地理信息系统的空间分析.ppt

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1、遥感与地理信息系统第七章第七章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析7-1 7-1 空间查询空间查询7-2 7-2 统计分析统计分析7-7-3 3 DEM分析分析7-47-4 叠置分析叠置分析7-57-5 缓冲区缓冲区分析分析7-67-6 网络分析网络分析7-77-7 空间分析模型空间分析模型二二、空间查询的种类空间查询的种类一、空间查询的方式一、空间查询的方式 一、统计图表分析一、统计图表分析二、属性数据的集中特征数二、属性数据的集中特征数三、属性数据的离散特征数三、属性数据的离散特征数四、统计数据的分类分级四、统计数据的分类分级一一、概述、概述二二、DEM DEM 建立建立三、三、DEM

2、DEM 应用应用一、基于矢量数据的叠置分析一、基于矢量数据的叠置分析二、基于栅格数据的叠置分析二、基于栅格数据的叠置分析一、缓冲区及其作用一、缓冲区及其作用二二、基于矢量缓冲区建立基于矢量缓冲区建立三、三、基于栅格缓冲区建立基于栅格缓冲区建立一、概念一、概念二、网络的组成二、网络的组成三、网络分析三、网络分析二二、空间决策支持空间决策支持一、空间分析建模一、空间分析建模 遥感与地理信息系统7-1 7-1 空间查询空间查询第七章第七章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析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拓扑限制空间拓扑限制二者结合二者结合GISGIS软件软件查询结果查询结

3、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 遥感与地理信息系统一、空间查询的方式一、空间查询的方式第七章第七章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析7-1 7-1 空间查询空间查询返回返回1 1、给出图形信息：给出图形信息：如鼠标点取，拉框等方式。如鼠标点取，拉框等方式。1 1）检索其相应属性）检索其相应属性；2）检索其空间拓扑关系检索其空间拓扑关系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

4、空间实体 2 2）查询属性）查询属性 单纯查询单纯查询：单纯地查询属性，或只查询空间拓扑关系：单纯地查询属性，或只查询空间拓扑关系联合查询联合查询：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。遥感与地理信息系统二、空间数据查询种类二、空间数据查询种类 1 1、几何参数查询、几何参数查询：包括点的位置坐标，两点间的距离，一个或一段线目标的长度，一个面目标包括点的位置坐标，两点间的距离，一个或一段线目标的长度，一个面目标的周长或面积等。的周长或面积等。实现实现：查询属性库或空间计算：查询属性库或空间计算2 2、空间定位查询、空间定位查询：给定一个点或一个几何图形，检索该图形范围内

5、的空间对象及其属性。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及其属性。1 1）按点查询）按点查询：给定一个鼠标点，查询离它最近的对象及属性给定一个鼠标点，查询离它最近的对象及属性-点的捕捉点的捕捉。2 2）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。实现实现：根据空间索引，检索哪些对象可能位于该窗口，然后根据点、线、面在：根据空间索引，检索哪些对象可能位于该窗口，然后根据点、线、面在查询开窗内的判别计算，检索到目标。查询开窗内的判别计算，检索到目标。-空间运算方法空间运算方法 第七章第七章 空间查询与空间

6、分析空间查询与空间分析7-1 7-1 空间查询空间查询遥感与地理信息系统3 3、空间关系查询、空间关系查询1 1）相邻分析检索）相邻分析检索-通过通过检索拓扑关系检索拓扑关系面面面面：如查询与面状地物相邻的多边形的实现方法：如查询与面状地物相邻的多边形的实现方法：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（与某干流（与某干流A A相连的所有支流）相连的所有支流）A A、从从线状地物表线状地物表中，查

7、找组成中，查找组成A A的所有弧段及关联的结点；的所有弧段及关联的结点；B B、从从结点表结点表中，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（A A与与B B是否相通）等。是否相通）等。2 2）相关分析检索）相关分析检索（不同要素类型之间的关系）（不同要素类型之间的关系）-通过通过检索拓扑关系检索拓扑关系线线面面（我我国国边边境境线线总总长长度度）、点点线线（自自来来水水GISGIS中中，与与某某阀阀门门相相关关的的水水管管）、点点面面第七章第七章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析7-1 7-1 空间查询空间查询A A12BC遥感与地理信息系统3 3）包含关系查询

8、）包含关系查询查询某个面状地物所包含的空间对象。查询某个面状地物所包含的空间对象。同同层层包包含含，如如，某某省省的的下下属属地地区区，若若建建立立有有空空间间拓拓扑扑关关系系，可可直直接接查查询询拓拓扑扑关关系系表表来来实现。实现。不不同同层层包包含含，如如某某省省的的湖湖泊泊分分布布，没没有有建建立立拓拓扑扑，实实质质是是叠叠置置分分析析检检索索，通通过过多多边边形形叠置分析技术，只检索出在窗口界限范围内的地理实体，窗口外的实体作裁剪处理。叠置分析技术，只检索出在窗口界限范围内的地理实体，窗口外的实体作裁剪处理。4）穿越查询）穿越查询某某公公路路穿穿越越了了某某些些县县，采采用用空空间间运

9、运算算的的方方法法执执行行，根根据据一一个个线线目目标标的的空空间间坐坐标标，计计算算哪些面或线与之相交。哪些面或线与之相交。5）落入查询）落入查询 一个空间对象落入哪个空间对象之内。一个空间对象落入哪个空间对象之内。-空间运算空间运算 6 6）缓冲区查询）缓冲区查询根根据据用用户户给给定定的的一一个个点点、线线、面面缓缓冲冲的的距距离离，从从而而形形成成一一个个缓缓冲冲区区的的多多边边形形，再再根根据据多边形检索多边形检索原理，检索该缓冲区内的空间实体。原理，检索该缓冲区内的空间实体。第七章第七章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析7-1 7-1 空间查询空间查询返回返回遥感与地理信息系统

10、4 4、属性查询、属性查询 1 1）查找查找仅仅选选择择一一个个属属性性表表，给给定定一一个个属属性性值值，找找出出对对应应的属性记录或图形。的属性记录或图形。在在屏屏幕幕上上已已有有一一个个属属性性表表，用用户户任任意意点点取取记记录录，对应的图形以高亮显示。对应的图形以高亮显示。实实现现：执执行行数数据据库库查查询询语语言言，找找到到满满足足要要求求的的记记录录，得得到到它它的的目目标标标标识识，再再通通过过目目标标标标识识在在图图形形数数据据文文件件中找到中找到对应的空间对象对应的空间对象，并，并显示出来显示出来。第七章第七章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析7-1 7-1 空间查询

11、空间查询实现：实现：交互式选择各项，输入后，系统再交互式选择各项，输入后，系统再转换转换为标准的为标准的SQLSQL，由数据库系统执行或，由数据库系统执行或ODBC CODBC C语言执行，得到结果，语言执行，得到结果，提取目标标识，在图形文件中找到空间对象，并显示。提取目标标识，在图形文件中找到空间对象，并显示。Select Select 属性项属性项 From From 属性表属性表 Where Where 条件条件 or or条件条件 and and 条件条件2 2）SQLSQL查询查询3 3）扩展）扩展SQLSQL遥感与地理信息系统3 3）扩展）扩展SQLSQL空空间间数数据据查查询询

12、语语言言是是通通过过对对标标准准SQLSQL的的扩扩展展来来形形成成的的，即即在在数数据据库库查查询询语语言言上上加加入入空空间间关关系系查查询询。为为此此需需要要增增加加空空间间数数据据类类型型（如如点点、线线、面面等等）和和空空间间操操作作算算子子（如如求求长长度度、面面积积、叠叠加加等等）。在在给给定定查查询询条条件件时时也也需需含含有有空空间间概概念念，如如距距离离、邻邻近近、叠加等。叠加等。例如，例如，“查询长江流域人口大于查询长江流域人口大于5050万的县或市万的县或市”，可表示为：，可表示为：SELECTSELECT *FROMFROM县或市县或市WHEREWHERE 县或市县或

13、市.人口人口 50 50万万 ANDAND CROSSCROSS（河流（河流.名称名称=“长江长江”）主主要要优优点点是是：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好，易易于于与与关关系数据库连接。系数据库连接。执执行行扩扩展展SQLSQL，如如果果要要将将属属性性和和空空间间关关系系整整体体统统一一起起来来，从从底底层层进进行行查查询询优优化化，有有一一定困难。定困难。目前目前一般将两层一般将两层分开进行分开进行查询。查询。第七章第七章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析7-1 7-1 空间查询空间查询返回返回5 5、其

14、它查询方法、其它查询方法遥感与地理信息系统5 5、其它查询方法、其它查询方法1 1）可视化空间查询）可视化空间查询可可视视化化查查询询是是指指将将查查询询语语言言的的元元素素，特特别别是是空空间间关关系系，用用直直观观的的图图形形或或符符号号表表示示。查询主要使用图形、图像、图标、符号来表达概念。查询主要使用图形、图像、图标、符号来表达概念。具有简单、直观、易于使用的特点。具有简单、直观、易于使用的特点。缺缺点点：当当空空间间约约束束条条件件复复杂杂时时，很很难难用用图图符符描描述述；用用二二维维图图符符表表示示图图形形之之间间的的关关系系时时，可可能能会会出出现现歧歧义义；难难以以表表示示“

15、非非”关关系系；不不易易进进行行范范围围（圆圆、矩矩形形、多多边边形形等等）约约束束；无无法进行屏幕定位查询等。法进行屏幕定位查询等。第七章第七章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析7-1 7-1 空间查询空间查询遥感与地理信息系统2 2）超文本查询）超文本查询图图形形、图图像像、字字符符等等皆皆当当作作文文本本，并并设设置置一一些些“热热点点”（HotSpotHotSpot），“热热点点”可可以以是是文本、键等。文本、键等。用用鼠鼠标标点点击击“热热点点”后后，可可以以弹弹出出说说明明信信息息、播播放放声声音音、完完成成某某项项工工作作等等。但但超超文文本查询只能本查询只能预先设置预先设置

16、好，用户好，用户不能实时不能实时构建自己要求的各种查询。构建自己要求的各种查询。3 3）自然语言空间查询）自然语言空间查询在在SQLSQL查询中引入一些自然语言，如温度高的城市查询中引入一些自然语言，如温度高的城市 SELECT name SELECT name FROM Cities FROM Cities WHERE WHERE temperature is hightemperature is high SELECT name SELECT name FROM Cities FROM Cities WHERE WHERE temperature=33.75temperature=33.7

17、5这这种种查查询询方方式式只只能能适适用用于于某某个个专专业业领领域域的的地地理理信信息息系系统统，而而不不能能作作为为地地理理信信息息系系统中的统中的通用通用数据库查询语言。数据库查询语言。第七章第七章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析7-1 7-1 空间查询空间查询作定量转换作定量转换遥感与地理信息系统一、统计图表分析一、统计图表分析能被用户能被用户直观地直观地观察和理解数据。观察和理解数据。统统计计表表格格是是详详尽尽地地表表示示非非空空间间数数据据的的方方法法，不不直直观观，但但可可提提供供详详细细数数据据，便便于于对对数据进行数据进行再处理再处理。第七章第七章 空间查询与空间分析

18、空间查询与空间分析7-2 7-2 统计分析统计分析 散点图散点图折线图折线图扇形图扇形图柱状图柱状图直方图直方图二、属性数据的集中特征数二、属性数据的集中特征数返回返回遥感与地理信息系统二、属性数据的集中特征数二、属性数据的集中特征数-找出数据分布的找出数据分布的集中位置集中位置3 3、数学期望：、数学期望：反映数据分布的集中趋势。反映数据分布的集中趋势。4 4、中数：、中数：有序数据集中出现频率占半数的数据值。有序数据集中出现频率占半数的数据值。5 5、众数、众数：众数是具有最大可能出现的数值。：众数是具有最大可能出现的数值。第七章第七章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析7-2 7-2

19、统计分析统计分析1 1、频数和频率、频数和频率将变量将变量x xi i（i i1,2,1,2,，n n）按大小顺序排列，并按一定的间距分组。）按大小顺序排列，并按一定的间距分组。频数：频数：变量在各组出现或发生的次数；变量在各组出现或发生的次数；频率：频率：各组频数与总频数之比；各组频数与总频数之比；用以表示用以表示事件出现事件出现的的次数次数和和频率频率，事件的，事件的分布状况分布状况。2 2、平均数：、平均数：反映了数据反映了数据取值取值的的集中位置集中位置，通常有简单，通常有简单算术平均数算术平均数和和加权算术平均数加权算术平均数。三、属性数据的离散特征数三、属性数据的离散特征数返回返回

20、遥感与地理信息系统三、属性数据的离散特征数三、属性数据的离散特征数3 3、方差与标准差方差与标准差 1 1）方差方差：是均方差的简称，是以离差平方和除以变量个数求得的，记为是均方差的简称，是以离差平方和除以变量个数求得的，记为2 2；2 2）标准差标准差：标准差是方差的平方根；标准差是方差的平方根；第七章第七章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析7-2 7-2 统计分析统计分析描述数据集的描述数据集的离散离散程度，相对于中心位置的程度程度，相对于中心位置的程度1 1、极差极差：是一组数据中最大值与最小值之差；：是一组数据中最大值与最小值之差；2 2、离差，离差，平均离差与离差平方平均离差与离

21、差平方：1 1）离差）离差：一组数据中的各数据值与平均数之差；：一组数据中的各数据值与平均数之差；2 2）平均离差平均离差：将离差取绝对值，然后求和，再取平均数；将离差取绝对值，然后求和，再取平均数；3 3）离差平方离差平方：离差求平方和；离差求平方和；平均离差平均离差和和离差平方和离差平方和是表示各数值是表示各数值相对于相对于平均数平均数的离散程度的的离散程度的重要重要统计量统计量。4 4、变差系数、变差系数：用来衡量数据在时间和空间上的用来衡量数据在时间和空间上的相对变化相对变化的程度，它是无量纲的量。的程度，它是无量纲的量。为标准差除以平均数取百分。为标准差除以平均数取百分。四、统计数据

22、的分类分级四、统计数据的分类分级返回返回遥感与地理信息系统四、统计数据的分类分级四、统计数据的分类分级1 1、系统聚类法：、系统聚类法：根据距离，将根据距离，将相似相似的样本的样本归为归为一类，把一类，把差异大差异大的样本的样本区分区分开来。开来。第七章第七章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析7-2 7-2 统计分析统计分析距离距离：表示表示相似程度相似程度，可以欧，可以欧氏距离，绝对值距离、相似系氏距离，绝对值距离、相似系数距离等。数距离等。1 1：东北区：东北区 2 2：内蒙古及长城沿线区：内蒙古及长城沿线区3 3：黄淮海区：黄淮海区 4 4：黄土高原区：黄土高原区 5 5：长江中下游

23、区：长江中下游区 6 6：西南区：西南区 7 7：华南区：华南区 8 8：甘新区：甘新区 9 9：青藏区：青藏区九大农业区聚类分析九大农业区聚类分析3 34 9 2 8 1 5 7 64 9 2 8 1 5 7 6基本思想基本思想：首先是：首先是n n个样本各自成一类，然后计算类与类之间的距离，选择个样本各自成一类，然后计算类与类之间的距离，选择距距离最小离最小的两类的两类合并合并成一个成一个新类新类，计算，计算新类新类与与其它类其它类的距离，再将的距离，再将距离最小距离最小的的两类进行两类进行合并合并，这样每次减少一类，直到达到所需的分类数或所有的样本都，这样每次减少一类，直到达到所需的分类

24、数或所有的样本都归为一类为止。归为一类为止。遥感与地理信息系统2 2、最优分割分级法、最优分割分级法针对针对有序样本有序样本或或可变为有序可变为有序(排序排序)的样本的样本 n n个数据按大小顺序排列后，有个数据按大小顺序排列后，有(n-1n-1)个个“空隙空隙”，如分成，如分成k k个等级个等级，则需，则需(k-1)(k-1)个个分级界线。因此，分级界线。因此，n n个数据个数据分成分成k k级级的的可能分法可能分法有有种。种。对于对于每种分级每种分级，可按定义为各级内数据的，可按定义为各级内数据的离差平方和离差平方和之和的误差函数公式来计之和的误差函数公式来计算算分级误差分级误差的大小，选

25、择的大小，选择级内级内离差平方和离差平方和为为最小最小而而级间级间离差平方和离差平方和为为极大极大的一种的一种分级方法为分级方法为最优最优。离差：一组数据中的各数据值与平均数之差称为离差。离差：一组数据中的各数据值与平均数之差称为离差。第七章第七章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析7-2 7-2 统计分析统计分析遥感与地理信息系统一、一、DEM DEM 概述概述 1 1、含义、含义：DEMDEM，（，（Digital Elevation ModelsDigital Elevation Models），是国家基础空间数据的重要组成部分，它表），是国家基础空间数据的重要组成部分，它表示地表区域

26、上地形的示地表区域上地形的三维向量三维向量的的有限有限序列，即地表单元上序列，即地表单元上高程的集合高程的集合，数学表达为：，数学表达为：z z=f=f（x x，y y）。）。DTMDTM：当：当z z为其他二维表面上为其他二维表面上连续变化连续变化的的地理特征地理特征，如地面温度、降雨、地球磁力、重力、，如地面温度、降雨、地球磁力、重力、土地利用、土壤类型等其他地面诸特征，此时的土地利用、土壤类型等其他地面诸特征，此时的DEMDEM成为成为DTMDTM（Digital Terrain Digital Terrain ModelsModels）。）。第七章第七章 空间查询与空间分析空间查询与空

27、间分析7-7-3 3 DEM分析分析2 2、表示法：、表示法：遥感与地理信息系统2 2、表示法：、表示法：1）等高线法等高线法 第七章第七章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析7-3 DEM7-3 DEM分析分析 等高等高线线通常被存通常被存储储成一个成一个有序有序的的坐坐标标点序列点序列，可以，可以认为认为是一条是一条带带有高程有高程值值属性的属性的简简单单多多边边形形或多或多边边形弧段。由于等高形弧段。由于等高线线模型只是表达了区域的模型只是表达了区域的部分高程部分高程值值，往往需要一，往往需要一种种插插值值方法方法来来计计算落在算落在等高等高线线以外以外的的其他点其他点的高程，又因的高

28、程，又因为这为这些点是落在两条等高些点是落在两条等高线线包包围围的区域内，所以，通常只要使用的区域内，所以，通常只要使用外包的外包的两条等高两条等高线线的高程的高程进进行行插插值值。遥感与地理信息系统2 2）TIN TIN 法法 TIN TIN（Triangulated Irregular Network)Triangulated Irregular Network)表示法利用所有采表示法利用所有采样样点取得的离散数点取得的离散数据，按照据，按照优优化化组组合合的原的原则则，把，把这这些离散点（各三角形的些离散点（各三角形的顶顶点）点）连连接成相互接成相互连续连续的的三角面三角面（在（在连连接

29、接时时，尽可能地确保每个三角形都是，尽可能地确保每个三角形都是锐锐角三角形角三角形或是三或是三边边的的长长度近度近似似相等相等-Delaunay-Delaunay）。）。因因为为TINTIN可根据地形的可根据地形的复复杂杂程度程度来确定采来确定采样样点的点的密度密度和和位置位置，能，能充分表示充分表示地形地形特征点和特征点和线线，从而，从而减少了减少了地形地形较较平坦地区的平坦地区的数据冗余数据冗余。第七章第七章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析7-3 DEM7-3 DEM分析分析3 3）规则规则格网法格网法(Grid)(Grid)遥感与地理信息系统3 3）规则规则格网法格网法(Grid)

30、(Grid)规则规则格网法是把格网法是把DEMDEM表示成表示成高程矩高程矩阵阵，此，此时时，DEMDEM来源于直接来源于直接规则规则矩形格网采矩形格网采样样点或由不点或由不规则规则离散数据点内插离散数据点内插产产生。生。结构简单结构简单，计计算机算机对对矩矩阵阵的的处处理理比比较较方便方便，高程矩高程矩阵阵已成已成为为DEMDEM最通用最通用的形式。高程矩的形式。高程矩阵阵特特别别有利于有利于各种各种应应用用。第七章第七章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析7-3 DEM7-3 DEM分析分析但但GridGrid系系统统也有下列也有下列缺点缺点：a)a)地形地形简单简单的地区存在的地区存在

31、大量冗余数大量冗余数据据；b)b)如不改如不改变变格网大小格网大小,则则无法适用无法适用于起伏程度不同于起伏程度不同的地区；的地区；c)c)对对于某些特殊于某些特殊计计算如算如视线视线计计算算时时，格网的，格网的轴线轴线方方向被夸大向被夸大；d)d)由于由于栅栅格格过过于粗略，于粗略，不能精确不能精确表示地形的关表示地形的关键键特特征征,如山峰、洼坑、山脊等；如山峰、洼坑、山脊等；3 3、DEM DEM 特点特点遥感与地理信息系统3 3、DEM DEM 特点特点1 1）容容易易以以多多种种形形式式显显示示地地形形信信息息。地地形形数数据据经经过过计计算算机机软软件件处处理理过过后后，产产生生多

32、多种种比比例例尺尺的的地地形形图图、纵纵横横断断面面图图和和立立体体图图。而而常常规规地地形形图图一一经经制制作作完完成成后后，比比例例尺尺不容易不容易改变或需要人工处理。改变或需要人工处理。2 2）精精度度不不会会损损失失。常常规规地地图图随随着着时时间间的的推推移移，图图纸纸将将会会变变形形，失失掉掉原原有有的的精精度度。而而DEMDEM采采用用数数字字媒媒介介，因因而而能能保保持持精精度度不不变变。另另外外，由由常常规规的的地地图图用用人人工工的的方方法法制作其他种类的地图，精度会制作其他种类的地图，精度会受到损失受到损失，而由，而由DEMDEM直接输出，精度可直接输出，精度可得到控制得

33、到控制。3 3）容容易易实实现现自自动动化化、实实时时化化。常常规规地地图图要要增增加加和和修修改改都都必必须须重重复复相相同同的的工工序序，劳劳动动强强度度大大而而且且周周期期长长，而而DEMDEM由由于于是是数数字字形形式式的的，所所以以增增加加和和修修改改地地形形信信息息只只需需将修改信息直接将修改信息直接输入计算机输入计算机，经软件经软件处理后即可得各种地形图。处理后即可得各种地形图。第七章第七章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析7-3 DEM7-3 DEM分析分析与与传统传统地形地形图图比比较较，DEMDEM作作为为地形表面的一种数字表达形式有如下特点：地形表面的一种数字表达形式

34、有如下特点：遥感与地理信息系统4 4、DEMDEM应用应用 1 1）作为国家地理信息的基础数据；）作为国家地理信息的基础数据；2 2）土木工程、景观建筑与矿山工程规划与设计；）土木工程、景观建筑与矿山工程规划与设计；3 3）为军事目的而进行的三维显示；）为军事目的而进行的三维显示；4 4）景观设计与城市规划；）景观设计与城市规划；5 5）流水线分析、可视性分析；）流水线分析、可视性分析；6 6）交通路线的规划与大坝选址；）交通路线的规划与大坝选址；7 7）不同地表的统计分析与比较；）不同地表的统计分析与比较；8 8）生成坡度图、坡向图、剖面图、辅助地貌分析、估计侵蚀和径流等；）生成坡度图、坡向

35、图、剖面图、辅助地貌分析、估计侵蚀和径流等；9 9）作作为为背背景景叠叠加加各各种种专专题题信信息息如如土土壤壤、土土地地利利用用及及植植被被覆覆盖盖数数据据等等，以以进进行行显显示示与与分析；分析；10 10）与）与GISGIS联合进行空间分析；联合进行空间分析；11 11）虚拟现实）虚拟现实(Virtual Reality)(Virtual Reality)；此外，从此外，从DEMDEM还还能派生以下主要能派生以下主要产产品：平面等高品：平面等高线图线图、立体等高、立体等高线图线图、等坡度、等坡度图图、晕晕渲渲图图、通、通视图视图、纵纵横断面横断面图图、三、三维维立体透立体透视图视图、三、

36、三维维立体彩色立体彩色图图等。等。第七章第七章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析7-3 DEM7-3 DEM分析分析返回返回遥感与地理信息系统二、二、DEMDEM建立建立1 1、数据获取与处理、数据获取与处理第七章第七章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析7-3 DEM7-3 DEM分析分析沿断面采集沿断面采集选点采集选点采集1 1）数据采集数据采集资料来源于张超主编的地理信息资料来源于张超主编的地理信息系统教程所配光盘系统教程所配光盘遥感与地理信息系统2)2)数据处理数据处理 第七章第七章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析7-3 DEM7-3 DEM分析分析资料来源于张超主编的地理

37、信息系统教程所配光盘资料来源于张超主编的地理信息系统教程所配光盘遥感与地理信息系统2 2、DEM DEM 生成生成1 1）人工网格法）人工网格法 在地形图上蒙上格网，在地形图上蒙上格网，逐格逐格读读取取中心点中心点或或交点交点的高程值。的高程值。第七章第七章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析7-3 DEM7-3 DEM分析分析 对有限个离散点，对有限个离散点，每三个每三个邻近点邻近点联联结成结成三角形，每个三角形代表一个三角形，每个三角形代表一个局局部平面部平面，再根据每个平面方程，可计，再根据每个平面方程，可计算算各格网点各格网点高程，生成高程，生成DEMDEM。2 2）三角网法）三角网

38、法遥感与地理信息系统3 3）立体像对法）立体像对法 第七章第七章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析7-3 DEM7-3 DEM分析分析资料来源于张超主编的地理信息系统教程所配光盘资料来源于张超主编的地理信息系统教程所配光盘遥感与地理信息系统4 4）曲面拟合法）曲面拟合法 根据根据有限个有限个离散点的高程，采用离散点的高程，采用多项式多项式或或样条函数样条函数求得求得拟合公式拟合公式，再逐个计算各点，再逐个计算各点的高程，得到拟合的的高程，得到拟合的DEMDEM。可反映。可反映总的地势总的地势，但，但局部局部误差误差较大较大。可分为：可分为：整体拟合整体拟合：根据研究区域内：根据研究区域内所

39、有采样点所有采样点的观测值建立的观测值建立趋势面模型趋势面模型。特点是不能反映内插。特点是不能反映内插区域内的局部特征。区域内的局部特征。局部拟合局部拟合：利用：利用邻近的邻近的数据点数据点估计估计未知点的值，能未知点的值，能反映局部反映局部特征。特征。第七章第七章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析7-3 DEM7-3 DEM分析分析遥感与地理信息系统5 5）等值线插值法）等值线插值法 第七章第七章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析7-3 DEM7-3 DEM分析分析资料来源于资料来源于张超主编的张超主编的地理信息地理信息系统教程系统教程所配光盘所配光盘遥感与地理信息系统三、三、DEM

40、 DEM 的应用的应用（一）（一）基于基于DEMDEM的信息提取的信息提取1 1、坡度、坡度定义为定义为地表单元的法向地表单元的法向与与Z Z轴轴的夹角，即的夹角，即切平面切平面与与水平面水平面的夹角。的夹角。在在计计算算出出各各地地表表单单元元的的坡坡度度后后，可可对对不不同同的的坡坡度度设设定定不不同同的的灰灰度度级级，可可得得到到坡坡度度图图。2 2、坡向、坡向坡向是地表单元的法向量在坡向是地表单元的法向量在水平面上的投影水平面上的投影与与X X轴轴之间的夹角，之间的夹角，在在计计算算出出每每个个地地表表单单元元的的坡坡向向后后，可可制制作作坡坡向向图图，通通常常把把坡坡向向分分为为东东

41、、南南、西西、北北、东东北北、西西北北、东东南南、西西南南8 8类类，再再加加上上平平地地，共共9 9类类，用用不不同同的的色色彩彩显显示示，即即可可得得到到坡坡向向图。图。（Grid DEMGrid DEM上制作坡度、坡向图）上制作坡度、坡向图）3 3、地表粗造度（破碎度）、地表粗造度（破碎度）是是反反映映地地表表的的起起伏伏变变化化和和侵侵蚀蚀程程度度的的指指标标，一一般般定定义义为为地地表表单单元元的的曲曲面面面面积积与与其其水水平平面上的面上的投影面积投影面积之比。之比。4 4、高程变异分析、高程变异分析第七章第七章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析7-3 DEM7-3 DEM分析

42、分析遥感与地理信息系统Grid DEMGrid DEM上制作坡度、坡向图上制作坡度、坡向图 通常用通常用3*33*3的格网窗口在的格网窗口在DEMDEM数据矩阵中连续移动计算完成。数据矩阵中连续移动计算完成。第七章第七章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析7-3 DEM7-3 DEM分析分析返回返回部分资料来源于张超主编的地理部分资料来源于张超主编的地理信息系统教程所配光盘信息系统教程所配光盘遥感与地理信息系统4 4、高程变异分析、高程变异分析第七章第七章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析7-3 DEM7-3 DEM分析分析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 h40060

43、0400600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,H,H,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5 5、地貌形态的自动分类地貌形态的自动分类包括平均高程、相对高程、高程标准差，高程变异。包括平均高程、相对高程、高程标准差，高程变异。高程变异：为格网顶点的高程变异：为格网顶点的高程标准差高程标准差与与平均高程平均高程的的比值比值。遥感与地理信息系统（二）等高线的绘制（二）等高线的绘制 在格网在格网DEMDEM上上自动绘制自动绘制等高线主要包括两个步骤：等高线主要包括两个步骤：1

44、 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的等高线点，并将这些等高线点点，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。第七章第七章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析7-3 DEM7-3 DEM分析分析遥感与地理信息系统（三）（三）基于基于DEMDEM的可视化分析的可视化分析1 1、剖面分析、剖面分析1 1）意义）意义：常常可以常常可以以线代面以线代面，研究区域的地貌形态、轮廓形状、地势变化、地质构造、斜坡，研究区域的地貌形态、轮廓

45、形状、地势变化、地质构造、斜坡特征、地表切割强度等。特征、地表切割强度等。如果在地形剖面上如果在地形剖面上叠加叠加其它地理变量，例如坡度、土壤、植被、土地利用现状等，可其它地理变量，例如坡度、土壤、植被、土地利用现状等，可以提供土地利用规划、工程选线和选址等的决策依据。以提供土地利用规划、工程选线和选址等的决策依据。2 2）绘制）绘制 第七章第七章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析7-3 DEM7-3 DEM分析分析 可在可在格网格网DEMDEM或或三角网三角网DEMDEM上上进行。进行。已知两点的坐标已知两点的坐标A(xA(x1 1，y y1 1)，B B(x(x2 2，y y2 2)，

46、则可求出，则可求出两点连线两点连线与与格网格网或或三角网三角网的的交点交点，并，并内插内插交点上的高程，以及各交点之交点上的高程，以及各交点之间的距离。然后按间的距离。然后按选定选定的垂直的垂直比例尺和水平比例尺，按比例尺和水平比例尺，按距离距离和和高程高程绘出剖面图。绘出剖面图。剖面图剖面图不一定不一定必须沿直线绘必须沿直线绘制，也可沿一条制，也可沿一条曲线绘制曲线绘制。遥感与地理信息系统2 2、通视分析通视分析通视分析是指以通视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通视情况通视情况的地形分析。的地形分析。1）方法）方法：a a、以以O O为为观观察察点点，对对格

47、格网网DEMDEM或或三三角角网网DEMDEM上上的的每每个个点点判判断断通通视视与与否否，通通视视赋赋值值为为1 1，不不通视赋值为通视赋值为0 0。由此可形成属性值为。由此可形成属性值为0 0和和1 1的格网或三角网。即得到以的格网或三角网。即得到以O O为观察点的通视图。为观察点的通视图。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的的所有方位线上所有方位线上的通视情况。的通视情况。对于每条方位线，通视的地方绘线，不通视的地方断开，或相反。这样可得出射线状的对于每条方位线，通视的地方绘线，不通视的地方断开，或相反。这样可得出射线状

48、的通视图。通视图。第七章第七章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析7-3 DEM7-3 DEM分析分析2）关键算法）关键算法均是判断格网或三角网上的某一点是否通视（即均是判断格网或三角网上的某一点是否通视（即两点是否两点是否可见可见）。）。(两点是否可见的算法两点是否可见的算法)3）通视分析示例）通视分析示例遥感与地理信息系统两点是否可见的算法：两点是否可见的算法：a a）倾角法）倾角法格网格网DEMDEM为例，为例，O(xO(xo o，y yo o，z zo o)为为观察点观察点，P(xP(xp p,y,yp p,z,zp p)为某一为某一格网点格网点，OPOP与格网的与格网的交点交点为为

49、A A、B B、C C。OP OP的的倾角倾角为为 观察点与观察点与各交点各交点的的倾角倾角为为i i(i(iA,B,C)A,B,C)若若tgtgmax(tgmax(tgi i,i,iA A、B B、C)C)，则，则OPOP通视通视否则，不通视。否则，不通视。第七章第七章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析7-3 DEM7-3 DEM分析分析b)b)剖面图剖面图 两点连线是否与剖面相交。两点连线是否与剖面相交。A AB BA A返回返回遥感与地理信息系统3）通视分析示例）通视分析示例观察点观察点第七章第七章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析7-3 DEM7-3 DEM分析分析不通视不通视

50、通视通视雷雷达达盲盲区区飞飞行行 可可视视域域的的三三维维显显示示资料来源于张超主编的地理信息系统教程所配光盘资料来源于张超主编的地理信息系统教程所配光盘遥感与地理信息系统3 3、地形三维图绘制、地形三维图绘制 第七章第七章 空间查询与空间分析空间查询与空间分析7-3 DEM7-3 DEM分析分析DEMDEM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开放式图形标准库（开放式图形标准库（OpenGLOpenGL）。）。部分图片摘自张超主部分图片摘自张超主编的地理信息系统编的地理信息系统教程所配光盘教程所