空间分析的原理与方法

2021年 5月 26日 19时 38分 1 第 五 章 空 间 分 析 的 原 理 与 方 法 22021年 5月 26日 19时 38分 空 间 邻 近 度 分 析 32021年 5月 26日 19时 38分 n 1854年 8月 到 9月 英 国 伦 敦 霍 乱 流 行 时 ， 当 局 始终 找 不 到 发 病 的 原 因 ， 后 来 医 生 约 翰 斯 诺(John Snow)说 ： “ 我 们 画 一 张 图 吧 ” 。n 他 在 绘 有 霍 乱 流 行 地 区 所 有 道 路 、 房 屋 、 饮 用水 机 井 等 内 容 的 1： 6500比 例 尺 地 图 上 ， 标 出了 每 个 霍 乱 病 死 者 的 住 家 位 置 ， 得 到 了 霍 乱 病死 者 居 住 分 布 图 。 42021年 5月 26日 19时 38分 n 斯 诺 博 士 分 析 了 这张 分 布 图 ， 马 上 明白 了 霍 乱 病 源 之 所在 死 者 住 家 都集 中 于 饮 用 “ 布 洛多 斯 托 ” 井 水 的 地方 及 周 围 。 52021年 5月 26日 19时 38分 n 根 据 斯 诺 博 士 的 分 析 和 请 示 ， 当 局 于 9月 8日 摘下 了 这 个 水 井 的 泵 ， 禁 止 使 用 该 水 泵 吸 水 ， 从这 天 以 后 ， 新 的 霍 乱 病 患 者 就 再 也 没 有 出 现 了 。n 在 这 个 例 子 中 ， 患 者 的 居 住 地 与 饮 用 水 井 之 间的 空 间 位 置 关 系 提 示 了 霍 乱 病 的 发 病 根 源 。n 因 此 空 间 分 析 是 基 于 事 物 的 空 间 特 性 的 分 析 。 62021年 5月 26日 19时 38分 n 空 间 分 析 源 于 60年 代 地 理 和 区 域 科 学 的 计 量 革 命 ， 在 开始 阶 段 ， 主 要 是 应 用 定 量 （ 主 要 是 统 计 ） 分 析 手 段 用 于分 析 点 、 线 、 面 的 空 间 分 布 模 式 。 后 来 更 多 的 是 强 调 地理 空 间 本 身 的 特 征 、 空 间 决 策 过 程 和 复 杂 空 间 系 统 的 时空 演 化 过 程 分 析 。 实 际 上 自 有 地 图 以 来 ， 人 们 就 始 终 在自 觉 或 不 自 觉 地 进 行 着 各 种 类 型 的 空 间 分 析 。 如 在 地 图上 量 测 地 理 要 素 之 间 的 距 离 、 方 位 、 面 积 ， 乃 至 利 用 地图 进 行 战 术 研 究 和 战 略 决 策 等 ， 都 是 人 们 利 用 地 图 进 行空 间 分 析 的 实 例 ， 而 后 者 实 质 上 已 属 较 高 层 次 上 的 空 间分 析 。 72021年 5月 26日 19时 38分 n GIS 的 特 点 在 于 空 间 分 析GIS不 但 实 现 自 动 制 图 ， 更 主 要 的 目 的 是 分 析 空 间 数 据 ， 提供 空 间 决 策 信 息 。 区 别 于 其 他 系 统 的 最 主 要 特 征 。n 空 间 分 析 目 的 ：通 过 对 空 间 数 据 的 深 加 工 ， 获 取 新 的 信 息 。n 空 间 分 析 ： 根 据 地 学 原 理 ， 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 间演 变 等 信 息 。n 常 用 空 间 分 析 方 法数 字 地 面 模 型 分 析 ； 空 间 叠 置 分 析 ； 缓 冲 区 分 析 ； 空 间 网络 分 析 ； 空 间 统 计 分 析 ； 空 间 几 何 分 析 ； 空 间 数 据 查 询 。 82021年 5月 26日 19时 38分 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 和 空 间 演 变 等 信 息 。 92021年 5月 26日 19时 38分 n 矢 量 数 据 空 间 分 析 ： 矢 量 叠 合 分 析 、 矢 量 临 近性 分 析 、 网 络 分 析 等n 栅 格 数 据 空 间 分 析 ： 数 字 地 形 模 型 分 析 、 栅 格叠 合 分 析 、 栅 格 临 近 性 分 析 、 栅 格 统 计 分 析 等 102021年 5月 26日 19时 38分 v产 生 式 分 析 (product mode)： 数 字 地 面 模 型分 析 、 空 间 叠 合 分 析 、 缓 冲 区 分 析 、 空 间 网络 分 析 、 空 间 统 计 分 析v查 询 式 分 析 (query mode) ： 空 间 集 合 分 析 、空 间 数 据 查 询 112021年 5月 26日 19时 38分 n 数 字 地 形 模 型 （ DTM, Digital Terrain Model）最 初 是 为 了 高 速 公 路 的 自 动 设 计 提 出 来 的（ Miller， 1956） 。 此 后 ， 它 被 用 于 各 种 线 路选 线 （ 铁 路 、 公 路 、 输 电 线 ） 的 设 计 以 及 各 种工 程 的 面 积 、 体 积 、 坡 度 计 算 ， 任 意 两 点 间 的通 视 判 断 及 任 意 断 面 图 绘 制n 在 测 绘 中 被 用 于 绘 制 等 高 线 、 坡 度 坡 向 图 、 立体 透 视 图 ， 制 作 正 射 影 像 图 以 及 地 图 的 修 测 。 122021年 5月 26日 19时 38分 定 义 ： 数 字 地 形 模 型 （ Digital Terrain Model， 简称 DTM） 是 定 义 于 二 维 区 域 上 的 一 个 有 限 项 的 向 量 序列 ， 它 以 离 散 分 布 的 平 面 点 来 模 拟 连 续 分 布 的 地 形 。在 形 式 上 分 ：l规 则 格 网 （ Grid） ： 最 常 见l不 规 则 三 角 网 （ TIN）l数 字 等 高 线 、 等 深 线 、 地 形 特 征 线 （ 如 山 脊 线 、谷 底 线 、 坡 度 变 换 线 等 ） 132021年 5月 26日 19时 38分 n 按 平 面 上 等 间 距 规 则 采 样 ， 或 内 插 所 建立 的 数 字 地 形 模 型 ， 称 为 基 于 栅 格 的 数字 地 形 模 型 。 DTM= Zi,j ,i=1,2,3,m-1,m; j=1,2,3,n-1,n。l Z为 栅 格 点 （ i， j） 上 的 地 面 属 性 数 据 142021年 5月 26日 19时 38分 p 数 字 高 程 模 型 （ Digital Elevation Model ， 简 称 DEM ） 它 是 用 一 组 有 序 数 值 阵列 形 式 表 示 地 面 高 程 的 一 种 实 体 地 面 模 型 ，是 DTM的 一 个 分 支 ， 其 它 各 种 地 形 特 征 值 均 可由 此 派 生 。p DEM是 构 成 DTM的 基 础 ， DTM的 其 他 元 素 均由 DEM导 出 。 显 然 ， DEM的 质 量 好 坏 直 接 决 定着 DTM的 精 确 性 。 152021年 5月 26日 19时 38分 DEM的 生 成 高 程 数 据数 据 获 取 生 成 DEM野 外 测 量地 形 图摄 影 测 量 激 光 雷 达 GIS软 件算 法 实 现 162021年 5月 26日 19时 38分 坡 度 计 算坡 向 分 析曲 面 面 积 计 算地 表 粗 糙 度 计 算高 程 及 变 异 分 析谷 脊 特 征 分 析日 照 强 度 的 分 析淹 没 边 界 的 计 算 172021年 5月 26日 19时 38分 v拟 定 地 形 分 类 决 策 表v建 立 地 形 类 型 分 类 系 统v输 出 地 形 类 型 图 地 形 自 动 分 类拟 定 地 形 分 类 决 策 表DEM 计 算 地 表 形 态 要 素 H， H， 坡 度 ， 坡 向 182021年 5月 26日 19时 38分 平 地 岗 丘 丘 陵 低 山 中 山绝 对 高 度 H/m 400 400 800 800相 对 高 度 H/m 100 100 200 200 200坡 度 s 3地 形 分 类 决 策 表 192021年 5月 26日 19时 38分 建 立 数 字 高 程 模 型确 定 地 形 剖 面 线 的 位 置剖 面 线 交 点 的 内 插 计 算地 形 剖 面 线 及 相 关 地 理 信 息 （ 地 质 、 土 壤 、土 地 利 用 等 ） 的 叠 加 表 示 和 输 出 202021年 5月 26日 19时 38分 用 于 架 设 通 信 基 战 等 的 工 程 设 计 、 旅 游 景 点 规 划 等 。 典型 的 例 子 是 观 察 哨 所 的 设 定 ， 显 然 观 察 哨 的 位 置 应 该 设在 能 监 视 某 一 感 兴 趣 的 区 域 ， 视 线 不 能 被 地 形 挡 住 。 这就 是 通 视 分 析 中 典 型 的 点 对 区 域 的 通 视 问 题 。p视 线 通 视 分 析 ： 两 点 之 间 的 通 视 性(Intervisibility)p视 域 通 视 分 析 ： 可 视 域 (ViewShed) 212021年 5月 26日 19时 38分 视 线 通 视 222021年 5月 26日 19时 38分 可 视 域 判 断观 察 点 232021年 5月 26日 19时 38分 空 间 叠 合 分 析 （ spatial overlay analysis） 是 指 在相 同 的 空 间 坐 标 系 统 条 件 下 ， 将 同 一 地 区 两 个 不 同 地理 特 征 的 空 间 和 属 性 数 据 重 叠 相 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 。 242021年 5月 26日 19时 38分 1 2A B2A1A 2B1B 地 貌 图土 壤 图合 成 图空 间 合 成 叠 合 252021年 5月 26日 19时 38分 ab cd ef 区 域 类 型 数 面 积 a b 10 4 11 3 11 1210 行 政 图土 壤 图统 计 表空 间 统 计 叠 合 262021年 5月 26日 19时 38分 根 据 采 用 的 数 据 结 构 的 不 同 分基 于 矢 量 数 据 的 叠 合 分 析根 据 叠 合 对 象 图 形 特 征 的 不 同 ， 分 为点 与 多 边 形 的 叠 合线 与 多 边 形 的 叠 合多 边 形 与 多 边 形 的 叠 合基 于 栅 格 数 据 的 叠 合 分 析 算 法 简 单 ，但 数 据 量 大 。算 法 复 杂 ， 但 数 据量 小 、 精 度 较 高 。 272021年 5月 26日 19时 38分 矢 量 数 据 叠 加 分 析 的 步 骤 ： 几 何 求 交 拓 扑 重 构 属 性 传 递矢 量 叠 置 算 法 的 主 要 时 间消 耗 在 前 两 个 步 骤 上 。 282021年 5月 26日 19时 38分 将 一 个 含 有 点 的 图 层 （ 目 标 图 层 输 入 特 征 ） 叠加 在 另 一 个 含 有 多 边 形 的 图 层 （ 操 作 图 层 ） 上 ，以 确 定 每 个 点 落 在 哪 个 区 域 内 。n 292021年 5月 26日 19时 38分 n 计 算 多 边 形 对 点 的 包 含 关 系 ， 即 判 断 点 落 在 哪个 多 边 形 内 。n 进 行 属 性 数 据 处 理 。 最 简 单 的 方 式 是 将 多 边 形属 性 信 息 叠 加 到 其 中 的 点 上 （ 或 将 点 的 属 性 叠加 到 多 边 形 上 ， 用 于 标 识 该 多 边 形 ） 。n 通 过 叠 加 可 以 计 算 出 每 个 多 边 形 类 型 里 有 多 少个 点 ， 以 及 这 些 点 的 属 性 信 息 。 302021年 5月 26日 19时 38分 点 与 多 边 形 叠 加 分 析B A C ID 名 称 产 量1 铁2 铜3 铝4 镁ID 名 称 人 口 面 积A 鞍 山B 本 溪C 辽 阳D 大 连矿 产ID 名称 产量 政 区ID 名 称 人口 面积1 铁 A 鞍 山2 铜 C 辽 阳3 铝 B 本 溪4 镁 D 大 连 叠 加 结 果 ：改 变 点 属 性 内 容 312021年 5月 26日 19时 38分 当 input features是 不 同 的 要 素 类 型 时 （ 如 point和polygon、 line和 polygon） ， 输 出 的 结 果 默 认 是 维数 较 低 的 类 型 ， 如 line和 polygon的 默 认 结 果 是 line，point与 line的 默 认 结 果 是 point。 结 果 类 型 可 以 降 低 维 数 ， 比 如 polygon和 polygon的 默 认 结 果 是 polygon， 但 可 指 定 为 line或 point。 322021年 5月 26日 19时 38分 将 线 的 图 层 （ 目 标 图 层 ） 叠 加 在 多 边 形 的 图 层 （ 操 作图 层 ） 上 ， 以 确 定 一 条 线 落 在 哪 个 或 哪 些 多 边 形 内 。河 流 图政 区 图可 查 询 任 意 区 域 内 的河 流 长 度 及 河 网 密 度+ 332021年 5月 26日 19时 38分 n 比 较 线 坐 标 与 多 边 形 坐 标 的 关 系 ， 判 断 线 是 否 落 在多 边 形 内 。 通 常 是 计 算 线 与 多 边 形 的 交 点 ， 只 要 相交 就 产 生 一 个 结 点 ， 将 原 线 打 断 成 一 条 条 弧 段 ， 并将 原 线 和 多 边 形 的 属 性 信 息 一 起 赋 给 新 弧 段 。 n 重 建 线 的 属 性 表 。n 叠 加 的 结 果 产 生 一 个 新 的 数 据 层 面 ， 每 条 线 被 它 穿过 的 多 边 形 打 断 成 新 弧 段 图 层 ， 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 。 342021年 5月 26日 19时 38分 线 与 多 边 形 叠 加 分 析1123 线 号 原 线 号 原 线 属 性 多 边 形 号 多 边 形 属 性 1 2 3 4 BCCC叠 加 结 果 ：产 生 新 弧 段改 变 线 属 性 内 容 352021年 5月 26日 19时 38分 多 边 形 与 多 边 形 的 叠 合 分 析 是 指 将 两 个 不 同图 层 的 多 边 形 要 素 相 叠 合 ， 产 生 一 个 新 的 多边 形 图 层 的 操 作 ， 其 结 果 将 原 来 多 边 形 要 素分 割 成 新 要 素 ， 新 要 素 综 合 了 原 来 所 有 叠 加图 层 的 属 性 。 362021年 5月 26日 19时 38分 几 何 求 交 过 程 ： 首 先 求 出 所 有 多 边 形 边 界 线 的 交点 ， 再 根 据 这 些 交 点 重 新 进 行 多 边 形 拓 扑 运 算 ，每 个 多 边 形 赋 予 唯 一 标 识 码 ， 判 断 新 生 的 多 边 形分 别 落 在 每 个 参 与 叠 加 的 多 边 形 层 的 哪 个 多 边 形内 ， 建 立 新 生 多 边 形 与 原 多 边 形 的 关 系 。 属 性 分 配 过 程 ： 典 型 的 方 法 是 将 输 入 图 层 对 象 的属 性 拷 贝 （ 或 关 联 ） 到 新 对 象 的 属 性 表 中 。 372021年 5月 26日 19时 38分 ID 土 壤 类 型1112 AB土 地 利 用 层土 壤 类 型 层坡 度 层 ID 土 地 利 用 类 别123 011021031叠 加 结 果 层 ID 坡 度2122 681234 5 67 8A B6 8011021 031 ID 地类ID 类 别 土壤 ID 土 壤类 型 坡度 ID 坡 度1234567 8 33111322 031031011011011031021021 1212121111111111 BBBAAAAA 2222212122222122 88668868 382021年 5月 26日 19时 38分 多 边 形 叠 加 分 析 391 空 间 叠 加 分 析 概 述 多 边 形 叠 合 方 式 ： 并 操 作 （ Union） 交 操 作 （ Intersect） 擦 除 操 作 （ Erase） 裁 剪 操 作 （ Clip） 402021年 5月 26日 19时 38分 多 边 形 和 多 边 形 的 叠 合n 布 尔 计 算 （ Boolean） ， 交集 、 并 集 、 补 集n clip与 intersect区 别 411 空 间 叠 加 分 析 概 述 并 操 作 (A B) 保 留 两 个 图 层 的 所 有 图 形 要 素 和 属 性 数 据 。 A BA B 421 空 间 叠 加 分 析 概 述 交 操 作 (A B) 保 留 两 个 图 层 共 同 的 部 分 ， 其 余 部 分 将 被 消 除 。ABA B 431 空 间 叠 加 分 析 概 述 擦 除 操 作 (A-AB) 输 出 层 保 留 以 第 二 个 图 层 为 控 制 边 界 之 外的 所 有 多 边 形 。A-ABA B 441 空 间 叠 加 分 析 概 述 裁 剪 操 作 输 出 层 保 留 以 第 二 个 图 层 为 边 界 ， 对 输 入图 层 的 内 容 要 素 进 行 截 取 的 结 果 。 和 擦 除操 作 相 反 。 A-ABA B 452021年 5月 26日 19时 38分 462021年 5月 26日 19时 38分 叠 合 案 例 洪 水 淹 没 区 分 析n按 地 块 面 积 平 均 计 算 财 产 密 度 。n叠 合 处 理 （ Union） ， 生 成 的 叠 合 多 边形 （ Union1） 具 有 高 程 、 土 地 使 用 、 地 基类 型 、 地 块 财 产 密 度 等 属 性 。n计 算 叠 合 后 的 多 边 形 面 积 。n将 地 基 损 失 参 数 表 （ found.dbf） 连 接到 Union1， 以 地 基 类 型 （ Class） 为 关 键字n计 算 每 个 多 边 形 的 估 计 损 失 = 财 产 密 度 叠 合 后 的 多 边 形 面 积 损 失 系 数 n在 View中 对 Union1的 要 素 进 行 过 滤 ， 只有 高 程 小 于 等 于 500、 土 地 使 用 为 住 宅 的多 边 形 才 进 入 估 计 其 损 失 的 选 择 集 ， 据 此 ，显 示 按 损 失 密 度 的 高 低 分 类 的 专 题 地 图 ，汇 总 估 计 损 失 值 。 472021年 5月 26日 19时 38分 q2.3 基 于 栅 格 数 据 的 叠 合 分 析 栅 格 数 据 的 叠 合 算 法 可 以 有 多 个 空 间 特 征 数 据参 与 分 析 。叠 合 分 析 的 条 件 ： 要 具 备 两 个 或 多 个 相 同 地 区 的相 同 行 列 数 的 栅 格 数 据 ， 栅 格 单 元 的 大 小 也 相 同 。栅 格 分 析 的 结 果 ： 是 一 个 新 生 成 的 栅 格 数 据 ， 其中 的 每 一 个 栅 格 的 数 值 都 是 由 参 与 计 算 的 原 栅 格数 据 计 算 得 到 的 ， 栅 格 叠 合 通 过 计 算 产 生 新 的 空间 信 息 。 482021年 5月 26日 19时 38分 栅 格 数 据 之 间 的 叠 合 n 图 层 之 间 的 对 应 单 元 数 值进 行 数 学 运 算 。n 叠 合 之 后 的 图 层 中 单 元 的数 值 是 对 应 单 元 数 值 进 行数 学 运 算 的 结 果 ，n 原 理 上 比 较 简 单 （ 相 对 矢量 的 叠 合 ）n 在 ArcView中 ， 使 用 菜 单map calculator（ 地 图 运 算器 ） n ArcGIS中 使 用 Raster Calculator（ 栅 格 运 算 器 ） 492021年 5月 26日 19时 38分 栅 格 图 层 叠 合 分 析栅格图层叠合 502 空 间 叠 加 分 析 方 法 栅 格 数 据 的 叠 合 分 析 方 法 数 学 运 算算 术 运 算 符 ： ， ， *， /逻 辑 运 算 符 ： and（ 与 ） ， or（ 或 ） ， xor（ 异 或 ） ， not（ 反 ）关 系 运 算 符 ： （ 相 等 ） ， （ 大 于 ） ， （ 小 于 ） ， （ 不 等 于 ） 函 数 运 算指 数 、 对 数 函 数 ： exp（ 以 e为 底 的 指 数 ） ， log（ 以 e为 底 的 对 数 ）算 术 函 数 ： abs（ 绝 对 值 ） ， isnull（ 是 否 为 空 ）三 角 函 数 ： sin（ 正 弦 ） ， cos（ 余 弦 ） ， tan（ 正 切 ）幂 函 数 ： pow （ 乘 方 ） ， sqrt（ 开 方 ） 统 计 运 算 统 计 函 数 ： majority（ 众 数 ） ， maximum（ 最 大 值 ） ,mean（ 平 均 值 ） 512 空 间 叠 加 分 析 方 法 1 1 1 1 1 1 1 1 1 11 11 1 1111111111 11 1 1111 11 12 222 31 1 11 1 1111 2 222 31 11 1 1 1 11 11 1 1311 11 111 1 522021年 5月 26日 19时 38分 叠 加 后 属 性 的 赋 值 方 法点 变 换 方 法 ： 点 变 换 方 式 只 对 各 图 上 相 应 的点 的 属 性 值 进 行 运 算 。 实 际 上 ， 点 变 换 方 式假 定 独 立 图 元 的 变 换 不 受 其 邻 近 点 上 的 属 性值 的 影 响 ， 也 不 受 区 域 内 一 般 特 征 的 影 响 。 532021年 5月 26日 19时 38分 542021年 5月 26日 19时 38分 叠 加 后 属 性 的 赋 值 方 法区 域 变 换 方 法 ：是 在 计 算 新 层 图 元值 时 ， 不 仅 考 虑 原始 图 层 上 相 应 图 元本 身 的 值 ， 而 且 还要 考 虑 原 图 层 图 元所 在 区 域 的 几 何 特性 或 原 图 层 同 名 图元 的 个 数 。 552021年 5月 26日 19时 38分 叠 加 后 属 性 的 赋 值 方 法邻 域 变 换 方 法 ： 是 在 计 算 新 层 图 元 值 时 ， 不仅 考 虑 原 始 图 层 上 相 应 图 元 本 身 的 值 ， 而 且 还要 考 虑 与 该 图 元 有 领 域 关 联 的 其 他 图 元 值 影 响 。 562021年 5月 26日 19时 38分 中 学 的 选 址 结 果 R_land R_popu R_school 使 用 性 质 得 分工 业 或 绿 地 0（ 不 能 建 设 ）商 业 1居 住 2（ 可 以 建 设 ） 人 口 密 度 得 分0 - 50 0（ 无 需 建 设 ）50 - 100 1100 - 200 2200 - 300 3（ 需 要 建 设 ）距 离 得 分0500米 0（ 不 必 建 设 ）5001000米 110001500米 21500米 3（ 必 须 建 设 ） R_landR_popuR_school)为 什 么 采 用 乘 法 叠 合 ？ 572021年 5月 26日 19时 38分 582021年 5月 26日 19时 38分 实 例 练 习 -为 某 小 区 建 设 项 目 选 址 目 的 ： 找 出 适 宜 小 区 建 设 的 地 址 标 准 ： 在 道 路 沿 线 1000米 以 内 ; 在 商 业 中 心 1000米 以 内 ; 在 医 院 1500米 以 内 ; 在 名 牌 高 中 800米 以 内 ; 592021年 5月 26日 19时 38分 准 备 进 行 分 析 的 数 据 ：n network.shp： 城 市 市 区 交 通 网 络 图 ;n Marketplace.shp： 商 业 中 心 分 布 图 ;n school.shp： 名 牌 高 中 分 布 图 ;n hospital.shp： 医 院 分 布 图 ; 602021年 5月 26日 19时 38分 612021年 5月 26日 19时 38分 道 路 道 路 缓 冲 区1000米buffer商 业 中 心 商 业 中 心 缓 冲 区1000米buffer名 牌 高 中 名 牌 高 中 缓 冲 区800米buffer医 院 医 院 缓 冲 区1500米buffer 叠 合 分 析 适宜区域 分 析 过 程 ： 622021年 5月 26日 19时 38分道 路 适 宜 区 域 1000米buffer 632021年 5月 26日 19时 38分商 业 中 心 适 宜 区 域 1000米buffer 642021年 5月 26日 19时 38分名 牌 高 中 适 宜 区 域 800米buffer 652021年 5月 26日 19时 38分医 院 适 宜 区 域 1500米buffer 662021年 5月 26日 19时 38分城 市 市 区 道 路 、 商 业 中 心 、 名 牌 高 中 、 医 院 的 缓 冲 区 的 叠 加 层 672021年 5月 26日 19时 38分 红 色 区 域 为 同时 满 足 ：道 路 条 件 、商 业 中 心 条 件 、名 牌 高 中 条 件 、医 院 条 件 。 682021年 5月 26日 19时 38分 第 三 节 空 间 邻 近 度 分 析n 空 间 邻 近 度 （ Proximity） 描 述 了 地 理空 间 中 两 个 地 物 距 离 相 近 的 程 度 ， 临近 度 分 析 是 空 间 分 析 的 一 个 重 要 手 段 。缓 冲 区 分 析 是 解 决 邻 近 度 问 题 的 空 间分 析 工 具 之 一 。 692021年 5月 26日 19时 38分 公 共 设 施 （ 商 场 ， 邮 局 ， 银 行 ， 医院 ， 车 站 ， 学 校 等 ） 的 服 务 半 径 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 野 生 动 物 的 栖 息 地 如 何 评 价问 题 ： 702021年 5月 26日 19时 38分 空 间 缓 冲 区 分 析 （ spatial buffer analysis ）是 围 绕 空 间 的 点 、 线 、 面 实 体 ， 自 动 建 立 其 周 围一 定 宽 度 范 围 内 的 多 边 形 ， 用 以 识 别 这 些 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 。 712021年 5月 26日 19时 38分 3.2 缓 冲 区 分 析 的 类 型点 的 缓 冲 区 线 的 缓 冲 区 面 的 缓 冲 区1 2 33.2.1 矢 量 缓 冲 区 722021年 5月 26日 19时 38分 3.2 缓 冲 区 分 析 的 类 型3.2.2 栅 格 缓 冲 区对 需 要 做 缓 冲 区 的 栅 格 单 元 做 距 离 扩 散 ， 即 计算 其 他 栅 格 到 需 要 做 缓 冲 区 的 栅 格 的 距 离按 照 设 定 的 缓 冲 区 距 离 提 取 出 符 合 要 求 的 栅 格单 元 732021年 5月 26日 19时 38分 栅 格 点 2.8 2.2 2.0 2.2 2.82.2 1.4 1.0 1.4 2.22.0 1.0 0.0 1.0 2.02.2 1.4 1.0 1.4 2.22.8 2.2 2.0 2.2 2.8栅 格 距 离 扩 散2.8 2.2 2.0 2.2 2.82.2 1.4 1.0 1.4 2.22.0 1.0 0.0 1.0 2.02.2 1.4 1.0 1.4 2.22.8 2.2 2.0 2.2 2.8按 距 离 2求 出 缓 冲 区 栅 格 742021年 5月 26日 19时 38分 主 体 ： 表 示 分 析 的 主 要 目 标 ， 分 为 点 源 、 线源 和 面 源邻 近 对 象 ： 表 示 受 主 体 影 响 的 客 体作 用 条 件 ： 表 示 主 体 对 邻 近 对 象 施 加 作 用 的影 响 条 件 或 强 度 752021年 5月 26日 19时 38分 （ 根 据 主 体 对 邻 近 对 象 作 用 性 质 的 不 同 ）v线 性 模 型 ： 用 于 当 主 体 对 邻 近 对 象 的 影 响 度随 距 离 的 增 大 而 呈 线 性 形 式 衰 减 时 。lFi=f0(1-ri) ri=di/d0 0 ri 1lFi： 主 体 对 邻 近 对 象 的 实 际 影 响 度lf0： 主 体 自 身 的 综 合 规 模 指 数ld i： 邻 近 对 象 离 开 主 体 的 实 际 距 离ld0： 主 体 对 邻 近 对 象 的 最 大 影 响 距 离 ri10050 0.5 1.00Fi 762021年 5月 26日 19时 38分 v二 次 模 型 ： 用 于 当 主 体 对 邻 近 对 象 的 影 响 度 随距 离 的 增 大 而 呈 二 次 形 式 衰 减 时 。Fi=f0(1-ri)2ri=di/d00ri1 10050 0.5 1.00 r iFi 772021年 5月 26日 19时 38分 v指 数 模 型 ： 用 于 当 主 体 对 邻 近 对 象 的 影响 度 随 距 离 的 增 大 而 呈 指 数 形 式 衰 减 时 。Fi=f0 (1-ri)ri=di/d00ri1 10050 0.5 1.00 r iFi 782021年 5月 26日 19时 38分 缓 冲 区 分 析 涉 及 两 步 操 作 ： 第 一 步 是 建 立 缓 冲 区 图 ； 第 二 步 是 进 行 叠 置 分 析 。 792021年 5月 26日 19时 38分 n 缓 冲 区 分 析 在 日 常 工 作 中 极 为 普 遍 ， 如 铁 路 部门 要 新 修 一 条 铁 路 ， 它 必 须 了 解 新 的 铁 路 要 占 用多 少 耕 地 、 多 少 房 屋 等 ， 以 便 进 行 工 程 预 算 和 损失 赔 偿 ；n 军 队 需 要 新 建 军 事 基 地 ， 由 于 保 密 的 需 要 ， 需 要划 定 军 事 隔 离 带 ；n 某 城 市 要 新 引 进 一 个 化 工 厂 ， 需 要 评 估 工 厂 对 周围 20公 里 范 围 的 影 响 情 况 ， 机 场 附 近 1公 里 范 围不 能 有 高 层 建 筑 ， 经 免 飞 机 的 起 降 等 。n 河 流 的 防 洪 。 假 定 为 了 评 估 某 河 流 受 洪 水 水 灾 影响 范 围 ， 需 要 计 算 受 灾 面 积 ， 假 定 此 次 受 灾 范 围一 般 在 距 河 流 2公 里 范 围 以 内 。 80 813 空 间 缓 冲 区 分 析 应 用 汶 川 大 地 震 相 关 损 失 估 算需 解 决 的 问 题 确 定 汶 川 地 震 的 分 级 影 响 范 围 计 算 汶 川 地 震 所 涉 及 人 口 数 量 估 算 汶 川 地 震 中 道 路 的 损 失 情 况 823 空 间 缓 冲 区 分 析 应 用 u 地 震 等 级 及 分 布 等 相 关 数 据 ； u 四 川 省 的 行 政 边 界 图 、 道 路 分 布 图 。1 、 准 备 空 间 数 据 四 川 地 震 等 级 分 布 图 （ 4.5级 以 上 ） 833 空 间 缓 冲 区 分 析 应 用 空 间 操 作 流 程2、 进 行 空 间 操 作地震源 buffer分 级 地 震 缓 冲 区 overlay叠 置 层行政边界 损 失 估 算属 性 数 据道 路 数 据 843 空 间 缓 冲 区 分 析 应 用 四 川 地 震 等 级 分 布 图 （ 4.5级 以 上 ）2、 进 行 空 间 操 作 汶 川 北 川 青 川 建 立 地 震 源 缓 冲 区 853 空 间 缓 冲 区 分 析 应 用 2、 进 行 空 间 操 作 地 震 缓 冲 区 和 行 政 边 界 叠 加 863 空 间 缓 冲 区 分 析 应 用 2、 进 行 空 间 操 作 地 震 缓 冲 区 和 道 路 叠 加 873 空 间 缓 冲 区 分 析 应 用 统 计 地 震 所 涉 及 的 具 体 县 和 乡 镇及 它 们 的 破 坏 程 度 。3、 进 行 统 计 分 析 统 计 地 震 所 涉 及 的 人 口 总 数 。结 合 一 些 经 济 指 标 可 以 进 行 地 震损 失 估 算 。统 计 受 地 震 影 响 的 道 路 及 破 坏 程 度 。 882021年 5月 26日 19时 38分 空 间 网 络 分 析 （ spatial network analysis）网 络 是 一 个 由 点 、 线 的 二 元 关 系 构 成 的 系 统 ，通 常 用 来 描 述 某 种 资 源 或 物 质 在 空 间 上 的 运 动 。城 市 的 道 路 系 统 、 地 下 管 网 系 统 等 都 可 以 用 网 络来 表 示 。 892021年 5月 26日 19时 38分 空 间 网 络 分 析 的 用 途 公 共 交 通 运 营 的 线 路 选 择 和 紧 急 救 援 行 动 线 路的 选 择 等 ， 与 网 络 最 佳 路 径 选 择 有 关 当 估 计 排 水 系 统 在 暴 雨 期 间 是 否 溢 流 及 河 流 是否 泛 滥 时 ， 需 要 进 行 网 流 量 分 析 或 负 荷 估 计 城 市 消 防 站 分 布 和 医 疗 保 健 机 构 的 配 置 等 ， 可以 看 成 是 利 用 网 络 和 相 关 数 据 进 行 资 源 的 配 置 902021年 5月 26日 19时 38分 dc ba a) 无 向 图 21 3(b) 有 向 图 4.1 图 论 基 础 知 识有 向 图 和 无 向 图 ： 在 图 中 ， 若 用 箭 头 标 明 了 边 是 有 方 向 性 的， 则 称 这 样 的 图 为 有 向 图 ， 否 则 称 为 无 向 图 。边 ， 弧 ： 无 向 图 中 两 顶 点 之 间 的 连 线 称 为 边 ； 有 向 图 图 中 顶点 之 间 的 连 线 称 为 弧 。权 ： 在 图 的 边 或 弧 中 给 出 相 关 的 数 ， 称 为 权 。 权 可 以 代 表 一个 顶 点 到 另 一 个 顶 点 的 距 离 、 耗 费 等 。 912021年 5月 26日 19时 38分 4.1 图 论 基 础 知 识路 径 ： 在 图 中 ， 从 顶 点 V到 顶 点 V 的 路 径 是 一 个顶 点 序 列 （ V=V0,V1,V2Vm=V )。 21 3(b) 有 向 图回 路 ： 第 一 个 顶 点 和 最 后 一 个 顶 点 相 同 的 路 径 。连 通 图 ： 如 果 图 中 任 意 两 个 顶 点 间 都 有 路 径 ,这个 图 就 称 为 连 通 图 。 922021年 5月 26日 19时 38分 4.2 最 短 路 径 交 通 网 络 中 常 常 提 出 这 样 的 问 题 ： 从 甲 地 到 乙 地 之 间是 否 有 公 路 连 通 ?在 有 多 条 通 路 的 情 况 下 ， 哪 一 条 路 最 短 ? 交 通 网 络 可 用 图 来 表 示 。 顶 点 表 示 城 市 名 称 ， 边 表 示 两 个城 市 有 路 连 通 ， 边 上 权 值 可 表 示 两 城 市 之 间 的 距 离 、 交 通费 或 途 中 所 花 费 的 时 间 等 。 求 两 个 顶 点 之 间 的 最 短 路 径 ，不 是 指 路 径 上 边 数 之 和 最 少 ， 而 是 指 路 径 上 各 边 的 权 值 之和 最 小 。 932021年 5月 26日 19时 38分 1、 单 源 点 最 短 路 径 单 源 点 最 短 路 径 是 指 ： 给 定 一 个 出 发 点 (单 源 点 ),求 出源 点 到 其 它 各 顶 点 之 间 的 最 短 路 径 。 那 么 怎 样 求 出 单 源 点 的 最 短 路 径 呢 ?迪 杰 斯 特 拉(Dijkstra)在 做 了 大 量 观 察 后 ,首 先 提 出 了 按 路 长 度 递 增序 产 生 各 顶 点 的 最 短 路 径 算 法 ,我 们 称 之 为 迪 杰 斯 特 拉 算 法 。 942021年 5月 26日 19时 38分 迪 杰 斯 特 拉 (Dijkstra)算 法 的 基 本 思 想 算 法 的 基 本 思 想 是 :按 路 径 长 度 递 增 的 次 序 产 生 最短 路 径 。 设 置 并 逐 步 扩 充 一 个 集 合 S， 存 放 已 求 出 其 最短 路 径 的 顶 点 ， 尚 未 确 定 最 短 路 径 的 顶 点 集 合 是 V-S，其 中 V为 网 中 所 有 顶 点 集 合 。 按 最 短 路 径 长 度 递 增 的 顺序 逐 个 以 V-S中 的 顶 点 加 到 S中 ， 直 到 S中 包 含 全 部 顶 点 ，而 V-S为 空 。 952021年 5月 26日 19时 38分 30 10105 V4100 60 2050V5 V3V1 V2V0 例 ： 求 V0到 其 他 各 顶 点 的 最短 距 离第 一 步 ：找 V0到 各 顶 点 的 直 接 路 径 :V0V1 V0V2 10V0V3 V0V4 30V0V5 100迪 杰 斯 特 拉 算 法 的 求 解 过 程 ： 962021年 5月 26日 19时 38分 证 明 ： 为 什 么 V0V2的 最 短 路 径 就 是 10？ 假 设 如 果 另 外 还 有 路 径 比 10短 ， 那 只 可 能 是 V0间 接 经过 V3、 V4或 者 V5到 达 V2的 另 外 一 条 路 径 ， 而 V0到 其 他 各 顶 点(V2外 ） 的 路 径 都 大 于 10， 所 以 不 可 能 存 在 一 条 比 10还 小 的间 接 路 径 了 。 10 105 V4100 60 2050V5 V3V1 V2V0 30 972021年 5月 26日 19时 38分 第 二 步 ： 以 V0V2为 中 间 路 径 ， 修 订 V0到 其 他 顶 点 的 路径 ， 如 果 经 过 V2到 其 他 顶 点 的 路 径 比 原 路 径 短 ，就 替 换 它 ， 否 则 不 变 ： V0V1 V0V2 10V0V3 60 （ V0V2V3 ）V0V4 30V0V5 100 1010 5 V4100 60 2050V5 V3V1 V2V0 30 982021年 5月 26日 19时 38分 第 三 步 ： 以 V0V4为 中 间 路 径 ， 修 订 V0到 其 他 顶 点 的 路径 ， 如 果 经 过 V4到 其 他 顶 点 的 路 径 比 原 路 径 短 ，就 替 换 它 ， 否 则 不 变 ：V0V1 V0V2 10V0V3 60 （ V0V2V3 ） 50 （ V0V4V3 ） V0V4 30V0V5 100 90 （ V0V4V5 ） 10105 V4100 60 2050V5 V3V1 V2V0 30 992021年 5月 26日 19时 38分 第 四 步 ： 以 V0V4V3为 中 间 路 径 ， 修 订 V0到 其 他 顶 点 的路 径 ， 如 果 经 过 V3到 其 他 顶 点 的 路 径 比 原 路 径 短 ，就 替 换 它 ， 否 则 不 变 ：V0V1 V0V2 10V0V3 50 （ V0V4V3 ） V0V4 30V0V5 90 （ V0V4V5 ） 60 （ V0V4V3V5 ） 10105 V4100 60 2050V5 V3V1 V2V0 30 1002021年 5月 26日 19时 38分 终 点 从 V0到 其 他 各 顶 点 的 距 离 和 最 短 路 径 的 求 解 过 程1 2 3 4 5V1 无V2 10(V0V2) V3 60(V0V2V3) 50(V0V4V3) V4 30(V0V4) 30(V0V4) V5 100 (V0V5) 100(V0V5) 90(V0V4V5) 60 (V0V4V3V5) S (V0V2) (V0V4) (V0V4V3) (V0V4V3V5) 1012021年 5月 26日 19时 38分 1010 V460 20V5 V3V1 V2V0 30 V0V1 V0V2 10V0V3 50V0V4 30V0V5 60最 后 我 们 找 到 V0到其 他 各 顶 点 的 最 短路 径 : 1022021年 5月 26日 19时 38分 2、 最 小 生 成 树 最 小 生 成 树 的 两 种 方 法 ：普 里 姆 算 法克 鲁 斯 卡 尔 算 法 1032021年 5月 26日 19时 38分 小 结 ： 路 径 分 析 是 地 理 信 息 系 统 网 络 分 析 中 的关 键 问 题 ， 而 且 网 络 分 析 的 其 它 优 选 问 题 诸 如最 小 成 本 计 算 、 地 址 选 择 模 型 、 节 点 连 通 性 等都 和 图 论 中 的 最 短 路 径 问 题 等 价 ， 在 方 法 论 上它 们 有 着 很 大 程 度 的 相 似 性 与 一 致 性 。 1042021年 5月 26日 19时 38分 泰 森 多 边 形 应 用n在 ArcView中 ， 先 生 成 TIN， 再 由 TIN生 成 Thiessen Polygonn在 ArcGIS中 ， 直 接 用 Arctools， 可 生 成 Thiessen Polygonn实 例 ： 1.泰 森 多 边 形 法 ,求 得 平 均 高 程 后 ,就 可 用 各 点 的 挖 填高 度 和 各 点 所 代 表 的 面 积 求 挖 填 土 方 量n2.人 口 调 查 点 计 算 人 口 调 查 区 的 人 口 密 度 1052021年 5月 26日 19时 38分 1062021年 5月 26日 19时 38分 空 间 分 析 应 用 空 间 分 析 的 目 的 是 解 决 某 类 与 地 理 空 间 有 关 的 问 题 ， 通 常涉 及 多 种 空 间 分 析 操 作 的 组 合 。一 般 步 骤 是 ：n 明 确 分 析 的 目 的 和 评 价 准 则n 准 备 分 析 数 据n 进 行 空 间 分 析 操 作n 进 行 结 果 分 析 n 解 释 、 评 价 结 果 （ 如 有 必 要 ， 返 回 步 骤 1）n 结 果 输 出 （ 地 图 、 表 格 和 文 档 ） 1072021年 5月 26日 19时 38分 1、 道 路 拓 宽 改 建 过 程 中 的 拆 迁 指 标 计 算利 用 建 立 缓 冲 区 、 拓 扑 叠 加 和 特 征 提 取 ， 计 算 道 路 拓 宽 改 建 中 的 拆 迁 指 标 。n 明 确 分 析 的 目 的 和 标 准目 的 ： 计 算 由 于 道 路 拓 宽 而 需 拆 迁 的 建 筑 物 的 建 筑 面 积 和 房 产 价 值 。道 路 拓 宽 改 建 的 标 准 是 ：道 路 从 原 有 的 20m拓 宽 至 60m；拓 宽 道 路 应 尽 量 保 持 直 线 ；部 分 位 于 拆 迁 区 内 的 10层 以 上 的 建 筑 不 拆 除 。n 准 备 进 行 分 析 的 数 据 本 例 需 要 涉 及 两 类 信 息 ， 一 类 是 现 状 道 路 图 ； 另 一 类 为 分 析 区 域 内 建 筑 物 分 布 图及 相 关 信 息 。 n 进 行 空 间 操 作选 择 拟 拓 宽 的 道 路 （ 中 心 线 ） ， 根 据 拓 宽 半 径 ， 建 立 缓 冲 区 。将 此 缓 冲 区 与 建 筑 物 数 据 进 行 叠 合 ， 产 生 一 幅 新 图 ， 此 图 包 括 所 有 部 分 或 全部 位 于 拓 宽 区 内 的 建 筑 物 信 息 。n 进 行 统 计 分 析对 全 部 或 部 分 位 于 拆 迁 区 内 的 建 筑 物 进 行 选 择 ， 凡 部 分 落 入 拆 迁 区 且 楼 层 高于 10层 以 上 的 建 筑 物 ， 将 其 从 选 择 组 中 去 掉 ， 并 对 道 路 的 拓 宽 边 界 进 行 局 部调 整 。对 所 有 需 拆 迁 的 建 筑 物 进 行 拆 迁 指 标 计 算 。n 将 分 析 结 果 以 地 图 和 表 格 的 形 式 打 印 输 出 1082021年 5月 26日 19时 38分 2、 辅 助 建 设 项 目 选 址利 用 空 间 操 作 和 特 征 提 取 功 能 ， 为 一 建 设 项 目 选 择 最 佳 的 建 设 位 置 。n 建 立 分 析 的 目 的 和 标 准目 的 ： 确 定 一 些 具 体 的 地 块 ， 作 为 一 个 轻 度 污 染 工 厂 的 可 能 建 设 位置 。 工 厂 选 址 的 标 准 包 括 ： 地 块 建 设 用 地 面 积 不 小 于 10000m2； 地 块 的 地 价 不 超 过 1万 元 /m2； 地 块 周 围 不 能 有 幼 儿 园 、 学 校 等 公 共 设 施 ， 以 免 受 到 工 厂 生 产 的影 响 。n 从 数 据 库 中 提 取 用 于 选 址 的 数 据 为 达 到 选 址 的 目 的 ， 需 准 备 两 种 数 据 ， 一 种 为 包 括 全 市 所 有 地 块 信息 的 数 据 层 ； 另 一 类 为 全 市 公 共 设 施 （ 包 括 幼 儿 园 、 学 校 等 ） 的 分布 图 。 n 进 行 特 征 提 取 和 空 间 拓 扑 叠 加 从 地 块 图 中 选 择 所 有 满 足 条 件 1、 2的 地 块 ， 并 与 公 共 设 施 层 数 据 进行 叠 合 。n 进 行 邻 域 分 析对 叠 加 的 结 果 进 行 邻 域 分 析 和 特 征 提 取 ， 选 择 出 满 足 要 求 的 地 块 。n 将 选 择 的 地 块 及 相 关 信 息 以 地 图 和 表 格 形 式 打 印 输 出 1092021年 5月 26日 19时 38分 3、 洪 水 淹 没 损 失 分 析n分 析 目 的 和 评 价 准 则估 计 住 宅 用 地 被 洪 水 淹 设 而 造 成 的损 失洪 水 水 位 的 相 对 高 程 为 500米损 失 的 大 小 和 居 民 的 财 产 、 地 基 的稳 定 性 有 关n可 获 得 的 资 料数 字 化 的 地 块 多 边 形 地 图 。 每 个 地块 均 有 土 地 使 用 、 可