空间数据分析分解.pptx

《空间数据分析分解.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《空间数据分析分解.pptx（105页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、1空间对象的特征值空间对象的特征值2空间关系分析空间关系分析3空间查询空间查询4空间统计分析空间统计分析5空间插值空间插值6空间数据挖掘空间数据挖掘本章提要第七章 空间数据分析作业第1页/共105页1.几何形态几何形态2.空间分布空间分布1空间对象的特征值返回返回返回返回第2页/共105页1.长度2.曲率3.面积4.形状5.坡度和坡向6.剖面积1.几何形态backback第3页/共105页长度矢量数据：第4页/共105页长度栅格数据：backback2 2第5页/共105页反映的是曲线局部的弯曲特征，其含义是曲线切线方向角相对于弧长的转动率。曲率曲率的含义：第6页/共105页曲率曲率的计算公式

2、：第7页/共105页曲率事故多事故多发路段，发路段，请谨慎请谨慎驾驶！驾驶！backback2 2第8页/共105页在矢量结构下，面状地物是以其轮廓边界弧段构成的多边形表示的。面积(0,0)xy第9页/共105页面积(0,0)xybackback2 2第10页/共105页形状面状地物的形状量测主要是从空间完整性和外观描述两个方面进行。Eu=4-(1-1)=4Eu=4-(2-1)=3Eu=5-(3-1)=3第11页/共105页形状不规则面状地物外观描述从多个角度运用多种指标进行。大多数指标是基于面积和周长的，常用的指标包括形状系数（r）等。第12页/共105页形状backback2 2第13页/

3、共105页坡度和坡向坡度的含义：坡面的垂直高度(h)和水平宽度(l)的比叫做坡度。hl第14页/共105页坡度和坡向坡向的含义：坡面法线在水平面上的投影的方向。hlbackback2 2第15页/共105页剖面积剖面积的计算公式：根据工程设计的线路，计算地形剖面与DEM各格网边交点pi（xi，yi，zi）。backback2 2第16页/共105页2.空间分布空间分布类型分布密度质心点模式网络测度指标第17页/共105页空间分布类型分布分布区域区域点点线线面面离散离散连续连续离散离散连续连续离散离散连续连续线线江河里的江河里的船只船只，公路上的公路上的汽车汽车，路旁分布的路旁分布的加油加油站站

4、街道两街道两旁的旁的林林荫树荫树河流上的防护河流上的防护堤坝，城市街堤坝，城市街道的道的林荫道林荫道面面城镇的城镇的分布分布，火火山山的分布的分布降水降水河网河网，交通网交通网，地图上的边界地图上的边界线线污染污染的的扩扩散散大气大气运运动动湖泊湖泊的分的分布布，居民，居民区中楼房区中楼房的的分布分布人口普查人口普查区域区域，行，行政区划政区划2.空间分布第18页/共105页分布密度的含义：指单位分布区域内的分布对象的数量。例：1.某地区汽车加油站的密度加油站数/总公里路程2.某地区森林覆盖率森林面积/地区总面积3.某省人口密度人口数/该省总面积2.空间分布第19页/共105页质心的含义：质心

5、可概略表示分布总体的位置,是目标保持均匀分布的平衡点，可通过对目标坐标值加权平均求得。计算公式：2.空间分布其中：xi,yi为i个离散点的坐标 n为目标个数第20页/共105页点模式:点模式的空间分布是一种比较常见的状态，如不同区域内的人口、房屋、城市分布，油田区的油井分布等。通常，点模式的描述参数有分布密度、分布中心、分布轴线、离散度等。均匀分布随机分布聚集分布三种点模式三种点模式2.空间分布第21页/共105页点群类型指标：I.样方的统计量x2均一点模式是根据均一的子区域之间的关系定义的，这种子区域称为较大区域的样方。如果每个均一的样方包含相同数量的点对象，则整个研究区分布具有均一性，这种

6、检验分布性的标准型方法称为样方分析，其公式表示为2.空间分布Q每个样方中实际观测到的点数；E每个样方中期望的分布值。第22页/共105页II.最近邻指数R含义：点群类型指标：2.空间分布R为点群的平均最邻近距离与随机分布平均距离之比。n为样方数，A为研究区的面积。如果R=l，则点群的分布是标准的泊松分布；如果Rl，R越大，则点群越趋近均匀分布。第23页/共105页网络测度指标：对于任何一个网络图，都存在着三种共同的基础指标：连线（边或弧）数目m；结点（顶点）数目n；网络中，亚网图的数目p。由它们可以产生如下几个更为一般性的测度指标：2.空间分布A.指数B.指数C.指数第24页/共105页（1）

7、指数含义：指数线点率，是网络内每一个节点的平均连线数目。网络测度指标：2.空间分布=0，表示无网络存在；网络的复杂性增加，则值也增大。第25页/共105页(2)a 指数含义：2.空间分布网络测度指标：实际回路数与网络内可能存在的最大回路数之间的比率。网络内可能存在的最大回路数目为连线的最大可能数目减去最低限度连接的连线数目，即所以，a 指数为a指数的变化范围，一般介于0，1区间，a 0意味着网络中不存在回路；a 1，说明网络中已达到最大限度的回路数目.第26页/共105页(3)指数含义：2.空间分布网络测度指标：=m/3(n-2p)指数是测度网络连通性的一种度量指标，其数值变化范围为01。=0

8、表示网络内无连线，只有孤立点存在；=1表示网络内每一个结点都存在与其他所有结点相连的连线。指数及其倒数也被称为连通度指数。指数是网络内连线的实际观察数与连线可能存在的最大数目之间的比率，即backback第27页/共105页1 邻近度分析2 网络分析3 叠置分析2空间关系返回返回返回返回第28页/共105页邻近度（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。1.邻近度分析邻近度（Proximity）含义：交通沿线或河流沿线的地物有其独特的重要性，公共设施的服务半径，大型水库建设引起的搬迁，铁路、公路以及航运河道对其所穿过区域经济的发展的重要性等，

9、均是一个邻近度问题。第29页/共105页距离缓冲区分析泰森多边形分析1.邻近度分析邻近度（Proximity）包括：第30页/共105页距离“距离”含义：人们日常生活中经常涉及到的概念，它描述了两个事物或实体之间的远近程度。当k=2时，就是欧氏距离计算公式。当k=1时，得到的距离称为曼哈顿距离。第31页/共105页“距离”：距离第32页/共105页是指为了识别某一地理实体或空间物体对其周围地物的影响度而在其周围建立的具有一定宽度的带状区域。所谓缓冲区（buffer）就是在点、线、面等空间实体周围建立的一定宽度的多边形，可以用来分析地理空间目标的影响范围或服务范围。缓冲区（buffer）含义：缓

10、冲区分析第33页/共105页是对一组或一类地物按缓冲的距离条件，建立缓冲区多边形，然后将这一图层与需要进行缓冲区分析的图层进行叠加分析，得到所需结果的一种空间分析方法。缓冲区分析含义：缓冲区分析第34页/共105页道路中心线按道路中心线按道路中心线100100米生成缓冲区米生成缓冲区缓冲区分析第35页/共105页缓冲区分析缓冲区分析的基本思想:从数学的角度看，缓冲区分析的基本思想是给定一个空间对象或集合，确定它们的邻域，邻域的大小由邻域半径R决定。因此对象Oi的缓冲区定义为:对象集合:第36页/共105页缓冲区分析(*)(*)缓冲区计算的基本问题是双线问题。双线问题有很多另外的名称，如图形加粗

11、，加宽线，中心线扩张等，它们指的都是相同的操作。1）角分线法(*)(*)双线问题最简单的方法是角分线法（简单平行线法）。第37页/共105页缓冲区分析2）凸角圆弧法(*)(*)在轴线首尾点处，作轴线的垂线并按双线和缓冲区半径截出左右边线起止点；在轴线其它转折点处，首先判断该点的凸凹性，在凸侧用圆弧弥合，在凹侧则用前后两邻边平行线的交点生成对应顶点。这样外角以圆弧连接，内角直接连接，线段端点以半圆封闭。第38页/共105页邻域半径R即缓冲距离（宽度），是缓冲区分析的主要数量指标，可以是常数或变量。（b）环状环状缓冲区缓冲区干流干流支流支流（a）不同宽度不同宽度缓冲区缓冲区缓冲区分析第39页/共1

12、05页II.栅格数据缓冲区的建立方法(*)(*)缓冲区分析栅格数据的缓冲区分析通常称为推移或扩散(Spread)，推移或扩散实际上是模拟主体对邻近对象的作用过程，物体在主体的作用下沿着一定的阻力表面移动或扩散，距离主体越远所受到的作用力越弱。backback第40页/共105页网络分析含义(*)(*)：网络分析通过研究网络的状态以及模拟和分析资源在网络上的流动和分配情况，对网络结构及其资源等的优化问题进行研究的一种空间分析方法。网络分析的理论基础是图论和运筹学。第41页/共105页是指由点集合V和V中点与点之间的连线的集合E构成的二元组（V,E）。V 中的元素称为结点，E 中的元素称为边。网络

13、分析图论中的“图”含义：第42页/共105页图论中所研究的图是由实际问题抽象出来的逻辑关系图，图中点和线的位置与曲直无关紧要，点的多少和每条线是连接哪些点才是关键。图的结构图的结构ABCDe3e4e5e1e2e6e7网络分析图论中的“图”：第43页/共105页两个端点重合的边称为环。如果有两条边的端点是同一对顶点，则称这两条边为(多)重边。既没有环也没有重边的图，称为简单图。如果图中的边是有向的，则称为有向图，其中的边叫做弧。在无向图中，首尾相接的一串边的集合叫做路。如果一个图中，任意两个结点之间都存在一个路，则称之为连通图。起点和终点为同一个结点的路称为回路（或圈）。如果一个连通图中不存在任

14、何回路，则称为树。任意一个连通图，去掉一些边后形成的树叫做连通图的生成树。网络分析图论中的“图”：第44页/共105页给定一个图，图中的每一条边赋以一个实数，称这种数为边的权数，称这种图为赋权图。赋以权数的有向图称为赋权有向图，也可称之为网络。V2V0V1100V3V5V46020301010505带权的有向图带权的有向图网络分析图论中的“图”：第45页/共105页关联矩阵 中，每行对应图的一个节点，每列对应图的一条弧。如果一个节点是一条弧的起点，则关联矩阵中对应的元素为1；如果一个节点是一条弧的终点，则关联矩阵中对应的元素为1；如果一个节点与一条弧不关联，则关联矩阵中对应的元素为0。网络分析

15、关联矩阵与邻接矩阵：24（a）有向图）有向图153有向图及其关联矩阵有向图及其关联矩阵1-100010-100010-100-110000-1100001-100-101000-11（b）关联矩阵）关联矩阵a b c d e f g hbdchefga第46页/共105页邻接矩阵 用来表示图中任意两点间的邻接关系及其权值。如果两点间有一条弧，则邻接矩阵中对应的元素为 1；否则为 0（也可用表示两点间无任何连接关系），邻接矩阵为对称矩阵。对于加权图的邻接矩阵表示，一条弧所对应的元素不再是1，而是相应的权值。24（a）有向图）有向图153（b）邻接邻接矩阵矩阵0110010110110110110

16、100110有向图及其邻接矩阵有向图及其邻接矩阵网络分析关联矩阵与邻接矩阵：第47页/共105页最佳路径分析也称最优路径分析，以最短路径分析为主。这里“最佳”包含很多含义，不仅指一般地理意义上的距离最短，还可以是成本最少、耗费时间最短、资源流量（容量）最大、线路利用率最高等标准。无论判断标准和实际问题中的约束条件如何变化，其核心实现方法都是最短路径算法。网络分析最短路径分析：第48页/共105页Dijkstra算法算法:网络分析最短路径分析：Dijkstra算法是比较经典和有效的求解最短路径问题的方法。这个方法的一个突出优点是，它不仅求出了起点到终点的最短路径及其长度，而且求出了起点到图中其他

17、各个顶点的最短路径及其长度。第49页/共105页网络分析最短路径分析：1）用带权的邻接矩阵cost来表示带权的n个结点的有向图，cost i，j表示弧的权值，如果从vi到vj不连通，则costi，j=。Dijkstra算法描述算法描述:第50页/共105页网络分析最短路径分析：Dijkstra算法描述算法描述:然后，引进一个辅助向量Dist，每个分量Disti表示从起始点到每个终点vi的最短路径长度。假定起始点在有向图中的序号为i0，并设定该向量的初始值为：Disti=Costi0,i viV。第51页/共105页网络分析最短路径分析：Dijkstra算法描述算法描述:令S为已经找到的从起点出

18、发的最短路径的终点的集合。2）选择Vj，使得Distj=Min Disti|ViV-S viVvj就是当前求得的一条从vi0出发的最短路径的终点，令S=Svj3）修改从vi0出发到集合V-S中任意一顶点vk的最短路径长度。如果Distj+Costj,k0；一般地，|r|0.95 存在显著性相关；|r|0.8 高度相关；|r|0.3 关系极弱，认为不相关。4空间统计分析1 相关分析第75页/共105页偏相关分析偏相关分析：研究两个变量之间的线性相关关系时，控制可能对其产生影响的变量。如控制年龄和工作经验的影响，估计工资收入与受教育水平之间的相关关系。相关分析能够检验两个变量的相关程度，并通过相关

19、系数的正负号判断相关的方向。4空间统计分析第76页/共105页2 回归分析含义：回归分析（regression analysis)是确定两种或两种以上变数间相互依赖的定量关系的一种统计分析方法。回归分析按照涉及的自变量的多少，可分为一元回归分析和多元回归分析；按照自变量和因变量之间的关系类型，可分为线性回归分析和非线性回归分析。4空间统计分析第77页/共105页主成分分析是把原来多个变量化为少数几个综合指标的一种统计分析方法，从数学角度来看，这是一种降维处理技术。假定有n个地理样本，每个样本共有p个变量描述，这样就构成了一个np阶的地理数据矩阵：3 3 主成分分析的主成分分析的基本原理：基本原

20、理：4空间统计分析第78页/共105页如何从这么多变量的数据中抓住地理事物的内在规律性呢？最简单的形式就是取原来变量指标的线性组合，适当调整组合系数，使新的变量指标之间相互独立且代表性最好。如果记原来的变量指标为x1，x2，xp，它们的综合指标新变量指标为z1，z2，zm（mp)。则4空间统计分析3 3 主成分分析的主成分分析的基本原理：基本原理：第79页/共105页这样决定的新变量指标z1，z2，zm分别称为原变量指标x1，x2，xp的第一，第二，第m主成分。其中，z1在总方差中占的比例最大，z2，z3，zm的方差依次递减。在实际问题的分析中，常挑选前几个最大的主成分，这样既减少了变量的数目

21、，又抓住了主要矛盾，简化了变量之间的关系。4空间统计分析3 3 主成分分析的主成分分析的基本原理：基本原理：返回返回返回返回第80页/共105页5空间插值1边界内插方法2趋势面分析3泰森多边形方法4加权移动平均法5样条函数插值方法6克里金插值第81页/共105页5空间插值4加权移动平均法加权移动平均方法利用插值点周围样点的数值来计算插值点的数值。第82页/共105页5空间插值5样条函数插值方法样条函数是一类分段（片）光滑、并且在各段交接处也有一定光滑性的函数。第83页/共105页5空间插值前面介绍的几个插值方法对影响插值效果的一些敏感性问题仍没有得到很好的解决，例如趋势面分析的控制参数和距离倒

22、数插值方法的权重对结果影响很大，这些问题包括：6克里金插值（1）需要计算平均值数据点的数目；（2）搜索数据点的邻域大小、方向和形状如何确定；（3）有没有比计算简单距离函数更好的估计权重系数的方法；（4）与插值有关的误差问题。第84页/共105页5空间插值克里金点模型的插值与原始样本的容量有关，当样本少的情况下，采用简单的点常规克里金插值的内插结果图会出现明显的凹凸现象。6克里金插值点克里金插值缺点：块克里金插值优点：块克里金插值估算的方差结果常常小于点克里金插值，生成的平滑插值表面不会发生点模型的凹凸现象，最常用的用途是绘制等值线图。返回返回返回返回第86页/共105页为什么要有空间数据仓库？

23、6空间数据挖掘面对空间数据堆积越来越庞大的环境，各级管理者和指挥人员需要从大量复杂的空间数据中获取各自权限内的决策信息，从而作出正确有效的判断和决策。从各级决策者的角度讲，空间数据处理的重点应该从传统的操作型扩展到空间数据的联机分析处理（On-LineAnalyticalProcessing,OLAP）或分析型（信息型）。第87页/共105页什么是空间数据仓库？6空间数据挖掘数据仓库的创始人WHInmon曾经给数据仓库（DW）下过一个定义。空间数据仓库是面向主题的、集成的、随时间变化的、并且是非易失性的空间和非空间数据的集合，用于支持空间数据挖掘和空间数据有关的决策过程。第88页/共105页空

24、间数据仓库与空间数据库数据仓库（数据仓库（DWDW）数据库（数据库（DBDB）分析型数据环境操作型数据环境面向空间分析（主题），支持SDSS面向业务，日常事务处理集成的综合数据非集成或者集成程度很低，主要是明细数据历史数据（5-10年）主要关心当前数据定期加载，加载后极少更新实时更新数据驱动的开发周期需求驱动的开发周期6空间数据挖掘第89页/共105页什么是空间数据挖掘？或者称为“从空间数据库中发现知识”（knowledge discovery from Spatial Database），是指从空间数据库中提取隐含的、用户感兴趣的空间或非空间的模式和普遍特征的过程。6空间数据挖掘第90页/共

25、105页空间数据挖掘与知识发现的关系DataCleaningDataIntegrationDatabasesDataWarehouseTask-relevantDataSelectionDataMiningPatternEvaluation6空间数据挖掘第91页/共105页空间数据挖掘的方法具体方法：1.空间分析方法 2.统计分析方法 3.归纳学习方法 4.聚类与分类方法 5.可视化方法 6.粗集方法 7.云理论 8.空间特征和趋势探测方法 9.数字地图图像分析和模式识别方法 10.探测性的数据分析方法 11.遗传算法12.模糊逻辑13.最近邻技术 6空间数据挖掘第94页/共105页GIS中数

26、据挖掘的过程（1）根据一定的主题要求及相关背景知识，从现有的分布式空间数据库中提取数据并进行分析和处理，形成空间数据仓库；（2）根据确定的任务，选择合适的数据挖掘算法，包括合适的数据模型和参数，从空间数据仓库中挖掘用户所需要的知识信息；6空间数据挖掘第95页/共105页GIS中数据挖掘的过程（3）对挖掘的知识进行评价，首先对其进行一致性检查，以确定本次挖掘的知识与以前挖掘的知识是否相互抵触。其次，判断受挖掘的知识是否满足要求，以决定是否重复挖掘或者反复挖掘,从而获取更加有效的知识信息；（4）对挖掘所得到的知识信息，通过特定的生动形象的可视化表达工具，以用户能够全面理解的方式呈现给用户。6空间数

27、据挖掘返回返回返回返回第96页/共105页作业：作业：一、名词解释1.曲率2.欧拉数3.形状系数4.坡度5.坡向6.剖面积7.分布密度8.质心9.最近邻指数R10.指数第97页/共105页作业：作业：一、名词解释11.a 指数12.指数(连通度指数)13.邻近度14.曼哈顿距离15.缓冲区16.图论中的“图”17.简单图18.连通图19.树20.赋权图第98页/共105页作业：作业：一、名词解释21.关联矩阵22.邻接矩阵23.中位点选址24.叠置分析25.IDENTITY(叠和）26.地图代数27.范围查询(区域查询，Regional Query)28.空间统计分析29.（偏）相关分析30.

28、回归分析第99页/共105页作业：作业：一、名词解释31.空间数据仓库32.空间数据挖掘第100页/共105页2/17/20231011.点、线、面、体4类空间对象各自具有不同的几何形态，可以用哪些不同的评价指标来衡量？2.矢量数据结构线段长度的计算公式是什么？3.栅格数据结构线状地物的长度是如何计算的？4.曲率的计算公式是什么？5.多边形面积（无空洞）的计算公式是什么？6.试计算下图的欧拉数？二、问答题第101页/共105页2/17/20231027.试计算正方形和圆的形状系数？8.质心的计算公式是什么？9.最近邻指数R有何意义？10.指数有何意义？11.指数有何意义？12.试写出下图（有向

29、图）的关联矩阵与邻接矩阵。二、问答题24153bdchefga第102页/共105页2/17/202310313.缓冲区分析的基本思想的是什么？14.请描述Dijkstra算法？15.如下图，试列表写出Dijkstra算法从源点V0到各终点的距离值和最短路径的求解过程。16.如上图，空间多边形叠和(IDENTITY 交补集)结果是什么？二、问答题V2V0V1100V3V5V46020301010505(a)(b)(c)第103页/共105页2/17/202310417.主成分分析的基本原理是什么？18.加权移动平均法的原理是什么？19.与点克里金插值法相比，块克里金插值有何优点?二、问答题第104页/共105页感谢您的观看！第105页/共105页