中大地理信息系統(tǒng)的空間分析(中山大學(xué)gis課件》

1、中小學(xué)校區(qū)片合理分布空間分析功能主要是滿足對一定區(qū)域內(nèi)的教育設(shè)施分別狀況、規(guī)劃管理等需求等方面的需要教育設(shè)施影響范圍空間分析的主要方法空間分析的主要方法 查詢和定位空間對象，并對空間對象進行量查詢和定位空間對象，并對空間對象進行量算是算是GIS的基本功能之一的基本功能之一，它是，它是GIS進行高層次進行高層次分析的基礎(chǔ)。在分析的基礎(chǔ)。在GIS中，為進行高層次分析，往中，為進行高層次分析，往往需要查詢定位空間對象，并用一些簡單的量測往需要查詢定位空間對象，并用一些簡單的量測值對地理分布或現(xiàn)象進行描述，如長度、面積、值對地理分布或現(xiàn)象進行描述，如長度、面積、距離等。實際上，距離等。實際上，空間分析

2、首先始于空間查詢和空間分析首先始于空間查詢和量算，它是空間分析的定量基礎(chǔ)。量算，它是空間分析的定量基礎(chǔ)。 圖形和屬性的互查是最常用的查詢，主要有兩類：圖形和屬性的互查是最常用的查詢，主要有兩類：1、按屬性信息的要求來查詢定位空間位置按屬性信息的要求來查詢定位空間位置，稱為稱為“屬性屬性查圖形查圖形”。如在中國行政區(qū)劃圖上查詢?nèi)丝诖笥?。如在中國行政區(qū)劃圖上查詢?nèi)丝诖笥?000萬且萬且城市人口大于城市人口大于1000萬的省有哪些萬的省有哪些?稱為稱為SQL查詢查詢.2、根據(jù)對象的空間位置查詢有關(guān)的屬性信息、根據(jù)對象的空間位置查詢有關(guān)的屬性信息，稱為，稱為“圖圖形查屬性形查屬性”。如一般的。如一般的

3、GIS軟件都提供一個軟件都提供一個“INFO”工具工具，讓用戶利用鼠標(biāo)，用點選、畫線、矩形、圓、不規(guī)則多，讓用戶利用鼠標(biāo)，用點選、畫線、矩形、圓、不規(guī)則多邊形等工具選中地物，并顯示所查詢對象的屬性列表，可邊形等工具選中地物，并顯示所查詢對象的屬性列表，可進行有關(guān)統(tǒng)計分析。進行有關(guān)統(tǒng)計分析。1、基于空間關(guān)系查詢、基于空間關(guān)系查詢 空間實體間存在多種空間關(guān)系，包括拓?fù)洹⒕嚯x、方空間實體間存在多種空間關(guān)系，包括拓?fù)?、距離、方位等。如查找滿足下列條件的城市位等。如查找滿足下列條件的城市(Buffer)：在京滬線的左右；距離京滬線左右在京滬線的左右；距離京滬線左右100公里以內(nèi)公里以內(nèi);城市人口大于城市

4、人口大于100萬萬; 城市區(qū)域面積城市區(qū)域面積5000平方公里平方公里.北京北京,保定保定,石家莊石家莊,鄭州鄭州,開封開封,徐州徐州,南京南京,無錫無錫,蘇州蘇州,上海上海 簡單的點線面相互關(guān)系拓?fù)洳樵儼ǎ汉唵蔚狞c線面相互關(guān)系拓?fù)洳樵儼ǎ好婷娌樵兠婷娌樵?如與某個多邊形相鄰的多邊形有哪些如與某個多邊形相鄰的多邊形有哪些(主區(qū)與鄰區(qū)主區(qū)與鄰區(qū))；面線查詢面線查詢:如某個多邊形內(nèi)包含哪些線如某個多邊形內(nèi)包含哪些線(縣內(nèi)有多少公路里程數(shù)縣內(nèi)有多少公路里程數(shù))；面點查詢面點查詢:如某個多邊形內(nèi)有哪些點狀地物如某個多邊形內(nèi)有哪些點狀地物(某縣內(nèi)多少個郵局某縣內(nèi)多少個郵局)；線面查詢線面查詢:如某條

5、線經(jīng)過的多邊形有哪些如某條線經(jīng)過的多邊形有哪些(某鐵路經(jīng)過哪些省某鐵路經(jīng)過哪些省)；線線查詢線線查詢:如與某條河流相連的支流有哪些如與某條河流相連的支流有哪些(長江與它的支流長江與它的支流)；線點查詢線點查詢:如某條道路上有哪些橋梁，如某條道路上有哪些橋梁，點面查詢點面查詢:如某個點落在那個多邊形內(nèi)如某個點落在那個多邊形內(nèi)(1000萬以上人口的城市萬以上人口的城市)；點線查詢點線查詢:如某個結(jié)點由哪些線相交而成如某個結(jié)點由哪些線相交而成(公路交叉口公路交叉口)； 2、基于空間關(guān)系和屬性特征查詢、基于空間關(guān)系和屬性特征查詢傳統(tǒng)的傳統(tǒng)的SQL并不能處理空間查詢，對并不能處理空間查詢，對GIS而言，

6、需而言，需要對要對SQL進行擴展進行擴展,主要包括空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的匹配等主要包括空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的匹配等如地址匹配查詢?nèi)绲刂菲ヅ洳樵?根據(jù)街道的地址來查詢事物的空間位置和屬性信根據(jù)街道的地址來查詢事物的空間位置和屬性信息是息是GIS特有的一種查詢功能，特有的一種查詢功能，這種查詢利用地理編碼，輸入街這種查詢利用地理編碼，輸入街道的門牌號，就可以知道大致的位置和所在的街區(qū)。道的門牌號，就可以知道大致的位置和所在的街區(qū)。它對空間分它對空間分布的社會、經(jīng)濟調(diào)查和統(tǒng)計很有幫助，只要在調(diào)查表中添加了地布的社會、經(jīng)濟調(diào)查和統(tǒng)計很有幫助，只要在調(diào)查表中添加了地址，址，GIS就可以自動地從空間位置的角度

7、來統(tǒng)計分析各種經(jīng)濟社就可以自動地從空間位置的角度來統(tǒng)計分析各種經(jīng)濟社會調(diào)查資料。另外，這種查詢也經(jīng)常用于公用事業(yè)管理，事故分會調(diào)查資料。另外，這種查詢也經(jīng)常用于公用事業(yè)管理，事故分析等方面，如郵政、通訊、供水、供電、治安、消防、醫(yī)療等領(lǐng)析等方面，如郵政、通訊、供水、供電、治安、消防、醫(yī)療等領(lǐng)域。域?？臻g信息量算空間信息量算 1長度長度 線狀物體的長度是最基本的形態(tài)參數(shù)之一，在矢量線狀物體的長度是最基本的形態(tài)參數(shù)之一，在矢量數(shù)據(jù)格式下，線由點組成，線狀物體表示為一個坐標(biāo)串?dāng)?shù)據(jù)格式下，線由點組成，線狀物體表示為一個坐標(biāo)串(Xi, Yi)，而線長度可由兩點間直線距離相加得到。則線而線長度可由兩點間直

8、線距離相加得到。則線狀物體長度的計算公式為：狀物體長度的計算公式為： 空間信息量算空間信息量算 2面積面積 多邊形的面積是一個重要指標(biāo)。多邊形邊界可以分多邊形的面積是一個重要指標(biāo)。多邊形邊界可以分解為上下兩半，其面積就是上半邊界下的積分值與下解為上下兩半，其面積就是上半邊界下的積分值與下半邊界下的積分值之差。設(shè)面狀物體的輪廓邊界由一半邊界下的積分值之差。設(shè)面狀物體的輪廓邊界由一個點的序列個點的序列P1 (x1 , y1), P2 ( x2, y2 ), ，Pn (xn, yn)表示，表示，其面積為其面積為:niiiiiyxyxS11121 2面積面積niiiiiyxyxS11121YoXSS1

9、S2S=S2-S1YoXS1(X1,y1)(X2,y2)(X3,y3)(X4,y4)(X5,y5)S1=(x2-x1)(y1+y2)/2+ (x3-x2)(y2+y3)/2 + (x4-x3)(y3+y4)/2 + (x5-x4)(y4+y5)/2空間信息量算空間信息量算 3彎曲度彎曲度彎曲度是描述線狀物體彎曲程度的一個重彎曲度是描述線狀物體彎曲程度的一個重要參數(shù)，它定義為曲線長度與曲線的兩個端要參數(shù)，它定義為曲線長度與曲線的兩個端點之間長度的比值，即點之間長度的比值，即 : 起點到終點的直線距離觀測的路徑長度w空間信息量算空間信息量算空間信息量算空間信息量算 按梯形計算重心位置按梯形計算重心

10、位置空間信息量算空間信息量算 按梯形計算重心位置按梯形計算重心位置iiiGAAXX/iiiGAAYY/iXiYiA 按梯形計算重心位置按梯形計算重心位置6/ )(6/ )(2/ )(121211212111iiiiiiiiiiiiiiiiiiiiixxyyyyAYyyxxxxAXxxyyA空間信息量算空間信息量算 可理解為其分布中心。其重心計算方法是取離散可理解為其分布中心。其重心計算方法是取離散目標(biāo)的加權(quán)平均中心，它是離散目標(biāo)保持均勻分布的目標(biāo)的加權(quán)平均中心，它是離散目標(biāo)保持均勻分布的平衡點。平衡點。 計算公式為：計算公式為：2）面狀分布離散目標(biāo)的重心）面狀分布離散目標(biāo)的重心 iiiiiGi

11、iiiiGWYWYWXWX,其中，其中，i為離散目標(biāo)物，為離散目標(biāo)物，Wi為該目標(biāo)物權(quán)重。為該目標(biāo)物權(quán)重。Xi與與Yi為其坐標(biāo)。為其坐標(biāo)?？臻g信息量算空間信息量算 當(dāng)把城市作為單個面狀目標(biāo)看待時，當(dāng)把城市作為單個面狀目標(biāo)看待時，可以直接使用面狀目標(biāo)的形狀系數(shù)，如形可以直接使用面狀目標(biāo)的形狀系數(shù)，如形狀率、圓形率、緊湊度等狀率、圓形率、緊湊度等, ,這些指標(biāo)計算較這些指標(biāo)計算較簡單，但只反映一個抽象的形狀；簡單，但只反映一個抽象的形狀； 當(dāng)把城市作為面狀目標(biāo)的集合看待時當(dāng)把城市作為面狀目標(biāo)的集合看待時，可以使用放射狀指數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)面積指數(shù)等，可以使用放射狀指數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)面積指數(shù)等形狀系數(shù)，這些指標(biāo)計算較

12、復(fù)雜，但反映形狀系數(shù)，這些指標(biāo)計算較復(fù)雜，但反映了城市內(nèi)部的具體聯(lián)系。在多數(shù)指標(biāo)中，了城市內(nèi)部的具體聯(lián)系。在多數(shù)指標(biāo)中，都以圓形作為城市的標(biāo)準(zhǔn)形狀。都以圓形作為城市的標(biāo)準(zhǔn)形狀?？臻g信息量算空間信息量算 1 1）形狀比）形狀比( (FORM RATIO)FORM RATIO)該指標(biāo)能反映城市的帶狀特征，城市的帶狀特該指標(biāo)能反映城市的帶狀特征，城市的帶狀特征越明顯則形狀比越小。顯然，如果城市為狹征越明顯則形狀比越小。顯然，如果城市為狹長帶狀分布，其長軸兩端的聯(lián)系是不便捷的。長帶狀分布，其長軸兩端的聯(lián)系是不便捷的。形狀比形狀比= =A/ /L2 2 其中，其中，A為區(qū)域面積，為區(qū)域面積，L為區(qū)域最長

13、軸的長度。為區(qū)域最長軸的長度?？臻g信息量算空間信息量算 伸延率伸延率= =L/ L 式中，式中，L為區(qū)域最長軸長度，為區(qū)域最長軸長度，L為區(qū)域最短軸為區(qū)域最短軸長度。長度。 2 2）伸延率）伸延率( (ELONGATION RATIO)ELONGATION RATIO) 該指標(biāo)反映城市的帶狀延伸程度，帶狀延該指標(biāo)反映城市的帶狀延伸程度，帶狀延伸越明顯則延伸率越大，反映城市的離散程伸越明顯則延伸率越大，反映城市的離散程度越大。度越大?？臻g信息量算空間信息量算緊湊度有三個不同的計算公式。緊湊度有三個不同的計算公式。 公式公式1 1： 緊湊度緊湊度= =其中，其中，A為面積，為面積，P為周長。為周長

14、。該指標(biāo)反映城市的緊湊程度，其中圓形區(qū)該指標(biāo)反映城市的緊湊程度，其中圓形區(qū)域被認(rèn)為最緊湊，緊湊度為域被認(rèn)為最緊湊，緊湊度為1 1。其它形狀的。其它形狀的區(qū)域，其離散程度越大則緊湊度越低。區(qū)域，其離散程度越大則緊湊度越低。PA /23 3）緊湊度）緊湊度( (COMPACTNESS RATIO)COMPACTNESS RATIO)空間信息量算空間信息量算 3 3）緊湊度指數(shù)）緊湊度指數(shù)( (COMPACTNESS INDEX)COMPACTNESS INDEX) 公式公式2 2： 緊湊度指數(shù)緊湊度指數(shù)= =A/ /A其中，其中，A為區(qū)域面積，為區(qū)域面積，A為該區(qū)域最小外接圓面為該區(qū)域最小外接圓面

15、積。該指標(biāo)同樣認(rèn)為圓形區(qū)域最緊湊，其緊湊積。該指標(biāo)同樣認(rèn)為圓形區(qū)域最緊湊，其緊湊度為度為1 1。在計算中采用最小外接圓面積作為衡量。在計算中采用最小外接圓面積作為衡量城市形狀的標(biāo)準(zhǔn)。城市形狀的標(biāo)準(zhǔn)?？臻g信息量算空間信息量算 3 3）緊湊度）緊湊度( (COMPACTNESS RATIO)COMPACTNESS RATIO) 公式公式3 3： 緊湊度緊湊度=1.273=1.273A/A/L2 2 其中，其中，L為最長軸長度，為最長軸長度，A為區(qū)域面積為區(qū)域面積。該指標(biāo)也認(rèn)為圓形為標(biāo)準(zhǔn)形狀，但它只考。該指標(biāo)也認(rèn)為圓形為標(biāo)準(zhǔn)形狀，但它只考慮最長軸長度，只能概略地反映城市形狀。慮最長軸長度，只能概略地

16、反映城市形狀?？臻g信息量算空間信息量算 4 4）放射狀指數(shù)）放射狀指數(shù)( (RADIAL SHAPE INDEX)RADIAL SHAPE INDEX) 放射狀指數(shù)有兩個不同的計算公式，較常使放射狀指數(shù)有兩個不同的計算公式，較常使用的計算公式為：用的計算公式為： 放射狀指數(shù)放射狀指數(shù)= = 式中，式中，di 是城市中心到第是城市中心到第i地段或小區(qū)中心的地段或小區(qū)中心的距離，距離，n為地段或小區(qū)數(shù)量。為地段或小區(qū)數(shù)量。 這一指標(biāo)不單純是從抽象的形狀入手，而是這一指標(biāo)不單純是從抽象的形狀入手，而是綜合了城市內(nèi)部各小區(qū)的位置特征。通過距離（綜合了城市內(nèi)部各小區(qū)的位置特征。通過距離（可以結(jié)合時間、阻力等線路因素）反映城市中心可以結(jié)合時間、阻力等線路因素）反映城市中心與區(qū)內(nèi)各部分之間的具體聯(lián)系。與區(qū)內(nèi)各部分之間的具體聯(lián)系。niniiindd11| )/100()/100( |空間信息量算空間信息量算 5 5）標(biāo)準(zhǔn)面積指數(shù)）標(biāo)準(zhǔn)面積指數(shù) 式中：式中：S為標(biāo)準(zhǔn)面積指數(shù)；為標(biāo)準(zhǔn)面積指數(shù)；A為區(qū)域面積；為區(qū)域面積；As為與區(qū)域為與區(qū)域面積相等的等邊三角形面積。面積相等的等邊三角形面積。 該指標(biāo)把等邊三角形作為標(biāo)準(zhǔn)形狀。計算時，先該指標(biāo)把等邊三角形作為標(biāo)準(zhǔn)形狀。計算時，先換算出等邊三角形，把等邊三角形疊置在區(qū)域范圍上