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1、第五章空间分析第1页，共64页，编辑于2022年，星期三第五章空 间 分 析第2页，共64页，编辑于2022年，星期三第五章 空间分析的基本方法学习目标理解GIS中模型的概念、特点和作用掌握GIS空间分析的一般步骤了解空间查询与量算的各种方法及其应用了解视觉信息复合分析的类型和用途理解叠置分析的概念和类型，掌握多边形叠置分析的步骤和方法理解缓冲区的概念和作用，并能说明其应用方法了解泰森多边形、网络分析在地学中的主要用途了解空间插值的类型和方法了解空间信息分类和统计分析方法重点：矢量数据分析方法，栅格数据分析方法、空间插值。难点：空间插值技术第3页，共64页，编辑于2022年，星期三空间分析的概
2、念空间分析是基于空间数据的分析技术，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、空间形成和空间演变等信息。第4页，共64页，编辑于2022年，星期三空 间 分 析 是综合分析空间数据的技术的通称。空间分析有着十分丰富的内涵，它是构成地理信息系统的核心部分之一，在整个地理数据的应用中发挥着举足轻重的作用，也是GIS区别与其它信息系统的一个显著标志。分析技术:空间图形数据的拓扑运算；非空间属性数据运算；空间和非空间数据的联合运算。第5页，共64页，编辑于2022年，星期三GIS空间分析内容1.空间信息量算2.空间信息分类、统计数字化分层只是一种最基
3、本的分类查询、选择、分区是常用的分类方法3.地理空间分析：空间叠置、缓冲区分析及网络分析4.模型分析第6页，共64页，编辑于2022年，星期三(xi+1-xi)+(yi+1-yi)第一节空间信息的量算P1P3P41.长度量算P5P22222l=第7页，共64页，编辑于2022年，星期三s=xi(yi+1-yi-1)2.面积量算12345XYy2y3y1y4y5dcx4x3aebx1x5x21(y5+y1)(x1-x5)2S51ae=1(y4+y5)(x5-x4)2S45ed=1(y3+y4)(x4-x3)2S34dc=1(y2+y3)(x3-x2)2S23cb=1S12ba=(y1+y2)(x
4、2-x1)2i=1iii1n2i=11n2 y(x+1-x-1)s=第8页，共64页，编辑于2022年，星期三3.体积量算等高线法方格法第9页，共64页，编辑于2022年，星期三图形量算包含分析直线段求交图形裁剪基本图形分析：其它分析运算的基础第10页，共64页，编辑于2022年，星期三是解决点、线、面之间是否存在直接联系的一种方法。例如确定某一矿区属于那个行政区，这是点与面之间的包含分析。通过著名的铅垂线算法来解决。包含分析铅垂线算法第11页，共64页，编辑于2022年，星期三第二节 空间信息分类、统计1.一般选择（图形选择）1)作用：图形编辑查看记录另建Table2)方法：使用选择工具单选
5、半径选择矩形框选择边界选择复选第12页，共64页，编辑于2022年，星期三2.查询选择Selection 查询选择可以通过查询一张表，根据记录或对象的属性选出满足某种条件的对象或记录。查询结果将被命名为Selection工作表，并在地图窗口中突出显示。Selection工作表与普通Table一样可进行各种操作，但它是临时表，若要永久保存需起名另存。第13页，共64页，编辑于2022年，星期三3.SQL（Standard QueryLanguage）选择 SQLStructuredQueryLanguage结构化查询语言 20世纪70年代，IBM公司SEQLStructuredEnglishQu
6、eryLanguage 1981年，IBM公司SQLStructuredQueryLanguage 1986年美国国家标准局SQLStandardQueryLanguage 国际标准化组织ISO(InternationalStandardizationOrganization,InternationalOrganizationforStandardization)第14页，共64页，编辑于2022年，星期三3.SQL（Standard QueryLanguage）选择 Selection命令生成的查询表中的记录只能包含基础表的信息。SQL选择创建的查询表可以派生出基础表以外的信息。派生列创建列
7、的别名聚合数据(group by)排序(order by)连接不同的表第15页，共64页，编辑于2022年，星期三4.重新分区l重新分区是将地图对象分组的处理。当把地图对象分组时，MapInfo自动为每组对象计算总计值，并在一个特殊的浏览窗口中显示总计值。l 重新分区并不是创建新的地图对象或永久改变地图对象的样式，它只是一个动态的分组工具。l 重新分区有着广泛的用途：划分选区、就近入学区、特殊服务（110、119、120）覆盖区第16页，共64页，编辑于2022年，星期三4.重新分区 MapInfo重新分区方法添加分区字段新建重新分区窗口设置目标分区分配选中对象第17页，共64页，编辑于202
8、2年，星期三第三节一、缓冲区分析1.概念：根据地理对象点、线、面的空间特性，自动建立对象周围一定距离的区域范围（缓冲区域），以分析该对象对缓冲区内邻近对象的影响程度。地理空间分析缓冲区生成步骤明确目的和标准数据准备空间操作统计分析结果输出第18页，共64页，编辑于2022年，星期三2.缓 冲 区 分 类点的缓冲区线的缓冲区面的缓冲区一、缓冲区分析第19页，共64页，编辑于2022年，星期三点的缓冲区线的缓冲区面的缓冲区一、缓冲区分析2.缓 冲 区 分 类第20页，共64页，编辑于2022年，星期三点的缓冲区线的缓冲区面的缓冲区一、缓冲区分析2.缓 冲 区 分 类第21页，共64页，编辑于202
9、2年，星期三fi=f01-2did0did0fi=f0 1-did0fi=f0 1-5.MapInfo中缓冲区的创建泰森多变形，又称Voronoi图：环绕每个点的多边形区域，以此阐明它对图层中其它点影响区域。一、缓冲区分析3.应用：分析某地理要素（主体）对邻近对象的影响程度、影响范围4.分析模型第22页，共64页，编辑于2022年，星期三6.缓冲区分析实例1.根据上海市黄浦区道路中心线生成不同等级宽度的道路城市道路系统分不同的等级，不同等级道路的宽度有所不同。根据道路中心线和道路等级生成不同等级的道路系统，并进一步生成道路建筑红线是城市GIS常用的技术方法。这里以上海市黄浦区道路系统为例，说明
10、根据道路中心线和道路等级生成不同道路的方法。第23页，共64页，编辑于2022年，星期三6.缓冲区分析实例（1）准备数据：要求有数字化好的道路中心线图层，图层中的每条道路都赋给道路等级属性值。第24页，共64页，编辑于2022年，星期三6.缓冲区分析实例（2）打开图层，设置图层编辑状态：打开道路中心线图层和相应的背景图层。将装饰层设为可编辑状态，选中道路中心线图层所以要素。第25页，共64页，编辑于2022年，星期三6.缓冲区分析实例（3）确定缓冲区半径和相应参数：打开缓冲区对话框，选取按表达式确定缓冲区半径选项，并确定缓冲半径使用的单位和光滑度。第26页，共64页，编辑于2022年，星期三6
11、.缓冲区分析实例（4）保存分析结果：如果生成的缓冲区符合要求，则将缓冲区分析的结果保存新图层，供以后进一步分析用。第27页，共64页，编辑于2022年，星期三6.缓冲区分析实例2.黄浦江上游水源保护区的划分有时需要对同一个对象生成多重缓冲区，以进一步分析地理对象对周围不同距离范围的影响程度的不同。如黄浦江上游淀山湖沿岸500m范围内不得建立永久性建筑物，5范围内不得有污染性工业。这个问题的实质是以淀山湖为多边形对象，分别生成500m和5000m为半径的两个缓冲区。第28页，共64页，编辑于2022年，星期三6.缓冲区分析实例2.黄浦江上游水源保护区的划分第29页，共64页，编辑于2022年，星
12、期三二、空间叠置分析1.概念：在统一的坐标系下将同一区域的两个图层进行叠合，产生新的空间图形和属性。以提取具有多重指定属性特征的区域，或者根据区域的多重属性进行分级、分类。ACB2A2C234B3B4B1C41A1C1A2C2B3B4B1C4A1C1典型应用：土地适宜性分析第30页，共64页，编辑于2022年，星期三合成叠置：通过区域多重属性的模拟，寻找和确定同时具有几种地理属性的分布区域，或者按照确定的地理指标，对叠置后产生的具有不同属性级的多边形进行重新分类或分级。因此，合成叠置的结果为新的多边形数据文件。统计叠置：精确的计算一种要素在另一种要素的某个区域多边形范围内的分布状况和数量特征，
13、或提取某个区域范围内某种专题内容的数据，因此，叠置的结果为统计报表或列表输出。二、空间叠置分析2.类型：根据要素的空间类型分为点、面叠合线、面叠合面、面叠合分类第31页，共64页，编辑于2022年，星期三叠 置 分 析 统 计 示 意 图叠置图某县土地报表第32页，共64页，编辑于2022年，星期三3.MapInfo中的叠合1)对象分割方法：a.使对象所在图层可编辑。b.选中分割对象，对象菜单下将对象设置为目标。c.创建并选择分割对象（或使用同一图层或另一图层的对象）。分割对象必须封闭。d.选择“对象”“分割”。e.在“数据分解”对话框中，将字段函数设置为“空白”、“值”或“面积比例”。f.单
14、击“确定”。第33页，共64页，编辑于2022年，星期三3.MapInfo中的叠合2）对象的合并a.任意合并：合并对象必须在同一可编辑层中b.用列合并对象：该图层可编辑c.目标合并：合并对象不一定在同一图层，但目标对象所在图层必须可编辑数据聚合方法：无变化、总和（数值型字段默认）、值（其它型字段默认）、均值、加权合并结果：删除合并前的对象及其记录，生成新的对象；（保留原有对象），生成新的对象；保留目标对象，删除同一图层中的合并对象及其记录。第34页，共64页，编辑于2022年，星期三3.MapInfo中的叠合3.对象擦除根据欲擦除的目标对象与作为擦除工具的对象两者的叠置情况1)擦除内部：叠置部
15、分2)擦除外部：非叠置部分第35页，共64页，编辑于2022年，星期三三、网络分析1.网络的概念：指一系列相互联结的线状要素的集合，其通常具有一定的流通功能。如：交通网车流、人流管网水流、煤气流、热流电网电流因特网Internet信息流第36页，共64页，编辑于2022年，星期三三、网络分析2.网络的基本组成部分链（Link）：供物体运移的通道节/结点（Node）:网络中链的端点或任意两条链的交点。结点中又有下面几种特殊的类型。中心（Center）：接受或分配资源的位置，有源、汇之分站点（Stop）：资源中转站障碍（Barrier）：资源不能通过的节点拐点（Turn）：资源流向发生改变处，出现
16、在网络链中的分割结点上u网络的主要属性：阻强、资源需求量、资源容量第37页，共64页，编辑于2022年，星期三三、网络分析3.应用：选择最优路径、资源调配、地址匹配1）路径分析：求最优路径最优状态：静态、动态；最优目标：距离最短路径、时间最短路径、耗费最低路径；最优数量：1条、N条第38页，共64页，编辑于2022年，星期三三、网络分析计算最短路径的Dijkstra算法10510510030601020310301005502010604250带权的有向图和邻接矩阵第39页，共64页，编辑于2022年，星期三三、网络分析2）资源分配负荷设计时间和距离估算3）地址匹配第40页，共64页，编辑于2
17、022年，星期三建模（型）分析第四节关于模型l建立模型的基础在于模型本身与被建对象之间存在着某种相似性。形状相似结构相似行为相似如果两个对象之间建立了某种相似，那么它们之间就存在着原型模型关系。第41页，共64页，编辑于2022年，星期三关于模型模型的种类lll实物模型：地形模型、建筑物模型图象模型：地图、建筑结构图、工艺流程图、网络图数学模型：函数关系第42页，共64页，编辑于2022年，星期三一、数字高程模型DEMDEM是国家基础地理信息产品之一4D产品：DLG、DRG、DEM、DOMDLG：Digital Line GraphicDRG：Digital Raster GraphicDEM
18、：Digital Elevation ModelDOM：Digital Orthophoto Map数字线划图数字栅格图数字高程模型数字正射影像图第43页，共64页，编辑于2022年，星期三1.数字高程模型的含义DTM（DigitalTerrainModel）是通过地表点集的空间直角坐标（x，y，z）并使需要进一步伴随若干专题特征来表示地形表面的,它是构成地形、地理分析的基础。DEM（DigitalElevationModel）是地表单元上高程的集合，是地貌形态的离散表示。DEM是构成DTM的基础，DTM的其他元素均有DEM导出，显然，DEM的质量好坏直接决定着DTM的精确性。DEM是DTM的
19、一个子集。第44页，共64页，编辑于2022年，星期三506002.DEM的数据模型等高线模型l正方形格网模型（Grid）7l 不规则三角网模型（TIN）Delaunay三角网75第45页，共64页，编辑于2022年，星期三Delaunay三角网与Voronoi图Delaunay三角网与Voronoi图是互偶的第46页，共64页，编辑于2022年，星期三Delaunay三角网有以下特性：v Delaunay三角网的唯一性；v 没有任何点在三角形的外接圆内部，反之，如果一个三角网满足此条件，那么它就是Delaunay三角网；v Delaunay三角网中的三角形最接近于等边三角形第47页，共64页
20、，编辑于2022年，星期三3.构建DEM的主要技术手段l 地面测量l 数字摄影测量l 基于数字线划图的内插l 激光、雷达第48页，共64页，编辑于2022年，星期三4.国家DEM库的建设目前我国已建成了ll全国1:25万DEM库（在建全国1:5万DEM）七大江河流域重点防范区的1:1万DEM库：长江、黄河、珠江、淮河、海河、辽河、松花江第49页，共64页，编辑于2022年，星期三5.DEM的应用l可以较好地将地表三维可视化；能够方便地计算坡度、坡向等各种地形因子；求算体积、表面积；派生等高线、坡度图、断面图；与其他专题信息进行叠置分析；l 规划中的项目选址（道路、水库）、开发建设中土方量计算、
21、通视性的判断.l 在防洪减灾方面，DEM是进行水文分析不可或缺的基础：汇水区分析、水系网络分析、淹没分析l第50页，共64页，编辑于2022年，星期三杭州湾三维地形第51页，共64页，编辑于2022年，星期三六、初步成果与研究基础地形长江口三维第52页，共64页，编辑于2022年，星期三二、地图模型l地图是客观世界的模型1、基础地图的编制2、统计图的制作3、专题地图的制作第53页，共64页，编辑于2022年，星期三2、统计图的制作l新建统计图窗口，并选择数据项及标注l 选择统计图类型l 更改标注轴及数值轴l 自定义统计图的点、线、面式样l 保存统计图第54页，共64页，编辑于2022年，星期三
22、3、专题地图的制作1）选择专题地图类型2）选择欲在图中表现的数据项从本表中某字段获取数据从其它相关的表中获取数据从本表或相关表中获取派生数据3）修改、编辑专题图4）保存专题地图第55页，共64页，编辑于2022年，星期三专题地图类型（表示法）l色级（分级）统计图法l 分区统计图法l 定位符号法l 点值法l 质量底色法l 格网GRID第56页，共64页，编辑于2022年，星期三质量底色法（独立值图）l质量底色法以不同的颜色或不同的晕线为底色填充各区域，从而显示区域间的质量差异。简称质底法。l 色级统计图法与质底法都是通过填充底色来反映区域属性的变化。两者本质的区别在于前者反映的是量变，后者反映的
23、是质变。因此前者要求采用渐变色，而后者则应采用适当的对比色。第57页，共64页，编辑于2022年，星期三点值法（点密度）l点值法是用形状相同、大小相等的点的多少及其分布密度来反映区域内某要素的数量特征及其分布的。l 一般方法：确定点的形状和大小确定点值、点数布点第58页，共64页，编辑于2022年，星期三分区统计图法、定位符号法l分区统计图法(直方图、饼图）：用统计符号表示区域内一定的数量指标，及其数量构成，但符号不定位。l 定位符号法（等级符号）：通过符号的大小来表示点状要素的数量特征及数量构成，且符号是定位的。*MapInfo中这两种表示法的区别还不在于此，而在于前者可表示多项数据，后者只
24、能表示单项数据。但前者符号是确定的，后者却是可变的。第59页，共64页，编辑于2022年，星期三色级（分级）统计图法l根据统计区域制图要素数量的变化，设计渐变色，并均匀涂布在相应的区域中。通过色彩的渐变，反映统计区域数量的变化。l 该表示法通常用于表示相对数量指标*统计数据的分级*色级第60页，共64页，编辑于2022年，星期三分级方法等计数分级：各级别中数据个数相等等差分级：分级值按等差级数分布x,x+d,x+2d,x+3d,.等比分级：分级值按等比级数分布L,kLr,kLr2,kLr3,kLr4,.标准差分级分位数法自然分级法使每个范围内所有数据值与其平均值之差为最小。自定义MapInfo
25、第61页，共64页，编辑于2022年，星期三标准差分级中间范围在数据的平均值处划分，中间范围上下两个范围分别位于平均值以上或以下一个标准差处.，x-2,x-,x,x+,x+2,.平均数x=Xn标准差（中误差）=(X-x)2 n第62页，共64页，编辑于2022年，星期三分位数法分位数是指按大小顺序排列数组的中位数、四分位数、.3272,2174,1967,1213,876,543,329,137,98,72,59,23平均四分位数11590平均中位数436平均四分位数285第63页，共64页，编辑于2022年，星期三4、地图输出l输出到其它软件系统对象连接与嵌入（ObjectLinkingandEmbeding），简称OLE。转出为一定的交换格式将当前窗口另存为其它系统接受的文件l 打印输出MapInfo布局窗口的建立第64页，共64页，编辑于2022年，星期三