【正文】 第六章 空間數(shù)據(jù)處理分析的基本方法及應(yīng)用模型 現(xiàn)實(shí)世界真實(shí)模型 空間數(shù)據(jù)模型 空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)庫(kù)：空間數(shù)據(jù)物理結(jié)構(gòu) 空間數(shù)據(jù)復(fù)原 空間數(shù)據(jù)處理 空間數(shù)據(jù)查詢(xún) 空間數(shù)據(jù)分析 GIS GIS 空間查詢(xún)的概念 空間數(shù)據(jù)處理、分析的技術(shù)方法 空間變換與再分類(lèi) 疊加分析 鄰域分析 網(wǎng)絡(luò)分析 可視性分析 空間插值分析 空間分析的模型方法 GIS在自然資源和環(huán)境領(lǐng)域中的應(yīng)用 查詢(xún)條件 167。 61 空間查詢(xún) 查詢(xún)結(jié)果 查詢(xún)方式 圖形 屬性 空間數(shù)據(jù)庫(kù) GIS軟件 空間查詢(xún)語(yǔ)言 統(tǒng)計(jì)結(jié)果： 圖、表、文字 新圖層 新的屬性域添加到屬性數(shù)據(jù)庫(kù) 閃爍、顏色等明顯表示 屬性限制 空間拓?fù)湎拗? 二者結(jié)合 二者結(jié)合 應(yīng)用舉例 : （ 1）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 。 結(jié)果以矢量數(shù)據(jù)的文件形式輸出。 一、 GIS 空間查詢(xún)的概念 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。 應(yīng)用舉例 : （ 2）某公司制訂銷(xiāo)售計(jì)劃，擬定建立一個(gè)商品展銷(xiāo)館，用 GIS方法選擇館址。條件 : (1) 館址坐落的城市人口超過(guò) 80000人以上； (2) 該城市距該公司地區(qū)倉(cāng)儲(chǔ)中心亞特蘭大，或喬治亞距離為卡車(chē)一天路程； (3) 該展銷(xiāo)館應(yīng)設(shè)在該公司去年商品銷(xiāo)售量較弱的地方。 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) 二、查詢(xún)內(nèi)容 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) 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) 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)或查詢(xún)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) 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 三、查詢(xún)過(guò)程分為三種類(lèi)型： ，直接回答人們的問(wèn)題； ； ，構(gòu)造復(fù)雜模型，回答更為 “ 復(fù)雜 ” 的問(wèn)題 。 GIS查詢(xún)的例子（ 1） ： 為某城市建立新銀行選擇地址 人口密度專(zhuān)題圖(popden) 銀行位置專(zhuān)題圖() 街區(qū)專(zhuān)題圖() 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。 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500且人口密度大于3000的區(qū)域。 將提取的柵格圖層轉(zhuǎn)為矢量圖層，并與街區(qū)專(zhuān)題圖進(jìn)行疊加顯示。 GIS查詢(xún)的例子（ 2） ： 了解土壤各部分鉀的含量，以確定施肥量的多少。 數(shù)據(jù)文件： 土壤養(yǎng)分分布（soilm） 農(nóng)場(chǎng)邊界（thefarm.shp） 利用土壤養(yǎng)分文件插值創(chuàng)建鉀含量表面 查詢(xún)鉀含量低于300的區(qū)域 將柵格專(zhuān)題圖轉(zhuǎn)換成矢量專(zhuān)題圖 四、 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。 （ 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。 （ 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。例如 ARCVIEW中提供一種稱(chēng) AVANUE的語(yǔ)言，在功能界面Scripts環(huán)境下可以進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，構(gòu)造應(yīng)用模型等。 空間數(shù)據(jù)處理、分析的技術(shù)方法 一、空間數(shù)據(jù)特點(diǎn)與基本算子 二、空間變換與再分類(lèi) 三、疊加分析 四、鄰域分析 五、網(wǎng)絡(luò)分析 六、可視性分析 七、插值分析 一、空間數(shù)據(jù)變量的特點(diǎn)及基本算子 （ 1）空間數(shù)據(jù)包括空間位置和屬性數(shù)據(jù)，所以空間數(shù)據(jù)處理可能涉及四種情況：屬性數(shù)據(jù)，空間位置數(shù)據(jù)，一定空間位置上的屬性數(shù)據(jù)，一定屬性的空間位置數(shù)據(jù)。 （ 2）空間數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存是在一定區(qū)域框架基礎(chǔ)上按圖層結(jié)構(gòu)儲(chǔ)存，所以?xún)?chǔ)存包括對(duì)一個(gè)或兩個(gè)以上圖層的空間位置與屬性數(shù)據(jù)的處理操作。 （ 3）空間數(shù)據(jù)變量所對(duì)應(yīng)的單元的面積可能相等（柵格）也可能不等（矢量） 空間數(shù)據(jù)處理分析的類(lèi)型： 1）算數(shù)運(yùn)算：加、減、乘、除、冪函數(shù)、三角函數(shù)、開(kāi)方等運(yùn)算； 2）布爾運(yùn)算： OR、 AND、 NOT等運(yùn)算； 3）統(tǒng)計(jì)運(yùn)算：包括有總計(jì)、平均數(shù)、方差、頻數(shù)分布、分布檢驗(yàn)等； 4）多元統(tǒng)計(jì)運(yùn)算：包括有聚類(lèi)、判別、主成分分析、回歸等； 5）矩陣運(yùn)算：矩陣加、減、乘、逆，轉(zhuǎn)置、特征根、特征向量運(yùn)算等； 6）平面幾何運(yùn)算：距離、面積、形狀等運(yùn)算； 7）拓?fù)鋷缀芜\(yùn)算：位置關(guān)系查詢(xún)等。 二、空間分析與過(guò)程的基本操作 （ 一）、空間變換與再分類(lèi)操作 空間變換： 是將一個(gè)圖層從一個(gè)專(zhuān)題變換為另一個(gè)專(zhuān)題，操作可以是邏輯操作，也可以是代數(shù)和函數(shù)操作。 空間數(shù)據(jù)分析的目的是為用戶提供一套空間數(shù)據(jù)的分析方法，涉及各種空間分析模型，針對(duì)的空間目標(biāo)不只一個(gè)，包括多個(gè)空間目標(biāo)。 柵格結(jié)構(gòu)的空間變換可分為三種方式： 1）單點(diǎn)變換：對(duì)每個(gè)柵格進(jìn)行，不考慮鄰域點(diǎn)的影響。 2）鄰域變換：通過(guò)原始圖層相應(yīng)柵格的值及其鄰域柵格的值計(jì)算得到新圖層上的柵格值 。鄰域可以是 4鄰域或 8鄰域。 3）區(qū)域變換：通過(guò)一個(gè)函數(shù)對(duì)一個(gè)區(qū)域的所有值進(jìn)行綜合計(jì)算得到新屬性值。 再分類(lèi) 1）重新賦值（ Renumber） 2）等級(jí)分割（ Slice） 3）運(yùn)算（ Compute），產(chǎn)生新的屬性值 4）組合（ Clump）。把位置相鄰屬性相同的一個(gè)以上的柵格點(diǎn)化成單個(gè)的 “ 塊 ” 5）按地理實(shí)體 “ 大小 ” （ Size）的再分類(lèi)，如，點(diǎn)的數(shù)量、線的長(zhǎng)度、面積等。 6）按地理實(shí)體的幾何形狀的再分類(lèi)。 （二）疊加分析 將同一空間上多個(gè)圖層的不同含義的地理要素的重合點(diǎn)之間進(jìn)行分析處理。 分為三類(lèi)： 1. 視覺(jué)疊加 將不同含義的圖層經(jīng)空間配準(zhǔn)后疊加顯示在屏幕或圖件上，研究者通過(guò)目視獲取更多的空間信息 ，不產(chǎn)生新的圖層。 （ 1）點(diǎn)、線、面狀專(zhuān)題圖之間的疊加顯示； 例 1 a居民區(qū) b污染分級(jí)區(qū) c疊加區(qū) A B C A B C 4 1 3 2 例 ，地形圖，交通圖與游人位置疊加，幫助游人確定位置。 （ 2） DEM與專(zhuān)題圖疊加顯示立體專(zhuān)題圖； 如把稀有樹(shù)種分布圖與 DEM圖疊合 （ 3） DEM與遙感圖像的疊加，遙感影像與專(zhuān)題圖之間的疊加。 可解決“異物同譜”現(xiàn)象 4 1 3 2 （ 1）點(diǎn)與多邊形疊加 （ Pointinpolygon overlay） 通過(guò)坐標(biāo)計(jì)算點(diǎn)層中的矢量點(diǎn)與面層中的多邊形的包含關(guān)系，確定每個(gè)多邊形內(nèi)有多少個(gè)點(diǎn)，同時(shí)將多邊形的屬性連接到點(diǎn)上。 ：矢量圖層之間的疊加生成新的圖層 分兩步：圖層疊加后求交、拓?fù)渖珊蛯傩蕴幚? point a1 a2 poly b1 1 A 2 C 3 B 1 A B 2 3 C 點(diǎn)與多邊形疊加 （ 2）線與多邊形疊加 （ Lineinpolygon overlay） 通過(guò)計(jì)算比較線上坐標(biāo)與多邊形弧段坐標(biāo)的關(guān)系，判斷線是否落在多邊形內(nèi)。通常是計(jì)算線與多邊形的交點(diǎn)，只要相交則產(chǎn)生一個(gè)結(jié)點(diǎn)，將原線分成一條條弧段；并將原線和多邊形的屬性信息一起賦給新弧段。并產(chǎn)生一個(gè)新圖層 — 每條線被它穿過(guò)的多邊形分成新弧段的圖層。 1 2 3 B 1 3 4 2 A Line ID Old ID Poly 1 1 A 2 1 B 3 2 B 4 3 B 線與多邊形疊加 （ 3）多邊形的疊加 （ Polygononpolygon overlay） 兩個(gè)或多個(gè)面狀圖層進(jìn)行疊加產(chǎn)生一個(gè)新多邊形圖層的操作。先對(duì)兩個(gè)或多個(gè)不同圖層多邊形的弧段求交，然后拓?fù)渖尚碌亩噙呅螆D層，新圖層綜合了原來(lái)兩層或多層的屬性。 坡向 ID 坡向 A 陽(yáng)坡 B 陰坡 地類(lèi) ID 地類(lèi) 1 林地 2 農(nóng)田 3 草地 ID 坡向 ID 坡向 地類(lèi) ID 屬性 A1 A 陽(yáng)坡 1 林地 A2 A 陽(yáng)坡 2 農(nóng)田 A3 A 陽(yáng)坡 3 草地 B1 B 陰坡 1 林地 B3 B 陰坡 3 草地 + + A B 1 3 2 A1 B3 A2 A3 B1 = = 3. 柵格圖層疊加 （ 1）“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”的疊加運(yùn)算（單點(diǎn)變換 ） 概念 ：只將對(duì)應(yīng)柵格單元的屬性作某種運(yùn)算得到新圖層屬性，而不受其鄰近點(diǎn)的屬性值的影響。 包括算數(shù)運(yùn)算、布爾運(yùn)算、統(tǒng)計(jì)運(yùn)算等。 參與疊加的各圖層必須是存在數(shù)學(xué)意義時(shí)才能進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算。 （ 2）算法原理： 賦常數(shù) 提取 加法 覆蓋 減法 分類(lèi) 邏輯組合 （ 2）“掩膜”（ Cover）疊加操作 在疊加圖層中，如果