GIS空间分析原理与方法

地理信息系统基础如何为一公园选择合理位置？依山傍水；交通方便；较安静……要求方案2条件2方案1条件1处理、分析空间分析算法现实世界获取水系信息地形信息道路信息植被信息等+++空间数据库存储1854年8月到9月英国伦敦霍乱流行时，当局始终找不到发病的原因，后来医生约翰·斯诺(JohnSnow)参与调查。他在绘有霍乱流行地区所有道路、房屋、饮用水机井等内容的1：6500比例尺地图上，标出了每个霍乱病死者的居住位置，得到了霍乱病死者居住分布图。霍乱病死者居住分布图(JohnSnow,1854)霍乱死亡病例与水源的关系斯诺博士分析了这张分布图，马上想到霍乱病源之所在——死者住家都集中于饮用“布洛多斯托”井水的地方及周围。根据斯诺博士的分析和请示，当局于9月8日摘下了这个水井的泵，禁止使用该水泵吸水，从这天以后，新的霍乱病患者就再也没有出现了。在这个例子中，患者的居住地与饮用水井之间的空间位置关系提示了霍乱病的发病根源。中国科学院遥感应用研究所、中国人民解放军军事医学科学院微生物流行病研究所联合北京师范大学遥感与GIS研究中心及协和医科大学，共同组建成立了公共卫生领域空间信息技术应用研究中心。第六章GIS空间分析原理与方法空间分析概述栅格数据分析的基本模式矢量数据分析的基本方法空间数据的其他分析方法数字地面模型及其应用思考与练习§1空间分析概述概念主要内容概念空间分析是基于地理对象的位置和形态特征的空间数据分析技术，其目的在于提取和传输空间信息。空间分析早已成为地理信息系统的核心功能之一，它特有的对地理信息（特别是隐含信息）的提取、表现和传输功能，是地理信息系统区别于一般信息系统的主要功能特征。空间分析的主要内容空间位置：借助于空间坐标系传递空间对象的定位信息，是空间对象表述的研究基础。空间分布：同类空间对象的群体定位信息，包括分布、趋势、对比等内容。空间形态：空间对象的几何形态。空间距离：空间物体的接近程度。空间关系：空间对象的相关关系，包括拓扑、方位、相似、相关等。§2栅格数据分析的基本模式聚类、聚合分析（重分级）信息复合分析（代数运算）追踪分析窗口分析（栅格统计）栅格数据的聚类分析根据设定的聚类条件对原有数据进行有选择的信息提取而建立新的栅格数据的方法。在四种类型要素中提取其中要素2的聚类栅格数据的聚合分析1、2类合并为b，3、4类合并为a2、3类合并为c，1、4类合并为d根据空间分辨力和分类表，进行数据类型的合并或转换以实现空间地域的兼并。空间聚合的结果往往将较复杂的类别转换为较简单的类别，并且常以较小比例尺的图形输出。基于SuperMapDeskpro的栅格分析重分级重新定义栅格数据集中每个格网的数值。栅格数据的信息复合分析信息复合模型(overlay)包括两类：即简单的视觉信息复合和较为复杂的叠加分类模型。常被用来进行区域适应性评价、资源开发利用、规划等多因素分析研究工作。在数字遥感图象处理工作中，利用该方法可以实现不同波段遥感信息的自动合成处理。视觉信息复合与叠加分类视觉信息复合是将不同专题的内容叠加显示在结果图件上，参加复合的平面之间没发生任何逻辑关系，仍保留原来的数据结构；叠加分类模型则根据参加复合的数据平面各类别的空间关系重新划分空间区域，使每个空间区域内各空间点的属性组合一致。栅格数据的信息复合分析—按运算方法分类逻辑判断复合法数学运算复合法算术运算函数运算逻辑判断复合法ABCABCABCABCABCABCA.AND.B.AND.CA.NOT.(B.OR.C)A.AND.B.OR.CA.OR.B.OR.CA.XOR.B.XOR.CA.AND.(B.OR.C)算术运算复合法算术运算指两层以上的对应网格值经加、减运算，而得到新的栅格数据的方法。111111111111111111111111122223111111111111111111111111111113ABCD=A+B+CE=|A-B|F=D-E函数运算复合法函数运算指两个以上层的栅格数据以某种函数关系作为复合分析的依据进行逐网格运算，从而得到新的栅格数据的过程。SuperMapDeskpro的栅格代数运算对栅格数据集进行代数操作。＋＝栅格数据的追踪分析对于特定的栅格数据，由某一个或多个起点，按照一定的追踪线索进行追踪目标或者追踪轨迹信息提取的空间分析方法。6471025201916812152125342215111724323027211214253139322514720293223211232026282520161342023231812994171817128233栅格数据的窗口分析（1）矩形窗口圆型窗口环型窗口扇型窗口按照窗口形状分类栅格数据的窗口分析（2）按窗口统计分析分类MeanMaximumMinimumMedianSumRangeMajorityMinorityVarietySuperMapDeskpro的栅格统计常用功能邻域分析分带统计常用功能创建新的数据集，仅保留满足条件的单元格。邻域分析根据设置的邻域以及选择的分析方式，使用邻域内所有单元格的最大值、最小值或者平均值等，重新为单元格赋值。分带统计根据带数据集所确定的区域形状，使用数据集中同一区域所有单元格的平均值、最大值或者最小值等，重新给带数据集各区域中的单元格赋值。§3矢量数据分析的基本方法缓冲区分析叠加分析网络分析3.1缓冲区分析地理学中的第一定律，任何事物都与其他事物相关，距离近的事物比距离远的关系更大（WaldoTobler）。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。（李小文：地理学第一定律与时空邻近度的提出）缓冲区分析是解决邻近度问题的空间分析工具之一。缓冲区分析是指以点、线、面等实体为基础，自动建立其周围一定宽度范围内的多边形实体，从而实现空间数据在水平方向得以扩展的分析方法。缓冲区分析（2）缓冲区分析（3）缓冲区分析（4）生成缓冲区：鼠标右键选中某个（或几个）几何对象，在弹出的快捷菜单中进行选择。缓冲区分析（5）在对话框中进行参数的设置生成的缓冲区添加到地图窗口显示结果单级缓冲区多重缓冲区缓冲区分析（6）3.2叠加分析叠加分析是指在两个数据集之间进行的一系列集合运算，是GIS中的一项非常重要的空间分析功能。叠加分析涉及到两个数据集，其中一个数据集为操作数据集，必须为面数据集，另一个数据集为被操作数据集，除合并运算和对称差运算必须是面数据集外，其他运算可以是点、线、面或者复合数据集。可以进行点与面的叠加、线与面的叠加、面与面的叠加。参与运算的两个数据集中的相交对象都要进行分解，形成新的子对象。参与叠加分析的面数据集不能有重叠的对象，否则可能有错误结果。SuperMap提供了六种基于矢量数据的叠加分析功能。3.2.1裁剪（Clip)分析Clip是用一个操作数据集从一个被操作数据集中抽取部分特征（点、线、面）集合的运算。3.2.2合并(Union)分析合并是将两个数据集求并集后输出为一个数据集，在这里只限于两个面数据集之间进行合并。3.2.3擦除(Erase)分析擦除是用来擦除掉被操作数据集中与操作数据集中多边形相重叠部分（点、线、面）的操作。3.2.4求交(Intersect)分析求交是求两个数据集的交集的操作。两个数据集中相交的部分将被输出到结果数据集中，其余部分将被删除。结果属性表除了包括自己的属性字段，还可以包括待求交数据集和交数据集的所有属性字段（需要进行设置）。设置求交结果数据集的属性字段3.2.5同一（Identity)分析又叫识别分析；是对两个数据集进行相交运算后，保留第一数据集的所有部分，去除第二数据集中与第一个数据集没有重叠的部分。3.2.6对称差（SymmetricalDifference）分析对称差运算是在两个面数据集之间进行的交集取反操作。操作的结果是，对于被操作数据集中每一个面对象，去掉其与操作数据集中的几何对象相交的部分，而保留下的剩下的部分。可以得到除去两个图层公共区域的其他部分，并且原图层的所有属性都将在输出图层上同时显示。例：求青海省的湖泊分布情况根据全国湖泊分布图、青海省行政区域图计算出青海省境内的湖泊分布图，可以采用哪些方法实现？使用裁剪分析使用求交分析使用同一分析3.3网络分析构建网络数据集网络分析的基本设置网络分析的具体操作构建网络数据集通过“线数据集拓扑处理”自动完成构建网络数据集拓扑错误处理选项中“弧段求交”项必选网络数据集由点数据集和线数据集组成。网络分析参数设置基本网络参数设置连通性参数设置设置网络障碍点和障碍边设置中心点设置交通规则设置转向表显示风格设置指定分析区域网络分析的基本设置在进行所有网络分析之前，首先要进行网络分析的基本参数设置。设置网络障碍点和障碍边让被交通堵塞的弧段具有暂时的禁行特性；在交通恢复正常后，弧段属性也能实时恢复正常。障碍点和障碍边在设置前后与现有的网络环境参数无关，具有相对独立的特性。设置中心点中心点是网络中具有接收或提供资源的能力，且位于节点处的离散设施。中心点和网络资源最优分配、选址分析功能密切相关。中心点类型有非中心、固定中心和可选中心。设置交通规则设置转向表转向是从一个弧段经过中间节点抵达另外一个邻接弧段的过程。这个过程在各种交通规则下会有不同的表现，比如某些道路是禁止180度转弯、某些道路禁止左转等。建立的转向表可以精确模拟现实转向表，在处理实际问题时，尤其是交通网络中通过道路交叉口的确切模拟。显示风格设置指定分析区域在网络图层中拉框选择分析区域，使得网络分析只针对该区域中的节点和弧段进行。此项功能与“网络分析参数设置”对话框中的“使用指定区域”选项相联系。当分析区域选择成功后，此对话框中的“使用指定区域”选项变为已选状态，只有此项被选中后网络分析才会在指定区域内进行。各种网络分析功能连通性分析邻接点分析通达点分析通达边分析关键点分析关键边分析两点是否连通分析最佳路径、旅行商分析服务区分析最近设施查找连通性分析(1)查找等级参数为查找的级数；与分析节点通过单个路径相连通的所有节点为第一级节点，而沿着分析方向，与所有一级节点通过单个路径相连通的节点为第二级节点，由此类推……；而与分析节点直接相连通的路径为第一级通达边，沿着分析方向与第一级节点直接相连通的路径为第二级通达边，由此类推……。当连接节点（路径）的级数超过设置的参数就不再往外查找。连通性分析(2)邻接点分析通达点分析通达边分析关键点分析关键边分析两点间是否连通连通性分析(3)最佳路径、旅行商分析（1）功能选取最佳路径分析旅行商问题站点选取方式节点选取自由选取导入外部站点查看结果保存为数据集最佳路径、旅行商分析（2）对访问站点的顺序的处理有所不同最佳路径分析：必须按照指定的顺序访问网络中的所有节点。旅行商分析：在保证一次行程中访问所有站点的前提下，旅行商分析的结果即包括所选择的路径，也包括它所确定的最优的访问次序。服务区分析根据指定的服务中心点及服务范围分析服务中心点能够提供的服务范围。最近设施查找查找与已知点（事件点）距离最近的设施点。§4空间数据的其它分析方法空间数据的量算空间数据的内插空间信息分类空间统计分析4.1空间数据的量算空间信息的自动化量算是地理信息系统所具有的重要功能，也是进行空间分析的定量化基础。其中的主要量算有：质心量算几何量算形状量算4.1.1质心量算定义：目标的半径位置或保持均匀的平衡点，一般为多边形的几何中心或重心。计算公式应用跟踪某些地理分布的变化，如人口变迁、土地类型变化等。简化复杂目标的模型建立等。iiiGiiiGwywYwxwX4.1.2几何量算几何量算对点、线、面、体4类目标物而言，其含义不同的：点状目标：坐标；线状目标：长度、曲率、