空间分析中数据基础.ppt
空间分析,7.1 空间分析,定义:是对分析空间数据有关技术的总称,其基础是空间数据库,它运用的手段包括各种几何的逻辑运算,数理统计分析,代数运算等数学手段.1、基于空间图形的分析运算2、基于非空间属性的运算 3、空间和非空间数据的联合运算,1）基于空间关系查询,空间实体间存在着多种空间关系，包括拓扑、顺序、距离、方位等关系。通过空间关系查询和定位空间实体是地理信息系统不同于一般数据库系统的功能之一。如查询满足下列条件的城市：l 在京沪线的东部l 距离京沪线不超过50公里l 城市人口大于100万l 城市选择区域是特定的多边形；,整个查询计算涉及了空间顺序方位关系（京沪线东部），空间距离关系（距离京沪线不超过50公里），空间拓扑关系（使选择区域是特定的多边形），甚至还有属性信息查询（城市人口大于100万）。简单的面、线、点相互关系的查询包括：l面面查询，如与某个多边形相邻的多边形有哪些。l 面线查询，如某个多边形的边界有哪些线。,扩展SQL查询,是将SQL属性条件和空间关系的图形组合在一起形成扩展的SQL查询语言。通常有：Ajacent:相邻Contain:包含Cross:穿过Inside:在 之内Buffer:缓冲区,扩展SQL查询,扩展SQL查询结果,2、空间变换,地理信息系统通常是按有一定意义的图层和相应的属性建立空间数据库的。为了满足特定空间分析的需要，需对原始图层及其属性进行一系列的逻辑或代数运算，以产生新的具有特殊意义的地理图层及其属性，这个过程称为空间变换。空间变换可以基于单个图层进行，也可以对多个图层-叠加分析。,地理信息系统中空间数据可分为矢量和栅格两种数据结构。由于矢量结构中包含了大量的拓扑信息，数据组织复杂，使得空间变换十分繁琐。而栅格结构简单规则，空间变换比较容易。另外基于矢量结构的空间变换，对于单个图层意义不大，生成新图层时往往需要多个图层的信息，在多图层叠加分析中意义很大。,（1）投影变换（2）几何变换（反射变换，相似变换）（3）透视变换（4）栅格数据栅格值的内插变换,7.3 空间量算,1、几何量算（1）长度（2）面积 2、形状量算 3、质心量算 4、距离量算,几何量算对不同的点、线、面地物有不同的含义：l点状地物（0维）：坐标；l线状地物（1维）：长度，曲率，方向；L 面状地物（2维）：面积，周长，形状，曲率等；l体状地物（3维）：体积，表面积等。一般的GIS软件都具有对点、线、面状地物的几何量算功能，或者是针对矢量数据结构，或者是针对栅格数据结构的空间数据。,距离量算,多边形的合并,多个属性的再分类,（1）属性值再分类变换（2）多边形合并再分类变换,7.5 缓冲区分析,缓冲区:是地理空间目标的一种影响范围或服务范围。交通沿线或河流沿线的地物有其独特的重要性，公共设施（商场，邮局，银行，医院，车站，学校等）的服务半径，大型水库建设引起的搬迁，铁路，公路以及航运河道对其所穿过区域经济发展的重要性等，是解决邻近度问题的空间分析工具之一。,点对象、线对象、面对象及对象集合的缓冲区示例,点、线、多边形的缓冲区,1、缓冲区查询,定义:在GIS中,根据用户需要给出一个点缓冲,线缓冲,面缓冲的距离,从而形成一个缓冲区的多边形,并检索出该缓冲区内的空间地物.,空间分析-缓冲区分析,空间分析-缓冲区分析,（天津城市规划）,2、缓冲区分析,定义1:是对一组或一类地物按缓冲的距离条件,建立缓冲区多边形图,然后将这一个图层与需要进行缓冲区分析的图层进行叠置分析,得到所需要的结果.定义2:是指根据分析对象的点,线,面实体,自动建立它们周围一定距离的带状区,用以识别这些实体或主体对邻近对象的辐射范围或影响度,以便为某项分析或决策提供依据。,在进行缓冲区分析时,通常将研究的问题抽象为以下三类因素来分析:A:主体:表示所要分析的主要目标,一般分为（1）点缓冲区（2）线缓冲区（3）面缓冲区B:邻近对象:表示受主体影响的客体,如道路扩建时所涉及的建筑物等.,C:作用条件:表示主体对邻近对象施加作用的影响条件或强度.,点缓冲区(2)线缓冲区(3)面缓冲区,双侧对称缓冲区双侧不对称缓冲区单侧缓冲区内侧缓冲区外侧缓冲区,1）角分线法,2 凸角圆弧法,7.6 空间叠加分析,定义:是指在同一空间参照系统条件下,将同一地区两个地理对象的图层进行叠加,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。前者一般用于搜索同时具有几种地理属性的分布区域,或对叠加后产生的多重属性进行新的分类,称为空间合成叠加.而后者一般用于提取某个区域范围内某些专题内容的数量特征,称为空间统计叠加。,地理信息系统叠加分析可以分为以下几类：视觉信息叠加、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。,(1)点与面的叠加:实际上是计算多边形对点的包含关系(2)线与面的叠加: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.,多边形叠加分析,多边形的不同叠加方式,5、栅格图层叠加,栅格数据结构空间信息隐含属性信息明显的特点，可以看作是最典型的数据层面，通过数学关系建立不同数据层面之间的联系是GIS提供的典型功能。空间模拟尤其需要通过各种各样的方程将不同数据层面进行叠加运算，以揭示某种空间现象或空间过程。例如土壤侵蚀强度与土壤可蚀性，坡度，降雨侵蚀力等因素有关，可以根据多年统计的经验方程，把土壤可蚀性、坡度、降雨侵蚀力作为数据层面输入，通过数学运算得到土壤侵蚀强度分布图。,这种作用于不同数据层面上的基于数学运算的叠加运算，在地理信息系统中称为地图代数。地图代数功能有三种不同的类型：l 基于常数对数据层面进行的代数运算；l基于数学变换对数据层面进行的数学变换（指数、对数、三角变换等）；多个数据层面的代数运算（加、减、乘、除、乘方等）和逻辑运算（与、或、非、异或等）。,(3)面与面的叠加:将两个或多个多边形进行叠加,产生一个新多边形图层的操作,其结果是将原来多边形分割成新要素,新要素综合了原来两层的属性.,空间分析-叠置分析,（天津城市规划）,空间分析-叠置分析-结果,（天津城市规划）,7.6 网络分析,1 网络:是一个由点,线的二元关系构成的系统,通常用来描述某种资源或物质在空间上的运动.如城市道路系统,各类地下管线系统等.2 网络分析:其基础是图论和运筹学,在GIS中,网络分析是依据网络拓扑关系(线性实体之间,线性实体与结点之间,结点与结点之间的连接,连通关系),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.,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,其状态属性包括阻力和需求.结点又包括以下特殊类型:A 障碍:禁止网络中链上流动的点.,3 网络数据结构,B 拐点:出现在网络链中的分割结点上,状态属性有阻力,如拐弯的时间限制.C 中心:是接受或分配资源的位置,如水库,电站等,其状态属性包括资源容量,阻力限额.D 站点: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.,网络分析-阀门动态管理系统,（广州自来水公司）,网络分析-阀门动态管理系统,（广州自来水公司）,网络分析-阀门动态管理系统,（广州自来水公司）,最短路径A 距离最短B 时间最短2)最佳路径,4 路径分析,空间分析-最佳路径选择,3)资源分配,A 由分配中心向四周分配(如变电站)B 由四周向分配中心分配(如城市污水收集系统),空间分析-资源分配,7.7 空间插值分析,复合分配中心(城市配电,供水,供电)1.空间插值:将离散的测量数据转换为连续的数据曲面的方法.2.应用条件:A 现有的离散测量数据分辨率较低,需要加密;B 现有的数据模型与所需的数据模型不符;C 现有的数据所覆盖的区域不能完全覆盖所需要的区域.,内插法(加密):由已知点求同一区域内的未知点外推法(预测):根据变化规律,预测以后的变化.(范围之外),3.空间插值分类,3.空间插值的数据源,影像数据(航片,卫片,卫星或航天飞机的扫描影像)野外测量采集的数据数字化图的数据,4.空间插值方法 可以分为整体插值和局部插值方法.其中整体插值方法用研究区所有采样点的数据进行全区特征拟合;而局部插值方法是仅仅用邻近的数据点来估计未知点的值.整体插值方法,A 边界内插方法 假设任何重要的变化发生在边界上,边界 内是均匀的,同质的,即在各个方向都是相同的.(该概念模型常用于土壤和景观制图)B 趋势面分析 某种地理属性在空间的连续变化,可以用一个平滑的数学平面加以描述.,2.局部插值方法,局部插值方法只使用邻近的数据点来估计未知点的值.包括几个步骤:定义一个邻域或搜索范围;搜索落在此邻域范围的数据点;选择表达这有限个点的空间变化的数学函数;为落在规则格网单元上的数据点赋值.重复该步骤直到格网上所有点赋值完毕.,1)最近邻点法泰森多边形方法2)移动平均插值方法距离倒数插值,7.8 空间统计分类分析,空间统计分析主要用于数据分类和综合评价。,
