1、 城市建設系l一、本章學習目的：一、本章學習目的： l通過計算機管理，掌握通過計算機管理，掌握GISGIS空間數據分析的過程、空間數據分析的過程、查詢與量算、分析。查詢與量算、分析。 l二、本章學習內容：二、本章學習內容： 空間分析的內容空間分析的內容 空間查詢與量算空間查詢與量算 空間數據的復合分析空間數據的復合分析 空間數據的網絡分析空間數據的網絡分析 空間數據的鄰域分析空間數據的鄰域分析 空間統計分析空間統計分析 間數據的插值間數據的插值 l空間分析是空間分析是GIS的重要內容，也是評價一個的重要內容，也是評價一個GIS功能強弱的重要標志。它是基于空間數據功能強弱的重要標志。它是基于空間

2、數據的分析技術。的分析技術。 l 空間分析通過空間數據的分析算法，獲取地理空間分析通過空間數據的分析算法，獲取地理對象的空間位置、空間分布、空間形態、空間對象的空間位置、空間分布、空間形態、空間演變等新信息。演變等新信息。l一、空間分析的主要內容一、空間分析的主要內容 l查詢檢索查詢檢索: : 拓撲查詢，位置查詢，屬性查詢，區域查詢；拓撲查詢，位置查詢，屬性查詢，區域查詢； l形態分析形態分析: : 面積量算，距離量算，質心計算，周長量算；面積量算，距離量算，質心計算，周長量算； l地形分析地形分析: : 等值線分析，坡度、坡向分析，分水嶺分析，等值線分析，坡度、坡向分析，分水嶺分析，視域分析

3、，剖面分析；視域分析，剖面分析； l疊置分析疊置分析: : 視覺信息復合，條件疊置，無條件疊置；視覺信息復合，條件疊置，無條件疊置； l鄰域分析鄰域分析: : 緩沖器分析，泰森多邊形分析，插值擬合分析緩沖器分析，泰森多邊形分析，插值擬合分析 l網絡分析網絡分析: : 最短或最佳路經分析，空間規劃；最短或最佳路經分析，空間規劃； l圖象分析圖象分析: : 圖象增強，圖象分割，圖象細化；圖象增強，圖象分割，圖象細化； l應用模型分析應用模型分析: : 數學模型，統計模型，邏輯模型。數學模型，統計模型，邏輯模型。 l l二、分析空間信息的一般過程二、分析空間信息的一般過程 l 1、確定分析目的和評價

4、準則2、收集、輸入空間、屬性數據4、獲得簡要分析結果（圖、表）3、作空間位置的處理、分析，做屬性信息的處理、分析5、解釋、評價結果，若不滿意返回1,2,3任一處重做6、專題地圖、文字報表的修飾形成正式結果，供決策使用步驟1：建立分析目的和標準 分析目的是用戶打算利用地理數據庫回答什么問題，而標準是將如何利用GIS來回答這些問題。 例如， 某項研究的目的：目的：是確定適合建造一個新公園的位置 公園的位置必須是從主要公路上容易到達的，但又不能太靠近公路等。 而滿足這些目的的標準標準，應該可以表述成用一系列的空間查詢語句來進行分析的格式。 對每個標準可以利用緩沖區分析、疊置分析等空間分析操作進行分析

5、，然后對分析結果進行評價。步驟步驟2：準備空間操作的數據 確定和準備空間分析中所要用到的數據，包括空間數據和屬性數據。 數據準備要求因研究對象不同而異，在進行分析之前，對數據準備進行全面的考察將有助于用戶有效地完成分析工作。l根據任務考察數據的精度、分辨率、時效性步驟步驟3 3：進行空間分析操作 這一步驟是地理信息系統所特有的。正是利用這一步驟產生了用于分析的空間關系。 空間分析操作包括緩沖區分析、拓撲疊加分析、特征抽取以及特征合并等。 每個空間分析操作都將產生分析所需的新信息。為了得到符合要求的數據，可能需要進行多種操作。步驟步驟4：準備表格分析的數據 大多數分析都要求利用空間操作得到一個最

6、終圖層（Coverage）或一組圖層（Coverages）。 一旦產生了最終的圖層（Coverage），就必須準備用于分析的數據，包括空間數據和描述數據。步驟步驟5：進行表格分析 利用邏輯表達式和算術表達式，對步驟步驟3中進行空間操作所獲得的新屬性關系進行分析。步驟步驟3：進行空間分析操作 這一步驟是地理信息系統所特有的。正是利用這一步驟產生了用于分析的空間關系。 空間分析操作包括緩沖區分析、拓撲疊加分析、特征抽取以及特征合并等。 每個空間分析操作都將產生分析所需的新信息。為了得到符合要求的數據，可能需要進行多種操作。步驟步驟6 通過表格分析后獲得了一個結果，必須對這個分析結果進行評價，以確定

7、其有效性。 步驟步驟7 考慮到分析還具有某些局限性和缺點以后，可以決定改進分析。 步驟步驟8： 以最有效而又可靠的方法輸出分析結果。可以利用GIS軟件提供的地圖輸出模塊產生地圖，利用屬性數據處理模塊產生表格和報告。 例例1：道路拓寬改建過程中的拆遷指標計算：道路拓寬改建過程中的拆遷指標計算1）明確分析的目的和標準 計算由于道路拓寬需拆遷的建筑物的建筑面積和房產價值。道路拓寬改建的是：道路從原有的20m拓寬至60m；拓寬道路應盡量保持直線；部分位于拆遷區內的10層以上的建筑不拆除。D1：現狀道路圖D2：分析區域內建筑物分布圖及相關信息首先選擇擬拓寬的道路，根據拓寬半徑，建立道路的緩沖區然后將此緩

8、沖區與建筑物層數據進行拓撲疊加，產生一幅新圖，此圖包括所有部分或全部位于拓寬區內的建筑物信息 對全部或部分位于拆遷區內的建筑物進行選擇，凡部分落入拆遷區且樓層高于10層以上的建筑物，將其從選擇組中去掉，并對道路的拓寬邊界進行局部調整。 然后對所有需拆遷的建筑物進行拆遷指標計算。例例2：輔助建設項目選址：輔助建設項目選址確定一些具體的地塊，作為一個輕度污染工廠的可能建設位置。工廠選址的是：建設用地面積不小于10 000m2；地塊的地價不超過1萬元/m2；地塊周圍不能有幼兒園、學校等公共設施，以免受到工廠生產的影響。D1:包括全市所有地塊信息的數據層D2:全市公共設施（包括幼兒園和學校）的分布圖

9、從地塊圖中選擇所有滿足條件1，2的地塊，并與公共設施層數據進行疊加對疊加結果進行鄰域分析和特征提取，選擇滿足要求的地塊國家森林公園選址模型國家森林公園選址模型步驟操作命令找出所有森林地區1為林地 ，0為非林地再分類合并森林分類圖屬性相同的相鄰 多邊形的邊界歸組找出距公路或鐵路0.5公里的地區緩沖區分析找出距公路或鐵路1公里的地區緩沖區分析找出非城市區用地 1為非市區，0為市區再分類找出森林地區、非市區、且距公路或鐵路0.5至1公里范圍內的地區拓撲疊加分析合并相同屬性的多邊形歸組 查詢和定位空間對象，并對空間對象進行量查詢和定位空間對象，并對空間對象進行量算是地理信息系統的基本功能之一，它是地理

10、信算是地理信息系統的基本功能之一，它是地理信息系統進行高層次分析的基礎。在地理信息系統息系統進行高層次分析的基礎。在地理信息系統中，為進行高層次分析，往往需要查詢定位空間中，為進行高層次分析，往往需要查詢定位空間對象，并用一些簡單的量測值對地理分布或現象對象，并用一些簡單的量測值對地理分布或現象進行描述，如長度，面積，距離，形狀等。實際進行描述，如長度，面積，距離，形狀等。實際上，空間分析首先始于空間查詢和量算，它是空上，空間分析首先始于空間查詢和量算，它是空間分析的定量基礎。間分析的定量基礎。 l 一、空間查詢一、空間查詢 空間數據的查詢檢索實質上是按一定條件對空間目標的位置空間數據的查詢檢

11、索實質上是按一定條件對空間目標的位置和屬性信息進行查詢，以形成一個新得數據子集，可大致分下面和屬性信息進行查詢，以形成一個新得數據子集，可大致分下面幾種：幾種： 1 1、定位查詢。、定位查詢。 用于實現圖形數據和屬性數據的雙向查詢。用于實現圖形數據和屬性數據的雙向查詢。 2 2、分層查詢。、分層查詢。 用于查詢分層存放的圖形數據和屬性數據。用于查詢分層存放的圖形數據和屬性數據。 3 3、區域查詢。用于在屏幕上開一窗口或指定一任意多邊形區域，、區域查詢。用于在屏幕上開一窗口或指定一任意多邊形區域，并查詢該區域內的所有圖形數據及相關的屬性數據。此外，也可并查詢該區域內的所有圖形數據及相關的屬性數據

12、。此外，也可檢索點、線、面的一定范圍內的圖形數據及相關的屬性數據。檢索點、線、面的一定范圍內的圖形數據及相關的屬性數據。 4 4、條件查詢。、條件查詢。 根據數據項與運算符組成的條件表達式來查詢圖形根據數據項與運算符組成的條件表達式來查詢圖形數據和屬性數據。數據和屬性數據。 5 5、空間關系查詢。、空間關系查詢。 又稱拓撲查詢。空間關系查詢的目的是檢索與又稱拓撲查詢。空間關系查詢的目的是檢索與指出相關的空間目標。指出相關的空間目標。 1 1） 面面-面之間關系。兩個面狀地物之間是否相鄰、包含面之間關系。兩個面狀地物之間是否相鄰、包含、相交以及方向距離關系。相交以及方向距離關系。 2 2） 線線

13、-線關系。查詢并判斷線與線之間是否有鄰接、相線關系。查詢并判斷線與線之間是否有鄰接、相交、平行、重疊以及方向距離關系。交、平行、重疊以及方向距離關系。 3 3） 點點-點關系。查詢并判斷點與點之間距離、方向及重點關系。查詢并判斷點與點之間距離、方向及重疊關系。疊關系。 4 4） 線線-面關系。查詢并判斷線與面之間距離、方向、相面關系。查詢并判斷線與面之間距離、方向、相交及重疊等關系。交及重疊等關系。 5 5） 點點-線關系。查詢并判斷點與線之間距離、方向及重線關系。查詢并判斷點與線之間距離、方向及重疊關系。疊關系。 6 6） 點點-面關系。查詢并判斷點與面之間距離、方向及包面關系。查詢并判斷點

14、與面之間距離、方向及包含關系。含關系。空間關系的查詢空間關系的查詢 二、空間量算二、空間量算 1 1、幾何量算幾何量算 幾何量算對不同的點、線、面地物有不同的含義：幾何量算對不同的點、線、面地物有不同的含義： l l 點狀地物（點狀地物（0 0維）：坐標；維）：坐標； l l 線狀地物（線狀地物（1 1維）：長度，曲率，方向；維）：長度，曲率，方向； l l 面狀地物（面狀地物（2 2維）：面積，周長，形狀，曲率等；維）：面積，周長，形狀，曲率等； l l 體狀地物（體狀地物（3 3維）：體積，表面積等。維）：體積，表面積等。 一般的一般的GISGIS軟件都具有對點、線、面狀地物的幾何軟件都具

15、有對點、線、面狀地物的幾何量算功能，或者是針對矢量數據結量算功能，或者是針對矢量數據結構，或者是針對柵格構，或者是針對柵格數據結構的空間數據。數據結構的空間數據。 2 2、形狀量算、形狀量算 面狀地物形狀量測的兩個基本考慮：空間一致性問題，即有面狀地物形狀量測的兩個基本考慮：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。孔多邊形和破碎多邊形的處理；多邊形邊界特征描述問題。 度量空間一致性最常用的指標是歐拉函數，用來計算多邊形度量空間一致性最常用的指標是歐拉函數，用來計算多邊形的破碎程度和孔的數目。歐拉函數的結果是一個數，稱為歐拉數。的破碎程度和孔的數目。歐拉函數的結果

16、是一個數，稱為歐拉數。歐拉函數的計算公式為：歐拉函數的計算公式為：歐拉數歐拉數= =（孔數）（孔數）- -（碎片數（碎片數-1-1） 對于圖對于圖(a)，歐拉數，歐拉數=4-(1-1)=4或歐拉數或歐拉數=4-0=4；對于圖；對于圖(b)歐拉數歐拉數=4-(2-1)=3或歐拉數或歐拉數=4-1=3；圖；圖(c)歐拉數歐拉數=5-(3-1)=3。 關于多邊形邊界描述的問題，由于面狀地物的外觀是復關于多邊形邊界描述的問題，由于面狀地物的外觀是復雜多變的，很難找到一個準確的指標進行描述。最常用的指雜多變的，很難找到一個準確的指標進行描述。最常用的指標包括多邊形長、短軸之比，周長面積比，面積長度比等。

17、標包括多邊形長、短軸之比，周長面積比，面積長度比等。其中絕大多數指標是基于面積和周長的。通常認為圓形地物其中絕大多數指標是基于面積和周長的。通常認為圓形地物既非緊湊型也非膨脹型，則可定義其形狀系數既非緊湊型也非膨脹型，則可定義其形狀系數r r為：為：APr2 其中其中P P為地物周長，為地物周長，A A為面積。如果為面積。如果r1r1r1為膨脹型為膨脹型 3 3、質心量算、質心量算 質心是描述地理對象空間分布的一個重要指標。例如要得質心是描述地理對象空間分布的一個重要指標。例如要得到一個全國的人口分布等值線圖，而人口數據只能到縣級，所到一個全國的人口分布等值線圖，而人口數據只能到縣級，所以必須

18、在每個縣域里定義一個點作為質心，代表該縣的數值，以必須在每個縣域里定義一個點作為質心，代表該縣的數值，然后進行插值計算全國人口等值線。質心通常定義為一個多邊然后進行插值計算全國人口等值線。質心通常定義為一個多邊形或面的幾何中心，當多邊形比較簡單，比如矩形，計算很容形或面的幾何中心，當多邊形比較簡單，比如矩形，計算很容易。但當多邊形形狀復雜時，計算也更加復雜。易。但當多邊形形狀復雜時，計算也更加復雜。 在某些情況下，質心描述的是分布中心，而不是絕對幾何在某些情況下，質心描述的是分布中心，而不是絕對幾何中心。同樣以全國人口為例，當某個縣絕大部分人口明顯集中中心。同樣以全國人口為例，當某個縣絕大部分

19、人口明顯集中于一側時，可以把質心放在分布中心上，這種質心稱為平均中于一側時，可以把質心放在分布中心上，這種質心稱為平均中心或重心。如果考慮其它一些因素的話，可以賦予權重系數，心或重心。如果考慮其它一些因素的話，可以賦予權重系數，稱為加權平均中心。稱為加權平均中心。 iiiiiGWXWXiiiiiGWYWY計算公式是計算公式是： 其中，其中，Wi為第為第i個離散目標物權重，個離散目標物權重，Xi，Yi為第為第i個離散目個離散目標物的坐標標物的坐標。 質心量測經常用于宏觀經濟分析和市場區位選擇，還可以質心量測經常用于宏觀經濟分析和市場區位選擇，還可以跟蹤某些地理分布的變化，如人口變遷，土地類型變化

20、等。跟蹤某些地理分布的變化，如人口變遷，土地類型變化等。 4 4、距離量算、距離量算 “距離距離”是人們日常生活中經常涉及到的概念，它描述了是人們日常生活中經常涉及到的概念，它描述了兩個事物或實體之間的遠近程度。最常用的距離概念是歐氏兩個事物或實體之間的遠近程度。最常用的距離概念是歐氏距離，無論是矢量結構，還是柵格結構都很容易實現。在距離，無論是矢量結構，還是柵格結構都很容易實現。在GIS中，距離通常是兩個地點之間的計算，但有時人們想知中，距離通常是兩個地點之間的計算，但有時人們想知道一個地點到所有其它地點的距離，這時得到的距離是一個道一個地點到所有其它地點的距離，這時得到的距離是一個距離表面

21、。如果一區域中所有的性質與方向無關，則稱為各距離表面。如果一區域中所有的性質與方向無關，則稱為各向同性區域。以旅行時間為例，如果從某一點出發，到另一向同性區域。以旅行時間為例，如果從某一點出發，到另一點的所耗費的時間只與兩點之間的歐氏距離成正比，則從一點的所耗費的時間只與兩點之間的歐氏距離成正比，則從一固定點出發，旅行特定時間后所能達到的點必然組成一個等固定點出發，旅行特定時間后所能達到的點必然組成一個等時圓。而現實生活中，旅行所耗費的時間不只與歐氏距離成時圓。而現實生活中，旅行所耗費的時間不只與歐氏距離成正比，還與路況、運輸工具性能等有關，從固定點出發，旅正比，還與路況、運輸工具性能等有關，

22、從固定點出發，旅行特定時間后所能到達的點則在各個方向上是不同距離的，行特定時間后所能到達的點則在各個方向上是不同距離的，形成各向異性距離表面。形成各向異性距離表面。 (各向同性表面） 簡單距離耗費距離高阻力低阻力考慮到阻力影響，計算的距離稱為耗費距離。物質在空間考慮到阻力影響，計算的距離稱為耗費距離。物質在空間中移動總要花費一些代價，如資金、時間等。阻力越大耗費也中移動總要花費一些代價，如資金、時間等。阻力越大耗費也越大。相應的通過耗費距離得到的距離表面稱為阻力表面或耗越大。相應的通過耗費距離得到的距離表面稱為阻力表面或耗費表面，其屬性值代表一耗費或阻力大小。可以根據阻力表面費表面，其屬性值代

23、表一耗費或阻力大小。可以根據阻力表面計算最小耗費距離。計算最小耗費距離。 對于描述點、線、面坐標的矢量結構，也有一系列的不同對于描述點、線、面坐標的矢量結構，也有一系列的不同于歐氏距離的概念。歐氏距離通常用于計算兩點的直線距離：于歐氏距離的概念。歐氏距離通常用于計算兩點的直線距離： 22jijiYYXXd當有障礙或阻力存在時，兩點之間的距離就不能用直線距離，計當有障礙或阻力存在時，兩點之間的距離就不能用直線距離，計算非標準歐氏距離的一般公式為：算非標準歐氏距離的一般公式為： kkjikjiYYXXd1當當k=2時，就是歐氏距離計算公式。當時，就是歐氏距離計算公式。當k=1時，得到的距離稱為曼哈

24、時，得到的距離稱為曼哈頓距離頓距離 (X i, Yi )(Xj, Yj)22jijiYYXXdjijiYYXXd6.016.06.0jijiYYXXd歐 式 距 離曼 哈 頓 距 離非 歐 式 距 離1 1 ）長度計算）長度計算 1 1）矢量數據的長度計算）矢量數據的長度計算 兩點（兩點（x x1 1,y,y1 1) (x) (x2 2,y,y2 2) )之間距離之間距離D D的計算的計算 點（點（x x0 0,y,y0 0) )到直線到直線 之間歐氏距離的計算之間歐氏距離的計算 線目標的長度線目標的長度 n 表示組成線目標的線段數表示組成線目標的線段數212212yyxxd2200BACBy

25、AxD0CByAxniidL12 2）柵格數據的長度計算）柵格數據的長度計算 用用8 8鄰域方向累加地物骨架線通過的柵格數目鄰域方向累加地物骨架線通過的柵格數目, , Nd - 水平和垂直方向的柵格數水平和垂直方向的柵格數 Ni 對角方向的柵格數對角方向的柵格數 D - 每個柵格的長度每個柵格的長度DNNlid)2(5 5、面積的計算、面積的計算 空間數據的自動量算是空間數據的自動量算是GIS GIS 的重要功能，也是進行的重要功能，也是進行空空間分析的定量化基礎。間分析的定量化基礎。 面積的量算（辛普森（面積的量算（辛普森（SimposionSimposion) )公式）公式） 1 1） 矢

26、量格式下面積的量算通常用辛普森公式矢量格式下面積的量算通常用辛普森公式n 1 23n-1X2 2） 柵格數據面積的計算柵格數據面積的計算 統計相同屬性的格網數目。統計相同屬性的格網數目。 Y)(2111iiiiixxyyS2/ )(1111nnniixxyySS110111)(2/1xxxxxxySnniiniil空間數據復合分析是以空間層次分析理論為基礎，而空間層次分空間數據復合分析是以空間層次分析理論為基礎，而空間層次分析理論的發展又同空間復合分析的應用直接相關空間數據復合析理論的發展又同空間復合分析的應用直接相關空間數據復合分析主要是將同一空間上兩個或兩個以上不同含義的地理要素的分析主要

27、是將同一空間上兩個或兩個以上不同含義的地理要素的重合點之間進行分析處理，它是地理信息系統中最重要的分析功重合點之間進行分析處理，它是地理信息系統中最重要的分析功能之一。能之一。 一復合分析的數學方法一復合分析的數學方法 、邏輯關系分析、邏輯關系分析:用邏輯表達式來分析處理重合點的非幾何特性用邏輯表達式來分析處理重合點的非幾何特性之間邏輯關系之間邏輯關系,實現對空間數據復合、提取、刪除等操作。常用實現對空間數據復合、提取、刪除等操作。常用邏輯運算包括：邏輯運算包括： 1）邏輯交運算。若子集為）邏輯交運算。若子集為A,B，對其進行邏輯交運算，得交集，對其進行邏輯交運算，得交集C=AB . 2）邏輯

28、并運算。若子集為）邏輯并運算。若子集為A,B，對其進行邏輯并運算得，對其進行邏輯并運算得C=AB , 3）邏輯非運算。若子集為）邏輯非運算。若子集為A,B，對其進行邏輯非運算可表示為，對其進行邏輯非運算可表示為C=A-B。2、算術關系分析：通過對重合點的非幾何特性間算術運、算術關系分析：通過對重合點的非幾何特性間算術運算，求得新的復合層。算，求得新的復合層。 3、統計關系分析：用統計分析方法來獲取各重合點之間、統計關系分析：用統計分析方法來獲取各重合點之間非幾何特性值，從而得到新的復合層，以表示不同屬非幾何特性值，從而得到新的復合層，以表示不同屬性之間關系或按統計值劃分區域。性之間關系或按統計

29、值劃分區域。 空間信息的復合有空間信息的復合有視覺信息復合分析視覺信息復合分析和和疊置分析疊置分析兩類，兩類，前者較簡單，后者相對復雜。前者較簡單，后者相對復雜。 二、視覺信息復合二、視覺信息復合 視覺信息復合是將同一地區的同一比例尺的不同含意視覺信息復合是將同一地區的同一比例尺的不同含意圖象進行疊合，從而獲取更多的空間信息，以便用戶判斷圖象進行疊合，從而獲取更多的空間信息，以便用戶判斷不同地理實體的空間關系。地理信息系統中視覺信息復合不同地理實體的空間關系。地理信息系統中視覺信息復合通常包括下面幾種類型：通常包括下面幾種類型： 1、點、線和面狀圖之間復合、點、線和面狀圖之間復合 通過點，線和

30、面狀圖之間相互復合，尋求特征信息在通過點，線和面狀圖之間相互復合，尋求特征信息在空間上的關聯性。在這里強調的是復合圖之間關系，而不空間上的關聯性。在這里強調的是復合圖之間關系，而不是強調生成新的目標。是強調生成新的目標。 2 2、專題圖和數字高程圖復合生成立體專題圖、專題圖和數字高程圖復合生成立體專題圖 數字高程模型的立體彩色顯示是具有高度真實感的，而實數字高程模型的立體彩色顯示是具有高度真實感的，而實際中使用專題圖通常用平面圖來表示，因此，如果把各種專題際中使用專題圖通常用平面圖來表示，因此，如果把各種專題圖和數字高程圖復合，生成立體專題圖可大大增加視覺效果，圖和數字高程圖復合，生成立體專題

31、圖可大大增加視覺效果，便于人類認識自然資源，改造和利用自然資源。便于人類認識自然資源，改造和利用自然資源。 3 3、遙感信息和專題圖的視覺復合、遙感信息和專題圖的視覺復合 遙感信息和非遙感信息相結合是地理信息系統和遙感相結遙感信息和非遙感信息相結合是地理信息系統和遙感相結合的基礎，它涉及內容較多，主要原因是遙感和地理信息系統合的基礎，它涉及內容較多，主要原因是遙感和地理信息系統所處理問題具有互補性。所處理問題具有互補性。三、疊置分析三、疊置分析 疊置分析同前面所說視覺信息復合的主要區別在于視覺信疊置分析同前面所說視覺信息復合的主要區別在于視覺信息復合后，參加復合的各圖均不改變數據結構，也不形成

32、新的息復合后，參加復合的各圖均不改變數據結構，也不形成新的數據，只給用戶帶來視覺效果。而通常所說疊置分析，疊置的數據，只給用戶帶來視覺效果。而通常所說疊置分析，疊置的結果不僅產生視覺效果，更主要形成一新的目標。其中，對空結果不僅產生視覺效果，更主要形成一新的目標。其中，對空間數據的區域進行了重新劃分，屬性數據中包含了參加疊置的間數據的區域進行了重新劃分，屬性數據中包含了參加疊置的多種數據項。多種數據項。 從疊置條件看，疊置分析分條件疊置和無條件疊置。無條從疊置條件看，疊置分析分條件疊置和無條件疊置。無條件疊置也稱全疊置，適用于疊置要素較少的場合。件疊置也稱全疊置，適用于疊置要素較少的場合。 條

33、件疊置是指以特定的邏輯、算術表達式為條件，對兩條件疊置是指以特定的邏輯、算術表達式為條件，對兩組或兩組以上圖件中相關要素進行疊置。地理信息系統中的疊組或兩組以上圖件中相關要素進行疊置。地理信息系統中的疊置分析，主要用條件疊置。置分析，主要用條件疊置。 從數據結構的角度看，從數據結構的角度看，疊置分析有柵格疊置分析和矢量疊疊置分析有柵格疊置分析和矢量疊置分析。置分析。它們分別針對柵格數據結構和矢量數據結構，兩者都它們分別針對柵格數據結構和矢量數據結構，兩者都用來求解兩層或兩層以上數據的某種集合。用來求解兩層或兩層以上數據的某種集合。只是柵格疊置得到只是柵格疊置得到的是新的柵格屬性，而矢量疊置實質

34、上是實現拓樸疊置，疊置的是新的柵格屬性，而矢量疊置實質上是實現拓樸疊置，疊置后得到包括新的空間特性和屬性關系。后得到包括新的空間特性和屬性關系。在拓撲疊置時，如多邊在拓撲疊置時，如多邊形疊置時可能產生許多較小多邊形，其中有些多邊形是由于同形疊置時可能產生許多較小多邊形，其中有些多邊形是由于同一線段多次輸入時引入誤差而產生的。這些多邊形并不代表空一線段多次輸入時引入誤差而產生的。這些多邊形并不代表空間實際的變化，稱為偽多邊形，通常由用戶指定一些容差值來間實際的變化，稱為偽多邊形，通常由用戶指定一些容差值來消除。在柵格疊置時，尤其是當疊加要素較多時，可能產生很消除。在柵格疊置時，尤其是當疊加要素較

35、多時，可能產生很多組合，這些組合其數量可能很大，使用戶無法接受。這時往多組合，這些組合其數量可能很大，使用戶無法接受。這時往往希望在疊置前或疊置后先進行聚合或聚類處理，這樣就引入往希望在疊置前或疊置后先進行聚合或聚類處理，這樣就引入疊置條件的概念。疊置條件的概念。 網絡分析在地理信息系統中有著廣泛的應用領域。例如網絡分析在地理信息系統中有著廣泛的應用領域。例如在城市規劃設計中，通信線路的鋪設，交通管理中交通路線在城市規劃設計中，通信線路的鋪設，交通管理中交通路線的確定，以及旅游工作中新路線的開辟等。的確定，以及旅游工作中新路線的開辟等。 這里所說的網絡，不是指計算機網絡，而是由一組線狀這里所說

36、的網絡，不是指計算機網絡，而是由一組線狀要素相互聯結組成的。這種網絡分析的理論基礎是圖論，所要素相互聯結組成的。這種網絡分析的理論基礎是圖論，所用數據結構為非線性圖數據結構。用數據結構為非線性圖數據結構。網絡分析的實質是通過研網絡分析的實質是通過研究網絡的狀態模擬和分析資源在網絡上的流動和分配，對網究網絡的狀態模擬和分析資源在網絡上的流動和分配，對網絡結構及資源等的優化問題進行研究。絡結構及資源等的優化問題進行研究。 網絡分析的典型應用是求最短或最佳路徑問題。最短路網絡分析的典型應用是求最短或最佳路徑問題。最短路徑分析是根據網絡的拓撲性質，求圖數據結構中，從一個頂徑分析是根據網絡的拓撲性質，求

37、圖數據結構中，從一個頂點出發到其它各頂點之間的最短路徑，或求每對頂點之間最點出發到其它各頂點之間的最短路徑，或求每對頂點之間最短路徑短路徑。1、網絡圖論概念網絡圖論概念 有向圖和無向圖有向圖和無向圖 v1v4v3v2v50 1 1 1 1 1 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0e1e2e3e4e5e6e7vv1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1ev鄰接矩陣鄰接矩陣 關聯矩陣關聯矩陣這里所說的圖論是一種數學系統，通常用矩陣來記錄圖。圖的這里所說的圖論是一種

38、數學系統，通常用矩陣來記錄圖。圖的矩陣表示有很多形式，其中最基本的是鄰接矩陣和關聯矩陣。矩陣表示有很多形式，其中最基本的是鄰接矩陣和關聯矩陣。 鄰接矩陣鄰接矩陣是頂點之間相鄰關系的矩陣是頂點之間相鄰關系的矩陣;關聯矩陣關聯矩陣是頂點和邊之間是頂點和邊之間關系距陣關系距陣。 1）路徑分析（）路徑分析（path analysis) 從網絡模型的角度看最佳路經問題是求解網絡中任意從網絡模型的角度看最佳路經問題是求解網絡中任意兩點之間阻抗強度最小的路經。兩點之間阻抗強度最小的路經。 路徑分析大量用于交通、救災、搶險、消防及信息傳路徑分析大量用于交通、救災、搶險、消防及信息傳輸中。輸中。 2）定位與配置

39、分析（）定位與配置分析（location-allocation analysis) 定位與配置分析是根據中心地理論框架，通過對供給系定位與配置分析是根據中心地理論框架，通過對供給系統和需求系統間空間關系，實現網絡設施布局的最優化。統和需求系統間空間關系，實現網絡設施布局的最優化。 定位已知需求源的分布，確定哪里布設供應點最合適；定位已知需求源的分布，確定哪里布設供應點最合適； 置配確定需求源，分別受那些供應點服務；置配確定需求源，分別受那些供應點服務； 定位與配置問題是同時求需求源和供應點。定位與配置問題是同時求需求源和供應點。 定位與配置分析大量用于城市和區域規劃中。定位與配置分析大量用于城

40、市和區域規劃中。ArcGIS:查找距離事故最近的醫院ArcGIS:確定最短投遞線路網絡中路徑分析例子網絡中路徑分析例子路徑分析來源于圖論中的網絡優化。路徑分析來源于圖論中的網絡優化。 Dijkstra算法（比較經典的算法）算法（比較經典的算法）1959年由年由E.W.Dijkstra提出提出. Dijkstra算法執行過程算法執行過程: V1V4V3V5V21030605020100 0 10 30 100 30 100 0 50 0 50 0 10 0 10 20 0 60 20 0 60 0 0有向圖有向圖的的 鄰接矩陣鄰接矩陣 10 t1 t2 t3 t4 v1 0 v2 (v1,v2)

41、, 10 v3 ( v1, v2, v3), 60 ( v1, v4, v3), 50 v4 (v1,v4), 30 (v1,v4), 30 v5 (v1,v5), 100 (v1,v5), 100 (v1,v4,v5), 90 (v1,v4,v3,v5), 60 v2, 10 v4, 30 v3, 50 v5 ,60 算法算法根據有向圖的鄰接矩陣分別求到各點的最小距離根據有向圖的鄰接矩陣分別求到各點的最小距離 . t1 從原始鄰接矩陣，求從原始鄰接矩陣，求v1到各點的最小距離到各點的最小距離 v1-v2= 10 t2 根據根據t1求得最小距離修正原始鄰接矩陣求得最小距離修正原始鄰接矩陣 ,

42、改改v1- v3值，得到值，得到v1- v2- v3項，找出次短距項，找出次短距 離離v1-v4= 30 。 t3 根據根據t2求得最小距離修正原始鄰接矩陣求得最小距離修正原始鄰接矩陣 將將v1-v5= 100 改為改為v1-v4-v5= 90 找出次短距離找出次短距離 v1- v4- v3= 50 t3 重復重復 1、定位與配置概述、定位與配置概述 定位定位(Location)問題問題: 指已知需求源的分布，確定在何處設置供應點最好。指已知需求源的分布，確定在何處設置供應點最好。 分配分配(Allocation)問題問題: 指確定需求源分別由哪些供應點提供。指確定需求源分別由哪些供應點提供。

43、 通常要同時解決定位與配置兩個問題，以模擬一個或多個中心的通常要同時解決定位與配置兩個問題，以模擬一個或多個中心的資源在網絡上的最優分配問題。資源在網絡上的最優分配問題。 定位與配置問題涉及因素多，如問題的空間類型、規劃的時間定位與配置問題涉及因素多，如問題的空間類型、規劃的時間范圍、公共設施的服務方式、需求點的分配類型等。范圍、公共設施的服務方式、需求點的分配類型等。 因此定位與配置問題必需建立一系列邊界條件，并要確定多個因此定位與配置問題必需建立一系列邊界條件，并要確定多個目標函數。目標函數。 邊界條件指規劃的條件，作為問題解決的約束條件。如要求所邊界條件指規劃的條件，作為問題解決的約束條

44、件。如要求所有需求點都有相應的供應點。有需求點都有相應的供應點。 目標函數給出最大值或最小值，以獲得一個明確的分析結果。目標函數給出最大值或最小值，以獲得一個明確的分析結果。如要求設施同需求點之間的距離加權和最小。如要求設施同需求點之間的距離加權和最小。 定位與配置分析的主要算法包括：定位與配置分析的主要算法包括： P中心問題；中心服務范圍的確定；中心資源的分配等。中心問題；中心服務范圍的確定；中心資源的分配等。中心選址問題 中心點選址問題中，最佳選址位置的判定標準，是使其所在的頂點與圖中其它頂點之間的最大距離達到最小。 這個選址問題實際上就是求網絡圖的中心點問題。這類選址問題適宜于醫院、消防

45、站、超市、學校等服務設施的布局問題。 中心選址問題的圖論描述 設G=(V,E)是一個無向賦權連通圖，其中V=v1,v2,vn，E=e1,e2,en。連接兩個頂點的邊的權值代表該兩頂點之間的距離。對于每個頂點vi，它與各頂點之間的最短路徑長度為di1,di2,din。頂點vi的最大服務距離是這幾個最短路徑長度中的最大值，記為e(vi0)。e(vi0)=max(di1,di2,din)那么，中心點選址問題，就是求圖G的中點vi0，使得該頂點的最大服務距離達到最小，即 e(vi0)=mine(vi)中心選址問題的實例例如，某縣要在其所轄的例如，某縣要在其所轄的8 8個鄉鎮之一修建一個消防個鄉鎮之一修

46、建一個消防站，為站，為8 8個鄉鎮服務，要求消防站至最遠鄉鎮的距離個鄉鎮服務，要求消防站至最遠鄉鎮的距離達到最小。假設該達到最小。假設該8 8個鄉鎮之間的交通網絡被抽象為個鄉鎮之間的交通網絡被抽象為圖圖4-104-10所示的無向賦權連通圖，權值為鄉鎮之間的距所示的無向賦權連通圖，權值為鄉鎮之間的距離。下面求解消防站應設在哪個鄉鎮，即哪個頂點？離。下面求解消防站應設在哪個鄉鎮，即哪個頂點？中心選址問題的實例v6v8v1v7v5v4v2v389363253757中心選址問題的實例首先，用Dijkstra算法計算出每一個頂點vi至其它各頂點vj的最短路徑長度dij(i, j=1,2,6)，寫出距離矩

47、陣： 中心選址問題的實例其次，求距離矩陣中每行的最大值，即各個頂點的最大服務距離，得e(v1)=14, e(v2)=15, e(v3)=20, e(v4)=12, e(v5)=15, e(v6)=17, e(v7)=12, e(v8)=20最后計算最大服務距離的最小值。顯然，e(v4) = e(v7) = min e(vi)。所以，消防站應建在v4或v7點所在的鄉鎮即可。 緩沖區是指地理目標或工程規劃的范圍，如水庫淹沒范圍、緩沖區是指地理目標或工程規劃的范圍，如水庫淹沒范圍、街道拓寬的范圍、放射源影響的范圍。街道拓寬的范圍、放射源影響的范圍。 從數據的角度看，緩沖區是指給定空間對象的鄰域，通常

48、從數據的角度看，緩沖區是指給定空間對象的鄰域，通常用鄰近度（用鄰近度（Proximity)描述地理空間中兩個地物距離相近的程描述地理空間中兩個地物距離相近的程度。即基于對點、線或面等因素，按指定的條件，在其周圍建度。即基于對點、線或面等因素，按指定的條件，在其周圍建立一定空間區域作為分析對象，該區域稱緩沖區。緩沖區實際立一定空間區域作為分析對象，該區域稱緩沖區。緩沖區實際上是獨立的多邊區域，他的形態和位置與原來因素有關。上是獨立的多邊區域，他的形態和位置與原來因素有關。 緩沖區分析是解決鄰近度問題的分析工具，也是緩沖區分析是解決鄰近度問題的分析工具，也是GIS中基中基本的空間分析工具。如確定公共設施的服務半徑，確定交通線本的空間分析工具。如確定公共設施的服務半徑，確定交通線及河流周圍的特殊區域。及河流周圍的特殊區域。 點緩沖區可變距離緩沖區面緩沖區線緩沖區復雜緩沖區 緩沖區分析在地理信息系統中用途較多。緩沖區分析在地理信息系統中用途較多。 例如，在林業規劃中，為了防止水土流失，可建立一例如，在林業規劃中，為了防止水土流失，可建立一緩沖區，在該區