地理信息系統(tǒng)教程(第5章 空間查詢與空間分析+2011-05-29)

第五章空間查詢與空間分析§5-1空間查詢

§5-3DEM分析§5-4

疊置分析§5-2

緩沖區(qū)分析§5-5

網(wǎng)絡(luò)分析

§5-1空間查詢第五章空間查詢與空間分析空間數(shù)據(jù)庫查詢條件屬性限制空間拓?fù)湎拗贫呓Y(jié)合GIS軟件查詢結(jié)果統(tǒng)計結(jié)果：圖、表、文字新圖層新的屬性域添加到屬性數(shù)據(jù)庫查詢方式

圖形--屬性空間查詢語言閃爍、顏色等明顯表示查詢是用戶和數(shù)據(jù)庫交流的一種途徑，通過作用于庫體的函數(shù)，返回滿足條件的內(nèi)容。一、空間查詢的方式

第五章空間查詢與空間分析§5-1空間查詢返回

1、基于空間關(guān)系的查詢：2、基于屬性特征的查詢3、聯(lián)合查詢：

一、空間查詢的方式

返回

1、基于空間關(guān)系的查詢：2、基于屬性特征的查詢3、聯(lián)合查詢：

二、空間查詢種類

1、空間定位查詢：

給定一個點或一個幾何圖形，檢索該圖形范圍內(nèi)的空間對象及其屬性。

1）點查詢；

2）開窗(矩形)查詢；

3）任意多邊形查詢；2、空間關(guān)系查詢

1）相鄰分析檢索---通過檢索拓?fù)潢P(guān)系

2）關(guān)聯(lián)關(guān)系查詢3）包含關(guān)系查詢

第五章空間查詢與空間分析§5-1空間查詢A12BC判斷一個點是否落入多邊形內(nèi)：1）垂線法2）水平射線法通過計算指定點與點對象或線對象之間的距離，找到與該點最近的對象。3、屬性查詢

僅選擇一個屬性表，給定一個屬性值，找出對應(yīng)的屬性記錄或圖形。在屏幕上已有一個屬性表，用戶任意點取記錄，對應(yīng)的圖形以高亮顯示。

實現(xiàn)：交互式選擇各項，輸入后，系統(tǒng)再轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的SQL，由數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)執(zhí)行或ODBCC語言執(zhí)行，得到結(jié)果，提取目標(biāo)標(biāo)識，在圖形文件中找到空間對象，并顯示。

第五章空間查詢與空間分析§5-1空間查詢二、空間數(shù)據(jù)查詢種類

一、緩沖區(qū)及其作用

緩沖區(qū)是地理空間目標(biāo)的一種影響范圍或服務(wù)范圍，具體指在點、線、面實體的周圍，自動建立的一定寬度的多邊形。數(shù)學(xué)表達(dá)為：

作用：

緩沖區(qū)分析是GIS的基本空間操作功能之一，一般應(yīng)用于求地理實體的影響范圍，即鄰近度問題。

第五章空間查詢與空間分析§5-2

緩沖區(qū)分析第五章空間查詢與空間分析§5-2

緩沖區(qū)分析二、基于矢量數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)的建立點的緩沖區(qū)線的緩沖區(qū)面的緩沖多個實體的緩沖區(qū)，各實體緩沖區(qū)的并，半徑可以不同

三、基于柵格的緩沖區(qū)建立

算法比較簡單，核心問題是距離變換。

第五章空間查詢與空間分析

柵格數(shù)據(jù)距離變換提取一定寬度的多邊形緩沖區(qū)§5-2

緩沖區(qū)分析1）進(jìn)行空間操作

a)選擇擬拓寬的道路，建立道路的緩沖區(qū)。

b)將此緩沖區(qū)與建筑物層數(shù)據(jù)進(jìn)行拓?fù)浏B加，產(chǎn)生一幅新圖，2）進(jìn)行統(tǒng)計分析

對全部或部分位于拆遷區(qū)內(nèi)的建筑物進(jìn)行選擇對所有需拆遷的建筑物進(jìn)行拆遷指標(biāo)計算。

3）將分析結(jié)果以地圖或表格的形式打印輸出

第五章空間查詢與空間分析例：道路拓寬改建過程中的拆遷指標(biāo)計算§5-2

緩沖區(qū)分析DEM特點：1）容易以多種形式顯示地形信息。2）精度不會損失。3）容易實現(xiàn)自動化、實時化。第五章空間查詢與空間分析§5-3DEM分析第五章空間查詢與空間分析§5-3DEM分析應(yīng)用領(lǐng)域：

1）土木工程：各種線路選線（鐵路、公路、輸電線）的設(shè)計以及各種工程的面積、體積、坡度計算，任意兩點間的通視判斷及任意斷面圖繪制；2）測繪：用于繪制等高線、坡度坡向圖、立體透視圖，制作正射影像圖以及地圖的修測；3）遙感：作為分類的輔助數(shù)據(jù)。它還是地理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，可用于土地利用現(xiàn)狀的分析、合理規(guī)劃等；4）軍事：可用于導(dǎo)航及導(dǎo)彈制導(dǎo)、作戰(zhàn)電子沙盤等。

5）數(shù)字水文分析：水系自動提取、流域劃分、洪水險情預(yù)報等。第五章空間查詢與空間分析§5-3DEM分析DEM精度：

1）原始數(shù)據(jù)精度(采樣密度、測量誤差、地形類別、控制點等)2）內(nèi)插精度(內(nèi)插方法、地形類型、原始數(shù)據(jù)的密度等)。

1：5萬DEM生產(chǎn)規(guī)定：DEM等高線回放圖與原底圖按公里格網(wǎng)疊合檢查，等高線偏離不大于1/2等高距。

原始數(shù)據(jù)DEM疊加評價等高線原始等高線再生等高線（一）

基于DEM的信息提取

1)坡度

定義為地表單元的法向與Z軸的夾角，即切平面與水平面的夾角。

2)坡向

坡向是地表單元的法向量在水平面上的投影與X軸之間的夾角，

（GridDEM上制作坡度、坡向圖）3)地表粗造度（破碎度）

定義為地表單元的曲面面積與其水平面上的投影面積之比。第五章空間查詢與空間分析§5-3DEM分析GridDEM上制作坡度、坡向圖

通常用3*3的格網(wǎng)窗口在DEM數(shù)據(jù)矩陣中連續(xù)移動計算完成。

第五章空間查詢與空間分析§5-3DEM分析返回

部分資料來源于張超主編的《地理信息系統(tǒng)教程》所配光盤第五章空間查詢與空間分析§5-3DEM分析平地崗丘丘陵低山高山絕對h…

…

<400<600…

…

相對h…

<100100-200…

…

坡向<3…

…

…

…

DEM計算地表形態(tài)要素H,H’,坡度、坡向等地形分類標(biāo)準(zhǔn)表地形自動分類4)地貌形態(tài)的自動分類

5）等高線的繪制

在格網(wǎng)DEM上自動繪制等高線主要包括兩個步驟：

1、等高線追蹤：

利用DEM矩形格網(wǎng)點的高程內(nèi)插出格網(wǎng)邊上的等高線點，并將這些等高線點排序；

2、等高線光滑：

進(jìn)一步加密等高線點并繪制光滑曲線。

第五章空間查詢與空間分析§5-3DEM分析第五章空間查詢與空間分析§5-3DEM分析可在

格網(wǎng)DEM

三角網(wǎng)DEM上進(jìn)行。（二）剖面分析

第五章空間查詢與空間分析§5-3DEM分析（三）通視分析

通視分析是指以某一點為觀察點，研究某一區(qū)域通視情況的地形分析。

1）方法：

a、以O(shè)為觀察點，對格網(wǎng)DEM或三角網(wǎng)DEM上的每個點判斷通視與否，通視賦值為1，不通視賦值為0。

b、以觀察點O為軸，以一定的方位角間隔算出0°～360°的所有方位線上的通視情況。第五章空間查詢與空間分析§5-3DEM分析b）傾角法觀察點與各交點的傾角為βi

(i＝A,B,C)若tgα＞max(tgβi

,i＝A、B、C)，則OP通視否則，不通視。第五章空間查詢與空間分析§5-3DEM分析a)剖面圖

兩點連線是否與剖面相交。AB通視分析算法：觀察點第五章空間查詢與空間分析§5-3DEM分析不通視通視第五章空間查詢與空間分析§5-3DEM分析雷達(dá)盲區(qū)飛行可視域的三維顯示通視分析示例:（四）地形三維圖繪制

第五章空間查詢與空間分析§5-3DEM分析DEM高程點建立幾何模型透視變換隱藏線、面的消除光照模型計算貼紋理圖形輸出（示圖）

第五章空間查詢與空間分析§5-3DEM分析地貌暈渲圖繪制第五章空間查詢與空間分析§5-3DEM分析即陰影立體法，可增加丘陵和山區(qū)地區(qū)描述高差起伏的視覺效果。（五）數(shù)字流域分析1、流向計算2、流線追蹤：第五章空間查詢與空間分析§5-3DEM分析3、累積流水量：流入每個柵

格的所有的柵格的數(shù)目。4、水系自動生成：累積流水量達(dá)到某值形成水系。5、地形結(jié)構(gòu)線自動提取第五章空間查詢與空間分析§5-3DEM分析（五）數(shù)字流域分析6、匯流區(qū)分割與匯水量計算

與地表植被、土壤滲透、降雨等數(shù)據(jù)結(jié)合分析，可以進(jìn)行區(qū)域洪水預(yù)報。第五章空間查詢與空間分析§5-3DEM分析（五）數(shù)字流域分析第五章空間查詢與空間分析§5-3DEM分析疊置分析是將同一地區(qū)的兩組或兩組以上的要素（地圖）進(jìn)行疊置，產(chǎn)生新的特征（新的空間圖形或空間位置上的新屬性的過程）的分析方法。

第五章空間查詢與空間分析§5-4

疊置分析圖片摘自張超主編的《地理信息系統(tǒng)教程》所配光盤一、基于矢量數(shù)據(jù)的疊置分析

第五章空間查詢與空間分析§5-4

疊置分析1、內(nèi)容1）點與多邊形的疊置

點層與面層的疊置核心算法為判斷點是否在多邊形內(nèi)。

2）線與多邊形的疊置

線與多邊形的疊置是把一幅圖(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。

線與多邊形疊置的算法就是線的多邊形裁剪。2、多邊形與多邊形的疊置

1）定義：

是指不同圖幅或不同圖層多邊形要素之間的疊置，根據(jù)兩組多邊形邊界的交點來建立具有多重屬性的多邊形（合成疊置）或進(jìn)行多邊形范圍內(nèi)的屬性特性的統(tǒng)計分析（統(tǒng)計疊置）。2）應(yīng)用：

尋求和確定同時具有幾種屬性的分布區(qū)域。

第五章空間查詢與空間分析§5-4

疊置分析一、基于矢量數(shù)據(jù)的疊置分析

3）實施步驟a）對原始數(shù)據(jù)（多邊形）形成拓?fù)潢P(guān)系。

b)多層多邊形數(shù)據(jù)的空間疊置，形成新層。

c）對新層中的多邊形重建拓?fù)洹?/p>

d）刪除多余多邊形（或處理意義多邊形）提取感興趣的部分。第五章空間查詢與空間分析§5-4

疊置分析一、基于矢量數(shù)據(jù)的疊置分析

2、多邊形與多邊形的疊置

第五章空間查詢與空間分析4)難點

a）會產(chǎn)生大量對用戶無關(guān)的多邊形，需建拓?fù)洌ぷ髁看蟆?/p>

b）會產(chǎn)生多邊形疊置的位置誤差，需要進(jìn)行處理。

c）建新多邊形拓?fù)浜投噙呅闻c新屬性的連接，工作量大?！?-4

疊置分析一、基于矢量數(shù)據(jù)的疊置分析

2、多邊形與多邊形的疊置

二、基于柵格數(shù)據(jù)的疊置分析

（一）單層?xùn)鸥駭?shù)據(jù)的分析1、布爾邏輯運算

用布爾邏輯運算組合更多的屬性作為檢索條件，以進(jìn)行更復(fù)雜的邏輯選擇運算。2、濾波運算濾波運算可將破碎的地物合并和光滑化，通過邊緣增強(qiáng)和提取，獲取區(qū)域的邊界。

3、特征參數(shù)計算

對柵格數(shù)據(jù)計算區(qū)域的周長、面積、重心等，以及線的長度、點的坐標(biāo)等。4、相似運算-----匹配識別

相似運算是指按某種相似性度量來搜索與給定物體相似的其它物體的運算。

第五章空間查詢與空間分析§5-4

疊置分析（二）多層?xùn)鸥駭?shù)據(jù)的疊置分析A，B，C等表示各層上的屬性值，f函數(shù)取決于疊置的要求。

第五章空間查詢與空間分析§5-4

疊置分析U＝f(A,B,C,……)部分資料摘自張超主編的《地理信息系統(tǒng)教程》所配光盤二、基于柵格數(shù)據(jù)的疊置分析

（二）多層?xùn)鸥駭?shù)據(jù)的疊置分析第五章空間查詢與空間分析§5-4

疊置分析1、單點變換：

1）概念：

只將對應(yīng)柵格單元的屬性作某種運算得到新圖層屬性，而不受其鄰近點的屬性值的影響。2）算法原理：二、基于柵格數(shù)據(jù)的疊置分析

賦常數(shù)提取加法覆蓋減法分類邏輯組合2、區(qū)域變換

新屬性的值不僅與對應(yīng)的原屬性值相關(guān)，而且與原屬性值所在的區(qū)域的長度、面積、形狀等特性相關(guān)。3、鄰域變換

計算新圖層屬性時，不僅考慮原始圖上對應(yīng)柵格本身的值，還需考慮該圖元鄰域關(guān)聯(lián)的其他圖元值的影響。

第五章空間查詢與空間分析§5-4

疊置分析二、基于柵格數(shù)據(jù)的疊置分析

（二）多層?xùn)鸥駭?shù)據(jù)的疊置分析第五章空間查詢與空間分析§5-4

疊置分析1）類型疊置：獲取新的類型2）數(shù)量統(tǒng)計:即計算某一區(qū)域內(nèi)的類型和面積3）動態(tài)分析

4）益本分析5）幾何提取

二、基于柵格數(shù)據(jù)的疊置分析

（二）疊置分析的作用一、概念

第五章空間查詢與空間分析§5-5

網(wǎng)絡(luò)分析網(wǎng)絡(luò)分析的基礎(chǔ)是圖論和運籌學(xué)。

GIS的網(wǎng)絡(luò)分析是依據(jù)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)潢P(guān)系，通過考察網(wǎng)絡(luò)元素的空間及屬性數(shù)據(jù)，以數(shù)學(xué)理論模型為基礎(chǔ)，對網(wǎng)絡(luò)的性能特征進(jìn)行多方面的一種分析計算。二、網(wǎng)絡(luò)的組成1、網(wǎng)絡(luò)：是一系列聯(lián)結(jié)的弧段，形式物質(zhì)，信息流通的通道。2、網(wǎng)絡(luò)基本要素：

1）結(jié)點：網(wǎng)絡(luò)中任意兩條線段的交點。

2）鏈：連通路線，連結(jié)兩點的段要素。

第五章空間查詢與空間分析§5-5

網(wǎng)絡(luò)分析結(jié)點站點3）轉(zhuǎn)彎：從一條鏈上經(jīng)結(jié)點轉(zhuǎn)向另一條鏈。4）?？奎c（站點）：網(wǎng)絡(luò)中資源的上、下結(jié)點。5）中心：收發(fā)資源的結(jié)點處的設(shè)施。6）障礙：資源不能通過的結(jié)點。二、網(wǎng)絡(luò)的組成第五章空間查詢與空間分析§5-5

網(wǎng)絡(luò)分析3、屬性1）阻礙：資源在網(wǎng)絡(luò)中運行的阻力。2）資源需求量：網(wǎng)絡(luò)中與弧段和停靠點相聯(lián)系資源的數(shù)量。3）資源容量：網(wǎng)絡(luò)中心為弧段的需求能容納或提供的資源總數(shù)量。

4、網(wǎng)絡(luò)要素的表示1）鏈弧第五章空間查詢與空間分析§5-5

網(wǎng)絡(luò)分析425535鏈弧號起結(jié)點終結(jié)點長度(km)正方向阻強(qiáng)(km/h)反方向阻強(qiáng)(km/h)資源需求量2024145.33555（-1:表示不通，單行道）…

二、網(wǎng)絡(luò)的組成4、網(wǎng)絡(luò)要素的表示第五章空間查詢與空間分析§5-5

網(wǎng)絡(luò)分析2)轉(zhuǎn)彎

M條弧相連共有轉(zhuǎn)彎個數(shù)N：結(jié)點號從弧段至弧段角度時間阻強(qiáng)(s)34L2L1906034L1L11803034L2L3-90-1(不允許拐彎）34L1L300(無阻強(qiáng))二、網(wǎng)絡(luò)的組成3）?？奎c、中心的屬性?？奎c：直接在相應(yīng)的結(jié)點上附上需求量屬性，負(fù)為下卸，正值為裝載，中心：資源最大容量、服務(wù)范圍和服務(wù)延遲數(shù)。第五章空間查詢與空間分析§5-5

網(wǎng)絡(luò)分析結(jié)點號需求量453546-20結(jié)點號資源最大容量服務(wù)范圍服務(wù)延遲數(shù)2410002000…

…

…

…

學(xué)校二、網(wǎng)絡(luò)的組成4、網(wǎng)絡(luò)要素的表示三、網(wǎng)絡(luò)分析（一）路徑分析1、最短路徑分析含義：在網(wǎng)絡(luò)中從起點經(jīng)一系列特定的結(jié)點至終點的資源運移的最佳路線，即阻力最小的路徑。2、核心算法

求兩點間的權(quán)數(shù)最小路徑，常用的算法是Dijkstra(迪科斯徹

)。

第五章空間查詢與空間分析§5-5

網(wǎng)絡(luò)分析

Dijkstra算法原理（比較經(jīng)典的算法）1959年由E.W.Dijkstra提出.主要思想：如果L是A到B的一條最短路徑，則沿該路徑從A到其中的一個節(jié)點V（任意），必然是A到V的最短路徑。V1V4V3V5V21030605020100

010∞30100∞050∞∞∞∞0∞10∞∞20060∞∞∞∞0有向圖的鄰接矩陣10

Dijkstra算法執(zhí)行過程:

t1t2t3t4

v10v2(v1,v2),10v3(v1,v2,v3),60(v1,v4,v3),50v4(v1,v4),30(v1,v4),30

v5(v1,v5),100(v1,v5),100(v1,v4,v5),90(v1,v4,v3,v5),60

v2,10v4,30v3,50

v5,60V1V4V3V5V2103060502010010三、網(wǎng)絡(luò)分析（一）路徑分析3、路徑分析包括：1）靜態(tài)求最佳路徑2）N條最佳路徑

3）最短路徑或最低

耗費路徑4）動態(tài)最佳路徑分析

第五章空間查詢與空間分析§5-5

網(wǎng)絡(luò)分析（二）連通分析---最小生成樹1、含義連通圖：如果一個圖中，任意兩個節(jié)點之間都存在一條路。樹：若一個連通圖中不存在任何回路，則稱為樹。最小生成樹：生成樹是圖的極小連通子圖。生成樹T的權(quán)數(shù)：生成樹中各邊的權(quán)數(shù)之和。

第五章空間查詢與空間分析§5-5

網(wǎng)絡(luò)分析三、網(wǎng)絡(luò)分析（二）連通分析---最小生成樹2、應(yīng)用

類似在n個城市間建立通信線路這樣的連通分析問題。圖的頂點表示城市，邊表示兩城市間的線路，邊上所賦的權(quán)值表示代價。第五章空間查詢與空間分析§5-5

網(wǎng)絡(luò)分析126543161118656三、網(wǎng)絡(luò)分析3、構(gòu)造最小生成樹的依據(jù)有兩條

第五章空間查詢與空間分析§5-5

網(wǎng)絡(luò)分析1）在網(wǎng)中選擇n－1條邊連接網(wǎng)的n個頂點；

2）盡可能選取權(quán)值為最小的邊。1265431619332111141865612654316111865612654316111856賦權(quán)圖最小生成樹之一最小