字化法；(2)数据结构转换法；(3)野外测量；优点缺点矢量1、便于面向现象(土壤类,土地利用单元等)2、结构紧凑，冗余度低，便于描述线或边界。3、利于网络、检索分析，提供有效的拓扑编码，对需要拓扑信息的操作更有效。4、图形显示质量好，精度高1、数据结构复杂，各自定义，不便于数据标准化和规范化，数据交换困难2、多边形叠置分析困难，没有栅格有效，表达空间变化性能力差3、不能像数字图像那样做增强处理栅格1、结构筒单，易数据交换2、叠置分析和地理(能有效表达空间可变性)现象模拟较易。3、利于与遥感数据的匹配应用和分析，便于图像处理4、输出快速，成本低廉1、现象识别效果不如矢量方法，难以表达拓扑。2、图形数据量大，数据结构不严密不紧凑，需用压缩技术解决该问题。3、图形质量转低，图形输出不美观，线条有锯齿，需用增加栅格数量来克服，但会增加数据文件的大小网络信息模型的概念：把地物抽象为链和节点，同时关注其间的连通关系，要考虑多个要素之间的影响和交互。现象的精确形状并不重要，重要的是具体现象之间的距离或者阻力的度量。静态GIS和时空GIS的区别：静态GIS(StaticGIS)：传统的地理信息系统应用只涉及地理信息的两个方面：空间维度和属性维度。时态GIS(TemporalGIS):能够同时处理时间维度。解决历史数据的丢失问题。实现数据的历史状态重建、时空变化跟踪、发展势态的预测等功能。第四章栅格数据的使用主要分为四个类别：底图，表面地图，专题地图，要素的属性聚类分析：根据设定的聚类条件对原有数据进行有选择的信息提取而建立新的栅格数据的方(a)聚合为a与b(b)聚合为c与d由数字高程模型转换为数字高程分级模型便是空间数据的聚合；从遥感数字图像信息中提取其中某一地物的方法则是栅格数据的聚类。信息复合分析视觉信息复合：面状图、线状图和点状图之间的复合；面状图区域边界之间或一个面状图与其它专题区域边界之间的复合；遥感影像与专题地图的复合；专题地图与数字高程模型复合显示立体专题图；遥感影像与DEM复合生成真实三维地物景观视觉信息的叠加不产生新的数据层面，只是将多层信息复合显示，便于分析查看。叠加分类模型：叠加结果生成新的数据平面，该平面数据记录了重新划分的区域，属性数据库结构中包括了原来的参加复合的数据平面的属性数据库中所有的数据项统计分析像元统计：多层面栅格数据叠合分析时，经常需要以栅格单元为单位来进行单元统计分析，每个输出像元的值是该位置所有输入像元值的函数领域统计：以待计算栅格为中心，向其周围扩展一定范围，基于这些扩展栅格数据进行函数运算，从而得到此栅格的值。每个输出像元的值是该位置一定邻域范围内像元值的函数分区统计：以一个数据集为基础，对另一个数据集进行数值统计分析分类区：可以是多边形的矢量数据，也可以是栅格数据53573310114783112225532998526654338594752576492748166723893646829774458644423542342342546746742342342346746742342342f467467437437423467467437437423467467437437270283283 DEM是DTM的一个特例或者子集 DEM是DTM中最基本的部分，是对地球表面地形地貌的一种离散的数学表达。DEM表示方法（GRID、TNT）：1、数学法。2、图形法。规则格网优缺点优点：结构简单、易于计算机处理，特别是栅格数据结构的地理信息系统。可以很容易地计算等高线、坡度、坡向、山坡阴影和自动提取流域地形缺点:地形简单的地区存在大量冗余数据地形起伏差别大的地区无法适用,对某些特殊计算（如视线计算）的格网轴线方向被夸大。如栅格过于粗略，则不能精确表示地形的关键特征，如山峰、坑洼、山脊、山谷等不规则三角网（TIN）优点：可根据地形的复杂程度确定采样点的密度和位置，能充分表示地形特征点和线，减少了地形较平坦地区的数据冗余。在显示速度及表示精度方面优于规则格网。TIN是一种变精度表示方法：平坦地区数据点较少，地形起伏较大的地区数据点密度较大。这种机制使得TIN数据可用较小的数据量实现较高的表达精度坡度：某点在曲面上的法线方向与垂直方向的夹角，是地面特定点高度变化比率的度量。原理：地形描述中常用的参数，是一个具有方向与大小的矢量。作为地形的一个特征信息，能间接表示地形的起伏形态，在交通、规划以及各类工程中有着很大的用途应用：如农业土地开发中，坡度大于25的土地一般被认为是不宜开发的；如果打算在山上建造一座房子，必须找比较平坦的地方；如果建滑雪娱乐场，则选择有不同的坡度的区域。坡向：法线的正方向在平面上的投影与正北方向的夹角，即法方向水平投影向量的方位角。取值范围从零方向（正北方向）顺时针到360度。三维缓冲区分析：利用二维缓冲区方法生成一个面缓冲区多边形,以该多边形为横断面，沿着Z轴上下延伸缓冲区半径大小范围，得到一个空间体范围。三维叠置分析：指在统一空间坐标参照系统下，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。剖面分析：是以数字地形模型（DEM）为基础构造某一个方向的剖面，以线代面，概括研究区域的地势、地质和水文特征。可视化分析：也称视线图分析，由于它描述通视情况，也称为通视分析。可视性分析实质上属于对地形进行最优化处理的范畴。水文分析：水文分析使用DEM数据派生其它水文特征：提取河流网络、自动划分流域。这些是描述某一地区水文特征的重要因素。谷脊特征分析：基于DEM的谷脊分析是地形分析的重要内容，在地学中的水文分析中有重要应用。如地表径流分析首先要找出该区域的谷脊点。水淹分析：洪水淹没方式分为：漫堤式淹没和决堤式淹没。漫堤式淹没：堤坝没有溃决，由于洪水水位过高导致的洪水从堤坝顶部进入淹没区；分析在特定水位条件下，洪水会导致多大的淹没范围和多高的水深分布。决堤式淹没：堤坝溃决，洪水从溃决处进入淹没区。分析某一洪量条件下，洪水可能造成多大的淹没范围和水深分布。第七章探索性数据分析：对样本数据性质的研究，没有先验的理论假设，通过对数据全面深入分析来了解其在空间分布、空间结构以及空间相互影响方面的特征。基本分析工具直方图：功能：检查数据集的分布和汇总统计数据特点：直方图的一些基本统计量，可以对数据有个初步的了解；可以直观的反映采样数据分布特征、总体规律，可以用来检验数据分布和寻找数据离群值正态QQ图和常规QQ图：功能：分别评估数据集是否是正态分布以及研究两个数据集是否具有相似的分布。Voronoi图：功能：直观地检查数据集的空间可变性和稳定性。趋势分析：功能：查看并检查数据集的空间趋势。半变异函数/协方差云：功能：评估数据集的空间依赖性（半变异函数和协方差）。交叉协方差云：功能：评估两个数据集间的空间依赖性（协方差）。地统计：又称地质统计，以区域化变量为基础，借助变异函数，研究既具有随机性又具有结构性，或空间相关性和依赖性的自然现象的一门科学。地统计模型构建流程：（1）通过探索性空间数据分析（ESDA）和变异分析来检查数据；（2）构建满足需要的克里金模型（3）通过执行交叉验证和比较备用模型检查结果是否准确以选择最佳的一个。常用的克里金插值方法及各自方法的特点：见PPT！第八章一般空间分析步骤：步骤一：明确分析目的和标准【分析目的:用户打算利用地理数据库回答什么问题;标准:如何利用GIS的空间分析功能回答这些问题。】步骤二:准备空间分析所要用到的数据，包括空间数据和属性数据。步骤3：进行空间分析操作【空间分析操作这一步骤是地理信息系统所特有的。正是利用这一步骤产生了用于分析的空间关系。空间分析操作包括：缓冲区分析、拓扑叠加分析、特征抽取以及特征合并等。】步骤4：进行表格分析利用逻辑表达式和算术表达式，对步骤3中进行空间分析操作所获得的新的属性关系进行分析。步骤5：结果的评价和解释完成以上分析后，将获得一个结果，必须对该分析结果进行评价，以确定其有效性。步骤6：如有需要，改进分析考虑到分析结果可能还具有某些局限性和缺点，可以决定对分析方法和过程进行改进。步骤7：产生分析结果的最终地图和表格报告。以最有效而又可靠的方法输出分析结果。【在实际的空间分析应用中，可以按照以上介绍的一般空间分析的步骤完成分析操作，但是不一定要求严格按照以上7个步骤进行，可以对部分步骤进行综合处理。】此处老师会出最后一题大题，结合具体实例来写，给出案例，可以给出空间分析的详细步骤图解建模是指用直观的图形语言将一个具体的分析过程模型表达出来。在这个模型中，分别定义不同的图形代表输入数据、输出数据、空间处理工具，它们以流程图的形式进行组合并且可以执行空间分析操作功能。图解建模的意义：当空间处理涉及到许多步骤时，建立模型可以让用户创建和管理自己的工作流，明晰其空间处理任务，为复杂的GIS任务建立一个固定有序的处理过程； 构建模型工具，将其共享为工具来提供扩展ArcGIS功能； 可用于将ArcGIS与其他应用程序进行集成。见PPT！基于ModelBuilder的空间分析建模流程：