P12第十二章 空间叠置和缓冲区分析.ppt

第十二章、空间叠置分析和缓冲区分析,地理信息系统与空间分析,第一节、叠置分析（Overlay Analysis）,叠置分析的原理叠置分析的类型ArcGIS的叠置操作,一、叠置分析的原理,叠置操作是根据同一地区两个图层间图元的空间对应关系，重新组合生成新的空间图元并计算出相关参数，新空间图元的属性信息继承了输入图层对应图元的属性信息。叠置操作多用于多要素综合分类以划分最小地理景观单元，也用于进行空间现象的关联性分析。,2,A,B,2,二、叠置分析的类别,叠置到同维或高维，输出结果取决于叠置图层的类别,1）、点与点的叠置,点与点的叠置，通常是计算一个图层中的每个点到另一个图层中最近点或全部点的距离；或者是将不同点图层复合生成新的点图层。,2）、点与线的叠置,在矢量数据模型中，点与线的叠置，通常是计算一个图层中的点到另一个图层中的最近线的距离。村庄到其最近公路的距离,3）、点与面的叠置,点与面的叠置用于判断哪些点落在哪些多边形内，进一步统计每个多边形内点要素的数量。不同县域中村庄的数目统计。,4）、线与线的叠置,将不同线图层复合生成新的线图层,5）、线与面的叠置,线与面的叠置是将一个线状要素层与多边形层叠置，多用于了解不同多边形内包含那些线，这些线的长度为多少。如网络层为道路网，多边形图层为行政单元，叠置得到不同行政单元中的道路网密度。,6）、面与面的叠置,面与面的叠置是将两个多边形层叠加到一起，合成一个新的多边形图层，新图层多边形的属性信息继承了两个输入图层对应图元的属性信息；植被图和土壤图的叠置，产生最小景观单元。,小结,实际应用的操作有：生成新的图层：点到点、线到线、面到面距离计算：点到点、点到线统计数量或长度：点到面、线到面,三、ArcGIS 中的叠置及其相关命令,INTERSECTUNION IDENTITYNearPointDistanceClipEraseReselectDissolveEliminate,1、INTERSECT,计算两个图层的几何交集。同时出现在输入图层和叠置图层范围内的图形要素保留在结果图层中。图层类别：输入图层可以为点、线、多边形；而叠置图层只能为多边形，输出结果的图层类别取决于输入图层。范围：当输入图层为点或线时，仅保留属于多边形内的点或线。INTERSECT POLY|LINE|POINT fuzzy_tolerance JOIN|NOJOIN,2、UNION,计算两个图层的几何并集，出现在两个输入图层范围内的所有图元保留在输出图层中；图层类别：仅适用于多边形叠置；属性问题：某些新多边形图元属性值缺失的问题；UNION fuzzy_tolerance JOIN|NOJOIN,3、IDENTITY,将点，线或多边形作为输入图层，与作为识别图层的多边形图层进行叠置；范围：取决于输入图层的范围，当输入图层为点或线时，其范围由包围点或线的最小矩形来决定；图层类别：结果图层的类别取决于输入图层。IDENTITY POLY|LINE|POINT fuzzy_tolerance JOIN|NOJOIN,生成的属性表,新生成的coverage的图元属性表中含有各叠置图层的图元属性项;在输入图层都为多边形类型时，结果图层的图元属性表包含有：out cover项AREAPERIMETERout cover#内部码out cover ID 用户码 in cover in cover#in cover内部码 in cover ID 用户码所有后续PAT项Overlay cover项overlay cover内部码overlay cover用户码所有后续PAT项,叠置操作后出现的问题,由于相邻图元不是完全一致而形成碎屑多边形（Sliver polygons）使用“Fuzzy”tolerance 来剔除碎屑多边形或使用 ELIMINATE来剔除碎屑多边形,4、Clip裁,命令格式：CLIP POLY|LINE|POINT|NET|LINK|RAW fuzzy_tolerance说明：从输入图层中提取叠置于clip_cove上的特征。,Clip的命令参数,In_cover:输入图层，可以为point，line，polygonClip_cover:裁剪多边形图层，其外围多边形定义了裁剪区域。Poly:多边形属性信息和RegionLine:Aat和ArcPoint:Pat和LabelNET:Polygon&Arc，Pat、Aat和RegionLINK:Arc&Point，Pat、Aat和路径系统Raw:不保持原始属性表，而保存所有图形信息，但可以保存路径信息。,5、Erase擦,命令格式：ERASE POLY|LINE|POINT|NET|LINK|RAW fuzzy_tolerance说明：从输入图层中擦除叠置于erase 图层上的图元。,6、Dissolve融合,命令格式：DISSOLVE POLY|LINE|NET|REGION.subclass说明：对特定属性项取值相同的相邻多边形、区域，或者相连的线进行合并。,7、Eliminate剔除选择的多边形,命令格式：ELIMINATE NOKEEPEDGE|KEEPEDGE POLY|LINE selection_file BORDER|AREA说明：（1）将选定的多边形合并到与其具有最长公共边的相邻多边形(Border)或将选定的多边形合并到具有最大面积的相邻多边形(AREA)（2）或者取消伪节点，将多条弧段合并为单一弧段（Line）。,8、Near,NEAR LINE|POINT|NODE search_radius out_cover NOLOCATION|LOCATION计算一个点图层的每个点到另一个图层上最近点（线、节点）的距离,9、PointDistance,POINTDISTANCE search_radius计算一个点图层上的每个点到另一图层上所有其它点的距离,第二节、空间相关分析方法,空间相关分析是根据不同分层的图元之间的空间对应关系，确定某一数据层表示的地理现象，与另一数据层表示的地理现象之间的空间关联性。根据研究变量的标度或类型不同，研究方法也不相同：命名、次序尺度变量面积对应分析和X2检验间隔和比例尺度变量相关系数,一、命名尺度变量的空间相关分析,空间相关分析方法：CAC（Coefficient of Areal Correspondence）面积对应系数法概率表和2检验,1、面积对应系数Coefficient of Areal Correspondence,研究两个命名变量分布之间的关系；建立在叠置操作的基础上，简单地测算两类分布空间对应的程度：,计算方法,CAC 是计算重叠部分的面积和两类分布叠合后总面积的比值,A,B,C,结果分析,CAC只是提供了简单的空间关联程度的计算方法，但是不能提供统计显著性的指标。,无对应关系：CAC=0,完全对应：CAC=1,类同矩阵（Resemblance Matrix）,Court(1970)提出相对于 CAC的优点取值范围在-1+1之间，完全负对应定义为-1取样分布粗略地符合正态分布，所以可以进行显著性检验,2、Chi-Square Statistic,测量两类空间分布关联性的程度例如：研究降雨和作物产量之间的关系两幅图分别表示高和低的收成区，以及高和低的降水区）,记数格网的生成,四种可能的情况Low rainfall,low yieldLow rainfall,high yieldHigh rainfall,low yieldHigh rainfall,high yield,观测频率表的生成,记录每类交叉类别中的单元格数目,HighLow,HighLow,WHEAT,PRECIP.,期望频率表的生成,Row total*column total/table total,HighLow,HighLow,WHEAT,PRECIP.,HighLow,WHEAT,HighLow,PRECIP.,计算 Chi-Square,Therefore,in our example we have,HighLow,HighLow,HighLow,HighLow,High/High,High/Low,Low/Low,Low/Low,Chi Square的解释,零值表示无关联值越大关联性越强统计检验：这个（Oi-Ei）2/Ei的2分布具（u-1）（v-1）个自由度，u和v代表概率表中的行数和列数。,存在的问题,计数格网划分的不确定性可以在矢量多边形叠置的基础上，根据新生成的属性表，进行交叉运算产生类似于观测频率表的表格。表格单元格为不同图层对应类别的面积，该面积代替了格网数，在此基础上进行统计，可避免网格单元划分出现的问题。,二、间隔尺度与比例尺度变量空间相关分析方法,相关系数（Correlation Coefficient）简单线性回归 P=a+bD 例子：地价与距地铁远近之间的空间相关分析ArcGIs下的距离计算使用near指令,地价与距地铁远近之间的空间相关分析,地价与距地铁远近之间的空间相关分析（续）,相关系数的计算值为-0.9695，说明这两个变量间呈现十分显著的负相关性。简单线性回归模型：a，b参数可由如下方式获得：b=a=,第三节.缓冲区分析,缓冲分析（Buffer Analysis）属于近邻分析的一种，缓冲区用于计算到图元（点、线、面）一定距离范围内的空间所构成的面域，即生成围绕点、线或面的多边形。城镇等交通线经济区,Buffer 的类别,PointCircleSquareLineLine BufferPolygonInterior（内）Exterior（外）,ArcGis下的BUFFER命令,围绕输入图层的图元生成缓冲多边形BUFFER buffer_item buffer_table buffer_distance fuzzy_tolerance LINE|POLY|POINT|NODE ROUND|FLAT FULL|LEFT|RIGHT,第四节、THIESSEN多边形分析,由点图层生成其近邻多边形图层，每个点对应一个新生成的多边形，输入点作为多边形的标识点，相邻标识点到其“公共边”的距离相等，每个多边形表示该标识点的影响范围。,Theissen,THIESSEN多边形的生成过程,由输入点相连生成三角网；对每个三角形的边作垂直平分线，垂直平分线作为泰森多边形的边；删除原三角形；而每个输入点作为多边形的标识点，,ArcGis下的THIESSEN命令,THIESSEN proximal_toleranceproximal_tolerance 用于 eliminate的容差,第五节、综合举例,一、Finding the suitable forest land for harvesting二、Find a suitable site that meets the some criteria,一、Finding the suitable forest land for harvesting,Cant harvest with in 300 ft.of roads,Cant harvest with in 500 ft.of streams,Criteria:,Required data sets:,Roads Streams Forest,Moding Process,Data Map,Road Buffer,Stream Buffer,OverLay,Suitable areas for harvesting,二、Find a suitable site that meets the some criteria,Cant be located on existing ag.Land Should be within 2000 of roads Should be located beyond 500 but within 3500 of existing railroads Should be within industrial zone The proposed site should be at least 45 acres,Criteria1:Cant be located on the existing agricultural land,Step 1:,Criteria 2:Should be within 2000 feet of existing roads,Step 2:,Criteria 3:Should be beyond 500 but within 3500 of existing rail lines,Step 3:,Step 3(cont.):Areas that are with in 2000 of road AND beyond 500 but within 3500 of existing rail lines,Step 3(cont.):Non-agricultural land that are with in 2000 of road AND beyond 500 but within 3500 of existing rail lines,Criteria 4:Should be within Industrial zone,Step 4:,Spatial Model for selecting the proposed industrial sites,三、洪水淹没损失分析,分析目的和评价准则：1）估计住宅用地被洪水淹设而造成的损失；2）洪水水位的相对高程为500米；3）损失的大小和居民的财产、地基的稳定性有关；,可获得的资料有,数字化的地块多边形地图。每个地块均有土地使用、可遭损失的财产状况（简称估计财产）、不同地基类型等属性地块多边形属性表中有地均财产这一项，地均财产=估计财产/地块面积。对每一类地基，可估计其稳定性，并估计房屋倒坍的可能性，称损失系统（见表）数字化的等高线地形图,基本参数获取,将地块多边形和高程多边形叠合，产生地块高程多边形地图和对应的属性表。在地块高程属性表中选择高程小于等于500，土地使用性为住宅（R1、R2）的记录和地基损失系统对照表连接，获得新的地块高程属性表。估计损失=面积地均财产损失系数。从表可知，当洪水淹没了500米以下的地区时，每个地块财产的大致损失状况。对地块高程图按对应属性进行分类，得到洪水淹没损失分布图。,地块多边形图,地块属性表,地形等高线及其组成的多边形（据PC Overlay Users Guide）,地形高程表,叠合后地块-高程属性表的数据项（内容略）,地基类型损失系数对照表,地块和地形叠合后的多边形,洪水淹没损失分布,将地块多边形和高程多边形叠合，产生地块高程多边形地图和对应的属性表。,估计损失=面积地均财产损失系数。,损失估计表,分析结论表,从表可知，当洪水淹没了500米以下的地区时，每个地块财产的大致损失状况。,