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1、GIS的数据模型分两大类，即矢量数据模型和栅格数据模型。以栅格数据模型为存储结构、地图代数（Map Algebra）为数学基础的空间分析方法自1980 年头后期以来成为GIS技术发展的重要方向，并日趋成熟。它的最大特点就是能够对空间问题进行建模，因此已成为衡量一个GIS功能强弱的关键指标之一。一一.栅格数据模型栅格数据模型1、概念 栅格数据模型是一种简洁直观的空间数据结构，又称网格结构或像元结构 是将地球表面划分为大小相等的网格阵列，每个网格作为一个像元或像素由行、列定义，并包含一个代码表示该像素的属性类型或量值，或仅仅包含指向其属性记录的指针。因此，栅格数据是以规则的阵列来表示空间地物或现象
2、分布的数据组织，组织中的每个数据表示地理要素的非几何属性特征 2.2.栅格数据结构获得方法栅格数据结构获得方法栅格结构是以规则的阵列来表示空间地物或现象分布的数据组织，组织中的每个数据表示地理要素的非几何属性特征。特点：属性明显，定位隐含。获得方法：(1)手工网格法；(2)扫描数字化法；(3)分类影像输入法；(4)数据结构转换法。二二.矢量数据模型矢量数据模型XYijx1 y1x2 y2xi yixn yn1、概念 矢量数据模型的矢量结构是通过记录坐标的形式来表示点、线、面(多边形)等地理实体。特点：定位明显，属性隐含。获得方法：(1)手工数字化法；(2)手扶跟踪数字化法；(3)数据结构转换法
3、。三矢量结构与栅格结构的比较四三维数据结构三维数据结构也存在栅格和矢量两种形式。栅格结构运用空间索引系统，它包括将地理实体的三维空间分成细小的单元，称之为体元或体元素。存储这种数据的最简洁形式是接受三维行程编码，它是二维行程编码在三维空间的扩充。这种编码方法可能须要大量的存储空间，更为困难的技术是八叉树，它是二维的四叉树的延长。三维矢量数据结构表示有多种方法，其中运用最普遍的是具有拓扑关系的三维边界表示法和八叉树表示法。6.2 GIS空间分析的基本原理与方法空间分析的基本原理与方法一、栅格数据分析的模式一、栅格数据分析的模式1栅格数据的聚类、聚合分析栅格数据的聚类、聚合分析1）聚类分析）聚类分
4、析概念：空间聚类是依据预先设定的聚类条件，概念：空间聚类是依据预先设定的聚类条件，使符合条件的区域输出在图上，不符合条件的使符合条件的区域输出在图上，不符合条件的区域为空白。区域为空白。（a）栅格数据系统样图栅格数据系统样图(b)提取要素提取要素“2”的聚类结果的聚类结果 聚类分析示意图聚类分析示意图 在四种类型要素中提取其中要素在四种类型要素中提取其中要素2的聚类：的聚类：21;1,3,40示例：空间聚类（1）某镇土地利用现状左下图是一幅土地利用栅格图（1.耕地，2.园地，3.林地，4.居民点，5.独立工矿，6.水域，7未利用地），设定条件可以是：E=（属性=“水域”）（面积1公顷）（水域邻
5、接居民点），右下图是输出结果。这类聚类条件的设定常用于位址规划。图图 空间聚类分析输出图形空间聚类分析输出图形2）聚合分析）聚合分析概念概念 聚合分析是依据预先设定的聚合条件，在同一聚合分析是依据预先设定的聚合条件，在同一图层上进行数据类别的合并或转换，以实现空间地域图层上进行数据类别的合并或转换，以实现空间地域的兼并，从而将困难的空间数据合并成预定的类别的兼并，从而将困难的空间数据合并成预定的类别 空间聚合的结果往往是将困难的类别转换为较简洁的空间聚合的结果往往是将困难的类别转换为较简洁的类别，大多数以小比例尺图形输出。当从大比例尺图类别，大多数以小比例尺图形输出。当从大比例尺图形向小比例尺
6、图形转换时，常运用这种方法。形向小比例尺图形转换时，常运用这种方法。(a)(b)栅格数据的聚合 a:=3b:31耕地耕地 2园地园地 3林地林地 4居民点居民点 5独立工矿独立工矿 6水域水域 7未利用地未利用地 耕地、园地、林地、水域农用地；居民点、独立工矿建设用地未利用地未利用土地n 聚类、聚合分析应用聚类、聚合分析应用 n栅格数据的聚类聚合分析处理法在数字地形模型及栅格数据的聚类聚合分析处理法在数字地形模型及遥感图象处理中的应用是特别普遍的。遥感图象处理中的应用是特别普遍的。n例如，由数字高程模型转换为数字高程分级模型便例如，由数字高程模型转换为数字高程分级模型便是空间数据的聚合，而从遥
7、感数字图象信息中提取是空间数据的聚合，而从遥感数字图象信息中提取其一地物的方法则是栅格数据的聚类其一地物的方法则是栅格数据的聚类 信息复合模型(overlay)包括两类：即简洁的视觉信息复合和较为困难的叠加分类模型。正因为如此，栅格数据常被用来进行区域适应性评价、资源开发利用、规划等多因素分析探讨工作。在数字遥感图象处理工作中，利用该方法可以实现不同波段遥感信息的自动合成处理。视觉信息复合是将不同专题的内容叠加显示在结果图件上，参与复合的平面之间没发生任何逻辑关系，仍保留原来的数据结构；叠加分类模型则依据参与复合的数据平面各类别的空间关系重新划分空间区域，使每个空间区域内各空间点的属性组合一样
8、。叠加结果生成新的数据层，该数据层图形数据记录了重新划分的区域，而属性数据库结构中则包含了原来的几个参与复合的数据层的属性数据库中全部的数据项。2 栅格数据的栅格数据的信息复合分析信息复合分析 （1）、概概念念 视视觉觉信信息息复复合合是是将将统统一一地地区区的的统统一一比比例例尺尺的的不不同同含含义义的的图图形形图图像像进进行行叠叠合合显显示示在在屏屏幕幕上上或或结结果果图图件件上上，以以便便推推断断不不同同地地理理实实体体的的空空间间关关系，从而获得更多的空间信息。系，从而获得更多的空间信息。视视觉觉信信息息复复合合中中，不不变变更更各各图图层层数数据据结结构构，也也不不形形成成新新的的数
9、数据据，只只给给用用户户带带来来视视觉觉效效果果，用用于于目目视视分分析。析。1 1）视觉信息复合）视觉信息复合 A 点、线和面状图之间的复合点、线和面状图之间的复合 通通过过点点线线和和面面状状图图的的相相互互复复合合，寻寻求求特特征征信信息息在在空空间间上上的的关关联联性性。在这里强调的是复合图之间的关系，而不是强调生成新的目标。如要了解居民点与污染区空间位置关系，就可以把居民点图和污染分区图进行点与面的视觉复合。直觉上可以看到各个居民点的污染轻重。又如旅游者在确定旅游线路时，可把该地区的旅游景点图、地形、交通和旅游者位置进行信息复合，从而帮助旅游者确定旅游线路等。面状图、线状图和点状图之
10、间的复合面状图、线状图和点状图之间的复合面状图与专题区域边界之间的复合面状图与专题区域边界之间的复合 B 遥感信息和专题图的视觉复合遥感信息和专题图的视觉复合 遥遥感感信信息息和和非非遥遥感感信信息息结结合合是是地地理理信信息息系系统统和和遥遥感感相相结结合合的的基基础础，遥遥感感和和地地理理信信息息系系统统所所处处理理问问题题具具有有互互补补性性。遥遥感感图图上上信信息息丰丰富富，但但缺缺乏乏行行政政区区划划界界线线等等非非遥遥感感信信息息，这这样样不不利利于于区区域域分分析析。另另外外，在在遥遥感感分分类类中中常常常常出出现现比比较较麻麻烦烦的的“异异物物同同谱谱”现现象象。如如荒荒草草和
11、和牧牧草草，果果园园和和灌灌木木等等，从从遥遥感感角角度度看看，因因为为具具有有相相同同的的光光谱谱特特性性而而无无法法区区分分，这这时时如如把把遥遥感感分分类类图图和和专专题题图图或或地地形形图图进进行行视视觉觉复复合合，就就可可以以直直觉觉地地解解决决某某些些“异物同谱异物同谱”分类问题，从而大大提高遥感分类精度。分类问题，从而大大提高遥感分类精度。遥感影像与专题地图的复合 C 专题图和数字高程图视觉复合专题图和数字高程图视觉复合 专专题题图图通通常常用用平平面面图图来来表表示示，而而数数字字高高程程模模型型（DEM）的的立立体体彩彩色色显显示示是是具具有有高高度度真真实实感感的的，假假如
12、如把把各各种种专专题题图图和和数数字字高高程程图图复复合合生生成成立立体体专专题题图图，可可以以大大大大增增加加视视觉觉效效果果，便便于于人人们们相相识识和和探探讨讨自自然然资资源源。例例如如，把把旅旅游游图图和和数数字字高高程程图图结结合合生生成成立立体体旅旅游游景景观观图图，有有利利于于人人们们视视察察景景点点分分布布和和旅旅游游路路途途选选择择；再再如如将将野野生生动动物物分分布布图图与与数数字字高高程程图图结结合合，生生成成立立体体野野生生动动物物分分布布图图，可可以以帮帮助助动动物物学学家家对对野野生生动动物物群群体体生生存存环境的探讨。环境的探讨。专题地图与数字高程模型复合专题地图
13、与数字高程模型复合遥感影像与DTM复合2 栅格数据的栅格数据的信息复合分析信息复合分析 依据参与复合的栅格数据层不同类别的空间关系重新划分空间依据参与复合的栅格数据层不同类别的空间关系重新划分空间区域，每个空间区域内各空间点的属性组合一样。区域，每个空间区域内各空间点的属性组合一样。叠加结果生成新的数据层，该数据层图形数据记录了重新划叠加结果生成新的数据层，该数据层图形数据记录了重新划分的区域，而属性数据库结构中则包含了原来的几个参与复合分的区域，而属性数据库结构中则包含了原来的几个参与复合的数据层的属性数据库中全部的数据项。的数据层的属性数据库中全部的数据项。叠加分类模型用于多要素综合分类，
14、以划分最小地理景观单叠加分类模型用于多要素综合分类，以划分最小地理景观单元，进一步可进行综合评价以确定各景观单元的等级序列。元，进一步可进行综合评价以确定各景观单元的等级序列。2 2）叠加分析模型叠加分析模型叠加分析的定义叠加分析的定义叠加是把分散在不同层上的空间、属性信息按叠加是把分散在不同层上的空间、属性信息按相同的空间位置叠加到一起，合为新的一层。相同的空间位置叠加到一起，合为新的一层。叠合过程往往是对空间信息和对应的属性信息叠合过程往往是对空间信息和对应的属性信息作集合的交、并、差、余运算，也可再进一步作集合的交、并、差、余运算，也可再进一步对属性作其他的数学运算。对属性作其他的数学运
15、算。复合运算方法复合运算方法空间逻辑运算为探讨便利将空间图层为探讨便利将空间图层A A，B B定义为二值图象定义为二值图象1 1、空间逻辑并（或）运算；、空间逻辑并（或）运算；A AB=X XB=X XA A 或或 X X B B 2 2、空间逻辑交（与）运算；、空间逻辑交（与）运算；AB=X XAB=X XA A 且且 X XB B 3 3、空间逻辑差运算；、空间逻辑差运算；A-B=X XA-B=X XA A 且且 X XB B 4 4、空间包含；、空间包含；A A B B逻辑推断复合法逻辑推断复合法 复合运算方法复合运算方法 逻辑推断复合法逻辑推断复合法 设有设有A、B、C三个层面的栅格数
16、据，一般可以用布尔三个层面的栅格数据，一般可以用布尔逻辑算子以及运算结果的文氏图（见图逻辑算子以及运算结果的文氏图（见图6-3）表示其一般的）表示其一般的运算思路和关系运算思路和关系 例：有土壤厚度（大于例：有土壤厚度（大于50厘米）和土壤类型（红壤厘米）和土壤类型（红壤和其他类型）两个二值化图层，不同的逻辑运算结和其他类型）两个二值化图层，不同的逻辑运算结果如下：果如下：AND关系：结果是将土层厚度大于关系：结果是将土层厚度大于50厘米，且土壤厘米，且土壤为红壤的土壤单元显示出来；为红壤的土壤单元显示出来；OR关系：结果将土层厚度大于关系：结果将土层厚度大于50厘米，或者土壤为厘米，或者土壤
17、为红壤的土壤单元显示出来；红壤的土壤单元显示出来；XOR：结果将土层厚度小于：结果将土层厚度小于50厘米，或者土壤不是厘米，或者土壤不是红壤的土壤单元显示出来；红壤的土壤单元显示出来；NOT:如结果是将土层厚度大于如结果是将土层厚度大于50厘米，但土壤不是厘米，但土壤不是红壤的土壤单元显示出来；红壤的土壤单元显示出来；逻辑关系运算逻辑关系运算例例 AB123A1A2A3B1B2标号 地貌A 阳坡B 阴坡标号 植被1 林地2 农地3 牧地标号 综合属性A1 阳坡 林地A2 阳坡 农地A3 阳坡 牧地B1 阴坡 林地B2 阴坡 农地基于栅格数据结构的叠加分析基于栅格数据结构的叠加分析复合运算方法复
18、合运算方法数学运算复合法数学运算复合法 指不同层面的栅格数据逐网格按确定的数学法则进指不同层面的栅格数据逐网格按确定的数学法则进行运算行运算,从而得到新的栅格数据系统的方法。其主要类型有从而得到新的栅格数据系统的方法。其主要类型有以下几种以下几种:算术运算算术运算 指两层以上的对应网格值经加、减运算，而得到新的栅指两层以上的对应网格值经加、减运算，而得到新的栅格数据系统的方法。这种复合分析法具有很大的应用范围。格数据系统的方法。这种复合分析法具有很大的应用范围。图图6-46-4给出了该方法在栅格数据编辑中的应用例证。给出了该方法在栅格数据编辑中的应用例证。算术运算算术运算在ArcGIS中，运用
19、栅格计算器(Map Calculator)可以很便利地实现栅格图层的复合/叠置运算。复合运算方法复合运算方法l函数运算函数运算l 指两个以上层面的栅格数据系统以某种函数关系作为指两个以上层面的栅格数据系统以某种函数关系作为复合分析的依据进行逐网格运算，从而得到新的栅格数据系复合分析的依据进行逐网格运算，从而得到新的栅格数据系统的过程。统的过程。l 这种复合叠置分析方法被广泛地应用到地学综合分析、这种复合叠置分析方法被广泛地应用到地学综合分析、环境质量评价、遥感数字图像处理等领域中。环境质量评价、遥感数字图像处理等领域中。l 只要得到对于某项事物关系及发展变更的函数关系式，只要得到对于某项事物关
20、系及发展变更的函数关系式，便可运用以上方法完成各种人工难以完成的极其困难的分析便可运用以上方法完成各种人工难以完成的极其困难的分析运算。这也是目前信息自动复合叠置分析法受到广泛应用的运算。这也是目前信息自动复合叠置分析法受到广泛应用的缘由。缘由。A B A B+C f（a，b）C=(A+B)/2函函数数运运算算 利用土壤侵蚀通利用土壤侵蚀通用方程式计算用方程式计算土壤土壤侵蚀量侵蚀量时，就可利时，就可利用多层面栅格数据用多层面栅格数据的函数运算复合分的函数运算复合分析法进行自动处理。析法进行自动处理。一个地区土壤侵蚀一个地区土壤侵蚀量的大小是量的大小是降雨降雨(R)(R)、植被覆度植被覆度(C
21、)(C)、坡度坡度(S)(S)、坡长坡长（L L）、）、土壤抗蚀性土壤抗蚀性(SR)(SR)等等因素的函数因素的函数 下面以工业厂址适宜性分析为例，来说明栅格叠置分析过程。下面以工业厂址适宜性分析为例，来说明栅格叠置分析过程。（1 1）选址分析：）选址分析：工业设施不允许位于自然爱护区内；工业设施不允许位于自然爱护区内；起伏地形会增起伏地形会增加建筑造价，陡坡更不合适；加建筑造价，陡坡更不合适；未利用用地或农用地相对未利用用地或农用地相对便宜；便宜；购买居民区或现存工业区不行取，因为这不仅带购买居民区或现存工业区不行取，因为这不仅带来高的代价，同时，还带来移民安置等问题，故尽可能选来高的代价，
22、同时，还带来移民安置等问题，故尽可能选择人口稀有地区；择人口稀有地区；交通便利。交通便利。（2 2）空间数据准备：依据以上分析，为了选择合适的）空间数据准备：依据以上分析，为了选择合适的厂址，涉及到下列数字地图：厂址，涉及到下列数字地图：土地利用现状图；土地利用现状图；地形坡度图；地形坡度图；人口密度图；人口密度图；交通运输图；交通运输图；自然爱护区图。自然爱护区图。下面以工业厂址适宜性分析为例，来说明栅格叠置分析过程。下面以工业厂址适宜性分析为例，来说明栅格叠置分析过程。（3）操作步骤如图所示：）操作步骤如图所示：对各影响因素进行再分类，以表示每一个方面的适宜性。对各影响因素进行再分类，以表
23、示每一个方面的适宜性。如可把土地利用重新分成三类适宜性：空地如可把土地利用重新分成三类适宜性：空地=高，农业区高，农业区=中，中，居民区和工业区居民区和工业区=低。人口密度可重新分成四类：低。人口密度可重新分成四类：30人人/hm2=低。用同样的方法对其他影响因素低。用同样的方法对其他影响因素进行再分类；进行再分类；对每一个方面用加权因子来表明其相对重要性；对每一个方面用加权因子来表明其相对重要性；将这些数字地图叠置，并在每个网格单元上将这四个值将这些数字地图叠置，并在每个网格单元上将这四个值相加；相加；适宜性分析：在结果地图上，得分高的网格单元就意味适宜性分析：在结果地图上，得分高的网格单元
24、就意味着被组合的四个方面高的适宜性。对于自然爱护区，则加上着被组合的四个方面高的适宜性。对于自然爱护区，则加上一个严厉限制，即在这些区域的网格单元中把适宜性置零值；一个严厉限制，即在这些区域的网格单元中把适宜性置零值；依据适宜性分析计算，确定厂址。依据适宜性分析计算，确定厂址。栅格叠置分析示例3 栅格数据的追踪分析栅格数据的追踪分析 所谓栅格数据的追踪分析是指对于特所谓栅格数据的追踪分析是指对于特定的栅格数据系统，由某一个或多个定的栅格数据系统，由某一个或多个起点，依据确定的追踪线索进行目标起点，依据确定的追踪线索进行目标追踪或轨迹追踪，以便信息提取的空追踪或轨迹追踪，以便信息提取的空间分析方
25、法。间分析方法。此此外外，追追踪踪分分析析方方法法在在扫扫描描图图件件的的矢矢量量化化、利利用用数数字字高高程程模模型型自自动动提提取取等等高高线线、污污染染水水源源的的追追踪分析等方面都发挥着特别重要的作用。踪分析等方面都发挥着特别重要的作用。下图为下图为GIS显示的追踪得到的河流图。显示的追踪得到的河流图。为GIS显示的追踪得到的河流图。4 栅格数据的窗口分析栅格数据的窗口分析 1）概念）概念 窗口分析是指对于栅格数据系统中一窗口分析是指对于栅格数据系统中一个、多个栅格点或全部的数据，开拓个、多个栅格点或全部的数据，开拓一个有固定分析半径的分析窗口，并一个有固定分析半径的分析窗口，并在该窗
26、口内进行极值、均值等一系列在该窗口内进行极值、均值等一系列统计计算，或与其他层面的信息进行统计计算，或与其他层面的信息进行必要的复合分析，从而实现栅格数据必要的复合分析，从而实现栅格数据有效水平方向扩展分析。有效水平方向扩展分析。依据分析窗口的形态，可以将分析窗口划分为以下类型：依据分析窗口的形态，可以将分析窗口划分为以下类型：矩形窗口：是以目标栅格为中心，分别向四周八个方向扩展矩形窗口：是以目标栅格为中心，分别向四周八个方向扩展一层或多层栅格，从而形成矩形分析区域，如一层或多层栅格，从而形成矩形分析区域，如3333、5555、7777的矩形窗口。的矩形窗口。圆型窗口：是以目标栅格为中心，向四
27、周作一等距离搜寻区，圆型窗口：是以目标栅格为中心，向四周作一等距离搜寻区，构成一圆型分析窗口。构成一圆型分析窗口。环型窗口：是以目标栅格为中心，按指定的内外半径构成环环型窗口：是以目标栅格为中心，按指定的内外半径构成环型分析窗口。型分析窗口。扇型窗口：是以目标栅格为起点，按指定的起始与终止角度扇型窗口：是以目标栅格为起点，按指定的起始与终止角度构成扇型分析窗口。构成扇型分析窗口。2）窗口的类型窗口的类型分析窗口的类型分析窗口的类型窗口内统计分析的类型窗口内统计分析的类型 栅格分析窗口内的空间数据的统计分析类型一般有以下几种类型：栅格分析窗口内的空间数据的统计分析类型一般有以下几种类型：（1）均
28、值）均值Mean；(2)最大值最大值Maximum；(3)最小值最小值Minimum；（；（4）中）中值值Median；（；（5）总数）总数Sum；（6）范围）范围Range；（；（7）Majority多数；（多数；（8）少数）少数Minority；（；（9）变异）变异度度Variety。标准差（标准差（Standard Deviation）（高通量（高通量（High Pass）低通量（）低通量（Low Pass）焦点流（焦点流（Focal Flow）在在arcgis软件中，窗口分析的功能是软件中，窗口分析的功能是Neighborhood statistic 吩咐吩咐 在实际工作中，为解决某一
29、个具体的应用命题，以上在实际工作中，为解决某一个具体的应用命题，以上4种栅格数据的种栅格数据的分析模式往往综合运用。分析模式往往综合运用。3）邻域分析（窗口分析）邻域分析（窗口分析）原始栅格（总数Sum）邻域统计栅格f（x）求平均求平均5.5.栅格数据再分类栅格数据再分类再分类（再分类（ReclassifyReclassify）再分类（再分类（ReclassificationReclassification）：依据不同的须要对原始）：依据不同的须要对原始数据再次进行分类和提取的过程。数据再次进行分类和提取的过程。重分类的关键是确定原数据到新数据之间的对应重分类的关键是确定原数据到新数据之间的对
30、应关系。关系。空间信息分类方法是空间信息分类方法是GISGIS功能的重要组成部分。功能的重要组成部分。GISGIS存储的数据具有原始数据的性质，这样用户存储的数据具有原始数据的性质，这样用户就可以依据不同的运用目的对数据进行随意提取就可以依据不同的运用目的对数据进行随意提取和分析。分类方法不同，得到的结果会有很大差和分析。分类方法不同，得到的结果会有很大差异。异。5.5.栅格数据再分类栅格数据再分类空间信息的再分类分为两类。一类是基于地理信息的非空间属性进行再分类，它不变更地物已有的属性值，而只是依据地物的属性，将它们划分到相应的类别中。此种分类可以通过简洁的变更图例来完成，也可通过主成分分析
31、法，聚类分析法等完成。另一类再分类的方法是通过对地物属性信息经过分类组织产生新的地物特征。对于栅格数据，可通过赋值或简洁计算来获得新的地物，达到重新分类的目的（如Arcgis中的Reclassify功能）。Reclassifying MapsReclassifying Maps示例：栅格数据再分类结果示例：栅格数据再分类结果1、地理查询、地理查询2、缓冲带分析、缓冲带分析3、叠置分析、叠置分析4、网络分析、网络分析5、地形分析、地形分析6、空间插值、空间插值二、矢量数据分析方法1、地理查询、地理查询1）.数据库查询：地图视图和属性表 依据属性查询有关地理实体；依据地理位置查询地理实体；依据空间
32、位置的相对关系查询地理实体 包含（containment）、相交（intersect）、接近（proximity）；2）.几何量测3）.重新分类属性查询1）.数据库查询数据库查询地理位置查询相对位置在超市200米范围内的全部景点相对位置穿越河流的城市地铁查询相对位置包含查询长度（周长）量算面积量算形态量算 线长度可由两点间直线距离相加得到，以米或公里为单位，投影基础上的平面直角坐标。2）.几何量测几何量测面积量算的梯形法：面积量算的梯形法：面状地物以其轮廓边界弧段构成的多边形面状地物以其轮廓边界弧段构成的多边形表示的。表示的。对于没有空洞的简洁多边形，用上式计算；对于没有空洞的简洁多边形，用上
33、式计算；对于有孔或内岛的多边形，可分别计算外多边形对于有孔或内岛的多边形，可分别计算外多边形与内岛面积，其差值为原多边形面积。与内岛面积，其差值为原多边形面积。缓冲区是依据点、线、面地理实体，建立起四周确定宽度范围内的扩展距离图，缓冲区的作用是用来限定所需处理的专题数据的空间范围。2缓冲带分析缓冲带分析 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、马路以及航运输河道对其所穿过区域经济发展的重要性分分 类类点、线、多边形的缓冲区特殊形态的缓冲区：点对象有三角形、矩形和圆形buffer线对象有双侧对称、双侧不对称或单侧缓冲区面对象有内侧和外侧缓冲区 缓
34、冲区变异缓冲区变异原原 理理点、线、面及多重点、线、面及多重Buffer的算法原理的算法原理 Point：以点为圆心，以R为半径画圆；Polyline：分别对每一顶点和每条边生成Buffer，然后叠加；Polygon：先生成边界的Buffer，再与多边形本身叠加；Multi-buffer：先以不同半径生成不同宽度的buffer再叠加；Buffer 实现实现商场的市场区位（服务范围中心地理论）城市探讨：变更某个辖区的行政界线时，要通知四周确定距离（如150M）的住户林业规划：距河流确定纵深的范围来确定森林的砍代区地震带：按断裂线的危急等级绘出每一断裂线的不同宽度的缓冲带作为警戒线土地评价：依据距
35、离交通线的远近进行成本估算地价评估实际中的应用实际中的应用3 叠置分析叠置分析将两幅矢量图层通过几何图形相交合并成一幅新的矢量图层，其结果综合了原来两层或多层要素所具有的属性。分类:点包含分析 线包含分析 多边形叠置分析 叠加的结果：几何形态变更 属性变更1）.点包含分析点包含分析Point-in-polygon overlay：是确定一图层上的点落在另一图层的哪个多边形内，以便为图层的每个点建立新的属性，实质是计算多边形对点的包含关系AB121A2B+=推断方法：从推断点引出某一方向上的射线，通过推断点与多边形交点数来确定点与多边形的包含关系，奇数次在区域内，偶数次则位于区域外。一个中国政区
36、图（多边形）和一个全国矿产分布图（点），二者经叠加分析后，并且将政区图多边形有关的属性信息加到矿产的属性数据表中，则可以查询指定省有多少种矿产，产量有多少；还可查询指定类型的矿产在哪些省里有分布等信息。点与多边形叠加的两个实例点与多边形叠加的两个实例一个野生动植物学家探讨褐头燕八哥的位置与森林植被的特定类型或分布间是否有功能上的必定联系？在完成了森林植被（多边形）分类的航片上标注鸟类（点）的位置统计每个林区的燕八哥的数目（建立属性表）一个侦探探讨在城市的特定区域和偷钱包的多发事务是否存在某种空间关系？从警察局的犯罪记录中将偷钱包事务标注在街区图上以每个月为单位依据街区绘制犯罪统计表2）.线包含
37、分析线包含分析AB11A1B+=Line-in-polygon overlay:是确定一个图层上的弧段(Arc)落在另一图层的哪个多边形内，以便为图层的每条弧段建立新的属性。线与多边形的叠加，是比较线上坐标与多边形坐标的关系，推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。假如线状图层为河流，叠加的结果是多边形将穿过它的全部河流打断成弧段，可以查询随意多边形内的河流长度，进而计算它的河网密度等；假如线状图层为道路网，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
38、边形的交通量，相邻多边形之间的相互交通量。确定某一行政区内各种等级道路的里程数3.多边形叠加多边形叠加 Polygon-on-polygon overlay: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，其结果将原来多边形要素分割成新要素，新要素综合了原来两层或多层的属性。应用范围：地理变量的多准则分析区域多重属性的模拟分析地理特征的动态变更分析图幅要素更新、相邻图幅拼接区域信息提取AB+=121A1B2A2B属性安排过程：将输入图层对象的属性拷贝到属性安排过程：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新对象的属性表中，或把输入图层对象的标识码作为外键，干
39、脆关联到输入图层的属性表码作为外键，干脆关联到输入图层的属性表（理论假设是多边形对象内属性是均质的，将（理论假设是多边形对象内属性是均质的，将它们分割后，属性不变，它们分割后，属性不变，最小公共地理单元最小公共地理单元（Least Common Geographic Unit,LCGU）。）。地图叠加操作：地图叠加操作：ArcGIS为例为例输入地图与叠加地图具有相同的范围，则输出地图也具有相同的范围。输入地图与叠加地图范围不同，则依靠于地图叠加操作方法。方法 联合 相交 层叠加地图叠加操作：联合（地图叠加操作：联合（Union）OR=地图叠加操作：相交（地图叠加操作：相交（Intersect）
40、AND=地图叠加操作：层叠加地图叠加操作：层叠加（Identity）+=(输入地图)AND(叠加地图)OR(输入地图)地图叠加操作：相减（地图叠加操作：相减（erase）地图叠加：裂开多边形处理地图叠加：裂开多边形处理在地图叠加过程中，沿着两个输入地图的共同边界出现的微小多边形。缘由 数字化 原地图误差 遥感解译 野外调查消退方法设置模糊容差最小制图单元地图操作地图操作边界融合(Dissolve)裁剪(Clip)合并(Merge)地图操作：融合（地图操作：融合（disslove）消退具有相同属性的多边形边界（数据分类）112413312413地图操作：裁剪地图操作：裁剪(clip)落入裁减区域
41、范围内的输入地图要素地图操作：合并地图操作：合并(merge)两幅或两幅以上的地图拼接成新图合并多边形叠加应用实例多边形叠加应用实例一个地方规划师希望确定他所在的农业县今后20年大规模的城市化发展的区域，确定哪些土地用于房地产开发？（约束条件：现有耕地、肥力很大的土地、政府土地、历史文化遗迹、面临灭亡物种的栖息地不能开发）为上述五个图层创建具体的地图（多边形图层）五个图层叠加一起，得出没有限制的土地范围布尔逻辑运算(and)完成叠加操作：五个不相容变量&不能用作将来的农业用地&不是现有耕地&不在历史文化遗迹四周&不危及面临灭亡物种&不属于政府全部的土地主要网络分析功能主要网络分析功能 路径分析
42、(Path Analysis)实质是最短路径问题，对于交通、消防、救灾抢险、信息传输等有重要意义：运输网中找出运费最小的路径通讯网中找出两点间信息传递最牢靠的路由定位-配置分析（服务范围分析）又叫资源安排（选址问题），在城市和区域规划中应用广泛，其目标是合理地选定资源集散地，以及这些集散地的影响范围。选择最佳布局中心，或从一批候选位置中选定若干地点来建公共设施，为区域需求点供应服务4 网络分析网络分析1）、路径分析）、路径分析 静态最佳路径：在给定每条链上的属性后，求最佳路径。静态最佳路径：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，求代价最小的条最佳路径分析：确定起
43、点或终点，求代价最小的N条路径，条路径，因为在实践中最佳路径的选择只是志向状况，由于种种因素而因为在实践中最佳路径的选择只是志向状况，由于种种因素而要选择近似最优路径。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、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。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更的，动态最佳路径分析：实际网络中权值是随权值关系式变更的，可能还会临时出现一些障碍点，须要动态的计算最佳路径。可能还会临时出现一些障碍点，须要动态的计算最佳路径。无论是计算最短路
44、径还是最佳路径，其算法都是一样的，无论是计算最短路径还是最佳路径，其算法都是一样的，不同之处在于网络中每条弧的权值设置。假如要计算最短路径，不同之处在于网络中每条弧的权值设置。假如要计算最短路径，则权重设置为两个节点的实际距离；而要计算最佳路径，则可则权重设置为两个节点的实际距离；而要计算最佳路径，则可以将权值设置为从起点到终点的时间或费用。以将权值设置为从起点到终点的时间或费用。计算最短路径的计算最短路径的Dijkstra算法算法Dijkstra算法是典型最短路算法，用于计算一个节点到其他全部节点的最短路径。主要特点：以起始点为中心向外层层扩展，直到扩展到终点为止。宏大的荷兰计算机科学家迪杰
45、斯特拉，1930年诞生于荷兰阿姆斯特丹,2002年逝世于荷兰纽南。早年钻研物理及数学，而后转为计算学。曾在1972年获得过素有计算机科学界的诺贝尔奖之称的图灵奖。算法过程：算法过程：创建两个表，创建两个表，OPEN,CLOSE。d(i)表示结点距离表示结点距离,p(i)表示结点表示结点i的前一的前一结点。结点。OPEN表保存全部已生成而未考察的表保存全部已生成而未考察的节点，节点，CLOSED表中记录已访问过表中记录已访问过的节点。的节点。1 访问路网中里起始点最近且没有访问路网中里起始点最近且没有被检查过的点，把这个点放入被检查过的点，把这个点放入OPEN组中等待检查。组中等待检查。2 从从
46、OPEN表中找出距起始点最近表中找出距起始点最近的点，找出这个点的全部子节点，的点，找出这个点的全部子节点，把这个点放到把这个点放到CLOSE表中。表中。3 遍历考察这个点的子节点。求出遍历考察这个点的子节点。求出这些子节点距起始点的距离值，放这些子节点距起始点的距离值，放子节点到子节点到OPEN表中。表中。4 重复重复2，3，步。直到，步。直到OPEN表为表为空，或找到目标点。空，或找到目标点。算法过程：算法过程：（1）N1为起始结点；d(1)=0；Q=n1 S=n1 （2）与n1连接的点n2,n3,n4，分别计算各点到n1的最短距离；d（2）=d（1）+n1到n2的距离=1；因为d（2）初
47、始值为无穷大，因此 d（2）=1，p（2）=n1。同理得到：d(3)=4,p(3)=n1;d(4)=5,p（4）=n1.（3）在以上Q包含的3个点中，n2到n1的距离d（2）=1最短，因此将n2加入S，并从Q中删除。（4）推断Q中与n2相连的结点为n1，n3，n4，但n1已经在S中，不予考虑。计算n3，n4到n1的最短距离。d（3）=d（2）+n3到n2的距离=1+2=3 4,因此，d（3）=3，p（3）=n2；同理d（4）=4，p（4）=n2.（5）在上式中，n3到n1的距离 d（3）d（4）=4，因此d（4）和p(4)值均不变。从Q中删除n4，计算结束。d=（0，1，3，4），p=（n1，
48、n2，n2）5 空间插值空间插值概念：从存在的观测数据中找到一个函数关系式，使概念：从存在的观测数据中找到一个函数关系式，使该关系式最好地靠近这些已知的空间数据，并能依据该关系式最好地靠近这些已知的空间数据，并能依据函数关系式推求出区域范围内其它随意点或随意分区函数关系式推求出区域范围内其它随意点或随意分区的值，这种依据已知点或分区的数据，推求随意点或的值，这种依据已知点或分区的数据，推求随意点或随意分区的值的方法称为空间数据内插。随意分区的值的方法称为空间数据内插。空间插值分析是空间插值分析是GISGIS中数据处理常用方法之一，广泛应中数据处理常用方法之一，广泛应用于等值线自动制图、用于等值
49、线自动制图、DEMDEM模型建立、不同区域界限现模型建立、不同区域界限现象的相关分析。象的相关分析。这一过程事实上是把样本点置于三维空间中，点属性这一过程事实上是把样本点置于三维空间中，点属性为为Z Z坐标，拟合构造一个连续的光滑曲面函数，随意一坐标，拟合构造一个连续的光滑曲面函数，随意一点的属性值通过函数求解，因此也称为曲面插值分析。点的属性值通过函数求解，因此也称为曲面插值分析。空间插值分析空间插值分析缘由：空间数据往往是依据自己的要求获得采样的观缘由：空间数据往往是依据自己的要求获得采样的观测值，诸如土地类型、地面高程等。这些点的分布往测值，诸如土地类型、地面高程等。这些点的分布往往是不
50、规则的，在用户感爱好或模型困难区域可能采往是不规则的，在用户感爱好或模型困难区域可能采样点多，在其它地区则采样点少，由此而导致所形成样点多，在其它地区则采样点少，由此而导致所形成的多边形的内部变更不行能表达得更精确、更具体，的多边形的内部变更不行能表达得更精确、更具体，而只能达到一般的平均水平。但用户在某些时候却欲而只能达到一般的平均水平。但用户在某些时候却欲获知未观测点的某种感爱好特征的更精确值，这就导获知未观测点的某种感爱好特征的更精确值，这就导致了空间内插技术的诞生。致了空间内插技术的诞生。通常，在以下几种状况下要做空间插值：通常，在以下几种状况下要做空间插值：现有数据的辨别率不够，如遥