空間信息技術(shù)基礎(chǔ)（韋娟）課件 第4章 空間分析原理與方法

空間信息技術(shù)基礎(chǔ)第一節(jié)空間分析過程及其模型第二節(jié)空間查詢第三節(jié)數(shù)字地面模型及其應(yīng)用第四節(jié)空間數(shù)據(jù)的疊加分析第五節(jié)空間數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)分析第六節(jié)空間網(wǎng)絡(luò)分析第七節(jié)空間統(tǒng)計(jì)類分析第四章空間分析原理與方法

空間分析是GIS系統(tǒng)的重要功能之一，是GIS系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)輔助繪圖系統(tǒng)的主要區(qū)別?？臻g分析的對象是一系列跟空間位置有關(guān)的數(shù)據(jù)，包括空間坐標(biāo)和專業(yè)屬性兩部分。

空間坐標(biāo)用于實(shí)體的空間位置和幾何形態(tài)，專業(yè)屬性則是實(shí)體某一方面的性質(zhì)。第四章空間分析原理與方法空間分析需解決的問題描述與認(rèn)知空間數(shù)據(jù)分布特征如：植被，建筑物，人口的空間分異狀況解釋空間現(xiàn)象與空間模式的形成機(jī)理如：城市土地利用變化研究調(diào)控在地理空間上發(fā)生的事件如：醫(yī)院的合理配置預(yù)測預(yù)報(bào)如：洪水的預(yù)測預(yù)報(bào)如：城市邊緣區(qū)分布特征分析城市邊緣區(qū)，是指位于城市和鄉(xiāng)村之間，以土地混合利用方式為典型特征，人口和社會(huì)特征具有城鄉(xiāng)過渡性質(zhì)的一獨(dú)特地域?？臻g分析方法的分類基于地圖的空間圖形分析空間動(dòng)力學(xué)分析根據(jù)數(shù)據(jù)或統(tǒng)計(jì)方法建立的模型，如空間聚類，空間自相關(guān)，回歸模型等實(shí)際上，同一種空間分析方法和模型可歸屬于不同的類型；如，中心地的確定屬于空間信息分析模型，但中心地的形成可歸屬于空間動(dòng)力學(xué)模型如：GIS中的緩沖區(qū)分析、疊加分析、三維地形分析城市擴(kuò)張模型（驅(qū)動(dòng)力分析等），空間價(jià)格競爭模型（區(qū)位優(yōu)勢分析），空間擇位模型（中心地分析等）空間信息分析空間分析的主要內(nèi)容空間位置借助于空間坐標(biāo)系傳遞空間對象的定位信息，是空間對象表述的研究基礎(chǔ)，即投影與轉(zhuǎn)換理論空間分布同類空間對象的群體定位信息，包括分布、趨勢、對比等內(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?fù)?、方位、相似、相關(guān)等第一節(jié)空間分析過程及其模型

GIS不僅要完成管理大量復(fù)雜地理數(shù)據(jù)的任務(wù)，更為重要的是要完成地理分析、評(píng)價(jià)、預(yù)測和輔助決策的任務(wù)

發(fā)展廣泛的適用于GIS的地理分析模型，是GIS走向?qū)嵱玫年P(guān)鍵模型：將系統(tǒng)的各個(gè)要素，通過適當(dāng)篩選，用一定的表現(xiàn)規(guī)則描寫出來的簡明映象。通常表達(dá)某個(gè)系統(tǒng)的發(fā)展過程或發(fā)展結(jié)果一空間分析建模—專業(yè)應(yīng)用模型1定義

空間分析模型是指用于GIS空間分析的數(shù)學(xué)模型，是在GIS空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上建立起來的模型，是通過作用于原始數(shù)據(jù)和派生數(shù)據(jù)的一組順序的、交互的空間分析操作命令，對一個(gè)空間決策過程進(jìn)行的模擬。

2空間分析與應(yīng)用模型的關(guān)系

空間分析應(yīng)用模型

空間分析是基本的，解決一般問題的理論和方法，而一般應(yīng)用模型是不可枚舉的，是復(fù)合、復(fù)雜的，解決專門問題的理論和方法，它的解決應(yīng)以空間分析的基本方法和算法模型為基礎(chǔ)。（局部與整體的關(guān)系）

第一節(jié)空間分析過程及其模型（1）空間分析模型是聯(lián)系GIS應(yīng)用系統(tǒng)與專業(yè)領(lǐng)域的紐帶，以廣泛、深入的專業(yè)研究為基礎(chǔ)

3

空間分析模型的意義一空間分析建?！獙I(yè)應(yīng)用模型（2）空間分析模型是綜合利用GIS中大量數(shù)據(jù)的工具，數(shù)據(jù)的綜合分析和應(yīng)用主要通過模型來實(shí)現(xiàn)（3）空間分析模型是分析型和輔助決策型GIS區(qū)別于管理型GIS的一個(gè)重要特征，是解決空間分析和輔助決策問題的核心

第一節(jié)空間分析過程及其模型一空間分析建?！獙I(yè)應(yīng)用模型4地理信息建模系統(tǒng)（GIMS）

研究如何根據(jù)給定條件（如已知數(shù)據(jù)和約束條件）自動(dòng)生成解決問題（如確定候選地址）的整個(gè)操作過程。它能支持面向用戶的空間分析模型的定義、生成和檢驗(yàn)的環(huán)境，支持與用戶交互式的基于GIS的分析、建模和決策。

GIMS是目前GIS研究的熱點(diǎn)問題之一第一節(jié)空間分析過程及其模型5空間建模現(xiàn)狀

3)混合型空間模型法

前兩種方法的結(jié)合，盡可能利用GIS提供的功能保持外部空間模型法的靈活性2)嵌入式（內(nèi)部空間模型法）1)松散耦合式（外部空間模型法）

高級(jí)語言建立專業(yè)模型

GIS空間數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)通訊二次開發(fā)語言專業(yè)模型空間數(shù)據(jù)庫一空間分析建模—專業(yè)應(yīng)用模型第一節(jié)空間分析過程及其模型6常用空間分析模型1)相關(guān)分析模型

用來分析研究各種地理要素?cái)?shù)據(jù)之間相互關(guān)系的一種有效手段一空間分析建?！獙I(yè)應(yīng)用模型2)趨勢面分析模型

用來將現(xiàn)象的空間分布特征及其區(qū)域變化趨勢模擬出來

如：土地利用變化的驅(qū)動(dòng)力分析：解釋空間現(xiàn)象與空間模式的形成機(jī)理精確揭示土地結(jié)構(gòu)空間集聚差異與時(shí)間序列的關(guān)聯(lián)關(guān)系及其驅(qū)動(dòng)力土地利用時(shí)空結(jié)構(gòu)分異分析方法土地利用空間測算分析模型

3)預(yù)測模型

反映地理要素的動(dòng)態(tài)發(fā)展規(guī)律，并用于預(yù)測分析---常用回歸模型

4）聚類模型

描述各種地理要素?cái)?shù)據(jù)之間的近似程度，相似的可合并第一節(jié)空間分析過程及其模型二空間決策支持1空間決策支持定義

是應(yīng)用空間分析的各種手段對空間數(shù)據(jù)進(jìn)行處理變換，以提取隱含于空間數(shù)據(jù)中的某些事實(shí)和關(guān)系，并以圖形和文字的形式直觀地加以表示，為現(xiàn)實(shí)世界中的各種應(yīng)用提供科學(xué)、合理的支持

2解決空間問題的一般步驟1）明確目的、要求2）收集（準(zhǔn)備）數(shù)據(jù)并建庫3）確定空間分析步驟4）輸出結(jié)果

第一節(jié)空間分析過程及其模型例1：道路拓寬改建過程中的拆遷指標(biāo)計(jì)算1）明確分析的目的和標(biāo)準(zhǔn)目的：計(jì)算由于道路拓寬而需拆遷的建筑物的面積和房產(chǎn)價(jià)值三空間決策支持的實(shí)例

2）準(zhǔn)備進(jìn)行分析的數(shù)據(jù)

涉及兩類信息：

A、現(xiàn)狀道路圖

B、分析區(qū)域內(nèi)建筑物分布圖及相關(guān)的信息第一節(jié)空間分析過程及其模型3）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)生一幅新圖三空間決策支持的實(shí)例

例1：道路拓寬改建過程中的拆遷指標(biāo)計(jì)算4）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)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(jì)算5）將分析結(jié)果以地圖或表格的形式打印輸出

第一節(jié)空間分析過程及其模型例2：輔助建筑項(xiàng)目選址1）建立分析的目的和標(biāo)準(zhǔn)目的：確定一些具體的地塊，作為一個(gè)輕度污染工廠的可能建設(shè)位置三空間決策支持的實(shí)例

2）從數(shù)據(jù)庫中提取用于選址的數(shù)據(jù)A、全市所有地塊信息的數(shù)據(jù)層B、全市公共設(shè)施的分布圖第一節(jié)空間分析過程及其模型3）進(jìn)行特征提取和空間拓?fù)浏B加從地塊圖中提取滿足條件的地塊，并與公共設(shè)施層數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加。三空間決策支持的實(shí)例

例2：輔助建筑項(xiàng)目選址4）進(jìn)行鄰域分析對疊加結(jié)果進(jìn)行鄰域分析和特征提取，去掉周圍有幼兒園、學(xué)校等公共設(shè)施的地塊，選擇滿足要求的地塊。5）將選擇的地塊及相關(guān)信息以地圖和表格的形式打印輸出

第一節(jié)空間分析過程及其模型空間數(shù)據(jù)庫西安電子科技大學(xué)在哪里？空間查詢屬性查詢608路公交經(jīng)過哪些站？火車站-西安軟件園第二節(jié)空間查詢第二節(jié)空間查詢空間數(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(jì)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、顏色等明顯表示第二節(jié)空間查詢一空間查詢的方式1

給出圖形信息：如鼠標(biāo)點(diǎn)取，拉框等方式。1）檢索其相應(yīng)屬性；2）檢索其空間拓?fù)潢P(guān)系

2給出屬性特征條件1）檢索對應(yīng)的空間實(shí)體2）查詢屬性單純查詢：單純地查詢屬性，或只查詢空間拓?fù)潢P(guān)系3聯(lián)合查詢：將空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)聯(lián)合查詢。第二節(jié)空間查詢二空間數(shù)據(jù)查詢種類1幾何參數(shù)查詢

包括點(diǎn)的位置坐標(biāo)，兩點(diǎn)間的距離，一個(gè)或一段線目標(biāo)的長度，一個(gè)面目標(biāo)的周長或面積等。

實(shí)現(xiàn)：查詢屬性庫或空間計(jì)算

第二節(jié)空間查詢二空間數(shù)據(jù)查詢種類2空間定位查詢

給定一個(gè)點(diǎn)或一個(gè)幾何圖形，檢索該圖形范圍內(nèi)的空間對象及其屬性1）按點(diǎn)查詢

給定一個(gè)鼠標(biāo)點(diǎn)，查詢離它最近的對象及屬性---點(diǎn)的捕捉

2）開窗查詢----按矩形、圓、多邊形查詢

分為該窗口包含和穿過的區(qū)別實(shí)現(xiàn)：根據(jù)空間索引，檢索哪些對象可能位于該窗口，然后根據(jù)點(diǎn)、線、面在查詢開窗內(nèi)的判別計(jì)算，檢索到目標(biāo)。--空間運(yùn)算方法

第二節(jié)空間查詢1）相鄰分析檢索---通過檢索拓?fù)潢P(guān)系

面—面：與某個(gè)多邊形相鄰的多邊形是哪些？A、

從多邊形與弧段關(guān)聯(lián)表中，檢索該多邊形關(guān)聯(lián)的所有弧段B、從弧段關(guān)聯(lián)的左右多邊形表中，檢索出這些弧段關(guān)聯(lián)的多邊形線—線：與某條河流相連的支流有哪些？A、從線狀地物表中，查找組成A的所有弧段及關(guān)聯(lián)的結(jié)點(diǎn)B、從結(jié)點(diǎn)表中，查詢與這些結(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)的弧段A12BC第二節(jié)空間查詢二空間數(shù)據(jù)查詢種類3空間關(guān)系查詢面-面檢索例：與某個(gè)多邊形相鄰的多邊形是哪些？請點(diǎn)擊“河南省”第二節(jié)空間查詢二空間數(shù)據(jù)查詢種類3空間關(guān)系查詢2）相關(guān)分析檢索（不同要素類型之間的關(guān)系）--通過檢索拓?fù)潢P(guān)系

線—面（某弧段的左右區(qū)域分別是什么？我國邊境線總長度）面--線：如，某個(gè)多邊形的邊界是哪些線（弧段）？點(diǎn)—線（某個(gè)結(jié)點(diǎn)由哪些線（弧段）相交而成？

如：自來水GIS中，與某閥門相關(guān)的水管線--點(diǎn)：例如，某條道路上有哪些橋梁？第二節(jié)空間查詢二空間數(shù)據(jù)查詢種類3空間關(guān)系查詢3）包含關(guān)系查詢查詢某個(gè)面狀地物所包含的空間對象。同層包含：

可直接查詢拓?fù)潢P(guān)系表來實(shí)現(xiàn)。不同層包含：實(shí)質(zhì)是疊加分析檢索，通過多邊形疊加分析技術(shù)，只檢索出在窗口界限范圍內(nèi)的地理實(shí)體，窗口外的實(shí)體作裁剪處理。第二節(jié)空間查詢二空間數(shù)據(jù)查詢種類3空間關(guān)系查詢4）邊沿匹配檢索空間查詢在多幅地圖的數(shù)據(jù)文件之間進(jìn)行，這時(shí)需應(yīng)用邊沿匹配處理技術(shù)。5）穿越查詢采用空間運(yùn)算的方法執(zhí)行，根據(jù)一個(gè)線目標(biāo)的空間坐標(biāo)，計(jì)算哪些面或線與之相交。6）落入查詢一個(gè)空間對象落入哪個(gè)空間對象之內(nèi)--空間運(yùn)算

7）緩沖區(qū)查詢

根據(jù)用戶給定的一個(gè)點(diǎn)、線、面緩沖的距離，從而形成一個(gè)緩沖區(qū)的多邊形，再根據(jù)多邊形檢索原理，檢索該緩沖區(qū)內(nèi)的空間實(shí)體。二空間數(shù)據(jù)查詢種類3空間關(guān)系查詢第二節(jié)空間查詢4屬性查詢

1）

查找僅選擇一個(gè)屬性表，給定一個(gè)屬性值，找出對應(yīng)的屬性記錄或圖形。在屏幕上已有一個(gè)屬性表，用戶任意點(diǎn)取記錄，對應(yīng)的圖形以高亮顯示。實(shí)現(xiàn)：執(zhí)行數(shù)據(jù)庫查詢語言，找到滿足要求的記錄，得到它的目標(biāo)標(biāo)識(shí)，再通過目標(biāo)標(biāo)識(shí)在圖形數(shù)據(jù)文件中找到對應(yīng)的空間對象，并顯示出來。

二空間數(shù)據(jù)查詢種類第二節(jié)空間查詢屬性數(shù)據(jù)的條件檢索用邏輯運(yùn)算組合條件例：在地下管網(wǎng)信息系統(tǒng)中，設(shè)A為埋深小于3米的煤氣管；B為長度小于300米的煤氣管。

4屬性查詢

1）查找

第二節(jié)空間查詢AANDB：檢索出埋深小于3米且長度小于300米的所有煤氣管

AORNOTB：檢索出埋深小于3米及長度大于或等于300米的所有煤氣管屬性數(shù)據(jù)的條件檢索4屬性查詢

1）查找

第二節(jié)空間查詢AXORB：檢索出埋深小于3米而長度大于或等于300米的煤氣管道和長度小于300米而埋深大于或等于3米的煤氣管道4屬性查詢

實(shí)現(xiàn)：交互式選擇各項(xiàng)，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(shí)，在圖形文件中找到空間對象，并顯示。2）SQL查詢二空間數(shù)據(jù)查詢種類3）擴(kuò)展SQL

空間數(shù)據(jù)查詢語言在數(shù)據(jù)庫查詢語言上加入空間關(guān)系查詢。

空間數(shù)據(jù)類型

增加

空間操作算子

空間概念主要優(yōu)點(diǎn)：保留了SQL的風(fēng)格，便于熟悉SQL的用戶的掌握，通用性較好，易于與關(guān)系數(shù)據(jù)庫連接。第二節(jié)空間查詢5其他查詢方法1）可視化空間查詢用直觀的圖形或符號(hào)表示。查詢主要使用圖形、圖像、圖標(biāo)、符號(hào)來表達(dá)概念。具有簡單、直觀、易于使用的特點(diǎn)。缺點(diǎn)：

1）當(dāng)空間約束條件復(fù)雜時(shí)，很難用圖符描述；2）用二維圖符表示圖形之間的關(guān)系時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)歧義；3）難以表示“非”關(guān)系；4）不易進(jìn)行范圍（圓、矩形、多邊形等）約束；5）無法進(jìn)行屏幕定位查詢等。二空間數(shù)據(jù)查詢種類第二節(jié)空間查詢2）超文本查詢圖形、圖像、字符等皆當(dāng)作文本，并設(shè)置一些“熱點(diǎn)”（HotSpot），“熱點(diǎn)”可以是文本、鍵等。用鼠標(biāo)點(diǎn)擊“熱點(diǎn)”后，可以彈出說明信息、播放聲音、完成某項(xiàng)工作等。但超文本查詢只能預(yù)先設(shè)置好，用戶不能實(shí)時(shí)構(gòu)建自己要求的各種查詢。二空間數(shù)據(jù)查詢種類5其他查詢方法第二節(jié)空間查詢3）自然語言空間查詢

在SQL查詢中引入一些自然語言，如溫度高的城市

SELECTname FROMCities WHEREtemperatureishigh

SELECTname FROMCities WHEREtemperature>=33.75

只適用于某個(gè)專業(yè)領(lǐng)域的地理信息系統(tǒng)，而不能作為地理信息系統(tǒng)中的通用數(shù)據(jù)庫查詢語言。作定量轉(zhuǎn)換二空間數(shù)據(jù)查詢種類5其他查詢方法第二節(jié)空間查詢?nèi)樵兘Y(jié)果查詢結(jié)果的顯示環(huán)境參數(shù)1

顯示方式（thedisplaymode）2

圖形表示（thegraphicalpresentation）3

繪圖比例尺（thescaleofthedrawing）4

顯示窗口（thewindowtobeshown）5

相關(guān)的空間要素（thespatialcontext）6

查詢內(nèi)容的檢查（theexaminationofthecontent）空間數(shù)據(jù)查詢不僅能給出查詢到的數(shù)據(jù)，還應(yīng)以最有效的方式將空間數(shù)據(jù)顯示給用戶第二節(jié)空間查詢空間數(shù)據(jù)庫航道淤積,挖槽方案比較?地形信息空間檢索第三節(jié)數(shù)字地面模型及其應(yīng)用一、DEM概述第三節(jié)數(shù)字地面模型及其應(yīng)用DEM的核心是地形表面特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)和一套對地表提供連續(xù)描述的算法，最基本的DEM是由一系列地面點(diǎn)x，y位置及其相聯(lián)系的高程Z所組成，用數(shù)學(xué)函數(shù)式的表達(dá)是：Z=f(x，y)，(x，y)∈DEM所在的區(qū)域。1、概念數(shù)字高程模型（DigitalElevationModel），簡稱DEM，是以數(shù)字的形式按一定結(jié)構(gòu)組織在一起，表示實(shí)際地形特征空間分布的數(shù)字模型，也是地形形狀大小和起伏的數(shù)字描述。一、DEM概述第三節(jié)數(shù)字地面模型及其應(yīng)用1、概念盡管DEM是為了模擬地面起伏而發(fā)展起來的，但也可以用來模擬其他二維表面上連續(xù)變化的特征，比如：表示地面景觀的屬性，地面溫度、降水、地球磁力、重力、土地利用、土壤類型等其它地面特性信息，此時(shí)的DEM也稱為數(shù)字地形模型(DigitalTerrainModels)，簡稱DTM。DTM地價(jià)降水量高程綠化率人口密度氣溫?cái)?shù)字高程模型DEM2、表示法一、DEM概述第三節(jié)數(shù)字地面模型及其應(yīng)用1）

等高線法

等高線是一條帶有高程值屬性的簡單多邊形或多邊形弧段。需要用插值方法來計(jì)算落在等高線以外的其他點(diǎn)的高程。

一、DEM概述2、表示法矢量等高線

柵格等高線

第三節(jié)數(shù)字地面模型及其應(yīng)用2）TIN法

TIN（TriangulatedIrregularNetwork)利用所有采樣點(diǎn)取得的離散數(shù)據(jù)，按照優(yōu)化組合的原則，把這些離散點(diǎn)連接成相互連續(xù)的三角面。一、DEM概述2、表示法連接原則：盡可能地確保每個(gè)三角形都是銳角三角形或是三邊的長度近似相等-Delaunay

第三節(jié)數(shù)字地面模型及其應(yīng)用2）TIN法一、DEM概述2、表示法第三節(jié)數(shù)字地面模型及其應(yīng)用3）規(guī)則格網(wǎng)法(Grid)規(guī)則格網(wǎng)法是把DEM表示成高程矩陣，DEM來源于直接規(guī)則矩形格網(wǎng)采樣點(diǎn)或由不規(guī)則離散數(shù)據(jù)點(diǎn)內(nèi)插產(chǎn)生。結(jié)構(gòu)簡單，計(jì)算機(jī)對矩陣的處理比較方便，成為DEM最通用的形式。一、DEM概述2、表示法缺點(diǎn)：a)地形簡單的地區(qū)存在大量冗余數(shù)據(jù)；b)如不改變格網(wǎng)大小,則無法適用于起伏程度不同的地區(qū)；

c)對于某些特殊計(jì)算如視線計(jì)算時(shí)，格網(wǎng)的軸線方向被夸大；d)由于柵格過于粗略，不能精確表示地形的關(guān)鍵特征,如山峰、洼坑、山脊等。第三節(jié)數(shù)字地面模型及其應(yīng)用3、DEM特點(diǎn)

1）容易以多種形式顯示地形信息。

2）精度不會(huì)損失。

3）容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、實(shí)時(shí)化。一、DEM概述第三節(jié)數(shù)字地面模型及其應(yīng)用二、DEM建立1、數(shù)據(jù)采集與處理

沿?cái)嗝娌杉x點(diǎn)采集1）數(shù)據(jù)采集地形圖數(shù)字化采集（屏幕掃描；數(shù)字化儀）航空相片采集地面測量采集機(jī)載測高儀采集選點(diǎn)采集隨機(jī)采集沿等高線采集沿?cái)嗝娌杉谌?jié)數(shù)字地面模型及其應(yīng)用2)數(shù)據(jù)處理二、DEM建立1、數(shù)據(jù)采集與處理

格式轉(zhuǎn)換坐標(biāo)系變換數(shù)據(jù)編輯數(shù)據(jù)分塊數(shù)據(jù)內(nèi)插第三節(jié)數(shù)字地面模型及其應(yīng)用插值的思想：使用已知的采樣值來推測出未知的值空間插值根據(jù)與周圍采樣點(diǎn)值和距離的關(guān)系進(jìn)行預(yù)測曲面擬合法

二、DEM建立2、DEM生成第三節(jié)數(shù)字地面模型及其應(yīng)用等值線插值法人工網(wǎng)格法整體擬合：根據(jù)研究區(qū)域內(nèi)所有采樣點(diǎn)的觀測值建立趨勢面模型（趨勢面分析，傅立葉級(jí)數(shù)）。局部擬合：利用鄰近的數(shù)據(jù)點(diǎn)估計(jì)未知點(diǎn)的值，能反映局部特征。在地形圖上蒙上格網(wǎng)，逐格讀取中心點(diǎn)或交點(diǎn)的高程值三角網(wǎng)法立體像對法對有限個(gè)離散點(diǎn)，每三個(gè)鄰近點(diǎn)聯(lián)結(jié)成三角形，每個(gè)三角形代表一個(gè)局部平面，再根據(jù)每個(gè)平面方程，可計(jì)算各格網(wǎng)點(diǎn)高程，生成DEM。通過遙感立體像對，根據(jù)視差模型，自動(dòng)選配左右影像的同名點(diǎn)，建立數(shù)字高程模型。1）曲面擬合法整體擬合：根據(jù)研究區(qū)域內(nèi)所有采樣點(diǎn)的觀測值建立趨勢面模型（趨勢面分析，傅立葉級(jí)數(shù)）。局部擬合：利用鄰近的數(shù)據(jù)點(diǎn)估計(jì)未知點(diǎn)的值，能反映局部特征。二、DEM建立2、DEM生成第三節(jié)數(shù)字地面模型及其應(yīng)用趨勢面分析：多項(xiàng)式回歸分析是描述長距離漸變特征的最簡單方法。多項(xiàng)式回歸的基本思想是用多項(xiàng)式表示的線或面按最小二乘法原理對數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行擬合，線或面多項(xiàng)式的選擇取決于數(shù)據(jù)是一維還是二維（1）當(dāng)數(shù)據(jù)為一維

線性回歸二次或高次多項(xiàng)式1）曲面擬合法二、DEM建立2、DEM生成第三節(jié)數(shù)字地面模型及其應(yīng)用趨勢面分析（2）數(shù)據(jù)是二維二元二次或高次多項(xiàng)式1）曲面擬合法二、DEM建立2、DEM生成第三節(jié)數(shù)字地面模型及其應(yīng)用整體擬合傅里葉級(jí)數(shù)：用正弦和余弦的線性組合來模擬觀測值的變化，亦即描述一維或二維變化情況。一般情況下，除溪流、沙丘等明顯的周期性特征外，地球表面的其它特征都很復(fù)雜，且難以用周期函數(shù)來嚴(yán)格地表示它們的變化。一維傅里葉級(jí)數(shù)已廣泛用于時(shí)間級(jí)數(shù)分析和氣象變化的應(yīng)用研究。二維傅里葉級(jí)數(shù)在研究沉積巖的地質(zhì)構(gòu)造中用得較多。1）曲面擬合法二、DEM建立2、DEM生成第三節(jié)數(shù)字地面模型及其應(yīng)用2）等值線插值法二、DEM建立2、DEM生成距離加權(quán)法移動(dòng)擬合法雙線性多項(xiàng)式內(nèi)插法樣條函數(shù)內(nèi)插法最小二乘匹配法有限元法分形插值法空間自相關(guān)指空間上接近的事物的相關(guān)程度空間自相關(guān)主要應(yīng)用指：近的采樣點(diǎn)比遠(yuǎn)的點(diǎn)重要深紅色是主要影響的采樣點(diǎn)第三節(jié)數(shù)字地面模型及其應(yīng)用采樣值限制采樣點(diǎn)數(shù)來計(jì)算可加快插值過程采樣數(shù)目可以通過限制數(shù)量或搜索半徑局部內(nèi)插第三節(jié)數(shù)字地面模型及其應(yīng)用二、DEM建立2、DEM生成利用局部范圍內(nèi)的已知采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)內(nèi)插出未知點(diǎn)的數(shù)據(jù)。2）等值線插值法(1)移動(dòng)擬和法-移動(dòng)平均法在局部范圍（或稱窗口）內(nèi)計(jì)算若干個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的平均值.

二維平面的移動(dòng)平均法也可用相同的公式，但位置Xi應(yīng)被坐標(biāo)矢量Xi代替。

小窗口將增強(qiáng)近距離數(shù)據(jù)的影響；

大窗口將增強(qiáng)遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)的影響，減小近距離數(shù)據(jù)的影響。

當(dāng)觀測點(diǎn)的相互位置越近，其數(shù)據(jù)的相似性越強(qiáng)；當(dāng)觀測點(diǎn)的相互位置越遠(yuǎn)，其數(shù)據(jù)的相似性越低。yxOR加權(quán)移動(dòng)平均法：λi是采樣點(diǎn)i對應(yīng)的權(quán)值

加權(quán)平均內(nèi)插的結(jié)果隨使用的函數(shù)及其參數(shù)、采樣點(diǎn)的分布、窗口的大小等的不同而變化。通常使用的采樣點(diǎn)數(shù)為6—8點(diǎn)。

對于不規(guī)則分布的采樣點(diǎn)需要不斷地改變窗口的大小、形狀和方向，以獲取一定數(shù)量的采樣點(diǎn)。

第三節(jié)數(shù)字地面模型及其應(yīng)用二、DEM建立2、DEM生成2）等值線插值法(1)加權(quán)移動(dòng)平均法：反距離權(quán)重（IDW）用周邊相鄰的采樣點(diǎn)的值去求得未知點(diǎn)的值假設(shè)離測量點(diǎn)越遠(yuǎn)的采樣點(diǎn)對測量點(diǎn)影響越小第三節(jié)數(shù)字地面模型及其應(yīng)用二、DEM建立2、DEM生成2）等值線插值法(2)線性內(nèi)插

將內(nèi)插點(diǎn)周圍的3個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)據(jù)值代入多項(xiàng)式，即可解算出系數(shù)a0、a1、a2第三節(jié)數(shù)字地面模型及其應(yīng)用二、DEM建立2、DEM生成(3)雙線性多項(xiàng)式內(nèi)插將內(nèi)插點(diǎn)周圍的4個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)據(jù)值代入多項(xiàng)式，即可解算出系數(shù)a0，a1，a2，a32）等值線插值法(4)雙三次多項(xiàng)式（樣條函數(shù)）內(nèi)插將內(nèi)插點(diǎn)周圍的16個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)帶入多項(xiàng)式，可計(jì)算出所有的系數(shù)16個(gè)點(diǎn)內(nèi)插速度很快

可用于精確的內(nèi)插

可用于平滑處理特點(diǎn)(5)樣條函數(shù)計(jì)算機(jī)用于曲線與數(shù)據(jù)點(diǎn)擬合以前，制圖員用曲線規(guī)逐段地?cái)M合出平滑的曲線。這種靈活的曲線規(guī)繪成的分段曲線稱為樣條。與樣條匹配的那些數(shù)據(jù)點(diǎn)稱為樁點(diǎn)

樣條函數(shù)是分段函數(shù)，一次擬合只有少數(shù)數(shù)據(jù)點(diǎn)配準(zhǔn)，同時(shí)保證曲線段的連接處為平滑連續(xù)曲線。這就意味著樣條函數(shù)可以修改曲線中的某一段而不必重新計(jì)算整條曲線第三節(jié)數(shù)字地面模型及其應(yīng)用二、DEM建立2、DEM生成局部內(nèi)插區(qū)域變量理論將復(fù)雜的空間變化分為三個(gè)部分(i)地形的平均特性；(ii)空間相關(guān)的不規(guī)則變化；(iii)隨機(jī)的、局部的變化(6)空間自協(xié)方差最佳插值方法：克里金（Kriging）插值克里金插值方法的區(qū)域性變量理論假設(shè)任何變量的空間變化都可以表示為三個(gè)主要成分的和：1）與恒定均值或趨勢有關(guān)的結(jié)構(gòu)性成分2）與空間變化有關(guān)的隨機(jī)變量，即區(qū)域性變量3）與空間無關(guān)的隨機(jī)噪聲項(xiàng)或剩余誤差項(xiàng)第三節(jié)數(shù)字地面模型及其應(yīng)用2）等值線插值法二、DEM建立2、DEM生成3）人工網(wǎng)格法

在地形圖上蒙上格網(wǎng)，逐格讀取中心點(diǎn)或交點(diǎn)的高程值第三節(jié)數(shù)字地面模型及其應(yīng)用對有限個(gè)離散點(diǎn)，每三個(gè)鄰近點(diǎn)聯(lián)結(jié)成三角形，每個(gè)三角形代表一個(gè)局部平面，再根據(jù)每個(gè)平面方程，可計(jì)算各格網(wǎng)點(diǎn)高程，生成DEM

4）三角網(wǎng)法二、DEM建立2、DEM生成第三節(jié)數(shù)字地面模型及其應(yīng)用5）立體像對法二、DEM建立2、DEM生成通過遙感立體像對，根據(jù)視差模型，自動(dòng)選配左右影像的同名點(diǎn)，建立數(shù)字高程模型第三節(jié)數(shù)字地面模型及其應(yīng)用三、DEM精度評(píng)價(jià)1）原始數(shù)據(jù)精度(采樣密度、測量誤差、地形類別、控制點(diǎn)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)疊加檢查，等高線偏離不大于1/2等高距。

原始數(shù)據(jù)DEM疊加評(píng)價(jià)等高線原始等高線再生等高線第三節(jié)數(shù)字地面模型及其應(yīng)用四、DEM的應(yīng)用（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三節(jié)數(shù)字地面模型及其應(yīng)用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(dòng)計(jì)算完成。四、DEM的應(yīng)用第三節(jié)數(shù)字地面模型及其應(yīng)用4、高程變異分析包括平均高程、相對高程、高程標(biāo)準(zhǔn)差，高程變異高程變異：為格網(wǎng)頂點(diǎn)的高程標(biāo)準(zhǔn)差與平均高程的比值四、

DEM的應(yīng)用（一）

基于DEM的信息提取

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(jì)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(dòng)分類5、地貌形態(tài)的自動(dòng)分類

第三節(jié)數(shù)字地面模型及其應(yīng)用（二）基于DEM的可視化分析1、剖面分析假想用一個(gè)剖切平面將物體剖開，移去介于觀察者和剖切平面之間的部分，對于剩余的部分向投影面做正投影圖四、DEM的應(yīng)用第三節(jié)數(shù)字地面模型及其應(yīng)用1）意義

以線代面，研究區(qū)域的地貌形態(tài)、輪廓形狀、地勢變化、地質(zhì)構(gòu)造、斜坡特征、地表切割強(qiáng)度等如果在地形剖面上疊加其它地理變量，可以提供土地利用規(guī)劃、工程選線和選址等的決策依據(jù)（二）基于DEM的可視化分析

2）繪制

可在

格網(wǎng)DEM

三角網(wǎng)DEM

上進(jìn)行。四、DEM的應(yīng)用1、剖面分析

第三節(jié)數(shù)字地面模型及其應(yīng)用2、通視分析：指以某一點(diǎn)為觀察點(diǎn)，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(diǎn)，對格網(wǎng)DEM或三角網(wǎng)DEM上的每個(gè)點(diǎn)判斷通視與否，通視賦值為1，不通視賦值為0

b、以觀察點(diǎn)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。四、DEM的應(yīng)用（二）基于DEM的可視化分析第三節(jié)數(shù)字地面模型及其應(yīng)用Aa、傾角法：觀察點(diǎn)與各交點(diǎn)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b、

剖面圖：兩點(diǎn)連線是否與剖面相交2）關(guān)鍵算法：判斷格網(wǎng)或三角網(wǎng)上的某一點(diǎn)是否通視AB3、地形三維圖繪制

DEM高程點(diǎn)建立幾何模型透視變換隱藏線、面的消除光照模型計(jì)算貼紋理圖形輸出四、DEM的應(yīng)用（二）基于DEM的可視化分析第三節(jié)數(shù)字地面模型及其應(yīng)用4、地貌暈渲圖繪制即陰影立體法，可增加丘陵和山區(qū)地區(qū)描述高差起伏的視覺效果（三）數(shù)字流域分析1、流向計(jì)算2、流線追蹤四、DEM的應(yīng)用第三節(jié)數(shù)字地面模型及其應(yīng)用3、累積流水量：流入每個(gè)柵格的所有的柵格的數(shù)目4、水系自動(dòng)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(dòng)提?。ㄈ?shù)字流域分析四、DEM的應(yīng)用第三節(jié)數(shù)字地面模型及其應(yīng)用6、匯流區(qū)分割與匯水量計(jì)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(bào)四、DEM的應(yīng)用（三）數(shù)字流域分析第三節(jié)數(shù)字地面模型及其應(yīng)用四、DEM的應(yīng)用（四）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(jì)以及各種工程的面積、體積、坡度計(jì)算，任意兩點(diǎn)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(dòng)提取、流域劃分、洪水險(xiǎn)情預(yù)報(bào)等第三節(jié)數(shù)字地面模型及其應(yīng)用空間數(shù)據(jù)庫

為某工廠選址，首先找出地價(jià)<1萬元/平米;且地形起伏較小的區(qū)域?地價(jià)<1萬元/平米坡度小于3度的地形信息空間檢索滿足兩條件的區(qū)域+第四節(jié)空間數(shù)據(jù)的疊加分析空間疊加分析是指在統(tǒng)一空間參照系統(tǒng)條件下，每次將同一地區(qū)的兩個(gè)地理對象的圖層進(jìn)行疊加，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。

合成疊加統(tǒng)計(jì)疊加空間合成疊加：空間區(qū)域的多重屬性特征，用于搜索同時(shí)具有幾種地理屬性的分布區(qū)域，或?qū)ΟB加后產(chǎn)生的多重屬性進(jìn)行新的分類?？臻g統(tǒng)計(jì)疊加：地理對象之間的空間對應(yīng)關(guān)系，用于提取某個(gè)區(qū)域范圍內(nèi)某些專題內(nèi)容的數(shù)量特征。

一基于矢量數(shù)據(jù)的疊加分析第四節(jié)空間數(shù)據(jù)的疊加分析

參加疊加分析的兩個(gè)圖層應(yīng)都是矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。若需進(jìn)行多層疊加，也是兩兩疊加后再與第三層疊加，依次類推。

被疊加的多邊形為本底多邊形，用來疊加的多邊形為上覆多邊形，疊加后產(chǎn)生具有多重屬性的新多邊形。

一基于矢量數(shù)據(jù)的疊加分析1、內(nèi)容

1）點(diǎn)與多邊形的疊加

點(diǎn)層與面層的疊加核心算法為判斷點(diǎn)是否在多邊形內(nèi)。2）線與多邊形的疊加線與多邊形的疊加是把一幅圖(或一個(gè)數(shù)據(jù)層)中的多邊形的特征加到另一幅圖(或另一個(gè)數(shù)據(jù)層)的線上。線與多邊形疊加的算法就是線的多邊形裁剪。第四節(jié)空間數(shù)據(jù)的疊加分析2多邊形與多邊形的疊加

1）定義多邊形疊加分析也稱為Polygon-on-polygon疊加，是指不同圖幅或不同圖層多邊形要素之間的疊加，根據(jù)兩組多邊形邊界的交點(diǎn)來建立具有多重屬性的多邊形（合成疊加）或進(jìn)行多邊形范圍內(nèi)的屬性特性的統(tǒng)計(jì)分析（統(tǒng)計(jì)疊加）。2）應(yīng)用：尋求和確定同時(shí)具有幾種屬性的分布區(qū)域。一基于矢量數(shù)據(jù)的疊加分析3）實(shí)施步驟對原始數(shù)據(jù)（多邊形）形成拓?fù)潢P(guān)系。多層多邊形數(shù)據(jù)的空間疊加，形成新層。對新層中的多邊形重建拓?fù)洹h除多余多邊形（或處理意義多邊形）提取感興趣的部分。第四節(jié)空間數(shù)據(jù)的疊加分析4)難點(diǎn)a）會(huì)產(chǎn)生大量對用戶無關(guān)的多邊形，需建拓?fù)洌ぷ髁看?。b）會(huì)產(chǎn)生多邊形疊加的位置誤差，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。2多邊形與多邊形的疊加

一基于矢量數(shù)據(jù)的疊加分析第四節(jié)空間數(shù)據(jù)的疊加分析二基于柵格數(shù)據(jù)的疊加分析（一）單層?xùn)鸥駭?shù)據(jù)的分析1布爾邏輯運(yùn)算

用布爾邏輯運(yùn)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(yùn)算。2重分類

重分類是將屬性數(shù)據(jù)的類別合并或轉(zhuǎn)換成新類。第四節(jié)空間數(shù)據(jù)的疊加分析3濾波運(yùn)算濾波運(yùn)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4特征參數(shù)計(jì)算

對柵格數(shù)據(jù)計(jì)算區(qū)域的周長、面積、重心等，以及線的長度、點(diǎn)的坐標(biāo)等。二基于柵格數(shù)據(jù)的疊加分析（一）單層?xùn)鸥駭?shù)據(jù)的分析

5相似運(yùn)算-----匹配識(shí)別相似運(yùn)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(yùn)算。第四節(jié)空間數(shù)據(jù)的疊加分析（二）多層?xùn)鸥駭?shù)據(jù)的疊加分析A，B，C等表示各層上的屬性值，f函數(shù)取決于疊加的要求。U＝f(A,B,C,……)二基于柵格數(shù)據(jù)的疊加分析第四節(jié)空間數(shù)據(jù)的疊加分析（二）多層?xùn)鸥駭?shù)據(jù)的疊加分析1點(diǎn)變換方法

只將對應(yīng)柵格單元的屬性作某種運(yùn)算得到新圖層屬性，而不受其鄰近點(diǎn)的屬性值的影響。二基于柵格數(shù)據(jù)的疊加分析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區(qū)域的長度、面積、形狀等特性相關(guān)。如：可計(jì)算每個(gè)污染區(qū)的平均人口密度；可計(jì)算同一高程處植被類型的種類。3鄰域變換

計(jì)算新圖層屬性時(shí)，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。

第四節(jié)空間數(shù)據(jù)的疊加分析1）類型疊加：獲取新的類型2）數(shù)量統(tǒng)計(jì)：即計(jì)算某一區(qū)域內(nèi)的類型和面積3）動(dòng)態(tài)分析：對同一地區(qū)、相同屬性、不同時(shí)間的柵格數(shù)據(jù)的疊置，分析由時(shí)間引起的變化4）益本分析：通過對屬性和空間的分析，計(jì)算成本、價(jià)值

5）幾何提?。和ㄟ^與所需提取的范圍的疊置運(yùn)算，快速地進(jìn)行范圍內(nèi)信息的提取二基于柵格數(shù)據(jù)的疊加分析（二）疊加分析的作用第四節(jié)空間數(shù)據(jù)的疊加分析空間數(shù)據(jù)庫道路的噪音影響范圍?街道中心線空間檢索城市環(huán)境評(píng)價(jià)第五節(jié)空間數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)分析

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(diǎn)、線、面實(shí)體的周圍，自動(dòng)建立的一定寬度的多邊形。數(shù)學(xué)表達(dá)為：

第五節(jié)空間數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)分析

一緩沖區(qū)及其作用空間緩沖區(qū)分析：指根據(jù)分析對象的點(diǎn)、線、面實(shí)體，自動(dòng)建立它們周圍一定距離的帶狀區(qū)，用以識(shí)別這些實(shí)體或主體對鄰近對象的輻射范圍或影響度，以便為某項(xiàng)分析或決策提供依據(jù)。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(shí)體的影響范圍，即鄰近度問題。

第五節(jié)空間數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)分析

在進(jìn)行空間緩沖區(qū)分析時(shí)，通常將研究的問題抽象為三類因素進(jìn)行分析主體：分析的主要目標(biāo)，分為點(diǎn)源、線源和面源鄰近對象：受主體影響的客體作用條件：主體對鄰近對象施加作用的影響條件或強(qiáng)度

二基于矢量數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)的建立點(diǎn)的緩沖區(qū)線的緩沖區(qū)面的緩沖多個(gè)實(shí)體的緩沖區(qū)，各實(shí)體緩沖區(qū)的并，半徑可以不同

第五節(jié)空間數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)分析

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。

柵格數(shù)據(jù)距離變換提取一定寬度的多邊形緩沖區(qū)第五節(jié)空間數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)分析

空間數(shù)據(jù)庫哪條路最近,如何乘車?道路信息空間檢索第六節(jié)空間網(wǎng)絡(luò)分析一、概念

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)元素的空間數(shù)據(jù)及屬性數(shù)據(jù)，以數(shù)學(xué)理論模型為基礎(chǔ)，研究網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)及模擬和分析資源在網(wǎng)絡(luò)上的流動(dòng)和分配情況，對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及其資源等的優(yōu)化問題進(jìn)行研究的一種空間分析方法第六節(jié)空間網(wǎng)絡(luò)分析網(wǎng)絡(luò)：是一個(gè)由點(diǎn)、線的二元關(guān)系構(gòu)成的系統(tǒng)，通常用來描述某種資源或物質(zhì)在空間上的運(yùn)動(dòng)（是一系列聯(lián)結(jié)的弧段，形式物質(zhì)，信息流通的通道）二、網(wǎng)絡(luò)分析的基礎(chǔ)圖論和運(yùn)籌學(xué)

第六節(jié)空間網(wǎng)絡(luò)分析運(yùn)籌學(xué)基礎(chǔ)：數(shù)學(xué)的一個(gè)分支學(xué)科。是利用現(xiàn)代數(shù)學(xué)特別是統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)的成就，來研究人力物力的運(yùn)用和籌劃，使能發(fā)揮最大效率的科學(xué)。應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)、交通運(yùn)輸、國民經(jīng)濟(jì)綜合平衡、軍事作戰(zhàn)指揮及社會(huì)科學(xué)中。圖論基礎(chǔ)：圖論中的“圖”并不是通常意義下的幾何圖形或物體的形狀圖，而是一個(gè)以抽象的形式來表達(dá)的確定事物，以及事物之間具備或不具備某種特定關(guān)系的數(shù)學(xué)系統(tǒng)。A12BC三、網(wǎng)絡(luò)的組成結(jié)點(diǎn)站點(diǎn)1、網(wǎng)絡(luò)基本要素

1）結(jié)點(diǎn)：網(wǎng)絡(luò)中任意兩條線段的交點(diǎn)障礙：資源不能通過的結(jié)點(diǎn)拐角：從一條鏈上經(jīng)結(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)向另一條鏈中心：收發(fā)資源的結(jié)點(diǎn)處的設(shè)施?？奎c(diǎn)（站點(diǎn)）：網(wǎng)絡(luò)中資源的上、下結(jié)點(diǎn)2）鏈：連通路線，連結(jié)兩點(diǎn)的段要素2、屬性

1）阻礙：資源在網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行的阻力2）資源需求量：網(wǎng)絡(luò)中與弧段和?？奎c(diǎn)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

第六節(jié)空間網(wǎng)絡(luò)分析1）?？奎c(diǎn)、中心的屬性?？奎c(diǎn)：直接在相應(yīng)的結(jié)點(diǎn)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)結(jié)點(diǎn)號(hào)需求量453546-20結(jié)點(diǎn)號(hào)資源最大容量服務(wù)范圍服務(wù)延遲數(shù)2410002000…

…

…

…

學(xué)校三、網(wǎng)絡(luò)的組成3、網(wǎng)絡(luò)要素的表示第六節(jié)空間網(wǎng)絡(luò)分析3、網(wǎng)絡(luò)要素的表示

2）鏈弧425535鏈弧號(hào)起結(jié)點(diǎn)終結(jié)點(diǎn)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）…

三、網(wǎng)絡(luò)的組成第六節(jié)空間網(wǎng)絡(luò)分析3、網(wǎng)絡(luò)要素的表示

3)轉(zhuǎn)彎

結(jié)點(diǎn)號(hào)從弧段至弧段角度時(shí)間阻強(qiáng)(s)34L2L1906034L1L11803034L2L3-90-1(不允許拐彎）34L1L300(無阻強(qiáng))三、網(wǎng)絡(luò)的組成第六節(jié)空間網(wǎng)絡(luò)分析二、網(wǎng)絡(luò)分析（一）路徑分析1、最短路徑分析

在網(wǎng)絡(luò)中從起點(diǎn)經(jīng)一系列特定的結(jié)點(diǎn)至終點(diǎn)的資源運(yùn)移的最佳路線，即阻力最小的路徑。2、核心算法求兩點(diǎn)間的權(quán)數(shù)最小路徑，常用的算法是Dijkstra。第六節(jié)空間網(wǎng)絡(luò)分析Dijkstra算法是由荷蘭計(jì)算機(jī)科學(xué)家艾茲格·迪杰斯特拉發(fā)現(xiàn)的。算法解決的是有向圖或無向圖中最短路徑問題。` 四、網(wǎng)絡(luò)分析算法步驟3.找出所有暫時(shí)標(biāo)號(hào)的最小值，用它作為相應(yīng)結(jié)點(diǎn)的固定標(biāo)號(hào)。如果存在幾個(gè)同一最小標(biāo)號(hào)值的結(jié)點(diǎn)，則可任取一個(gè)加以標(biāo)定；4.重復(fù)進(jìn)行2，3，直至指定的終點(diǎn)L被定標(biāo)時(shí)為止。用此法可直接得到由起點(diǎn)K到其他結(jié)點(diǎn)的最短路徑長度，那就是該結(jié)點(diǎn)的定標(biāo)數(shù)值?；厮莞鹘Y(jié)點(diǎn)的上一結(jié)點(diǎn)直到起始結(jié)點(diǎn)。就是最短路徑。第六節(jié)空間網(wǎng)絡(luò)分析V1V2V5V6V7V8V3V4設(shè)定K表示待確定最短路徑的起點(diǎn)，L表示終點(diǎn)，則最短路徑搜索的步驟：1.令起點(diǎn)K標(biāo)號(hào)為零，其他結(jié)點(diǎn)標(biāo)號(hào)為無窮大；2.對未被標(biāo)定的結(jié)點(diǎn)全部給出暫時(shí)標(biāo)號(hào)，其值為min[j的舊標(biāo)號(hào),(i的舊標(biāo)號(hào)+wij)]，這里i是前一步剛被標(biāo)定的結(jié)點(diǎn)，wij是邊eij的權(quán)，如果結(jié)點(diǎn)i和j不相鄰，wij=無窮大；第六節(jié)空間網(wǎng)絡(luò)分析二、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(fèi)路徑4）動(dòng)態(tài)最佳路徑分析第六節(jié)空間網(wǎng)絡(luò)分析旅行商問題

旅行商問題(TSP---TravellingSalesmanProblem)是一銷售商從n個(gè)城市中的某一城市出發(fā)，不重復(fù)地走完其余n-1個(gè)城市并回到原出發(fā)點(diǎn)，在所有可能的路徑中求出路徑長度最短的一條。

組合優(yōu)化中研究最多的問題之一，是一個(gè)經(jīng)典的NP難題(NP就是Non-deterministicPolynomial的問題，也即是多項(xiàng)式復(fù)雜程度的非確定性問題)

。

吸引了許多不同領(lǐng)域的研究工作者，包括數(shù)學(xué)、運(yùn)籌學(xué)、物理、生物和人工智能等領(lǐng)域，是目前優(yōu)化領(lǐng)域里的研究熱點(diǎn)。

目前解決旅行商問題有諸多算法，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、最小生成樹,免疫算法等。

第六節(jié)空間網(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(gè)圖中，任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間都存在一條路。樹：若一個(gè)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。生成樹的權(quán)數(shù)：生成樹中各邊的權(quán)數(shù)之和。

二、網(wǎng)絡(luò)分析第六節(jié)空間網(wǎng)絡(luò)分析（二）連通分析---最小生成樹2、應(yīng)用

在n個(gè)城市間建立通信線路這樣的連通分析問題。圖的頂點(diǎn)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(jià)。126543161118656二、網(wǎng)絡(luò)分析第六節(jié)空間網(wǎng)絡(luò)分析3、構(gòu)造最小生成樹的依據(jù)有兩條

1）在網(wǎng)中選擇n－1條邊連接網(wǎng)的n個(gè)頂點(diǎn)

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生成樹之二二、網(wǎng)絡(luò)分析（二）連通分析---最小生成樹第六節(jié)空間網(wǎng)絡(luò)分析4、算法（Kruskal，克羅斯克爾算法，也叫“避圈”法）1）先把圖G中的各邊按權(quán)數(shù)從小到大重新排列，并取權(quán)數(shù)最小的一條邊為T中的邊。2）在剩下的邊中，按順序取下一條邊。若該邊與T中已有的邊構(gòu)成回路，則舍去該邊，否則選進(jìn)T中。3）重復(fù)2），直到有m-1條邊被選進(jìn)T中，這m-1條邊就是G的最小生成樹。二、網(wǎng)絡(luò)分析（二）連通分析---最小生成樹第六節(jié)空間網(wǎng)絡(luò)分析（三）資源分配—定位與分配問題1、含義

在一些候選點(diǎn)中選擇給定數(shù)量的供應(yīng)點(diǎn)以使預(yù)定的目標(biāo)方程達(dá)到最佳結(jié)果。---最佳分配中心，最優(yōu)配置。定位問題：指已知需求源的分布，確定在哪里布設(shè)供應(yīng)點(diǎn)最合適的問題分配問題：確定這些需求源分別受哪個(gè)供應(yīng)點(diǎn)服務(wù)的問題。二、網(wǎng)絡(luò)分析第六節(jié)空間網(wǎng)絡(luò)分析2