第六章 空间查询与分析

四川农业大学资源环境学院地理信息系统原理第二节空间数据的统计分析第一节空间查询与量算第三节空间分析第六章空间查询与分析四川农业大学资源环境学院地理信息系统原理空间查询的方式及方法空间分析的基础ArcGIS软件的空间分析目的：掌握空间查询的方法；理解空间分析的基础，以ArcGIS软件为例，掌握空间分析的步骤及其应用。第六章空间分析(SpatialAnalysis)四川农业大学资源环境学院地理信息系统原理空间分析是指以地理事物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运算为特征，提取与产生新的空间信息的技术和过程。（1）分类基于空间图形数据的分析运算基于非空间属性的数据运算空间和非空间数据的联合运算★根据分析数据性质的不同四川农业大学资源环境学院地理信息系统原理空间分析空间几何分析网络分析空间统计分析数字地形分析………………空间查询与量算（1）分类★根据分析功能的不同四川农业大学资源环境学院地理信息系统原理（2）空间分析的内容·拓扑分析包括空间图形数据的拓扑运算，即旋转变换、比例尺变换、二维及三维显示和几何元素计算等·属性分析包括数据检索、逻辑与数学运算、重分类和统计分析等·拓扑属性的联合分析包括与拓扑相关的数据检索、叠置处理、区域分析、邻域分析、网络分析、形状探测、瘦化处理和空间插值等四川农业大学资源环境学院地理信息系统原理（2）空间分析的步骤①建立分析的目的和标准②准备空间操作的数据③进行空间分析操作④进行表格分析⑤结果评价和验证修改⑥产生结果图和表格报告四川农业大学资源环境学院地理信息系统原理是按一定的要求对地理信息系统所描述的空间实体及其空间信息进行访问，从众多的空间实体中挑选出满足用户要求的空间实体及其相应的属性。空间查询图形查询属性属性查询图形图形与属性混合查询空间信息查询§6.1空间数据的查询与量算四川农业大学资源环境学院地理信息系统原理§6.1.1几何参数的查询MapInfo软件中点目标的几何参数查询四川农业大学资源环境学院地理信息系统原理MapInfo软件中线目标的几何参数查询四川农业大学资源环境学院地理信息系统原理Mapinfo软件中面状目标的几何参数查询四川农业大学资源环境学院地理信息系统原理§6.1.2空间定位查询是指给定一个点或一个几何图形，检索出该图形范围内的空间对象以及相应的属性。这种查询方式又称为图形查询属性的方式。MapInfo软件中图形查属性的表达方式四川农业大学资源环境学院地理信息系统原理ArcView软件中图形查属性的表达方式四川农业大学资源环境学院地理信息系统原理§6.1.3空间关系查询·面面查询如与某个多边形相邻的多边形有哪些·面线查询如某个多边形的边界有哪些线·面点查询如某个多边形内有哪些点状地物·线面查询如某条线经过（穿过）的多边形有哪些，某条链的左、右多边形是哪些四川农业大学资源环境学院地理信息系统原理·线线查询如与某条河流相连的支流有哪些，某条道路跨过哪些河流。·线点查询如某条道路上有哪些桥梁，某条输电线上有哪些变电站。·点面查询如某个点落在哪个多边形内。·点线查询如某个结点由哪些线相交而成。四川农业大学资源环境学院地理信息系统原理城镇查询城镇是否位于平原区内举例：点面查询四川农业大学资源环境学院地理信息系统原理(1)邻接查询从多边形与弧段关系的表中，检索出该多边形关系的所有弧段从弧段关系的左右多边形的表中，检索出这些弧段所关联的多边形四川农业大学资源环境学院地理信息系统原理从线状地物表中查找出组成线状地物A的所有弧段及关联的结点从结点表中查找出与这些结点相关联的弧段（线状目标）即为与A关联的支流线与线邻接查询的原理与主河流A相关联的支流A四川农业大学资源环境学院地理信息系统原理(2)包含关系查询查询某一个面状所包含的某一类的空间对象四川农业大学资源环境学院地理信息系统原理(3)穿越查询长江所经过的县市四川农业大学资源环境学院地理信息系统原理(4)落入查询查询一个空间对象它落在哪个空间对象之内。可采用空间运算，使用点在多边形内，线在多边形内，或面在多边形内的差别方法。四川农业大学资源环境学院地理信息系统原理(5)缓冲区查询缓冲区查询与后面介绍的缓冲区分析有一点差别，缓冲区查询不对原有图形进行切割，只是根据用户需要给定一个点缓冲、线缓冲或面缓冲的距离，从而形成一个缓冲区的多边形，再根据多边形检索的原理，检索出该缓冲区多边形内的空间地物。四川农业大学资源环境学院地理信息系统原理距黄河150公里范围内的主要城市四川农业大学资源环境学院地理信息系统原理（6）地址匹配查询根据街道地址来查询事物的空间位置和属性信息是地理信息系统特有的一种查询功能，这种查询利用地理编码，输入街道门牌号码，就可知道大致的位置和所在的街区。根据地类号查询斑块分布四川农业大学资源环境学院地理信息系统原理§6.1.4SQL查询（1）查找(Find)查找（Find）是最简单的由属性查询图形的操作，它不需要构造复杂的SQL命令，仅要选择一个属性表，给定一个属性值。四川农业大学资源环境学院地理信息系统原理查询机耕道ArcGIS四川农业大学资源环境学院地理信息系统原理MapInfo中查找的结果显示四川农业大学资源环境学院地理信息系统原理Select需显示的属性项From属性表Where条件or条件and条件（2）标准SQL查询语言四川农业大学资源环境学院地理信息系统原理MapInfo软件中SQL输入标准对话框四川农业大学资源环境学院地理信息系统原理通过SQL语言查询的结果四川农业大学资源环境学院地理信息系统原理（3）扩展的SQL查询例如查询三峡地区长江流域人口大于50万的县或市，扩展的SQL空间查询语句为：Select*From县或市Where县或市·人口50万AndCross（河流·名称=“长江”）四川农业大学资源环境学院地理信息系统原理扩展SQL空间查询结果四川农业大学资源环境学院地理信息系统原理查询灌溉水田的OC贮量变化灌溉水田（11）在重分类值为‘1’四川农业大学资源环境学院地理信息系统原理(1)几何量算点状地物（0维）：坐标；线状地物（1维）：长度，曲率，方向；面状地物（2维）：面积，周长，形状等；体状地物（3维）：体积，表面积等。§6.1.5空间量算（了解）几何量算对不同的点、线、面地物有不同的含义：四川农业大学资源环境学院地理信息系统原理1）线的长度计算10121212121niniiiiiiiilZZYYXXL在矢量数据结构下，线表示为点对坐标（X，Y）或（X，Y，Z）的序列，在不考虑比例尺情况下，线长度的计算公式为：四川农业大学资源环境学院地理信息系统原理2）面状地物的面积NNNiiiiiyxyxyxyxS11211121在矢量结构下，面状地物以其轮廓边界弧段构成的多边形表示的。对于没有空洞的简单多边形，假设有N个顶点，其面积计算公式为：四川农业大学资源环境学院地理信息系统原理形状量算（周长）（2）其它质心量算距离量算四川农业大学资源环境学院地理信息系统原理SHAPEFILE文件斑块面积、周长等的计算右击，打开数据库举例四川农业大学资源环境学院地理信息系统原理点击四川农业大学资源环境学院地理信息系统原理四川农业大学资源环境学院地理信息系统原理四川农业大学资源环境学院地理信息系统原理右击字段名四川农业大学资源环境学院地理信息系统原理四川农业大学资源环境学院地理信息系统原理四川农业大学资源环境学院地理信息系统原理四川农业大学资源环境学院地理信息系统原理四川农业大学资源环境学院地理信息系统原理§6.2空间数据的统计分析指对GIS/LIS数据库中的专题数据进行统计分析属性数据的集中特征属性数据的离散特征极差、离差、方差、标准差和变异系数平均数、中数和众数数学期望最大可能出现的数频数和频率四川农业大学资源环境学院地理信息系统原理统计举例四川农业大学资源环境学院地理信息系统原理有机碳含量统计直方图显示数据的概率分布特征以及概括性的统计指标。直方图四川农业大学资源环境学院地理信息系统原理正态QQPlot图检查数据的正态分布情况。作图原理是用分位图思想。直线表示正态分布，从图中可以看出数据很接近正态分布四川农业大学资源环境学院地理信息系统原理趋势分析四川农业大学资源环境学院地理信息系统原理（4）半变异函数/协方差函数。该图可以反应数据的空间相关程度。图表的横坐标表示任两点的空间距离，纵标表示该两点的半变异函数值。四川农业大学资源环境学院地理信息系统原理半方差/变异函数云图四川农业大学资源环境学院地理信息系统原理§6.3空间分析缓冲区分析叠加分析空间插值路径分析数字地面/高程模型（在DEM/DTM)重/再分类……四川农业大学资源环境学院地理信息系统原理§6.3.1再/重分类地理信息系统对原始数据进行的再次分类组织，因此称为再分类（Reclassification）图2-6-3多个属性的再分类四川农业大学资源环境学院地理信息系统原理对面状地物的再分类得到的新图层的类别比原图层少，称为归组（Group）。次级土地类型的归并也是重分类四川农业大学资源环境学院地理信息系统原理举例：坡度文件重分类点3DAnanlystReclassify四川农业大学资源环境学院地理信息系统原理点击进入手动分类四川农业大学资源环境学院地理信息系统原理四川农业大学资源环境学院地理信息系统原理可修改四川农业大学资源环境学院地理信息系统原理重分类的坡度图四川农业大学资源环境学院地理信息系统原理查询不同坡度下有机质含量四川农业大学资源环境学院地理信息系统原理§6.3.2缓冲区分析（BuffersAnalysis）缓冲区是指基于对点、线或面等因素，按指定的条件，在其周围建立一定空间区域作为分析对象，这个区域称为缓冲区。缓冲区实际上是独立的多边形区域，它的形态和位置与原来因素有关。四川农业大学资源环境学院地理信息系统原理缓冲区分析（续）邻近度（Proximity）描述了地理空间中两个地物距离相近的程度，其确定是空间分析的一个重要手段。缓冲区分析是解决邻近度问题的空间分析工具之一。所谓缓冲区就是地理空间目标的一种影响范围或服务范围。从数学的角度看，缓冲区分析的基本思想是给定一个空间对象或集合，确定它们的邻域，邻域的大小由邻域半径R决定。四川农业大学资源环境学院地理信息系统原理缓冲区计算的基本问题是双线问题角平分线法凸角圆弧法四川农业大学资源环境学院地理信息系统原理点、线、多边形的缓冲区四川农业大学资源环境学院地理信息系统原理四川农业大学资源环境学院地理信息系统原理四川农业大学资源环境学院地理信息系统原理成都平原城镇缓冲区与全氮等值线图的叠置人口地价四川农业大学资源环境学院地理信息系统原理成都市主城区放大图样点缓冲距离0.5km,1.0km,1.5km，2.0km,2.5km,3.0km四川农业大学资源环境学院地理信息系统原理主城区不同缓冲区距离土壤全氮和碱解氮含量的变化情况y=-0.0305x2+0.19x+1.2026R2=0.85871.01.21.41.60123缓冲区距离Bufferdistance(km)TNcontent全氮含量(g/kg)a.TNy=7.9621x+77.344R2=0.917260801001200123缓冲区距离Bufferdistance(km)ANcontent碱解氮含量(mg/kg)b.AN四川农业大学资源环境学院地理信息系统原理§6.3.3叠置分析在统一的空间参照系统条件下，每次将同一地区两个或多个地理对象的图层进行叠合，以产生空间区域的多重属性特征，或建立地理对象之间的空间对应关系。四川农业大学资源环境学院地理信息系统原理(1)视觉信息叠置GIS/LIS中视觉信息叠加包括以下几类：点状图，线状图和面状图之间的叠加显示。县（市）2002年样点1982年样点1982年和2002年土壤样点分布图四川农业大学资源环境学院地理信息系统原理遥感影像与专题地图的叠加专题地图与数字高程模型（