關(guān)于空間分析方法與原理空間分析原理與方法數(shù)字地形模型分析空間疊合分析空間鄰近度分析空間網(wǎng)絡(luò)分析第2頁(yè),共44頁(yè)，2024年2月25日，星期天空間分析基于空間數(shù)據(jù)的分析技術(shù)。通過(guò)分析獲取新信息，如空間位置、空間分布、空間形態(tài)、空間形成、空間演變等。第3頁(yè),共44頁(yè)，2024年2月25日，星期天空間分析源于60年代地理和區(qū)域科學(xué)的計(jì)量革命。開始階段：主要是應(yīng)用定量（主要是統(tǒng)計(jì)）分析手段用于分析點(diǎn)、線、面的空間分布模式?，F(xiàn)在：強(qiáng)調(diào)地理空間本身的特征、空間決策過(guò)程和復(fù)雜空間系統(tǒng)的時(shí)空演化過(guò)程分析?？臻g分析是工具型GIS的核心和必備的功能。第4頁(yè),共44頁(yè)，2024年2月25日，星期天空間分析是對(duì)分析空間數(shù)據(jù)有關(guān)技術(shù)的統(tǒng)稱。數(shù)據(jù)性質(zhì)和分析方法的不同，可以分為：矢量數(shù)據(jù)空間分析柵格數(shù)據(jù)空間分析查詢式分析產(chǎn)生式分析第5頁(yè),共44頁(yè)，2024年2月25日，星期天數(shù)字地形模型分析DTM和DEMDTM(DigitalTerrainModel，數(shù)字地形模型)是定義于二維區(qū)域上的一個(gè)有限項(xiàng)的向量序列（矩陣），以離散的平面點(diǎn)來(lái)模擬連續(xù)分布的地形。DTM={Zi,j}i=1,2,3,…,m-1,m；j=1,2,3,…,n-1,nDEM(DigitalElevationModel，數(shù)字高程模型)，當(dāng)Z屬性為海拔高程。派生DTM數(shù)據(jù):平均高程、坡度、坡向。DEM表現(xiàn)方式規(guī)則格網(wǎng)模型不規(guī)則三角網(wǎng)模型（TIN)等高線模型第6頁(yè),共44頁(yè)，2024年2月25日，星期天DEM信息提取坡度、坡向曲面面積地表粗糙度高程變異谷脊特征第7頁(yè),共44頁(yè)，2024年2月25日，星期天坡度計(jì)算坡度：就是地表單元法向n與Z軸的交角。計(jì)算方法：空間矢量法擬合曲面法第8頁(yè),共44頁(yè)，2024年2月25日，星期天坡向計(jì)算坡向：就是地表單元法向量n在OXY平面上的投影與X軸之間交角。計(jì)算方法：第9頁(yè),共44頁(yè)，2024年2月25日，星期天坡度和坡向分析第10頁(yè),共44頁(yè)，2024年2月25日，星期天曲面面積計(jì)算單元網(wǎng)格面積之和計(jì)算方法：空間矢量法三角形面積第11頁(yè),共44頁(yè)，2024年2月25日，星期天地表粗糙度計(jì)算地表粗糙度是反映地表的起伏變化與侵蝕程度的指標(biāo)。一般定義為地表單元的曲面面積與投影面積之比。對(duì)角頂點(diǎn)連線的中點(diǎn)的高差來(lái)表示。第12頁(yè),共44頁(yè)，2024年2月25日，星期天高程及變異分析平均高程相對(duì)高程高程變異第13頁(yè),共44頁(yè)，2024年2月25日，星期天谷脊特征分析谷點(diǎn)和脊點(diǎn)谷點(diǎn)是地勢(shì)相對(duì)最低的點(diǎn)集。脊點(diǎn)為地勢(shì)相對(duì)最高的點(diǎn)集。第14頁(yè),共44頁(yè)，2024年2月25日，星期天谷脊特征分析谷點(diǎn)和脊點(diǎn)判定要判定高程為Z網(wǎng)格的形態(tài)特征，按照以下判別式可直接提取谷點(diǎn)和脊點(diǎn)。如果（Zi,j-1―Zi,j)（Zi,j+1―Zi,j)>0當(dāng)Zi,j+1>Zi,j)時(shí)，則P(i,j)=―1①當(dāng)Zi,j+1<Zi,j)時(shí)，則P(i,j)=1②如果（Zi-1,j―Zi,j)（Zi+1,j―Zi,j)>0當(dāng)Zi+1,j>Zi,j時(shí)，則P(i,j)=―1③當(dāng)Zi+1,j<Zi,j時(shí)，則P(i,j)=1④如果①和④或②和③同時(shí)成立,則P(i,j)=2如果以上條件均不成立,則P(i,j)=0Zi,j

Zi+1,j

Zi-1,j

Zi,j-1

Zi,+1

P(i,j)=-1表示谷點(diǎn)

1表示脊點(diǎn)2表示鞍點(diǎn)0表示其它點(diǎn)第15頁(yè),共44頁(yè)，2024年2月25日，星期天谷點(diǎn)和脊點(diǎn)判定例子5781010107855789687886678668第16頁(yè),共44頁(yè)，2024年2月25日，星期天谷脊特征分析溝谷密度：溝谷總長(zhǎng)度(∑L)與地表單元總面積(∑A)之比。溝谷深度：地表單元的谷點(diǎn)與最近脊點(diǎn)的平均高差。第17頁(yè),共44頁(yè)，2024年2月25日，星期天剖面分析剖面線在數(shù)字高程模型中的起點(diǎn)位置和終點(diǎn)位置，就可以惟一地確定這條剖面線與DEM網(wǎng)格各個(gè)交點(diǎn)的平面位置及其高程，根據(jù)選定的垂直比例尺和水平比例尺，就能自動(dòng)繪出所需要的剖面圖。12345AB31234560100200300400A高程（m）距離（km）12345AB3第18頁(yè),共44頁(yè)，2024年2月25日，星期天通視分析通視分析也稱可視分析，就是利用DEM判斷地形上任意兩點(diǎn)之間是否可以相互可見的技術(shù)。應(yīng)用：設(shè)置雷達(dá)站、電視臺(tái)的發(fā)射站、道路選擇、航海導(dǎo)航等，在軍事上如布設(shè)陣地（炮兵陣地、電子對(duì)抗陣地）、設(shè)置觀察哨所、鋪架通信線路等。第19頁(yè),共44頁(yè)，2024年2月25日，星期天空間疊合分析將同一參考系、同一地區(qū)、同一比例尺的、不同信息表達(dá)兩個(gè)或多個(gè)地理對(duì)象的圖層進(jìn)行疊合，以產(chǎn)生空間區(qū)域的多重屬性特征，或建立地理對(duì)象之間的空間對(duì)應(yīng)關(guān)系。對(duì)空間結(jié)構(gòu)和屬性上既相互重疊，又相互聯(lián)系的多種要素現(xiàn)象進(jìn)行綜合分析，揭示各種現(xiàn)象要素的內(nèi)在聯(lián)系及其發(fā)展規(guī)律。空間疊合：圖形疊加和屬性疊加ABC第20頁(yè),共44頁(yè)，2024年2月25日，星期天疊合分析類型根據(jù)所采用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的不同可分為：基于矢量數(shù)據(jù)疊合分析：運(yùn)算量大，過(guò)程復(fù)雜；基于柵格數(shù)據(jù)疊合分析：運(yùn)算量小，過(guò)程簡(jiǎn)單。矢量數(shù)據(jù)疊合分析包括：點(diǎn)與多邊形疊合線與多邊形疊合多邊形與多邊形疊合UnionIntersectIdentityEraseUpdate第21頁(yè),共44頁(yè)，2024年2月25日，星期天疊合分析點(diǎn)與多邊形疊加點(diǎn)與多邊形疊加，實(shí)際上是計(jì)算多邊形對(duì)點(diǎn)的包含關(guān)系。矢量結(jié)構(gòu)的GIS能夠通過(guò)計(jì)算每個(gè)點(diǎn)相對(duì)于多邊形線段的位置，進(jìn)行點(diǎn)是否在一個(gè)多邊形中的空間關(guān)系判斷。在完成點(diǎn)與多邊形的幾何關(guān)系計(jì)算后，還要進(jìn)行屬性信息處理。通過(guò)點(diǎn)與多邊形疊加，可以計(jì)算出每個(gè)多邊形類型里有多少個(gè)點(diǎn)，不但要區(qū)分點(diǎn)是否在多邊形內(nèi)，還要描述在多邊形內(nèi)部的點(diǎn)的屬性信息。第22頁(yè),共44頁(yè)，2024年2月25日，星期天疊合分析線與多邊形疊加線與多邊形的疊加，是比較線上坐標(biāo)與多邊形坐標(biāo)的關(guān)系，判斷線是否落在多邊形內(nèi)。計(jì)算過(guò)程通常是計(jì)算線與多邊形的交點(diǎn)，只要相交，就產(chǎn)生一個(gè)結(jié)點(diǎn)，將原線打斷成一條條弧段，并將原線和多邊形的屬性信息一起賦給新弧段。疊加的結(jié)果產(chǎn)生了一個(gè)新的數(shù)據(jù)層面，每條線被它穿過(guò)的多邊形打斷成新弧段圖層，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的屬性數(shù)據(jù)表記錄原線和多邊形的屬性信息。第23頁(yè),共44頁(yè)，2024年2月25日，星期天疊合分析多邊形疊加多邊形疊加是GIS最常用的功能之一。多邊形疊加將兩個(gè)或多個(gè)多邊形圖層進(jìn)行疊加產(chǎn)生一個(gè)新多邊形圖層的操作，其結(jié)果將原來(lái)多邊形要素分割成新要素，新要素綜合了原來(lái)兩層或多層的屬性。幾何求交過(guò)程和屬性分配過(guò)程兩步。幾何求交過(guò)程首先求出所有多邊形邊界線的交點(diǎn)，再根據(jù)這些交點(diǎn)重新進(jìn)行多邊形拓?fù)溥\(yùn)算，對(duì)新生成的拓?fù)涠噙呅螆D層的每個(gè)對(duì)象賦一多邊形唯一標(biāo)識(shí)碼，同時(shí)生成一個(gè)與新多邊形對(duì)象一一對(duì)應(yīng)的屬性表。第24頁(yè),共44頁(yè)，2024年2月25日，星期天疊合分析Union運(yùn)算Union運(yùn)算是求兩個(gè)數(shù)據(jù)集的并集的操作。在操作時(shí)，兩個(gè)面數(shù)據(jù)集內(nèi)的所有多邊形都被輸出到數(shù)據(jù)集中，在相交的點(diǎn)處多邊形將被分割成小多邊形。小多邊形包含兩個(gè)空間特征的屬性信息。

第25頁(yè),共44頁(yè)，2024年2月25日，星期天疊合分析Intersect運(yùn)算Intersect運(yùn)算是求兩個(gè)數(shù)據(jù)集的交集的操作，兩個(gè)數(shù)據(jù)集中共同的部分將被輸出到結(jié)果數(shù)據(jù)集中，其余部分將被排除。第26頁(yè),共44頁(yè)，2024年2月25日，星期天疊合分析Identity運(yùn)算Identity運(yùn)算類似于Union運(yùn)算，要對(duì)兩個(gè)數(shù)據(jù)集進(jìn)行相交計(jì)算。不同之處在于，Union運(yùn)算保留了兩個(gè)數(shù)據(jù)集的所有部分，而Identity運(yùn)算只保留第一個(gè)數(shù)據(jù)集的所有部分，去掉第二個(gè)數(shù)據(jù)集(稱為Identity數(shù)據(jù)集)中與第一個(gè)數(shù)據(jù)集沒(méi)有重疊的部分。第27頁(yè),共44頁(yè)，2024年2月25日，星期天疊加分析

Erase運(yùn)算Erase運(yùn)算保留了不相交部分。第28頁(yè),共44頁(yè)，2024年2月25日，星期天疊加分析

Update運(yùn)算第29頁(yè),共44頁(yè)，2024年2月25日，星期天矢量數(shù)據(jù)疊合分析矢量數(shù)據(jù)疊合分析幾何求交拓?fù)渲貥?gòu)屬性合并第30頁(yè),共44頁(yè)，2024年2月25日，星期天柵格數(shù)據(jù)疊合指將不同圖幅或不同數(shù)據(jù)層的柵格數(shù)據(jù)疊置在一起，在疊置地圖的相應(yīng)位置上產(chǎn)生新的屬性的分析方法。處理不同柵格圖層的柵格單元。第31頁(yè),共44頁(yè)，2024年2月25日，星期天柵格數(shù)據(jù)疊合多幅圖疊置后的新屬性計(jì)算：數(shù)學(xué)運(yùn)算函數(shù)運(yùn)算統(tǒng)計(jì)運(yùn)算第32頁(yè),共44頁(yè)，2024年2月25日，星期天第33頁(yè),共44頁(yè)，2024年2月25日，星期天第34頁(yè),共44頁(yè)，2024年2月25日，星期天空間臨近度分析

鄰近度（Proximity）描述了地理空間中兩個(gè)地物距離相近的程度，其確定是空間分析的一個(gè)重要手段。緩沖區(qū)分析是解決鄰近度問(wèn)題的空間分析工具之一。第35頁(yè),共44頁(yè)，2024年2月25日，星期天緩沖區(qū)分析

緩沖區(qū)：就是地理空間目標(biāo)的一種影響范圍或服務(wù)范圍。從數(shù)學(xué)的角度看，緩沖區(qū)的基本思想是給定一個(gè)空間對(duì)象或集合，確定它們的鄰域，鄰域的大小由鄰域半徑R決定。緩沖區(qū)分析：圍繞空間的點(diǎn)、線、面實(shí)體，按照緩沖的距離條件，建立緩沖區(qū)多邊形區(qū)域，然后將該實(shí)體與需要進(jìn)行緩沖分析的圖層進(jìn)行疊合分析，得到所需要結(jié)果的空間分析方法。緩沖區(qū)分析主體鄰近對(duì)象作用條件第36頁(yè),共44頁(yè)，2024年2月25日，星期天緩沖區(qū)分析

緩沖區(qū)類型：矢量、柵格第37頁(yè),共44頁(yè)，2024年2月25日，星期天緩沖區(qū)建立

角分線法（簡(jiǎn)單平行線法）：算法是在軸線首尾點(diǎn)處，作軸線的垂線并按緩沖區(qū)半徑R截出左右邊線的起止點(diǎn)；在軸線的其它轉(zhuǎn)折點(diǎn)上，用與該線所關(guān)聯(lián)的前后兩鄰邊距軸線的距離為R的兩平行線的交點(diǎn)來(lái)生成緩沖區(qū)對(duì)應(yīng)頂點(diǎn)。角分線法的缺點(diǎn)是難以最大限度保證雙線的等寬性，尤其是在凸側(cè)角點(diǎn)在進(jìn)一步變銳時(shí)，將遠(yuǎn)離軸線頂點(diǎn)。第38頁(yè),共44頁(yè)，2024年2月25日，星期天緩沖區(qū)建立凸角圓弧法在軸線首尾點(diǎn)處，作軸線的垂線并按雙線和緩沖區(qū)半徑截出左右邊線起止點(diǎn)；在軸線其它轉(zhuǎn)折點(diǎn)處，首先判斷該點(diǎn)的凸凹性，在凸側(cè)用圓弧彌合，在凹側(cè)則用前后兩鄰邊平行線的交點(diǎn)生成對(duì)應(yīng)頂點(diǎn)。這樣外角以圓弧連接，內(nèi)角直接連接，線段端點(diǎn)以半圓封閉。

第39頁(yè),共44頁(yè)，2024年2月25日，星期天緩沖區(qū)建立對(duì)于簡(jiǎn)單情形，緩沖區(qū)是一個(gè)簡(jiǎn)單多邊形，但當(dāng)計(jì)算形狀比較復(fù)雜的對(duì)象或多個(gè)對(duì)象集合的緩沖區(qū)時(shí)，就復(fù)雜得多。為使緩沖區(qū)算法適應(yīng)更為普遍的情況，就不得不處理邊線自相交的情況。當(dāng)軸線的彎曲空間不容許雙線的邊線無(wú)壓蓋地通過(guò)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生若干個(gè)自相交多邊形第40頁(yè),共44頁(yè)，2024年2月25日，星期天緩沖區(qū)建立柵格緩沖區(qū)對(duì)緩沖區(qū)的柵格單元作距離擴(kuò)散提取符合要求的柵格單元第41頁(yè),共44頁(yè)，2024年2月25日，星期天緩沖分析根據(jù)研究對(duì)象影響力的特點(diǎn)，緩沖分析可劃分：靜態(tài)緩沖分析：緩沖區(qū)內(nèi)各點(diǎn)的影響度相等。動(dòng)態(tài)緩沖分析：影響度隨距離的變