吴彩燕第03讲GIS与空间分析

第 四 章 GIS空 间 分 析 的 一 般 方 法授 课 人 :吴 彩 燕2008年 9月 26日第 03讲 4.1 叠 置 分 析n 叠 置 分 析 的 概 念n 叠 置 分 析 的 分 类n 叠 置 分 析 的 应 用n ArcGIS中 的 操 作 叠 置 分 析 (overlay analysis)（ 又 称 叠 加分 析 ） ， 是 指 将 同 一 地 区 、 同 一 比 例 尺 、 同一 坐 标 系 统 、 不 同 信 息 表 达 的 两 组 或 多 组 专题 要 素 的 图 层 进 行 叠 加 ， 从 而 产 生 一 个 新 图层 的 过 程 。 概 念 其 目 的 是 为 了有 效 地 综 合 多 种 地理 要 素 ， 从 其 中 提取 出 隐 含 的 数 据 信息 。 ABC n 基 于 矢 量 数 据 的 叠 置 分 析 ；n 基 于 栅 格 数 据 的 叠 置 分 析 。分 类 矢 量 叠 置 分 析 的 数 学 基 础 （ 空 间 逻 辑 运 算 ）3、 空 间 逻 辑 差 运 算 ；A - B =X X A 且 X B 1、 空 间 逻 辑 并 （ 或 ） 运 算 ；A B =X X A 或 X B 2、 空 间 逻 辑 交 （ 与 ） 运 算 ；AB = X X A 且 X B 4、 空 间 包 含 ； A B 点 与 多 边 形 的 叠 置线 与 多 边 形 的 叠 置面 与 多 边 形 的 叠 置 基 于 矢 量 数 据 的 叠 置 分 析o 点 与 多 边 形 的 叠 置 ： 是 计 算 多 边 形 对 点 的 包含 关 系 ， 将 一 个 含 有 点 的 图 层 叠 加 在 另 一 个含 有 多 边 形 的 图 层 上 ， 以 确 定 每 个 点 落 在 哪个 多 边 形 内 ， 以 便 为 图 层 上 的 点 建 立 新 的 属性 。 A AB B o 线 与 多 边 形 的 叠 置 ： 它 也 是 计 算 一 种 包 含 关系 ， 但 与 点 不 同 的 是 ， 往 往 一 条 线 跨 越 多 个多 边 形 ， 这 时 需 要 线 与 多 边 形 边 界 求 交 ， 并将 线 目 标 进 行 切 割 、 叠 置 ， 形 成 一 个 新 的 空间 目 标 的 结 果 集 ， 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 。A AB B基 于 矢 量 数 据 的 叠 置 分 析 o 多 边 形 与 多 边 形 的 叠 置 ： 是 最 复 杂 的 一 种 叠置 ， 它 需 要 将 两 层 多 边 形 的 边 界 全 部 进 行 边界 求 交 的 运 算 和 切 割 ， 然 后 根 据 切 割 的 弧 段重 建 拓 扑 关 系 ， 最 后 判 断 叠 置 的 多 边 形 分 别落 在 原 始 多 边 形 层 的 哪 个 多 边 形 内 ， 并 建 立起 叠 置 多 边 形 与 原 多 边 形 的 关 系 。 其 目 的 是通 过 区 域 多 重 属 性 的 模 拟 ， 寻 找 和 确 定 同 时具 有 几 种 地 理 属 性 的 分 布 区 域 。基 于 矢 量 数 据 的 叠 置 分 析 基 于 矢 量 数 据 的 叠 置 分 析 基 于 栅 格 数 据 的 叠 置 分 析 栅 格 数 据 的 叠 置 分 析 较 矢 量 数 据 的 叠 置分 析 要 简 单 得 多 ， 它 主 要 是 通 过 栅 格 间 的 各种 运 算 来 实 现 。 可 以 对 单 层 数 据 进 行 各 种 数学 运 算 如 加 、 减 、 乘 、 除 、 指 数 、 对 数 等 等 ，也 可 以 通 过 数 学 关 系 式 建 立 多 个 数 据 层 之 间的 关 系 模 型 。 这 种 基 于 数 学 运 算 的 数 据 层 间的 叠 加 运 算 ， 在 地 理 信 息 系 统 中 称 为 地 图 代数 （ 代 数 运 算 和 逻 辑 运 算 ） 。 o 设 a、 b、 c等 表 示 不 同 专 题 要 素 图 层 上 同 一个 栅 格 单 元 的 属 性 值 ， f表 示 各 层 上 属 性 与 用户 需 求 之 间 的 关 系 ， A表 示 叠 加 后 输 出 层 的属 性 值 ， 则 可 有 这 样 的 关 系 式 ： A=f（ a,b,c）基 于 栅 格 数 据 的 叠 置 分 析 2 4 4 63 3 4 63 3 7 72 2 5 42 3 6 43 3 6 6 - = 0 -2 1 -2-1 0 2 -20 0 -1 -1结 果 特 征 ： 运 算 后 得 到 的 新 属 性 值 可 能 与 原 图 层的 属 性 意 义 完 全 不 同 。基 于 栅 格 数 据 的 叠 置 分 析 o 点 与 多 边 形 的 叠 置 ： 如 何 得 到 某 省 区 内 雨 量 站 点 的 个 数 ？ 如 何 知 道 某 个 水 文 站 点 属 于 哪 个 行 政 区 划 ？ 如 何 获 取 某 城 市 的 邮 局 分 布 密 度 ？ 如 何 了 解 某 个 水 质 监 测 井 属 于 哪 个 等 级 的 水资 源 分 区 ？ 应 用 *1 *3 *4 *2A DB C 点 属 性1234 多 边 形 属 性 1 属 性 2ABCD点 多 边 形 点 属 性 面 属 性 1 面 属 性 21 A2 D3 C4 Bo点 与 多 边 形 的 叠 置 ：例 如 将 水 井 与 规 划 区 图 层 相 叠 置 ， 可 确 定 每口 井 所 属 的 规 划 区 范 围 。实 例 o 线 与 多 边 形 的 叠 置 ： 如 何 得 到 某 省 区 内 高 速 公 路 的 长 度 ？ 如 何 知 道 某 段 公 路 属 于 哪 个 行 政 区 划 ？ 如 何 求 取 某 城 市 的 河 网 密 度 ？ 如 何 了 解 某 条 河 流 流 经 哪 几 个 行 政 区 ？ 如 何 确 定 哪 种 地 层 岩 性 中 发 育 了 断 层 ？ 应 用 例 如 ： 当 确 定 某 一 行 政 区 内 各 种 等 级 道 路 的 里 程 数 时 ， 就 需 要 将道 路 图 与 境 界 图 相 叠 置 ， 计 算 弧 段 与 多 边 形 边 界 的 交 点 ， 在 交 点处 截 断 弧 段 ， 并 对 弧 段 重 新 编 号 ， 建 立 弧 段 与 多 边 形 的 归 属 关 系 。 线 与 多 边 形 叠 置 分 析 实 例 o 多 边 形 与 多 边 形 的 叠 置 ： 如 何 得 到 某 省 区 内 有 哪 几 种 土 地 利 用 类 型 ？ 如 何 知 道 不 同 级 别 的 灾 害 分 区 中 的 植 被 覆盖 情 况 ？ 如 何 获 取 某 行 政 区 划 内 的 地 层 岩 性 分 布 情况 ？ 应 用 日 喀 则 地 区 沙 漠 化 类 型 分 布 图日 喀 则 地 区 行 政 区 界 线 图 有 日 喀 则 地 区 的 行 政 界 线 图 层 和 通 过 遥 感 技 术 提 取 的 该 区 沙 漠化 类 型 分 布 图 层 ， 求 日 喀 则 地 区 各 县 沙 漠 化 类 型 统 计 数 据 。图 层 1 图 层 2实 例 行 政 区 界 图 属 性 表图 层 1： 图 形 ， 属 性 表 日 喀 则 地 区 行 政 区 界 线 图 日 喀 则 地 区 沙 漠 化 类 型 分 布 图 属 性 表图 层 2： 图 形 ， 属 性 表 日 喀 则 地 区 沙 漠 化 类 型 分 布 图 空 间 叠 置 图叠 置 图 属 性 表 使 用 IDENTITY命 令 ， 进 行 两 图 层 空 间 叠 置 ， 得 到 叠 置 图 叠 置 图 层 属 性 表图层 1属性表图层 2属性表 o 栅 格 数 据 的 叠 置 分 析 ： 遥 感 数 字 图 像 的 拼 接 ； 环 境 评 价 及 分 区 ； 灾 害 危 险 度 分 区 ； 土 地 利 用 与 土 地 覆 被 变 化 （ LUCC） ； 应 用 10 10 60 6010 10 20 6030 30 30 6010 10 60 6010 10 30 6030 30 30 60 - = 0 0 0 00 0 10 00 0 0 0土 地 利 用 变 化 区 域 探 测80年 遥 感 影 像 90年 遥 感 影 像 点 变 换 后 影 像通 过 80和 90年 两 期 影 像 的 相 减 运 算 后 得 到 变换 影 像 ， 如 果 ：变 换 影 像 值 0； 说 明 该 区 未 发 生 变 化变 换 影 像 值 0； 说 明 该 区 已 发 生 变 化10 耕 地20 居 民 点30 水 域40 草 地50 未 利 用 地60 林 地Legend注 意 ： 此 处 的 遥 感 影 像 可 以 是 分 类 结 果 ， 也 可 以 是 原 始 的 遥 感 影 像 。 在 一般 应 用 中 ， 多 使 用 原 始 的 遥 感 影 像 ， 可 提 高 变 化 探 测 速 度 。实 例 1 实 例 2 o 某 研 究 区 的 地 质 灾 害 危 险 度 分 区综 合 实 例 评 价 模 型栅 格 叠 加 图 层 擦 除 （ Erase）识 别 叠 加 （ Identity）交 集 操 作 （ Intersect）对 称 区 别 （ Symmetrical Difference）图 层 合 并 （ Union）修 正 更 新 （ Update）基 于 矢 量 数 据 的 操 作 图 层 擦 除 （ Erase）擦 除 图 层 将 擦 除 其 所 覆 盖 的 输 入 图 层 内 的 要 素 。 识 别 叠 加 （ Identity）识 别 图 层 的 属 性 将 赋 给 其 所 覆 盖 的 输 入 图 层 的地 图 要 素 。 交 集 操 作 （ Intersect）可 以 得 到 两 个 图 层 的 交 集 部 分 ， 并 且 原 图 层 的所 有 属 性 都 将 在 输 出 图 层 上 同 时 显 示 。 对 称 区 别 （ Symmetrical Difference）可 以 得 到 除 去 两 个 图 层 公 共 区 域 的 其 他 部 分 ， 并且 原 图 层 的 所 有 属 性 都 将 在 输 出 图 层 上 同 时 显 示 。 图 层 合 并 （ Union）把 两 个 图 层 的 区 域 联 合 起 来 并 保 持 来 自 输 入 地 图和 叠 加 地 图 的 所 有 地 图 要 素 。 修 正 更 新 （ Update）输 入 图 层 中 被 修 正 图 层 覆 盖 的 那 部 分 的 属 性 将 被修 正 图 层 的 属 性 替 代 。 基 于 栅 格 数 据 的 操 作基 于 栅 格 的 地 图 代 数 运 算 或 逻 辑 运 算 。 o 叠 置 分 析 的 目 标 是 分 析 在 空 间 位 置 上 有 一 定关 联 度 空 间 对 象 的 空 间 特 征 和 专 题 属 性 之 间的 相 互 关 系 ， 其 结 果 不 仅 可 以 产 生 新 的 空 间关 系 ， 还 可 以 生 成 新 的 属 性 特 征 关 系 ， 能 够发 现 多 层 数 据 间 的 相 互 联 系 和 变 化 等 特 征 ，使 我 们 可 以 提 取 并 挖 掘 出 大 量 的 隐 含 信 息 。小 结 o 而 叠 置 分 析 的 强 大 功 能 可 以 在 我 们 众 多 的GIS（ ArcGIS、 SuperMap、 ERDAS等 ） 软件 中 均 可 以 轻 松 实 现 。小 结 思 考 题1、 什 么 是 叠 置 分 析 ？ 进 行 叠 置 分 析 的目 的 是 什 么 ？2、 矢 量 数 据 的 叠 置 分 析 操 作 包 括 哪 几种 ？ 分 别 有 什 么 功 能 ？ 思 考 题 3、 如 何 运 用 叠 置 分 析 实 现 西 科 大 新 、老 校 区 分 别 分 布 有 哪 些 食 堂 ？4、 如 何 运 用 叠 置 分 析 得 到 西 科 大 新 、老 校 区 道 路 的 分 布 密 度 ？5、 如 何 运 用 叠 置 分 析 得 到 西 科 大 新 、老 校 区 内 分 布 的 体 育 场 的 面 积 ？