空間分析要點

.z.空間分析要點(參考)第一章1、空間對象的屬性大致可分為兩類：一是空間要素屬性是指與空間〔時間〕位置相關(guān)的屬性，主要包括：空間對象的位置、大小、形狀、速度、事件發(fā)生的時間。二是非空間要素屬性，也稱描述屬性，是指與空間位置無關(guān)或無直接關(guān)系的屬性：如顏色、密度、質(zhì)地等等。2、空間分析的目的就是根據(jù)空間對象的屬性進展分析，探求空間對象的時空分布規(guī)律、發(fā)生原因及開展規(guī)律。3、空間對象的類型：按空間維數(shù)分類，大致可分為四類0維空間對象：有位置無長度的對象，如：居民點、地圖中的城市、地震的震中位置。1維空間對象：有長度的對象，一般由兩個或多個0維目標組成，如：道路、河流。2維空間對象：有面積的空間對象，如土地使用的類型、湖泊。3維空間對象：具有體積的空間對象，如地下的礦體、大壩、隧道等。根據(jù)空間對象的連續(xù)性，可分為兩類：連續(xù)型的空間對象：在空間中連續(xù)分布的對象，如：*區(qū)域的地球化學元素分布，大氣污染物濃度、海水的鹽度。離散型的空間對象：在空間中不連續(xù)分布的對象，如：城市中商業(yè)網(wǎng)點的分布，道路與河流，建筑物。4、空間實體之間存在復(fù)雜的空間關(guān)系，主要可包括：距離關(guān)系、方位關(guān)系、拓撲關(guān)系、空間相關(guān)、空間關(guān)聯(lián)、空間配置、空間過程、空間尺度5、空間要素模型：前GIS系統(tǒng)中數(shù)據(jù)組織的根本方式。點要素，線要素，面要素。6、空間的主要內(nèi)容：空間位置空間分布：同類空間對象的群體定位信息，包括分布、趨勢、比照等內(nèi)容空間形態(tài)：空間對象的幾何形態(tài)空間距離：空間物體的接近程度空間關(guān)系：空間對象的相關(guān)關(guān)系，包括拓撲、方位、相似、相關(guān)等空間過程空間的主要方法：(1)基于地圖的空間圖形分析，如GIS中的緩沖區(qū)、疊加分析、數(shù)字高程模型、數(shù)字地面模型等；(2)空間動力學分析，有城市擴*模型(驅(qū)動力等)、空間價格競爭模型(區(qū)位優(yōu)勢)、空間擇位模型〔中心地等〕；(3)空間信息分析，是指根據(jù)數(shù)據(jù)或統(tǒng)計方法建立的模型，如空間聚類、空間自相關(guān)、回歸模型等。8、空間分析的目的作用：(1)描述與認知空間數(shù)據(jù)分布特征，如點線面的空間分異狀況(2)解釋空間現(xiàn)象與空間模式的形成機理，如城市土地利用變化研究；(3)調(diào)控在地理空間上發(fā)生的事件，如資源配置與優(yōu)化、水資源合理配置；(4)預(yù)測預(yù)報，如地址災(zāi)害預(yù)警，洪水的預(yù)測預(yù)報。第二章疊加分析〔SpatialOverlayanalysis〕又稱疊合分析、疊置分析，在統(tǒng)一空間參照系統(tǒng)條件下，每次將同一地區(qū)兩個地理對象的圖層進展疊合，以產(chǎn)生空間區(qū)域的多重屬性特征，或建立地理對象之間的空間對應(yīng)關(guān)系。2、疊加條件：統(tǒng)一空間參照系統(tǒng)條件3、據(jù)疊加的目的和結(jié)果可分為：空間合成疊加，空間統(tǒng)計疊加4、空間疊加更成為一種地圖處理的思想。疊加分析的應(yīng)用：5、緩沖區(qū)分析：是指根據(jù)分析對象的點、線、面實體，自動建立其周圍一定距離的帶狀區(qū)，用以識別這些實體或者主體對鄰近對象的輻射范圍或者影響程度，是解決鄰近度問題的空間分析工具之一。緩沖區(qū)分析應(yīng)用：〔思路，流程圖，解題詳細步驟〕例：一伐木公司，獲準在*林區(qū)采伐，為防止水土流失，規(guī)定不得在河流周圍1km內(nèi)采伐林木。另外，為便于運輸，決定將采伐區(qū)定在道路周圍5km之內(nèi)。請找出符合上述條件的采伐區(qū)，輸出森林采伐圖。解題思路：首先要以區(qū)域的道路分布圖、河流分布圖、森林分布圖為數(shù)據(jù)源。解題流程圖：解題詳細步驟：將該地區(qū)具有一樣比例尺且進展配準的道路分布圖、河流分布圖、森林分布圖，進展預(yù)處理和數(shù)字化；利用河流分布圖生成1km的等距緩沖區(qū)；利用道路分布圖生成5km的等距緩沖區(qū)；森林分布圖中可采伐林地、道路緩沖區(qū)及河流緩沖區(qū)圖進展疊置，疊置條件表達為:采伐區(qū)＝森林分布圖中可伐林地∩道路周圍5km緩沖區(qū)∩非河流周圍1km緩沖區(qū)將上述3*圖進展兩兩疊置，所得結(jié)果即為森林采伐圖例2：一湖泊，要求在它周圍5000m內(nèi)必須制止任何污染性工業(yè)企業(yè)存在，在它周圍500m內(nèi)必須制止建筑任何永久性建筑物。解題思路：先建立緩沖區(qū)；同現(xiàn)有污染性工業(yè)企業(yè)圖疊置，顯示在范圍內(nèi)應(yīng)制止的污染性工業(yè)企業(yè)；同現(xiàn)有永久性建筑物圖疊置，顯示在范圍內(nèi)應(yīng)制止的永久性建筑物。第三章1、地圖代數(shù)〔1〕局部運算：指輸出圖層*一位置的值由輸入的一個或多個圖層同一位置的值通過代數(shù)規(guī)則運算得到。特性：柵格數(shù)據(jù)分析中的單個單元運算，對應(yīng)柵格單元運算，不涉及位置運算，不受鄰域單元影響產(chǎn)生新的柵格地圖〔2〕鄰域運算：輸出圖層*一位置的值可由輸入柵格數(shù)據(jù)層同一位置鄰域內(nèi)的值通過代數(shù)規(guī)則運算產(chǎn)生。應(yīng)用：1生態(tài)研究，統(tǒng)計鄰域內(nèi)物種數(shù)目2圖像處理，計算數(shù)據(jù)平滑、邊緣增強、鄰域內(nèi)最大/小值3地形分析，計算坡度、坡向和外表曲率〔3〕區(qū)域運算，也稱分區(qū)統(tǒng)計，以一個數(shù)據(jù)集為根底〔區(qū)域圖層〕在它所包含的不同類別中對另一個數(shù)據(jù)集〔數(shù)據(jù)圖層〕進展統(tǒng)計。2、距離模型：距離函數(shù)種類：1直線距離函數(shù),2本錢距離加權(quán)函數(shù)3方向函數(shù)4本錢3、密度模型：密度的類型點密度，每個柵格單元的點密度值等于落入該單元搜索半徑范圍內(nèi)的所有點狀要素的屬性值之和除以搜索鄰域的面積。僅限于對點狀要素的統(tǒng)計。線密度，每個柵格單元鄰域內(nèi)的線狀要素的密度，如每平方公里的道路長度。其值等于落入柵格單元鄰域內(nèi)的各線要素的長度與其屬性值之積的和除以搜索鄰域的面積。4、空間評價模型：是在GIS的平臺上，通過綜合考慮不同影響因子〔以柵格圖層表示〕的作用而最終確定目標區(qū)的一種空間分析模型。第四章1、空間插值：空間數(shù)據(jù)的插值〔Interpolation〕即對一組空間數(shù)據(jù),可以是離散點的形式,也可以是分區(qū)數(shù)據(jù)的形式,要從這些數(shù)據(jù)中找到一個函數(shù)關(guān)系式,使該關(guān)系式最好地逼近的空間數(shù)據(jù),并能根據(jù)該函數(shù)關(guān)系式推求出區(qū)域范圍內(nèi)其它任意點〔未采樣區(qū)域〕值。2、空間插值的情況：現(xiàn)有的離散曲面的分辨率、像元大小或方向與所要求的不符；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；現(xiàn)有的數(shù)據(jù)不能完全覆蓋所要求的區(qū)域范圍。3、空間插值作用：常用于將離散點的測量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為連續(xù)的數(shù)據(jù)曲面。以便與其它空間現(xiàn)象的分布模式進展比擬。4、空間插值的一般流程：數(shù)據(jù)顯示：頻率分布等數(shù)據(jù)檢查：異常值監(jiān)測模型擬合：參數(shù)優(yōu)化模型診斷：選擇適宜的插值模型結(jié)果驗證5、反距離權(quán)重插值法〔InverseDistanceWeighted，IDW〕，也稱反距離加權(quán)插值。是基于相近相似的原理：即兩個物體離得近，它們的性質(zhì)就越相似，反之，離得越遠則相似性越小。它以插值點與樣本點間的距離為權(quán)重進展加權(quán)平均,離插值點越近的樣本點賦予的權(quán)重越大。計算步驟：1.計算未知點到所有點的距離；2.計算每個點的權(quán)重：權(quán)重是距離倒數(shù)的函數(shù)。3.計算結(jié)果6、徑向基函數(shù)法與IDW的區(qū)別：1IDW：無法計算出高于或低于樣點的預(yù)測值，外表不平滑2徑向基函數(shù)法可以計算出高于或低于樣點的預(yù)測值，外表平滑；3徑向基函數(shù)生成的外表不僅能夠反映整體變化趨勢而且可以反映局部變化。沒有了反距離的"牛眼〞構(gòu)造，比擬平滑。由于其比擬平滑，推薦用于平滑，連續(xù)外表的插值，如地形和水位，平均降雨量。7、地統(tǒng)計：平穩(wěn)性2域化變量具有兩個性質(zhì)：①在局部的*一點，區(qū)域化變量的取值是隨機的；②對整個區(qū)域而言，存在一個總體或平均的構(gòu)造，相鄰區(qū)域化變量的取值具有該構(gòu)造所表達的相關(guān)關(guān)系。即區(qū)域化變量的兩大特點是隨機性和構(gòu)造性。8、變異函數(shù)的主要因素：〔1〕樣點間的距離和支撐的大小〔2〕樣本數(shù)量的大小〔3〕異常值的影響〔4〕比例效應(yīng)的影響9、克里格插值是建立在變異函數(shù)理論分析根底上的，是對有限區(qū)域內(nèi)的區(qū)域化變量取值進展無偏最優(yōu)估計的一種方法?？死锔穹椒ǖ膬?yōu)點：建立在空間隨機場構(gòu)造分析的根底之上，因而在計算是可以充分利用空間隨機場中的構(gòu)造性信息，降低估計的不確定性。反映了變量的空間構(gòu)造性。充分考慮了點與待估計點之間的空間相關(guān)性。在進展克里格插值時，可根據(jù)待估點與點間的方位關(guān)系選用不同方向的變異函數(shù)，而估計結(jié)果反映了空間隨機場的各向異性?？梢越o出估計方差的大小，在一定程度上對估計結(jié)果的精度進展評價?？死锔穹椒ǖ木窒扌裕骸?〕克里格插值為局部估計方法，對估計值的整體空間相關(guān)性考慮不夠，它保證了數(shù)據(jù)的估計局部最優(yōu)，卻不能保證數(shù)據(jù)的總體最優(yōu)，因為克里格估值的方差比原始數(shù)據(jù)的方差要小。因此，當樣點較少且分布不均時可能會出現(xiàn)較大的估計誤差，特別是在樣點之外的為采樣區(qū)誤差可能更大?！?〕克里格插值法為光滑內(nèi)插方法，為減小估計方差而對真實觀測數(shù)據(jù)的離散性進展了平滑處理，雖然可以得到由于光滑而更美觀的等值線圖，但一些有意義的異常帶也可能被光滑作用而"光滑〞掉了。所以，有時克里格方法被稱為一種"移動光滑窗口〞。第五章1、地形數(shù)據(jù)的應(yīng)用：直接應(yīng)用——高程、海拔、等高/值線經(jīng)DEM變換產(chǎn)生滿足各專業(yè)應(yīng)用需求的派生產(chǎn)品——坡度、坡向、平面曲率、剖面曲率等2、3、地形特征提取意義：1、高精度制圖、DEM生產(chǎn)、DEM數(shù)據(jù)壓縮的保障；2、地貌制圖綜合的根本；3、地貌類型自動劃分的依據(jù)；4、地學分析的根底；5、地貌分布格局研究的前提。第六章1、空間數(shù)據(jù)分析與傳統(tǒng)統(tǒng)計分析主要有兩大差異：空間數(shù)據(jù)間并非獨立，而是在維空間中具有*種空間相關(guān)性，且在不同的空間分辨率下呈現(xiàn)不同的相關(guān)程度；大多數(shù)空間問題僅有一組〔空間分布不規(guī)則的〕觀測值，而無重復(fù)觀測數(shù)據(jù)。因此，空間現(xiàn)象的了解與描述是極為復(fù)雜的；而傳統(tǒng)方法，尤其是建立在獨立樣本上的統(tǒng)計方法，不適合分析空間數(shù)據(jù)。2、基于連通性特征的空間權(quán)重指標，又可以稱為空間鄰接指標?；诰嚯x特征的空間權(quán)重指標，又可以稱為空間距離指標。3常將Moran’sI解釋為一個相關(guān)系數(shù)，取值范圍從-1到+1。0<I<1表示正的空間自相關(guān)，I=0表示不存在空間自相關(guān)，-1<I<0表示負的空間自相關(guān)。當Moran’sI顯著為正時，存在顯著的正相關(guān)，相似的觀測值(高值或低值)趨于空間集聚。當Moran’sI為顯著的負值時，存在顯著的負相關(guān)，相似的觀測值趨于分散分布。當Moran’sI接近期望值(-1/(n-1)，隨著樣本數(shù)量的增大，該值趨于0)時，說明不存在空間自相關(guān)，觀測值在空間上隨機排列，滿足經(jīng)典統(tǒng)計分析所要求的獨立、隨機分布假設(shè)。第七章1、空間決策支持一般需要以下過程：〔1〕確定目標根據(jù)用戶的要求，確定用戶的最終實現(xiàn)目標，并對目標性質(zhì)進展分類，確定目標的初步認識。〔2〕建立模型建立分析的運作模型及定量模型。前者是指用戶的實際運作過程的各種業(yè)務(wù)運作模型；后者是指參照用戶的實際工作模型，結(jié)合空間數(shù)據(jù)的空間特點，形成各種定量分析模型。3〕尋求空間分析手段結(jié)合以上分析結(jié)果，逐步分解細節(jié)，尋求空間分析手段，對各種可能的分析手段進展分析，確定可行性的分析過程，尤其應(yīng)注意空間數(shù)據(jù)的有效連接，最后形成分析結(jié)果，提交用戶使用〔4〕結(jié)果評價空間分析結(jié)果的合理性，直接影響到?jīng)Q策支持的效果合理可靠的結(jié)果會對決策起到推動和促進作用，并起到事半功倍的效果。如果結(jié)果不合理，甚至出現(xiàn)錯誤的分析結(jié)果，將會導(dǎo)致決策的失誤乃至失敗，從而導(dǎo)致不可預(yù)見的后果。必須對空間分析的結(jié)果進展評價，確定結(jié)果的合理性和可靠性。2、空間分析模型類型空間分布模型：用于研究空間對象的空間分布特征空間關(guān)系模型：用于研究基于空間對象的位置和屬性特征的空間實體之間的關(guān)系空間相關(guān)模型：用于研究實體位置和屬性集成下的關(guān)系，尤其是實體群(類)之間的關(guān)系預(yù)測、評價與決策模型：(1)用于研究空間對象的動態(tài)開展，根據(jù)過去和現(xiàn)在推斷未來，根據(jù)推測未知；(2)預(yù)測空間對象的開展趨勢，并做出判斷和評價，形成決策方案，用以指導(dǎo)行動3、空間分析模型案例：例1：道路拓寬改建過程中的拆遷指標計算主要內(nèi)容利用建立緩沖區(qū)、拓撲疊加和特征提取，計算道路拓寬改建的拆遷指標分析過程明確分析的目的和標準目的是計算由于道路拓寬而需拆遷的建筑物的建筑面積和房產(chǎn)價值道路拓寬改建的標準是：道路從原有的20m拓寬至60m；拓寬道路應(yīng)盡量保持直線；局部位于拆遷區(qū)內(nèi)的10層以上的建筑不撤除。準備進展分析的數(shù)據(jù)需要涉及兩類信息：現(xiàn)狀道路圖；區(qū)域內(nèi)建筑物分布圖及相關(guān)信息進展空間操作選擇擬拓寬的道路，根據(jù)拓寬半徑，建立道路的緩沖區(qū)。將此緩沖區(qū)與建筑物層數(shù)據(jù)進展拓撲疊加，產(chǎn)生一幅新圖，此圖包括所有局部或全部位于拓寬區(qū)內(nèi)的建筑物信息進展統(tǒng)計分析選擇全部或局部位于拆遷區(qū)內(nèi)、且樓層在10層以下的的建筑物，并對道路的拓寬邊界進展局部調(diào)整。對所有需拆遷的建筑物進展拆遷指標計算將分析結(jié)果以地圖和表格的形式打印輸出例2：輔助建立工程選址主要內(nèi)容利用空間操作和特征提取功能，為一建立工程選擇最正確的建立位置分析過程