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1第十五章第十五章第十五章第十五章空间分析方法空间分析方法空间分析方法空间分析方法•栅格数据分析栅格数据分析栅格数据分析栅格数据分析•矢量数据分析矢量数据分析矢量数据分析矢量数据分析•网络分析网络分析网络分析网络分析•基于地形的分析基于地形的分析基于地形的分析基于地形的分析215.115.115.115.1栅格数据分析的基本模式栅格数据分析的基本模式栅格数据分析的基本模式栅格数据分析的基本模式•聚类分析•聚合分析•信息的复合分析•栅格数据的追踪分析•栅格数据的窗口分析3一、聚类分析一、聚类分析一、聚类分析一、聚类分析•聚类分析聚类分析聚类分析聚类分析是将属性数据的类别合并或转换成新类。即对原来数据中的多种属性类型，按照一定的原则进行重新分类，以利于分析。在多数情况下，聚类分析聚类分析聚类分析聚类分析都是将复杂的类型合并成简单的类型。可将各种土壤类型聚类分析为水面和陆地两种类型。聚类分析时必须保证多个相邻接的同一类别的图形单元应获得一个相同的名称，并且这些图形单元之间的边应该去掉，从而形成新的图形单元。4合并相同属性的多边形5二、聚合分析二、聚合分析二、聚合分析二、聚合分析•将较小的多边形合并到相邻的多边形中，具有数据综合的作用6三、栅格数据信息的复合分析①类型叠置即通过叠置获取新的类型。如土壤图与植被图叠置，以分析土壤与植被的关系。②数量统计即计算某一区域内的类型和面积。如行政区划图和土壤类型图叠图，可计算出某一行政区划中的土壤类型数，以及各种类型土壤的面积。③动态分析即通过对同一地区、相同属性、不同时间的栅格数据的叠置，分析由时间引起的变化。④益本分析即通过对属性和空间的分析，计算成本、价值等。⑤几何提取即通过与所需提取的范围的叠置运算，快速地进行范围内信息的提取。7栅格图层叠加————————森林地区融雪模型M=M=M=M=（0.19T+0.17D0.19T+0.17D0.19T+0.17D0.19T+0.17D）MMMM融雪速度（厘米////天）TTTT空气温度DDDD露点温度根据此方程，使用该地区的气温和露点温度分布图层，就能计算该地区融雪速率分布图。计算过程是先分别把温度分布图乘以0.190.190.190.19和露点温度分布图乘以0.170.170.170.17，再把得到的结果相加。8叠置运算得到不同的结果从几何运算上看，两个多边形通过不同的叠置运算可以得到不同的结果：交并差分割9多层栅格数据的叠置分析•是指将二个以上图幅或不同数据层的栅格数据叠置在一起，在叠置地图的相应位置上产生新的属性的分析方法。新属性值的计算可由下式表示：UUUU＝f(A,B,C,f(A,B,C,f(A,B,C,f(A,B,C,……………………))))其中，AAAA，BBBB，CCCC等表示第一、二、三等各层上的确定的属性值，ffff函数取决于叠置的要求。多幅图叠置后的新属性可由原属性值的简单的加、减、乘、除、乘方等计算出，也可以取原属性值的平均值、最大值、最小值、或原属性值之间逻辑运算的结果等，甚至可以由更复杂的方法计算出，如新属性的值不仅与对应的原属性值相关，而且与原属性值所在的区域的长度、面积、形状等特性相关。10多层栅格叠置示意图11栅格叠置的具体运算•在进行栅格叠置的具体运算时，可以直接在未压缩的栅格矩阵上进行，也可在压缩编码((((如游程编码、四叉树编码))))后的栅格数据上进行。•它们之间的差别主要在于算法的复杂性、算法的速度、所占用的计算机内存等。12逻辑操作逻辑操作逻辑操作逻辑操作•布尔逻辑运算•栅格数据可以按其属性数据的布尔逻辑运算来检索，即这是一个逻辑选择的过程。布尔逻辑为ANDANDANDAND、OROROROR、XORXORXORXOR、NOTNOTNOTNOT。•布尔逻辑运算可以组合更多的属性作为检索条件，例如加上面积和形状等条件，以进行更复杂的逻辑选择运算。13布尔逻辑运算AND、OR、XOR、NOT例如可以用条件：(AANDB)ORC进行检索。其中A为土壤是粘性的，B为PH值＞7.0的，C为排水不良的。这样就可把栅格数据中土壤结构为粘性的、土壤PH值大于7.0的、或者排水不良的区域检索出来。14布尔逻辑运算举例在地下管网信息系统中，设A为埋深小于3米的煤气管；B为长度小于300米的煤气管。AANDB埋深小于3米且长度小于300米的所有煤气管；AORNOTB埋深小于3米及长度大于或等于300米的所有煤气管；AXORB埋深小于3米而长度大于或等于300米的煤气管道和长度小于300米而埋深大于或等于3米的煤气管道15四、栅格数据的追踪分析四、栅格数据的追踪分析四、栅格数据的追踪分析四、栅格数据的追踪分析•对原图二值化•细化•矢量化•图像边缘跟踪•图像内线要素的跟踪16五、栅格数据的窗口分析五、栅格数据的窗口分析五、栅格数据的窗口分析五、栅格数据的窗口分析•对栅格数据可计算区域的周长、面积、重心等，以及线的长度、点的坐标等•在栅数数据上量算面积有其独特的方便之处，只要对栅格进行计数，再乘以栅格的单位面积即可17六、基于栅格数据的缓冲区分析六、基于栅格数据的缓冲区分析六、基于栅格数据的缓冲区分析六、基于栅格数据的缓冲区分析•缓冲区分析在GISGISGISGIS中用得较多，但对矢量数据的缓冲区操作比较复杂，而在栅格数据中可看作是对空间实体向外进行一定距离的扩展，因而算法比较简单。1815.215.215.215.2矢量数据分析的基本方法矢量数据分析的基本方法矢量数据分析的基本方法矢量数据分析的基本方法•拓扑叠加•缓冲区分析•数字地形分析•空间集合分析19一、包含分析一、包含分析一、包含分析一、包含分析•判断某个地理实体是否位于另一个地理实体之内。•包含分析需要判断备查对象与包含多边形之间的关系，包括：–包含–穿越–部分包含20二、矢量数据的缓冲区分析二、矢量数据的缓冲区分析二、矢量数据的缓冲区分析二、矢量数据的缓冲区分析1111、缓冲区概念及其作用GISGISGISGIS缓冲区是指在点、线、面实体的周围，自动建立的一定宽度的多边形。例如：某地区有危险品仓库，要分析一旦仓库爆炸所涉及的范围，这就需要进行点缓冲区分析；如果要分析因道路拓宽而需拆除的建筑物和需搬迁的居民，则需进行线缓冲区分析；而在对野生动物栖息地的评价中，动物的活动区域往往是在距它们生存所需的水源或栖息地一定距离的范围内，为此可用面缓冲区进行分析。21缓冲区分析的意义缓冲区分析的意义缓冲区分析的意义缓冲区分析的意义•缓冲区分析是GISGISGISGIS的基本空间操作功能之一，也是解决邻近度问题的空间分析工具之一。•邻近度(Proximity)(Proximity)(Proximity)(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。22污染物扩散、道路拓宽拆迁污染物扩散、道路拓宽拆迁污染物扩散、道路拓宽拆迁污染物扩散、道路拓宽拆迁23交通网的影响区分析24点、线、面的缓冲区25缓冲区的宽度•在建立缓冲区时，缓冲区的宽度并不一定是相同的，可以根据要素的不同属性特征，规定不同的缓冲区宽度，以形成可变宽度的缓冲区。•例如，沿河流绘出的环境敏感区的宽度应根据河流的类型而定。这样就可根据河流属性表，确定不同类型的河流所对应的缓冲区宽度，以产生所需的缓冲区。262222、缓冲区的建立、缓冲区的建立、缓冲区的建立、缓冲区的建立•点的缓冲区建立时，只需要给定半径绘圆即可。面的缓冲区只朝一个方向（里外之一），而线的缓冲区需在线的左右配置。27建立线缓冲区•在建立线缓冲区时，通常首先要对线进行化简，以加快缓冲区建立的速度。这种对线的化简称为线的重采样。具体的算法设计可采用线的矢量数据压缩算法。•建立线缓冲区就是生成缓冲区多边形。只需在线的两边按一定的距离（缓冲距）绘平行线，并在线的端点处绘半圆，就可连成缓冲区多边形。•对一条线所建的缓冲区有可能重叠，这时需把重叠的部分去除。基本思路是，对缓冲区边界求交，并判断每个交点是出点还是入点，以决定交点之间的线段保留或删除。这样就可得到岛状的缓冲区。28缓冲区的计算角平分线法：角分线法的缺点是难以最大限度保证双线的等宽性，尤其是在凸侧角点在进一步变锐时，将远离轴线顶点凸角圆弧法：方法最大限度的保证了平行曲线的等宽性，避免了角分线法的众多异常情况。29缓冲区边界相交的情况•当缓冲区形状比较复杂或多个对象集合的缓冲区时，就会产生边线自相交的情况。•处理方法是将斜线区域当成缓冲区，横线部分为新增加的岛屿。30输入数据、建缓冲区、重叠处理313333、缓冲区查询、缓冲区查询、缓冲区查询、缓冲区查询•不破坏原有空间对象关系，仅用缓冲区给定查询范围，并检索得到落入（全部或局部）缓冲区对象的过程•特点是不产生新的多边形，仅对缓冲区内的对象数量和属性进行分析–公交线路影响带内的人口和职业–商业网点的影响区内的人口和收入32三、多边形的叠置分析三、多边形的叠置分析三、多边形的叠置分析三、多边形的叠置分析•叠置分析是地理信息系统最常用的提取空间隐含信息的手段之一，它将有关主题层组成的数据层面，进行叠加产生一个新数据层面的操作，其结果综合了原来两层或多层要素所具有的属性。根据GISGISGISGIS数据结构的不同，分为矢量和栅格两种叠置分析方法。33矢量数据的叠置分析矢量数据的叠置分析矢量数据的叠置分析矢量数据的叠置分析•将同一地区的两组或两组以上的要素进行叠置，产生新的特征。叠置的直观概念就是将两幅或多幅地图重迭在一起，产生新多边形和新多边形范围内的属性。34矢量数据图示35宗地的稳定性分析36AB123451B2B1A1A1A1A2A2A2A2A4A4A4A4A3A3A3A3A5B3B4B4B4B4B降雨量土壤类型适宜农作物农作物适宜性分析371111、矢量数据叠置的内容、矢量数据叠置的内容、矢量数据叠置的内容、矢量数据叠置的内容•点与多边形的叠置•点与多边形的叠置是确定一幅图((((或数据层))))上的点落在另一幅图((((或数据层))))的哪个多边形中，这样就可给相应的点增加新的属性内容。–例如，一幅图表示水井的位置，另一幅图表示城市行政区。两幅图叠置后可得出每个城市功能区((((如居住区))))有多少水井，也可知道每口水井是位于城市的什么行政区。•点与多边形叠置的算法就是判断点是否在多边形内，可用垂线法或转角法实现。38线与多边形的叠置•线与多边形的叠置是把一幅图((((或一个数据层))))中的多边形的特征加到另一幅图((((或另一个数据层))))的线上。例如，道路图与境界图叠置，可得到每个政区中各种等级道路的里程。•线与多边形叠置的算法就是线的多边形裁剪。39多边形与多边形的叠置•多边形与多边形的叠置是指不同图幅或不同图层多边形要素之间的叠置，通常分为合成叠置和统计叠置。•合成叠置是指通过叠置形成新的多边形，使新多边形具有多重属性，即需进行不同多边形的属性合并。属性合并的方法可以是简单的加、减、乘、除，也可以取平均值、最大最小值，或取逻辑运算的结果等。•统计叠置是指确定一个多边形中含有其它多边形的属性类型的面积等，即把其它图上的多边形的属性信息提取到本多边形中来。例如，土壤类型图与城市功能分区图叠置，可得出商业区中具有不稳定土壤结构的地区有哪些。40多边形的不同叠加方式交只保留两个输入图层的公共区域叠和以输入图层为界，保留边界内两个多边形的所有多边形输入图层叠加图层并保留两个输入图层的所有多边形结果图层41多边形与多边形叠置算法•多边形与多边形叠置算法的核心是多边形对多边形的裁剪。多边形裁剪比较复杂，因为多边形裁剪后仍然是多边形，而且可能是多个多边形。多边形裁剪的基本思想是一条边一条边地裁剪。多边形AAAA对多边形BBBB裁剪。42多边形叠置的位置误差•进行多边形叠置的往往是不同类型的地图，甚至是不同比例尺的地图，因此会产生无意义多边形。处理无意义的多边形，常用如下三种方法：•1111°°°°在屏幕上显示多边形叠加的情况，人机交互地把小多边形合并到大多边形中。•2222°°°°确定无意义多