第6章空間數(shù)據(jù)查詢與分析

地理信息系統(tǒng)原理王增武Tel/p>

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WangZengwu@QQ:cuitgis@(1810989625)第一章地理信息系統(tǒng)概論第二章空間數(shù)據(jù)模型第三章空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第四章空間數(shù)據(jù)組織與管理第五章空間數(shù)據(jù)采集與處理第六章空間數(shù)據(jù)查詢與分析第七章數(shù)字地形模型與地形分析第八章空間建模與空間決策支持第九章3S集成技術(shù)及應(yīng)用章節(jié)目錄對(duì)空間對(duì)象進(jìn)行查詢是地理信息系統(tǒng)最基本的功能之一。在地理信息系統(tǒng)中，為進(jìn)行深層次分析，往往需要查詢定位空間對(duì)象，并用一些簡單的量測值對(duì)地理分布或現(xiàn)象進(jìn)行描述，實(shí)際上，空間分析首先始于空間數(shù)據(jù)查詢，它是空間分析的定量基礎(chǔ)。第七章空間分析地理信息系統(tǒng)集成了多學(xué)科的最新技術(shù)，為空間分析提供了強(qiáng)大的工具，使得過去復(fù)雜困難的高級(jí)空間分析任務(wù)變得簡單易行。目前絕大多數(shù)地理信息系統(tǒng)軟件都有空間分析功能?？臻g分析早已成為地理信息系統(tǒng)的核心功能之一，它特有的對(duì)地理信息（特別是隱含信息）的提取、表現(xiàn)和傳輸功能，是地理信息系統(tǒng)區(qū)別于一般信息系統(tǒng)的主要功能特征。

第七章空間分析空間分析是對(duì)分析空間數(shù)據(jù)有關(guān)技術(shù)的統(tǒng)稱。根據(jù)作用的數(shù)據(jù)性質(zhì)不同，可以分為：（1）基于空間圖形數(shù)據(jù)的分析運(yùn)算；（2）基于非空間屬性的數(shù)據(jù)運(yùn)算；（3）空間和非空間數(shù)據(jù)的聯(lián)合運(yùn)算?？臻g分析賴以進(jìn)行的基礎(chǔ)是地理空間數(shù)據(jù)庫，其運(yùn)用的手段包括各種幾何的邏輯運(yùn)算、數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析，代數(shù)運(yùn)算等數(shù)學(xué)手段，最終的目的是解決人們所涉及到地理空間的實(shí)際問題，提取和傳輸?shù)乩砜臻g信息，特別是隱含信息，以輔助決策。第六章空間數(shù)據(jù)查詢與分析

第1節(jié)空間查詢與量算

第2節(jié)空間變換

第3節(jié)再分類

第4節(jié)緩沖區(qū)分析

第5節(jié)疊加分析

第6節(jié)網(wǎng)絡(luò)分析

第7節(jié)空間插值

第8節(jié)空間統(tǒng)計(jì)分類分析1)空間數(shù)據(jù)查詢類型和方式查詢內(nèi)容數(shù)據(jù)庫連接與處理輸出結(jié)果查詢方式：圖形屬性、圖形定位以及空間關(guān)系查詢；

查詢內(nèi)容：空間位置、空間分布、空間關(guān)系、屬性特征、幾何特征結(jié)果形式：高亮顯示、列表輸出、統(tǒng)計(jì)圖表、數(shù)據(jù)集1、空間查詢與量算

2)空間度量的主要參數(shù)和基本原理，如使用長度、面積、體積、距離、方位、形狀和質(zhì)心等量測值對(duì)地理分布或現(xiàn)象進(jìn)行描述。1、空間查詢與量算

查詢的過程大致可分為三類：①直接復(fù)原數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)及所含信息，來回答人們提出的一些比較“簡單”的問題；②通過一些邏輯運(yùn)算完成一定約束條件下的查詢；③根據(jù)數(shù)據(jù)庫中現(xiàn)有的數(shù)據(jù)模型，進(jìn)行有機(jī)的組合構(gòu)造出復(fù)合模型，模擬現(xiàn)實(shí)世界的一些系統(tǒng)和現(xiàn)象的結(jié)構(gòu)、功能，來回答一些“復(fù)雜”的問題，預(yù)測一些事務(wù)的發(fā)生、發(fā)展的動(dòng)態(tài)趨勢。1)空間數(shù)據(jù)查詢空間數(shù)據(jù)查詢的方式主要有兩大類，即“屬性查圖形”和“圖形查屬性”。屬性查圖形，主要是用SQL語句來進(jìn)行簡單和復(fù)雜的條件查詢。圖形查屬性，可以通過點(diǎn)、矩形、圓和多邊形等圖形來查詢所選空間對(duì)象的屬性，也可以查找空間對(duì)象的幾何參數(shù)，如兩點(diǎn)間的距離，線狀地物的長度，面狀地物的面積等1)空間數(shù)據(jù)查詢摘自南京師大湯國安屬性查詢簡單的屬性查詢：查找不需要構(gòu)造復(fù)雜的SQL命令，只要選擇一個(gè)屬性值，就可以找到對(duì)應(yīng)的空間圖形SQL查詢，包括標(biāo)準(zhǔn)的SQL查詢語言、擴(kuò)展的SQL查詢1)空間數(shù)據(jù)查詢圖形查詢利用光標(biāo)，用點(diǎn)選、畫線、矩形、圓或其他不規(guī)則工具選中感興趣的地物，就可以得到查詢對(duì)象的屬性、空間位置、空間分布以及與其他空間對(duì)象的空間關(guān)系。點(diǎn)擊查詢矩形或圓查詢多邊形查詢1)空間數(shù)據(jù)查詢空間關(guān)系查詢拓?fù)潢P(guān)系查詢：鄰接關(guān)系查詢穿越查詢落入查詢緩沖區(qū)查詢1)空間數(shù)據(jù)查詢簡單的面、線、點(diǎn)相互關(guān)系的查詢包括：面面查詢，如與某個(gè)多邊形相鄰的多邊形有哪些。面線查詢，如某個(gè)多邊形的邊界有哪些線。面點(diǎn)查詢，如某個(gè)多邊形內(nèi)有哪些點(diǎn)狀地物。線面查詢，如某條線經(jīng)過（穿過）的多邊形有哪些，某條鏈的左、右多邊形是哪些。線線查詢，如與某條河流相連的支流有哪些，某條道路跨過哪些河流。線點(diǎn)查詢，如某條道路上有哪些橋梁，某條輸電線上有哪些變電站。點(diǎn)面查詢，如某個(gè)點(diǎn)落在哪個(gè)多邊形內(nèi)。點(diǎn)線查詢，如某個(gè)結(jié)點(diǎn)由哪些線相交而成。

空間信息的自動(dòng)化量算是地理信息系統(tǒng)所具有的重要功能，也是進(jìn)行空間分析的定量化基礎(chǔ)。其中的主要量算有：幾何量算形狀量算質(zhì)心量算距離量算2)空間量算幾何量算幾何量算對(duì)不同的點(diǎn)、線、面地物有不同的含義：點(diǎn)狀地物（0維）：坐標(biāo)；線狀地物（1維）：長度，曲率，方向；面狀地物（2維）：面積，周長，形狀，曲率等；體狀地物（3維）：體積，表面積等。一般的GIS軟件都具有對(duì)點(diǎn)、線、面狀地物的幾何量算功能，或者是針對(duì)矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，或者是針對(duì)柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的空間數(shù)據(jù)。線的長度計(jì)算線狀地物對(duì)象最基本的形態(tài)參數(shù)之一是長度。在矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)下，線表示為點(diǎn)對(duì)坐標(biāo)（X，Y）或（X，Y，Z）的序列，在不考慮比例尺情況下，線長度的計(jì)算公式為：對(duì)于復(fù)合線狀地物對(duì)象，則需要在對(duì)諸分支曲線求長度后，再求其長度總和。在柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)里，線狀地物的長度就是累加地物骨架線通過的格網(wǎng)數(shù)目，骨架線通常采用8方向連接，當(dāng)連接方向?yàn)閷?duì)角線方向時(shí)，還要乘上。面狀地物的面積面積是面狀地物最基本的參數(shù)。在矢量結(jié)構(gòu)下，面狀地物以其輪廓邊界弧段構(gòu)成的多邊形表示的。對(duì)于沒有空洞的簡單多邊形，假設(shè)有N個(gè)頂點(diǎn)，其面積計(jì)算公式為：對(duì)于柵格結(jié)構(gòu)，多邊形面積計(jì)算就是統(tǒng)計(jì)具有相同屬性值的格網(wǎng)數(shù)目。但對(duì)計(jì)算破碎多邊形的面積有些特殊，可能需要計(jì)算某一個(gè)特定多邊形的面積，必須進(jìn)行再分類，將每個(gè)多邊形進(jìn)行分割賦給單獨(dú)的屬性值，之后再進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。形狀量算地物外形是影像處理中模式識(shí)別的一個(gè)重要部分。例如海岸線的外形是島嶼的重要特征，森林中不同類型的土地外形對(duì)野生生物顯得非常重要。目標(biāo)物的外觀是多變的，很難找到一個(gè)準(zhǔn)確的量對(duì)其進(jìn)行描述。

基本考慮：空間一致性問題，即有孔多邊形和破碎多邊形的處理；多邊形邊界特征描述問題?？臻g一致性問題:度量空間一致性最常用的指標(biāo)是歐拉函數(shù)，用來計(jì)算多邊形的破碎程度和孔的數(shù)目。歐拉函數(shù)的結(jié)果是一個(gè)數(shù)，稱為歐拉數(shù)。歐拉函數(shù)的計(jì)算公式為：歐拉數(shù)=（孔數(shù)）-（碎片數(shù)-1）多邊形邊界特征描述問題：形狀量算圓U=1U>1膨脹型U<1緊縮型質(zhì)心量算質(zhì)心是描述地理對(duì)象空間分布的一個(gè)重要指標(biāo)。例如要得到一個(gè)全國的人口分布等值線圖，而人口數(shù)據(jù)只能到縣級(jí)，所以必須在每個(gè)縣域里定義一個(gè)點(diǎn)作為質(zhì)心，代表該縣的數(shù)值，然后進(jìn)行插值計(jì)算全國人口等值線。質(zhì)心通常定義為一個(gè)多邊形或面的幾何中心，當(dāng)多邊形比較簡單，比如矩形，計(jì)算很容易。但當(dāng)多邊形形狀復(fù)雜時(shí)，計(jì)算也更加復(fù)雜。其中，Wi為第i個(gè)離散目標(biāo)物權(quán)重，Xi，Yi為第i個(gè)離散目標(biāo)物的坐標(biāo)。距離量算“距離”是人們?nèi)粘Ｉ钪薪?jīng)常涉及到的概念，它描述了兩個(gè)事物或?qū)嶓w之間的遠(yuǎn)近程度。最常用的距離概念是歐氏距離，無論是矢量結(jié)構(gòu)，還是柵格結(jié)構(gòu)都很容易實(shí)現(xiàn)。以旅行時(shí)間為例：如果從某一點(diǎn)出發(fā)，到另一點(diǎn)的所耗費(fèi)的時(shí)間只與兩點(diǎn)之間的歐氏距離成正比，則從一固定點(diǎn)出發(fā)，旅行特定時(shí)間后所能達(dá)到的點(diǎn)必然組成一個(gè)等時(shí)圓。而現(xiàn)實(shí)生活中，旅行所耗費(fèi)的時(shí)間不只與歐氏距離成正比，還與路況、運(yùn)輸工具性能等有關(guān)?？紤]到阻力影響，計(jì)算的距離稱為耗費(fèi)距離。阻力越大耗費(fèi)也越大。相應(yīng)的通過耗費(fèi)距離得到的距離表面稱為阻力表面或耗費(fèi)表面，其屬性值代表一耗費(fèi)或阻力大小。歐氏距離通常用于計(jì)算兩點(diǎn)的直線距離：計(jì)算非標(biāo)準(zhǔn)歐氏距離的一般公式為：當(dāng)k=2時(shí)，就是歐氏距離計(jì)算公式。當(dāng)k=1時(shí)，得到的距離稱為曼哈頓距離。歐氏距離、曼哈頓距離和非歐氏距離的計(jì)算第六章空間數(shù)據(jù)查詢與分析

第1節(jié)空間查詢與量算

第2節(jié)空間變換

第3節(jié)再分類

第4節(jié)緩沖區(qū)分析

第5節(jié)疊加分析

第6節(jié)網(wǎng)絡(luò)分析

第7節(jié)空間插值

第8節(jié)空間統(tǒng)計(jì)分類分析地理信息系統(tǒng)通常是按有一定意義的圖層和相應(yīng)的屬性建立空間數(shù)據(jù)庫的。為了滿足特定空間分析的需要，需對(duì)原始圖層及其屬性進(jìn)行一系列的邏輯或代數(shù)運(yùn)算，以產(chǎn)生新的具有特殊意義的地理圖層及其屬性，這個(gè)過程稱為空間變換?？臻g變換可以基于單個(gè)圖層進(jìn)行，也可以對(duì)多個(gè)圖層。地理信息系統(tǒng)中空間數(shù)據(jù)可分為矢量和柵格兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。由于矢量結(jié)構(gòu)中包含了大量的拓?fù)湫畔ⅲ瑪?shù)據(jù)組織復(fù)雜，使得空間變換十分繁瑣。而柵格結(jié)構(gòu)簡單規(guī)則，空間變換比較容易。另外基于矢量結(jié)構(gòu)的空間變換，對(duì)于單個(gè)圖層意義不大。2、空間變換基于柵格結(jié)構(gòu)的空間變換可分為三種方式：單點(diǎn)變換:只考慮單個(gè)點(diǎn)的屬性值進(jìn)行運(yùn)算，假定獨(dú)立單元的變換不依賴于其鄰點(diǎn)上屬性的影響，也不受區(qū)域內(nèi)一般特征的影響。鄰域變換:是指在計(jì)算新圖層圖元值時(shí)，不僅考慮原始圖層上相應(yīng)圖元本身的值，而且還要考慮與該圖元有鄰域關(guān)聯(lián)的其它圖元值的影響。這種關(guān)聯(lián)可以是直接的幾何關(guān)聯(lián)，也可能是間接的幾何關(guān)聯(lián)。區(qū)域變換:是指在計(jì)算新圖層屬性值時(shí)，要考慮整個(gè)區(qū)域的屬性值，即通過一個(gè)函數(shù)對(duì)某一區(qū)域內(nèi)的所有值進(jìn)行綜合，然后計(jì)算新屬性值。2、空間變換1）局部工具集局部工具可以將輸出柵格中各個(gè)像元位置上的值作為所有輸入項(xiàng)在同一位置上的值的函數(shù)進(jìn)行計(jì)算。通過局部工具，您可以合并輸入柵格，計(jì)算輸入柵格上的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，還可以根據(jù)多個(gè)輸入柵格上各個(gè)像元的值，為輸出柵格上的每個(gè)像元設(shè)定一個(gè)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。

ArcGis地理處理工具像元統(tǒng)計(jì)根據(jù)多個(gè)柵格數(shù)據(jù)計(jì)算每個(gè)像元的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)?？捎玫慕y(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)有：眾數(shù)、最大值、均值、中位數(shù)、最小值、少數(shù)、范圍、標(biāo)準(zhǔn)差、總和及變異度。合并合并多個(gè)柵格，從而為輸入值的各種唯一組合生成唯一輸出值。等于頻數(shù)基于單個(gè)像元計(jì)算一組柵格數(shù)據(jù)值等于另一個(gè)柵格數(shù)據(jù)值的次數(shù)。大于頻數(shù)基于單個(gè)單元計(jì)算一組柵格數(shù)據(jù)值大于另一個(gè)柵格數(shù)據(jù)值的次數(shù)。最高位置逐個(gè)像元來確定一組柵格中具有最大值的柵格的位置。小于頻數(shù)逐個(gè)像元來計(jì)算一組柵格小于另一個(gè)柵格的次數(shù)。最低位置基于單個(gè)像元確定一組柵格數(shù)據(jù)中具有最小值的柵格的位置。頻數(shù)取值逐個(gè)像元地確定參數(shù)列表中具有特定頻數(shù)級(jí)別的值。特定的頻數(shù)級(jí)別（每個(gè)值的出現(xiàn)次數(shù)）由第一個(gè)參數(shù)指定。等級(jí)輸入柵格集中的值將被逐個(gè)像元地進(jìn)行等級(jí)排定，返回哪個(gè)等級(jí)將由等級(jí)輸入柵格的值來確定。要計(jì)算多個(gè)柵格間的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)時(shí)，可計(jì)算像元統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。例如，使用工具對(duì)某段時(shí)間內(nèi)的特定現(xiàn)象進(jìn)行分析：例如，確定25年內(nèi)的年均降雨量或最小年降雨量以分配農(nóng)業(yè)援助資金，或計(jì)算各年間的溫度變化以了解全球變暖的情況。下圖顯示了連續(xù)幾十年內(nèi)的城市土地利用類型（橙色陰影）。通過計(jì)算不同年份中像元土地利用類型的變異度，標(biāo)識(shí)了變異度大于一的區(qū)域（洋紅色陰影區(qū)域）。這可指示在該段時(shí)間內(nèi)土地利用類型曾發(fā)生變化的區(qū)域，為高亮顯示的城市擴(kuò)張區(qū)域。年均作物產(chǎn)量下圖根據(jù)10個(gè)輸入柵格（每個(gè)柵格表示10年中1年的作物產(chǎn)量）計(jì)算出了1980年到1990年的年均作物產(chǎn)量。1）鄰域分析工具鄰域工具基于自身位置值以及指定鄰域內(nèi)標(biāo)識(shí)的值為每個(gè)像元位置創(chuàng)建輸出值。鄰域可分為兩類：移動(dòng)或搜索半徑。此工具在將柵格分辨率更改為較粗糙的像元大小時(shí)十分有用。

ArcGis地理處理工具塊統(tǒng)計(jì)將輸入分割放入非重疊塊中，然后計(jì)算每個(gè)塊中值的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。在輸出中，將值分配給每個(gè)塊中的所有像元。過濾器對(duì)柵格執(zhí)行平滑（低通）濾波器或邊緣增強(qiáng)（高通）濾波器。焦點(diǎn)流確定輸入柵格中每個(gè)像元的直接鄰域內(nèi)值的流量。焦點(diǎn)統(tǒng)計(jì)為每個(gè)輸入像元位置計(jì)算其周圍指定鄰域內(nèi)的值的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。線統(tǒng)計(jì)計(jì)算每個(gè)輸出柵格周圍圓形鄰域中線屬性的統(tǒng)計(jì)信息。點(diǎn)統(tǒng)計(jì)對(duì)每個(gè)輸出像元周圍的鄰域中的點(diǎn)計(jì)算統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。計(jì)算鄰域統(tǒng)計(jì)信息對(duì)于根據(jù)指定鄰域獲取每個(gè)像元的值十分有用。例如，檢測生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性時(shí)，可以用于獲取各鄰域的物種種類，從而確定物種分布缺乏變化性的位置。對(duì)于此數(shù)據(jù)，您可以通過為焦點(diǎn)統(tǒng)計(jì)工具指定“種類”統(tǒng)計(jì)計(jì)算出各鄰域內(nèi)不同土地覆被類型的數(shù)目。通過查看輸出柵格的屬性表，您可以了解到在指定鄰域內(nèi)包含多種土地覆被類型的像元的數(shù)目。第六章空間數(shù)據(jù)查詢與分析

第1節(jié)空間查詢與量算

第2節(jié)空間變換

第3節(jié)再分類

第4節(jié)緩沖區(qū)分析

第5節(jié)疊加分析

第6節(jié)網(wǎng)絡(luò)分析

第7節(jié)空間插值

第8節(jié)空間統(tǒng)計(jì)分類分析

通過分類找出隱藏信息是地理信息系統(tǒng)的重要功能之一。與傳統(tǒng)地圖相比，地圖上所載負(fù)的數(shù)據(jù)是經(jīng)過專門分類和處理過的，而地理信息系統(tǒng)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)則具有原始數(shù)據(jù)的性質(zhì)，所以可以根據(jù)不同的需要對(duì)數(shù)據(jù)再進(jìn)行分類和提取。由于這種分類是對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行的再次分類組織，因此稱為再分類（Reclassification）。3、再分類1）點(diǎn)、線狀地物的再分類2）面狀地物的再分類對(duì)于柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)則和點(diǎn)、線分類一樣，簡單的改變屬性數(shù)值并改變圖例表現(xiàn)這一變化。。對(duì)于矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的面狀地物再分類，則需要同時(shí)改變實(shí)體的幾何形狀和屬性。3、再分類可以結(jié)合鄰域范圍的屬性值進(jìn)行再分類。如坡度計(jì)算，緩沖區(qū)計(jì)算。再分類還可以綜合多個(gè)圖層的屬性信息，如圖所示(多個(gè)屬性的再分類)。3、再分類第六章空間數(shù)據(jù)查詢與分析

第1節(jié)空間查詢與量算

第2節(jié)空間變換

第3節(jié)再分類

第4節(jié)緩沖區(qū)分析

第5節(jié)疊加分析

第6節(jié)網(wǎng)絡(luò)分析

第7節(jié)空間插值

第8節(jié)空間統(tǒng)計(jì)分類分析

鄰近度（Proximity）描述了地理空間中兩個(gè)地物距離相近的程度，其確定是空間分析的一個(gè)重要手段。交通沿線或河流沿線的地物有其獨(dú)特的重要性，公共設(shè)施（商場，郵局，銀行，醫(yī)院，車站，學(xué)校等）的服務(wù)半徑，大型水庫建設(shè)引起的搬遷，鐵路，公路以及航運(yùn)河道對(duì)其所穿過區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要性等均是一個(gè)鄰近度問題。緩沖區(qū)分析是解決鄰近度問題的空間分析工具之一。4．緩沖區(qū)分析所謂緩沖區(qū)就是地理空間目標(biāo)的一種影響范圍或服務(wù)范圍。從數(shù)學(xué)的角度看，緩沖區(qū)分析的基本思想是給定一個(gè)空間對(duì)象或集合，確定它們的鄰域，鄰域的大小由鄰域半徑R決定。因此對(duì)象Oi的緩沖區(qū)定義為：即對(duì)象Oi的半徑為R的緩沖區(qū)為距Oi的距離d小于R的全部點(diǎn)的集合。d一般是最小歐氏距離，但也可是其它定義的距離。對(duì)于對(duì)象集合其半徑為R的緩沖區(qū)是各個(gè)對(duì)象緩沖區(qū)的并，即：4．緩沖區(qū)分析點(diǎn)對(duì)象、線對(duì)象、面對(duì)象及對(duì)象集合的緩沖區(qū)示例

:4．緩沖區(qū)分析固定距離、字段決定的距離4．緩沖區(qū)分析另外還有一些特殊形態(tài)的緩沖區(qū)，如點(diǎn)對(duì)象有三角形，矩形和圈形等，對(duì)于線對(duì)象有雙側(cè)對(duì)稱，雙側(cè)不對(duì)稱或單側(cè)緩沖區(qū)，對(duì)于面對(duì)象有內(nèi)側(cè)和外側(cè)緩沖區(qū)。這些適合不同應(yīng)用要求的緩沖區(qū)，盡管形態(tài)特殊，但基本原理是一致的。4．緩沖區(qū)分析緩沖區(qū)計(jì)算的基本問題是雙線問題。雙線問題有很多另外的名稱，如圖形加粗，加寬線，中心線擴(kuò)張等，它們指的都是相同的操作。4．緩沖區(qū)分析

1）角分線法

4．緩沖區(qū)分析2）凸角圓弧法在軸線首尾點(diǎn)處，作軸線的垂線并按雙線和緩沖區(qū)半徑截出左右邊線起止點(diǎn)；在軸線其它轉(zhuǎn)折點(diǎn)處，首先判斷該點(diǎn)的凸凹性，在凸側(cè)用圓弧彌合，在凹側(cè)則用前后兩鄰邊平行線的交點(diǎn)生成對(duì)應(yīng)頂點(diǎn)。這樣外角以圓弧連接，內(nèi)角直接連接，線段端點(diǎn)以半圓封閉。

4．緩沖區(qū)分析在凹側(cè)平行邊線相交在角分線上。交點(diǎn)距對(duì)應(yīng)頂點(diǎn)的距離與角分線法類似公式：該方法最大限度的保證了平行曲線的等寬性，避免了角分線法的眾多異常情況。

4．緩沖區(qū)分析基于柵格結(jié)構(gòu)也可以作緩沖區(qū)分析，通常稱為推移或擴(kuò)散（Spread）。推移或擴(kuò)散實(shí)際上是模擬主體對(duì)鄰近對(duì)象的作用過程，物體在主體的作用下在一阻力表面移動(dòng)，離主體越遠(yuǎn)作用力越弱。例如可以將地形、障礙物和空氣作為阻力表面，噪聲源為主體，用推移或擴(kuò)散的方法計(jì)算噪聲離開主體后在阻力表面上的移動(dòng)，得到一定范圍內(nèi)每個(gè)柵格單元的噪聲強(qiáng)度。

4．緩沖區(qū)分析應(yīng)用：1、點(diǎn)水源污染防治、醫(yī)院的服務(wù)影響范圍，點(diǎn)圖層的緩沖區(qū)。2、道路的擴(kuò)建，線的緩沖區(qū)3、自然生態(tài)保護(hù)區(qū)，面對(duì)象的緩沖第六章空間數(shù)據(jù)查詢與分析

第1節(jié)空間查詢與量算

第2節(jié)空間變換

第3節(jié)再分類

第4節(jié)緩沖區(qū)分析

第5節(jié)疊加分析

第6節(jié)網(wǎng)絡(luò)分析

第7節(jié)空間插值

第8節(jié)空間統(tǒng)計(jì)分類分析經(jīng)常問到的一個(gè)最基本GIS問題：什么土地利用在什么土壤類型上？哪個(gè)地塊在百年一遇的洪泛區(qū)中？成渝高速在四川段有多少公里？我們學(xué)校在哪個(gè)范圍內(nèi)？疊加分析是地理信息系統(tǒng)最常用的提取空間隱含信息的手段之一。地理信息系統(tǒng)的疊加分析是將有關(guān)主題層組成的數(shù)據(jù)層面，進(jìn)行疊加產(chǎn)生一個(gè)新數(shù)據(jù)層面的操作，其結(jié)果綜合了原來兩層或多層要素所具有的屬性。疊加分析不僅包含空間關(guān)系的比較，還包含屬性關(guān)系的比較。地理信息系統(tǒng)疊加分析可以分為以下幾類：視覺信息疊加矢量數(shù)據(jù)疊加：點(diǎn)與多邊形疊加、線與多邊形疊加、多邊形疊加?xùn)鸥駡D層疊加1)、視覺信息疊加地理信息系統(tǒng)中視覺信息疊加包括以下幾類：點(diǎn)狀圖，線狀圖和面狀圖之間的疊加顯示。面狀圖區(qū)域邊界之間或一個(gè)面狀圖與其他專題區(qū)域邊界之間的疊加。遙感影象與專題地圖的疊加。專題地圖與數(shù)字高程模型（DEM）疊加顯示立體專題圖。視覺信息疊加不產(chǎn)生新的數(shù)據(jù)層面，將多層信息復(fù)合顯示，便于分析。2)、點(diǎn)與多邊形疊加點(diǎn)與多邊形疊加，實(shí)際上是計(jì)算多邊形對(duì)點(diǎn)的包含關(guān)系。矢量結(jié)構(gòu)的GIS能夠通過計(jì)算每個(gè)點(diǎn)相對(duì)于多邊形線段的位置，進(jìn)行點(diǎn)是否在一個(gè)多邊形中的空間關(guān)系判斷。在完成點(diǎn)與多邊形的幾何關(guān)系計(jì)算后，還要進(jìn)行屬性信息處理。例如：一個(gè)中國政區(qū)圖（多邊形）和一個(gè)全國礦產(chǎn)分布圖（點(diǎn)），二者經(jīng)疊加分析后，并且將政區(qū)圖多邊形有關(guān)的屬性信息加到礦產(chǎn)的屬性數(shù)據(jù)表中，然后通過屬性查詢。查詢指定省有多少種礦產(chǎn)，產(chǎn)量有多少；查詢指定類型的礦產(chǎn)在哪些省里有分布等信息。

3)、線與多邊形疊加線與多邊形的疊加，是比較線上坐標(biāo)與多邊形坐標(biāo)的關(guān)系，判斷線是否落在多邊形內(nèi)。計(jì)算過程通常是計(jì)算線與多邊形的交點(diǎn)，將原線打斷成一條條弧段，并將原線和多邊形的屬性信息一起賦給新弧段。疊加的結(jié)果產(chǎn)生了一個(gè)新的數(shù)據(jù)層面，每條線被它穿過的多邊形打斷成新弧段圖層，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的屬性數(shù)據(jù)表記錄原線和多邊形的屬性信息。根據(jù)疊加的結(jié)果可以確定每條弧段落在哪個(gè)多邊形內(nèi)，可以查詢指定多邊形內(nèi)指定線穿過的長度。4、多邊形疊加多邊形疊加是GIS最常用的功能之一。多邊形疊加將兩個(gè)或多個(gè)多邊形圖層進(jìn)行疊加產(chǎn)生一個(gè)新多邊形圖層的操作，其結(jié)果將原來多邊形要素分割成新要素，新要素綜合了原來兩層或多層的屬性。

5．疊加分析

進(jìn)行多個(gè)多邊形的疊加運(yùn)算，在參與運(yùn)算多邊形所構(gòu)成的屬性空間（就圖而言，為宗地ID，宗地號(hào)，土壤ID，穩(wěn)定性）內(nèi)，每個(gè)結(jié)果多邊形內(nèi)部的屬性值是一致的，可以稱為最小公共地理單元（LeastCommonGeographicUnit,LCGU）疊加過程可分為幾何求交過程和屬性分配過程兩步：幾何求交過程首先求出所有多邊形邊界線的交點(diǎn)，再根據(jù)這些交點(diǎn)重新進(jìn)行多邊形拓?fù)溥\(yùn)算，對(duì)新生成的拓?fù)涠噙呅螆D層的每個(gè)對(duì)象賦一多邊形唯一標(biāo)識(shí)碼，同時(shí)生成一個(gè)與新多邊形對(duì)象一一對(duì)應(yīng)的屬性表。由于矢量結(jié)構(gòu)的有限精度原因，幾何對(duì)象不可能完全匹配，疊加結(jié)果可能會(huì)出現(xiàn)一些碎屑多邊形（SilverPolygon），通?？梢栽O(shè)定一模糊容限以消除它。ArcGis中“疊加”工具集中包含的工具用于疊加多個(gè)要素類以合并、擦除、修改或更新空間要素，從而生成新要素類。擦除：通過將擦除要素的多邊形與輸入要素相疊加來創(chuàng)建要素類。只將輸入要素處于擦除要素外部邊界之外的部分復(fù)制到輸出要素類。標(biāo)識(shí)：計(jì)算輸入要素和標(biāo)識(shí)要素的幾何交集。疊置標(biāo)識(shí)要素的輸入要素或其各個(gè)部分將獲得這些標(biāo)識(shí)要素的屬性.相交：計(jì)算輸入要素的幾何交集。所有圖層和/或要素類中相疊置的要素或要素的各部分將被寫入到輸出要素類?？臻g連接根據(jù)空間關(guān)系將一個(gè)要素類的屬性與另一個(gè)要素類的屬性進(jìn)行連接。目標(biāo)要素和來自連接要素的被連接屬性寫入到輸出要素類。交集取反：輸入要素和更新要素中不疊置的要素或要素的各部分將被寫入到輸出要素類。聯(lián)合：計(jì)算輸入要素的幾何并集。所有要素都將被寫入到輸出要素類，且具有來自與其重疊的輸入要素的屬性。更新：計(jì)算輸入要素和更新要素的幾何交集。輸入要素的屬性和幾何。根據(jù)輸出要素類中的更新要素來進(jìn)行更新5)柵格圖層疊加?xùn)鸥駭?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)空間信息隱含屬性信息明顯的特點(diǎn)，可以看作是最典型的數(shù)據(jù)層面，通過數(shù)學(xué)關(guān)系建立不同數(shù)據(jù)層面之間的聯(lián)系是GIS提供的典型功能?？臻g模擬尤其需要通過各種各樣的方程將不同數(shù)據(jù)層面進(jìn)行疊加運(yùn)算，以揭示某種空間現(xiàn)象或空間過程。柵格數(shù)據(jù)疊加運(yùn)算是通過像元之間的各種運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)的。設(shè)X1，X2，…Xn，分別表示第1層至第n層上同一坐標(biāo)屬性值，f函數(shù)表示各層上屬性與用戶需求之間的關(guān)系，E為疊置后屬性輸出層的屬性值，則E=f(x1,x2,…xn)疊加操作的輸出結(jié)果可能是：①各層屬性數(shù)據(jù)的算術(shù)運(yùn)算結(jié)果；②各層屬性數(shù)據(jù)的極值；③邏輯條件組合；④其他模型運(yùn)算結(jié)果。例如：土壤侵蝕強(qiáng)度與土壤可蝕性，坡度，降雨侵蝕力等因素有關(guān)，可以根據(jù)多年統(tǒng)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)方程，把土壤可蝕性、坡度、降雨侵蝕力作為數(shù)據(jù)層面輸入，通過數(shù)學(xué)運(yùn)算得到土壤侵蝕強(qiáng)度分布圖。這種作用于不同數(shù)據(jù)層面上的基于數(shù)學(xué)運(yùn)算的疊加運(yùn)算，在地理信息系統(tǒng)中稱為地圖代數(shù)。

例如：已知某區(qū)域指定高度的氣溫分布數(shù)據(jù)、高程數(shù)據(jù)以及溫度隨高度的變化率，求該區(qū)域的氣溫分布情況。假定該區(qū)域溫度隨高度變化為每100米遞減0.5度。第六章空間數(shù)據(jù)查詢與分析

第1節(jié)空間查詢與量算

第2節(jié)空間變換

第3節(jié)再分類

第4節(jié)緩沖區(qū)分析

第5節(jié)疊加分析

第6節(jié)網(wǎng)絡(luò)分析

第7節(jié)空間插值

第8節(jié)空間統(tǒng)計(jì)分類分析對(duì)地理網(wǎng)絡(luò)（如交通網(wǎng)絡(luò)）、城市基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)（如各種網(wǎng)線、電力線、電話線、供排水管線等）進(jìn)行地理分析和模型化，是地理信息系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)分析功能的主要目的。

網(wǎng)絡(luò)分析是運(yùn)籌學(xué)模型中的一個(gè)基本模型，它的根本目的是研究、籌劃一項(xiàng)網(wǎng)絡(luò)工程如何安排，并使其運(yùn)行效果最好，如一定資源的最佳分配，從一地到另一地的運(yùn)輸費(fèi)用最低等。

1、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本組成部分和屬性如下：1）鏈（Link）2）結(jié)點(diǎn)（Node）結(jié)點(diǎn)中又有下面幾種特殊的類型:障礙（Barrier）拐點(diǎn)（Turn）中心（Center）站點(diǎn)（Stop）除了基本的組成部分外，有時(shí)還要增加一些特殊結(jié)構(gòu)，如鄰接點(diǎn)鏈表用來輔助進(jìn)行路徑分析。2主要網(wǎng)絡(luò)分析功能（1）路徑分析1）靜態(tài)求最佳路徑2）N條最佳路徑分析3）最短路徑或最低耗費(fèi)路徑4）動(dòng)態(tài)最佳路徑分析（2）計(jì)算最短路徑的Dijkstra算法無論是計(jì)算最短路徑還是最佳路徑，其算法都是一致的，不同之處在于有向圖中每條弧的權(quán)值設(shè)置。如果要計(jì)算最短路徑，則權(quán)重設(shè)置為兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的實(shí)際距離；而要計(jì)算最佳路徑，則可以將權(quán)值設(shè)置為從起點(diǎn)到終點(diǎn)的時(shí)間或費(fèi)用。Dijkstra算法可以用于計(jì)算從有向圖中任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)到其它節(jié)點(diǎn)的最短路徑。3、資源分配資源分配網(wǎng)絡(luò)模型由中心點(diǎn)（分配中心或收集中心）及其屬性和網(wǎng)絡(luò)組成。分配有兩種形式，一種是由分配中心向四周分配，另一種是由四周向收集中心分配。資源分配的應(yīng)用包括消防站點(diǎn)分布和求援區(qū)劃分、學(xué)校選址、垃圾收集站點(diǎn)分布，停水停電對(duì)區(qū)域的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)影響估計(jì)等。1）負(fù)荷設(shè)計(jì)2）時(shí)間和距離估算

第六章空間數(shù)據(jù)查詢與分析

第1節(jié)空間查詢與量算

第2節(jié)空間變換

第3節(jié)再分類

第4節(jié)緩沖區(qū)分析

第5節(jié)疊加分析

第6節(jié)網(wǎng)絡(luò)分析

第7節(jié)空間插值

第8節(jié)空間統(tǒng)計(jì)分類分析1、空間插值在以下幾種情況下必須作空間插值：

1）現(xiàn)有的離散曲面的分辨率，象元大小或方向與所要求的不符，需要重新插值。

2）現(xiàn)有的連續(xù)曲面的數(shù)據(jù)模型與所需的數(shù)據(jù)模型不符，需要重新插值。

3）現(xiàn)有的數(shù)據(jù)不能完全覆蓋所要求的區(qū)域范圍，需要插值。

2、空間插值的數(shù)據(jù)源連續(xù)表面空間插值的數(shù)據(jù)源包括：攝影測量得到的正射航片或衛(wèi)星影象；衛(wèi)星或航天飛機(jī)的掃描影象；野外測量采樣數(shù)據(jù)，采樣點(diǎn)隨機(jī)分布或有規(guī)律的線性分布（沿剖面線或沿等高線）；數(shù)字化的多邊形圖、等值線圖；

3、空間插值方法空間插值方法可以分為：整體插值、局部插值方法兩類。整體插值方法用研究區(qū)所有采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行全區(qū)特征擬合；局部插值方法是僅僅用鄰近的數(shù)據(jù)點(diǎn)來估計(jì)未知點(diǎn)的值。整體插值方法1）邊界內(nèi)插方法2）趨勢面分析3）變換函數(shù)插值整體內(nèi)插，就是在整個(gè)區(qū)域用一個(gè)數(shù)學(xué)函數(shù)來表達(dá)地形曲面。整體內(nèi)插函數(shù)保凸性較差不容易得到穩(wěn)定的數(shù)值解解多項(xiàng)式系數(shù)物理意義不明顯不能提供內(nèi)插區(qū)域的局部地形特征但其優(yōu)點(diǎn)也是明顯的、充分反映宏觀地形特征等。整體內(nèi)插函數(shù)常常用來揭示整個(gè)區(qū)域內(nèi)的地形宏觀起伏態(tài)勢。局部插值方法局部插值方法只使用鄰近的數(shù)據(jù)點(diǎn)來估計(jì)未知點(diǎn)的值，包括幾個(gè)步驟：1）定義一個(gè)鄰域或搜索范圍；2）搜索落在此鄰域范圍的數(shù)據(jù)點(diǎn)；3）選擇表達(dá)這有限個(gè)點(diǎn)的空間變化的數(shù)學(xué)函數(shù)；4）為落在規(guī)則格網(wǎng)單元上的數(shù)據(jù)點(diǎn)賦值。重復(fù)這個(gè)步驟直到格網(wǎng)上的所有點(diǎn)賦值完畢。局部插值方法1）最近鄰點(diǎn)法：泰森多邊形方法2）移動(dòng)平均插值方法：距離倒數(shù)插值3）樣條函數(shù)插值方法4）空間自協(xié)方差最佳插值方法：克里金插值1）最近鄰點(diǎn)法：泰森多邊形方法最近鄰點(diǎn)插值法(NearestNeighbor)又稱泰森多邊形方法,泰森多邊形(Thiesen,又叫Dirichlet或Voronoi多邊形)分析法是荷蘭氣象學(xué)家A.H.Thiessen提出的一種分析方法。最初用于從離散分布?xì)庀笳镜慕涤炅繑?shù)據(jù)中計(jì)算平均降雨量,現(xiàn)在GIS和地理分析中經(jīng)常采用泰森多邊形進(jìn)行快速的賦值。1）最近鄰點(diǎn)法：泰森多邊形方法泰森多邊形（Thiessen，又叫Dirichlet或Voronoi多邊形）采用了一種極端的邊界內(nèi)插方法，只用最近的單個(gè)點(diǎn)進(jìn)行區(qū)域插值。泰森多邊形按數(shù)據(jù)點(diǎn)位置將區(qū)域分割成子區(qū)域，每個(gè)子區(qū)域包含一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，各子區(qū)域到其內(nèi)數(shù)據(jù)點(diǎn)的距離小于任何到其它數(shù)據(jù)點(diǎn)的距離，并用其內(nèi)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行賦值。連接所有數(shù)據(jù)點(diǎn)的連線形成Delaunay三角形，與不規(guī)則三角網(wǎng)TIN具有相同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。Delaunay三角網(wǎng)與Voronoii圖圖2）移動(dòng)平均插值方法：距離倒數(shù)插值距離倒數(shù)插值方法綜合了泰森多邊形的鄰近點(diǎn)方法和趨勢面分析的漸變方法的長處，它假設(shè)未知點(diǎn)x0處屬性值是在局部鄰域內(nèi)中所有數(shù)據(jù)點(diǎn)的距離加權(quán)平均值。距離倒數(shù)插值方法是加權(quán)移動(dòng)平均方法的一種。加權(quán)移動(dòng)平均方法的計(jì)算公式：加權(quán)移動(dòng)平均公式最簡單的形式稱為線性插值：距離倒數(shù)插值方法是GIS軟件根據(jù)點(diǎn)數(shù)據(jù)生成柵格圖層的最常見方法。距離倒數(shù)法計(jì)算值易受數(shù)據(jù)點(diǎn)集群的影響，計(jì)算結(jié)果經(jīng)常出現(xiàn)一種孤立點(diǎn)數(shù)據(jù)明顯高于周圍數(shù)據(jù)點(diǎn)的“鴨蛋”分布模式，可以在插值過程中通過動(dòng)態(tài)修改搜索準(zhǔn)則進(jìn)行一定程度的改進(jìn)。3）樣條函數(shù)插值方法從數(shù)學(xué)上講，就是一個(gè)分段的低次多項(xiàng)式，多項(xiàng)式的次數(shù)一般不超過三階。通過樣條函數(shù)，可以獲取在各個(gè)采樣點(diǎn)上具有最小曲率的擬合曲面。4）空間自協(xié)方差最佳插值方法：克里金插值趨勢面分析的控制參數(shù)和距離倒數(shù)插值方法的權(quán)重對(duì)結(jié)果影響很大，這些問題包括：需要計(jì)算平均值數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)目；搜索數(shù)據(jù)點(diǎn)的鄰域大小、方向和形狀如何確定；有沒有比計(jì)算簡單距離函數(shù)更好的估計(jì)權(quán)重系數(shù)的方法；與插值有關(guān)的誤差問題。為解決這些問題，法國地理數(shù)學(xué)學(xué)家GeorgesMatheron和南非礦山工程師D.G.Krige