地理信息系统gis第5章-GIS空间分析-课课件

第五章 GIS空间分析第五章GIS空间分析1地理信息系统gis第5章-GIS空间分析-课课件2空间分析：空间分析：从空间物体的空间位置、联系等方面去研究空间事物，从空间物体的空间位置、联系等方面去研究空间事物，基于地理对象的位置和形态特征的空间数据分析技术基于地理对象的位置和形态特征的空间数据分析技术 用于分析空间目标的一系列技术处理，其目的在于提取和传输空间信息用于分析空间目标的一系列技术处理，其目的在于提取和传输空间信息(1)(1)描述与认知空间数据分布特征，如点线面的空间分异状况；描述与认知空间数据分布特征，如点线面的空间分异状况；(2)(2)解释空间现象与空间模式的形成机理，如城市土地利用变化研究；解释空间现象与空间模式的形成机理，如城市土地利用变化研究；(3)(3)调控在地理空间上发生的事件，如水资源的合理配置；调控在地理空间上发生的事件，如水资源的合理配置；(4)(4)预测预报，如洪水的预测预报预测预报，如洪水的预测预报。空间分析：3(1)基于地图的空间图形分析，如基于地图的空间图形分析，如GIS中的缓冲区、叠加分析、数中的缓冲区、叠加分析、数字高程模型字高程模型,数字地面模型等；数字地面模型等；(2)空间动力学分析，有城市扩张模型空间动力学分析，有城市扩张模型(驱动力等驱动力等)、空间价格竞争、空间价格竞争模型模型(区位优势区位优势)、空间择位模型（中心地等）；、空间择位模型（中心地等）；(3)空间信息分析，是指根据数据或统计方法建立的模型，如空间空间信息分析，是指根据数据或统计方法建立的模型，如空间聚类、空间自相关、回归模型等。实际上，同一种空间分析方法聚类、空间自相关、回归模型等。实际上，同一种空间分析方法和模型可以归属于不同的类型。例如，中心地属于空间信息分析和模型可以归属于不同的类型。例如，中心地属于空间信息分析模型，但中心地的形成又追求服务距离最短的动力学机制，可归模型，但中心地的形成又追求服务距离最短的动力学机制，可归属于空间动力学模型。属于空间动力学模型。(1)基于地图的空间图形分析，如GIS中的缓冲区、叠加分析45.15.1地形分析地形分析5.25.2叠置分析叠置分析5.35.3缓冲区分析缓冲区分析5.45.4网络分析网络分析地理信息系统gis第5章-GIS空间分析-课课件55.15.1地形分析地形分析5.1.15.1.1概况概况1 1、地形因子及意义、地形因子及意义5.1地形分析6地理信息系统gis第5章-GIS空间分析-课课件7坡度地理意义坡度地理意义坡度地理意义8地理信息系统gis第5章-GIS空间分析-课课件92、地形分析技术的发展地形分析技术的发展2、地形分析技术的发展104、数字地面模型、数字地面模型DTM数字地面模型数字地面模型(DigitalTerrainModel,(DigitalTerrainModel,简称简称DTM)DTM)，对地理空间起伏变化的连续表面的数字表示形式。对地理空间起伏变化的连续表面的数字表示形式。一般情况下，被描述的连续表面是地形面，即高程值在地理一般情况下，被描述的连续表面是地形面，即高程值在地理一般情况下，被描述的连续表面是地形面，即高程值在地理一般情况下，被描述的连续表面是地形面，即高程值在地理空间上的变化，称为数字高程模型空间上的变化，称为数字高程模型空间上的变化，称为数字高程模型空间上的变化，称为数字高程模型(DEM,Digital Elevation(DEM,Digital Elevation Model)Model)。被描述的连续表面也可以是地理空间上的地价、污染负荷量、被描述的连续表面也可以是地理空间上的地价、污染负荷量、被描述的连续表面也可以是地理空间上的地价、污染负荷量、被描述的连续表面也可以是地理空间上的地价、污染负荷量、绿化率、降雨量、气温、人口密度、建筑物密度等等。绿化率、降雨量、气温、人口密度、建筑物密度等等。绿化率、降雨量、气温、人口密度、建筑物密度等等。绿化率、降雨量、气温、人口密度、建筑物密度等等。5、类型、类型基于栅格地形分析：高程矩阵基于栅格地形分析：高程矩阵(GRID)(GRID)基于矢量地形分析：不规则三角网基于矢量地形分析：不规则三角网(TIN)(TIN)4、数字地面模型DTM115.1.25.1.2基于栅格地形分析：高程矩阵基于栅格地形分析：高程矩阵(GRID)(GRID)1 1、应用、应用包括坡度、坡向、剖面、可视性、等值线、距离计算、通道选择、日照强度、侵蚀与淤积、填挖方估计5.1.2基于栅格地形分析：高程矩阵(GRID)12(1)坡度、坡向分析n根据坡度、坡向的不同，对grid进行再分类计算，得到一个新的girdn每一个单元，计算与其相邻的个单元的之间的坡度、坡向n坡度：高程差d（单元的大小）n坡向：每一个单元，通过与相邻个单元的关系，计算平均方向或最大的方向。在ArcView中是最大方向，以方位角0360度表示坡向(1)坡度、坡向分析根据坡度、坡向的不同，对grid进行再分13(2)剖面n可以绘制任意方向线，得到沿该线各个单元的高程（属性）数值，将其展开，得到纵剖面n可以用在道路的选择、坡度的估算等等。(2)剖面可以绘制任意方向线，得到沿该线各个单元的高程（属性14(3)可视性n检验某一点对于周围区域的可视性（在某一点上所能够看到的周边地区的范围）n点、线进行可视性分析n在城市规划中的应用：历史保护建筑的视野分析、风景区的视野分析(3)可视性检验某一点对于周围区域的可视性（在某一点上所能够15地理信息系统gis第5章-GIS空间分析-课课件16(4)距离计算、通道选择n成本距离分析，通过成本距离分析计算最佳的通道n直线距离：不一定是最佳的通道n成本距离：考虑了阻抗、成本n成本距离分析的应用(4)距离计算、通道选择成本距离分析，通过成本距离分析计算最17(5)成本距离分析n有障碍的旅行（坡度、额外的费用）n运动的成本n累计距离n最低成本表面n最小成本路径(5)成本距离分析有障碍的旅行（坡度、额外的费用）18(6)日照强度n计算栅格数据的日照强度分析，可以设置光源的方位角、高度可以设置光源的方位角、高度n在ArcGIS和ArcView中，采用Hillshade计算得到日照时间的长度和强度。n得到的栅格以日照强度分类（0-255）。(6)日照强度计算栅格数据的日照强度分析，可以设置光源的方位19(7)等值线生成从样本点推算等值线。栅格数据、不规则三角网TIN可以自动产生等值线。(7)等值线生成从样本点推算等值线。栅格数据、不规则三角网T20(8)填挖方计算n计算两个栅格之间的填挖方计算，得到一个结果栅格n在ArcGIS和ArcView中，采用Cut/filln用于土方平衡计算(8)填挖方计算计算两个栅格之间的填挖方计算，得到一个结果栅212 2、生成方法、生成方法空间插值（SpatialInterpolation）n空间插值是一种由点状样本产生栅格型数据的方法。空间插值既是数数据维护据维护方法，也是空间分析空间分析方法。也叫做空间内插，或空间插入n从样本点数值估算出附近网格点的值（空间插值，SpatialInterpolation），单元的大小和插入方法决定输出的精度。n除用于地形外，还可用于自然资源、社会经济等各种领域n计算方法：距离倒数权重法样条函数法（Spline）Kriging法趋势面法（Trend）nArcView具有常用的空间插值功能，IDW和Spline法。nArcGIS具有以上的IDW、Spline、Kriging法2、生成方法空间插值（SpatialInterpolat22（1）距离倒数权重法（IDW法）nInverseDistanceWeightednY=k(1/X)nn通用，简单n以距离的倒数为权重，距离越小、影响越大。n常用与地形生成。（1）距离倒数权重法（IDW法）InverseDistan23（2）样条函数法（Spline）n用样条函数方程Spline方程拟和。n橡皮钉子nSpline函数的表达式为各个点的加权函数，由递归公式定义。n表面的总体曲率最小。不适合于在短距离内有较大变化的表面。n适用于地下水位、高程、大气污染（2）样条函数法（Spline）用样条函数方程Spline方24（3）Kriging法nKriging法：点与点之间在距离、方向上存在相互影响关系，可以预先知道n计算量大，取样地点有限制，n用于土壤成份、地质构造。（3）Kriging法Kriging法：点与点之间在距离、方25（4）趋势面法（Trend）n与Spline函数法相类似n区别在于采用与多项式回归（最小二乘法）n事物的起伏规律大致知道，适用于社会经济指标的空间连续特征。（4）趋势面法（Trend）与Spline函数法相类似265.1.3基于矢量地形分析：不规则三角网（TIN）n n用离散的点，组成相邻用离散的点，组成相邻的三角形，使用多个小的三角形，使用多个小的三角平面来模拟连续的三角平面来模拟连续的表面。的表面。n n划分三角形的原理：划分三角形的原理：DelaunayDelaunay三角网，最小三角网，最小角最大，最大限度地保角最大，最大限度地保证网中三角形满足近似证网中三角形满足近似等边（角）性，避免过等边（角）性，避免过于狭长和尖锐的三角形于狭长和尖锐的三角形的出现的出现 不规则三角网模型（TIN）5.1.3基于矢量地形分析：不规则三角网（TIN）用离散的点27地理信息系统gis第5章-GIS空间分析-课课件28nTIN的空间分析与栅格数据格网分析有许多共同之处。nTIN的空间分析：坡度坡向、剖面、可视性、等值线、日照强度、填挖方估计等等分析。n在ArcGIS中对TIN分析得到计算结果是栅格数据Grid。n可以表示地形，也可以用于其它要素（社会、经济）的连续分布TIN的空间分析与栅格数据格网分析有许多共同之处。29TIN的三维可视化TIN的三维可视化30地理信息系统gis第5章-GIS空间分析-课课件315.1.4DEM应用与评价1、应用地形图景观描述，地形如坡度、方向等的属性。市政工程土木工程、建筑和道路规化。规划视觉影响分析、建筑以及其它物体的定位。测深学/水道学近岸建筑物的设计，小比例尺图表采矿工程亚表面模拟和抽取规划。地质学上的模型亚表面模型，断层模型。地貌学地形比较，侵蚀和流量模型，河流网络。找到排水盆地和分水岭，排水网络和运河。水文学的函数模拟。模拟现实表面的可视性和其它目的规划的卡通制作。军事上的应用导弹导航，战地计化。5.1.4DEM应用与评价1、应用地形图景观描述，地形32 由于在计算机中处理矩阵比较方便，所以在以栅格数据为基础的GIS中，采用高程矩阵比较普遍。例如美国和英国都采用高程矩阵从1:25万地形图上生产了全国的高程矩阵。此外，高程矩阵还有利于计算等高线、坡度、坡向等。但是，高程矩阵方法得到的是原始采样点的派生值，在内插过程中将损失高程精度，并且采样工作量较大；同时还存在数据冗余与精度不足的矛盾。例如，如果采用统一的格网分辨率采样，地形简单地区数据冗余而复杂地形地区数据精度不够。尽管目前可采用可变格网分辨率采样，但仍存在数据冗余。2、DEM的评价由于在计算机中处理矩阵比较方便，所以在以栅格数据为基础的333、例3、例34地理信息系统gis第5章-GIS空间分析-课课件35地理信息系统gis第5章-GIS空间分析-课课件365.1.5 5.1.5 案例操作：地形分析案例操作：地形分析1 1、内容、内容nDEM的建立。n面积量算、坡度和坡向提取及剖面线绘制。n挖方和填方表达。n三维显示2 2、目的、目的了解和掌握数字高程模型的建立及常用地形分析的基本操作方法3 3、DEMDEM建立主要步骤建立主要步骤 4 4、面积量算、坡度和坡向提取以及剖面线制作、面积量算、坡度和坡向提取以及剖面线制作步骤步骤5 5、挖方和填方表达步骤、挖方和填方表达步骤6 6、三维显示步骤、三维显示步骤5.1.5案例操作：地形分析1、内容375.2叠置分析叠置分析:overlayn大部分大部分GIS软件以分层的方式组织地理景观，将地理景观按软件以分层的方式组织地理景观，将地理景观按主题分层提取，同一地区的整个数据层集表达了该地区地理主题分层提取，同一地区的整个数据层集表达了该地区地理景观的内容。每个主题层可以用矢量结构的点线面图层文件景观的内容。每个主题层可以用矢量结构的点线面图层文件表达，也可以用栅格结构的图层文件进行表达。表达，也可以用栅格结构的图层文件进行表达。n叠置分析是叠置分析是GIS最常用的提取空间隐含信息的手段之一。该最常用的提取空间隐含信息的手段之一。该方法来源于传统的透明材料叠加。既将来自不同数据源的图方法来源于传统的透明材料叠加。既将来自不同数据源的图纸绘于透明纸上，在透光桌上将其叠放在一起，然后用笔勾纸绘于透明纸上，在透光桌上将其叠放在一起，然后用笔勾出感兴趣的部分。出感兴趣的部分。5.2叠置分析:overlay大部分GIS软件以分层的方式38n叠置分析是将两层或多层地图叠置分析是将两层或多层地图要素进行叠置产生一个新要素要素进行叠置产生一个新要素层的操作，其结果将原来要素层的操作，其结果将原来要素分割成新的要素，新要素综合分割成新的要素，新要素综合了原来两层或多层要素所具有了原来两层或多层要素所具有的属性。也就是说，叠置分析的属性。也就是说，叠置分析不仅生成了新的空间关系，还不仅生成了新的空间关系，还将输入数据层的属性联系起来将输入数据层的属性联系起来产生了新的属性关系。叠置分产生了新的属性关系。叠置分析是对新要素的属性按一定的析是对新要素的属性按一定的数学模型进行计算分析，进而数学模型进行计算分析，进而产生用户需要的结果或回答用产生用户需要的结果或回答用户提出的问题户提出的问题。叠置分析是将两层或多层地图要素进行叠置产生一个新要素层的操作395.2.1 5.2.1 基于栅格数据的叠置分析基于栅格数据的叠置分析1、单层栅格数据的分析、单层栅格数据的分析-空间变换之一空间变换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义的地理图层及其属性的过程。殊意义的地理图层及其属性的过程。（1 1）布尔逻辑运算布尔逻辑运算用布尔逻辑运算组合更多的属性作为检索条件，以进行更复杂的逻辑选择运算。用布尔逻辑运算组合更多的属性作为检索条件，以进行更复杂的逻辑选择运算。（2 2）重分类重分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，按照一定的原则进行重新分类，以利于分析。按照一定的原则进行重新分类，以利于分析。在多数情况下，重分类都是将在多数情况下，重分类都是将复杂复杂的类型合并成的类型合并成简单简单的类型的类型。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，属属性性代换，并去掉公共边。代换，并去掉公共边。5.2.1基于栅格数据的叠置分析1、单层栅格数据的分析-40（3）滤波运算滤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，获取区域的边界和提取，获取区域的边界。（4 4）特征参数计算特征参数计算即对栅格数据计算区域的周长、面积、重心等，以及线的长度、点的坐标等。即对栅格数据计算区域的周长、面积、重心等，以及线的长度、点的坐标等。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积即可。面积即可。在栅格数据中计算距离时，距离有不同意义：在栅格数据中计算距离时，距离有不同意义：四方向距离四方向距离是通过水平或垂直的相邻像元来定义路径的；是通过水平或垂直的相邻像元来定义路径的；八方向距离八方向距离是根据每个像元的八个相邻像元来定义的；是根据每个像元的八个相邻像元来定义的；在计算在计算欧几里德距离欧几里德距离时，需将连续的栅格线离散化，再用欧几里德距离公式计算。时，需将连续的栅格线离散化，再用欧几里德距离公式计算。例：四方向距离计算的距离为例：四方向距离计算的距离为6，用八方向计算的距离为用八方向计算的距离为 （5）相似运算）相似运算-匹配识别匹配识别相似运算是指按某种相似性度量来搜索与给定物相似运算是指按某种相似性度量来搜索与给定物体相似的其它物体的运算。体相似的其它物体的运算。（3）滤波运算例：四方向距离计算的距离为6，（5）相似运算412、多层栅格数据的叠置分析、多层栅格数据的叠置分析A，B，C等等表表示示各各层层上上的的属属性性值值，f函函数数取决于叠置的要求。取决于叠置的要求。Uf(A,B,C,)（1 1）单点变换单点变换：1）概念）概念：只将对应只将对应栅格栅格单元的属性作某种运算（加、减、乘、除、三角函数、逻辑运算单元的属性作某种运算（加、减、乘、除、三角函数、逻辑运算等）得到新图层属性，而等）得到新图层属性，而不受不受其邻近点的属性值的影响。其邻近点的属性值的影响。2）算法原理：）算法原理：3）实际应用：）实际应用：2、多层栅格数据的叠置分析A，B，C等表示各层上的属性值，42 新新属属性性的的值值不不仅仅与与对对应应的的原原属属性性值值相相关关，而而且且与与原原属属性性值值所所在在的的区域区域的长度、面积、形状等特性相关。的长度、面积、形状等特性相关。如输出如输出面积面积大于大于x 的图班的图班 （3）邻域变换）邻域变换 计计算算新新图图层层属属性性时时，不不仅仅考考虑虑原原始始图图上上对对应应栅栅格格本本身身的的值值，还还需需考考虑该图元虑该图元邻域关联邻域关联的其他图元值的影响。的其他图元值的影响。如如面面元元分分布布图图，生生成成面面元元边边界界图图时时，判判断断是是否否为为边边界界点点，需需判判断断本本身为面属性，且其邻域包含背景属性（四、八邻域。身为面属性，且其邻域包含背景属性（四、八邻域。栅格叠置的作用栅格叠置的作用：1 1）类型叠置）类型叠置，获取新的类型。，获取新的类型。2 2）数量统计）数量统计:即计算某一区域内的类型和即计算某一区域内的类型和面积。面积。3 3）动态分析）动态分析:4 4）益本分析）益本分析:5 5）几何提取）几何提取:（2）区域变换）区域变换新属性的值不仅与对应的原属性值相关，而且435.2.2 5.2.2 基于矢量数据的叠置分析基于矢量数据的叠置分析1 1、内容、内容1 1）点与多边形的叠置）点与多边形的叠置点层与面层的叠置点层与面层的叠置核心算法核心算法为判断点是否在多边形内。为判断点是否在多边形内。2 2）线与多边形的叠置）线与多边形的叠置线与多边形的叠置是把一幅图线与多边形的叠置是把一幅图(或一个数据层或一个数据层)中的多中的多边形的特征加到另一幅图边形的特征加到另一幅图(或另或另 一个数据层一个数据层)的线上。的线上。线与多边形叠置的算法就是线与多边形叠置的算法就是线的多边形裁剪线的多边形裁剪。3 3）多边形与多边形的叠置）多边形与多边形的叠置 5.2.2基于矢量数据的叠置分析1、内容线与多边形的叠置是441 1）定义：）定义：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形范范围围内内的的属属性性特特性性的的统统计计分分析析（统统计计叠叠置置）。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，也也可取平均值、最大最小值，或取逻辑运算的结果等。可取平均值、最大最小值，或取逻辑运算的结果等。统计叠置统计叠置是是确定一个多边形中含有其它多边形的属性类型的确定一个多边形中含有其它多边形的属性类型的面积等，即把其它图上的多边形的属性信息面积等，即把其它图上的多边形的属性信息提取到提取到本多边形本多边形中来。中来。2 2）应用）应用：寻求和确定：寻求和确定同时具有同时具有几种属性的分布区域。几种属性的分布区域。例如，土壤类型图（例如，土壤类型图（1，2）与城市功能分区图（）与城市功能分区图（a,b）叠置，）叠置，可得出土壤与分区合成图，也可得出新属性统计表（属性可得出土壤与分区合成图，也可得出新属性统计表（属性 面积面积）。）。2、多边形与多边形的叠置、多边形与多边形的叠置1）定义：2、多边形与多边形的叠置45矢量与矢量叠合适合要求精确、相对简单的事物矢量与矢量叠合适合要求精确、相对简单的事物点点面：公共设施的分布（和空间关系查询类似）面：公共设施的分布（和空间关系查询类似）线线面：道路网密度计算、停水停电范围分析面：道路网密度计算、停水停电范围分析面面面：用地适宜性评价矢量叠合练习：洪水淹没、公面：用地适宜性评价矢量叠合练习：洪水淹没、公园服务水平、道路网密度计算园服务水平、道路网密度计算矢量与矢量叠合适合要求精确、相对简单的事物46a a）对原始数据（多边形）形成）对原始数据（多边形）形成拓扑关系拓扑关系。b)b)多层多边形数据的多层多边形数据的空间叠置空间叠置，形成新层。，形成新层。c c）对新层中的多边形）对新层中的多边形重建拓扑重建拓扑。d d）删除多余多边形删除多余多边形（或处理意义多边形）提取感兴趣的部分。（或处理意义多边形）提取感兴趣的部分。4)4)难点难点a a）叠置后会产生）叠置后会产生大量大量对用户对用户无关无关的多边形，在用户做提取前仍需建拓扑，工作量大。且的多边形，在用户做提取前仍需建拓扑，工作量大。且新层的多边形数目不仅与原多边形数目有关，还与其复杂程度有关，越复杂，多边形数新层的多边形数目不仅与原多边形数目有关，还与其复杂程度有关，越复杂，多边形数目越多。目越多。b b）由于叠置的多边形往往是不同类型或不同比例尺的地图，在叠置时就会产生一系列无）由于叠置的多边形往往是不同类型或不同比例尺的地图，在叠置时就会产生一系列无意义的多边形，即产生多边形叠置的意义的多边形，即产生多边形叠置的位置误差位置误差，需要进行处理。，需要进行处理。c c）建新多边形拓扑和多边形与新属性的）建新多边形拓扑和多边形与新属性的连接连接，工作量大。，工作量大。3）实施步骤）实施步骤a）对原始数据（多边形）形成拓扑关系。4)难点3）实施步骤475.2.3 5.2.3 操作操作1 1、内容、内容n图层叠加分析图层叠加分析。n属性计算、分析属性计算、分析n适宜性分析适宜性分析2 2、目的、目的掌握图层的叠加并对叠加后的图层进行分析，能在实际中解决问题3 3、图层叠加分析、图层叠加分析为计算洪水淹没区域，假设该问题只与地形高程和土地利用有关，再假设地形高程值大于500米的范围不受洪水淹没，由高程多边形的最大高程属性决定；土地利用为住宅用地的考虑对象，地块多边形的土地利用属性（LanduseR*的住宅用地）决定。步骤：（1）加载地学处理模块（Geoprocessing）。（2）加载数据。（3）选择“View/Geoprocessing”命令，在“Geoprocessing”对话框中选中UnionTwoTheme按钮完成叠加。（4）打开工具栏的属性表，利用查询语句，可以查出被洪水淹没的区域。5.2.3操作1、内容484 4、属性计算、分析、属性计算、分析利用现有的属性数据，建立和计算新字段。Wp.shp属性表中字段Area（面积）是用平方米度量的，实验者要把面积度量单位转化成英亩；主要是属性的计算和分析及属性表格的关联和链接等。步骤：（1）加载数据，并打开其属性表成编辑状态。（2）选择Table/Starting命令，开始编辑。（3）选择Filed/Calculation命令，对选定字段进行表达式计算。（4）选择Table/Stoping命令停止编辑，保存编辑结果。（5）激活项目视窗，选择Table/Add命令，弄清源表和目标表。（6）选择Table/Link命令，使用ID码联接两个表。地理信息系统gis第5章-GIS空间分析-课课件495 5、适宜性分析、适宜性分析用指定指标选择寻找一个新的大学水产养殖实验室的适宜地点：要求条件如下：首选土地利用为灌木林地（如Landuse.shp中的Lucode=300）。选择适宜开发的土壤类型（如Soils.shp中的Suit=2）。地点必须离下水道管线300米范围之内。步骤：1)土地实验需求的缓冲分析（1）选中地学处理（Geoprocessing）模块。（2）加载数据，并设置地图单位和距离单位。（3）选择Theme/CreateBuffers命令创建缓冲区，完成缓冲分析。2）土地适宜性叠加分析（1）选中地学处理（Geoprocessing）模块。（2）加载数据，并设置地图单位和距离单位。（3）选择View/Geoprocessing命令，在Geoprocessing对话框中选中IntersectTwoTheme，完成叠加分析。3）土地适宜性查询分析打开属性表，在字段定义框中设置字段并赋值完成查询。4）AvenueScript在土地适宜性分析中的应用（1）选择Edit/DeleteField命令，把表格中多余的周长和面积删除。（2）选择Help/HelpTopic命令，查找宏语言的源代码。复制，粘贴。（3）运行脚本文件。（4）选择Field/Staticstic命令，对符合条件的查询。（5）选择View/Geoprocessing命令，在Geoprocessing对话框中选中DissolveFeaturesBasedonAnArribute，进行叠加分析。5、适宜性分析505.3缓冲区分析缓冲区分析1 1、缓冲区及其作用、缓冲区及其作用 缓缓冲冲区区是是地地理理空空间间目目标标的的一一种种影影响响范范围围或或服服务务范范围围，具具体体指指在在点点、线线、面面实实体体的的周围，自动建立的周围，自动建立的一定宽度一定宽度的的多边形多边形。数学表达数学表达为：为：其中其中,R R为为 缓冲宽度缓冲宽度，或，或缓冲半径缓冲半径。作作用用：缓缓冲冲区区分分析析是是GISGIS的的基基本本空空间间操操作作功功能能之之一一，一一般般应应用用于于求求地地理理实实体体的的影影响响范围，即范围，即邻近度问题邻近度问题。如如道道路路噪噪声声影影响响范范围围就就是是沿沿道道路路建建一一定定宽宽度度的的缓缓冲冲区区，车车流流量量决决定定缓缓冲冲区区半半径径。如如某某地地区区有有危危险险品品仓仓库库，要要分分析析一一旦旦仓仓库库爆爆炸炸所所涉涉及及的的范范围围，这这就就需需要要进进行行点点缓缓冲冲区分析等等。区分析等等。5.3缓冲区分析1、缓冲区及其作用缓冲区是地理空间目512 2、基于矢量数据的缓冲区的建立、基于矢量数据的缓冲区的建立1 1、线线的的重重采采样样，对对线线进进行行化化简简，以以加加快快缓缓冲冲区区建建立立的的速速度度。-线线的的矢量数据压缩算法。矢量数据压缩算法。2 2、建建立立线线缓缓冲冲区区，在在线线的的两两边边按按一一定定的的距距离离（缓缓冲冲距距）绘绘平平行行线线，并并在在线线的的端端点点处处绘绘半半圆圆，连连成成缓缓冲冲区区多边形。多边形。3 3、重重叠叠处处理理：对对缓缓冲冲区区边边界界求求交交，并并判判断断每每个个交交点点是是出出点点还还是是入入点点，以以决决定定交交点点之之间间的的线线段段保保留留或或删删除除。这样就可得到岛状的缓冲区。这样就可得到岛状的缓冲区。点的缓冲区点的缓冲区面的缓冲面的缓冲线的缓冲区线的缓冲区以以线状地物线状地物为例：为例：多个实体的缓冲区，各实多个实体的缓冲区，各实体缓冲区的并，半径可以体缓冲区的并，半径可以不同不同 2、基于矢量数据的缓冲区的建立1、线的重采样，对线进行化简，523 3、基于栅格的缓冲区建立、基于栅格的缓冲区建立算法比较简单，核心问题是算法比较简单，核心问题是距离变换距离变换。栅格数据栅格数据距离变换距离变换提取一定宽度的多边形提取一定宽度的多边形缓冲区缓冲区3、基于栅格的缓冲区建立算法比较简单，核心问题是距离变换。53n nBufferBuffer分析在城市规划中的应用：洪水淹没区、历史建筑保护区、噪声范围分析在城市规划中的应用：洪水淹没区、历史建筑保护区、噪声范围Buffer分析在城市规划中的应用：洪水淹没区、历史建筑保护54地理信息系统gis第5章-GIS空间分析-课课件554 4、操作、操作根据地理对象点、线和面的空间特性，自动建立对象周围一定距离的区域范围（缓冲区域），综合分析某地理要素（主体）对邻近对象的影响程度和影响范围。（1）利用）利用ArcView进行缓冲区分析进行缓冲区分析假设根据当地情况，沿着铁路的两侧20米、40米范围内，进行环境整治、植树，要求提供专题地图步骤：1）加载数据，并设置地图单位和距离单位都为米。2）激活铁路专题，选择Theme/CreateBuffers命令。3）利用创建缓冲区对话框，针对专题要素作缓冲分析。4）选择Field/Calculation命令，在字段计算器中完成字段计算。（2）利用）利用MapInfo进行查询和缓冲区分析进行查询和缓冲区分析是查找最近的消防站和从城市任何地点到消防站的最快途径。旅行时间的估算考虑链路阻抗、转弯阻抗和单行道1）加载NetworkAnalyst模块，加载数据并设置地图单位和距离单位。2）激活街道，选择Network/FindClosestFacility命令，单击Properties设置成本字段。3）确定某一地点。4）查找到最近的设施和最短路径。5）激活fac1，打开属性表，读取总成本4、操作根据地理对象点、线和面的空间特性，（1）利用ArcV561 1、概念、概念 网络分析的基础是网络分析的基础是图论图论和和运筹学。运筹学。5.4网络分析网络分析1、概念网络分析的基础是图论和运筹学。5.4网络分析572 2、网络的组成、网络的组成 （1 1）网网络络：是是一一系系列列联联结结的的弧弧段段，形形式式物物质质，信信息流通的通道。息流通的通道。（2 2）网络基本要素网络基本要素：1 1）结点）结点：网络中任意两条线段的交点。：网络中任意两条线段的交点。2 2）链链，连连通通路路线线，连连结结两两点点的的段段要要素素，是是资资源源运运移的通道。移的通道。结点结点站站点点3）转弯）转弯：在连通路线相连的结点处，资源运移方向：在连通路线相连的结点处，资源运移方向 可能转变，从一条链上经结点转向另一条链。可能转变，从一条链上经结点转向另一条链。4）停靠点（站点）停靠点（站点）：网络中资源的上、下结点。：网络中资源的上、下结点。5）中心）中心：收发资源的结点处的设施，如河流网络中的水库，公共汽车停车场。：收发资源的结点处的设施，如河流网络中的水库，公共汽车停车场。6）障碍）障碍：资源不能通过的结点。：资源不能通过的结点。（3）属性）属性1）阻碍）阻碍：资源在网络中运行的阻力。：资源在网络中运行的阻力。2）资源需求量）资源需求量：网络中与弧段和停靠点相联系资源的数量，如某条街所住的学生数。：网络中与弧段和停靠点相联系资源的数量，如某条街所住的学生数。3）资源容量）资源容量：网络中心为弧段的需求能容纳或提供的资源总数量，：网络中心为弧段的需求能容纳或提供的资源总数量，如接收的学生总数。如接收的学生总数。2、网络的组成（1）网络：是一系列联结的弧段，形式物质，信58（4 4）网络要素的表示）网络要素的表示 1 1）链弧）链弧4 42 2555535352)2)转弯转弯：M M条弧相连共有转弯个数条弧相连共有转弯个数N N：34L1L1L2L2L3L3停靠点停靠点（4）网络要素的表示1）链弧4255352)转弯：593 3）停靠点、中心的属性）停靠点、中心的属性停靠点：直接在相应的结点上附上需求量属性，负为下卸，正值为装载，停靠点：直接在相应的结点上附上需求量属性，负为下卸，正值为装载，中中心心：资资源源最最大大容容量量、服服务务范范围围和和服服务务延延迟迟数数（在在其其它它中中心心达达到到某某个个数数量量时时才才提提供服务）。供服务）。学校学校3）停靠点、中心的属性停靠点：直接在相应的结点上附上需求量属603 3、网络分析、网络分析 （一）路径分析（一）路径分析（1）最短路径分析含义最短路径分析含义：在网络中从起点经一系列特定在网络中从起点经一系列特定的结点至终点的资源运移的最佳路线，即阻力最小的路径。的结点至终点的资源运移的最佳路线，即阻力最小的路径。（2 2）路径分析包括路径分析包括：1 1）静态求最佳路径）静态求最佳路径：在给定每条链上的属性后，求最佳路径。：在给定每条链上的属性后，求最佳路径。一般分析从一般分析从p1p1到到p2p2共有共有n n条路径，计算各路径上的权数之和，取最小者为最佳路径。条路径，计算各路径上的权数之和，取最小者为最佳路径。2 2）N N条最佳路径条最佳路径给给定定起起点点、终终点点，求求代代价价最最小小的的N N条条路路径径，事事实实上上，理理论论上上只只有有一一条条，实实际际上上需需选选择择N N条近似最佳路径。条近似最佳路径。3 3）最短路径或最低耗费路径）最短路径或最低耗费路径确定起点、终点和要经过的中间点、链，求最短或耗费最小路径。确定起点、终点和要经过的中间点、链，求最短或耗费最小路径。4 4）动态最佳路径分析）动态最佳路径分析实际中权数可能是变化的，可能会临时产生一些障碍点，要动态计算最佳路径。实际中权数可能是变化的，可能会临时产生一些障碍点，要动态计算最佳路径。（3 3）核心算法核心算法 求两点间的权数最小路径，常用的算法是求两点间的权数最小路径，常用的算法是DijkstraDijkstra。3、网络分析（一）路径分析61（二）（二）连通分析连通分析-最小生成树最小生成树（1 1）含义含义：连通图连通图：如果一个图中，任意两个节点之间都存在一条路。：如果一个图中，任意两个节点之间都存在一条路。树树：若一个连通图中不存在任何回路，则称为树。：若一个连通图中不存在任何回路，则称为树。最小生成树最小生成树：生成树是图的极小连通子图。：生成树是图的极小连通子图。生生成成树树T T的的权权数数：设设T T为为图图G G的的一一个个生生成成树树，若若把把T T中中各各边边的的权权数数相相加加，则则这这个个和和数数称称为为生生成成树树T T的的权权数数。在在G G的的所所有有生生成成树树中中，权权数数最最小小的的生生成成树树称称为为G G的的最小生成树。最小生成树。（2 2）应用应用：类似在类似在n n个城市间建立通信线路这样的连通分析问题。个城市间建立通信线路这样的连通分析问题。图的图的顶点顶点表示表示城市城市，边边表示两城市间的表示两城市间的线路线路，边边上所赋的上所赋的权值权值表示表示代价代价。对对n n个顶点的图可以建立许多生成树，个顶点的图可以建立许多生成树，每一棵树每一棵树可以是一个可以是一个通信网通信网。若要使。若要使通信网的通信网的造价最低造价最低，就需要构造图的，就需要构造图的最小生成树最小生成树。126543161118656（二）连通分析-最小生成树（1）含义：1265431662（3 3）构造最小生成树的依据有两条构造最小生成树的依据有两条 （4 4）算法算法（KruskalKruskal，克罗斯克尔，克罗斯克尔算法，也叫算法，也叫“避圈避圈”法）法）设图设图G G是由是由m m个节点构成的连通赋权图，则构造最小生成树的个节点构成的连通赋权图，则构造最小生成树的步骤步骤如下：如下：1）先把图）先把图G G中的各边按权数从小到大重新排列，并取权数最小的一条边为中的各边按权数从小到大重新排列，并取权数最小的一条边为T T中的边。中的边。2 2）在在剩剩下下的的边边中中，按按顺顺序序取取下下一一条条边边。若若该该边边与与T T中中已已有有的的边边构构成成回回路路，则则舍舍去去该该边边，否则选进否则选进T T 中。中。3 3）重复）重复2 2），直到有），直到有m-1m-1条边被选进条边被选进T T中，这中，这m-1m-1条边就是条边就是G G的。的。1 1）在网中选择在网中选择n n1 1条边连接网的条边连接网的n n个顶点；个顶点；2 2）尽可能选取权值为最小的边。尽可能选取权值为最小的边。1265431619332111141865612654316111865612654316111856赋权图赋权图最小生成树之一最小生成树之一最小生成树之二最小生成树之二（3）构造最小生成树的依据有两条1）在网中选择n1条边连63（三）资源分配（三）资源分配定位与分配问题定位与分配问题 （1）含义）含义：定定位位与与分分配配模模型型是是根根据据需需求求点点的的空空间间分分布布，在在一一些些候候选选点点中中选选择择给给定定数数量量的的供供应应点点以以使使预预定定的的目目标标方方程程达到最佳结果。达到最佳结果。-最佳分配中心最佳分配中心，最优配置最优配置。包括：包括：定定位位问问题题是是指指已已知知需需求求源源的的分分布布，确确定定在在哪哪里里布布设设供供应应点点最合适的问题；最合适的问题；分配问题是分配问题是确定这些需求源分别受哪个供应点服务的问题。确定这些需求源分别受哪个供应点服务的问题。（2 2）算法）算法 在运筹学的理论中，定位与分配模型常可用在运筹学的理论中，定位与分配模型常可用线性规划线性规划求得全局性的最佳结果。由于求得全局性的最佳结果。由于其计算量以及内存需求巨大，所以在实际应用中常用一些其计算量以及内存需求巨大，所以在实际应用中常用一些启发式算法启发式算法来逼近或求得最佳来逼近或求得最佳结果。结果。如如PP中心的定位分配问题中心的定位分配问题：在：在m m个候选点中选择个候选点中选择P P个供应点为个供应点为n n个需求点服务，使得个需求点服务，使得为这几个需求点服务的总距离为这几个需求点服务的总距离(或时间或费用或时间或费用)为最少。为最少。（3 3）应用应用：实际应用中，选择供应点时，并不只是要使总的加权距离为最小，有时需要使总的服实际应用中，选择供应点时，并不只是要使总的加权距离为最小，有时需要使总的服务范围为最大，有时又限定服务的最大距离不能超过一定的值，因此仅仅是务范围为最大，有时又限定服务的最大距离不能超过一定的值，因此仅仅是P P中心模型中心模型不足以不足以解决更多的实际问题，需要进行解决更多的实际问题，需要进行修改、扩充修改、扩充。（三）资源分配定位与分配问题（1）含义：定位问题是指已知64（四）流分析（四）流分析（1 1）概念概念：1 1）流）流：资源在结点间的传输。：资源在结点间的传输。2 2）流流分分析析：按按照照某某种种优优化化标标准准（时时间间最最少少、费费用用最最低低、路路程程最最短短或或运运送送量量最最大大等等）设计资源的运送方案。设计资源的运送方案。3 3）最最小小费费用用最最大大流流量量：不不仅仅要要考考虑虑使使网网络络上上的的流流量量最最大大，而而且且要要使使运运送送流流的的费费用用或或代价最小。代价最小。（2 2）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例例如如：把把结结点点分分为为发发货货中中心心和和收收货货中中心心，分分别别代代表表资资源源运运送送的的起起始始点点和和目目标标点点。这这时时发发货货中中心心的的容容量量代代表表待待运运送送资资源源量量，收收货货中中心心的的容容量量代代表表它它所所需需要要的的资资源源量量。弧弧段段的的相相关关数数据据也也要要扩扩充充，如如果果最最优优化化标标准准是是运运送送量量最最大大，需需要要设设定定边边的的传传输输能能力力；若是若是费用最低费用最低，则要设定边的，则要设定边的传输费用传输费用等。等。（3 3）计算计算：网络流理论网络流理论是它的计算基础。是它的计算基础。（四）流分析（1）概念：654、利用、利用ArcView进行最短距离（查找最近设施）分析进行最短距离（查找最近设施）分析（1）内容：是查找最近的消防站和从莫斯科市任何地点到消防站的最快途径。旅行时间的估算考虑链路阻抗、转弯阻抗和单行道。（2）目的：通过该实验，能掌握网络分析模块的应用。并为现实生活提供了决策的支持。（3）实验指导：1）加载NetworkAnalyst模块，加载数据并设置地图单位和距离单位。2）激活街道，选择Network/FindClosestFacility命令，单击Properties设置成本字段。3）确定某一地点。4）查找到最近的设施和最短路径。5）激活fac1，打开属性表，读取总成本。4、利用ArcView进行最短距离（查找最近设施）分析（1）665、利用、利用ArcView进行最佳路径分析进行最佳路径分析（1）内容：试查找两个城市之间的最佳（最短）路径，以英里或分钟表示。计算旅行时间的时速限制为65mi/h。旅行时间只考虑链路阻抗。（2）目的：本习作的目的是通过本实验，能掌握网络分析模块的应用及最佳路径的计算，为具体应用提供了决策的支持。（3）步骤：1）加载NetworkAnalyst模块，加载数据，并设置地图单位和距离单位。2）选择两个城市，如City_Name为Helena和Raleigh，或者选择多个。3）激活公路专题，选择Network/FindBestRoute命令，并设置成本字段。4）加载站点。5）计算最佳路径和全程距离。5、利用ArcView进行最佳路径分析676、利用、利用ArcView救灾应急（查找服务范围）服务救灾应急（查找服务范围）服务（1）内容：练习网络分析模块的应用，查找消防站的服务范围，估算莫斯科两个消防站的效率并对其进行分析。（2）目的：目的是了解网络分析中查找服务范围的操作及应用，为现实生活提供了决策支持。（3）步骤“1）加载NetworkAnalyst模块，加载数据并设置地图单位和距离单位。2）激活街道图层，选择Network/FindServeArea命令，回答问题定义对话框。3）加载站点，选择TravelfromSite/LoadSites命令。4）输入响应时间，完成在响应时间的地区为服务范围。5）单击SloveNetworkProblem按钮即可实现。6、利用ArcView救灾应急（查找服务范围）服务681、考核1：论文n结合GIS课程学习,选相关方面进行论文写作nA4,题目+姓名+摘要+关键词+提纲清晰+正文小四+参考文献n写作规范+自己综合归纳1、考核1：论文692、考核2课堂考试：开卷准备资料:PPT+ArcView教程2、考核270