空间查询与空间分析课件

地理信息系统原理GIS第六章第六章 空空间查询间查询与空与空间间分析分析6-1 6-1 空空间查询间查询6-2 6-2 统计统计分析分析6-3 6-3 DEM分析分析6-4 6-4 叠置分析叠置分析6-5 6-5 缓缓冲区冲区分析分析6-6 6-6 网网络络分析分析6-7 6-7 空空间间分析模型分析模型二二、空空间查询间查询的种的种类类一、空一、空间查询间查询的方式的方式 一、一、统计图统计图表分析表分析二、属性数据的集中特征数二、属性数据的集中特征数三、属性数据的离散特征数三、属性数据的离散特征数四、四、统计统计数据的分数据的分类类分分级级一一、概述、概述二二、DEM DEM 建立建立三、三、DEM DEM 应应用用一、基于矢量数据的叠置分析一、基于矢量数据的叠置分析二、基于二、基于栅栅格数据的叠置分析格数据的叠置分析一、一、缓缓冲区及其作用冲区及其作用二二、基于矢量基于矢量缓缓冲区建立冲区建立三、三、基于基于栅栅格格缓缓冲区建立冲区建立一、概念一、概念二、网二、网络络的的组组成成三、网三、网络络分析分析二二、空空间间决策支持决策支持一、空一、空间间分析建模分析建模 精选ppt第六章空间查询与空间分析6-1空间查询6-2统计分1地理信息系统原理GIS6-1 6-1 空空间查询间查询第六章第六章 空空间查询间查询与空与空间间分析分析空空间间数据数据库库查询查询条件条件属性限制属性限制空空间间拓扑限制拓扑限制二者二者结结合合GISGIS软软件件查询结查询结果果统计结统计结果：果：图图、表、文字、表、文字新新图层图层新的属性域添加到新的属性域添加到属性数据属性数据库库 查询查询方式方式图图形形-属性属性空空间查询语间查询语言言闪烁闪烁、颜颜色等明色等明显显表示表示 精选ppt6-1空间查询第六章空间查询与空间分析空间数据库查询条2地理信息系统原理GIS一、空一、空间查询间查询的方式的方式第六章第六章 空空间查询间查询与空与空间间分析分析6-1 6-1 空空间查询间查询返回返回1 1、给给出出图图形信息：形信息：如鼠如鼠标标点取，拉框等方式。点取，拉框等方式。1 1）检检索其相索其相应应属性属性；2）检检索其空索其空间间拓扑关系拓扑关系2 2、给给出属性特征条件出属性特征条件1 1）检检索索对应对应的空的空间实间实体体 2 2）查询查询属性属性 单纯查询单纯查询：单纯单纯地地查询查询属性，或只属性，或只查询查询空空间间拓扑关系拓扑关系联联合合查询查询：将空：将空间间数据与属性数据数据与属性数据联联合合查询查询。精选ppt一、空间查询的方式第六章空间查询与空间分析6-1空间查3地理信息系统原理GIS二、空二、空间间数据数据查询查询种种类类 1 1、几何参数、几何参数查询查询：包括点的位置坐包括点的位置坐标标，两点，两点间间的距离，一个或一段的距离，一个或一段线线目目标标的的长长度，一个面目度，一个面目标标的周的周长长或面或面积积等。等。实现实现：查询查询属性属性库库或空或空间计间计算算2 2、空、空间间定位定位查询查询：给给定一个点或一个几何定一个点或一个几何图图形，形，检检索索该图该图形范形范围围内的空内的空间对间对象及其属性。象及其属性。1 1）按点）按点查询查询：给给定一个鼠定一个鼠标标点，点，查询查询离它最近的离它最近的对对象及属性象及属性-点的捕捉点的捕捉。2 2）开窗）开窗查询查询-按矩形、按矩形、圆圆、多、多边边形形查询查询 分分为该为该窗口窗口包含包含和和穿穿过过的区的区别别。实现实现：根据空：根据空间间索引，索引，检检索哪些索哪些对对象可能位于象可能位于该该窗口，然后根据点、窗口，然后根据点、线线、面在、面在查询查询开窗内的判开窗内的判别计别计算，算，检检索到目索到目标标。-空空间间运算方法运算方法 第六章第六章 空空间查询间查询与空与空间间分析分析6-1 6-1 空空间查询间查询精选ppt二、空间数据查询种类1、几何参数查询：第六章空间查询与空4地理信息系统原理GIS3 3、空、空间间关系关系查询查询1 1）相）相邻邻分析分析检检索索-通通过过检检索拓扑关系索拓扑关系面面面面：如：如查询查询与面状地物相与面状地物相邻邻的多的多边边形的形的实现实现方法：方法：A A、从从多多边边形与弧段关形与弧段关联联表表中，中，检检索索该该多多边边形关形关联联的所有弧段；的所有弧段；B B、从从弧段关弧段关联联的左右多的左右多边边形表中，形表中，检检索出索出这这些弧段关些弧段关联联的多的多边边形。形。线线线线（与某干流（与某干流A A相相连连的所有支流）的所有支流）A A、从从线线状地物表状地物表中，中，查查找找组组成成A A的所有弧段及关的所有弧段及关联联的的结结点；点；B B、从从结结点表点表中，中，查询查询与与这这些些结结点关点关联联的弧段；的弧段；点点点（点（A A与与B B是否相通）等。是否相通）等。2 2）相关分析）相关分析检检索索（不同要素（不同要素类类型之型之间间的关系）的关系）-通通过过检检索拓扑关系索拓扑关系线线面面（我我国国边边境境线线总总长长度度）、点点线线（自自来来水水GISGIS中中，与与某某阀阀门门相相关关的的水水管管）、点点面面第六章第六章 空空间查询间查询与空与空间间分析分析6-1 6-1 空空间查询间查询A A12BC精选ppt3、空间关系查询1）相邻分析检索-通过检索拓扑关系第六章5地理信息系统原理GIS3 3）包含关系）包含关系查询查询查询查询某个面状地物所包含的空某个面状地物所包含的空间对间对象。象。同同层层包包含含，如如，某某省省的的下下属属地地区区，若若建建立立有有空空间间拓拓扑扑关关系系，可可直直接接查查询询拓拓扑扑关关系系表表来来实现实现。不不同同层层包包含含，如如某某省省的的湖湖泊泊分分布布，没没有有建建立立拓拓扑扑，实实质质是是叠叠置置分分析析检检索索，通通过过多多边边形形叠置分析技叠置分析技术术，只，只检检索出在窗口界限范索出在窗口界限范围围内的地理内的地理实实体，窗口外的体，窗口外的实实体作裁剪体作裁剪处处理。理。4）穿越）穿越查询查询某某公公路路穿穿越越了了某某些些县县，采采用用空空间间运运算算的的方方法法执执行行，根根据据一一个个线线目目标标的的空空间间坐坐标标，计计算算哪些面或哪些面或线线与之相交。与之相交。5）落入）落入查询查询 一个空一个空间对间对象落入哪个空象落入哪个空间对间对象之内。象之内。-空空间间运算运算 6 6）缓缓冲区冲区查询查询根根据据用用户户给给定定的的一一个个点点、线线、面面缓缓冲冲的的距距离离，从从而而形形成成一一个个缓缓冲冲区区的的多多边边形形，再再根根据据多多边边形形检检索索原理，原理，检检索索该缓该缓冲区内的空冲区内的空间实间实体。体。第六章第六章 空空间查询间查询与空与空间间分析分析6-1 6-1 空空间查询间查询返回返回7 7）边边沿匹配沿匹配检检索索空空间查询间查询在在多幅地多幅地图图的数据文件的数据文件之之间进间进行，行，这时这时需需应应用用边边沿匹配沿匹配处处理理技技术术。精选ppt3）包含关系查询查询某个面状地物所包含的空间对象。第六6地理信息系统原理GIS4 4、属性、属性查询查询 1 1）查查找找仅仅选选择择一一个个属属性性表表，给给定定一一个个属属性性值值，找找出出对对应应的属性的属性记录记录或或图图形。形。在在屏屏幕幕上上已已有有一一个个属属性性表表，用用户户任任意意点点取取记记录录，对应对应的的图图形以高亮形以高亮显显示。示。实实现现：执执行行数数据据库库查查询询语语言言，找找到到满满足足要要求求的的记记录录，得得到到它它的的目目标标标标识识，再再通通过过目目标标标标识识在在图图形形数数据据文文件件中找到中找到对应对应的空的空间对间对象象，并，并显显示出来示出来。第六章第六章 空空间查询间查询与空与空间间分析分析6-1 6-1 空空间查询间查询实现实现：交互式交互式选择选择各各项项，输输入后，系入后，系统统再再转换转换为标为标准的准的SQLSQL，由数据，由数据库库系系统执统执行或行或ODBC CODBC C语语言言执执行，得到行，得到结结果，果，提取目提取目标标识标标识，在，在图图形文件中找到空形文件中找到空间对间对象，并象，并显显示。示。Select Select 属性属性项项 From From 属性表属性表 Where Where 条件条件 or or条件条件 and and 条件条件2 2）SQLSQL查询查询3 3）扩扩展展SQLSQL精选ppt4、属性查询1）查找第六章空间查询与空间分析6-17地理信息系统原理GIS3 3）扩扩展展SQLSQL空空间间数数据据查查询询语语言言是是通通过过对对标标准准SQLSQL的的扩扩展展来来形形成成的的，即即在在数数据据库库查查询询语语言言上上加加入入空空间间关关系系查查询询。为为此此需需要要增增加加空空间间数数据据类类型型（如如点点、线线、面面等等）和和空空间间操操作作算算子子（如如求求长长度度、面面积积、叠叠加加等等）。在在给给定定查查询询条条件件时时也也需需含含有有空空间间概概念念，如如距距离离、邻邻近近、叠加等。叠加等。例如，例如，“查询长查询长江流域人口大于江流域人口大于5050万的万的县县或市或市”，可表示，可表示为为：SELECTSELECT *FROMFROM县县或市或市WHEREWHERE 县县或市或市.人口人口 50 50万万 ANDAND CROSSCROSS（河流（河流.名称名称=“长长江江”）主主要要优优点点是是：保保留留了了SQLSQL的的风风格格，便便于于熟熟悉悉SQLSQL的的用用户户的的掌掌握握，通通用用性性较较好好，易易于于与与关关系数据系数据库连库连接。接。执执行行扩扩展展SQLSQL，如如果果要要将将属属性性和和空空间间关关系系整整体体统统一一起起来来，从从底底层层进进行行查查询询优优化化，有有一一定困定困难难。目前目前一般将两一般将两层层分开分开进进行行查询查询。第六章第六章 空空间查询间查询与空与空间间分析分析6-1 6-1 空空间查询间查询返回返回5 5、其它、其它查询查询方法方法精选ppt3）扩展SQL空间数据查询语言是通过对标准S8地理信息系统原理GIS5 5、其它、其它查询查询方法方法1 1）可）可视视化空化空间查询间查询可可视视化化查查询询是是指指将将查查询询语语言言的的元元素素，特特别别是是空空间间关关系系，用用直直观观的的图图形形或或符符号号表表示示。查询查询主要使用主要使用图图形、形、图图像、像、图标图标、符号来表达概念。、符号来表达概念。具有具有简单简单、直、直观观、易于使用的特点。、易于使用的特点。缺缺点点：当当空空间间约约束束条条件件复复杂杂时时，很很难难用用图图符符描描述述；用用二二维维图图符符表表示示图图形形之之间间的的关关系系时时，可可能能会会出出现现歧歧义义；难难以以表表示示“非非”关关系系；不不易易进进行行范范围围（圆圆、矩矩形形、多多边边形形等等）约约束束；无无法法进进行屏幕定位行屏幕定位查询查询等。等。第六章第六章 空空间查询间查询与空与空间间分析分析6-1 6-1 空空间查询间查询精选ppt5、其它查询方法1）可视化空间查询第六章空间查询与空间分析9地理信息系统原理GIS2 2）超文本）超文本查询查询图图形形、图图像像、字字符符等等皆皆当当作作文文本本，并并设设置置一一些些“热热点点”（HotSpotHotSpot），“热热点点”可可以以是是文本、文本、键键等。等。用用鼠鼠标标点点击击“热热点点”后后，可可以以弹弹出出说说明明信信息息、播播放放声声音音、完完成成某某项项工工作作等等。但但超超文文本本查询查询只能只能预预先先设设置置好，用好，用户户不能不能实时实时构建自己要求的各种构建自己要求的各种查询查询。3 3）自然）自然语语言空言空间查询间查询在在SQLSQL查询查询中引入一些自然中引入一些自然语语言，如温度高的城市言，如温度高的城市 SELECT name SELECT name FROM Cities FROM Cities WHERE WHERE temperature is hightemperature is high SELECT name SELECT name FROM Cities FROM Cities WHERE WHERE temperature=33.75temperature=33.75这这种种查查询询方方式式只只能能适适用用于于某某个个专专业业领领域域的的地地理理信信息息系系统统，而而不不能能作作为为地地理理信信息息系系统统中的中的通用通用数据数据库查询语库查询语言。言。第六章第六章 空空间查询间查询与空与空间间分析分析6-1 6-1 空空间查询间查询作定量作定量转换转换精选ppt2）超文本查询图形、图像、字符等皆当作文本，并设置一些“热点10地理信息系统原理GIS一、一、统计图统计图表分析表分析能被用能被用户户直直观观地地观观察和理解数据。察和理解数据。统统计计表表格格是是详详尽尽地地表表示示非非空空间间数数据据的的方方法法，不不直直观观，但但可可提提供供详详细细数数据据，便便于于对对数据数据进进行行再再处处理理。第六章第六章 空空间查询间查询与空与空间间分析分析6-2 6-2 统计统计分析分析 散点散点图图折折线图线图扇形扇形图图柱状柱状图图直方直方图图二、属性数据的集中特征数二、属性数据的集中特征数返回返回精选ppt一、统计图表分析能被用户直观地观察和理解数据。第六章空间查11地理信息系统原理GIS二、属性数据的集中特征数二、属性数据的集中特征数-找出数据分布的找出数据分布的集中位置集中位置3 3、数学期望：、数学期望：反映数据分布的集中反映数据分布的集中趋势趋势。4 4、中数：、中数：有序数据集中出有序数据集中出现频现频率占半数的数据率占半数的数据值值。5 5、众数、众数：众数是具有最大可能出：众数是具有最大可能出现现的数的数值值。第六章第六章 空空间查询间查询与空与空间间分析分析6-2 6-2 统计统计分析分析1 1、频频数和数和频频率率将将变变量量x xi i（i i1,2,1,2,，n n）按大小）按大小顺顺序排列，并按一定的序排列，并按一定的间间距分距分组组。频频数：数：变变量在各量在各组组出出现现或或发发生的次数；生的次数；频频率：率：各各组频组频数与数与总频总频数之比；数之比；用以表示用以表示事件出事件出现现的的次数次数和和频频率率，事件的，事件的分布状况分布状况。2 2、平均数：、平均数：反映了数据反映了数据取取值值的的集中位置集中位置，通常有，通常有简单简单算算术术平均数平均数和和加加权权算算术术平均数平均数。三、属性数据的离散特征数三、属性数据的离散特征数返回返回精选ppt二、属性数据的集中特征数-找出数据分布的集中位置3、数12地理信息系统原理GIS三、属性数据的离散特征数三、属性数据的离散特征数3 3、方差与方差与标标准差准差 1 1）方差方差：是均方差的是均方差的简简称，是以离差平方和除以称，是以离差平方和除以变变量个数求得的，量个数求得的，记为记为2 2；2 2）标标准差准差：标标准差是方差的平方根；准差是方差的平方根；第六章第六章 空空间查询间查询与空与空间间分析分析6-2 6-2 统计统计分析分析描述数据集的描述数据集的离散离散程度，相程度，相对对于中心位置的程度于中心位置的程度1 1、极差极差：是一：是一组组数据中最大数据中最大值值与最小与最小值值之差；之差；2 2、离差，离差，平均离差与离差平方平均离差与离差平方：1 1）离差）离差：一：一组组数据中的各数据数据中的各数据值值与平均数之差；与平均数之差；2 2）平均离差平均离差：将离差取将离差取绝对值绝对值，然后求和，再取平均数；，然后求和，再取平均数；3 3）离差平方离差平方：离差求平方和；离差求平方和；平均离差平均离差和和离差平方和离差平方和是表示各数是表示各数值值相相对对于于平均数平均数的离散程度的的离散程度的重要重要统计统计量量。4 4、变变差系数差系数：用来衡量数据在用来衡量数据在时间时间和空和空间间上的上的相相对变对变化化的程度，它是无量的程度，它是无量纲纲的量。的量。为标为标准差除以平均数取百分。准差除以平均数取百分。四、四、统计统计数据的分数据的分类类分分级级返回返回精选ppt三、属性数据的离散特征数3、方差与标准差第六章空间查询13地理信息系统原理GIS四、四、统计统计数据的分数据的分类类分分级级1 1、系、系统统聚聚类类法：法：根据距离，将根据距离，将相似相似的的样样本本归为归为一一类类，把，把差异大差异大的的样样本本区分区分开来。开来。第六章第六章 空空间查询间查询与空与空间间分析分析6-2 6-2 统计统计分析分析距离距离：表示表示相似程度相似程度，可以欧，可以欧氏距离，氏距离，绝对值绝对值距离、相似系距离、相似系数距离等。数距离等。1 1：东东北区北区 2 2：内蒙古及：内蒙古及长长城沿城沿线线区区3 3：黄淮海区：黄淮海区 4 4：黄土高原区：黄土高原区 5 5：长长江中下游区江中下游区 6 6：西南区：西南区 7 7：华华南区南区 8 8：甘新区：甘新区 9 9：青藏区：青藏区九大九大农业农业区聚区聚类类分析分析3 34 9 2 8 1 5 7 64 9 2 8 1 5 7 6基本思想基本思想：首先是：首先是n n个个样样本各自成一本各自成一类类，然后，然后计计算算类类与与类类之之间间的距离，的距离，选择选择距距离最小离最小的两的两类类合并合并成一个成一个新新类类，计计算算新新类类与与其它其它类类的距离，再将的距离，再将距离最小距离最小的的两两类进类进行行合并合并，这样这样每次减少一每次减少一类类，直到达到所需的分，直到达到所需的分类类数或所有的数或所有的样样本都本都归为归为一一类为类为止。止。精选ppt四、统计数据的分类分级1、系统聚类法：根据距离，将相似的样本14地理信息系统原理GIS2 2、最、最优优分割分分割分级级法法针对针对有序有序样样本本或或可可变为变为有序有序(排序排序)的的样样本本 n n个数据按大小个数据按大小顺顺序排列后，有序排列后，有(n-1n-1)个个“空隙空隙”，如分成，如分成k k个等个等级级，则则需需(k-1)(k-1)个个分分级级界界线线。因此，。因此，n n个数据个数据分成分成k k级级的的可能分法可能分法有有种。种。对对于于每种分每种分级级，可按定，可按定义为义为各各级级内数据的内数据的离差平方和离差平方和之和的之和的误误差函数公式来差函数公式来计计算算分分级误级误差差的大小，的大小，选择选择级级内内离差平方和离差平方和为为最小最小而而级间级间离差平方和离差平方和为为极大极大的一种的一种分分级级方法方法为为最最优优。离差：一离差：一组组数据中的各数据数据中的各数据值值与平均数之差称与平均数之差称为为离差。离差。第六章第六章 空空间查询间查询与空与空间间分析分析6-2 6-2 统计统计分析分析精选ppt2、最优分割分级法针对有序样本或可变为有序(排序)的样本15地理信息系统原理GIS一、一、DEM DEM 概述概述 1 1、含、含义义：DEMDEM，（，（Digital Elevation ModelsDigital Elevation Models），是国家基），是国家基础础空空间间数据的重要数据的重要组组成部分，它表示成部分，它表示地表区域上地形的地表区域上地形的三三维维向量向量的的有限有限序列，即地表序列，即地表单单元上元上高程的集合高程的集合，数学表达，数学表达为为：z=fz=f（x x，y y）。）。DTMDTM：当：当z z为为其他二其他二维维表面上表面上连续变连续变化化的的地理特征地理特征，如地面温度、降雨、地球磁力、重力、，如地面温度、降雨、地球磁力、重力、土地利用、土壤土地利用、土壤类类型等其他地面型等其他地面诸诸特征，此特征，此时时的的DEMDEM成成为为DTMDTM（Digital Terrain Digital Terrain ModelsModels）。）。第六章第六章 空空间查询间查询与空与空间间分析分析6-3 6-3 DEM分析分析2 2、表示法：、表示法：精选ppt一、DEM概述1、含义：第六章空间查询与空间分析6-16地理信息系统原理GIS2 2、表示法：、表示法：1）等高等高线线法法 第六章第六章 空空间查询间查询与空与空间间分析分析6-3 DEM6-3 DEM分析分析 等高等高线线通常被存通常被存储储成一个成一个有序有序的的坐坐标标点序列点序列，可以，可以认为认为是一条是一条带带有高程有高程值值属性的属性的简简单单多多边边形形或多或多边边形弧段。由于等高形弧段。由于等高线线模型只是表达了区域的模型只是表达了区域的部分高程部分高程值值，往往需要一，往往需要一种种插插值值方法方法来来计计算落在算落在等高等高线线以外以外的的其他点其他点的高程，又因的高程，又因为这为这些点是落在两条等高些点是落在两条等高线线包包围围的区域内，所以，通常只要使用的区域内，所以，通常只要使用外包的外包的两条等高两条等高线线的高程的高程进进行行插插值值。精选ppt2、表示法：1）等高线法第六章空间查询与空间分析17地理信息系统原理GIS2 2）TIN TIN 法法 TIN TIN（Triangulated Irregular Network)Triangulated Irregular Network)表示法利用所有采表示法利用所有采样样点取得的离散数据，点取得的离散数据，按照按照优优化化组组合合的原的原则则，把，把这这些离散点（各三角形的些离散点（各三角形的顶顶点）点）连连接成相互接成相互连续连续的的三角三角面面（在（在连连接接时时，尽可能地确保每个三角形都是，尽可能地确保每个三角形都是锐锐角三角形角三角形或是三或是三边边的的长长度近似度近似相相等等-Delaunay-Delaunay）。）。因因为为TINTIN可根据地形的可根据地形的复复杂杂程度程度来确定采来确定采样样点的点的密度密度和和位置位置，能，能充分表示充分表示地形地形特征点和特征点和线线，从而，从而减少了减少了地形地形较较平坦地区的平坦地区的数据冗余数据冗余。第六章第六章 空空间查询间查询与空与空间间分析分析6-3 DEM6-3 DEM分析分析3 3）规则规则格网法格网法(Grid)(Grid)精选ppt2）TIN法TIN（TriangulatedIrr18地理信息系统原理GIS3 3）规则规则格网法格网法(Grid)(Grid)规则规则格网法是把格网法是把DEMDEM表示成表示成高程矩高程矩阵阵，此，此时时，DEMDEM来源于直接来源于直接规则规则矩形格网采矩形格网采样样点或由不点或由不规则规则离散数据点内插离散数据点内插产产生。生。结结构构简单简单，计计算机算机对对矩矩阵阵的的处处理理比比较较方便方便，高程矩高程矩阵阵已成已成为为DEMDEM最通用最通用的形式。高程矩的形式。高程矩阵阵特特别别有利于有利于各种各种应应用。用。第六章第六章 空空间查询间查询与空与空间间分析分析6-3 DEM6-3 DEM分析分析但但GridGrid系系统统也有下列也有下列缺点缺点：a)a)地形地形简单简单的地区存在的地区存在大量冗余数大量冗余数据；据；b)b)如不改如不改变变格网大小格网大小,则则无法适用无法适用于起伏程度不同于起伏程度不同的地区；的地区；c)c)对对于某些特殊于某些特殊计计算如算如视线视线计计算算时时，格网的，格网的轴线轴线方方向被夸大向被夸大；d)d)由于由于栅栅格格过过于粗略，于粗略，不能精确不能精确表示地形的关表示地形的关键键特特征征,如山峰、洼坑、山脊等；如山峰、洼坑、山脊等；3 3、DEM DEM 特点特点精选ppt3）规则格网法(Grid)规则格网法是把DEM表示成高19地理信息系统原理GIS3 3、DEM DEM 特点特点1 1）容容易易以以多多种种形形式式显显示示地地形形信信息息。地地形形数数据据经经过过计计算算机机软软件件处处理理过过后后，产产生生多多种种比比例例尺尺的的地地形形图图、纵纵横横断断面面图图和和立立体体图图。而而常常规规地地形形图图一一经经制制作作完完成成后后，比比例例尺尺不容易不容易改改变变或需要人工或需要人工处处理。理。2 2）精精度度不不会会损损失失。常常规规地地图图随随着着时时间间的的推推移移，图图纸纸将将会会变变形形，失失掉掉原原有有的的精精度度。而而DEMDEM采采用用数数字字媒媒介介，因因而而能能保保持持精精度度不不变变。另另外外，由由常常规规的的地地图图用用人人工工的的方方法法制制作其他种作其他种类类的地的地图图，精度会，精度会受到受到损损失失，而由，而由DEMDEM直接直接输输出，精度可出，精度可得到控制得到控制。3 3）容容易易实实现现自自动动化化、实实时时化化。常常规规地地图图要要增增加加和和修修改改都都必必须须重重复复相相同同的的工工序序，劳劳动动强强度度大大而而且且周周期期长长，而而DEMDEM由由于于是是数数字字形形式式的的，所所以以增增加加和和修修改改地地形形信信息息只只需需将将修改信息直接修改信息直接输输入入计计算机算机，经软经软件件处处理后即可得各种地形理后即可得各种地形图图。第六章第六章 空空间查询间查询与空与空间间分析分析6-3 DEM6-3 DEM分析分析与与传统传统地形地形图图比比较较，DEMDEM作作为为地形表面的一种数字表达形式有如下特点：地形表面的一种数字表达形式有如下特点：精选ppt3、DEM特点1）容易以多种形式显示地形信息。地形数据经过20地理信息系统原理GIS4 4、DEMDEM应应用用 1 1）作）作为为国家地理信息的基国家地理信息的基础础数据；数据；2 2）土木工程、景）土木工程、景观观建筑与建筑与矿矿山工程山工程规规划与划与设计设计；3 3）为军为军事目的而事目的而进进行的三行的三维显维显示；示；4 4）景）景观设计观设计与城市与城市规规划；划；5 5）流水）流水线线分析、可分析、可视视性分析；性分析；6 6）交通路）交通路线线的的规规划与大划与大坝选坝选址；址；7 7）不同地表的）不同地表的统计统计分析与比分析与比较较；8 8）生成坡度）生成坡度图图、坡向、坡向图图、剖面、剖面图图、辅辅助地貌分析、估助地貌分析、估计计侵侵蚀蚀和径流等；和径流等；9 9）作作为为背背景景叠叠加加各各种种专专题题信信息息如如土土壤壤、土土地地利利用用及及植植被被覆覆盖盖数数据据等等，以以进进行行显显示示与与分析；分析；10 10）与）与GISGIS联联合合进进行空行空间间分析；分析；11 11）虚）虚拟现实拟现实(Virtual Reality)(Virtual Reality)；此外，从此外，从DEMDEM还还能派生以下主要能派生以下主要产产品：平面等高品：平面等高线图线图、立体等高、立体等高线图线图、等坡度、等坡度图图、晕晕渲渲图图、通、通视图视图、纵纵横断面横断面图图、三、三维维立体透立体透视图视图、三、三维维立体彩色立体彩色图图等。等。第六章第六章 空空间查询间查询与空与空间间分析分析6-3 DEM6-3 DEM分析分析返回返回精选ppt4、DEM应用1）作为国家地理信息的基础数据；第六章21地理信息系统原理GIS二、二、DEMDEM建立建立1 1、数据、数据获获取与取与处处理理第六章第六章 空空间查询间查询与空与空间间分析分析6-3 DEM6-3 DEM分析分析沿断面采集沿断面采集选选点采集点采集1 1）数据采集）数据采集资资料来源于料来源于张张超主超主编编的地理信息系的地理信息系统统教程所配光教程所配光盘盘精选ppt二、DEM建立1、数据获取与处理第六章空间查询与空间分析22地理信息系统原理GIS2)2)数据数据处处理理 第六章第六章 空空间查询间查询与空与空间间分析分析6-3 DEM6-3 DEM分析分析资资料来源于料来源于张张超主超主编编的地理信息系的地理信息系统统教程所配光教程所配光盘盘精选ppt2)数据处理第六章空间查询与空间分析6-3DEM23地理信息系统原理GIS2 2、DEM DEM 生成生成1 1）人工网格法）人工网格法 在地形在地形图图上蒙上格网，上蒙上格网，逐格逐格读读取取中心点中心点或或交点交点的高程的高程值值。第六章第六章 空空间查询间查询与空与空间间分析分析6-3 DEM6-3 DEM分析分析 对对有限个离散点，有限个离散点，每三个每三个邻邻近点近点联联结结成成三角形，每个三角形代表一个三角形，每个三角形代表一个局局部平面部平面，再根据每个平面方程，可，再根据每个平面方程，可计计算算各格网点各格网点高程，生成高程，生成DEMDEM。2 2）三角网法）三角网法精选ppt2、DEM生成1）人工网格法第六章空间查询与空间分析24地理信息系统原理GIS3 3）立体像）立体像对对法法 第六章第六章 空空间查询间查询与空与空间间分析分析6-3 DEM6-3 DEM分析分析资资料来源于料来源于张张超主超主编编的地理信息系的地理信息系统统教程所配光教程所配光盘盘精选ppt3）立体像对法第六章空间查询与空间分析6-3DEM25地理信息系统原理GIS4 4）曲面）曲面拟拟合法合法 根据根据有限个有限个离散点的高程，采用离散点的高程，采用多多项项式式或或样样条函数条函数求得求得拟拟合公式合公式，再逐个，再逐个计计算各点算各点的高程，得到的高程，得到拟拟合的合的DEMDEM。可反映。可反映总总的地的地势势，但，但局部局部误误差差较较大大。可分可分为为：整体整体拟拟合合：根据研究区域内：根据研究区域内所有采所有采样样点点的的观测值观测值建立建立趋势趋势面模型面模型。特点是不能反映内插。特点是不能反映内插区域内的局部特征。区域内的局部特征。局部局部拟拟合合：利用：利用邻邻近的近的数据点数据点估估计计未知点的未知点的值值，能，能反映局部反映局部特征。特征。第六章第六章 空空间查询间查询与空与空间间分析分析6-3 DEM6-3 DEM分析分析精选ppt4）曲面拟合法根据有限个离散点的高程，采用多项式或样26地理信息系统原理GIS5 5）等）等值线值线插插值值法法 第六章第六章 空空间查询间查询与空与空间间分析分析6-3 DEM6-3 DEM分析分析资资料来源于料来源于张张超主超主编编的的地理信息地理信息系系统统教程教程所配光所配光盘盘精选ppt5）等值线插值法第六章空间查询与空间分析6-3DE27地理信息系统原理GIS三、三、DEM DEM 的的应应用用（一）（一）基于基于DEMDEM的信息提取的信息提取1 1、坡度、坡度定定义为义为地表地表单单元的法向元的法向与与Z Z轴轴的的夹夹角，即角，即切平面切平面与与水平面水平面的的夹夹角。角。在在计计算算出出各各地地表表单单元元的的坡坡度度后后，可可对对不不同同的的坡坡度度设设定定不不同同的的灰灰度度级级，可可得得到到坡坡度度图图。2 2、坡向、坡向坡向是地表坡向是地表单单元的法向量在元的法向量在水平面上的投影水平面上的投影与与X X轴轴之之间间的的夹夹角，角，在在计计算算出出每每个个地地表表单单元元的的坡坡向向后后，可可制制作作坡坡向向图图，通通常常把把坡坡向向分分为为东东、南南、西西、北北、东东北北、西西北北、东东南南、西西南南8 8类类，再再加加上上平平地地，共共9 9类类，用用不不同同的的色色彩彩显显示示，即即可可得得到到坡坡向向图图。（Grid DEMGrid DEM上制作坡度、坡向上制作坡度、坡向图图）3 3、地表粗造度（破碎度）、地表粗造度（破碎度）是是反反映映地地表表的的起起伏伏变变化化和和侵侵蚀蚀程程度度的的指指标标，一一般般定定义义为为地地表表单单元元的的曲曲面面面面积积与与其其水水平平面上的面上的投影面投影面积积之比。之比。4 4、高程、高程变变异分析异分析第六章第六章 空空间查询间查询与空与空间间分析分析6-3 DEM6-3 DEM分析分析精选ppt三、DEM的应用（一）基于DEM的信息提取第六章空间28地理信息系统原理GISGrid DEMGrid DEM上制作坡度、坡向上制作坡度、坡向图图 通常用通常用3*33*3的格网窗口在的格网窗口在DEMDEM数据矩数据矩阵阵中中连续连续移移动计动计算完成。算完成。第六章第六章 空空间查询间查询与空与空间间分析分析6-3 DEM6-3 DEM分析分析返回返回部分部分资资料来源于料来源于张张超主超主编编的地理信的地理信息系息系统统教程所配光教程所配光盘盘精选pptGridDEM上制作坡度、坡向图通常用3*3的格网窗口29地理信息系统原理GIS4 4、高程、高程变变异分析异分析第六章第六章 空空间查询间查询与空与空间间分析分析6-3 DEM6-3 DEM分析分析平地平地岗岗丘丘丘陵丘陵低山低山高山高山绝对绝对h h400600400600相相对对h h100100100-200100-200坡向坡向33DEMDEM计计算地表形算地表形态态要素要素H,H,H,H,坡度、坡向等坡度、坡向等地形分地形分类标类标准表准表地形自地形自动动分分类类5 5、地貌形地貌形态态的自的自动动分分类类包括平均高程、相包括平均高程、相对对高程、高程高程、高程标标准差，高程准差，高程变变异。异。高程高程变变异：异：为为格网格网顶顶点的点的高程高程标标准差准差与与平均高程平均高程的的比比值值。精选ppt4、高程变异分析第六章空间查询与空间分析6-3DEM30地理信息系统原理GIS（二）等高（二）等高线线的的绘绘制制 在格网在格网DEMDEM上上自自动绘动绘制制等高等高线线主要包括两个步主要包括两个步骤骤：1 1、等高、等高线线追踪追踪，利用，利用DEMDEM矩形格网点的高程内插出矩形格网点的高程内插出格网格网边边上上的等高的等高线线点，并将点，并将这这些等高些等高线线点点排序排序；2 2、等高、等高线线光滑光滑，进进一步一步加密加密等高等高线线点并点并绘绘制光滑曲制光滑曲线线。第六章第六章 空空间查询间查询与空与空间间分析分析6-3 DEM6-3 DEM分析分析精选ppt（二）等高线的绘制在格网DEM上自动绘制等高线主要包括两个31地理信息系统原理GIS（三）（三）基于基于DEMDEM的可的可视视化分析化分析1 1、剖面分析、剖面分析1 1）意）意义义：常常可以常常可以以以线线代面代面，研究区域的地貌形，研究区域的地貌形态态、轮轮廓形状、地廓形状、地势变势变化、地化、地质质构造、斜坡构造、斜坡特征、地表切割特征、地表切割强强度等。度等。如果在地形剖面上如果在地形剖面上叠加叠加其它地理其它地理变变量，例如坡度、土壤、植被、土地利用量，例如坡度、土壤、植被、土地利用现现状等，可状等，可以提供土地利用以提供土地利用规规划、工程划、工程选线选线和和选选址等的决策依据。址等的决策依据。2 2）绘绘制制 第六章第六章 空空间查询间查询与空与空间间分析分析6-3 DEM6-3 DEM分析分析 可在可在格网格网DEMDEM或或三角网三角网DEMDEM上上进进行。行。已知两点的坐已知两点的坐标标A(xA(x1 1，y y1 1)，B B(x(x2 2，y y2 2)，则则可求出可求出两点两点连线连线与与格网格网或或三角网三角网的的交点交点，并，并内插内插交点上的高程，以及各交点之交点上的高程，以及各交点之间间的距离。然后按的距离。然后按选选定定的垂直的垂直比例尺和水平比例尺，按比例尺和水平比例尺，按距离距离和和高程高程绘绘出剖面出剖面图图。剖面剖面图图不一定不一定必必须须沿直沿直线绘线绘制，也可沿一条制，也可沿一条曲曲线绘线绘制制。精选ppt（三）基于DEM的可视化分析1、剖面分析第六章空间查询与空32地理信息系统原理GIS2 2、通通视视分析分析通通视视分析是指以分析是指以某一点某一点为观为观察点，研究察点，研究某一区域某一区域通通视视情况情况的地形分析。的地形分析。1）方法）方法：a a、以以O O为为观观察察点点，对对格格网网DEMDEM或或三三角角网网DEMDEM上上的的每每个个点点判判断断通通视视与与否否，通通视视赋赋值值为为1 1，不不通通视视赋赋值值为为0 0。由由此此可可形形成成属属性性值值为为0 0和和1 1的的格格网网或或三三角角网网。对对此此以以0.50.5为为值值追追踪踪等等值值线线，即得到以即得到以O O为观为观察点的通察点的通视图视图。b b、以以观观察点察点O O为轴为轴，以一定的，以一定的方位角方位角间间隔隔算出算出00360360的的所有方位所有方位线线上上的通的通视视情况。情况。对对于每条方位于每条方位线线，通，通视视的地方的地方绘线绘线，不通，不通视视的地方断开，或相反。的地方断开，或相反。这样这样可得出射可得出射线线状的状的通通视图视图。第六章第六章 空空间查询间查询与空与空间间分析分析6-3 DEM6-3 DEM分析分析2）关）关键键算法算法均是判断格网或三角网上的某一点是否通均是判断格网或三角网上的某一点是否通视视（即（即两点是否两点是否可可见见）。）。(两点是否可两点是否可见见的算法的算法)3）通）通视视分析示例分析示例精选ppt2、通视分析通视分析是指以某一点为观察点，研33地理信息系统原理GIS两点是否可两点是否可见见的算法：的算法：a a）倾倾角法角法格网格网DEMDEM为为例，例，O(xO(xo o，y yo o，z zo o)为为观观察点察点，P(xP(xp p,y,yp p,z,zp p)为为某一某一格网点格网点，OPOP与格网的与格网的交点交点为为A A、B B、C C。OP OP的的倾倾角角为为 观观察点与察点与各交点各交点的的倾倾角角为为i i(i(iA,B,C)A,B,C)若若tgtgmax(tgmax(tgi i,i,iA A、B B、C)C)，则则OPOP通通视视否否则则，不通，不通视视。第六章第六章 空空间查询间查询与空与空间间分析分析6-3 DEM6-3 DEM分析分析b)b)剖面剖面图图 两点两点连线连线是否与剖面相交。是否与剖面相交。A AB BA A返回返回精选ppt两点是否可见的算法：a）倾角法第六章空间查询与空间分析634地理信息系统原理GIS3）通）通视视分析示例分析示例观观察点察点第六章第六章 空空间查询间查询与空与空间间分析分析6-3 DEM6-3 DEM分析分析不通不通视视通通视视雷雷达达盲盲区区飞飞行行 可可视视域域的的三三维维显显示示资资料来源于料来源于张张超主超主编编的地理信息系的地理信息系统统教程所配光教程所配光盘盘精选ppt3）通视分析示例观察点第六章空间查询与空间分析6-335地理信息系统原理GIS3 3、地形三、地形三维图绘维图绘制制 第六章第六章 空空间查询间查询与空与空间间分析分析6-3 DEM6-3 DEM分析分析DEMDEM高程点高程点建立几建立几何模型何模型透透视视变换变换隐隐藏藏线线、面的消除面的消除光照光照模型模型计计算算贴贴纹纹理理图图形形输输出出开放式开放式图图形形标标准准库库（OpenGLOpenGL）。）。部分部分图图片摘自片摘自张张超主超主编编的地理信息系的地理信息系统统教程所配光教程所配光盘盘精选ppt3、地形三维图绘制第六章空间查询与空间分析6-3D36地理信息系统原理GIS4 4、地貌、地貌晕晕渲渲图绘图绘制制第六章第六章 空空间查询间查询与空与空间间分析分析6-3 DEM6-3 DEM分析分析资资料来源于料来源于张张超主超主编编的地理信息系的地理信息系统统教程所配光教程所配光盘盘精选ppt4、地貌晕渲图绘制第六章空间查询与空间分析6-3DE37地理信息系统原理GIS5 5、模模拟拟飞飞行行第六章第六章 空空间查询间查询与空与空间间分析分析6-3 DEM6-3 DEM分析分析地形地形 资资料来源于料来源于张张超主超主编编的的地理信息地理信息系系统统教程教程所配光所配光盘盘精选ppt5、模拟飞行第六章空间查询与空间分析6-3DEM分析38地理信息系统原理GIS（四）流域水文特征及土木工程（四）流域水文特征及土木工程 水淹示例水淹示例 三三维规维规划划设计设计 第六章第六章 空空间查询间查询与空与空间间分析分析6-3 DEM6-3 DEM分析分析用于工程用于工程项项目中的开挖填方、目中的开挖填方、线线路勘路勘测设测设计计、水利建、水利建设设工程等。工程等。资资料来源于料来源于张张超主超主编编的的地理信息地理信息系系统统教程教程所配光所配光盘盘精选ppt（四）流域水文特征及土木工程水淹示例三维规划设计39地理信息系统原理GIS一、基于矢量数据的叠置分析一、基于矢量数据的叠置分析叠置分析叠置分析是将是将同一地区同一地区的的两两组组或或两两组组以上以上的要素的要素（地（地图图）进进行行叠置叠置，产产生生新的特征新的特征（新的空（新的空间图间图形形或空或空间间位置上的新属性的位置上的新属性的过过程）的程）的分析方法分析方法。第六章第六章 空空间查询间查询与空与空间间分析分析6-4 6-4 叠置分析叠置分析1 1、内容、内容1 1）点与多）点与多边边形的叠置形的叠置点点层层与面与面层层的叠置的叠置核心算法核心算法为为判断点是否在多判断点是否在多边边形内。形内。2 2）线线与多与多边边形的叠置形的叠置 3 3）多）多边边形与多形与多边边形的叠置形的叠置 线线与多与多边边形的叠置是把一幅形的叠置是把一幅图图(或一个数据或一个数据层层)中的多中的多边边形的形的特征加到另一幅特征加到另一幅图图(或另或另一个数据一个数据层层)的的线线上。上。线线与多与多边边形叠置的算法就是形叠置的算法就是线线的多的多边边形裁剪形裁剪。图图片摘自片摘自张张超主超主编编的地理信息系的地理信息系统统教程所配光教程所配光盘盘精选ppt一、基于矢量数据的叠置分析叠置分析是将同一地区的两组或两组以40地理信息系统原理GIS2 2、多、多边边形与多形与多边边形的叠置形的叠置1 1）定）定义义：是是指指不不同同图图幅幅或或不不同同图图层层多多边边形形要要素素之之间间的的叠叠置置，根根据据两两组组多多边边形形边边界界的的交交点点来来建建立立具具有有多多重重属属性性的的多多边边形形（合合成成叠叠置置）或或进进行行多多边边形范形范围围内的内的属性特性属性特性的的统计统计分析（分析（统计统计叠置）。叠置）。合合成成叠叠置置需需要要进进行行属属性性合合并并。方方法法可可用用加加、减减、乘乘、除除，也也可可取取平平均均值值、最大最小、最大最小值值，或取，或取逻辑逻辑运算的运算的结结果等。果等。统计统计叠置叠置是确定一个多是确定一个多边边形中含有其它多形中含有其它多边边形的属性形的属性类类型的面型的面积积等，等，即把其它即把其它图图上的多上的多边边形的属性信息形的属性信息提取到提取到本多本多边边形中来。形中来。2 2）应应用用：寻寻求和确定求和确定同同时时具有具有几种属性的分布区域。几种属性的分布区域。例如，土壤例如，土壤类类型型图图（1 1，2 2）与城市功能分区）与城市功能分区图图（a,ba,b）叠置，可得）叠置，可得出土壤与分区合成出土壤与分区合成图图，也可得出新属性，也可得出新属性统计统计表（属性表（属性 面面积积 ）。）。第六章第六章 空空间查询间查询与空与空间间分析分析6-4 6-4 叠置分析叠置分析3 3）实实施步施步骤骤精选ppt2、多边形与多边形的叠置1）定义：第六章空间查询与空间分析41地理信息系统原理GIS3 3）实实施步施步骤骤a a）对对原始数据（多原始数据（多边边形）形成形）形成拓扑关系拓扑关系。b)b)多多层层多多边边形数据的形数据的空空间间叠置叠置，形成新，形成新层层。c c）对对新新层层中的多中的多边边形形重建拓扑重建拓扑。d d）删删除多余多除多余多边边形形（或（或处处理意理意义义多多边边形）提取感形）提取感兴兴趣的部分。趣的部分。第六章第六章 空空间查询间查询与空与空间间分析分析4)4)难难点点a a）叠置后会）叠置后会产产生生大量大量对对用用户户无关无关的多的多边边形，在用形，在用户户做提取前仍需建拓扑，工作量大。且做提取前仍需建拓扑，工作量大。且新新层层的多的多边边形数目不形数目不仅仅与原多与原多边边形数目有关，形数目有关，还还与其复与其复杂杂程度有关，越复程度有关，越复杂杂，多，多边边形数形数目越多。目越多。b b）由于叠置的多）由于叠置的多边边形往往是不同形往往是不同类类型或不同比例尺的地型或不同比例尺的地图图，在叠置，在叠置时时就会就会产产生一系列无生一系列无意意义义的多的多边边形，即形，即产产生多生多边边形叠置的形叠置的位置位置误误差差，需要，需要进进行行处处理。理。c c）建新多）建新多边边形拓扑和多形拓扑和多边边形与新属性的形与新属性的连连接接，工作量大。，工作量大。6-4 6-4 叠置分析叠置分析二、基于二、基于栅栅格数据的叠置分析格数据的叠置分析精选ppt3）实施步骤a）对原始数据（多边形）形成拓扑关系。第六章空42地理信息系统原理GIS二、基于二、基于栅栅格数据的叠置分析格数据的叠置分析（一）（一）单层栅单层栅格数据的分析格数据的分析-空空间变换间变换之一之一空空间间变变换换：对对原原始始图图层层及及其其属属性性进进行行一一系系列列的的逻逻辑辑或或代代数数运运算算，以以产产生生新新的的具具有有特特殊意殊意义义的地理的地理图层图层及其属性的及其属性的过过程。程。1 1、布、布尔尔逻辑逻辑运算运算用布用布尔尔逻辑逻辑运算运算组组合更多的属性作合更多的属性作为检为检索条件，以索条件，以进进行更复行更复杂杂的的逻辑选择逻辑选择运算。运算。2 2、重分、重分类类重重分分类类是是将将属属性性数数据据的的类类别别合合并并或或转转换换成成新新类类。即即对对原原来来数数据据中中的的多多种种属属性性类类型型，按照一定的原按照一定的原则进则进行重新分行重新分类类，以利于分析。，以利于分析。在多数情况下，重分在多数情况下，重分类类都是将都是将复复杂杂的的类类型合并成型合并成简单简单的的类类型。型。例例如如，可可以以将将各各种种土土壤壤类类型型重重分分类类为为水水面面和和陆陆地地两两种种类类型型。在在重重分分类类策策略略下下，属属性性代代换换，并去掉公共，并去掉公共边边。第六章第六章 空空间查询间查询与空与空间间分析分析6-4 6-4 叠置分析叠置分析精选ppt二、基于栅格数据的叠置分析（一）单层栅格数据的分析-空43地理信息系统原理GIS3 3、滤滤波运算波运算滤滤波波运运算算可可将将破破碎碎的的地地物物合合并并和和光光滑滑化化，以以显显示示总总的的状状态态和和趋趋势势，也也可可以以通通过过边边缘缘增增强强和提取，和提取，获获取区域的取区域的边边界。界。4 4、特征参数、特征参数计计算算即即对栅对栅格数据格数据计计算区域的周算区域的周长长、面、面积积、重心等，以及、重心等，以及线线的的长长度、点的坐度、点的坐标标等。等。在在栅栅数数数数据据上上量量算算面面积积有有其其独独特特的的方方便便之之处处，只只要要对对栅栅格格进进行行计计数数，再再乘乘以以栅栅格格的的单单位位面面积积即可。即可。在在栅栅格数据中格数据中计计算距离算距离时时，距离有不同意，距离有不同意义义：四方向距离四方向距离是通是通过过水平或垂直的相水平或垂直的相邻邻像元来定像元来定义义路径的；路径的；八方向距离八方向距离是根据每个像元的八个相是根据每个像元的八个相邻邻像元来定像元来定义义的；的；在在计计算算欧几里德距离欧几里德距离时时，需将，需将连续连续的的栅栅格格线线离散化，再用欧几里德距离公式离散化，再用欧几里德距离公式计计算。算。第六章第六章 空空间查询间查询与空与空间间分析分析6-4 6-4 叠置分析叠置分析例：四方向距离例：四方向距离计计算的距离算的距离为为6 6，用八方向用八方向计计算的距离算的距离为为 5 5、相似运算、相似运算-匹配匹配识别识别 相似运算是指按某种相似性度量来搜索与相似运算是指按某种相似性度量来搜索与给给定物体相似定物体相似的其它物体的运算。的其它物体的运算。精选ppt3、滤波运算滤波