【正文】 1 第七章 空間數(shù)據(jù)分析 Spatial analysis 2 數(shù)據(jù)采集與輸入 數(shù)據(jù)編輯與更新 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理 空間分析 數(shù)據(jù)顯示與輸出 緩沖區(qū)分析 疊加分析 空間查詢(xún) 網(wǎng)絡(luò)分析 地形分析 …… GIS基本功能 GIS能作什么？ 3 ?地理信息系統(tǒng)區(qū)別于其他信息系統(tǒng)的獨(dú)特功能？ 4 各種類(lèi)型的 GIS中存貯了海量的地理空間數(shù)據(jù)，且數(shù)據(jù)還在以指數(shù)級(jí)方式不斷增長(zhǎng)，迫切需要高效、精確、科學(xué)地分析這些數(shù)據(jù)，以找出數(shù)據(jù)所蘊(yùn)涵的意義，進(jìn)而了解事物的性質(zhì)與規(guī)律，為科學(xué)決策提供必需的信息。因此， GIS領(lǐng)域由原來(lái)重點(diǎn)關(guān)注 數(shù)據(jù)庫(kù)創(chuàng)建和系統(tǒng)開(kāi)發(fā)建設(shè) ，逐漸轉(zhuǎn)向重點(diǎn)關(guān)注 空間分析和空間建模 。 5 GIS的奠基人之一 ：“ 地理信息系統(tǒng)真正的功能在于它利用空間分析技術(shù)，對(duì)空間數(shù)據(jù)的分析 ” 。 空間分析使 GIS超越一般空間數(shù)據(jù)庫(kù)、信息系統(tǒng)和地圖制圖系統(tǒng)，成為不僅能進(jìn)行海量空間數(shù)據(jù)管理、信息查詢(xún)檢索與量測(cè)，更可通過(guò)圖形操作與數(shù)學(xué)模擬運(yùn)算分析出地理空間數(shù)據(jù)中隱藏的模式、關(guān)系和趨勢(shì)，挖掘出對(duì)科學(xué)決策具有指導(dǎo)意義的信息，從而解決復(fù)雜的地學(xué)應(yīng)用問(wèn)題，進(jìn)行地學(xué)綜合研究的技術(shù)系統(tǒng)。 ： 6 What is “Spatial Analysis”？ 7 An Early Example: ? 1854年 8月到 9月 英國(guó)倫敦霍亂流行時(shí)，當(dāng)局始終找不到發(fā)病的原因，后來(lái)醫(yī)生約翰 斯諾 (John Snow) 參與調(diào)查。 8 ? 他在繪有霍亂流行地區(qū)所有道路、房屋、飲用水機(jī)井等內(nèi)容的 1： 6500比例尺地圖上，標(biāo)出了每個(gè)霍亂病死者的 居住位置 ，得到了 霍亂病死者居住分布圖 。 9 霍亂病死者居住分布圖 (John Snow, 1854) 10 霍亂死亡病例與水源的關(guān)系 11 ? 斯諾博士分析了這張分布圖，馬上想到霍亂病源之所在 —— 死者住家都集中于飲用 “ 布洛多斯托 ” 井水 的地方及周?chē)? 12 ?在這個(gè)例子中，患者的 居住地與飲用水井 之間的 空間位置關(guān)系 提示了霍亂病的發(fā)病根源。 13 定 義 空間分析 : 是基于空間數(shù)據(jù)的分析技術(shù)，它以 地學(xué)原理 為依托，通過(guò) 分析算法 ，從空間數(shù)據(jù)中獲取有關(guān)地理對(duì)象的空間位置、空間分布、空間形態(tài)、空間形成、空間演變等信息。 根本目的 在于：通過(guò)對(duì)空間數(shù)據(jù)的深加工和分析 獲取新的信息 。 (P131) 14 空間分析有著十分豐富的內(nèi)涵 ， 它是構(gòu)成地理信息系統(tǒng)的核心部分之一 ， 在整個(gè)地理數(shù)據(jù)的應(yīng)用中發(fā)揮著舉足輕重的作用 ， 也是 GIS區(qū)別與其它信息系統(tǒng)的一個(gè)顯著標(biāo)志 。 15 本章講解內(nèi)容 基本的空間分析包括以下方面： ?空間查詢(xún) ?緩沖區(qū)分析 ?疊加分析 ?空間數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析 ?數(shù)字高程模型 ?網(wǎng)絡(luò)分析 ? 空間建模與空間決策支持系統(tǒng) ?空間分析與空間動(dòng)態(tài)建模 16 ? 學(xué)習(xí)目標(biāo) ?理解空間數(shù)據(jù)查詢(xún)和空間分析的概念； ?掌握緩沖區(qū)分析、疊加分析和網(wǎng)絡(luò)分析的概念、原理、方法和應(yīng)用。 ?了解數(shù)字高程模型和空間數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析方法和應(yīng)用 ? 重點(diǎn)： 空間分析的概念、常用空間分析的方法和應(yīng)用。 ? 難 點(diǎn)： 緩沖區(qū)分析、疊加分析和網(wǎng)絡(luò)分析。 17 ? 什么是空間查詢(xún) ?空間查詢(xún)是空間分析基礎(chǔ)，任何空間分析都開(kāi)始于空間查詢(xún)。 ?回答用戶(hù)的簡(jiǎn)單問(wèn)題 ?不改變空間數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù) ?不產(chǎn)生新的空間實(shí)體和數(shù)據(jù) ?空間查詢(xún)技術(shù)由簡(jiǎn)單到復(fù)雜 空間信息查詢(xún) p134 18 一般定義： 從 GIS數(shù)據(jù)庫(kù)中找出所滿足屬性約束條件和空間約束條件的地理對(duì)象或數(shù)據(jù)內(nèi)容 。 大致可分為三類(lèi)： 1. 針對(duì)空間特征的查詢(xún)（ 單純的空間查詢(xún) ） 2. 針對(duì)非空間數(shù)據(jù)的查詢(xún)（ 單純的屬性查詢(xún) ） 3. 結(jié)合空間關(guān)系和非空間數(shù)據(jù)的查詢(xún) （ 與空間位置和屬性條件同時(shí)相關(guān)的聯(lián)合查詢(xún) ） ? 什么是空間查詢(xún) 空間信息查詢(xún) 19 空間信息查詢(xún) 空間數(shù)據(jù)的查詢(xún)就是依靠數(shù)據(jù)庫(kù)所儲(chǔ)存的空間與屬性信息來(lái)回答現(xiàn)實(shí)世界中一些應(yīng)用問(wèn)題。 該查詢(xún)工作可分為兩步： 首先，借助于空間索引，在空間數(shù)據(jù)庫(kù)中快 速檢索出被選空間實(shí)體； 然后，根據(jù)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的連接即可 得到該空間實(shí)體的屬性列表。 20 查詢(xún)過(guò)程分為三種類(lèi)型： 數(shù)據(jù)及信息 ，直接回答人們的問(wèn)題； 邏輯表達(dá)式 完成查詢(xún)； ， 構(gòu)造復(fù)雜模型 ，回答更為 “ 復(fù)雜 ” 的問(wèn)題 。 空間信息查詢(xún) 21 定位查詢(xún) 分層查詢(xún) 區(qū)域查詢(xún) 條件查詢(xún) 空間關(guān)系查詢(xún) 最基本的查詢(xún)功能，可查詢(xún)圖形與屬性數(shù)據(jù) 查詢(xún)內(nèi)容 空間信息查詢(xún) 22 查詢(xún)分層存放的圖形與屬性數(shù)據(jù) 定位查詢(xún) 分層查詢(xún) 區(qū)域查詢(xún) 條件查詢(xún) 空間關(guān)系查詢(xún) 23 定位查詢(xún) 分層查詢(xún) 區(qū)域查詢(xún) 條件查詢(xún) 空間關(guān)系查詢(xún) 查詢(xún)區(qū)域內(nèi)的圖形與屬性數(shù)據(jù) 24 定位查詢(xún) 分層查詢(xún) 區(qū)域查詢(xún) 條件查詢(xún) 空間關(guān)系查詢(xún) 根據(jù)條件表達(dá)查詢(xún)圖形與屬性數(shù)據(jù) 25 定位查詢(xún) 分層查詢(xún) 區(qū)域查詢(xún) 條件查詢(xún) 空間關(guān)系查詢(xún) 又稱(chēng)拓?fù)洳樵?xún)，面與面，線與線，點(diǎn)與點(diǎn)，點(diǎn)與線，點(diǎn)與面，線與面 26 兩種基本查詢(xún) ： ? 通過(guò)屬性查圖形 ? 通過(guò)圖形查屬性 27 ? 通過(guò)屬性查圖形 28 ? 軟件分析 實(shí)現(xiàn)界面： 29 GIS查詢(xún)系統(tǒng)具備的功能 （ 1）空間數(shù)據(jù)處理的功能。 查詢(xún)處理器針對(duì)一定的數(shù)據(jù)模型和實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題，必須設(shè)計(jì)一些程序模塊和過(guò)程，對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行基本運(yùn)算。這些基本運(yùn)算和操作，除了常規(guī)的算數(shù)、統(tǒng)計(jì)及邏輯運(yùn)算外，還應(yīng)具有空間搜索、再分類(lèi)、疊加、鄰域、連通等空間數(shù)據(jù)的分析操作。 空間信息查詢(xún) 30 （ 2）空間數(shù)據(jù)處理的控制功能 。這種控制是對(duì)計(jì)算機(jī)指令進(jìn)行具體的空間數(shù)據(jù)運(yùn)算?？臻g查詢(xún)處理器的這種控制規(guī)范是以一種高級(jí)語(yǔ)言的形式來(lái)表達(dá)，稱(chēng)為查詢(xún)語(yǔ)言，過(guò)去表現(xiàn)為按一定的詞法和句法進(jìn)行人機(jī)交互，現(xiàn)在表現(xiàn)為過(guò)程、控件和菜單等形式。 31 （ 3）構(gòu)造應(yīng)用模型的能力 。 為了面向?qū)I(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用， GIS 的查詢(xún)處理器必須提供一種開(kāi)發(fā)語(yǔ)言和接口，使其具有使用和組合空間數(shù)據(jù)的基本操作，構(gòu)造應(yīng)用模型的能力。 32 為一家新開(kāi)設(shè)的銀行選址。 要求： 遠(yuǎn)離目前存在的銀行 。 附近有大量的人口數(shù)量 。 空間信息查詢(xún) 應(yīng)用舉例 33 人口密度專(zhuān)題圖(popden) 銀行位置專(zhuān)題圖(bank. wt) 街區(qū)專(zhuān)題圖(street. wl) 34 查詢(xún)提取私人儲(chǔ)蓄額高于 10000000的銀行。 計(jì)算生成距離遠(yuǎn)近分布圖。 35 根據(jù)距離和人中密度專(zhuān)題圖層，查詢(xún)提取遠(yuǎn)離已有銀行500m且人口密度大于 3000的區(qū)域。 與街區(qū)專(zhuān)題圖進(jìn)行疊加顯示。在結(jié)果途中找出滿意區(qū)域。 36 緩沖區(qū)分析 p146 37 緩沖區(qū)分析的概念 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。 緩沖區(qū)分析 (Spatial Buffer Analysis)是指根據(jù)分析對(duì)象的點(diǎn)、線、面實(shí)體，自動(dòng)建立它們周?chē)欢ň嚯x的帶狀區(qū)，用以識(shí)別這些實(shí)體或主體鄰近對(duì)象的輻射范圍或影響程度，以便為某項(xiàng)分析或決策提供依據(jù)。 緩沖區(qū)分析 38 ? 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 是解決臨近度問(wèn)題的空間分析工具之一。 緩沖區(qū)分析的概念 緩沖區(qū)分析 39 ? 從數(shù)學(xué)的角度看，緩沖區(qū)分析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)分析的概念 緩沖區(qū)分析 40 點(diǎn)緩沖區(qū) 是選擇一組點(diǎn)狀地物或一層點(diǎn)狀地物，根據(jù)給定的緩沖區(qū)距離，形成的緩沖區(qū)多邊形圖層（如圖 (a)）。 線緩沖區(qū) 是選擇一類(lèi)或一層線狀地物，按給定的緩沖區(qū)距離，形成的緩沖區(qū)多邊形圖層（如圖 (b)）。 面緩沖區(qū) 是選擇一類(lèi)或一層面狀地物，根據(jù)給定的緩沖區(qū)距離形成緩沖區(qū)多邊形（如圖 (c)）。 緩沖區(qū)分析的概念 緩沖區(qū)分析 41 ?： ?如建立污染源緩沖區(qū)，該區(qū)不能有飲用水源通過(guò) 緩沖區(qū)分析的分類(lèi) 緩沖區(qū)分析 42 2. 矢量線的緩沖區(qū)： 線的窄緩沖區(qū) 線的寬緩沖區(qū) 43 公路噪聲污染，在公路兩側(cè)建立緩沖區(qū)，該區(qū)內(nèi)不建立居民區(qū)； 為防止水土流失，河流兩側(cè)建立緩沖區(qū)，該區(qū)內(nèi)森林不許砍伐。 44 3. 矢量面的緩沖區(qū)： 湖泊周?chē)欢ǚ秶鷥?nèi)為水源涵養(yǎng)林，限砍 。 45 ? 緩沖區(qū)計(jì)算的基本問(wèn)題是 雙線問(wèn)題 。雙線問(wèn)題有很多另外的名稱(chēng)，如圖形加粗，加寬線，中心線擴(kuò)張等，它們指的都是相同的操作 緩沖區(qū)分析 46 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)。 P148 47 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)。 48 凸角圓弧法的基本思想是在軸線首尾點(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。 49 ? 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)，就會(huì)產(chǎn)生若干個(gè) 自相交多邊形 。 50 緩沖區(qū)的重疊處理 一 是在緩沖區(qū)生成過(guò)程中解決，即在作參考線的平行線時(shí)，考慮各種情況，確定相互間的交點(diǎn)，切斷并清除重疊區(qū)內(nèi)的弧段。 二 是在緩沖區(qū)生成后解決，即判斷各緩沖區(qū)的重疊部分，對(duì)重疊部分進(jìn)行多邊形合并，清除緩沖區(qū)外界內(nèi)的相交弧段。 51 緩沖區(qū)分析的實(shí)現(xiàn) 52 緩沖區(qū)分析舉例 下面將以某道路的拓寬改建為例進(jìn)行具體闡述。 第一步：在道路周邊現(xiàn)狀圖基礎(chǔ)上，畫(huà)出道路中心線； 實(shí)例 1： 53 第二步：以道路中心線為基礎(chǔ)，進(jìn)行線緩沖，道路寬度為 80米的話，線緩沖區(qū)半徑大小為 40米； 第三步：生成線緩沖區(qū)域，如圖所示； 第四步：生成的緩沖區(qū)域與原現(xiàn)狀圖（宗地圖層、房屋圖層）