第五章空间查询与空间分析

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第五章 空间查询与空间分析,5-1,空间查询,5-2,统计分析,5-,3,DEM,分析,5-4,叠置分析,5-5,缓冲区,分析,5-6,网络分析,5-7,空间分析模型,5-1,空间查询,第五章 空间查询与空间分析,空间数据库,查询条件,属性限制,空间拓扑限制,二者结合,GIS,软件,查询结果,统计结果：,图、表、文字,新图层,新的属性域添加到属性数据库,查询方式,图形,-,属性,空间查询语言,闪烁、颜色等明显表示,一、空间查询的方式,第五章 空间查询与空间分析,5-1,空间查询,返回,1,、,给出图形信息：,如鼠标点取，拉框等方式。,1,）检索其相应属性,；,2,）,检索其空间拓扑关系,2,、给出属性特征条件,1,）检索对应的空间实体,2,）查询属性,单纯查询,：单纯地查询属性，或只查询空间拓扑关系,联合查询,：将空间数据与属性数据联合查询。,二、空间数据查询种类,1,、几何参数查询,：,包括点的位置坐标，两点间的距离，一个或一段线目标的长度，一,个面目标的周长或面积等。,实现,：查询属性库或空间计算,第五章 空间查询与空间分析,5-1,空间查询,二、空间数据查询种类,2,、空间定位查询,：,给定一个点或一个几何图形，检索该图形范围内的空间对象及其属性。,1,）按点查询,：,给定一个鼠标点，查询离它最近的对象及属性,-,点的捕捉,。,2,）开窗查询,-,按矩形、圆、多边形查询,分为该窗口,包含,和,穿过,的区别。,实现,：根据空间索引，检索哪些对象可能位于该窗口，然后根据点、,线、面在查询开窗内的判别计算，检索到目标。,-,空间运算方法,第五章 空间查询与空间分析,5-1,空间查询,3,、空间关系查询,1,）相邻分析检索,-,通过,检索拓扑关系,面,面,：,A,、,从,多边形与弧段关联表,中，检索该多边形关联的所有弧段；,B,、,从,弧段关联,的左右多边形表中，检索出这些弧段关联的多边形。,线,线：,A,、,从,线状地物表,中，查找组成,A,的所有弧段及关联的结点；,B,、,从,结点表,中，查询与这些结点关联的弧段；,点,点：,（,A,与,B,是否相通）等。,第五章 空间查询与空间分析,5-1,空间查询,A,1,2,B,C,二、空间数据查询种类,2,）相关分析检索,（不同要素类型之间的关系）,-,通过,检索拓扑关系,线,面,（我国边境线总长度）,点,线,（自来水,GIS,中，与某阀门相关的水管）,点,面,第五章 空间查询与空间分析,5-1,空间查询,二、空间数据查询种类,3,、空间关系查询,3,）包含关系查询,查询某个面状地物所包含的空间对象。,同层包含,：,可,直接查询拓扑关系表,来实现。,不同层包含,：,实质是,叠置分析检索,，通过多边形叠置分析技术，只检索出,在窗口界限范围内的地理实体，窗口外的实体作裁剪处理。,第五章 空间查询与空间分析,5-1,空间查询,返回,二、空间数据查询种类,3,、空间关系查询,4,）穿越查询,采用,空间运算,的方法执行，根据一个线目标的空间坐标，计算哪些面或线,与之相交。,5,）落入查询,一个空间对象落入哪个空间对象之内。,-,空间运算,6,）缓冲区查询,根据用户给定的一个点、线、面缓冲的距离，从而形成一个,缓冲区的多边,形,，再根据,多边形检索,原理，检索该缓冲区内的空间实体。,第五章 空间查询与空间分析,5-1,空间查询,返回,二、空间数据查询种类,3,、空间关系查询,第五章 空间查询与空间分析,5-1,空间查询,返回,7,）边沿匹配检索,空间查询在,多幅地图,的数据文件之间进行，这时需应用,边沿匹配处理,技术。,二、空间数据查询种类,3,、空间关系查询,4,、属性查询,1,）,查找,仅选择一个属性表，给定一个属性值，找出对应的属性记录或图形。,在屏幕上已有一个属性表，用户任意点取记录，对应的图形以高亮显示。,实现,：,执行数据库,查询语言,，找到满足要求的,记录,，,得到它的,目标标识,，再通过目标标识在,图形数据文件,中找到,对应的空间,对象,，并,显示出来,。,第五章 空间查询与空间分析,5-1,空间查询,二、空间数据查询种类,4,、属性查询,第五章 空间查询与空间分析,5-1,空间查询,二、空间数据查询种类,1,） 查找,4,、属性查询,第五章 空间查询与空间分析,5-1,空间查询,实现：,交互式选择各项，输入后，系统再,转换,为标准的,SQL,，由数据库系统执行或,ODBC C,语言执行，得到结果，提,取目标标识，在图形文件中找到空间对象，并显示。,2,）,SQL,查询,3,）扩展,SQL,二、空间数据查询种类,3,）扩展,SQL,空间数据查询语言在数据库查询语言上加入,空间关系查询,。,空间数据类型,增加,空间操作算子,空间概念,主要优点,是：保留了,SQL,的风格，便于熟悉,SQL,的用户的掌握，通,用性较好，易于与关系数据库连接。,第五章 空间查询与空间分析,5-1,空间查询,返回,二、空间数据查询种类,4,、属性查询,5,、其它查询方法,第五章 空间查询与空间分析,5-1,空间查询,二、空间数据查询种类,5,、其它查询方法,1,）可视化空间查询,用,直观的图形或符号,表示。查询主要使用图形、图像、图标、符号来,表达概念。具有简单、直观、易于使用的特点。,缺点,：,1,）当空间约束条件复杂时，很难用图符描述；,2,）用二维图符表示图形之间的关系时，可能会出现歧义；,3,）难以表示“非”关系；,4,）不易进行范围（圆、矩形、多边形等）约束；,5,）无法进行屏幕定位查询等。,第五章 空间查询与空间分析,5-1,空间查询,二、空间数据查询种类,2,）超文本查询,图形、图像、字符等皆当作文本，并设置一些“,热点,”（,HotSpot,），“热点”可以是文本、键等。,用鼠标点击“热点”后，可以弹出说明信息、播放声音、完成某项,工作等。但超文本查询只能,预先设置,好，用户,不能实时,构建自己,要求的各种查询。,第五章 空间查询与空间分析,5-1,空间查询,二、空间数据查询种类,5,、其它查询方法,3,）自然语言空间查询,在,SQL,查询中引入一些自然语言，如温度高的城市,SELECT name,FROM Cities,WHERE,temperature is high,SELECT name,FROM Cities,WHERE,temperature = 33.75,只适用于,某个专业领域,的地理信息系统，而,不能,作为地理信息系统中的,通用,数据库查询语言。,第五章 空间查询与空间分析,5-1,空间查询,作定量转换,二、空间数据查询种类,5,、其它查询方法,第五章 空间查询与空间分析,5-2,统计分析,一、统计图表分析,第五章 空间查询与空间分析,5-2,统计分析,一、统计图表分析,统计表格,是,详尽地,表示非空间数据的方法，,不直观,，,但可提供详细数据，便于对数据进行,再处理,。,二、属性数据的集中特征数,-,找出数据分布的,集中位置,3,、数学期望：,反映数据分布的集中趋势。,4,、中数：,有序数据集中出现频率占半数的数据值。,5,、众数,：,众数是具有最大可能出现的数值。,第五章 空间查询与空间分析,5-2,统计分析,1,、频数和频率,频数：,变量在各组出现或发生的次数；,频率：,各组频数与总频数之比；,2,、平均数,：,有简单,算术平均数,和,加权算术平均数,。,三、属性数据的离散特征数,返回,三、属性数据的离散特征数,第五章 空间查询与空间分析,5-2,统计分析,1,、,极差,：是一组数据中最大值与最小值之差,2,、,离差，,平均离差与离差平方,：,1,）离差,：一组数据中的各数据值与平均数之差,2,）,平均离差,：,将离差取绝对值，然后求和，再取平均数,3,）,离差平方,：,离差求平方和,四、统计数据的分类分级,返回,三、属性数据的离散特征数,3,、,方差与标准差,1,）,方差,：,是以离差平方和除以变量个数求得的。,2,）,标准差,：,标准差是方差的平方根。,第五章 空间查询与空间分析,5-2,统计分析,4,、变差系数,：,用来衡量数据在时间和空间上的,相对变化,的程度，它是无,量纲的量。,为标准差除以平均数取百分。,四、统计数据的分类分级,返回,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,归为,一类，把,差异大,的,样本,区分,开来。,第五章 空间查询与空间分析,5-2,统计分析,距离,：,表示,相似程度,，,欧氏距离,绝对值距离,相似系数距离,九大农业区聚类分析,3,4 9 2 8 1 5 7 6,2,、最优分割分级法,针对,有序样本,或,可变为有序,(,排序,),的样本,对于,每种分级,，可按定义为各级内数据的,离差平方和,之和的误差函数公,式来计算,分级误差,的大小，选择,级内,离差平方和,为,最小,而,级间,离差平方,和,为,极大,的一种分级方法为,最优,。,离差：一组数据中的各数据值与平均数之差称为离差。,第五章 空间查询与空间分析,5-2,统计分析,四、统计数据的分类分级,一、,DEM,概述,1,、含义,：,DEM,（,Digital Elevation Models,）：,z = f,（,x,，,y,）。,DTM,（,Digital Terrain Models,）：,z,为其他二维表面上,连续变化,的,地理,特征,。,第五章 空间查询与空间分析,5-,3,DEM,分析,2,、表示法：,2,、表示法：,第五章 空间查询与空间分析,5-3 DEM,分析,一、,DEM,概述,1,）,等高线法,第五章 空间查询与空间分析,5-3 DEM,分析,等高线是一条带有高程值属性的,简单多边形,或多边形弧段。,需要用,插值方法,来计算落在,等高线以外,的,其他点,的高程。,一、,DEM,概述,2,、表示法：,矢量等高线,栅格等高线,2,）,TIN,法,TIN,（,Triangulated Irregular Network),利用所有采样点取得的离散数据，按照,优化组合,的原则，把这些离散点连接成相互连续的,三角面。,第五章 空间查询与空间分析,5-3 DEM,分析,一、,DEM,概述,2,、表示法：,连接原则：,尽可能地确保每个三角形都是,锐角三角形,或是三边的,长度近,似,相等,-Delaunay,。,2,）,TIN,法,第五章 空间查询与空间分析,5-3 DEM,分析,一、,DEM,概述,2,、表示法：,3,） 规则格网法,(Grid),规则格网法是把,DEM,表示成,高,程矩阵,，,DEM,来源于直接规则矩,形格网采样点或由不规则离散数,据点内插产生。,结构简单,，,计算机对矩阵的,处,理,比较,方便,，成为,DEM,最通用,的,形式。,第五章 空间查询与空间分析,5-3 DEM,分析,一、,DEM,概述,2,、表示法：,第五章 空间查询与空间分析,5-3 DEM,分析,一、,DEM,概述,2,、表示法：,3,） 规则格网法,(Grid),缺点,：,a),地形简单的地区存在,大量冗余数,据；,b),如不改变,格网大小,则,无法适用,于起伏程度不同的,地区；,c),对于某些特殊计算如,视线,计算时，格网的,轴线方向,被夸大,；,d),由于栅格过于粗略，,不能精确,表示地形的关键特征,如山峰、洼坑、山脊等；,3,、,DEM,特点,1,）容易以多种形式显示地形信息。,2,）精度不会损失。,3,）容易实现自动化、实时化。,第五章 空间查询与空间分析,5-3 DEM,分析,一、,DEM,概述,二、,DEM,建立,1,、数据获取与处理,第五章 空间查询与空间分析,5-3 DEM,分析,沿断面采集,选点采集,1,）,数据采集,资料来源于张超主编的,地理信息系统教程,所配光盘,地形图数字化采集,航空相片采集,地面测量采集,机载测高仪采集,选点采集,随机采集,沿等高线采集,沿断面采集,2),数据处理,第五章 空间查询与空间分析,5-3 DEM,分析,二、,DEM,建立,1,、数据获取与处理,格式转换,坐标系变换,数据编辑,数据分快,数据内插,第五章 空间查询与空间分析,5-3 DEM,分析,二、,DEM,建立,2,、,DEM,生成,1,）人工网格法,在地形图上蒙上格网，,逐格,读取,中心点,或,交点,的高程值。,第五章 空间查询与空间分析,5-3 DEM,分析,对有限个离散点，,每三个,邻近点,联结成,三角形，每个三角形代表一个,局部平面,，再根据每个平面方程，可计算,各格网点,高程，生成,DEM,。,2,）三角网法,二、,DEM,建立,2,、,DEM,生成,3,）立体像对法,第五章 空间查询与空间分析,5-3 DEM,分析,资料来源于张超主编的,地理信息系统教程,所配光盘,二、,DEM,建立,2,、,DEM,生成,通过遥感立体像对，,根据视差模型，自动,选配左右影像的同命,点，建立数字高程模,型。,4,）曲面拟合法,整体拟合,：,根据研究区域内,所有采样点,的观测值建立,趋势面模型,。,局部拟合,：,利用,邻近的,数据点,估计,未知点的值，能,反映局部,特征。,第五章 空间查询与空间分析,5-3 DEM,分析,二、,DEM,建立,2,、,DEM,生成,5,）等值线插值法,第五章 空间查询与空间分析,5-3 DEM,分析,二、,DEM,建立,2,、,DEM,生成,距离加权法,移动拟合法,双线性多项式内插法,样条函数内插法,最小二乘匹配法,有限元法,分形插值法,三、,DEM,的应用,（一）,基于,DEM,的信息提取,1,、坡度,定义为,地表单元的法向,与,Z,轴,的夹角，即,切平面,与,水平面,的夹角。,2,、坡向,坡向是地表单元的法向量在,水平面上的投影,与,X,轴,之间的夹角，,（,Grid DEM,上制作坡度、坡向图,）,3,、地表粗造度（破碎度）,定义为地表单元的,曲面面积,与其水平面上的,投影面积,之比。,第五章 空间查询与空间分析,5-3 DEM,分析,Grid DEM,上制作坡度、坡向图,通常用,3*3,的格网窗口在,DEM,数据矩阵中连续移动计算完成。,第五章 空间查询与空间分析,5-3 DEM,分析,返回,部分资料来源于张超主编的,地理信息系统教程,所配光盘,4,、高程变异分析,第五章 空间查询与空间分析,5-3 DEM,分析,包括平均高程、相对高程、高程标准差，高程变异。,高程变异：为格网顶点的,高程标准差,与,平均高程,的,比值,。,三、,DEM,的应用,（一） 基于,DEM,的信息提取,第五章 空间查询与空间分析,5-3 DEM,分析,平地,岗丘,丘陵,低山,高山,绝对,h,400600,相对,h,100,100-200,坡向,3,DEM,计算地表形态要素,H,H,坡度、坡向等,地形分类标准表,地形自动分类,5,、,地貌形态的自动分类,三、,DEM,的应用,（一） 基于,DEM,的信息提取,（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步骤：,1,、等高线追踪,：,利用,DEM,矩形格网点的高程内插出,格网边上,的等高线点，并,将这些等高线点,排序,；,2,、等高线光滑,：,进一步,加密,等高线点并绘制光滑曲线。,第五章 空间查询与空间分析,5-3 DEM,分析,三、,DEM,的应用,（二）等高线的绘制,第五章 空间查询与空间分析,5-3 DEM,分析,三、,DEM,的应用,（三）,基于,DEM,的可视化分析,1,、剖面分析,1,）意义,：,以线代面,，研究区域的地貌形态、轮廓形状、地势变化、地质,构造、斜坡特征、地表切割强度等。,如果在地形剖面上,叠加,其它地理变量，可以提供,土地利用规划,、,工程选线,和,选址,等的决策依据。,第五章 空间查询与空间分析,5-3 DEM,分析,三、,DEM,的应用,（三）,基于,DEM,的可视化分析,2,）绘制,第五章 空间查询与空间分析,5-3 DEM,分析,可在,格网,DEM,三角网,DEM,上进行。,三、,DEM,的应用,1,、剖面分析,（三）,基于,DEM,的可视化分析,3,）应用,第五章 空间查询与空间分析,5-3 DEM,分析,三、,DEM,的应用,1,、剖面分析,2,、,通视分析,通视分析是指以,某一点,为观察点，研究,某一区域,通视情,况,的地形分析。,1,）方法,：,a,、,以,O,为,观察点,，对格网,DEM,或三角网,DEM,上的,每个点,判断通,视与否，通视赋值为,1,，不通视赋值为,0,。,b,、,以,观察点,O,为轴，以一定的,方位角间隔,算出,0,360,的,所有方位线上,的通视情况。,第五章 空间查询与空间分析,5-3 DEM,分析,三、,DEM,的应用,（三）,基于,DEM,的可视化分析,a,）倾角法,观察点与,各交点,的,倾角,为,i,(i,A,B,C),若,tg,max(tg,i, i,A,、,B,、,C),，则,OP,通视,否则，不通视。,第五章 空间查询与空间分析,5-3 DEM,分析,b),剖面图,两点连线是否与剖面相交。,A,B,A,2,）关键算法：,判断格网或三角网上的某一点是否通视,三、,DEM,的应用,（三）,基于,DEM,的可视化分析,2,、通视分析,3,）通视分析示例,观察点,第五章 空间查询与空间分析,5-3 DEM,分析,不通视,通视,资料来源于张超主编的,地理信息系统教程,所配光盘,三、,DEM,的应用,（三）,基于,DEM,的可视化分析,2,、通视分析,第五章 空间查询与空间分析,5-3 DEM,分析,雷达盲区飞行,可视域的三维显示,资料来源于张超主编的,地理信息系统教程,所配光盘,三、,DEM,的应用,（三）,基于,DEM,的可视化分析,2,、通视分析,3,）通视分析示例,3,、地形三维图绘制,第五章 空间查询与空间分析,5-3 DEM,分析,DEM,高程点,建立几何模型,透视变换,隐藏线、面的消除,光照模型计算,贴纹理,图形输出,三、,DEM,的应用,（三）,基于,DEM,的可视化分析,（示图）,第五章 空间查询与空间分析,5-3 DEM,分析,4,、地貌晕渲图绘制,第五章 空间查询与空间分析,5-3 DEM,分析,资料来源于张超主编的,地理信息系统教程,所配光盘,三、,DEM,的应用,（三）,基于,DEM,的可视化分析,即阴影立体法，可增,加丘陵和山区地区描,述高差起伏的视觉效,果。,5,、模拟飞行,第五章 空间查询与空间分析,5-3 DEM,分析,三、,DEM,的应用,（三）,基于,DEM,的可视化分析,（四）数字流域分析,1,、流向计算,2,、流线追踪：,第五章 空间查询与空间分析,5-3 DEM,分析,三、,DEM,的应用,3,、累积流水量：,流入每个栅格的所有的栅格的数目。,4,、水系自动生成：,累积流水,量达到某值形成水系。,5,、地形结构线自动提取,第五章 空间查询与空间分析,5-3 DEM,分析,三、,DEM,的应用,（四）数字流域分析,6,、汇流区分割与汇水量计算,与地表植被、土壤渗透、降雨等数据结合分析，可以进行区域洪水预报。,第五章 空间查询与空间分析,5-3 DEM,分析,三、,DEM,的应用,（四）数字流域分析,第五章 空间查询与空间分析,5-3 DEM,分析,（四）流域水文特征及土木工程,三、,DEM,的应用,第五章 空间查询与空间分析,5-3 DEM,分析,三、,DEM,的应用,（五）,应用领域,1,）土木工程,：,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,；,2,）测绘,：,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；,3,）遥感,：,作为分类的辅助数据。它还是地理信息系统的基础数据，可用于土地利用现状的分析、合理规划等,；,4,）军事,：,可用于导航及导弹制导、作战电子沙盘等。,5,）数字水文分析,：,水系自动提取、流域划分、洪水险情预报等。,第五章 空间查询与空间分析,5-3 DEM,分析,四、,DEM,精度评价,1,）原始数据精度,(,采样密度、测量误差、地形类别、控制点等,),2,）内插精度,(,内插方法、地形类型、原始数据的密度等,),。,1,：,5,万,DEM,生产规定：,DEM,等高线回放图与原底图按公里格网叠合检查，等高线偏离不大于,1/2,等高距。,原始数据,DEM,叠加评价,等高线,原始等高线,再生等高线,叠置分析,是将,同一地区,的,两组,或,两,组以上,的要素（地图）进行,叠置,，,产生,新的特征,（新的空间图形或空,间位置上的新属性的过程）的,分析,方法,。,第五章 空间查询与空间分析,5-4,叠置分析,图片摘自张超主编的,地理信息系统教程,所配光盘,一、基于矢量数据的叠置分析,第五章 空间查询与空间分析,5-4,叠置分析,1,、内容,1,）点与多边形的叠置,点层与面层的叠置,核心算法,为判断点是否在多边形内。,2,）线与多边形的叠置,线与多边形的叠置是把一幅图,(,或一个数据层,),中的多边形的,特征加到另一幅图,(,或另 一个数据层,),的线上。,线与多边形叠置的算法就是,线的多边形裁剪,。,2,、多边形与多边形的叠置,1,）定义：,是指,不同图幅,或,不同图层,多边形要素之间的叠置，,根据两组多边形边界的交点来,建立,具有,多重,属性的,多,边形,（合成叠置）或进行多边形范围内的,属性特性,的,统计分析（统计叠置）。,2,）应用,：寻求和确定,同时具有,几种属性的分布区域。,第五章 空间查询与空间分析,5-4,叠置分析,一、基于矢量数据的叠置分析,3,）实施步骤,a,）对原始数据（多边形）形成,拓扑关系,。,b),多层多边形数据的,空间叠置,，形成新层。,c,）对新层中的多边形,重建拓扑,。,d,）,删除多余多边形,（或处理意义多边形）提取感兴趣的部分。,第五章 空间查询与空间分析,5-4,叠置分析,一、基于矢量数据的叠置分析,2,、多边形与多边形的叠置,第五章 空间查询与空间分析,4),难点,a,）会产生,大量,对用户,无关,的多边形，需建拓扑，工作量大。,b,）会产生多边形叠置的,位置误差,，需要进行处理。,c,）建新多边形拓扑和多边形与新属性的,连接,，工作量大。,5-4,叠置分析,一、基于矢量数据的叠置分析,2,、多边形与多边形的叠置,二、基于栅格数据的叠置分析,（一）单层栅格数据的分析,1,、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。,2,、重分类,重分类是将属性数据的类别,合并,或,转换,成新类。,第五章 空间查询与空间分析,5-4,叠置分析,3,、滤波运算,滤波运算可将破碎的地物,合并,和,光滑,化，,通过边缘增强和提取，获取区域的边界。,4,、特征参数计算,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。,第五章 空间查询与空间分析,5-4,叠置分析,二、基于栅格数据的叠置分析,（一）单层栅格数据的分析,第五章 空间查询与空间分析,5-4,叠置分析,5,、相似运算,-,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,体相似的其它物体的运算。,二、基于栅格数据的叠置分析,（一）单层栅格数据的分析,（二）多层栅格数据的叠置分析,A,，,B,，,C,等表示各层上的属性值，,f,函数取决于叠置的要求。,第五章 空间查询与空间分析,5-4,叠置分析,U,f(A,B,C,),部分资料摘自张超主编的,地理信息系统教程,所配光盘,二、基于栅格数据的叠置分析,（二）多层栅格数据的叠置分析,第五章 空间查询与空间分析,5-4,叠置分析,1,、单点变换：,1,）概念,：,只将对应,栅格单元,的属性作某种运算得到新图层属性，而,不受,其邻近点的属,性值的影响。,2,）算法原理：,二、基于栅格数据的叠置分析,赋常数 提取,加法 覆盖,减法 分类,逻辑组合,2,、区域变换,新属性的值,不仅,与对应的原属性值相关，而且与原属性值,所在,的,区域,的长度、面积、形状等特性相关。,3,、邻域变换,计算新图层属性时，,不仅,考虑原始图上对应栅格,本身,的值，还需考虑该图元,邻域关联,的其他图元值的影响。,第五章 空间查询与空间分析,5-4,叠置分析,二、基于栅格数据的叠置分析,（二）多层栅格数据的叠置分析,第五章 空间查询与空间分析,5-4,叠置分析,1,）类型叠置,：获取新的类型,2,）数量统计,:,即计算某一区域内的类型和面积,3,）动态分析,4,）益本分析,5,）几何提取,二、基于栅格数据的叠置分析,（二）叠置分析的作用,一、缓冲区及其作用,缓冲区,是地理空间目标的一种,影响范围,或,服务范围,，具体指在点、线、,面实体的周围，自动建立的,一定宽度,的,多边形,。,数学表达,为：,作用,： 缓冲区分析是,GIS,的基本空间操作功能之一，一般应用于求地理实,体的影响范围，即,邻近度问题,。,第五章 空间查询与空间分析,5-5,缓冲区,分析,第五章 空间查询与空间分析,5-5,缓冲区,分析,二、基于矢量数据的缓冲区的建立,点的缓冲区,线的缓冲区,面的缓冲,多个实体的缓冲区，各实体缓冲区的并，半径可以不同,三、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,。,第五章 空间查询与空间分析,栅格数据,距离变换,提取一定宽度的多边形,缓冲区,5-5,缓冲区,分析,一、概念,第五章 空间查询与空间分析,5-6,网络,分析,网络分析的基础是,图论,和,运筹学。,GIS,的网络分析是依据网络的,拓扑关系,，通过考察网,络元素的,空间及属性数据,，以,数学理论模型,为基础，,对网络的性能特征进行多方面的一种分析计算。,二、网络的组成,1,、网络,：,是一系列联结的弧段，形式物质，信,息流通的通道。,2,、网络基本要素,：,1,）结点：,网络中任意两条线段的交点。,2,）链：,连通路线，连结两点的段要素。,第五章 空间查询与空间分析,5-6,网络,分析,结点,站点,3,）转弯：,从一条链上经结点转向另一条链。,4,）停靠点（站点）：,网络中资源的上、下结点。,5,）中心：,收发资源的结点处的设施。,6,）障碍：,资源不能通过的结点。,二、网络的组成,第五章 空间查询与空间分析,5-6,网络,分析,3,、属性,1,）阻碍：,资源在网络中运行的阻力。,2,）资源需求量：,网络中与弧段和停靠点相联系资源的数量。,3,）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。,4,、网络要素的表示,1,）链弧,第五章 空间查询与空间分析,5-6,网络,分析,4,2,55,35,链弧号,起结点,终结点,长度,(km),正方向阻强,(km/h),反方向阻强,(km/h),资源需求量,20,2,4,145.3,35,55,（,-1:,表示不通，单行道）,二、网络的组成,4,、网络要素的表示,第五章 空间查询与空间分析,5-6,网络,分析,2),转弯,M,条弧相连共有转弯个数,N,：,结点号,从弧段,至弧段,角度,时间阻强,(s),34,L2,L1,90,60,34,L1,L1,180,30,34,L2,L3,-90,-1(,不允许拐弯）,34,L1,L3,0,0(,无阻强,),二、网络的组成,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性，负为下卸，,正值为装载，,中心：,资源最大容量、服务范围和服务延迟数。,第五章 空间查询与空间分析,5-6,网络,分析,结点号,需求量,45,35,46,-20,结点号,资源最大容量,服务范围,服务延迟数,24,1000,200,0,学校,二、网络的组成,4,、网络要素的表示,三、网络分析,（一）路径分析,1,、,最短路径分析含义：,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。,2,、,核心算法,求两点间的权数最小路径，常用的算法是,Dijkstra,。,第五章 空间查询与空间分析,5-6,网络,分析,三、网络分析,（一）路径分析,3,、,路径分析包括：,1,）静态求最佳路径,2,）,N,条最佳路径,3,）最短路径或最低,耗费路径,4,）动态最佳路径分析,第五章 空间查询与空间分析,5-6,网络,分析,（二） 连通分析,-,最小生成树,1,、含义,连通图,：,如果一个图中，任意两个节点之间都存在一条路。,树,：,若一个连通图中不存在任何回路，则称为树。,最小生成树,：,生成树是图的极小连通子图。,生成树,T,的权数,：,生成树,中各边的权数之和。,第五章 空间查询与空间分析,5-6,网络,分析,三、网络分析,（二） 连通分析,-,最小生成树,2,、应用,类似在,n,个城市间建立通信线路这样的连通分析问题。,图的,顶点,表示,城市,，,边,表示两城市间的,线路,，,边,上所赋的,权值,表示,代价,。,第五章 空间查询与空间分析,5-6,网络,分析,1,2,6,5,4,3,16,11,18,6,5,6,三、网络分析,3,、构造最小生成树的依据有两条,第五章 空间查询与空间分析,5-6,网络,分析,1,）,在网中选择,n,1,条边连接网的,n,个顶点；,2,）,尽可能选取权值为最小的边。,1,2,6,5,4,3,16,19,33,21,11,14,18,6,5,6,1,2,6,5,4,3,16,11,18,6,5,6,1,2,6,5,4,3,16,11,18,5,6,赋权图,最小生成树之一,最小生成树之二,三、网络分析,（二） 连通分析,-,最小生成树,4,、算法,（,Kruskal,，克罗斯克尔,算法，也叫“避圈”法）,1,）先把图,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,T,中的边。,2,）,在剩下的边中，按顺序取下一条边。若该边与,T,中已有的边构成回,路，则舍去该边，否则选进,T,中。,3,）重复,2,），直到有,m-1,条边被选进,T,中，这,m-1,条边就是,G,的。,第五章 空间查询与空间分析,5-6,网络,分析,三、网络分析,（二） 连通分析,-,最小生成树,（三）资源分配,定位与分配问题,1,、含义：,在一些候选点中选择给定数量的供应点以使预定,的目标方程达到最佳结果。,-,最佳分配中心,，,最,优配置,。,包括：,第五章 空间查询与空间分析,5-6,网络,分析,定位问题：,指已知需求源的分布，确定在哪里布设,供应点最合适的问题；,分配问题：,确定这些需求源分别受哪个供应点服务,的问题。,三、网络分析,第五章 空间查询与空间分析,5-6,网络,分析,2,、算法,在实际应用中常用一些,启发式算法,来逼近或求得最佳结,果。,3,、,应用：,仅仅是,P,中心模型,不足以,解决更多的实际问题，需要进行,修改、扩充,。,三、网络分析,（三）资源分配,定位与分配问题,（四）流分析,1,、概念：,1,）流,：,资源在结点间的传输。,2,）流分析,：,按照某种优化标准（时间最少、费用最低、路程最短或,运送量最大等）设计资源的运送方案。,3,）最小费用最大流量,：,要使网络上的流量最大，要使运送流的费,用或代价最小。,第五章 空间查询与空间分析,5-6,网络,分析,三、网络分析,2,、要根据最优化标准的不同扩充网络模型,3,、计算,：,网络流理论,是它的计算基础。,第五章 空间查询与空间分析,5-6,网络,分析,三、网络分析,（四）流分析,最小费用最大流问题就是求极值问题：,一、空间分析建模,专业应用模型,1,、定义,：,空间分析模型是指用于,GIS,空间分析的数学模型，是在,GIS,空,间数据基础上建立起来的模型，是通过作用于原始数据和派生,数据的一组顺序的、交互的,空间分析操作命令,，,对一个,空间决,策过程,进行的,模拟,。,第五章 空间查询与空间分析,5-7,空间,分析模型,2,、空间分析与应用模型的关系,第五章 空间查询与空间分析,空间分析,应用模型,空间分析是基本的，解决,一般问题,的理论和,方法，而一般应用模型是不可枚举的，是复,合、复杂的，解决,专门问题,的理论和方法，它,的解决应以空间分析的基本方法和算法模型为,基础,。（局部与整体的关系）,5-7,空间,分析模型,一、空间分析建模,专业应用模型,（,1,）空间分析模型是联系,GIS,应用系统,与,专业领域,的,纽带,，,必须以广泛、深入的专业研究为基础；,（,2,）空间分析模型是,综合利用,GIS,中大量数据的,工具,，数据,的综合分析和应用主要通过模型来实现；,（,3,）空间分析模型是,分析型,和,辅助决策型,GIS,区别于,管理型,GIS,的一个,重要特征,，是解决空间分析和辅助决策问题的核,心。,第五章 空间查询与空间分析,3,、空间分析模型的意义,5-7,空间,分析模型,一、空间分析建模,专业应用模型,一、空间分析建模,专业应用模型,第五章 空间查询与空间分析,5-7,空间,分析模型,4,、地理信息建模系统,（,GIMS,）,是研究如何根据,给定条件,（如已知数据和约束条件）,自动生成,解决问,题（如确定候选地址）的,整个操作过程,。,它能支持面向用户的,空间分析,模型的定义,、,生成和检验的环境,，,支持与用户交互式,的基于,GIS,的分析、,建模和决策。,GIMS,是目前,GIS,研究的热点问题之一。,5,、空间建模现状：,第五章 空间查询与空间分析,3),混合型空间模型法,是前两种方法的结合， 尽可能利用,GIS,提供的功能,保持外部空间模型法的灵活性,2),嵌入式,（,内部空间模型法,）,1),松散耦合式,（,外部空间模型法,）,高级语言建立专业模型,GIS,空间数据库,数据通讯,二次开发语言专业模型,空间,数据库,5-7,空间,分析模型,一、空间分析建模,专业应用模型,6,、,GIS,中常用空间分析模型,1,）相关分析模型,：,用来分析研究各种地理要素数据之间相互关系的一种有效手段。,2),趋势面分析模型,：,用来将现象的空间分布特征及其区域变化趋势模拟出来。,3),预测模型,：,反映地理要素的动态发展规律，并用于预测分析。,-,常用,回归模型,。,4,）聚类模型,：,描述各种地理要素数据之间的近似程度，相似的可合并。,第五章 空间查询与空间分析,5-7,空间,分析模型,一、空间分析建模,专业应用模型,二、空间决策支持,-GIS,空间分析的主要目的,1,、空间决策支持定义,是应用空间分析的,各种手段,对空间数据进行,处理变换,，以,提,取,隐含于空间数据中的,某些事实,和,关系,，并以图形和文字的形,式,直观,地加以,表示,，为现实世界中的各种应用提供科学、合理,的,支持,。,2,、,GIS,解决空间问题的一般步骤,1,）明确目的、要求；,2,）收集（准备）数据并建库,;,3,）确定,GIS,空间分析步骤；,4,）,输出结果,；,第五章 空间查询与空间分析,5-7,空间,分析模型,例,1,：道路拓宽改建过程中的拆迁指标计算,1,）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面积和房产价值。,2,）准备进行分析的数据,涉及两类信息：,A,、现状道路图；,B,、分析区域内建筑物分布图及相关的信息；,第五章 空间查询与空间分析,5-7,空间,分析模型,三、空间决策支持的实例,3,）进行空间操作,a),选择拟拓宽的道路，建立道路的缓冲区。,b),将此缓冲区与建筑物层数据进行拓扑叠加，,产生一幅新图，,4,）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,对所有需拆迁的建筑物进行拆迁指标计算。,5,）将分析结果以地图或表格的形式打印输出,第五章 空间查询与空间分析,5-7,空间,分析模型,三、空间决策支持的实例,例,1,：道路拓宽改建过程中的拆迁指标计算,例,2,：辅助建筑项目选址,1,）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。,2,）从数据库中提取用于选址的数据,A,、全市,所有地块,信息的数据层；,B,、全市,公共设施,的分布图。,第五章 空间查询与空间分析,5-7,空间,分析模型,三、空间决策支持的实例,3,）进行特征提取和空间拓扑叠加,从地块图中提取满足条件的地块，并与公共设施层数据进行叠加。,4,）进行邻域分析,对叠加结果进行邻域分析和特征提取，去掉周围有幼儿园、学校等公共,设施的地块，选择满足要求的地块。,5,）将选择的地块及相关信息以地图和表格的形式打印输出。,第五章 空间查询与空间分析,5-7,空间,分析模型,三、空间决策支持的实例,例,2,：辅助建筑项目选址,