第5章-空间分析原理课件.ppt

1、第一节第一节 概述概述第二节第二节 空间数据的复合分析空间数据的复合分析第三节第三节 邻域分析邻域分析第四节第四节 数字地面模型数字地面模型l评价评价GIS指标指标,与其它系统区别。与其它系统区别。1、空间分析的定义、空间分析的定义l空间分析是基于空间数据的分析技术，它以地空间分析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，从空间数据中学原理为依托，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、空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、空间演变等信息。间形态、空间形成、空间演变等信息。2、空间分析的功能、空间分析的功能l(1)查询检索：属性、

2、图形、交叉查询等。查询检索：属性、图形、交叉查询等。l(2)形态分析：对几何特征进行分析，如计算形态分析：对几何特征进行分析，如计算距离、面积、周长等。距离、面积、周长等。l(3)地形分析：通过数字高程模型进行如坡度地形分析：通过数字高程模型进行如坡度坡向分析、视域分析、淹没分析等。坡向分析、视域分析、淹没分析等。l(4)叠加分析：以叠加运算为基础对多种地学叠加分析：以叠加运算为基础对多种地学信息进行综合分析，以判断信息间相互关系，信息进行综合分析，以判断信息间相互关系，并获取更丰富的信息。并获取更丰富的信息。l(5)邻域分析：根据指定的目标信息检查邻近邻域分析：根据指定的目标信息检查邻近区域

3、内的目标信息，或从邻近区域的目标信息区域内的目标信息，或从邻近区域的目标信息中进一步分析特定的目标信息。如缓冲区分析。中进一步分析特定的目标信息。如缓冲区分析。l(6)网络分析：最短或最佳路径分析，寻找两点网络分析：最短或最佳路径分析，寻找两点之间的最优通道。之间的最优通道。l(7)模型分析：加强系统的分析功能。模型分析：加强系统的分析功能。返回l概念概念:将同一空间上两个或两个以上不同含义将同一空间上两个或两个以上不同含义的地理要素的重合点之间进行分析处理。的地理要素的重合点之间进行分析处理。l一、复合分析的数学方法一、复合分析的数学方法l1逻辑关系分析。用逻辑表达式来分析处理逻辑关系分析。

4、用逻辑表达式来分析处理重合点的非几何特性之间逻辑关系，实现对空重合点的非几何特性之间逻辑关系，实现对空间数据复合、提取、删除等操作。包括：间数据复合、提取、删除等操作。包括：l(1)逻辑交运算。如逻辑交运算。如A为针叶林区，为针叶林区，B为坡度为坡度15度，子集度，子集C表示既是表示既是针叶林又是坡度针叶林又是坡度15度的区域。度的区域。l(2)逻辑并运算。逻辑并运算得子逻辑并运算。逻辑并运算得子集集C，它表示该区域是针叶林或它表示该区域是针叶林或坡度坡度1000mm，土厚土厚50cm的地的地区。则：区。则：lE=(降雨量降雨量1000)(土厚土厚50cm)l(2)根据专家命题模型来确定条件。

5、根据专家命题模型来确定条件。l根据经验确定逻辑分类模型。根据经验确定逻辑分类模型。l例如根据农业专家经验适宜于种水稻的条件为：例如根据农业专家经验适宜于种水稻的条件为：l积温积温3200 C；降雨降雨800mm；坡度坡度200天。则：天。则：lE=(积温积温3200)(降雨降雨800)(坡度坡度200)l栅格叠加算法简单，主要是减少存贮量。栅格叠加算法简单，主要是减少存贮量。l单个栅格为单元的叠加，数据大。单个栅格为单元的叠加，数据大。l用游程编码实现叠加操作可减少存储量，提高运用游程编码实现叠加操作可减少存储量，提高运算效率具有明显优越性。算效率具有明显优越性。l例：如图示的降雨量及土层厚度

6、。例：如图示的降雨量及土层厚度。l若对第若对第k行进行全叠加后的游程编码如表所行进行全叠加后的游程编码如表所示。示。l若对第若对第k行按如下关系表达式进行条件叠加，行按如下关系表达式进行条件叠加，其条件表达式为；其条件表达式为；lE=(降雨量降雨量=1000mm)(土厚土厚=50cm)则得到则得到第第K行的游程编码如下表所示。行的游程编码如下表所示。0为空白。依为空白。依次对各行进行叠加可得全图。次对各行进行叠加可得全图。返回l概念概念:根据指定的目标信息检查邻近区域内的根据指定的目标信息检查邻近区域内的目标信息，或从邻近区域的目标信息中进一步目标信息，或从邻近区域的目标信息中进一步分析特定的

7、目标信息。分析特定的目标信息。l定义定义:设平面上有设平面上有n 个互不重叠的离散数据点，个互不重叠的离散数据点，则其中的任意一个离散数据点则其中的任意一个离散数据点Pi都有一个邻近都有一个邻近范围范围Bi，在在Bi中的任一个点同中的任一个点同Pi点之间的距离点之间的距离小于它同其它离散数据点之间距离。小于它同其它离散数据点之间距离。Bi是一个是一个不规则多边形，称为泰森多边形。不规则多边形，称为泰森多边形。l生成方法：将生成方法：将Pi点分别同周围多个离散点相点分别同周围多个离散点相连，分别作直线的垂直平分线，垂直平分线连，分别作直线的垂直平分线，垂直平分线相交组成的多边形，即泰森多边形。如

8、图相交组成的多边形，即泰森多边形。如图abcdef。l(1)每个多边形内仅包含一个离散数据点。每个多边形内仅包含一个离散数据点。l(2)多边形内的任一点多边形内的任一点(x,y)同同Pi(xi,yi)之间距离总小之间距离总小于它同其它离散点之间距离。于它同其它离散点之间距离。l(3)泰森多边形的任意一个顶点必有三条边与它连泰森多边形的任意一个顶点必有三条边与它连接，这些边是相邻接，这些边是相邻3个泰森多边形的公共边。个泰森多边形的公共边。l(4)泰森多边形的任意一个顶点周围存在三个离散泰森多边形的任意一个顶点周围存在三个离散点，将其连成三角形后其外接圆的圆心即为该顶点，点，将其连成三角形后其外

9、接圆的圆心即为该顶点，该三角形称泰森三角形。该三角形称泰森三角形。返回l在地学分析中有广泛的用途。例如降水量计算。在地学分析中有广泛的用途。例如降水量计算。l根据区域图及根据区域图及7个离散点，求出个离散点，求出7个泰森多边形，个泰森多边形，其面积分别为其面积分别为A1，A2.A7。则该地区的平均则该地区的平均的降水量为各泰森多边形面积与其降水量乘积的降水量为各泰森多边形面积与其降水量乘积的和与各泰森多边形总面积之比。的和与各泰森多边形总面积之比。l其他应用，如在生成高程模型时，通过建立泰森多其他应用，如在生成高程模型时，通过建立泰森多边形边形(即三角网即三角网)得到等值线，从而得到地形图等。

10、得到等值线，从而得到地形图等。l基于对点、线或面等因素，按指定的条件，在基于对点、线或面等因素，按指定的条件，在其周围建立一定空间区域作为分析对象，这个其周围建立一定空间区域作为分析对象，这个区域称缓冲区。区域称缓冲区。l缓冲区分析在缓冲区分析在GIS中用中用途较多。如高速公路噪途较多。如高速公路噪声污染范围的缓冲区，声污染范围的缓冲区，建立废弃污染范围的缓建立废弃污染范围的缓冲区。冲区。l点的缓冲区生成是半径点的缓冲区生成是半径不同的不同的3个圆的逻辑个圆的逻辑“并并”。l线和面的缓冲区生成是求折线的平行线。线和面的缓冲区生成是求折线的平行线。l1当折线的曲率很大时，应作处理。当当折线的曲率

11、很大时，应作处理。当bb1.5D时，用时，用b1、b2线代替线代替b1bb2线。线。l2图形重叠的处理。除去相交区域。图形重叠的处理。除去相交区域。缓冲区分析包括缓冲区的建立及区域内分析（查询、缓冲区分析包括缓冲区的建立及区域内分析（查询、叠加等）。叠加等）。返回一、概述一、概述l数字地面模型数字地面模型(Digital Terrain Model，DTM）是是20世纪世纪50年代由美国摄影测量学家年代由美国摄影测量学家C.L.Milier提出。提出。lDTM是描述地表单元空间位置和地形属性分是描述地表单元空间位置和地形属性分布的有序集合。布的有序集合。lDTM一般用规则格点组成的栅格数据形式

12、表示：一般用规则格点组成的栅格数据形式表示：l Z11 Z12.Z1nl Z21 Z22.Z2nlDTM=l Zm1 Zm2.Zmnl其中其中Zij为网格点为网格点(i,j)上的地形属性数据。当上的地形属性数据。当Zij为海为海拔高度时，该模型称数字高程模型，简称拔高度时，该模型称数字高程模型，简称DEM(Digital Elevation Model)。l凡是涉及空间的各种属性，均可用凡是涉及空间的各种属性，均可用DTM来描述。来描述。返回1 影像影像l航空影像是高精度大范围航空影像是高精度大范围DEM生产最有价值的数生产最有价值的数据源。据源。l航天遥感也是获取航天遥感也是获取DEM数据的

13、一种方式。但精度数据的一种方式。但精度低。干涉雷达和激光扫描仪等是低。干涉雷达和激光扫描仪等是DEM最有希望的最有希望的数据源。数据源。l地形图是地形图是DEM的丰富、廉价的数据源。的丰富、廉价的数据源。l从地形图上采集从地形图上采集DEM涉及两个问题，一是地涉及两个问题，一是地图符号的数字化，二是这些数字化数据常不能图符号的数字化，二是这些数字化数据常不能满足现势性要求。满足现势性要求。l用用GPS、全站仪等观测获取地面点数据，经变全站仪等观测获取地面点数据，经变换建成换建成DEM，一般用于小范围大比例尺一般用于小范围大比例尺(1:2000)。精度高，但工作量很大，效率不高，。精度高，但工作

14、量很大，效率不高，费用高昂。费用高昂。返回l摄影测量和地形图数字化的方法是大规模摄影测量和地形图数字化的方法是大规模DEM采集最有效、最普遍的方式。采集最有效、最普遍的方式。1 摄影测量数据采集方法摄影测量数据采集方法l摄影测量是空间数据采集最有效的手段之一摄影测量是空间数据采集最有效的手段之一,它它具有效率高具有效率高,劳动强度低、精度高等优点。劳动强度低、精度高等优点。l该方法包括好多种，可以是人机交互式的或自该方法包括好多种，可以是人机交互式的或自动化的。动化的。l在地形复杂及陡峭地区，可采用沿等高线跟踪的方式进行数据采集，而在平坦地区，则不宜采用沿等高线采样的方法。沿等高线采样可按等距

15、离间隔或等时间间隔记录数据。l通过固定某一方向(如x轴方向)，而在另一方向(如y轴方向)以等间距移动测标，同时对每一点测量其高程值，便可获得规则格网数据。l剖面法只在一个方向即剖面方向上均匀采样。效率较高，但精度比规则格网低。另一固有缺点是如果要保持较小而且重要的地形特征，那就必须保证采样数据有较高的冗余度。l平坦地区样点较少，地形复杂地区的样点较多。小区域的格网间距逐渐改变，而采样也由粗到精地逐渐进行。该方法解决了规则格网采样方法的数据冗余问题，但仍存在缺点：l1在地表突变邻近区域内的采样数据有较高的冗余度；l2跟踪路径长，效率低。l根据地形特征进行选择性的采样，例如沿山脊(谷)线、特征点(

16、如山顶点)等进行采集。优点:只需以少量的点便能使其所代表的地面具有足够的可信度。缺点：它需要进行大量内插，采样效率不高，不便于自动采样和快速采样。l混合采样是一种将选择采样与规则格网采样相结合或者是选择采样与渐进采样相结合的采样方法。这种方法在地形突变处以选择采样的方式进行。使用混合采样能解决很多在规则格网采样和渐进采样中遇到的问题。但数据的存贮管理与应用较复杂。l上述(1)、(3)、(5)、(6)混合采样等方法适合于利用机助测图仪进行半自动化的交互式数据采集。特别是在数字摄影测量中，混合采样的方法既可以达到较高的作业效率，又可取得较好的数据质量。l自动采集方法按照像片上的规则格网利用数字影像

17、匹配进行数据采集。全数字化摄影测量系统在市场上已有比较成熟的产品。优点是自动化，不需太多的干预。但是在生成DEM时需要采集地貌特征点线，才能保证DEM的高保真度。返回l对地形图要素进行数字化处理，再内插对地形图要素进行数字化处理，再内插DEM。半自动扫描数字化技术已成为地图数字化的主半自动扫描数字化技术已成为地图数字化的主流。流。l由人工控制坐标的记录，高程从键盘输入。优由人工控制坐标的记录，高程从键盘输入。优点是所获取的数据在计算机中比较容易处理；点是所获取的数据在计算机中比较容易处理；缺点是速度慢、劳动强度大。缺点是速度慢、劳动强度大。（2）扫描数字化扫描数字化l将地图扫描得到栅格数据，将

18、栅格数据转换成将地图扫描得到栅格数据，将栅格数据转换成矢量数据。效率高。矢量数据。效率高。l数字化后的等高线数据通过高程点的内插、高数字化后的等高线数据通过高程点的内插、高程特征的生成等便可产生程特征的生成等便可产生DEM数据。数据。l从等高线数据可以直接生成从等高线数据可以直接生成TIN，也可直接生也可直接生成格网成格网DEM。DEM也可由等高线先生成也可由等高线先生成TIN再内插而获得（精度和效率最好）。再内插而获得（精度和效率最好）。返回(1)采集方法可从成本、精度等方面评价。采集方法可从成本、精度等方面评价。l各种采集方法都有各自的优、缺点，各种采集方法都有各自的优、缺点，DEM采采集

19、的方法要从目的需求、精度要求、设备条件、集的方法要从目的需求、精度要求、设备条件、经费条件等方面考虑（见下表）。经费条件等方面考虑（见下表）。l(2)摄影测量是摄影测量是DEM重要的数据源。重要的数据源。l交互式数字摄影测量自动化程度较高，并可顾交互式数字摄影测量自动化程度较高，并可顾及地形特征，同时生成的及地形特征，同时生成的DEM精度也比较高，精度也比较高，是进行数据库更新的最有效的方式之一。是进行数据库更新的最有效的方式之一。l(3)地形图是地形图是DEM的另一重要数据源。的另一重要数据源。l从等高线地形图生产从等高线地形图生产DEM的方法已经成熟，的方法已经成熟，可应用于生产。可应用于

20、生产。l(4)使用使用GPS、激光扫描、干涉雷达等新型技术激光扫描、干涉雷达等新型技术进行进行DEM数据采集是很有发展前景的数据采集是很有发展前景的DEM采集采集方式。方式。l(5)采集重要的地形特征点线是保证采集重要的地形特征点线是保证DEM质量和质量和效率的重要措施。效率的重要措施。l(6)利用利用TIN进行数据建模和随机栅格转换，是进行数据建模和随机栅格转换，是生产高精度格网生产高精度格网DEM的方案。的方案。1绘制等高线图绘制等高线图l步骤：步骤：l（1）等高线跟踪等高线跟踪l利用利用DEM的高程值内插出等高线点，并将这些的高程值内插出等高线点，并将这些等高线点按顺序排列；等高线点按顺

21、序排列；l（2）等高线的光滑）等高线的光滑l利用这些顺序排列的等高线点的平面坐标利用这些顺序排列的等高线点的平面坐标X、Y进行插补，即进一步加密等高线点并绘制成光滑进行插补，即进一步加密等高线点并绘制成光滑的曲线。的曲线。l传统方法费工、带主观因素。传统方法费工、带主观因素。l利用利用DEM数据作为信息源，以地面光照通量数据作为信息源，以地面光照通量为依据，计算该栅格所输出的灰度值，由此产为依据，计算该栅格所输出的灰度值，由此产生的晕渲图具有相当逼真的立体效果。生的晕渲图具有相当逼真的立体效果。l过去以写景图表示立体效果，这需要较高艺术过去以写景图表示立体效果，这需要较高艺术技技巧，费时费力。

22、技技巧，费时费力。l基于基于GIS的三维透视立体图的绘制，为解决这方的三维透视立体图的绘制，为解决这方面的问题提供了新的途径。且精度和效果好。面的问题提供了新的途径。且精度和效果好。DEM是其绘制的数据基础。是其绘制的数据基础。l地形分析是基本应用，其他应用可由此扩展。地形分析是基本应用，其他应用可由此扩展。l地形分析的内容有地形因子提取、地表类型分地形分析的内容有地形因子提取、地表类型分类以及剖面图的绘制等。类以及剖面图的绘制等。（1）坡度和坡向分析）坡度和坡向分析l1 坡度分析坡度分析l坡度定义为水平面和地形表面之间的夹角。表坡度定义为水平面和地形表面之间的夹角。表达方法是高度除以长度（高

23、度达方法是高度除以长度（高度/长度）。长度）。l坡度是计算相邻点的拟合面，并测量单位距离坡度是计算相邻点的拟合面，并测量单位距离内高度的变化。内高度的变化。GIS可在整个图层内计算高度可在整个图层内计算高度/长度的值，生成坡度图层。可以设定不同的坡长度的值，生成坡度图层。可以设定不同的坡度等级对其进行分类分区。度等级对其进行分类分区。l2 坡向分析坡向分析 l坡向为坡面法线在水平面上的投影与正北方向坡向为坡面法线在水平面上的投影与正北方向的夹角。的夹角。l地表粗糙度是反映地表的起伏变化和侵蚀程度地表粗糙度是反映地表的起伏变化和侵蚀程度的指标，一般定义为地表单元的曲面面积与其的指标，一般定义为地

24、表单元的曲面面积与其在水平面上的投影面积之比。在水平面上的投影面积之比。（3）谷脊特征分析）谷脊特征分析l谷是地势相对最低点的集合，脊是地势相对最谷是地势相对最低点的集合，脊是地势相对最高点的集合。高点的集合。返回l一、名词解释一、名词解释 l1、空间分析：、空间分析：2、形态分析：、形态分析：3、地形分析：、地形分析：l4、叠加分析：、叠加分析：5、邻域分析：、邻域分析：6、网络分析：、网络分析：l7、逻辑关系分析：、逻辑关系分析：8、统计关系分析：、统计关系分析：l9、视觉信息复合：、视觉信息复合：10、条件叠加：、条件叠加：l11、空间聚类：、空间聚类：12、空间聚合：、空间聚合：13、

25、泰森多边形：、泰森多边形：14、缓冲区分析：、缓冲区分析：15、DTM：16、DEMl17、空间分析的功能有哪些、空间分析的功能有哪些?l18、举例说明叠加分析的原理。、举例说明叠加分析的原理。l19、泰森多边形的特点有哪些、泰森多边形的特点有哪些?l20、画图说明缓冲区形成过程，有时需要什么样、画图说明缓冲区形成过程，有时需要什么样的特殊处理方法。的特殊处理方法。l21、DEM的数据来源有哪些的数据来源有哪些?l22、从摄影测量数据采集、从摄影测量数据采集DEM的方法有哪些的方法有哪些?l23、从地形图数据采集、从地形图数据采集DEM的方法有哪些的方法有哪些?l24、DTM的应用有哪些的应用有哪些?