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1、城市城市规划划-4第四章第四章-城城市地理信息系市地理信息系统的空的空间数学模型数学模型(第第1-3讲)教学内容：教学内容：4.0 4.0 空间信息查询空间信息查询 4.1 4.1邻域分析邻域分析 4.24.2多边形叠置分析多边形叠置分析(overlay)(overlay)教学时间：教学时间：2 2课时课时教学方法：讲授法教学方法：讲授法 多媒体教学法多媒体教学法 协作学习法协作学习法教学目的：教学目的：1 1、让学生熟悉和认识、让学生熟悉和认识UGISUGIS空间分析空间信息查询；空间分析空间信息查询；2 2、让学生理解和掌握、让学生理解和掌握UGISUGIS中典型的邻域分析中典型的邻域分析
2、 3 3、让学生熟悉和掌握叠置分析是、让学生熟悉和掌握叠置分析是UGISUGIS掌握空间隐含信息的重掌握空间隐含信息的重要手段之一要手段之一教学重点：教学重点：缓冲区分析缓冲区分析 多边形叠置的基本方法多边形叠置的基本方法教学难点：教学难点：多边形叠置中属性数据计算多边形叠置中属性数据计算本次课教学所涉及的学术前沿：本次课教学所涉及的学术前沿：叠置分析在土地利用变化研究中的应用叠置分析在土地利用变化研究中的应用4 引言 UGISUGIS与一般的计算机辅助制图与一般的计算机辅助制图(CAC/CAD)(CAC/CAD)系统的主要系统的主要区别在于区别在于UGISUGIS具有空间分析功能。具有空间分
3、析功能。UGIS UGIS的空间分析是指以地理事务的空间位置和形态特的空间分析是指以地理事务的空间位置和形态特征为基础，以空间数据运算、空间数据与属性数据的综合征为基础，以空间数据运算、空间数据与属性数据的综合运算为特征，提取与产生新的空间信息的技术与过程。或运算为特征，提取与产生新的空间信息的技术与过程。或者说空间分析是指用于分析空间目标的一系列技术。者说空间分析是指用于分析空间目标的一系列技术。空间分析功能是空间分析功能是UGISUGIS的主要特征和评价的主要特征和评价UGISUGIS软件的主软件的主要指标之一。要指标之一。通过空间分析，有利于认识空间现象和空间过程的规通过空间分析，有利于
4、认识空间现象和空间过程的规律与机制，实现空间现象和空间过程的预测预报，支持空律与机制，实现空间现象和空间过程的预测预报，支持空间过程的调控与决策。间过程的调控与决策。4 引言引言UGISUGIS中的空间分析包含中的空间分析包含:1、基于地图的空间图形分析、基于地图的空间图形分析 如如UGIS中的缓冲区、叠加分中的缓冲区、叠加分析、析、TIN等；等；2、空间动力学分析：城市扩张模型、空间选择行为模型、空间动力学分析：城市扩张模型、空间选择行为模型、空间价格竞争模型等；空间价格竞争模型等；3、空间信息分析：是指根据数据或统计方法建立的模型，、空间信息分析：是指根据数据或统计方法建立的模型，如空间聚
5、类、空间自相关、回归模型、门槛分析等如空间聚类、空间自相关、回归模型、门槛分析等空间分析的内容空间分析的内容空间分析是空间分析是UGISUGIS的重要内容，也是评价一个的重要内容，也是评价一个UGISUGIS功能强弱功能强弱的重要标志。本章讨论的重要标志。本章讨论UGISUGIS中进行空间分析时用到的一些中进行空间分析时用到的一些空间数学模型。空间数学模型。空间数据库空间数据库查询条件查询条件属性限制属性限制空间限制空间限制二者结合二者结合GISGIS软件软件查询结果查询结果统计结果：统计结果：图、表、文字图、表、文字新图层新图层新的属性域添加到新的属性域添加到属性数据库属性数据库 查询方式查
6、询方式图形图形-属性属性空间查询语言空间查询语言闪烁、颜色等明显闪烁、颜色等明显表示表示4-0 空间数据查询空间数据查询1 1、给出图形信息给出图形信息：如：如鼠标点取鼠标点取，拉框拉框等方式等方式 1 1）检索其相应属性）检索其相应属性 2 2）检索其空间关系）检索其空间关系（位置、方位、拓扑）（位置、方位、拓扑）2 2、给出属性特征条件、给出属性特征条件 1 1）检索对应的空间实体）检索对应的空间实体 2 2）查询其他属性字段内容）查询其他属性字段内容 简单查询简单查询：空间：空间属性、属性属性、属性空间等空间等联合查询联合查询：将空间数据与属性数据联合查询：将空间数据与属性数据联合查询4
7、-0 空间数据查询空间数据查询一一.空间数据查询方式空间数据查询方式n基于属性特征的查询基于属性特征的查询q标准标准SQL查询查询n基于空间特征的查询基于空间特征的查询q空间定位查询：空间定位查询：点查询、开窗查询点查询、开窗查询q空间几何数据查询：空间几何数据查询：位置坐标、外接矩形、中心点坐标、位置坐标、外接矩形、中心点坐标、长度、面积长度、面积q空间属性数据查询：空间属性数据查询：q空间关系查询空间关系查询n距离关系距离关系 如：如：地铁地铁沿线沿线500米米内的内的楼盘楼盘有哪些？有哪些？n方位关系方位关系 如：如：位于位于北京林业大学北京林业大学北方北方的的工业区工业区有几个？有几个
8、？n拓扑关系拓扑关系 如：如：落在落在上地软件园区上地软件园区内内的的GIS公司公司有哪些？有哪些？与与京台高速公路京台高速公路相交相交的的河流河流有哪些？有哪些？n基于空间特征和属性特征的联合查询基于空间特征和属性特征的联合查询q位于北京林业大学位于北京林业大学5000米米内价格内价格50元元/小时小时的卡拉的卡拉OK厅有哪些？厅有哪些？4-0 空间数据查询空间数据查询二二.空间数据查询种类空间数据查询种类二二.空间数据查询种类空间数据查询种类4-0空间数据查询空间数据查询1 1、基于属性特征的查询、基于属性特征的查询标号标号植被植被面积面积101林地林地69.5102农地农地70.8103
9、工业地工业地216.2104林地林地108.3如：如：通过对下列数据表中属性通过对下列数据表中属性“植被植被”的查找，找到林地。的查找，找到林地。二二.空间数据查询种类空间数据查询种类4-0 空间数据查询空间数据查询1 1、基于属性特征的查询、基于属性特征的查询标号标号植被植被面积面积101林地林地69.5102农地农地70.8103工业地工业地216.2104林地林地108.3（1 1）空间空间定位定位查询：查询：给定一个点或一个几何图形，检索该图形范围内的空间对象。给定一个点或一个几何图形，检索该图形范围内的空间对象。按点查询按点查询：给定一个鼠标点，查询离它最近的对象。给定一个鼠标点，查
10、询离它最近的对象。开窗查询开窗查询-按矩形、圆、多边形查询按矩形、圆、多边形查询 分为该窗口分为该窗口包含包含和和穿过穿过的区别。的区别。二二.空间数据查询种类空间数据查询种类4-0 空间数据查询空间数据查询2 2、基于空间特征的查询、基于空间特征的查询（2 2）空间空间几何数据几何数据查询：查询：点对象的位置坐标点对象的位置坐标 线对象的位置坐标、长度、外接矩形线对象的位置坐标、长度、外接矩形 面对象的位置坐标、周长或面积、外接矩形、内点坐标等面对象的位置坐标、周长或面积、外接矩形、内点坐标等 （3 3）空间空间属性数据属性数据查询：查询：二二.空间数据查询种类空间数据查询种类4-0 空间数
11、据查询空间数据查询2 2、基于空间特征的查询、基于空间特征的查询二二.空间数据查询种类空间数据查询种类4-0 空间数据查询空间数据查询（4 4）空间）空间关系关系查询查询2 2、基于空间特征的查询、基于空间特征的查询 距离关系距离关系 如：如：地铁地铁沿线沿线500米米内的内的楼盘楼盘有哪些？有哪些？方位关系方位关系 比较模糊的查询、含有比较模糊的查询、含有人为定性人为定性的判断。的判断。二二.空间数据查询种类空间数据查询种类1 1）相邻关系）相邻关系面面面面：与河北相邻的有哪些省与河北相邻的有哪些省A A、从从多边形与弧段关联表多边形与弧段关联表中，检索该多边形关联的所有弧段；中，检索该多边
12、形关联的所有弧段；B B、从从弧段关联弧段关联的左右多边形表中，检索出这些弧段关联的多边形。的左右多边形表中，检索出这些弧段关联的多边形。线线线线：学院路与哪些路相连学院路与哪些路相连A A、从从弧段关系表弧段关系表中，查找起点、终点；中，查找起点、终点；B B、从从结点关系表结点关系表中，查询与这些结点关联的弧段；中，查询与这些结点关联的弧段；点点点点：两红绿灯是否相通两红绿灯是否相通A A、从、从结点关系表结点关系表中中，查询与这些结点关联的弧段；，查询与这些结点关联的弧段；B B、从、从弧段关系表弧段关系表中，查询弧段的起点、终点中，查询弧段的起点、终点。A A12BC4-0 空间数据查
13、询（4 4）空间）空间关系关系查询查询2 2、基于空间特征的查询、基于空间特征的查询 拓扑关系拓扑关系2 2）关联关系）关联关系 线线面面（我国边境线总长度）（我国边境线总长度）点点线线（自来水（自来水管道管道中，与某阀门相关的水管）（京九铁路有多少站）中，与某阀门相关的水管）（京九铁路有多少站）点点面面二二.空间数据查询种类空间数据查询种类4-0 空间数据查询（4 4）空间关系查询）空间关系查询2 2、基于空间特征的查询、基于空间特征的查询 拓扑关系拓扑关系 查询某个面状对象所包含的空间对象。查询某个面状对象所包含的空间对象。如：如：森林森林中中有哪些有哪些小山小山？二二.空间数据查询种类空
14、间数据查询种类4-0 空间数据查询3 3）包含关系查询）包含关系查询4 4）相交关系查询）相交关系查询 查询实体间的相交情况查询实体间的相交情况 如：与规划中的如：与规划中的城铁城铁相交相交的的河流河流有哪些？有哪些？（4 4）空间关系查询）空间关系查询2 2、基于空间特征的查询、基于空间特征的查询 拓扑关系拓扑关系二二.空间数据查询种类空间数据查询种类4-0 空间数据查询（4 4）空间关系查询）空间关系查询2 2、基于空间特征的查询、基于空间特征的查询标准标准SQL SQL 空间空间SQLSQL 空间数据查询语言在数据库查询语言上加入空间数据查询语言在数据库查询语言上加入空间查询空间查询。空
15、间数据类型空间数据类型：objobj 空间操作算子：空间操作算子：ContainsContains、WithinWithin、IntersectsIntersects等等 空间运算函数：空间运算函数：AreaArea、objectlenobjectlen、distancedistance等等主主要要优优点点：保保留留了了SQLSQL的的风风格格，便便于于熟熟悉悉SQLSQL的的用用户户的的掌掌握握，通通用用性性较较好，易于与关系数据库连接。好，易于与关系数据库连接。增加增加二二.空间数据查询种类空间数据查询种类4-0 空间数据查询从世界地图从世界地图worldworld中查中国的邻国有哪些中查
16、中国的邻国有哪些?空间查询语句：空间查询语句：world.obj intersects(select obj from world where country=“China”)1 1、很多情况下一次查询请求、很多情况下一次查询请求无法处理所有无法处理所有的查询条件。的查询条件。2 2、特别是空间关系条件和属性条件、特别是空间关系条件和属性条件相结合相结合的查询条件。的查询条件。二二.空间数据查询种类空间数据查询种类4-0 空间数据查询求美国求美国“I I 1010”号号高速公路高速公路经过哪几个经过哪几个洲洲？先在先在美国高速公路中美国高速公路中找出找出“I 10”号高速公路；号高速公路；再找
17、再找“I 10”号高速公路经过哪几个洲号高速公路经过哪几个洲。空空 间间 运运 算算 符符Where States.obj contains Us_Hiway.obj and(States.obj Intersects (Select obj from Us_Hiway whereUs_Hiway.highway=“I 10”)从从Us_Hiway中选出中选出I 10实现求交实现求交将两表建立联系将两表建立联系3 3、基于空间特征和属性特征的联合查询、基于空间特征和属性特征的联合查询4-0 空间数据查询三、较复杂的空间查询 1、与统计分析交互的空间查询 这是一种空间查询与空间统计分析相结合的工
18、作模式：对可能相关的空间变量进行空间统计分析和空间查询；将分析和查询的结果可视化；一旦发现某些空间变量分布之间所存在相关关系或空间结构特征，就针对这些空间结构特征与其他空间变量的关联做进一步空间统计分析和查询。4-0 空间数据查询2、三维环境（虚拟现实）下的空间查询 虚拟现实环境下的空间查询是近几年来才出现的空间查询功能，由于实现的技术难度大，虚拟现实环境下的空间查询的内容还不多，目前限于图形-属性和属性-图形查询两种，但是他具有很大的意义和应用前景。因为三维-虚拟现实环境下的UGIS具有更高的空间表达和可视化能力。缓缓冲冲区区是是地地理理空空间间目目标标的的一一种种影影响响范范围围或或服服务
19、务范范围围，具具体体指指在在点、线、面实体的周围，自动建立的点、线、面实体的周围，自动建立的一定宽度一定宽度的的多边形多边形。缓缓冲冲区区分分析析：用用来来确确定定不不同同地地理理要要素素的的空空间间邻邻近近性性和和接接近近程程度度的的一类重要的空间操作。一类重要的空间操作。4-2 邻域分析邻域分析一一.缓冲区分析缓冲区分析1 1、基本概念、基本概念4-3 邻域分析邻域分析n查询查询q地铁沿线地铁沿线500米内的楼盘有哪些？米内的楼盘有哪些？q湖南城市学院方圆湖南城市学院方圆2000米内的卡拉米内的卡拉OK厅有哪些？厅有哪些？n空间分析空间分析q 据学校一定距离内不能有游戏厅据学校一定距离内不
20、能有游戏厅q 规划中的河流一定范围内不能有建筑规划中的河流一定范围内不能有建筑q 道路拆迁估算道路拆迁估算q 中立区的确定：抗议人群距日本大使馆的距离中立区的确定：抗议人群距日本大使馆的距离一一.缓冲区分析缓冲区分析2 2、作用、作用:一般应用于求地理实体的影响范围。缓冲区分析是一般应用于求地理实体的影响范围。缓冲区分析是UGIS中典型的中典型的邻域分析。邻域分析。（1）点缓冲区）点缓冲区（2）线缓冲区）线缓冲区（3）面缓冲区）面缓冲区（4）复杂缓冲区）复杂缓冲区 4-2 邻域分析邻域分析一一.缓冲区分析缓冲区分析3 3、缓冲区的基本类型、缓冲区的基本类型（1）点缓冲区）点缓冲区4-2 邻域分
21、析邻域分析一一.缓冲区分析缓冲区分析4 4、建立缓冲区的算法、建立缓冲区的算法（2）线缓冲区）线缓冲区4-2 邻域分析邻域分析一一.缓冲区分析缓冲区分析4 4、建立缓冲区的算法、建立缓冲区的算法（2）线缓冲区）线缓冲区（3）面缓冲区）面缓冲区n缓冲距离不一定为常数缓冲距离不一定为常数 主流用主流用200米，支流用米，支流用100米米n可形成缓冲环可形成缓冲环核电站：核电站：5km,10km,20km,50kmn单侧缓冲区单侧缓冲区n单个缓冲区与完整缓冲区单个缓冲区与完整缓冲区4-2 邻域分析邻域分析一一.缓冲区分析缓冲区分析5 5、常见缓冲区分析、常见缓冲区分析分析：将每个样本点周围划出分析：
22、将每个样本点周围划出一个多边形一个多边形，在该多边形内，可以用此样本点数据来表示。在该多边形内，可以用此样本点数据来表示。4-2 邻域分析邻域分析二二.泰森多边形分析泰森多边形分析1 1、基本概念、基本概念已知：全国已知：全国各地气象站各地气象站的降雨量。的降雨量。问题：求全国的年平均降雨量。问题：求全国的年平均降雨量。N1N2N3N4N5N6N7N8N9N10N11N13N12泰森多边形泰森多边形（Thiessen）4-2 邻域分析邻域分析二二.泰森多边形分析泰森多边形分析N1N2N3N4N5N6N7N8N9Ni 表示样本点表示样本点红线红线表示泰森多边形表示泰森多边形 =9191*iiAi
23、RiAiFn在实际应用中因受条件限制，不可能直接获得面域数据，而常用在实际应用中因受条件限制，不可能直接获得面域数据，而常用代表性代表性样本点样本点数据来估算。数据来估算。n如要了解地下水水位问题，就要选择几个地点打井测量，最后从测量点如要了解地下水水位问题，就要选择几个地点打井测量，最后从测量点数据估算该区域地下水水位的分布。数据估算该区域地下水水位的分布。4-2 邻域分析邻域分析二二.泰森多边形分析泰森多边形分析2 2、泰森多边形分析的应用、泰森多边形分析的应用n举例：已知条件举例：已知条件q已知可供选择的已知可供选择的备选厂址备选厂址（以（以FactorySite图层中的点所示）图层中的
24、点所示）n问题要求问题要求q城市道路距离要求城市道路距离要求：要求候选厂址离：要求候选厂址离城市公路城市公路（Road图层）的距离小于图层）的距离小于200米米q居民地距离要求居民地距离要求：要求候选厂址离：要求候选厂址离居民地居民地（Resident图层）的距离大于图层）的距离大于500米；米；q备选厂址高程要求备选厂址高程要求：要求候选厂址的高程小于：要求候选厂址的高程小于250米；米；q备选厂址坡度要求备选厂址坡度要求：要求候选厂址的坡度小于：要求候选厂址的坡度小于2.5度；度；n输出结果输出结果 q求符合条件的厂址求符合条件的厂址4-3 叠置分析叠置分析叠置（叠置（overlapove
25、rlap）分析）分析是将是将同一地同一地区区的的两组两组或或两组以上两组以上的要素（地的要素（地图）进行图）进行叠置叠置，产生，产生新的特征新的特征的的分析方法。分析方法。也称也称叠加分析叠加分析。4-3 叠置分析叠置分析一一.基本概念基本概念n相同的空间尺度相同的空间尺度n叠加的结果：叠加的结果：q 几何形状改变几何形状改变q 属性改变属性改变1 1、空间逻辑并（或）运算；、空间逻辑并（或）运算；2 2、空间逻辑交（与）运算；、空间逻辑交（与）运算；3 3、空间逻辑差运算；、空间逻辑差运算；4-3 叠置分析叠置分析二二.叠置分析的类型叠置分析的类型合并叠置合并叠置相交叠置相交叠置擦除叠置擦除
26、叠置4-3 叠置分析叠置分析点面叠置点面叠置线面叠置线面叠置面面叠置面面叠置线线叠置线线叠置二二.叠置分析的类型叠置分析的类型1、相交叠置、相交叠置4-3叠置分析叠置分析面面叠置面面叠置点面叠置点面叠置线面叠置线面叠置二二.叠置分析的类型叠置分析的类型2、擦除叠置、擦除叠置4-3 叠置分析叠置分析三三.叠置分析的常用算法叠置分析的常用算法1、点与多边形的叠置、点与多边形的叠置 核心算法为核心算法为判断点是否在多边形内判断点是否在多边形内2、线与多边形的叠置、线与多边形的叠置 核心算法为核心算法为线的多边形裁剪线的多边形裁剪3、多边形与多边形的叠置、多边形与多边形的叠置 核心算法为核心算法为多边
27、形的裁减、合并多边形的裁减、合并与运算AND4-3 叠置分析叠置分析n举例：已知条件举例：已知条件q已知待拓宽的道路：目标道路的已知待拓宽的道路：目标道路的FID=25和和47（图上为两条道路）（图上为两条道路）q拓宽距离：拓宽到道路两边各拓宽距离：拓宽到道路两边各30米（结果道路宽度为米（结果道路宽度为60米）米）q搬迁要求：离新路搬迁要求：离新路100米以内的居民需要搬迁米以内的居民需要搬迁n问题要求问题要求q计算拓宽所需要迁移的居民人口数量计算拓宽所需要迁移的居民人口数量q计算拓宽所需要的成本（假设居民拆迁安置补偿费为计算拓宽所需要的成本（假设居民拆迁安置补偿费为1000元元/人，道路建
28、人，道路建设费用为每平方米设费用为每平方米10000元元/米米2）n输出结果输出结果 q要求给出相关的计算结果数字要求给出相关的计算结果数字q拓宽道路的拓宽道路的Buffer图层图层q标出需要搬迁的居民点标出需要搬迁的居民点第四章 城市地理信息系统的空间数学模型（第2讲）教学内容：教学内容：4.5 DEM4.5 DEM地形分析地形分析教学时间教学时间:2:2课时课时教学方法教学方法:讲授法讲授法 谈话法谈话法 演示法演示法 教学目的教学目的:1 1、让学生深入了解和掌握、让学生深入了解和掌握UGISUGIS中的中的DEMDEM地形分析和网络分地形分析和网络分析；析；2 2、让学生运用所学的知识
29、与方法进行、让学生运用所学的知识与方法进行UGISUGIS中的地形分析中的地形分析教学重点：教学重点：DEMDEM模型模型教学难点：如何利用已有数据确定和建立教学难点：如何利用已有数据确定和建立DEMDEM模型模型DEMDEM（Digital Elevation Model，数字高程模型，数字高程模型）：）：DTMDTM（Digital Terrain Model，数字地面模型，数字地面模型）：）：Z Z为其他二维表面上为其他二维表面上连连续变化续变化的的地理特征地理特征。(气压、降雨量、噪音、污染度气压、降雨量、噪音、污染度)4-4 DEM分析分析一一.基本概念基本概念DEMDEM是是DTM
30、DTM的一种特例的一种特例ArcMapArcMap：understand DEMunderstand DEM4-4 DEM分析分析二二.DEM.DEM的表示方法的表示方法1 1、等高线法（、等高线法（ContourContour）等高线是一条带有等高线是一条带有高程值属性高程值属性的的简单线简单线。需要用需要用插值方法插值方法来计算落在来计算落在等高线以外等高线以外的的其他点其他点的高程。的高程。4-4 DEM分析分析二二.DEM.DEM的表示方法的表示方法4-4 DEM分析分析1 1、等高线法（、等高线法（ContourContour）二二.DEM.DEM的表示方法的表示方法 规则格网法是把
31、规则格网法是把DEMDEM表示成表示成高程矩高程矩阵阵，DEMDEM来源于来源于直接规则格网采样点直接规则格网采样点或由或由不规则离散数据点不规则离散数据点内插内插产生。产生。结构简单结构简单，计算机对矩阵的，计算机对矩阵的处理处理比较比较方便方便，成为，成为DEMDEM最通用最通用的形式。的形式。4-4 DEM分析分析2 2、规则格网法（、规则格网法（GridGrid）二二.DEM.DEM的表示方法的表示方法4-4 DEM分析分析二二.DEM.DEM的表示方法的表示方法2 2、规则格网法（、规则格网法（GridGrid）离散数据网格化离散数据网格化4-4 DEM分析分析二二.DEM.DEM的
32、表示方法的表示方法2 2、规则格网法（、规则格网法（GridGrid）4-4 DEM分析分析二二.DEM.DEM的表示方法的表示方法2 2、规则格网法（、规则格网法（GridGrid）优点：优点：1)1)数据结构简单，算法容易实现，便于数据操作和存储；数据结构简单，算法容易实现，便于数据操作和存储；缺点缺点：1)1)地形简单的地区存在地形简单的地区存在大量冗余数据大量冗余数据；2)2)如果栅格过于粗略，如果栅格过于粗略，不能精确不能精确表示地形的关键特征：如山谷、表示地形的关键特征：如山谷、山脊等。山脊等。3)3)如如不改变格网大小不改变格网大小，则无法适用于，则无法适用于起伏程度不同起伏程度
33、不同的地区；的地区；4-4 DEM分析分析二二.DEM.DEM的表示方法的表示方法2 2、规则格网法（、规则格网法（GridGrid）TINTIN（Triangulated Irregular Network)Triangulated Irregular Network)利用所有采样点利用所有采样点取得的离散数据，按照取得的离散数据，按照优化组合优化组合的原则，把这些离散点连接成的原则，把这些离散点连接成相互连续的相互连续的三角面。三角面。4-4 DEM分析分析3 3、不规则三角网法（、不规则三角网法（TINTIN）二二.DEM.DEM的表示方法的表示方法4-4 DEM分析分析3 3、不规则三
34、角网法（、不规则三角网法（TINTIN）二二.DEM.DEM的表示方法的表示方法4-4 DEM分析分析3 3、不规则三角网法（、不规则三角网法（TINTIN）二二.DEM.DEM的表示方法的表示方法4-4 DEM分析分析3 3、不规则三角网法（、不规则三角网法（TINTIN）二二.DEM.DEM的表示方法的表示方法4-4 DEM分析分析T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 N1N6N2N8N7N 3N4N5 点文件点文件 三角形文件三角形文件 点号点号 坐标点坐标点 三角形号三角形号 顶点顶点 邻接三角形邻接三角形 N1 X 1 Y1 Z1 T1 N1 N5 N6 T2 T5 /N2
35、 X 2 Y2 Z1 T2 N1 N4 N3 T1 T3 T6 N3 X 3 Y3 Z1 T3 N1 N2 N4 /T4 T2 N4 X 4 Y4 Z4 T4 N2 N3 N4 T3 /T8 N5 X 5 Y5 Z5 T5 N8 N5 N6 T1 /T6 N6 X 6 Y6 Z6 T6 N4 N5 N8 T2 T5 T7 N7 X 7 Y7 Z7 T7 N4 N7 N8 T6 T8 /N8 X 8 Y8 Z8 T8 N3 N4 N7 T4 T7 /TINTIN数据结构数据结构3 3、不规则三角网法（、不规则三角网法（TINTIN）二二.DEM.DEM的表示方法的表示方法TIN的优点：的优点：1
36、）克服栅格数据中的数据冗余问题；）克服栅格数据中的数据冗余问题；2）表示地面形态）表示地面形态效率高效率高，数据精度高。充分表示复杂的地形特征，数据精度高。充分表示复杂的地形特征，适适应起伏不同的地形应起伏不同的地形。TIN的缺点：的缺点：1）算法实现复杂算法实现复杂，由于形成三角网方法不同有不同算法；，由于形成三角网方法不同有不同算法；4-4 DEM分析分析3 3、不规则三角网法（、不规则三角网法（TINTIN）二二.DEM.DEM的表示方法的表示方法4-4 DEM分析分析大比例尺数据高程模型大比例尺数据高程模型通常采用不规则三角网，以便较精确地显通常采用不规则三角网，以便较精确地显示小区域
37、地形特性。示小区域地形特性。小比例尺数据高程模型小比例尺数据高程模型通常可采用规则格网模型，以显示大区域通常可采用规则格网模型，以显示大区域宏观地形特性。宏观地形特性。二二.DEM.DEM的表示方法的表示方法等高线（等高线（Contour）表示法表示法规则格网（规则格网（Grid）表示法表示法不规则三角网（不规则三角网（TIN）表示法表示法4-4 DEM分析分析二二.DEM.DEM的表示方法的表示方法沿断面采集沿断面采集选点采集选点采集地形图数字化采集地形图数字化采集航空相片采集航空相片采集地面测量采集地面测量采集机载测高仪采集机载测高仪采集选点采集选点采集随机采集随机采集沿等高线采集沿等高线
38、采集沿断面采集沿断面采集4-4 DEM分析分析三三.DEM.DEM数据采集数据采集途径途径方法方法采样点的选择采样点的选择 单调地形处：均匀采集法，采样点密度不必过大单调地形处：均匀采集法，采样点密度不必过大 复杂地形处：密集采集法，确保地形转折处的数据，山谷、山脊复杂地形处：密集采集法，确保地形转折处的数据，山谷、山脊1 1、坡度（、坡度（slope）2 2、坡向（、坡向（aspect）3 3、地表粗糙度（破碎度）、地表粗糙度（破碎度）4-4 DEM分析分析四四.DEM.DEM分析中基本地形因子的计算分析中基本地形因子的计算4-4 DEM分析分析XYNZ坡度坡度坡度：法线与垂直方向之夹角坡度
39、：法线与垂直方向之夹角坡度角坡度角地面地面法线法线四四.DEM.DEM分析中基本地形因子的计算分析中基本地形因子的计算1 1、坡度、坡度4-4 DEM分析分析四四.DEM.DEM分析中基本地形因子的计算分析中基本地形因子的计算1 1、坡度、坡度4-4 DEM分析分析XYNZ坡向坡向坡向：法线在水以平面投影与正北方向之夹角坡向：法线在水以平面投影与正北方向之夹角四四.DEM.DEM分析中基本地形因子的计算分析中基本地形因子的计算2 2、坡向、坡向4-4 DEM分析分析四四.DEM.DEM分析中基本地形因子的计算分析中基本地形因子的计算2 2、坡向、坡向4-4 DEM分析分析Grid DEMGri
40、d DEM上制作上制作坡度图、坡向图坡度图、坡向图四四.DEM.DEM分析中基本地形因子的计算分析中基本地形因子的计算4-4 DEM分析分析五五.DEM.DEM可视化可视化1、地貌晕渲图：、地貌晕渲图：hillshade即阴影立体法，可增加地形高差起伏的视觉效果。即阴影立体法，可增加地形高差起伏的视觉效果。4-4 DEM分析分析五五.DEM.DEM可视化可视化1、地貌晕渲图：、地貌晕渲图：hillshade4-4 DEM分析分析n影响因子影响因子q太阳方位角太阳方位角ASq太阳高度角太阳高度角AHq坡度坡度Sq坡向坡向An相对辐射量相对辐射量 RF=cos(A-AS)sinS cosAH+co
41、sS sinAHn照明值计算照明值计算 0RF1，IF=RF*255五五.DEM.DEM可视化可视化1、地貌晕渲图：、地貌晕渲图：hillshade4-4 DEM分析分析五五.DEM.DEM可视化可视化1、地貌晕渲图：、地貌晕渲图：hillshadeDEMDEM高程点高程点建立几建立几何模型何模型透视透视变换变换隐藏线、隐藏线、面的消除面的消除光照光照模型模型计算计算贴贴纹纹理理图形图形输出输出4-4 DEM分析分析五五.DEM.DEM可视化可视化2 2、地形三维图、地形三维图4-4 DEM分析分析五五.DEM.DEM可视化可视化2 2、地形三维图、地形三维图4-4 DEM分析分析dem与影像
42、叠加显示，如与影像叠加显示，如Google Earth平地平地岗丘岗丘丘陵丘陵低山低山高山高山绝对绝对h h400600400600相对相对h h100100100-200100-200坡向坡向33DEMDEM计算地表形态要素计算地表形态要素H,HH,H,坡度、坡向等坡度、坡向等地形分类标准表地形分类标准表地形自动分类地形自动分类1 1、地貌形态的自动分类地貌形态的自动分类4-4 DEM分析分析六六.DEM.DEM的应用的应用4-4 DEM分析分析六六.DEM.DEM的应用的应用2 2、等高线的绘制等高线的绘制在格网在格网DEMDEM上自动绘制等高线主要包括两个步骤：上自动绘制等高线主要包括两
43、个步骤：1 1、等高线追踪：、等高线追踪：利用利用DEMDEM矩形格网点的高程内插出矩形格网点的高程内插出格网边上格网边上的等高线点，的等高线点，并将这些等高线点并将这些等高线点排序排序；2 2、等高线光滑：、等高线光滑：进一步进一步加密加密等高线点并绘制光滑曲线。等高线点并绘制光滑曲线。4-4 DEM分析分析2 2、等高线的绘制等高线的绘制六六.DEM.DEM的应用的应用4-4 DEM分析分析1 1）剖面分析）剖面分析 以线代面以线代面，研究区域的地貌形态、轮廓形状、地势变化、地质构造、，研究区域的地貌形态、轮廓形状、地势变化、地质构造、斜坡特征、地表切割强度等。斜坡特征、地表切割强度等。4
44、-4 DEM分析分析3 3、DEM可视化分析可视化分析六六.DEM.DEM的应用的应用 格网格网DEMDEM 三角网三角网DEMDEM1 1）剖面分析）剖面分析4-4 DEM分析分析3 3、DEM可视化分析可视化分析六六.DEM.DEM的应用的应用n在观察点在观察点A和目标点和目标点B之间画线，并作于地面的垂直面之间画线，并作于地面的垂直面S，求出，求出地形表面与地形表面与S面的交线（剖面线）。面的交线（剖面线）。n判别判别AB直线与剖面线是否相交，如不相交，直线与剖面线是否相交，如不相交，AB两点之间可视；两点之间可视；如相交，如相交，AB两点之间不可视。两点之间不可视。4-4 DEM分析分
45、析3 3、DEM可视化分析可视化分析六六.DEM.DEM的应用的应用2 2）通视性分析）通视性分析A A点和点和B B点的通视性：在点的通视性：在A A点能否看到点能否看到B B点。点。A AB B4-4 DEM分析六六.DEM.DEM的应用的应用3 3、DEM可视化分析可视化分析3 3）可视域分析）可视域分析基站、瞭望塔选址等基站、瞭望塔选址等可视域分析是指以可视域分析是指以某一点某一点为观察点，研究为观察点，研究某一区域某一区域可视情况可视情况的地形分析。的地形分析。4-4 DEM分析1）方法）方法：a a、以以O O为为观观察察点点，对对格格网网DEMDEM或或三三角角网网DEMDEM上
46、上的的每每个个点点判判断断通通视视与与否否，通视赋值为通视赋值为1 1，不通视赋值为，不通视赋值为0 0。b b、以、以观察点观察点O O为轴，以一定的为轴，以一定的方位角间隔方位角间隔算出算出00360360的的所有方位所有方位线上线上的通视情况。的通视情况。六六.DEM.DEM的应用的应用3 3、DEM可视化分析可视化分析3 3）可视域分析）可视域分析4-4 DEM分析雷达盲区飞行雷达盲区飞行模拟飞行模拟飞行六六.DEM.DEM的应用的应用3 3、DEM可视化分析可视化分析3 3）可视域分析）可视域分析4-4 DEM分析六六.DEM.DEM的应用的应用4 4、土方量计算土方量计算DEMDE
47、M最开始的应用最开始的应用4-4 DEM分析六六.DEM.DEM的应用的应用4 4、土方量计算土方量计算ArcMap演示1 1）土土木木工工程程：各各种种线线路路选选线线（铁铁路路、公公路路、输输电电线线）的的设设计计以以及及各各种种工工程程的的面积、体积、坡度计算，任意两点间的通视判断及任意断面图绘制；面积、体积、坡度计算，任意两点间的通视判断及任意断面图绘制；2 2）测测绘绘：用用于于绘绘制制等等高高线线、坡坡度度坡坡向向图图、立立体体透透视视图图，制制作作正正射射影影像像图图以以及及地图的修测；地图的修测；3 3）遥遥感感：作作为为分分类类的的辅辅助助数数据据。它它还还是是地地理理信信息
48、息系系统统的的基基础础数数据据，可可用用于于土土地利用现状的分析、合理规划等；地利用现状的分析、合理规划等；4 4）军事）军事：可用于导航及导弹制导、作战电子沙盘等；可用于导航及导弹制导、作战电子沙盘等；5 5）数字水文分析）数字水文分析：水系自动提取、流域划分、洪水险情预报等。水系自动提取、流域划分、洪水险情预报等。4-4 DEM分析六六.DEM.DEM的应用的应用5 5、应用领域应用领域第四章城市地理信息系统的空间数学模型（第3讲）教学内容：教学内容：4.5 4.5 不规则三角网模型不规则三角网模型 4.6 4.6 网络分析网络分析教学时间教学时间 2 2课时课时教学方法教学方法 讲授法讲
49、授法 谈话法谈话法 演示法演示法教学目的教学目的 1 1、让学生了解和掌握不规则三角网模型和网络分析模、让学生了解和掌握不规则三角网模型和网络分析模型的技术与方法；型的技术与方法；2 2、让学生掌握利用不规则三角网模型和网络分析模型、让学生掌握利用不规则三角网模型和网络分析模型解决一些实际问题的方法解决一些实际问题的方法教学重点：不规则三角网模型结构教学难点：n1)静态求最佳路径n2）N条最佳路径n3）最短路径或最低耗费路径n4）动态最佳路径分析本次课教学所涉及的学术前沿1 1、TIN TIN 概念概念 ：用相互连接的三角平用相互连接的三角平面来表示地形表面，每面来表示地形表面，每个三角平面表
50、示地形面个三角平面表示地形面的一部分。三角形的形的一部分。三角形的形状和大小取决于不规则状和大小取决于不规则分布的高程数据点的位分布的高程数据点的位置和密度。置和密度。TIN TIN（Triangulated Irregular Network)Triangulated Irregular Network)利用所有采样点取得的离散数据，按利用所有采样点取得的离散数据，按照照优化组合优化组合的原则，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三角面（在连接时，尽可能地确保每个三角形都是（在连接时，尽可能地确保每个三角形都是锐角三角形锐