第五章空间查询与空间分析

第五章空间查询与空间分析§5-1空间查询§5-2统计分析§5-3DEM分析§5-4叠置分析§5-5缓冲区分析§5-6网络分析§5-7空间分析模型§5-1空间查询第五章空间查询与空间分析空间数据库查询条件属性限制空间拓扑限制二者结合GIS软件查询结果统计结果：图、表、文字新图层新的属性域添加到属性数据库查询方式图形--属性空间查询语言闪烁、颜色等明显表示一、空间查询的方式第五章空间查询与空间分析§5-1空间查询返回1、给出图形信息：如鼠标点取，拉框等方式。1）检索其相应属性；2）检索其空间拓扑关系2、给出属性特征条件1）检索对应的空间实体2）查询属性单纯查询：单纯地查询属性，或只查询空间拓扑关系联合查询：将空间数据与属性数据联合查询。二、空间数据查询种类1、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，一个面目标的周长或面积等。实现：查询属性库或空间计算第五章空间查询与空间分析§5-1空间查询二、空间数据查询种类2、空间定位查询：给定一个点或一个几何图形，检索该图形范围内的空间对象及其属性。1）按点查询：给定一个鼠标点，查询离它最近的对象及属性---点的捕捉。2）开窗查询----按矩形、圆、多边形查询分为该窗口包含和穿过的区别。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、面在查询开窗内的判别计算，检索到目标。--空间运算方法第五章空间查询与空间分析§5-1空间查询3、空间关系查询1）相邻分析检索---通过检索拓扑关系面—面：A、从多边形与弧段关联表中，检索该多边形关联的所有弧段；B、从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。线—线：A、从线状地物表中，查找组成A的所有弧段及关联的结点；B、从结点表中，查询与这些结点关联的弧段；点—点：（A与B是否相通）等。第五章空间查询与空间分析§5-1空间查询A12BC二、空间数据查询种类2）相关分析检索（不同要素类型之间的关系）--通过检索拓扑关系线—面（我国边境线总长度）点—线（自来水GIS中，与某阀门相关的水管）点—面第五章空间查询与空间分析§5-1空间查询二、空间数据查询种类3、空间关系查询3）包含关系查询查询某个面状地物所包含的空间对象。同层包含：可直接查询拓扑关系表来实现。不同层包含：实质是叠置分析检索，通过多边形叠置分析技术，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。第五章空间查询与空间分析§5-1空间查询返回二、空间数据查询种类3、空间关系查询4）穿越查询采用空间运算的方法执行，根据一个线目标的空间坐标，计算哪些面或线与之相交。5）落入查询一个空间对象落入哪个空间对象之内。--空间运算6）缓冲区查询根据用户给定的一个点、线、面缓冲的距离，从而形成一个缓冲区的多边形，再根据多边形检索原理，检索该缓冲区内的空间实体。第五章空间查询与空间分析§5-1空间查询返回二、空间数据查询种类3、空间关系查询第五章空间查询与空间分析§5-1空间查询返回7）边沿匹配检索空间查询在多幅地图的数据文件之间进行，这时需应用边沿匹配处理技术。二、空间数据查询种类3、空间关系查询4、属性查询1）查找仅选择一个属性表，给定一个属性值，找出对应的属性记录或图形。在屏幕上已有一个属性表，用户任意点取记录，对应的图形以高亮显示。实现：执行数据库查询语言，找到满足要求的记录，得到它的目标标识，再通过目标标识在图形数据文件中找到对应的空间对象，并显示出来。第五章空间查询与空间分析§5-1空间查询二、空间数据查询种类4、属性查询第五章空间查询与空间分析§5-1空间查询二、空间数据查询种类1）查找4、属性查询第五章空间查询与空间分析§5-1空间查询实现：交互式选择各项，输入后，系统再转换为标准的SQL，由数据库系统执行或ODBCC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。2）SQL查询3）扩展SQL二、空间数据查询种类3）扩展SQL空间数据查询语言在数据库查询语言上加入空间关系查询。空间数据类型增加空间操作算子空间概念主要优点是：保留了SQL的风格，便于熟悉SQL的用户的掌握，通用性较好，易于与关系数据库连接。第五章空间查询与空间分析§5-1空间查询返回二、空间数据查询种类4、属性查询5、其它查询方法第五章空间查询与空间分析§5-1空间查询二、空间数据查询种类5、其它查询方法1）可视化空间查询用直观的图形或符号表示。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。缺点：1）当空间约束条件复杂时，很难用图符描述；2）用二维图符表示图形之间的关系时，可能会出现歧义；3）难以表示“非”关系；4）不易进行范围（圆、矩形、多边形等）约束；5）无法进行屏幕定位查询等。第五章空间查询与空间分析§5-1空间查询二、空间数据查询种类2）超文本查询图形、图像、字符等皆当作文本，并设置一些“热点”（HotSpot），“热点”可以是文本、键等。用鼠标点击“热点”后，可以弹出说明信息、播放声音、完成某项工作等。但超文本查询只能预先设置好，用户不能实时构建自己要求的各种查询。第五章空间查询与空间分析§5-1空间查询二、空间数据查询种类5、其它查询方法3）自然语言空间查询在SQL查询中引入一些自然语言，如温度高的城市SELECTnameFROMCitiesWHEREtemperatureishighSELECTnameFROMCitiesWHEREtemperature=33.75只适用于某个专业领域的地理信息系统，而不能作为地理信息系统中的通用数据库查询语言。第五章空间查询与空间分析§5-1空间查询作定量转换二、空间数据查询种类5、其它查询方法第五章空间查询与空间分析§5-2统计分析一、统计图表分析第五章空间查询与空间分析§5-2统计分析一、统计图表分析统计表格是详尽地表示非空间数据的方法，不直观，但可提供详细数据，便于对数据进行再处理。二、属性数据的集中特征数----找出数据分布的集中位置3、数学期望：反映数据分布的集中趋势。4、中数：有序数据集中出现频率占半数的数据值。5、众数：众数是具有最大可能出现的数值。第五章空间查询与空间分析§5-2统计分析1、频数和频率频数：变量在各组出现或发生的次数；频率：各组频数与总频数之比；2、平均数：有简单算术平均数和加权算术平均数。三、属性数据的离散特征数返回三、属性数据的离散特征数第五章空间查询与空间分析§5-2统计分析1、极差：是一组数据中最大值与最小值之差2、离差，平均离差与离差平方：1）离差：一组数据中的各数据值与平均数之差2）平均离差：将离差取绝对值，然后求和，再取平均数3）离差平方：离差求平方和四、统计数据的分类分级返回三、属性数据的离散特征数3、方差与标准差1）方差：是以离差平方和除以变量个数求得的。2）标准差：标准差是方差的平方根。第五章空间查询与空间分析§5-2统计分析4、变差系数：用来衡量数据在时间和空间上的相对变化的程度，它是无量纲的量。为标准差除以平均数取百分。四、统计数据的分类分级返回四、统计数据的分类分级1、系统聚类法：根据距离，将相似的样本归为一类，把差异大的样本区分开来。第五章空间查询与空间分析§5-2统计分析距离：表示相似程度，欧氏距离绝对值距离相似系数距离九大农业区聚类分析3492815762、最优分割分级法—针对有序样本或可变为有序(排序)的样本对于每种分级，可按定义为各级内数据的离差平方和之和的误差函数公式来计算分级误差的大小，选择级内离差平方和为最小而级间离差平方和为极大的一种分级方法为最优。离差：一组数据中的各数据值与平均数之差称为离差。第五章空间查询与空间分析§5-2统计分析四、统计数据的分类分级一、DEM概述1、含义：DEM（DigitalElevationModels）：z=f（x，y）。DTM（DigitalTerrainModels）：z为其他二维表面上连续变化的地理特征。第五章空间查询与空间分析§5-3DEM分析2、表示法：2、表示法：第五章空间查询与空间分析§5-3DEM分析一、DEM概述1）等高线法第五章空间查询与空间分析§5-3DEM分析等高线是一条带有高程值属性的简单多边形或多边形弧段。需要用插值方法来计算落在等高线以外的其他点的高程。一、DEM概述2、表示法：矢量等高线栅格等高线2）TIN法TIN（TriangulatedIrregularNetwork)利用所有采样点取得的离散数据，按照优化组合的原则，把这些离散点连接成相互连续的三角面。第五章空间查询与空间分析§5-3DEM分析一、DEM概述2、表示法：连接原则：尽可能地确保每个三角形都是锐角三角形或是三边的长度近似相等--Delaunay。2）TIN法第五章空间查询与空间分析§5-3DEM分析一、DEM概述2、表示法：3）规则格网法(Grid)规则格网法是把DEM表示成高程矩阵，DEM来源于直接规则矩形格网采样点或由不规则离散数据点内插产生。结构简单，计算机对矩阵的处理比较方便，成为DEM最通用的形式。第五章空间查询与空间分析§5-3DEM分析一、DEM概述2、表示法：第五章空间查询与空间分析§5-3DEM分析一、DEM概述2、表示法：3）规则格网法(Grid)缺点：a)地形简单的地区存在大量冗余数据；b)如不改变格网大小,则无法适用于起伏程度不同的地区；c)对于某些特殊计算如视线计算时，格网的轴线方向被夸大；d)由于栅格过于粗略，不能精确表示地形的关键特征,如山峰、洼坑、山脊等；3、DEM特点1）容易以多种形式显示地形信息。2）精度不会损失。3）容易实现自动化、实时化。第五章空间查询与空间分析§5-3DEM分析一、DEM概述二、DEM建立1、数据获取与处理第五章空间查询与空间分析§5-3DEM分析沿断面采集选点采集1）数据采集资料来源于张超主编的《地理信息系统教程》所配光盘地形图数字化采集航空相片采集地面测量采集机载测高仪采集选点采集随机采集沿等高线采集沿断面采集2)数据处理第五章空间查询与空间分析§5-3DEM分析二、DEM建立1、数据获取与处理格式转换坐标系变换数据编辑数据分快数据内插第五章空间查询与空间分析§5-3DEM分析二、DEM建立2、DEM生成1）人工网格法在地形图上蒙上格网，逐格读取中心点或交点的高程值。第五章空间查询与空间分析§5-3DEM分析对有限个离散点，每三个邻近点联结成三角形，每个三角形代表一个局部平面，再根据每个平面方程，可计算各格网点高程，生成DEM。2）三角网法二、DEM建立2、DEM生成3）立体像对法第五章空间查询与空间分析§5-3DEM分析资料来源于张超主编的《地理信息系统教程》所配光盘二、DEM建立2、DEM生成通过遥感立体像对，根据视差模型，自动选配左右影像的同命点，建立数字高程模型。4）曲面拟合法整体拟合：根据研究区域内所有采样点的观测值建立趋势面模型。局部拟合：利用邻近的数据点估计未知点的值，能反映局部特征。第五章空间查询与空间分析§5-3DEM分析二、DEM建立2、DEM生成5）等值线插值法第五章空间查询与空间分析§5-3DEM分析二、DEM建立2、DEM生成距离加权法移动拟合法双线性多项式内插法样条函数内插法最小二乘匹配法有限元法分形插值法三、DEM的应用（一）基于DEM的信息提取1、坡度定义为地表单元的法向与Z轴的夹角，即切平面与水平面的夹角。2、坡向坡向是地表单元的法向量在水平面上的投影与X轴之间的夹角，（GridDEM上制作坡度、坡向图）3、地表粗造度（破碎度）定义为地表单元的曲面面积与其水平面上的投影面积之比。第五章空间查询与空间分析§5-3DEM分析GridDEM上制作坡度、坡向图通常用3*3的格网窗口在DEM数据矩阵中连续移动计算完成。第五章空间查询与空间分析§5-3DEM分析返回部分资料来源于张超主编的《地理信息系统教程》所配光盘4、高程变异分析第五章空间查询与空间分析§5-3DEM分析包括平均高程、相对高程、高程标准差，高程变异。高程变异：为格网顶点的高程标准差与平均高程的比值