xin第六章1空间分析的原理与方法1.pptx
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1、l空间分析是地理信息系统科学内容的重要组空间分析是地理信息系统科学内容的重要组成部分,也是评价一个地理信息系统功能的成部分,也是评价一个地理信息系统功能的主要指标之一。主要指标之一。l空间分析的根本目的在于通过对空间数据的空间分析的根本目的在于通过对空间数据的深加工或分析,获取新的信息。深加工或分析,获取新的信息。l空间分析的概念:空间分析的概念:是基于空间数据的分析技术,它以地学原是基于空间数据的分析技术,它以地学原理为依托,通过分析算法,从空间数据中理为依托,通过分析算法,从空间数据中获取有关地理对象的空间位置、空间分布、获取有关地理对象的空间位置、空间分布、空间形态、空间形成、空间演变等
2、信息。空间形态、空间形成、空间演变等信息。空间分析方法分类:空间分析方法分类:l产生式分析:数字地面模型分析,空间叠合产生式分析:数字地面模型分析,空间叠合分析,缓冲区分析,空间网络分析,空间统分析,缓冲区分析,空间网络分析,空间统计分析计分析l咨询式分析:空间集合分析,空间数据查询咨询式分析:空间集合分析,空间数据查询6-1 DEM6-1 DEM分析分析数字地形模型与数字高程模型数字地形模型与数字高程模型lDTM(Digital Terrain Model)与)与DEM(Digital Elevation Model)数字地形模型数字地形模型(DTM)是定义在二维区域上的一个是定义在二维区域
3、上的一个有限项的向量序列,它以离散分布的平面点来模有限项的向量序列,它以离散分布的平面点来模拟连续分布的地形。按平面等间距规则采样,或拟连续分布的地形。按平面等间距规则采样,或内插所建立的数字地面模型,称为基于栅格的数内插所建立的数字地面模型,称为基于栅格的数字地面模型。写成字地面模型。写成 DTM=Zi,jDTM中的地形属性为高程时成为数字高程模型中的地形属性为高程时成为数字高程模型DEM1.1 DEM数据采集l航空或航天遥感图像为其数据源航空或航天遥感图像为其数据源l地形图为数据源地形图为数据源l地面实测记录地面实测记录l其他数据源其他数据源1.2 DEM的表示方法的表示方法l格网格网DE
4、Ml不规则的三角网不规则的三角网DEM(TIN)l等值线等值线l数据采样数据采样l数据内插数据内插l数据记录数据记录1.3 DEM1.3 DEM的建立的建立1.4 DEM的分析1.地形因子的自动提取地形因子的自动提取2.地表形态的自动分类地表形态的自动分类3.基于基于DEM的可视化分析的可视化分析1 1、土土木木工工程程:各各种种线线路路选选线线(铁铁路路、公公路路、输输电电线线)的的设设计计以以及及各各种种工工程程的的面面积积、体体积积、坡坡度度计计算算,任任意意两两点点间间的的通通视视判判断断及及任任意意断断面面图图绘制;绘制;2 2、测测绘绘:用用于于绘绘制制等等高高线线、坡坡度度坡坡向
5、向图图、立立体体透视图,制作正射影像图以及地图的修测;透视图,制作正射影像图以及地图的修测;1.5 DEM1.5 DEM的应用领域的应用领域1.5 DEM1.5 DEM的应用领域的应用领域3 3、遥遥感感:作作为为分分类类的的辅辅助助数数据据。它它还还是是地地理理信信息息系系统统的的基础数据,可用于土地利用现状的分析、合理规划等;基础数据,可用于土地利用现状的分析、合理规划等;4 4、军事、军事:可用于导航及导弹制导、作战电子沙盘等;可用于导航及导弹制导、作战电子沙盘等;5 5、数数字字水水文文分分析析:水水系系自自动动提提取取、流流域域划划分分、洪洪水水险险情情预报等。预报等。水淹示例水淹示
6、例 三维规划设计三维规划设计 5-2 5-2 叠置分析叠置分析一、概念一、概念 空间叠合分析空间叠合分析(spatial overlay analysis)是指在统一空间参照系统是指在统一空间参照系统条件下,每次将同一地区条件下,每次将同一地区两个地理对象的图层进行两个地理对象的图层进行叠合,以产生空间区域的叠合,以产生空间区域的多重属性特征,或建立地多重属性特征,或建立地理对象之间的空间对应关理对象之间的空间对应关系。系。二、基于矢量数据的叠置分析二、基于矢量数据的叠置分析 1、内容 1)点与多边形的叠置点与多边形的叠合是点与多边形的叠合是点与多边形的叠合是点与多边形的叠合是确定一图层上的点
7、落在另一个图层的哪个多边形内,确定一图层上的点落在另一个图层的哪个多边形内,确定一图层上的点落在另一个图层的哪个多边形内,确定一图层上的点落在另一个图层的哪个多边形内,以便为图层的每个点建立新的属性。以便为图层的每个点建立新的属性。以便为图层的每个点建立新的属性。以便为图层的每个点建立新的属性。叠置分析叠置分析叠置分析叠置分析 2 2)线与多边形的叠置)线与多边形的叠置线线与与多多边边形形的的叠叠合合是是确确定定一一图图层层上上的的弧弧段段落落在在另另一一图图层层的的哪哪个个多多边边形形内内,以以便便为为图图层的每条弧段建立新的属性。层的每条弧段建立新的属性。二、基于矢量数据的叠置分析二、基于
8、矢量数据的叠置分析 叠置分析叠置分析二、基于矢量数据的叠置分析二、基于矢量数据的叠置分析 3)3)多边形与多边形的叠置多边形与多边形的叠置 是是指指不不同同图图幅幅或或不不同同图图层层多多边边形要素之间的叠置。形要素之间的叠置。根根据据两两组组多多边边形形边边界界的的交交点点来来建建立立具具有有多多重重属属性性的的多多边边形形(合合成成叠叠置置)或或进进行行多多边边形形范范围围内内的的属属性性特特性性的的统统计计分分析析(统统计计叠叠置置)。合成叠置合成叠置是将同一地区、同一比例尺的两组或是将同一地区、同一比例尺的两组或更多的多边形要素的数据文件进行叠置,根更多的多边形要素的数据文件进行叠置,
9、根据两组多边形边界的交点来建立具有多重属据两组多边形边界的交点来建立具有多重属性的多边形,如图。性的多边形,如图。统计叠置统计叠置是将多边形数据层叠加,进行多边形是将多边形数据层叠加,进行多边形范围的属性特征的统计分析,如图。范围的属性特征的统计分析,如图。合成叠置与统计叠置合成叠置与统计叠置叠置分析叠置分析 合成叠置合成叠置 统计叠置统计叠置 合成叠置与统计叠置合成叠置与统计叠置栅格叠置分析栅格叠置分析与矢量多边形叠置分析一样,是求两组或两组以上与矢量多边形叠置分析一样,是求两组或两组以上空间图形的交集,但是多边形叠置分析得到的是合成多边形,而空间图形的交集,但是多边形叠置分析得到的是合成多
10、边形,而栅格叠置分析得到的是合成数据串,这些合成的数据文件是进一栅格叠置分析得到的是合成数据串,这些合成的数据文件是进一步进行空间聚类或聚合的依据。步进行空间聚类或聚合的依据。类型叠置类型叠置 将两组或两组以上的地理编码数据,求它们的交集,将两组或两组以上的地理编码数据,求它们的交集,以建立新的数据文件,根据分析任务,设置命令,得到最后的类以建立新的数据文件,根据分析任务,设置命令,得到最后的类型叠置结果。型叠置结果。统计叠置统计叠置 将区域界线将区域界线(政区、自然区域或经济区域等政区、自然区域或经济区域等),与专题数,与专题数字地图叠置,建立的合成数据串,作出各区专门内容的数量统计。字地图
11、叠置,建立的合成数据串,作出各区专门内容的数量统计。动态分析动态分析 将同一种要素在不同时期的两组属性数据叠置,建立将同一种要素在不同时期的两组属性数据叠置,建立合成数据串,它们之差就是该要素在该时段内的变化,在土地利合成数据串,它们之差就是该要素在该时段内的变化,在土地利用动态监测中,常要使用这种分析方法。用动态监测中,常要使用这种分析方法。叠置分析叠置分析三、基于栅格数据的叠置分析三、基于栅格数据的叠置分析 Landsat ETMPath/Row-129/0462001年02月06日3D图像=ETM 4,3,2波段+30分辨率DEM叠置分析叠置分析三、基于栅格数据的叠置分析三、基于栅格数据
12、的叠置分析 (一)单层栅格数据的分析(一)单层栅格数据的分析 1 1、重分类、重分类 重重分分类类是是将将属属性性数数据据的的类类别别合合并并或或转转换换成成新新类。类。重分类重分类 根据设定的聚类条件对原有数据系统进行有选择的信息根据设定的聚类条件对原有数据系统进行有选择的信息提取而建立新的栅格数据系统的方法提取而建立新的栅格数据系统的方法.栅格数据系统的方法。在四种类型要素中提取其中要素在四种类型要素中提取其中要素2 2的聚类的聚类叠置分析叠置分析2 2、滤波运算、滤波运算 滤滤波波运运算算可可将将破破碎碎的的地地物物合合并并和和光光滑滑化化,通过边缘增强和提取,获取区域的边界。通过边缘增
13、强和提取,获取区域的边界。3 3、特征参数计算、特征参数计算 对对栅栅格格数数据据计计算算区区域域的的周周长长、面面积积、重重心心等,以及线的长度、点的坐标等。等,以及线的长度、点的坐标等。4 4、相似运算、相似运算-匹配识别匹配识别 相相似似运运算算是是指指按按某某种种相相似似性性度度量量来来搜搜索索与与给定物体相似的其它物体的运算。给定物体相似的其它物体的运算。二、基于栅格数据的叠置分析二、基于栅格数据的叠置分析 (一)单层栅格数据的分析(一)单层栅格数据的分析叠置分析叠置分析A A,B B,C C等等表表示示各各层层上上的的属属性性值值,f f函函数数取取决决于于叠置的要求。叠置的要求。
14、U Uf(A,B,C,f(A,B,C,)二、基于栅格数据的叠置分析二、基于栅格数据的叠置分析 (二)多层栅格数据的叠置分析(二)多层栅格数据的叠置分析栅格数据的信息栅格数据的信息叠置叠置分析分析栅格数据的信息栅格数据的信息叠置叠置分析分析函数运算栅格数据的信息栅格数据的信息叠置叠置分析分析1 1)类型叠置)类型叠置:获取新的类型:获取新的类型 2 2)数量统计)数量统计:即计算某一区域内的类型和面积:即计算某一区域内的类型和面积 3 3)动态分析)动态分析 :分析由时间引起的变化:分析由时间引起的变化4 4)益本分析)益本分析 :即通过属性和空间的分析,计算:即通过属性和空间的分析,计算 成本
15、、价值等成本、价值等5 5)几何提取)几何提取 :即通过与所需提取的范围的叠置:即通过与所需提取的范围的叠置 运算,快速地进行范围内信息的运算,快速地进行范围内信息的 提取提取(三)叠置分析的作用(三)叠置分析的作用5-4 5-4 叠置分析叠置分析二、基于栅格数据的叠置分析二、基于栅格数据的叠置分析 第三节第三节 空间缓冲区分析空间缓冲区分析1 1、邻近度(、邻近度(ProximityProximity)描述了地理空间中两个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地物距离相近的程度,其确定是空间分析的一个重要手段。个重要手段。交通沿线或河流沿线的地物有其独特的重要交通沿线或
16、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,均是一个邻近度区域经济的发展的重要性等,均是一个邻近度问题。问题。缓冲区分析是解决邻近度问题的空间分析缓冲区分析是解决邻近度问题的空间分析工具之一。工具之一。缓冲区分析缓冲区分析一、缓冲区分析概念一、缓冲区分析概念 5-5 5-5 缓冲区分析缓冲区分析一、缓冲区分析概述一、缓冲区分析概述 2 2、缓缓冲冲区区是是地地理理空空间间目目标标的的一一种种影影响响范范围围或或服服务务范范围围
17、,具具体体指指在在点点、线线、面面实实体体的的周周围围,自自动动建建立的立的一定宽度一定宽度的的多边形多边形。3 3、缓缓冲冲区区分分析析:根根据据地地理理对对象象点点、线线、面面的的空空间间特特性性,自自动动建建立立对对象象周周围围一一定定距距离离的的区区域域范范围围(缓缓冲冲区区域域),以以分分析析该该对对象象对对缓缓冲冲区区内内邻邻近近对对象象的影响程度的过程。的影响程度的过程。作作用用:缓缓冲冲区区分分析析是是GISGIS的的基基本本空空间间操操作作功功能能之之一一,一一般般应应用用于于求求地地理理实实体体的的影影响响范范围围,即即邻邻近近度度问题问题。二、涉及缓冲区分析的三类因素二、
18、涉及缓冲区分析的三类因素l主体:表示分析的主要目标,一般分为点源、主体:表示分析的主要目标,一般分为点源、线源和面源三种类型。线源和面源三种类型。l邻近对象:表示周围受主体影响的客体。邻近对象:表示周围受主体影响的客体。l作用条件:表示主体对邻近对象施加作用的作用条件:表示主体对邻近对象施加作用的影响条件或强度。影响条件或强度。缓缓 冲冲 区区 分分 类类点的缓冲区线的缓冲区线的缓冲区面的缓冲区面的缓冲区三类主体缓缓 冲冲 区区 分分 类类点的缓冲区点的缓冲区线的缓冲区面的缓冲区面的缓冲区三类主体三类主体缓缓 冲冲 区区 分分 类类点的缓冲区点的缓冲区线的缓冲区线的缓冲区面的缓冲区三类主体三类
19、主体三、空间缓冲区分析的三类模型三、空间缓冲区分析的三类模型A.线性模型:用于当主体对邻近对象的影响度线性模型:用于当主体对邻近对象的影响度随距离的增大而呈线性减小的情况。随距离的增大而呈线性减小的情况。Fi=f0(1-ri)ri=di/d0B.二次模型:用于当主体对邻近对象的影响度二次模型:用于当主体对邻近对象的影响度随距离的增大而呈二次形式减小的情况。随距离的增大而呈二次形式减小的情况。Fi=f0(1-ri)C.指数模型:用于当主体对邻近对象的影响度指数模型:用于当主体对邻近对象的影响度随距离的增大而呈指数形式减小的情况随距离的增大而呈指数形式减小的情况 Fi=f0 Fi:为主体对邻近对象
20、的实际影响度为主体对邻近对象的实际影响度 f0:为主体自身的综合规模指数为主体自身的综合规模指数 di:为邻近对象离开主体的实际距离为邻近对象离开主体的实际距离 d0:为主体对邻近对象的最大影响距离为主体对邻近对象的最大影响距离(1-ri)(1-ri)空间缓冲区分析方法:空间缓冲区分析方法:例:某研究区例:某研究区10km区域内有三条道路,它们相关区域内有三条道路,它们相关的几何属性和属性数据如表。现以这些道路为主的几何属性和属性数据如表。现以这些道路为主体,道路附近居民出行为邻近对象,进行这些道体,道路附近居民出行为邻近对象,进行这些道路通达度的缓冲区分析。路通达度的缓冲区分析。A路总长度:
21、路总长度:10000米米B路总长度:路总长度:4268米米C路总长度:路总长度:35714米米1.计算道路的综合规模标准化指数计算道路的综合规模标准化指数f0 对上表所列的各项统计数据采用最大值标准化方法,对上表所列的各项统计数据采用最大值标准化方法,得到下表的标准化指数。得到下表的标准化指数。2.计算道路的最大影响距离计算道路的最大影响距离 道路的最大影响距离道路的最大影响距离d0与该道路的级别标准与该道路的级别标准和总长度有关,级别越高,则影响距离越大。和总长度有关,级别越高,则影响距离越大。d0S/2l S:为研究区面积为研究区面积 l:为各级道路的长度为各级道路的长度 A:d0S/2l
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