第五章 3空间分析的原理与方法 空间缓冲区分析&网络分析

第5章空间分析的原理与方法空间分析的定义：以地球科学原理为依托，通过分析算法，从空间数据中获取有关地理对象的空间位置、空间分布、空间形态、空间构成、空间演变等信息。空间分析目的：过对空间数据的深加工，获取新的地理信息。按照空间数据的形式可以把空间分析分为2种类型：矢量数据空间分析，参与空间分析运算的空间数据主要是矢量数据结构。如矢量叠合分析、矢量临近性（邻近）分析、网络分析等。栅格数据空间分析，参与空间分析运算的空间数据主要是栅格数据结构。如数字地形模型分析、栅格叠合分析（地图代数）、栅格临近性分析、栅格统计分析等。•按照Goodchild提出的空间分析框架，可以将空间分析方法分别归纳到两种类型中：–产生式分析，主要有数字地形模型分析、叠合分析、空间临近性分析，网络分析和空间统计分析等。–查询式分析，主要有空间集合分析和空间数据查询等。§5.3空间邻近度分析空间邻近度（proximity）描述了地理空间中两个地物距离相近的程序，是空间分析的一种重要手段。它通常有空间缓冲区分析和Voronoi多边形分析两种方法。一、空间缓冲区分析空间缓冲区分析（spatialbufferanalysis):是围绕空间的点、线、面实体，自动建立其周围一定宽度范围的环状区，用以识别这些实体对周围对象的辐射范围或影响度。分成矢量缓冲区和栅格缓冲区（见p166）。基于点的要素的缓冲区是在点要素（如地震的震源）的周围以点为圆心、按照设定的距离为半径作的圆，相互靠近的圆可以相互重叠，以此表示点要素的影响或服务区域。基于线特征的缓冲区是按缓冲区距离在线的两侧作平行线，在线的端点处作半圆与平行线连接成封闭的区域。相互靠近的缓冲区可以相互重叠。基于面要素的缓冲区与线的缓冲区类似，可以在面的外部作缓冲区，也可以在面的内部作缓冲区，同样可以在内外都生成缓冲区。空间缓冲区还可以根据给定的多个缓冲区距离生成多个嵌套的缓冲区多边形，称为多重缓冲区。也可以对不同的空间实体根据需要，分别采用不同距离生成缓冲区，通常将缓冲区的距离存储在空间实体的属性表的一个字段里，GIS可以根据该字段的数值，决定建立缓冲区的大小。矢量缓冲区的建立建立点状实体的矢量缓冲区只需要以点状实体为圆心，以缓冲区距离为半径绘圆即可。线状实体和面状实体缓冲区的建立也是以线状实体或面状实体的边线为参考线，作参考线的平行线，再考虑端点圆弧，即可建立缓冲区。常用的矢量数据中心线扩张算法：角分线法基本思想：即“简单平行线法”，在轴线的两边作出平行线，在转角处形成尖角，两端形成弧段，组成缓冲区。凸角圆弧法基本思想：顾名思义，即是在转角外侧用圆弧来代替尖角，内侧仍然使用尖角的方法，生成缓冲区。栅格缓冲区的生成可以通过两个步骤来实现。首先是对需要做缓冲区的栅格单元作距离扩散，即计算其他栅格到需要做缓冲区的栅格的距离。然后按照设定的缓冲区距离提取符合要求的栅格单元。2.4二、确定空间缓冲区半径的模型通常可以根据需要做缓冲区的实体（常称为主体）的性质及其对邻近实体的影响性质的不同，采用不同的模型来计算。（1）线性模型：当实体的影响度（Fi）随距离（ri）的增大而线性衰减时：（2）幂函数（二次）模型：当实体的影响度（Fi）随距离（ri）的增大而呈二次衰减时：(3)指数模型：当实体的影响度（Fi）随距离（ri）的增大而呈指数形式衰减时：三、建立缓冲区时应注意：(1)缓冲区发生重叠时的处理•多个特征（feature）缓冲区重叠时的处理•同一特征缓冲区重叠时的处理（2）对特征规定不同缓冲宽度时的处理（3）复杂图形下缓冲区与非缓冲区的标识•示例：城市道路拓宽工程，确定搬迁房屋。1.道路图2.建立道路缓冲区3.叠置分析4.分析结果复习题•试述生成矢量缓冲区和栅格缓冲区的思路。§5.4空间网络分析（spatialnetworkanalysis)•网络定义：由点、线的二元关系构成的系统，通常用来描述某种资源或物质在空间上的运动。如：城市道路系统，地下管线系统，流域的水网等。•网络分析的用途:（1）最佳路径选择：公交运营线路选择；紧急救助线路选择；（2）网络流量分析、负荷估计：供电网，供热网（3）资源配置：消防站分布，医疗机构配置网络的数据结构通常包含两个部分的内容：网络数据的几何结构网络数据的拓扑结构网络数据的几何结构表示网络的地理分布位置，可以用矢量数据结构中的点和线来表示；网络数据的拓扑结构表示网络中元素的连接关系，如道路之间的联通性质等。网络数据的拓扑结构通常用图的形式来表达，网络图论是空间网络分析的重要理论基础。一、网络图论的基本概念1、图：以抽象的形式表达确定的事物以及事物之间是否具备某种特定关系的数学系统或逻辑模型。(分为无向图和有向图。p169)G＝（V(G),E(G)）其中：V＝{Vi}={V1,V2,…Vn},称为顶点；E＝{Ei}={(Vi，Vj)}，称为边。2、图的计算机表示－邻接矩阵对于一个具有V个顶点、e条边的无向图，可由顶点集V中每两点间邻接关系唯一确定。对应矩阵D(G)={dij}是V×V方阵，称为邻接矩阵。其中dij=1Vi与Vj邻接；dij=0Vi与Vj不邻接或i＝j。•网络权阵（邻接矩阵的延伸）：任意两点间的距离W＝{Wij}Wij0，当i，j有边连接时；Wij＝无穷，当i，j没有边连接时；Wij＝0，当i＝j时；•计算最短路径的Dijkstra算法(见p170)图邻接矩阵