04空间分析

1空间分析概述矢量数据分析方法栅格数据分析DTM与三维分析空间分析建模复习思考题实验第4章空间分析2不同的学者对此有着不同的看法总的来说，空间分析是在获取了派生信息和新知识的基础上，借助计算机技术，基于地理对象的位置和形态特征的空间数据分析技术。空间分析就是对空间问题的求解，获取空间信息是解决空间问题的必要手段。现代意义的空间分析是指在计算机技术的支撑下，提取地理对象在位置、属性、关系等方面的信息，以支持特定的空间决策问题。§1空间分析概述3空间分析与GIS空间分析使地理信息系统不仅体现在地图制图功能上，而且用户还可以通过与系统交互而将地理数据经过分析转换为对自己有用的信息。一个地理信息系统如果不提供空间数据的分析处理功能，实际上它就蜕化为一个地理数据库；相反，一个地理数据库如果加强了空间数据的分析处理功能，它就升格为一个地理信息系统。4空间分析的主要内容基于GIS的空间分析包括的内容很多，较为常用的有以下几种分析方法：☆叠加分析☆邻近性分析☆网络分析☆统计分析此外，空间分析还包括：空间查询与量算、三维空间分析、空间插值方法、聚合分析、地形分析及其他应用分析模型等。5空间分析的基本过程1、明确分析目标与方法2、准备空间数据3、进行空间分析操作4、分析结果的解释与评价5、结果输出6常用GIS软件空间分析功能1、Mapinfo软件能生成各种专题地图，能够进行一些空间查询和空间分析运算，如缓冲区等，并通过动态图层支持GPS数据，但因Mapinfo图元数据不含拓扑结构，它的制图及空间分析能力相对弱。2、MapGIS空间分析提供了包括DTM分析、空间叠加分析、网络分析等一系列空间分析功能，具有较强的制图能力，但空间分析中包含的网络分析、空间统计类分析等方面略逊一筹。3、SuperMap完成数据管理、地图编辑、拓扑处理、空间分析和三维建模等任务，其中具有较强的网络分析、空间统计类分析等，而在缓冲区分析、叠置分析等方面稍有欠缺，此外在海量地理空间数据分析方面存在较大局限。4、ArcGIS具有极强的空间分析能力，其空间处理的主要内容包括分析工具、数据管理、转换工具、空间分析工具、3D分析工具、地理编码工具、线性参考工具coverage工具等。7§2矢量数据分析方法统计分析量算分析邻近性分析叠加分析空间网络分析8特征数统计方法•统计分析☆单项属性的常规统计ArcGIS中，可利用属性表中的Statistics…字段统计对话框，对字段的数量（Count）、最小值（Minimum）、最大值（Maximum）、总和（Sum）、平均值（Mean）、标准差（StandardDeviation）进行统计。ArcGIS属性字段统计对话框9☆频数统计用于计算某一属性值或某几项属性的组合值出现的频率，并可对该频率下的各项属性进行汇总ArcGIS中打开ArcToolboxAnalysistoolsStatisticsFrequencyArcGIS频率统计工具（Frequency）对话框10☆多元统计按某一字段中的各类值分别统计各字段的各类统计值ArcGIS中打开ArcToolboxAnalysistoolsStatisticsSummaryStatisticsArcGIS多元统计工具（SummaryStatistics）对话框11•常用的数理统计方法☆相关分析与回归分析☆主成分分析（PCA,PrincipalComponentAnalysis)☆层次分析(AHP，AnalyticHierarchyProcess)☆聚类分析☆判别分析12量算分析•几何量算☆点：坐标☆线状目标：长度、曲率、方向☆面状目标：面积、周长等☆体状目标：表面积、体积等•质心量算：它是描述地理目标空间分布的最有用的单一量算量☆求取目标的重心位置，用于跟踪某些地理分布的变化，如人口重心的变化、土地利用重心的迁移等☆对目标坐标值进行加权平均（ARCGIS中需要使用calculategeometry工具）•形状量算☆形状系数R☆R1，目标物为紧凑型☆R=1，目标物为一个标准园☆R1，目标物为膨胀型iiiiiGWXWXiiiiiGWYWY,A2PRPA为周长，为面积XG、YG是质心坐标，Xi、Yi为第i个离散目标的坐标，Wi为第i个目标的权重。13邻近性分析•缓冲区分析(Buffer)☆缓冲区：空间对象在一定半径或一定条件下的邻域。☆缓冲区分析：指以点、线、面实体为基础，在其周围建立一定宽度范围内的缓冲区多边形，用以分析实体的邻近性或对周围的影响，从而实现空间数据在水平方向得以扩展的空间分析方法点的缓冲区线的缓冲区面的缓冲区14建立缓冲区的算法•缓冲区的种类☆点：圆形、三角形、矩形、环形。☆线：单侧、双侧对称、双侧不对称☆面：内侧、外侧•缓冲区的建立——中心线扩张法主要包括：角平分线法凸角圆弧法角平分线法凸角圆弧法15缓冲区的不同形式点要素缓冲区线要素缓冲区面要素缓冲区单点缓冲区多点缓冲区点变距缓冲区单线缓冲区多线缓冲区线变距缓冲区单面缓冲区多面缓冲区面变距缓冲区16特殊情况缓冲区的处理缓冲区重叠问题的处理•缓冲区融合的实现•融合的字段变距缓冲区的实现字段（Field）：距离来源于该数据中某一字段值，如道路的宽度（属性值缓冲区）多级缓冲区制作地图晕线缓冲区端点处理圆形：round直角形：flat单个对象缓冲区重叠处理多个对象缓冲区重叠处理ArcGIS中缓冲区工具（Buffer）对话框17邻近性分析——泰森多边形分析☆泰森（Thiessen）多边形的建立生成方法：a．用离散点构建满足Delaunay（狄洛尼）准则的不规则三角网（TIN），也称Delaunay三角网b．对Delaunay三角网中的每一边作中垂线，相邻中垂线相交所围成的区域即是泰森多边形。c.也可以通过计算Delaunay三角网中每一个三角形的外接圆圆心，连接这些相邻三角形的外接圆圆心，得到泰森多边形创建泰森多边形（CreateThiessenPolygons）对话框泰森多边形的建立18☆泰森多边形的特性：每个泰森多边形内仅含有一个离散点数据；泰森多边形内的点到相应离散点的距离最近；位于泰森多边形边上的点到其两边的离散点的距离相等。☆泰森多边形的应用：a.邻近分析b.统计分析c.定性分析等☆泰森多边形的创建:ArcToolboxAnalysistoolsProximityCreateThiessenPolygons创建泰森多边形（CreateTiessenPolygon）对话框19叠加分析•叠加分析（OverlayAnalysis）☆在统一的空间坐标系统下，☆将同一区域的两个或两个以上空间要素图层进行叠加，☆产生新的空间图形，获得新的属性信息。20•矢量数据叠加的两种方式☆统计叠加不对叠加图件做分割和合并等空间关系的操作，既保持原来数据的完整性且又能得到目标的统计结果数据。☆拓扑叠加对被叠加图层进行全面的空间叠加分析，与统计叠加不同，要素的拓扑叠加要对叠加图层进行分割合并等分析。统计叠加（左）与拓扑叠加（右）21•矢量数据叠加分析的几种类型☆点与多边形叠加实质是计算包含关系点与多边形的叠加abcd点与多边形叠加前后数据属性表22•线与多边形叠加确定每条弧段落在哪个多边形内线与多边形的叠加线与多边形叠加前后数据属性表aabc23•多边形叠加Union、Intersect、Identity、Update、Erase、Clip、SymmetricalDifference常用的三种叠加运算（合并、求交、识别）24ArcGIS9中，除了上述的三种类型外，还有更新（Update）、擦除（Erase）、对称区别（SymmetricalDifference）三种叠加运算。ArcGIS中擦除、修正更新、对称区别三种叠加运算254.2.5空间网络分析•网络•网络的组成•网络分析•路径分析•资源定位与配置•地址匹配26•网络的概念网络（network）：网络是由节点和连线构成的图，表示研究的多个对象及其相互联系。用物理链路将各个孤立的工作站或主机相连在一起，组成数据链路，从而达到资源共享和通信的目的[Electrics][Computer]。网络的基本特征：1、由点和线组成2、相互连通3、流通27•网络的分类1、按其与空间位置是否相关，可以分为：☆空间网络空间网络：又称地理网络，是指与地理位置相关的各种自然和人工的网络。常见的空间网络有：路网（公路、铁路、航空）河网（水系）电网（电力网络）通讯网（电话网络、Internet）管网（上水、下水、供热网络、气网）？关系网、蜘蛛网、鱼网…☆非空间网络2、根据网络中资源传输方向的确定性，可以分为：☆定向网络☆非定向网络28道路网河流网设施网地理要素网络（据ESRI）定向网络（据ESRI）几何网络分析工具NetworkAnalyst扩展模块几何网络和网络数据集比较非定向网络（据ESRI）29•讨论☆是否所有的空间网络都有分析的必要性？判断标准：网络中是否能够进行物质、能量、信息的传输。30•网络的基本组成☆基本组成要素链（Link）：网络中的管线，资源传输的通道，构成网络的骨架。如街道、河流、水管等。结点（Node）：链的端点或两（多）条链的交点。如道路叉口、河流的交汇点等。障碍（Barrier）：禁止网络中资源流动的点。如道路网中施工的路段、供水网络中的水阀等。拐角点（Turn）：指网络中状态属性有阻力的结点。如对拐弯方向或时间有限制的路口。中心（Center）：网络中接受或分配资源的结点。如水库、商业中心、电站等。站点（Stop）：在网络中资源增减的站点。如库房、汽车站等。☆空间网络的状态属性阻力：？需求：？31•空间网络分析☆空间网络分析的基础地位：空间网络分析是地理信息系统空间分析功能的重要组成部分数学基础：计算机图形学和运筹学，是运筹学中的一个基本模型基本思想：人类活动总是趋向于按一定目标，选择达到最佳效果的空间位置根本目的：研究和筹划一项网络工程如何安排，并使其运行效果最好☆空间网络分析的概念概念：根据点线实体对象之间的拓扑关系来研究构成网络模型的空间实体对象的空间特征和属性特征，进而对网络模型进行全方位的研究和分析的一种空间分析方法。实质：通过研究网络的状态，模拟分析资源在网络上的流动和分配，以实现网络上资源传输的优化。32路径分析静态求最佳路径动态求最佳路径N条最佳路径最短路径动态分段（DynamicSegmentation）资源的定位与配置连通分析流分析地址匹配ArcToolbox中的网络分析工具箱☆网络分析的应用33•路径分析进行网络路径分析之前，一般需要先将无向的网络转换成加权的有向网络。网络分析的典型应用是求最短路径。最佳路径实质上就是按特定条件加权后的最短路径。V1V2V3V4V5V6无向图V1V2V3V4V5有向图34☆最佳路径算法最优路径算法经典方法E.Dijkstra发明的贪婪算法（GreedyMethod）Dijkstra算法的基本思路是将网络转换成邻接矩阵和有向图，再采用运筹学方法解决。0101030100070045cos015200500t网络有向图和邻接矩阵35Dijkstra算法实现最优路径选择的步骤终点从源点V0到各终点的距离值及最短路径V1（V0，V1）10V2（V0，V2）10V3∞（V0，V2，V3）55（V0，V4，V3）50（V0，V4，V3）50V4（V0，V4）30（V0，V4）30V5（V0，V5）100（V0，V1，V5）80（V0，V2，V3，V5）70（V0，V4，V3，V5）65VjV1或V2V4V3lV5S（V0，V1）或（V0，V2）10（V0，V4）30（V0，V4，V3）50（V0，V4，V3，V5）6536•资源的定位与配置☆资源定位与配置网络模型由分