地理信息系統(tǒng)原理-第六部分

本章概空間數(shù)據(jù)的集合分空間數(shù)據(jù)查矢量數(shù)據(jù)分柵格數(shù)據(jù)分三維數(shù)據(jù)分空間數(shù)據(jù)的集合分多邊形相交的布爾分2342341運算條運算結(jié)12341110NOT1111NOT1100(NOTA)·OR·(NOT1101(NOTA)·OR·1011空間查分類從屬性數(shù)據(jù)到空間數(shù)據(jù)的查圖從空間數(shù)據(jù)到屬圖屬屬性數(shù)空間查從屬性數(shù)據(jù)到空間數(shù)據(jù)的查SQL查詢及擴展的SQL查可視化空間查超文本查自然語言空間查從屬性數(shù)據(jù)到空間數(shù)據(jù)的查SQL查一般查SQL查擴展的SQL查一般查

SQL查基本思想:選擇一個屬性表，給定一個屬性值，找出對應的屬性記錄和空間圖形。SQL查SQL查標準的SQL查詢語言 需顯示的屬性 屬性 條 條 條SQL查詢例 所有屬性 縣或Where縣或市·人口>50 縣或市·人口<10 縣或市·面積>1200平方公SQL查詢界查詢結(jié)果窗查詢窗擴展的SQL查

SQL查擴展的S查詢語言:將S查詢和空間關(guān)系查詢結(jié)合起來形成的查詢語言。常用的空間關(guān)系的謂詞Ajacent—相Contain—包Cross—穿Inside—在……之Buffer—緩沖擴展的SQL查查詢?nèi)龒{地區(qū)長江流域人口大于50萬的縣或 所有屬性 縣或Where縣或市·人口>50 可視化空間查

從屬性數(shù)據(jù)到空間數(shù)據(jù)的查 可視化空間查特優(yōu)點自然、直觀、易操作，用簡單的符號可組成較復雜的查詢。缺點當空間約束條件復雜時，很難用符號描述用二維圖符表示圖形之間的關(guān)系時，可能會出現(xiàn)歧義難以表不易進行范圍（圓、矩形、多邊形等）約束無法進行屏幕定位查詢等超文本查

從屬性數(shù)據(jù)到空間數(shù)據(jù)的查超文本的概念:由文本信息結(jié)點和表示文本信息結(jié)點間相關(guān)聯(lián)的鏈所組成的一個具有一定邏輯結(jié)構(gòu)和語義查詢功能信息集成化網(wǎng)絡(luò)。超文本結(jié)構(gòu)

從屬性數(shù)據(jù)到空間數(shù)據(jù)的查

文本信息 超文本查詢的特

從屬性數(shù)據(jù)到空間數(shù)據(jù)的查用戶可以實現(xiàn)聯(lián)想式的查詢不能實時構(gòu)建自己需要的各種查詢自然語言空間

從屬性數(shù)據(jù)到空間數(shù)據(jù)的查基本思想：在查詢語言中引入自然語言的特點：在對自然語言中的模糊概念量化時，必須考慮當時的語義環(huán)境。從屬性數(shù)據(jù)到空間數(shù)據(jù)的查自然語言空間查詢的例例如查詢高氣溫的城市可表示SELECTname temperatureis通過統(tǒng)計分析和計算轉(zhuǎn)換為SELECTname temperature>=空間查從空間數(shù)據(jù)到屬性數(shù)據(jù)的查空間定位查空間關(guān)系查空間定位查

從空間數(shù)據(jù)到屬性數(shù)據(jù)的查定義：給定一個點或一個幾何圖形，檢索出該圖形范圍內(nèi)的空間對象以及相應的屬性。分類按點查按矩形查按圓查按多邊形查按點查

從空間數(shù)據(jù)到屬性數(shù)據(jù)的查按矩形查

從空間數(shù)據(jù)到屬性數(shù)據(jù)的查按圓查

從空間數(shù)據(jù)到屬性數(shù)據(jù)的查按多邊形查

從空間數(shù)據(jù)到屬性數(shù)據(jù)的查從空間數(shù)據(jù)到屬性數(shù)據(jù)的查空間關(guān)系查空間關(guān)系查詢包括空間拓撲關(guān)系查鄰接查穿越查包含關(guān)系查落入查緩沖區(qū)查空間拓撲關(guān)系查鄰接查包括多邊形鄰接查線與線的鄰接查多邊形鄰接查

鄰接查查詢與面狀地物A相鄰的所有多邊形。線與線的鄰接查

鄰接查穿越查

空間拓撲關(guān)系查查詢某一條公路或一條河流穿越了哪些縣、哪些鄉(xiāng)？包含關(guān)系查

空間拓撲關(guān)系查目的:查詢某一個面狀地物所包含的某一類例子：查詢一個湖泊有多少個小島落入查

空間拓撲關(guān)系查目的:確定一個空間對象落在哪個空間對象例如:查詢一個一等測量鋼標落在哪個鄉(xiāng)鎮(zhèn)緩沖區(qū)查

空間關(guān)系查基本步驟用戶給定一個點緩沖、線緩沖或面緩沖的距離從而形成一個緩沖區(qū)的多邊形檢索出該緩沖區(qū)多邊形內(nèi)的空間地物緩沖區(qū)的概

空間關(guān)系查(1)點的緩沖 (2)線的緩沖 (3)面的緩沖緩沖區(qū)的建

空間關(guān)系查點的緩沖區(qū)：給定半徑繪圓即可線的緩沖區(qū) 的兩邊按一定的距 一條線所建的緩沖區(qū)出

線的緩沖區(qū)的建 的部分去對緩沖區(qū)邊界求(1)輸入數(shù) (2)緩沖區(qū)操 處理后的緩沖多條線的緩沖區(qū)

線的緩沖區(qū)的建 (1)輸入數(shù) (2)緩沖區(qū)操 處理后的緩沖緩沖區(qū)查詢實

空間關(guān)系查6.1.3性數(shù)據(jù)的查詢統(tǒng)屬性數(shù)據(jù)的集中特征屬性數(shù)據(jù)的離散特征屬性數(shù)據(jù)的集中特征頻頻平均數(shù)學期中眾頻數(shù)和頻

屬性數(shù)據(jù)的集中特征頻數(shù)：將變量xi（i＝1,2,…，n）按大小順序排列，并按一定的間分組。變量在各組出現(xiàn)或發(fā)生的次數(shù)，用fi表示頻率：各組頻數(shù)與總頻數(shù)之比意義根據(jù)大數(shù)定理，當n相當大時，頻率可近似地表示事件的概率計算出各組的頻率后，就可作出頻率分布圖若以縱軸表示頻率，橫軸表示分組，可作出頻率直方圖

屬性數(shù)據(jù)的集中特征平均數(shù)反映了數(shù)據(jù)取值的集中位置。對于數(shù)據(jù)i（i＝，，…，）通常有簡單算術(shù)平均數(shù)和 算術(shù)平均數(shù)。分類簡單算術(shù)平均算術(shù)平均數(shù)學期

屬性數(shù)據(jù)的集中特征定義：以概率為權(quán)值 平均數(shù)意義：用于反映數(shù)據(jù)分布的集中趨勢計算公式為Pi：事件發(fā)生的概屬性數(shù)據(jù)的集中特征中定義：對于有序數(shù)據(jù)集X，如果有一個數(shù)x，則稱x為數(shù)據(jù)集X的中數(shù)，記為Me計算方法X的總項數(shù)為奇數(shù)X的總頂數(shù)為偶數(shù)屬性數(shù)據(jù)的集中特征眾定義：具有最大可能出現(xiàn)的數(shù)值眾數(shù)可能不是唯一的屬性數(shù)據(jù)的集中特征屬性數(shù)據(jù)的離散特征極離差、平均離差與離差平方方差與標準變差系屬性數(shù)據(jù)的集中特征極屬性數(shù)據(jù)的集中特征離差、平均離差、離差平方方差與標準

屬性數(shù)據(jù)的集中特征標準差：方差的平方根，記為變差系

屬性數(shù)據(jù)的集中特征定義：用來衡量數(shù)據(jù)在時間和空間上的相對變化的程度，是無量綱的量，記為v：□σ：標準差數(shù)矢量數(shù)據(jù)分包含分矢量數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)分多邊形疊置分矢量數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)分包含分應用確定某個井位屬于哪個行政區(qū)包含分析的算點與點、點與最小距離閾值法點與鉛矢量數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)分應用實例點緩沖區(qū) 品倉庫 范圍線緩沖區(qū):道路拓寬導致的經(jīng)濟損失面緩沖區(qū):野生動物棲息地分析疊置分1什么是疊置1什么是疊置分析2視覺疊置分析的定義及類3矢量疊置分析的定義及類4如何利用疊置分析實現(xiàn)擇房分析適宜性分析任務(wù)市區(qū)選房分析離主要市區(qū)交通要道200米之外在主要商業(yè)中心的服務(wù)范圍內(nèi)距名牌高中在750米之內(nèi)距公共綠地500道路網(wǎng)數(shù)商業(yè)中心分名牌高中分公共綠地分緩沖距離主要200米以商業(yè)中服務(wù)范名牌高750米以名勝古500米以？什么是疊置分在統(tǒng)一的空間坐標參將同一地區(qū)兩個或兩個 上地理要素圖層進行疊加

輸入圖新屬性特新空新屬性特新空間關(guān)視覺信息疊置的定義及類特點只是信息的視覺疊不產(chǎn)生新的數(shù)據(jù)視覺疊置常用類矢量圖與矢量+道路+（線狀圖

學（點狀圖視覺疊置的常用類遙感圖與專題視覺疊置的常用類專題圖與視覺疊置常用類遙感影像與矢量數(shù)據(jù)疊置分析的定義及類 特點生成新空間關(guān)系，——與矢量疊置相關(guān)的空間邏輯運包含 邏輯交 邏輯并 邏輯差疊置分析類疊疊置分擦除疊置

矢量數(shù)據(jù)疊置分基本思想輸入圖層根據(jù)擦除圖層的范圍大小去掉擦除圖層所覆蓋的輸入圖層內(nèi)要素

屬性輸入圖 擦除圖識別疊置（Identity

矢量數(shù)據(jù)疊置分基本思想同時也有部分的圖形的變化在其中

屬性輸入圖

識別圖相交疊置（Intersect）矢量數(shù)據(jù)疊置分基本思想保留兩個圖層的交集部分組合原圖層的所有屬性到新圖相交疊置的類

矢量數(shù)據(jù)疊置分相交圖層為線或相交疊置示

屬性輸入圖 相交圖均勻差（Symmetrical基本思想去掉兩個圖層間的公共部分

矢量數(shù)據(jù)疊置分綜合兩者的屬性到新圖層的屬性中

屬性輸入圖 差值圖合并疊置（Union

矢量數(shù)據(jù)疊置分基本思想聯(lián)合兩個圖層的區(qū)域范圍合并輸入圖層和疊加圖層的所有屬性

屬性輸入圖 合并圖

矢量數(shù)據(jù)疊置分基本思想對輸入圖層和修正圖層求交

屬性輸入圖 更新圖疊置分析在擇房分析中的市區(qū)選房分析離主要市區(qū)交通要道200米之外在主要商業(yè)中心的服務(wù)范圍內(nèi)距名牌高中在750米之內(nèi)距公共綠地500疊置分析在擇房分析中的

750

500

200疊置分析的基本算點與多邊線與多邊多邊形與多邊點與多邊形的疊基本思想：確定一幅圖或數(shù)據(jù)層上的點落在另一幅圖或數(shù)據(jù)層的哪個多邊形中，給相應的點增加新的屬性內(nèi)容。具體算法：判斷點是否在多邊形內(nèi)垂轉(zhuǎn)角點與多邊形的疊置實綜合圖城市功綜合圖城市功能分區(qū)圖水井位置圖每個城市功能區(qū)(如居住區(qū))有多少水井，或每口水井是位于城市的什么功能區(qū)。線與多邊形的疊基本思想：把一幅圖或一個數(shù)據(jù)層中的多邊形的特征加到另一幅圖或另一個數(shù)據(jù)層)的線上。綜合圖境界圖道路圖 綜合圖境界圖道路圖每個政區(qū)中各種等級道路的里程多邊形與多邊形的疊 分類合成疊統(tǒng)計疊綜合圖城市功綜合圖城市功能分區(qū)圖土壤類型圖商業(yè)區(qū)中具有哪些不穩(wěn)定土壤結(jié)構(gòu)的地區(qū)合成疊

多邊形與多邊形的疊12AB屬性屬性12屬性屬性AB12AB屬性屬性12屬性屬性AB屬性合并的方法ID-ID-屬性ID-ID-屬性屬性屬性屬性1A1B2A2B取平均值、最值取邏輯運算的結(jié)統(tǒng)計疊

多邊形與多邊形的疊12AB屬性屬性12屬性屬性AB12AB屬性屬性12屬性屬性AB屬性A（匯總屬性B（匯總網(wǎng)絡(luò)分 網(wǎng)絡(luò)分析包括哪些基本功能2什么是2什么是網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)3如何實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分網(wǎng)絡(luò)分析包括哪些基本功1.1路徑分交通分交通分耗費：路線距離、時間、成本消防分耗費：到達時間通信線路分耗費：線路的長度、成本搶險救災分耗費：路線距離網(wǎng)絡(luò)分析包括哪些基本功1.2最近設(shè)施分基本思想112網(wǎng)絡(luò)分析包括哪些基本功1.3定位配置分目標：對供給和需求相互作用進行分析，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)1位分已知需求點，求供給點1位分已知需求點，求供給點3位-配置分同時分析供給點和需求點22置分已知供給點，分需求點情況網(wǎng)絡(luò)分析任務(wù)的共同最短路徑問如何尋找兩點間最短（最優(yōu)）路徑

最近設(shè)施問

定位配置問現(xiàn)有公共設(shè)施的分是否能夠滿足需求網(wǎng)絡(luò)數(shù)什么是網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)由點、線二元關(guān)系構(gòu)成的線要素數(shù)據(jù)道路系□流域的水圖論中的

結(jié)點

G(V,

結(jié)點構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)的基本徑的交點。G(V

E,C)

：網(wǎng)絡(luò)中不能通過的結(jié)點拐角點：網(wǎng)絡(luò)中流動方向轉(zhuǎn)變結(jié)點鏈或弧段：連接兩個結(jié)點的弧或路徑中心：具有接受或發(fā)送資源能的結(jié)點中心

站點：裝卸資源的結(jié)點如何實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分析最短路徑算最小距離模型（P-中心定位模型最大覆蓋模最短路徑算最常用：Dijkstra算①每次對一個結(jié)點進行標號，以標號點為中轉(zhuǎn)②對這些最短路徑進行比較，并將其中取得最重復上兩步，直到找到終點最短路徑為止算算法中心思想：若從點S到點T則該路徑上的任何點到S的距離都是最短的Dijkstra算法示分析任務(wù)AC點的最短路徑A→EA→EBA→EEA→D(B)＝min｛D(B),D(D)+D(D,B)｝＝min｛4,∞＋1｝＝4D(C)＝min｛D(C),D(D)+D(D,C)｝＝min｛∞,9＋1｝＝10D(E)＝min｛D(E),D(D)+D(D,E)｝＝min｛2,2＋1｝＝2DA最小距離模型（P-中心算法分析PP供給候選約束條件：供應點到需求點間總距離最小Teitz-Bart①從候選點中選擇P個點構(gòu)成待定需求點集合②將待定需求點集合中的點分配到其最鄰近的供應 ③從剩余需求點中選擇一個需求點，逐個替代待定 ④繼續(xù)選擇其他的需求點，重復上一步操作，直到⑤找出最小的 距離，得到最優(yōu)需求點集合選P個候選點為初始供應點集候選將需求點分配給其最近的供并計算其總距離從未被選取的候選一候選點PtC1,C2,...,Cp用Cb逐個替換Pt中的供應點C未選候選點計算Bt的變bbjBt'C P2,M用Cb替換CkBtBt若最大值大于零，最大覆蓋模中中心最到達區(qū)在給定時間或距離內(nèi)能夠到達的最大區(qū)寬度優(yōu)先搜索算基本思想依次找出到中心點費用不超過中心阻值；122312232212C2332中心阻值DijkstraDijkstra算網(wǎng)絡(luò)分基本功網(wǎng)絡(luò)數(shù)

定位配

配置分定位配析網(wǎng)絡(luò)分析算

寬度優(yōu)先算柵格數(shù)據(jù)聚類分聚合分柵格數(shù)據(jù)疊置分柵格數(shù)據(jù)距離分柵格數(shù)據(jù)的追蹤分柵格數(shù)據(jù)的窗口分聚類分基本思想聚合分例子由大比例尺數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為小比例尺數(shù)數(shù)字高程模型轉(zhuǎn)為數(shù)字高程分級模1641643521623 柵格數(shù)據(jù)疊置分特點疊加的結(jié)果生成新的數(shù)據(jù)平面，這個數(shù)據(jù)平面記錄重新劃分的區(qū)域?qū)膶傩詳?shù)據(jù)庫中包含了原來參加復合的數(shù)據(jù)平的屬性數(shù)據(jù)庫中所有的數(shù)據(jù)項柵格疊置的分類及應柵格疊置的分類及應動態(tài)分析：通過對同一地區(qū)、相同屬性、不同時間的柵格數(shù)據(jù)的疊置，分析由時間引起的變化。柵格數(shù)據(jù)距離分1什么是1什么是距離分析2距離分析需要什么數(shù)據(jù)3有哪些常用的距離分析基本工具4如何利用距離分析基本工具解決問題距離分析任務(wù)示目標：根據(jù)實際地形做出合理的公路規(guī)劃要求新建公路為較短路徑，且成本較少新建公路要避開主干河流，以控制成公路成本計算與坡度和起伏度相關(guān)什么是距離分析應用市政設(shè)施的布設(shè)及其服務(wù)區(qū)域的分析兩地之間的最少成本如何理解GIS中的距離1.1自然距離目標點間的直線距離 得距離）像元大小

-

像元大小如何理解GIS中的距離1.2耗費距離穿越目標點間直線距離的耗費代價應用時間耗費耗費成本耗費距離分析需要什么數(shù)據(jù)源數(shù)柵格數(shù)

矢量數(shù)2距離分析需要什么數(shù)據(jù)成本數(shù)據(jù)（耗費柵格定義：穿過每個像元的成本或阻抗每個像元的耗費是不同耗費的總和可以是實際耗費或相對耗費修建學校的成修建公路的成旅游線路的花2距離分析需要什么數(shù)據(jù)成本距離數(shù)定義：每個柵格到成本最低的源的最小累加成本。主 因子表面距垂直因水平因2距離分析需要什么數(shù)據(jù)方向數(shù)定義：從某一像元出發(fā)，沿著最低累計成本路徑到達最近源的路線方向。源數(shù) 方向柵格數(shù)2距離分析需要什么數(shù)據(jù)分配數(shù)定義：距離每一像元隸屬的最近源像元源數(shù) 直線分配數(shù)有哪些常用的距離分析基本工具

成本距 分直線距離分基本思想 輸入數(shù) 輸入數(shù) 源數(shù)空氣污染影響度輸出數(shù)輸出數(shù)直線距離數(shù)據(jù)直線方向數(shù)據(jù)；直線分配數(shù)計算與超市距離直線距離分析示學校分（源數(shù)據(jù)直直線距離數(shù)直線分配數(shù)直線方向數(shù)直線距離分成本距離分基本思想輸入數(shù)源數(shù)輸入數(shù)源數(shù)應用輸出數(shù)成本距離數(shù)輸出數(shù)成本距離數(shù)據(jù)成本方向數(shù)據(jù)；區(qū)域分配數(shù)成本距分成本距分

最短路徑分基本思想計算源點到目的地的最小成本路徑計算方式每個源的最小路所有源的最小路

輸入數(shù) 源數(shù)據(jù)成本距 數(shù)據(jù)成本方向數(shù)輸出數(shù)最短路最短最短路徑分析過成本數(shù)1成本距分成本距離數(shù)成本累計數(shù)2最短路徑分最短路徑數(shù)如何利用距離分析基本工具解決問題要求新建公路為較短路徑，且成本較少新建公路要避開主干河流，以控制成本公路成本計算與坡度和起伏度相關(guān)Cost=reclass_river+(reclass_slope*0.6+reclass_QFD*0.4)

DEM

終點數(shù)據(jù)最成本距離數(shù)

柵格數(shù)據(jù)的追蹤分基本思想：對于特定的柵格數(shù)據(jù)系統(tǒng)，由一個或多個起點，按照一定的追蹤線索進行追蹤目標的空間分析方法。應用例子圖象矢量利用數(shù)字高程模型自動提污染源的追蹤分柵格數(shù)據(jù)的窗口分窗口類型矩圓環(huán)扇三維可視化及空間分三維可視化和分析使用的數(shù)三維可視 分三維可視化和分析使用的數(shù)數(shù)字高程模不規(guī)則三角三維可視化方等垂直剖面地貌暈渲分層設(shè)色法等等高線：相同高程點的連線等高距：等高線之間的垂直距離作用等高線的形狀和分布可以直觀的反應地形量測坡度和坡向垂直剖垂直剖面：沿一條線方向上高度的變化繪制方法在等高線圖上畫一條線適當提高每個交叉點的高聯(lián)結(jié)各交叉點地貌暈原理模擬光與地分層設(shè)原理：用不同的顏色表示不同的高度帶法四個參數(shù)觀察方位：觀察者對地面觀察角度：觀察者所在高度與地平面的觀察距離：觀察者與地表的距豎向比例尺：垂直比例尺與水平比例尺的比率 分定義：對二維平面的第三維變量的分析，最常見的是地形分析，也可以用在降雨量、土壤酸堿度等方面。主要方法坡度和坡向分表面曲率分視域分流域分坡度和坡向坡度：地面特定區(qū)域高度變化比率的度量，反應斜坡的傾斜程度。是一個具有大小和方向的矢量坡向定基于DEM的定義–過格網(wǎng)單元所擬合的曲面基于格網(wǎng)數(shù)據(jù)單元的坡度坡向基本思想:由單元標準矢量的傾斜方向和傾斜量，計算每個單元的坡度和坡向。標準矢量:指垂直于格網(wǎng)單元的有向直線設(shè)標準矢量為(nxnySxn2/Sxn2/yz格網(wǎng)單元的坡向D為Darctan(ny/nx基于不規(guī)則三角網(wǎng)的坡度坡向 面。設(shè)三角面的三個節(jié)點坐標分別為：矢矢量E1(x1,y1,z1),E2

y1),(z2

的向量積標準向量的三個分量為nx:( ny: nz 表面曲率分剖面曲率：沿著最大坡度方向的估算值平面曲率：與最大坡度方向呈直角方向的估算值正負的意義曲率為正：表面向上凸出曲率為負：表面向下凹零：平面曲率計算原Z=Ax2y2+Bx2y+Cxy2+Dx2+Ey2+Fxy+Gx+Hy+ 剖面曲率

2((DG

EH

FGH)/(G

H2平面曲率

2((DH

FGH)/(G

H2表面曲率2(DE)剖面分基本思想以數(shù)字地形模型為基礎(chǔ)構(gòu)造某一方向的概括研究區(qū)域的地勢、地質(zhì)和水文特征地貌形輪廓形絕對與相對高地質(zhì)構(gòu)斜坡特地表切割強侵蝕因基于規(guī)則格網(wǎng)的剖面線生成算確定剖面線的起止點計算剖面線與所經(jīng)過網(wǎng)格的所有交點，內(nèi)插出各交點的坐標和高程，并將交點按離起