第八讲 空间分析原理与方法.ppt

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1、第八章第八章 空间分析原理与方法空间分析原理与方法 如何为一公如何为一公园选择合理园选择合理位置？位置？依山傍水；依山傍水；交通方便；交通方便；较安静较安静要求要求方案方案2 2条件条件2 2方案方案1 1条件条件1 1处理、分析处理、分析空间分析空间分析算法算法现实世界现实世界获取获取水系信息水系信息地形信息地形信息道路信息道路信息植被信息等植被信息等+空间空间数据库数据库存储存储主要内容主要内容一、空间分析概述一、空间分析概述 二、空间数据查询二、空间数据查询三、空间数据量算三、空间数据量算 五、空间缓冲区分析五、空间缓冲区分析四、空间叠加分析四、空间叠加分析六、空间网络分析六、空间网络分

2、析八、空间插值八、空间插值九、邻域分析及聚类九、邻域分析及聚类聚合分析聚合分析七、空间统计分析七、空间统计分析第一节第一节 空间分析概述空间分析概述 空间分析空间分析 是以地理事物的是以地理事物的空间位置空间位置和和形态特征形态特征为为基础基础，以以空间数据运算空间数据运算、空间数据与属性数据的、空间数据与属性数据的综合运算综合运算为为特征特征，提取与产生新的空间信息的提取与产生新的空间信息的技术和过程技术和过程。空间分析是对分析空间数据有关技术的统称。空间分析是对分析空间数据有关技术的统称。空间分析目的空间分析目的 是是通过对空间数据的分析处理，获取地通过对空间数据的分析处理，获取地理对象的

3、空间位置、空间分布、空间形态、空间演变等新理对象的空间位置、空间分布、空间形态、空间演变等新信息。信息。解决人们所涉及到地理空间的实际问题，提取和传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，以辅助决策输地理空间信息，特别是隐含信息，以辅助决策。一、空间分析含义第一节第一节 空间分析概述空间分析概述 二、空间分析的主要内容 由于由于GIS空间数据库中存储了包含空间特征的空间信息及空间数据库中存储了包含空间特征的空间信息及同应用相关的专题信息，因此同应用相关的专题信息，因此GIS中的空间分析包含中的空间分析包含:空间数据的空间数据的空间特征空间特征分析分析空间数据

4、的空间数据的非空间特征非空间特征分析分析空间特征和非空间特征的空间特征和非空间特征的联合联合分析分析三、空间分析、应用模型与GIS的关系 空间分析方法与应用模型是空间分析方法与应用模型是GIS的一个很重要的组成部分，这的一个很重要的组成部分，这一部分的好坏是衡量一个一部分的好坏是衡量一个GIS的功能强弱的重要指标。的功能强弱的重要指标。第一节第一节 空间分析概述空间分析概述 第一节第一节 空间分析概述空间分析概述 四、空间分析分类1 1、按按分析方法分析方法看看GISGIS空间分析分类空间分析分类(1)GIS(1)GIS系统提供的空间分析系统提供的空间分析归纳起来，主要有查询检索分析、空间形态

5、分析、地形分析、叠加分归纳起来，主要有查询检索分析、空间形态分析、地形分析、叠加分析、邻域分析；网络分析、图像分析、空间统计分析等。析、邻域分析；网络分析、图像分析、空间统计分析等。(2)(2)专用空间模型分析专用空间模型分析 指在指在GISGIS支持下通过建立一定的数学模型实现地理现象的分析和模拟，支持下通过建立一定的数学模型实现地理现象的分析和模拟，这是这是GISGIS应用深化的重要标志应用深化的重要标志。正是由于模型的支持，特别是多模型的渗入，。正是由于模型的支持，特别是多模型的渗入，空间分析才能上升到空间决策层，空间分析才能上升到空间决策层，空间决策支持系统空间决策支持系统就是在此基础

6、上发展就是在此基础上发展起来的计算机支持系统。起来的计算机支持系统。第一节第一节 空间分析概述空间分析概述 2 2、按按用户交互方式用户交互方式看看GIS空间分析分类空间分析分类（1）咨询式空间分析）咨询式空间分析主要根据已有数据实现空间数据的查询检索及集合分析。主要根据已有数据实现空间数据的查询检索及集合分析。（2）产生式空间分析）产生式空间分析基基于于GIS中中拓拓扑扑关关系系和和空空间间操操作作运运算算、空空间间统统计计分分析析及及将将GIS作作为为通通用用工工具具同同其其他他专专业业模模型型结结合合，实实现现空空间间数数据据的的模模拟拟和分析。和分析。第一节第一节 空间分析概述空间分析

7、概述 3、按、按空间数据特征空间数据特征看看GIS空间分析分类空间分析分类（1）空间数据的空间特性分析）空间数据的空间特性分析空间空间位置位置分析：分析：指通过空间坐标系中坐标值来确定空间物体的地理位置。指通过空间坐标系中坐标值来确定空间物体的地理位置。空间空间分布分布分析：分析：空间分布反映了同类空间物体的群体定位信息。空间分布反映了同类空间物体的群体定位信息。空空间间形形态态分分析析：空空间间形形态态反反映映了了空空间间物物体体的的几几何何特特征征，包包括括形形态态表表示示和和形形态计算两个方面。前者如走向、连通性等，后者如面积、周长、坡度等。态计算两个方面。前者如走向、连通性等，后者如面

8、积、周长、坡度等。空空间间关关系系分分析析：空空间间关关系系反反映映了了空空间间物物体体之之间间的的各各种种关关系系，如如方方位位关关系系、距离关系、拓扑关系、相似关系等。距离关系、拓扑关系、相似关系等。（2）空间数据的非空间特性分析）空间数据的非空间特性分析主要是基于数据库的统计分析。主要是基于数据库的统计分析。第二节第二节 空间数据查询空间数据查询 空间数据库空间数据库查询条件查询条件属性限制属性限制空间拓扑限制空间拓扑限制二者结合二者结合GISGIS软件软件查询结果查询结果统计结果：统计结果：图、表、文字图、表、文字新图层新图层新的属性域添加到新的属性域添加到属性数据库属性数据库 查询方

9、式查询方式图形图形-属性属性空间查询语言空间查询语言闪烁、颜色等明显闪烁、颜色等明显表示表示 1 1、空间查询方式？、空间查询方式？2 2、查询结果显示？、查询结果显示？第二节第二节 空间数据查询空间数据查询 空间数据的查询是空间数据的查询是GISGIS最基本的功能，它是最基本的功能，它是GISGIS高层次空间分高层次空间分析的基础，也是析的基础，也是GISGIS面向用户的直接窗口。在面向用户的直接窗口。在GISGIS中，用户的很中，用户的很多问题可通过查询解决，查询还能派生新数据。多问题可通过查询解决，查询还能派生新数据。一、空间数据查询的类型一、空间数据查询的类型空间空间数据数据查询查询类

10、型类型基于空间特性的查询基于空间特性的查询结合空间特性和非空间（属性）结合空间特性和非空间（属性）特征的查询特征的查询基于属性（非空间）特征的查询基于属性（非空间）特征的查询图查文图查文(几何查询几何查询)文查图文查图(属性查询属性查询)逻辑查询逻辑查询(SQL查询查询)空间关系的查询空间关系的查询第二节第二节 空间数据查询空间数据查询 属性特征的查询主要在属性数据库中完成，这种查询通常基属性特征的查询主要在属性数据库中完成，这种查询通常基于标准的于标准的SQLSQL查询语言实现，之后按照属性数据和空间数据的对查询语言实现，之后按照属性数据和空间数据的对应关系显示图形。应关系显示图形。1 1、

11、基于属性（非空间）特征的查询、基于属性（非空间）特征的查询标号植被面积面积101101工业地工业地169102102林地林地122103103农地农地230104104林地林地100基于属性（非空间）特征的查询基于属性（非空间）特征的查询例：例：已有某地区的土地利用已有某地区的土地利用表及相应的图，现要找到林表及相应的图，现要找到林地，通过对下列属性数据表地，通过对下列属性数据表查找植被为林地的记录，并查找植被为林地的记录，并显示这些记录相应的空间位显示这些记录相应的空间位置。置。102104103101第二节第二节 空间数据查询空间数据查询 空间性是空间数据的主要特征，空间性是空间数据的主要

12、特征，空间特征的查询通常指空间特征的查询通常指以图形、图像或符号为语言元素的可视化查询。以图形、图像或符号为语言元素的可视化查询。从查询的内部过程看，是属于从查询的内部过程看，是属于“图到属性的查询图到属性的查询”。这。这种查询首先借助于空间索引在空间数据库中找出空间地理对种查询首先借助于空间索引在空间数据库中找出空间地理对象，然后，再根据象，然后，再根据GISGIS中属性数据和空间数据的对应关系找出中属性数据和空间数据的对应关系找出显示地理对象的属性，并可进一步进行相关的统计分析。显示地理对象的属性，并可进一步进行相关的统计分析。2 2、基于空间特性的查询基于空间特性的查询第二节第二节 空间

13、数据查询空间数据查询 (1)(1)空间几何数据查询空间几何数据查询 主要根据空间目标的几何数据，分析计算不同地物主要根据空间目标的几何数据，分析计算不同地物(如线状地物如线状地物)的长的长度、组成、坐标点数及面状地物的面积、周长等。度、组成、坐标点数及面状地物的面积、周长等。(2)(2)空间位置查询空间位置查询 这是空间查询中最基本的查询功能，只要空间数据是同大地坐标进行这是空间查询中最基本的查询功能，只要空间数据是同大地坐标进行了配准，即可查询：了配准，即可查询：简单点击空间简单点击空间点状地物点状地物，就可获取坐标点地理位置；，就可获取坐标点地理位置；点击点击线状地物线状地物，就可获取该线

14、的长度及地理位置；，就可获取该线的长度及地理位置；点击点击面状地物面状地物，就可获取该面的周长、面积及其地理位置等。，就可获取该面的周长、面积及其地理位置等。例：例：右图就右图就是在是在ARCVIEWARCVIEW软软件下，点击件下，点击黄色图斑黄色图斑，就可获取就可获取烟烟台市辖区台市辖区的的周长、面积周长、面积等信息。等信息。烟台市辖区烟台市辖区第二节第二节 空间数据查询空间数据查询 第二节第二节 空间数据查询空间数据查询 (3)(3)空间关系查询空间关系查询空间关系查询主要指空间关系查询主要指拓扑关系拓扑关系查询。查询。同同类类要要素素间间的的邻邻接接性性查查询询、连连通通性性查查询询、

15、包包含含性性查查询询、重重合合性性查查询询、方方向向性查询等。（面性查询等。（面-面查询；线面查询；线-线查询；点线查询；点-点查询）点查询）例：例：从中国地图上查与山东省相邻的有哪几个省，实质是进行邻接性查询。从中国地图上查与山东省相邻的有哪几个省，实质是进行邻接性查询。不同类要素间不同类要素间的关联性查询、穿越性查询、落入性查询、方向性查询等。的关联性查询、穿越性查询、落入性查询、方向性查询等。（线（线-面查询；点面查询；点-线查询；店面查询）线查询；店面查询）例：例：从中国地图上查京九铁路沿线有多少站，实质是进行关联性查询。从中国地图上查京九铁路沿线有多少站，实质是进行关联性查询。例：例

16、：从中国地图上查黄河经过哪几个省，实质是进行穿越性查询。从中国地图上查黄河经过哪几个省，实质是进行穿越性查询。注：注：进行空间关系查询时，不总是局限某一查询功能，常要用多种查询进行空间关系查询时，不总是局限某一查询功能，常要用多种查询联合起来才能完成查询功能。联合起来才能完成查询功能。第二节第二节 空间数据查询空间数据查询 3 3、结合空间特性和非空间（属性）特征的查询、结合空间特性和非空间（属性）特征的查询 空间特征和属性特征的联合查询不是简单地由定位空间特性空间特征和属性特征的联合查询不是简单地由定位空间特性查询结果，显示相关的属性，也不是从属性特征的查询结果，查询结果，显示相关的属性，也

17、不是从属性特征的查询结果，显示相关的空间位置。空间特征和属性特征联合查询的显示相关的空间位置。空间特征和属性特征联合查询的实质是实质是指查询条件中同时涉及空间特征和属性特征。指查询条件中同时涉及空间特征和属性特征。例：例：从中国地图上查同北京的距离从中国地图上查同北京的距离(查空间中距离查空间中距离)小于小于2000km2000km、长江以南长江以南(查空间中位置查空间中位置)、人口数大于、人口数大于100100万的城市。万的城市。本例中本例中查查人口数大于人口数大于100100万的城市，万的城市，属于属性属于属性查询查询；查查同北京的距离同北京的距离(查查空空间间中距离中距离)小于小于200

18、0km2000km的城市，的城市，属于空属于空间间距离距离查询查询；查长查长江以南的城市，属江以南的城市，属于于方位方位查询查询。第二节第二节 空间数据查询空间数据查询 二、空间数据查询的数学基础二、空间数据查询的数学基础 主要使用主要使用布尔代数方法布尔代数方法，即按照两个逻辑子集在给定的条，即按照两个逻辑子集在给定的条件下进行逻辑运算。它的基本运算符号或算子包括件下进行逻辑运算。它的基本运算符号或算子包括3 3个，个，交、交、并、差并、差。AND(交交)OR（并）并）NOT（差）差）及其组合及其组合逻辑运算的结果为逻辑运算的结果为“真真”或或“假假”。第二节第二节 空间数据查询空间数据查询

19、 下图中，设属性分别为下图中，设属性分别为A A和和B B的两个多边形相交，形成的空间的两个多边形相交，形成的空间单元分别为单元分别为1 1、2 2、3 3，则它们经布尔操作后的结果如表所示。，则它们经布尔操作后的结果如表所示。运算条件运算条件运算结果运算结果123A.AND.B010A.OR.B111NOT.A001逻辑运算的真逻辑运算的真(1)(1)或假或假(0)(0)AB132多边形相交及其形成的空间单元多边形相交及其形成的空间单元第二节第二节 空间数据查询空间数据查询 三、空间查询的方法三、空间查询的方法如如:Select所需数据项所需数据项From属性表属性表Where条件表达式条件

20、表达式1 1、基于、基于SQLSQL语言的空间查询语言的空间查询目前的目前的GIS软件常提供实现软件常提供实现SQL查询的对话框，使查询更为简单方便。查询的对话框，使查询更为简单方便。优点：优点：适合关系表的查询与操作。适合关系表的查询与操作。缺点：缺点：无法表达空间关系及空间运算操作。无法表达空间关系及空间运算操作。第二节第二节 空间数据查询空间数据查询例：例：在在ARCVIEWARCVIEW软件下，提供查询的对话框，可在对话框编写查询的条件进软件下，提供查询的对话框，可在对话框编写查询的条件进行查询。行查询。第二节第二节 空间数据查询空间数据查询 对对SQLSQL进行扩充或改造，实现空间关

21、系及空间运算操作的查询。进行扩充或改造，实现空间关系及空间运算操作的查询。2 2、基于空间查询语言、基于空间查询语言(SpatialQueryLanguage)的查询的查询 在在SQL上发展的上发展的空间结构化查询语言空间结构化查询语言。如：如：空间查询例：查高速公路，并用红虚线表示。空间查询例：查高速公路，并用红虚线表示。SetColorRedPattemDashedForSelectGeometryfromRoadwhereType=“Highway”)第二节第二节 空间数据查询空间数据查询 将查询语言的将查询语言的元素用元素用直观的直观的图形图形或者或者符号符号表示。表示。3、可视化空间

22、查询方法可视化空间查询方法可视化查询的可视化查询的语言元素语言元素经过转换经过转换可视化可视化查询语句查询语句实实现现过过程程优点：优点：查询直观形象。查询直观形象。缺点：缺点：查询语言的查询语言的元素数量元素数量较少，仅能进行较少，仅能进行有限有限的查询。的查询。第二节第二节 空间数据查询空间数据查询 4、基于自然语言的查询基于自然语言的查询在查询语言中引入自然语言的概念。在查询语言中引入自然语言的概念。优点：优点：查询变得更加简单和方便。查询变得更加简单和方便。缺点：缺点：在自然语言的量化时，与语言环境及专业领域相关。因此，很难作在自然语言的量化时，与语言环境及专业领域相关。因此，很难作为

23、通用的数据库查询语言。为通用的数据库查询语言。如：如：查询高气温的城市：查询高气温的城市：SelectNameFromCities这里使用了一个自然语这里使用了一个自然语言的概念，即言的概念，即“温度高温度高”将将“自然语言自然语言”转换为转换为“查询语言查询语言”WhereTemperature=33.75WhereTemperatureishigh实实现现过过程程第二节第二节 空间数据查询空间数据查询 5、超文本查询方法、超文本查询方法 超文本是由文本信息结点和结点间相关联的链所组成的具有一定逻辑超文本是由文本信息结点和结点间相关联的链所组成的具有一定逻辑关系和语言查询信息集成化的关系和语

24、言查询信息集成化的网络。网络。第三节第三节 空间数据量算空间数据量算点状目标（点状目标（0 0维）：维）：坐标；坐标；线状目标（线状目标（1 1维）：维）：长度、曲率、方向；长度、曲率、方向；面状目标（面状目标（2 2维）：维）：面积、周长、形状等；面积、周长、形状等；体状目标（体状目标（3 3维）：维）：表面积、体积等。表面积、体积等。距离距离面积面积坐标坐标第三节第三节 空间数据量算空间数据量算第三节第三节 空间数据量算空间数据量算 一、线的长度一、线的长度折线的长度等于其每段线段长度之和，多边形的周长实际折线的长度等于其每段线段长度之和，多边形的周长实际上也是一条折线。上也是一条折线。两

25、点间的线段长度计算两点间的线段长度计算:设坐标为 p1(x1,y1)，p2(x2,y2)则直线段 p1p2 长度为:d=sqrt(x2-x1)2+(y2-y1)2)p1 p2长度量算示意图OYXn 维匀质空间广义距离公式j(xj,yj)i(xi,yi)ijij距距离离计计算算公公式式n维非匀质空间距离计算维非匀质空间距离计算q=2，二维欧氏距离二维欧氏距离q=1，曼哈顿距离曼哈顿距离q=0.6,非殴氏距离（障碍或阻力）非殴氏距离（障碍或阻力）第三节第三节 空间数据量算空间数据量算 1、距离计算、通道选择、距离计算、通道选择成本距离分析，成本距离分析，通过成本距离分通过成本距离分析计算最佳的通道

26、。析计算最佳的通道。直线距离：不一定是最佳的通道直线距离：不一定是最佳的通道成本距离：考虑了阻抗、成本成本距离：考虑了阻抗、成本成本距离分析的应用（上机练习）成本距离分析的应用（上机练习）第三节第三节 空间数据量算空间数据量算 （1）成本距离分析）成本距离分析有障碍的旅行（坡度、额外的费用）有障碍的旅行（坡度、额外的费用）运动的成本运动的成本累计距离累计距离最低成本表面最低成本表面最小成本路径最小成本路径第三节第三节 空间数据量算空间数据量算 （2）成本距离的计算原理）成本距离的计算原理accum_cost =a1+(cost_a+cost_b)/2)*D accum_cost：某一单元：某一

27、单元b的累计通行成本的累计通行成本 a1：上一个相邻单元：上一个相邻单元a的累计通行成本的累计通行成本 cost_a：单元：单元a的成本的成本 cost_b：单元：单元b的成本的成本第三节第三节 空间数据量算空间数据量算 （3）直线距离和成本距离）直线距离和成本距离第三节第三节 空间数据量算空间数据量算 第三节第三节 空间数据量算空间数据量算 二、二、面积量测面积量测 面状对象在计算机内部是以一系列首尾相接的坐标串表示的。面状对象在计算机内部是以一系列首尾相接的坐标串表示的。按多边形按多边形顶点顺序依次求出多边形所有边与顶点顺序依次求出多边形所有边与x x轴轴(或或y y轴轴)组成的梯形的面积

28、组成的梯形的面积，然后然后求其求其代数和代数和。假设有假设有N个顶点，其面积计算公式为：个顶点，其面积计算公式为：多边形面积量算示意图Pk=1 2(yk+1+yk)(xk+1-yk)(yn+y1)(xnx1)1 2Pk+n-1 k=1 P=注：注：总面积公式中第二项为最后一个点和第一点围成的梯形面积总面积公式中第二项为最后一个点和第一点围成的梯形面积第三节第三节 空间数据量算空间数据量算三、地形的体积量算三、地形的体积量算步骤：步骤：生成等值线图生成等值线图量算每条等值线围成的面积，设为量算每条等值线围成的面积，设为f0，f1，f2，fn设等值线的间距为设等值线的间距为h，则体积为：则体积为：

29、v=f0*h0/3+(f0+2*f1+2*(n-1)*fn)*h/2地形体积量算示意图地形体积量算示意图其中，其中，f0，h0分别为最上层分别为最上层(或最下层或最下层)等高线围成的面积和相应的高程差。等高线围成的面积和相应的高程差。第三节第三节 空间数据量算空间数据量算四、形状指数四、形状指数 对于多边形边界轮廓的对于多边形边界轮廓的形态度量形态度量，有很多公式，大多数都与多边形的周长，有很多公式，大多数都与多边形的周长和面积有关。和面积有关。形状指数大多使用多边形周长与面积的比值形状指数大多使用多边形周长与面积的比值，并使之与标准形，并使之与标准形状（通常是圆形）相比表示其形状的复杂程度。

30、状（通常是圆形）相比表示其形状的复杂程度。以正方形为标准的形状指数。以正方形为标准的形状指数。形状指数是：形状指数是：式中：式中：A为多边形面积，为多边形面积，P为多边形周长。为多边形周长。第三节第三节 空间数据量算空间数据量算以圆形为标准的形状指数以圆形为标准的形状指数 如果认为一个标准的园目标既非紧凑型也非膨胀型，则可定义其形状系数如果认为一个标准的园目标既非紧凑型也非膨胀型，则可定义其形状系数r r为：为：圆U=1U1膨胀型U1紧缩型第三节第三节 空间数据量算空间数据量算五、分布中心的计算五、分布中心的计算 空间分析中常用分布中心来空间分析中常用分布中心来概括地表示空间的总体分布位置概括

31、地表示空间的总体分布位置，用来跟踪某用来跟踪某些地理现象分布的变化情况些地理现象分布的变化情况，如描述人口的变迁、土地利用的变化。，如描述人口的变迁、土地利用的变化。假设有假设有n n个离散点个离散点(X1，Y1)，(X2，Y2)，(Xn，Yn)，可以用不同方法可以用不同方法来表示分布中心。来表示分布中心。1 1、平均中心平均中心其中其中(C Cx x，C Cy y)表示算术平均中心坐标点表示算术平均中心坐标点。其其中中，I I为为离离散散目目标标物物，W Wi i为为该该目目标标权权重重，X Xi i、Y Yi i为为其其坐坐标标。潜潜在在势势能能的的计计算算:目标物对其周围目标的影响随距离

32、的增大而减小，即：目标物对其周围目标的影响随距离的增大而减小，即：其其中中，i i为为一一目目标标物物，d d为为距距该该目目标标物物的的距距离离，W W则则为为其其权权重重。V V与与d d 相相互互成成反反比，任何定位点的目标物均可由此得到一潜在势能图。比，任何定位点的目标物均可由此得到一潜在势能图。第三节第三节 空间数据量算空间数据量算2 2、质心质心(加权平均中心加权平均中心)算术平均中心中没有考虑不同点在分析问题时重要性之间的差异，在实际算术平均中心中没有考虑不同点在分析问题时重要性之间的差异，在实际应用中，应用中，各点的重要性是不同的各点的重要性是不同的，为此需进行加权计算。，为此

33、需进行加权计算。质心质心是描述地理现象空间分布的一个重要指标。是描述地理现象空间分布的一个重要指标。质心可简单质心可简单地描述为地理目标保持均匀分布的平衡点。地描述为地理目标保持均匀分布的平衡点。质心通常定义为质心通常定义为一个多边形或面的几何中心，当多边形比较简单时，计算很一个多边形或面的几何中心，当多边形比较简单时，计算很容易。当多边形形状复杂时，计算也更加复杂。容易。当多边形形状复杂时，计算也更加复杂。质心量测可用于对地理分布变化的跟踪；计算目标物对质心量测可用于对地理分布变化的跟踪；计算目标物对周围地区的经济辐射范围。如应用质心量测分析人口变迁、周围地区的经济辐射范围。如应用质心量测分

34、析人口变迁、土地类型变化等。土地类型变化等。第三节第三节 空间数据量算空间数据量算质心量测的应用范围极其广泛，如：质心量测的应用范围极其广泛，如：1 1）商场选址应位于具有最佳势能的定位点处；商场选址应位于具有最佳势能的定位点处；2 2）经济的增长极极可能发生在高势能区；经济的增长极极可能发生在高势能区；3 3）跟跟踪踪地地理理分分布布的的变变化化，如如人人口口变变迁迁、土土地地类类型型的的变变化等。化等。第三节第三节 空间数据量算空间数据量算150.5加权平均中心加权平均中心平均中心或重心平均中心或重心几何中心几何中心21.11.211.2第三节第三节 空间数据量算空间数据量算第三节第三节

35、空间数据量算空间数据量算六、分形度量六、分形度量 分形的概念最初源自于自然界事物的自相似性（分形的概念最初源自于自然界事物的自相似性（selfsimilarity）。）。在某些情形下，事物局部的形态结构表现出与在某些情形下，事物局部的形态结构表现出与整体的一致性，也就是说，在整体的一致性，也就是说，在尺度和形态之间存在着某种固尺度和形态之间存在着某种固定的关系定的关系，随着尺度的增加（细化），空间形态参数的度量，随着尺度的增加（细化），空间形态参数的度量以某种指数关系增加。以某种指数关系增加。在不同的尺度上量取的形态参数与尺在不同的尺度上量取的形态参数与尺度之间有一种对数上的线性相关。度之间有

36、一种对数上的线性相关。第三节第三节 空间数据量算空间数据量算例：例：用不同的步距去量取一条自然曲线的长度，设当步距为用不同的步距去量取一条自然曲线的长度，设当步距为D时，时，量得的曲线长度为量得的曲线长度为L。采用不同的步距采用不同的步距D就可以得到不同的曲线长度就可以得到不同的曲线长度L，用，用ln(L)和和ln(D)为坐标轴标绘每一个点，若所得的点明显地分布为一条为坐标轴标绘每一个点，若所得的点明显地分布为一条近似的直线上，那么我们就说这条曲线具有明显的分形性质，近似的直线上，那么我们就说这条曲线具有明显的分形性质，而这条而这条直线的斜率就是该曲线的分形维数（分维数）。直线的斜率就是该曲线

37、的分形维数（分维数）。第四节第四节 空间叠加分析空间叠加分析 授课内容：授课内容：一、空间叠加分析概念一、空间叠加分析概念二、空间叠加分析类型二、空间叠加分析类型（一）（一）视觉信息复合视觉信息复合(二）基于矢量数据的叠加分析二）基于矢量数据的叠加分析(三）基于栅格数据的叠加分析三）基于栅格数据的叠加分析1 1、点与多边形的叠加、点与多边形的叠加2 2、线与多边形的叠加、线与多边形的叠加3 3、多边形与多边形的叠加、多边形与多边形的叠加1、布尔逻辑运算、布尔逻辑运算2、重分类、重分类3、点变换、点变换4、区域变换方法、区域变换方法5、邻域变换方法、邻域变换方法第四节第四节 空间叠加分析空间叠加

38、分析 AB123451B2B1A2A4A3A5B3B4B降雨量降雨量土壤类型土壤类型适宜农作物适宜农作物示意图：示意图：一、空间叠加分析概念一、空间叠加分析概念空间叠加（叠置）分析空间叠加（叠置）分析SpatialOverlayAnalysis：是是指在指在统一空间参照系统统一空间参照系统下，将下，将同一地区同一地区两个或两个以上地理两个或两个以上地理对象的图层进行叠加，以产生对象的图层进行叠加，以产生空间区域的空间区域的多重属性特征多重属性特征，或，或建立地理对象之间的建立地理对象之间的空间对应空间对应关系关系。（一）（一）视觉信息复合视觉信息复合 视觉信息复合视觉信息复合是将统一地区的统一

39、比例尺的不同含义是将统一地区的统一比例尺的不同含义的的图形图像进行叠合图形图像进行叠合显示在屏幕上或结果图件上，以便判显示在屏幕上或结果图件上，以便判断不同地理实体的空间关系，从而获取更多的空间信息。断不同地理实体的空间关系，从而获取更多的空间信息。视觉信息复合中，不改变各图层数据结构，也不形成视觉信息复合中，不改变各图层数据结构，也不形成新的数据，只给用户带来视觉效果，新的数据，只给用户带来视觉效果，用于目视分析。用于目视分析。二、空间叠加分析类型二、空间叠加分析类型1、点、线、面状图之间的复合、点、线、面状图之间的复合二、空间叠加类型二、空间叠加类型视觉信息复合视觉信息复合2、面状图与专题

40、区域边界之间的复合、面状图与专题区域边界之间的复合二、空间叠加类型二、空间叠加类型视觉信息复合视觉信息复合3、遥感影像与专题地图的复合、遥感影像与专题地图的复合二、空间叠加类型二、空间叠加类型视觉信息复合视觉信息复合4、专题地图与数字高程模型（、专题地图与数字高程模型（DEM）复合）复合二、空间叠加类型二、空间叠加类型视觉信息复合视觉信息复合5、遥感影像与、遥感影像与DEM复合复合二、空间叠加类型二、空间叠加类型视觉信息复合视觉信息复合(二）基于矢量数据的叠加分析二）基于矢量数据的叠加分析 基于矢量数据的基于矢量数据的叠加叠加分析是参与分析的两个图层的要素分析是参与分析的两个图层的要素均为矢量

41、数据。均为矢量数据。点面叠加分析点面叠加分析 线面叠加分析线面叠加分析面面叠加分析面面叠加分析二、空间叠加类型二、空间叠加类型 点与多边形的叠加点与多边形的叠加是确定一个图层上的点落在另一图层是确定一个图层上的点落在另一图层的哪个多边形内的哪个多边形内，以便为图层上的点建立新的属性。以便为图层上的点建立新的属性。例如：例如：将水井与规划区图层相叠加将水井与规划区图层相叠加，可确定每口井所属可确定每口井所属的规划区范围的规划区范围。1 1、点与多边形的叠加、点与多边形的叠加*1*3*4*2ADBC点点属性属性1234多边形多边形属性属性1属性属性2ABCD点点多边形多边形点属性点属性面属性面属性

42、1面属性面属性21A2D3C4B二、空间叠加类型二、空间叠加类型基于矢量数据的叠加分析基于矢量数据的叠加分析看看某行政区划内有多少个乡镇？看看某行政区划内有多少个乡镇？二、空间叠加类型二、空间叠加类型基于矢量数据的叠加分析基于矢量数据的叠加分析比较线坐标与多边形坐标的关系，判断线是否落在多边形内。比较线坐标与多边形坐标的关系，判断线是否落在多边形内。2 2、线与多边形的叠加、线与多边形的叠加二、空间叠加类型二、空间叠加类型基于矢量数据的叠加分析基于矢量数据的叠加分析 例如：例如：当确定某一行政区内各种等级道路的里程数时，就需要将当确定某一行政区内各种等级道路的里程数时，就需要将道路道路图图与与

43、境界图境界图相叠加，计算弧段与多边形边界的交点，在交点处截断弧段，并相叠加，计算弧段与多边形边界的交点，在交点处截断弧段，并对弧段重新编号，建立弧段与多边形的归属关系。对弧段重新编号，建立弧段与多边形的归属关系。线与多边形叠加分析线与多边形叠加分析路网密度？路网密度？叠加！叠加！二、空间叠加类型二、空间叠加类型基于矢量数据的叠加分析基于矢量数据的叠加分析各种道路长各种道路长=830KM=830KM区域面积区域面积=2797KM=2797KM2 2结果？结果？二、空间叠加类型二、空间叠加类型基于矢量数据的叠加分析基于矢量数据的叠加分析 多边形叠加将两个或多个多边形图层进行叠加产生一个新多边形叠加

44、将两个或多个多边形图层进行叠加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，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。新要素综合了原来两层或多层的属性。多边形叠加是多边形叠加是GIS最常用的功能之一。最常用的功能之一。3 3、多边形与多边形的叠加、多边形与多边形的叠加二、空间叠加类型二、空间叠加类型基于矢量数据的叠加分析基于矢量数据的叠加分析新多边形的属性新多边形的属性多边形之间的叠加多边形之间的叠加示意图示意图ID属性101AID属性1X2Y3Z新多边形ID层1多边形属性层2多边形属性10A20X3AX40X5A06A07AY8

45、AZ90Y100Z110Y12Z0AXYZ37910145611 2层层1 1层层2 2新层新层12二、空间叠加类型二、空间叠加类型基于矢量数据的叠加分析基于矢量数据的叠加分析（1 1）多边形）多边形与多边形的叠加原理与多边形的叠加原理 多边形叠加多边形叠加过程过程分分几何求交几何求交过程和过程和属性确定属性确定过程，算法过程，算法的的核心是多边形求交核心是多边形求交。对两个多边形进行对两个多边形进行边界求交边界求交和和弧段分割运算弧段分割运算，并以新弧段，并以新弧段为单位为单位重建拓扑关系重建拓扑关系；判断判断重建多边形落在原始多边形层的哪个多边形内，从而重建多边形落在原始多边形层的哪个多边

46、形内，从而建立新叠加多边形与原始多边形的关系，并建立新叠加多边形与原始多边形的关系，并抽取属性抽取属性。二、空间叠加类型二、空间叠加类型基于矢量数据的叠加分析基于矢量数据的叠加分析（2）多多边边形形的的叠叠加加流程图二、空间叠加类型二、空间叠加类型基于矢量数据的叠加分析基于矢量数据的叠加分析取取本底多边形本底多边形取上叠多边形取上叠多边形两个多边形相交？两个多边形相交？两个多边形是包含关系？两个多边形是包含关系？多边形求交，重建拓扑关系多边形求交，重建拓扑关系属性抽取，建立关联连接属性抽取，建立关联连接上叠多边形结束？上叠多边形结束？本底多边形结束？本底多边形结束？ynnn建立包含关系建立包含

47、关系属性抽取属性抽取yyy结束结束n（3 3）多边形）多边形与多边形的叠加分析种类与多边形的叠加分析种类二、空间叠加类型二、空间叠加类型基于矢量数据的叠加分析基于矢量数据的叠加分析 UNION 合并操作合并操作（求并集操作）：（求并集操作）：只能进行多边形叠加，保留原来两个只能进行多边形叠加，保留原来两个CoverageCoverage的所有区域的所有区域UNION fuzzy_tolerance JOIN|NOJOIN二、空间叠加类型二、空间叠加类型基于矢量数据的叠加分析基于矢量数据的叠加分析 IDENTITY（识别操作）识别操作）将点、线或多边形叠加到多边形上，保留所有输入将点、线或多边形

48、叠加到多边形上，保留所有输入Coverage的特征。的特征。输入图层的可以是多边形、点、线，而操作图层（叠加）输入图层的可以是多边形、点、线，而操作图层（叠加）要素必须是多边形。要素必须是多边形。IDENTITY POLY|LINE|POINT fuzzy_tolerance JOIN|NOJOIN二、空间叠加类型二、空间叠加类型基于矢量数据的叠加分析基于矢量数据的叠加分析二、空间叠加类型二、空间叠加类型基于矢量数据的叠加分析基于矢量数据的叠加分析 INTERSECT（求交集操作）求交集操作）将点、线或多边形叠加到多边形上，两个图层的公共部将点、线或多边形叠加到多边形上，两个图层的公共部分予以

49、保留。属性表同时被更新。分予以保留。属性表同时被更新。输入图层的可以是多边形、点、线，而操作图层（叠加）输入图层的可以是多边形、点、线，而操作图层（叠加）要素必须是多边形。要素必须是多边形。INTERSECT POLY|LINE|POINT fuzzy_tolerance JOIN|NOJOIN二、空间叠加类型二、空间叠加类型基于矢量数据的叠加分析基于矢量数据的叠加分析二、空间叠加类型二、空间叠加类型基于矢量数据的叠加分析基于矢量数据的叠加分析Erase:输出层为保留其中一输入图层为输出层为保留其中一输入图层为控制边界之外的所有多边形。控制边界之外的所有多边形。Clip:输出层为按一个图层的边

50、界，对输出层为按一个图层的边界，对另一个图层的内容要素进行截取另一个图层的内容要素进行截取后的结果。后的结果。Update:输出层为一个经删除处理后的输出层为一个经删除处理后的图层与一个新特征图层进行合图层与一个新特征图层进行合并后的结果。并后的结果。二、空间叠加类型二、空间叠加类型基于矢量数据的叠加分析基于矢量数据的叠加分析日喀则地区沙漠化类型分布图日喀则地区沙漠化类型分布图日喀则地区行政区界线图日喀则地区行政区界线图叠加分析实例一：叠加分析实例一：有日喀则地区的行政界线图层和通过遥感技有日喀则地区的行政界线图层和通过遥感技术提取的该区沙漠化类型分布图层，求日喀则地区各县沙漠化术提取的该区沙