2022年2022年空间分析方法 .pdf

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1、班级：交工 1102 姓名：高志波学号： 201111010212 简析几种空间分析方法空间分析是对分析空间数据有关技术的统称。空间分析赖以进行的基础是地理空间数据库，其运用的手段包括各种几何的逻辑运算、数理统计分析，代数运算等数学手段，最终的目的是解决人们所涉及到地理空间的实际问题，提取和传输地理空间信息，特别是隐含信息，以辅助决策。缓冲区分析一、定义缓冲区分析是指根据分析对象的点、线、面实体，自动建立其周围一定距离的带状区，用以识别这些实体或者主体对邻近对象的辐射范围或者影响程度，是解决临近度问题的空间分析工具之一。它在交通、林业、资源管理、城市规划中有着广泛的应用。二、分类（1）基于点要

2、素的缓冲区：通常以点为圆心、以一定距离为半径的圆；（2）基于线要素的缓冲区：通常是以线为中心轴线，距中心轴线一定距离的平行条带多边形；（3）基于面要素的缓冲区：向外或向内扩展一定距离以生成新的多边形。三、空间缓冲区分析模型(1) 缓冲区分析的三要素在进行空间缓冲区分析时，通常要将研究的问题抽象为以下三类要素: 主体表示分析的主要目标，一般分为点源、线源和面源三种类。邻近对象表示受主体影响的客体，例如行政界线变更时所涉及的居民区、森林遭砍伐时所影响的水土流失范围等。对象的作用条件表示主体对邻近对象施加作用的影响条件或强度。(2) 缓冲区分析模型根据主体对邻近对象作用性质的不同，一般可采用以下三种

3、不同的分析模型: 线性模型、 二次模型、指数模型线性模型名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 8 页 - - - - - - - - - 二次模型指数模型四、空间缓冲区分析在林业上的应用已知一伐木公司，获准在某林区采伐，为防止水土流失，规定不得在河流周围 1km 内采伐林木。另外，为便于运输，决定将采伐区定在道路周围 5km 之内。请找出符合上述条件的采伐区，输出森林采伐图。解题过程首先要以区域的道路分布图、河流分布图、森林分布图为数据源。解题流程见图所示。名师

4、资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 8 页 - - - - - - - - - (1) 将该地区具有相同比例尺且进行配准的道路分布图、河流分布图、森林分布图，进行预处理和数字化；(2) 利用河流分布图生成1km的等距离缓冲区；(3) 利用道路分布图生成5km的等距离缓冲区；(4) 森林分布图中可采伐林地、道路缓冲区及河流缓冲区图进行叠置，叠置条件表达式为: 采伐区森林分布图中可伐林地 道路周围 5km缓冲区非河流周围1 km 缓冲区将上述 3 张图进行两两叠置，所

5、得结果即为森林采伐图。叠置分析一、定义叠置分析是 GIS 中的一项非常重要的空间分析功能。是指在统一空间参考系统下，通过对两个数据进行的一系列集合运算，产生新数据的过程。这里提到的数据可以是图层对应的数据集，也可以是地物对象。叠置分析的叠置分析的目标是分析在空间位置上有一定关联的空间对象的空间特征和专属属性之间的相互关系。多层数据的叠置分析，不仅仅产生了新的空间关系，还可以产生新的属性特征关系，能够发现多层数据间的相互差异、联系和变化等特征. 在叠置分析中至少涉及到三个数据，其中一个数据的类型可以是点、线、面等，被称作输入数据（Demo 中称作被操作图层/ 地物）；另一个数据是面数据被称作叠置

6、数据（ Demo 中称作操作图层/ 地物）；还有一个数据就是叠置结果数据，包含叠置后数据的几何信息和属性信息。根据 GIS 数据基本结构不同，将 GIS 叠置分析分为基于矢量数据的叠置分析和基于栅格数据的叠置分析两大类。二、分类叠置分析有以下几种类型：1. 视觉信息叠置：视觉信息叠置是将不同侧面的信息内容叠置显示在结果图件或屏幕上，以便研究者判断其相互空间关系，获得更为丰富的空间信息。视觉信息叠置不产生新的数据层面，只是将多层信息复合显示，便于分析。包括（1）点状图，线状图和面状图之间的叠置显示。（2）面状图区域边界之间或一个面状图与其他专题区域边界之间的叠置。（3）遥感影象与专题地图的叠置。

7、（4）专题地图与数字高程模型（ DEM ）叠置显示立体专题图。2. 点与多边形叠置：实际上是计算多边形对点的包含关系。还要进行属性信息处理。通常不直接产生新数据层面。例如一个中国政区图（多边形）和一个全国矿产分布图（点），二者经叠置分析后，并且将区图多边形有关的属性信息加到矿产的属性数据表中，然后通过属性查询，可以查询指定省有多少种矿产，产量有多少；而且可以查询，指定类型的矿产在哪些省里有分布等信息。3. 线与多边形叠置：是比较线上坐标与多边形坐标的关系，判断线是否落在多边形内。计算过程通常是计算线与多边形的交点，只要相交，就产生一个结点，将原线名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - -

8、 - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 8 页 - - - - - - - - - 打断成一条条弧段，并将原线和多边形的属性信息一起赋给新弧段。叠置的结果产生了一个新的数据层面。4. 多边形叠置：多边形叠置将两个或多个多边形图层进行叠置产生一个新多边形图层的操作，其结果将原来多边形要素分割成新要素，新要素综合了原来两层或多层的属性。一般的GIS 软件都提供了三种类型的多边形叠置操作：叠置的结果产生了一个新的数据层面。5. 栅格图层叠置：这种作用于不同数据层面上的基于数学运算的叠置运算，在地理信息系统中称为地图代

9、数。地图代数功能有三种不同的类型：（1）基于常数对数据层面进行的代数运算；（2）基于数学变换对数据层面进行的数学变换（指数、对数、三角变换等）；（3）多个数据层面的代数运算（加、减、乘、除、乘方等）和逻辑运算（与、或、非、异或等）。三、GIS叠置分析在景观规划设计中的应用1.服务区场址的选择分析在以往的项目中, 根据笔者的规划设计经验, 往往是项目所有者提出建议地点, 规划设计方进行现场调查结果并结合设计人员的规划设计经验, 在主观上确定一处、两处或三处场址, 然后再进行深入调查分析、比较, 最终得出服务区的场址地点。这样的结果往往不是非常仓促的主观臆断的决定就是耗时漫长且效率和科学性不高的分

10、析判断。在本次规划项目中, 使用了GIS 进行了服务区的场址选择, 一改往常大尺度规划时的郁闷心情, 所有过程清晰明了 , 高效且分析结果的准确程度令人满意。以下就是本次规划的分析步骤: 首先 , 根据坡度与工程性建设的关系( 建筑设计资料集第六册) , 服务区应建在坡度15以下的区域 ; 其次 , 服务区应处于高山反应线以下;然后 , 坡向应朝南的区域, 满足采光和冬季取暖要求 ; 此外 , 应使服务区较为隐蔽, 视线不可达 , 其目的是为了弱化建筑, 强调区域自然的统一性。 这也是对场地的尊重, 对自然的尊重。 在这样一个自然景观占主体的区域内, 任何人工的造作都应当注意, 寻求建筑与山景

11、的“视觉和谐” ( Visual Harmony) , 达到二者的和谐共生。所以 , 我们归纳出以下选址的技术路线( 见图 1) 。实施步骤如下 : 步骤一 : 提取坡度15区域。在ArcView 下, 使用该风景区坡度分析中Slope of Tingride, 运用 Map Query , 提取坡度 15区域。步骤二 : 提取南向坡向。 在 ArcView 下, 使用坡向分析中Aspect of Tingride, 运用 Map Query , 提取坡向 157.5且202.5的区域 , 适于兴建服务区的地方有很多, 此时还无法做出有益的判断。步骤三 : 提取3 000 m 高山反应线。在A

12、rcInfo 下, 加载该风景区的Tin 图层 , 我们把新的高程属性定位3 个级别 , 分别为 : 1 400 m2 278 m;2 278 m 3 000 m; 3 000 m 4 027 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 8 页 - - - - - - - - - m。重新生成数字高程。在海拔3 000 m 以上的高原反应区, 弱势群体的游客不能达到这里, 更不能在这里修建服务区。在ArcView 下我们可以得到准确的高原反应线。步骤四 : 提取南向的

13、坡度15的区域。在ArcView 下, 使用上述步骤一、步骤二和步骤三的图层 , 运用 Map Calculator 数学算子 , 提取非高山反应线以上的, 坡向 157.5且202.5, 并坡度 15的区域 ( 见图 2) ,显示了高山反应线以下坡向为南向的坡度15的坡面区域。此时由图上看来, 适于兴建服务区的场址有4 处 , 分别为A, B, C, D, 其中A 处面积最大 , D 处次之 , B 处最小。哪一个是服务区得最佳场址选地, 还有待下一步分析。步骤五 : 重新在ArcView 中提取不可见区域。在ArcView 下 , 插入8 个高点的Point_LS.shp, 进行视阈分析

14、, 得不可见区域。步骤六 : 提取服务区场址区域。在 ArcView 下, 使用上述步骤三和步骤四的图层, 运用 Map Calculator 数学算子 , 提取服务区场址区域, 即图 3 中的A, D 两点。由分析结果看 , 服务区场址选择有两个区域, 一南一北 , 即 A, D 两处 , B, C 被排除。步骤七 : 分析结果。根据现状情况, 该规划区域为一南北长条形区域, 考虑到均衡的原则, 而且可根据进一步的现场调查反馈结果, 在 A, D 两处之中任选一处。 建议在面积较大的A 处修建综合性主服务区。2优良游览区的选择分析名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - -

15、- - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 8 页 - - - - - - - - - 在本项目规划时, 由于场地条件的广袤性和复杂性, 运用GIS 技术对场地进行分析, 来确定优良游览用地是十分必要的。首先 , 优良游览区要满足充分的安全依据, 包括坡度的要求与控制,是否存在着塌方、 泥石流等险情 , 如果存在安全隐患, 是不能够作为可游览区的用地的。根据规范 , 坡度大于25属于陡坡 , 对游人来说存在安全隐患, 而且也不利于景观设施的建设。其次 , 优良游览区应该具有充沛的日照条件, 本规划设置为每天日照5 h 以上的南向

16、坡向区域。第三 , 优良可游览区对海拔高度应处于高原反应线以下。第四 , 优良游览区还应该选择在地面较平坦的地块, 便于建设服务设施, 给游人提供充分的休憩空间 , 而且有利于当地管理机构的管理与提供紧急避难、救灾防火等。由此 , 我们得出以下优良游览区选择的技术路线( 见图4) 。实施步骤如下 : 步骤一 : 提取坡度25区域。在ArcView 下, 使用该风景区坡度分析中Slope of Tingride, 运用 Map Query , 提取坡度 25区域。步骤二 : 提取所有的南向坡向。在ArcView 下, 使用坡向分析中Aspect of Tingride, 运用 Map Query

17、 , 提取坡向 90且70的区域。步骤三 : 提取全部的南向的坡度25的坡面。在 ArcView 下, 使用上述步骤一和步骤二的图层 , 运用 Map Calculator 数学算子 , 叠置两个图层, 显示全部的坡向为南向坡度25的坡面区域步骤四 : 选择非3 000 m 以上的区域。将高山反应线与步骤三叠置,选择非高山反应区域。步骤五 : 分析结果。根据步骤四的分析结果( 见图5) , 并可结合现场的勘测结果, 筛选出可作为优良游览区的位置, 建设不同的景点, 形成不同聚合及分散的景区景点。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - -

18、 - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 8 页 - - - - - - - - - 3. 可建设区的选择分析同样由于场地条件的广袤性和复杂性, 运用GIS 技术对场地进行分析, 来确定可建设用地也是非常快捷准确的。首先 , 可建设区域应在坡度小于15的区域 , 最好在原有地貌有破损 , 有水土流失的地方搞建设, 这样可以避免破坏植被完好区域, 最小限度的“震动”原有生态平衡。其次, 需在高山反应线以下。最佳路径分析一、定义最佳路径分析是遥感和地理信息系统空间分析的重要技术之一,其目的就是找出一条从出发点到终点的最佳路径(距离最小、 时间最短或者是最喜欢的路线等)

19、。根据数据类型 ,可划分为基于栅格数据的最佳路径分析和基于矢量数据的最佳路径分析。基于矢量的最佳路径分析,是沿着具体的路线和节点,找出一条最佳的路线。该路线是原有矢量图中多个线段的组合,主要应用于交通路线的选择等;基于栅格的最佳路径分析,是以栅格数据(图像数据、 Arc/Info的 GRID数据等 )为基础 ,找出一条最佳路径。二、路径分类1.静态最佳路径：由用户确定权值关系后，即给定每条弧段的属性，当需求最佳路径时，读出路径的相关属性，求最佳路径。2.动态分段技术：给定一条路径有多段线组成，要求标注出这条路上的公里点或要求定位公路上的某一点，标注出某条路上从某一公里数到另一公里数的路段。3.

20、N 条最佳路径：确定起点、终点，求代价最小的几条路径，因为在实践中往往尽求出最佳路径并不能满足要求，可能因为某种因素不走最佳路径，而走近似最佳路径。4.最短路径：确定起点、重点和所要经过的中间点、中间连线，求最短路径。5.动态最佳路径分析：实际网络分析中权值是随着权值系是变化的，而且可能会临时出现一些障碍点，所以往往需要动态的计算最佳路径。三、最佳路径法在射线追踪上的应用1基本原理最佳路径射线追踪方法是基于图形理论的射线追踪技术12-17 。 将二维介质模型离散化,并假定每个网格内慢度S 为常数。在每个网格界上设置节点,并在每个网格内部将各节点连接起来 ,在整个空间形成一个空间网络图。相邻节点

21、之间的旅行时为它们之间的欧氏距离与其平均慢度之积。如图1 所示 ,在图中从一个节点出发到另一个节点接收的射线可通过网络图中的几条路经连接起来表示。根据费马原理将图论中两点间的时间最小路径认为是两点间地震射线的近似。如果在某个网格点上,计算出好几个旅行时,那么总值最小的旅行时应予以优先。2基本算法步骤与其它相似方法一样,此算法的基础也是速度模型的参数化、局部走时的计算、以及最小走时节点的查寻。把网格上的所有节点(本文将节点分布在矩形网格的四角上,同时波速也分配在节点上 )分成集合 P和 Q,P 为已知最小旅行时的结点总数集合,Q 为未知最小旅行时的节点的集合。若 节 点 总 数n, 经 过n次

22、迭 代 后 可 以 求 出 所 有 节 点 的 最 小 旅 行 时 。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 8 页 - - - - - - - - - 过程如下 : (1).初始时 Q 集合包含所有节点,除震源 s 的旅行时已知为ts=0 外,其余所有节点的旅行时均为 ti=inf(i 属于 Q 但不等于 s)。 P集合为空集。(2).在 Q 中找一个旅行时最小的节点i,它的旅行时为ti (3).确定与节点i 相连的所有节点的集合V; (4).求节点 j(j 属

23、于 V 且 j 不属于 P)与节点 i 连线的旅行时d(i,j); (5).求节点 j 的新旅行时tj(取原有旅行时tj 与 ti+d(i,j)的最小值 ); (6.)将 i 点从 Q 集合转到 P集合 ; (7.)若 P集合中的节点个数小于总节点数N,否则结束旅行时追踪; (8).从接收点开始倒推出各道从源点到接收点的射线路径,只要每个节点记下使它形成最小旅行时的前一个节点号,就很容易倒推出射线路径。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 8 页 - - - - - - - - -