空间分析(201009-12用)

,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,*,空间分析,空间分析是,GIS,系统的重要功能之一，是,GIS,系统与计算机辅助绘图系统的主要区别。,空间分析的,对象,是一系列,跟空间位置有关的数据,，这些数据包括,空间坐标,和,专业属性,两部分。其中,空间坐标,用于实体的空间位置和几何形态，,专业属性,则是实体某一方面的性质。,空间分析的定义,字面定义：,空间数据的分析和数据的空间分析。,空间数据分析,1,、描述空间对象的非空间特性,2,、方法：概率、数理统计等数学方法,3,、特点：几何特征不是主要限制因子（例：聚类分析）数据处理与一般的数据统计分析基本一致分析结果依托于地理空间，描述的是空间过程，揭示空间规律和机制。,数据空间分析,1,、描述空间对象的空间位置、关系，对空间对象进行定量描述,2,、方法：空间统计学、图论、拓扑学、,计算几何,等。,3,、特点：非严格意义的分析，是空间事物的描述和说明，特征提取和参数计算回答是什么、在那里、有多少和怎么样，并不回答为什么。,定义：,空间分析是基于地理对象的位置和形态特征的空间数据分析技术，其目的在于提取和传输空间信息。,GIS,应用模式,结合计算机技术的最新发展和,GIS,技术应用的发展，确定,GIS,的应用领域。地理信息系统可用于回答以下问题：,定位,(,Location,),：,对象在何处,?,条件,(,Condition,),：,哪些地方符合,.,特定的条件,?,趋势,(,Trends,),：,从何时起发生了哪些变化？,模式,(,Patterns,),：,对象的分布存在何种空间模式？,模拟,(,Modeling,),：,如果,.,将如何,?,GIS,应用方式,如何为一公园选择合理位置？,依山傍水；交通方便；较安静,要求,方案,2,条件,2,方案,1,条件,1,处理、分析,空间分析,算法,现实世界,获取,水系信息,地形信息,道路信息,植被信息等,+,+,+,空间,数据库,存储,空间分析的主要内容,1,、空间位置：,借助于空间坐标系传递空间对象的,定位信息，是空间对象表述的研究基础，即投影与,转换理论。,2,、空间分布：,同类空间对象的群体定位信息，包,括分布、趋势、对比等内容。,3,、空间形态：,空间对象的几何形态。,4,、空间距离：,空间物体的接近程度。,5,、空间关系：,空间对象的相关关系，包括拓扑、,方位、相似、相关等。,各种空间分析术语,基本的空间分析包括以下方面：,空间查询,5.1,空间量算,5.8,缓冲区分析,5.5,叠加分析,5.4,网络分析,5.7,空间统计分析,5.2,空间插值,4.6,数字高程模型,5.3,空间建模与空间决策支持系统,5.9,面向应用的分析,简单的空间分析,复杂的空间分析,空间查询的定义,什么是空间查询？,空间查询是空间分析基础，任何空间分析都开始于空间查询。,回答用户的简单问题,不改变空间数据库数据,不产生新的空间实体和数据,空间查询技术由简单到复杂,查询和推理。,空间查询分析,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,1,、空间查询方式？,2,、查询结果显示？,空间查询方式,图形查询：,实体之间的空间关系查询，实体的属性信息查询等。,属性查询：,基于实体的属性信息进行查询，与一般的数据库查询相同，只不过最后查询的结果需要再与图形关联起来。,图形属性互查：,将空间关系和属性结合起来进行查询，并将最后结果以图形和属性两种方式显示出来。如：查询京九线沿线人口大于,100,万的城市及各种属性信息。,地址匹配：,根据一个地理名字（如学校名字）来定位相关实体并获得其属性信息。其基础是,地理编码,，,即将一个地理名字与一个或若干个空间实体关联起来、或者与实体的某个属性关联起来、或者与某个地理坐标关联起来。,空间查询显示,方 式,内 容,结 果,几何查询,属性查询,临近空间对象,与属性,高亮度显示,拓扑查询,SQL,查询,空间对象分布,空间关系,空间对象与属性,属性列表,统计地图,空间量算分析,几何量算,点：坐标,线：长度、曲率、方向,面：面积、周长、形状、曲率等,体：体积、表面积,形状量算,质心量算：面或离散实体的分布中心,距离量算,：实体之间的各种距离计算（大地测量距离、曼哈顿距离、时间距离等）。,r1,为膨胀面,几何量算,含义：,点：,0,维，坐标。,线：,1,维，长度、曲率、方向。,面：,2,维，面积、周长等。,体：,3,维，表面积、体积等。,线长度计算,矢量：两点之间的直线距离，复合线段累加求和。,栅格：网格数目累加。,面积计算,矢量：几何交叉求积（坐标法）。,栅格：相同属性值的格网数目与格网面积的乘积。,几何量算,线长度可由两点间直线距离相加得到。,面积和周长的计算。在平面直角坐标系中，计算面积时，计算,y,值以下面积按矢量方向，分别求出向右向左两个方向各自的面积，它们的绝对值之差，便是多边形面积值，周长则是线段之,和。,形状量算,圆,U=1,U1,膨胀型,U1,紧缩型,形状特征描述参数,基本考虑：空间完整性、多边形形状特征,如果认为一个标准的圆目标既非紧凑型也非膨胀型，则可定义其形状系数为：,其中，,P,为目标物周长，,A,为目标物面积。,如果,U,1,，目标物为紧凑型；,U,1,，目标物为一标准圆；,U,1,，目标物为膨胀型。,质心量算,定义：目标的半径位置或保持均匀的平衡点，一般为多边形的,几何中心或重心,。,计算公式：,质心量算,或者：,i,为离散目标，,w,为权重，,x,，,y,为目标坐标,应用,跟踪某些地理分布的变化，如人口变迁、土地类型变化等。,简化复杂目标的模型建立等,距离量算,含义：,距离描述了空间对象之间的接近程度。,地理空间上的距离所描述的对象一定发生在地理空间上。,距离的定义与度量空间,和空间匀质性是相关的,，不同的度量空间和介质空间，距离定义不同。,不同的距离有不同的特性，距离的定义是由应用决定的，可根据需要重新定义距离。,在非匀质空间，距离定义不仅仅是表达式上的变化，而且还具有研究区域上的变化，这时的距离计算一般在多边形范围内按一定算法进行。,距离量算,n,维匀质空间广义距离公式,j,(,x,j,y,j,),i,(,x,i,y,i,),i,j,i,j,距离计算公式,n,维非匀质空间距离计算,q=2,，,二维欧氏距离,q=1,，,曼哈顿距离,q=0.6,非欧氏距离,曼哈顿距离,二维欧氏距离,非欧氏距离,缓冲区分析,缓冲区就是空间实体的一种影响范围或服务范围。缓冲区分析的基本思想就是给定一个空间实体或集合，确定它们的邻域，邻域的大小由领域半径,R,来确定。对于一个空间实体,O,i,，,其缓冲区定义为：,对于空间实体集合：,其缓冲区定义为：,缓冲区分析,缓冲区分析是研究根据数据库的点、线、面实体，自动建立其周围一定宽度范围内的缓冲区多边形实体，从而实现空间数据在水平方向得以扩展的信息分析方法。它是地理信息系统重要的和基本的空间操作功能之一。,例如，城市的噪音污染源所影响的一定空间范围、交通线两侧所划定的绿化带，即可分别描述为点的缓冲区与线的缓冲带。而多边形面域的缓冲带有正缓冲区与负缓冲区之分。,基于矢量数据建立缓冲区,点的缓冲区,面的缓冲,线的缓冲区,1,、,线的重采样,，对线进行化简，以加快缓冲区建立的速度。,-,线的矢量数据压缩算法。,2,、,建立线缓冲区,，在线的两边按一定的距离（缓冲距）绘平行线，并在线的端点处绘半圆，连成缓冲区多边形。,3,、,重叠处理,：对缓冲区边界求交，并判断每个交点是出点还是入点，以决定交点之间的线段保留或删除。这样就可得到岛状的缓冲区。,以线状地物为例：,缓冲区的示意图,点,线,面,叠加分析,叠加分析是将两层或多层地图要素进行叠加产生新的要素，它是空间信息系统中最常用的提取隐含信息的手段之一。,叠加分析不仅包含空间关系的比较，还包含属性关系的比较，它可以分为以下五类：,视觉信息的叠加：,将多个图层内容放在一起进行显示。,点与多边形的叠加：,实质上是计算多边形对点的包含关系，用于统计或属性赋值。,线与多边形的叠加：,主要用于计算线落在哪些多边形中以及各自的部分。,多边形叠加：,最常用的叠加分析。,栅格图层叠加：,利用某种计算模型对不同栅格图层中相同位置像元的值进行计算，得到新的栅格图层。,多边形的叠加,交,并,差,分割,从,几何运算,上看，两个多边形通过不同的叠加运算可以得到不同的结果：,叠加的实施步骤,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。,难点：,a,）,叠置后会产生,大量,对用户,无关,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，多边形数目越多。,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意义的多边形，即产生多边形叠置的,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。,矢量图层叠加分析,A,B,1,2,3,4,5,1B,2B,1A,2A,4A,3A,5B,3B,4B,降雨量,土壤类型,适宜农作物,栅格图层叠加分析,网络分析,对地理网络（如交通网络）、城市基础设施网络（如电信线、电力线、给水线等）进行地理分析和模型化，是网络分析的主要目的，其根本目标就是研究、筹划一项网络工程如何安排、并使其运行效果最好。,一个网络中最基本的组成部分包括：,链（,Link,）：,网络中流动的管线，如电线。,障碍（,Barrier,）：,禁止网络中链上流动的点，如刀闸。,拐角点（,Turn,）：,出现在网络链中所有分割点上，如电阻。,中心（,Center,）：,接受或分配资源的位置，如变电站。,站点（,Stop,）：,在路径选择中资源增减的站点，如电厂。,网络分析的应用主要包括三个方面：,路径分析,、,地址匹配,和,资源分配,。,路径分析,静态最佳路径：给定每条链上的属性后，求两点间的最佳路径。,动态最佳路径：网络中每条链上的属性是动态变化的，而且可能出现一些障碍点，需要动态求最佳路径。,N,条最佳路径：求出代价较小的,N,条路径，以供选择。,最短路径：确定起点、终点以及所要经过的中间点、中间线，求最短路径。,动态分段：将网络中的链根据其属性将特征相近的连线分段。分段是动态进行的，因为它与当前连线的属性相对应，如果属性改变了，动态分段将创建一组新的分段。如按公里数将一条道路分段。,地址分配与资源分配,地址匹配,将路径分析和地理编码结合起来使用，如,物流配送,，需要将货物送到多家单位。此时可先通过地理编码进行地址查询，获得各单位的地理位置，再利用最短路径方法确定最短送货线路。,资源分配,资源分配模型中的网络主要由中心点（分配中心）组成，有两种分配方式：一是由分配中心向四周输出资源；另一种是从四周向分配中心集中资源。资源分配的应用包括消防站点的分布和求援区划分、学校,/,工厂选址、停水,/,停电对区域的社会和经济的影响等。,MapInfo,中的地理编码,把点状目标分配给属性数据记录的一行，记录中的字段数据被用来和图形数据库中的相应字段匹配，从而决定该记录点应该在地图上什么位置。,也就是说，根据各数据点的地理坐标或空间地址（如省市、街区、楼层、房间等），将数据库中的数据与其在地图上相对应的图形元素一一对应。即给每个数据赋予,X,、,Y,值，从而确定该数据标在图上的位置的过程。被插入点状目标的表称为目标表，而点的地理坐标来源于一个有地图的源表。,空间数据统计分析,常规统计分析,主要完成对数据集合的,均值,、,总和,、,方差,、,频度,、,峰度系数,等的,统计,分析。,其他的统计分析往往对