GIS地理信息系统空间分析ppt课件

空间分析原理与方法,空间分析概述空间分析的类型空间叠加分析缓冲区分析网络分析数字地面模型,空间分析的概述,概念：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、空间演变等信息。 功能：分析空间数据，提供空间决策信息特点：是GIS区别于其他类型系统如(CAC, CAD）的一个最主要的功能特征，也是各类综合性地学分析模型的基础或构件。,空间分析功能的类型,按照 Goodchild 提出的空间分析框架，可以将空间分析方法分为以下两种类型：产生式分析：空间叠加分析，缓冲区分析，数字地面模型分析，空间网络分析，空间统计分析等；咨询式分析：空间集合分析，空间数据查询等。,空间叠加分析,地学原理基本概念基本类型视觉信息叠加矢量图层叠加点与多边形叠加线与多边形叠加多边形叠加栅格图层叠加,空间叠加地学原理,地理学原理在进行地学综合分析时，有时需要提取同一地区不同专题的属性。例如，某地在进行农作物估产时，需要提取该地区的土地利用、气温、降水、日照时间等基本信息(这些信息常常是分布于不同的专题地图中)，然后再应用估产模型进行分析。实现方法传统的透明材料叠加方法 GIS中实现方法,传统叠加方法,将来自不同的数据源的图纸绘于透明纸上，在透光桌上将其叠放在一起，然后铅笔勾出感兴趣的部分一提取出感兴趣的信息。,GIS中叠加方法,将有关主题层组成的数据层面，进行叠加产生一个新数据层面的操作，其结果综合了原来两层或多层要素所具有的属性。,叠加分析概念,空间叠加分析（Spatial overlay analysis），是指在统一的空间坐标系下，每次将同一地区的两个地理对象的图层进行叠合，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。叠加分析不仅要处理图形数据，还会对属性数据进行相应的处理。,视觉信息叠加,传统的地图表现方式视觉信息叠加是将不同层面的信息内容叠加显示在屏幕或结果图件上点状图、线状图和面状图之间的叠加显示 遥感影像与专题地图的叠加 专题地图与数字高程模型（DEM）叠加显示立体专题图 视觉信息叠加不产生新的数据层面，只是将多层信息复合显示，便于分析,传统的地图表现方式,点状图、线状图和面状图之间的叠加显示,遥感影像叠加,数字高程模型（DEM）叠加显示立体专题图,晕渲地形图 三峡库区三维模拟地图,点与多边形叠加,处理过程通过计算每个点相对于多边形线段的位置，进行点是否在一个多边形中的空间关系判断。 进行属性信息处理。将多边形属性信息叠加到其中的点上。将点的属性叠加到多边形上，用于标识该多边形。应用举例,线与多边形叠加,计算原理：线与多边形的叠加是比较线上坐标与多边形坐标的关系，判断线是否落在多边形内。计算过程：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。计算结果：叠加的结果产生了一个新的数据层面，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。（示意图）应用举例：根据叠加的结果可以确定每条弧段落在哪个多边形内，可以查询指定多边形内指定线穿过的长度。如果线状图层为河流，叠加的结果是多边形将穿过它的所有河流打断成弧段、可以查询任意多边形内的河流长度，进而计算它的河流密度等；如果线状图层为道路网，叠加的结果可以得到每个多边形内的道路网密度，内部的交通流量，进入、离开各个多边形的交通量，相邻多边形之间的相互交通量。,线与多边形叠加示意图,多边形与多边形的叠加,概念处理过程ARC/INFO中空间叠加分析空间叠加(Identify;Intersect;Union)要素提取(Clip;Erasecov;Split)要素合并(Disslove,Reselect)图层数据的合并与分解(Mapjoin;Split)图层更新(Update)应用举例,多边形与多边形的叠加概念,多边形叠加将两个或多个多边形图层进行叠加产生一个新多边形图层的操作 ，用以解决地理变量的多准则分析、区域多重性的模拟分析、地理特征的动态变化分析，以及图幅要素的更新、图幅的拼接和区域信息的提取等。,多边形与多边形的处理过程,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，对新生成的拓扑多边形图层的每个对象赋一多边形唯一标识码，同时生成一个与新多边形对象一一对应的属性表。属性分配过程：最典型的方法是将输入图层对象的属性拷贝到新对象的属性表中，或把输入图层对象的标识作为外键直接关联到输入图层的属性表,Union,Intersect,Identify,Clip,Mapjoin,Reselect,Dissolve,Split,栅格图层叠加,栅格数据一个最为突出的优点是能够极为便利地进行同地区多层面空间信息的自动复合叠置分析。在各类空间现象或空间过程空间的模拟中有着极为广泛的应用。常被用来进行区域适应性评价、资源开发利用、规划等多因素分析研究工作,F(X)可以是逻辑运算，算术运算和函数运算的形式。,栅格图层算术叠加,缓冲区分析,基本概念算法原理应用举例分析讨论,缓冲区分析概念,地学原理：在地理学分析当中，有时需要确定某些地理实体对邻近对象的辐射范围或影响程度。例如，在城市研究当中，当改变某个辖区的行政边界时，需要通知一定距离内的居民；在林业规划中，需要按照距河流一定的纵深范围来规划森林的砍伐区，以防止水土流失；在地震带，要按照断裂线的危险等级，绘出围绕每一断裂线的不同宽度的缓冲带，作为警戒线；在土地评价当中，要根据离开交通线的远近，进行成本估算等等。定义：根据分析对象的点、线、面实体，自动建立他们周围一定距离的带状区，用以识别这些地理实体邻近对象的辐射范围或影响程度，以便为分析和决策提供依据。它是GIS所提供的重要和基本的空间操作功能之一。,缓冲区分析算法原理,点的缓冲区生成：以点为圆心，以一定的距离为半径画圆线的缓冲区生成：分别以每一个顶点和每条边生成缓冲区，然后对这些缓冲区进行多边形叠加操作面的缓冲区生成：首先生成多边形周长缓冲区（线缓冲区），然后与原始多边形叠加操作，多边形的缓冲区有内侧和外侧之分。多重缓冲区的操作：以不同半径首先生成一定宽度的缓冲区，然后对不同半径的缓冲区进行叠加操作。,缓冲区分析应用举例,在进行缓冲区分析时，通常将研究问题抽象为以下三类因素进行分析确定主体，表示分析的主要目标确定客体，表示受到主体影响的地理实体确定作用条件，表示主体对客体施加影响的方式。（线性模型，指数模型，对数模型等）线缓冲分析多重缓冲分析,线缓冲分析,多重缓冲分析,分析讨论,生成缓冲区的主要目的是为了进一步进行空间叠加分析或图形运算。,网络分析,地学原理数据结构基本功能,网络分析地学原理,网络分析是运筹学模型中的一个基本模型，它的根本目的是研究、筹划一项网络工程如何安排，并使其运行效果最好，如一定资源的最佳分配，从一地到另一地的运输费用最低等。其基本思想则在于人类活动总是趋于按一定目标选择达到最佳效果的空间位置。这类问题在社会经济活动中不胜枚举。对地理网络(如交通网络)、城市基础设施网络(如各种网线、电力线、电话线、供排水管线等)进行地理分析和模型化，是地理信息系统中网络分析功能的主要目的。,网络数据结构,链(Link)，网络中流动的管线，如街道、河流、水管等。其状态属性包括阻力和需求。结点(Node)，网络中链的结点，如港口、车站、电站等，其状态同性包括阻力和需求等。下面几种特殊的类型。障碍(Barrier)，禁止网络中链上流动的点；拐点(Turn)，出现在网络链中的分割结点上，状态属性有阻力，如拐弯的时间和限制(如在8：00到18：00不允许左拐)；中心(Centre)，是接受或分配资源的位置，如水库、商业中心、电站等，其状态属性包括资源容量(如总量)、阻力限额(中心到链的最大距离或时间限制)。站点(Stop)，在路径选择中资源增减的结点，如库房、车站等其状态属性有资源需求，如产品数量,中心,网络分析的基本功能,路径分析 地址匹配 地址匹配实质是对地理位置的查询，它涉及到地址的编码。地址匹配与其它网络分析功能结合起来，可以满足实际工作中非常复杂的分析要求。资源分配,路径分析,静态求最佳路径：在给定每条链上的属性后，求最佳路径 N条最佳路径分析：确定起点或终点，求代价最小的N条路径，因为在实践中最佳路径的选择只是理想情况。由于种种因素而要选择近似最优路径。 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、中间连线，求最短路径或最小耗费路径。 动态最佳路径分析：实际网络中权值是随权值关系式变化的，可能还会临时出现一些障碍点，需要动态的计算最佳路径 。动态分段：给定一条路径由多段联系组成，要求标注出这条路上的公里点或要求定位某一公路上的某一点，标注出某条路上从某一公里数到另一公里数的路段。,最短路径,地址匹配,寻找最近的设施（医院）,数字地面模型,DTM概述DTM数据采集DTM表示DTM的空间内插方法DTM在地图制图与地学分析中的应用,数字地面模型概述,DTM数据采集,以航空或航天遥感图像为数据源以地形图为数据源 以地面实测记录为数据源 其它数据源,DTM表示,数学分块曲面表示法 这种方法把地面分成若干个块，每块用一种数学函数，如傅立叶级数高次多项式、随机布朗运动函数等，以连续的三维函数高平滑度地表示复杂曲面，并使函数曲面通过离散采样点。这种近似数学函数表示的DTM不太适合于制图，但广泛用于复杂表面模拟的机助设计系统。规则格网表示法 不规则三角网(TIN)表示法,规则格网表示法,规则格网表示方法是把DTM表示成高程矩阵 DTMHij, i=1，2， m-l，m； j1，2， n-1,n 。DTM来源于直接规则矩形格网采样点或由规则或不规则离散数据点内插产生。由于计算机对矩阵的处理比较方便，特别是以栅格为基础的GIS系统中高程矩阵已成为DTM最通用的形式。规则的格网系统也有下列缺点：地形简单的地区存在大量冗余数据；如不改变格网大小，则无法适用于起伏程度不同的地区；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、山谷等,不规则三角网(TIN)表示法,不规则三角网(Triangulated Irregular Network，TIN)是专为产生DTM数据而设计的一种采样表示系统。TIN表示法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(各三角形的顶点)连接成相互连续的三角面(在连接时，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)TIN克服了高程矩阵中冗余数据的问题，而且能更加有效地用于各类以DTM为基础的计算。因为TIN可根据地形的复杂程度来确定采样点的密度和位置，能充分表示地形特征点和线，从而减少了地形较平坦地区的数据冗余。,DTM模型的应用,地形因子的自动提取 空间矢量分析坡度提取坡向提取其他因子的提取等高线提取立体透视图DEM可视化在水文和土木工程中的应用,坡度提取,激活DEM数据所在的主题层，选择Surface菜单下的命令即可。,坡向提取,【Arcview系统演示】激活DEM数据所在的主题层，选择Surface菜单下的命令即可,等高线提取,利用DEM绘制等高线图，是以格网点高程数据或者将离散的高程数据由栅格追踪法原理转换为矢量等值线所产生的。该方法可以适用于所有的利用格网数据方法绘制等值线图。,立体透视图,透视图能更好地反映地形的立体形态，计算机自动绘制透视立体图的理论基础是透视原理，而DEM是其绘制的数据基础,立体透视图2,DEM可视化,可视化地貌晕渲制图通视性分析飞行模拟虚拟城市,可视化,地貌晕渲制图,晕渲图是以通过模拟实际地面本影与落影的方法有效反映地形起伏的重要的地图制图学方法。在各种小比例尺地形图、地理图，以及各类有关专题地图上得到非常广泛的应用。但是，传统的人工描绘晕渲图的方法不但费工、费时，而且带有很大的主观因素。而利用DEM数据作为信息源，在地面光照通量数学函数为自变量，计算该栅格应选用输出的灰度值。由此产生的晕渲图具有相当逼真的立体效果。,通视性分析1,飞行模拟,DEM图像通过与TM图像中7个不同波段进行叠加，生成仿真的真彩色或假彩色三维地形模型，在此基础上进行飞行模拟。在模拟环境中，可以根据观察的需要，对地面显示速度、方位、观察位置、高程和透视角度等进行交互控制，完全达到身临其境的效果。同时它能将大范围、广视角和小范围、高精度有机结合起来进行显示。,虚拟城市,在水文和土木工程中的应用,DEM为人们定量描述流域水文变化提供了丰富的数据源，能自动提取流域水文特征。土木工程是DEM应用最早的一个领域，可用于工程项目中的开挖填方、线路勘测设计、水利建设工程等。,水淹区分析,填挖方分析,动态水淹分析,动态水淹分析,