1.GIS空間分析導(dǎo)論2第一章GIS空間分析導(dǎo)論1.1空間分析的數(shù)學(xué)模型1.2GIS空間分析的基本原理與方法1.3ArcGIS10空間分析模塊和功能3GIS的數(shù)據(jù)模型分兩大類，即矢量數(shù)據(jù)模型和柵格數(shù)據(jù)模型。以柵格數(shù)據(jù)模型為存儲結(jié)構(gòu)、地圖代數(shù)（MapAlgebra）為數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的空間分析方法自1980年代后期以來成為GIS技術(shù)發(fā)展的重要方向，并日趨成熟。它的最大特點(diǎn)就是能夠?qū)臻g問題進(jìn)行建模，因此已成為衡量一個GIS功能強(qiáng)弱的關(guān)鍵指標(biāo)之一。1.1空間分析的數(shù)學(xué)模型41.1.1柵格數(shù)據(jù)模型1.1.2矢量數(shù)據(jù)模型1.1.3矢量結(jié)構(gòu)與柵格結(jié)構(gòu)的比較1.1.4三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1.1空間分析的數(shù)學(xué)模型51、概念

柵格數(shù)據(jù)模型又稱網(wǎng)格結(jié)構(gòu)或像元結(jié)構(gòu)。它是將地球表面劃分為大小相等的網(wǎng)格陣列，每個網(wǎng)格作為一個像元或像素由行、列定義，并包含一個代碼表示該像素的屬性類型或量值，或僅僅包含指向其屬性記錄的指針。

1.1.1柵格數(shù)據(jù)模型62.柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)獲取方法柵格結(jié)構(gòu)是以規(guī)則的陣列來表示空間地物或現(xiàn)象分布的數(shù)據(jù)組織，組織中的每個數(shù)據(jù)表示地理要素的非幾何屬性特征。特點(diǎn)：屬性明顯，定位隱含。獲取方法：(1)手工網(wǎng)格法；(2)掃描數(shù)字化法；(3)分類影像輸入法；(4)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換法。1.1.1柵格數(shù)據(jù)模型781.1.2矢量數(shù)據(jù)模型XYijx1y1x2y2xiyixnyn91、概念矢量數(shù)據(jù)模型是通過記錄坐標(biāo)的形式來表示點(diǎn)、線、面(多邊形)等地理實(shí)體。特點(diǎn)：定位明顯，屬性隱含。獲取方法：

(1)手工數(shù)字化法；

(2)手扶跟蹤數(shù)字化法；

(3)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換法。10111.1.3矢量結(jié)構(gòu)與柵格結(jié)構(gòu)的比較比較內(nèi)容矢量結(jié)構(gòu)柵格結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜簡單數(shù)據(jù)量小大圖形精度高低圖形運(yùn)算、搜索復(fù)雜、高效簡單、低效圖形輸出顯示質(zhì)量好、精度高，但成本比較高輸出方法快速，質(zhì)量低，成本比較低廉?dāng)?shù)據(jù)共享不易實(shí)現(xiàn)容易實(shí)現(xiàn)拓?fù)浜途W(wǎng)絡(luò)分析容易實(shí)現(xiàn)不易實(shí)現(xiàn)121.1.4三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也存在柵格和矢量兩種形式。柵格結(jié)構(gòu)使用空間索引系統(tǒng)，它包括將地理實(shí)體的三維空間分成細(xì)小的單元，稱之為體元或體元素。存儲這種數(shù)據(jù)的最簡單形式是采用三維行程編碼，它是二維行程編碼在三維空間的延伸。這種編碼方法可能需要大量的存儲空間，更為復(fù)雜的技術(shù)是八叉樹，它是二維的四叉樹的延伸。三維矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示有多種方法，其中運(yùn)用最普遍的是具有拓?fù)潢P(guān)系的三維邊界表示法和八叉樹表示法。131.2GIS空間分析的基本原理與方法1.2.0概述1.2.1柵格數(shù)據(jù)分析1.2.2矢量數(shù)據(jù)分析1.2.3空間統(tǒng)計(jì)分析與內(nèi)插1.2.4三維空間分析141.2.0概述空間分析的基本步驟:1.確定問題并建立分析的目標(biāo)和要滿足的條件；2.針對空間問題選擇合適的分析工具；3.準(zhǔn)備空間操作中要用到的數(shù)據(jù)；4.定制一個分析計(jì)劃然后執(zhí)行分析操作；5.顯示并評價(jià)分析結(jié)果。1516例：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；道路拓寬改建的標(biāo)準(zhǔn)是：a)道路從原有的20m拓寬至10m；b)拓寬道路應(yīng)盡量保持直線；c)部分位于拆遷區(qū)內(nèi)的10層以上的建筑不拆除。2）準(zhǔn)備進(jìn)行分析的數(shù)據(jù)一類是現(xiàn)狀道路圖；另一類是分析區(qū)域內(nèi)建筑物分布圖及相關(guān)的信息；3）進(jìn)行空間操作a)選擇擬拓寬的道路，根據(jù)拓寬半徑，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，此圖包括所有部分或全部位于緩沖區(qū)內(nèi)的建筑物信息。4）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析a)對全部或部分位于拆遷區(qū)內(nèi)的建筑物進(jìn)行選擇，凡部分落入拆遷區(qū)且樓層高于10層以上的建筑物，將其從選擇組中去除，并對道路的拓寬邊界進(jìn)行局部調(diào)整。b)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。17例：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，作為一個輕度污染工廠的可能建設(shè)位置。工廠選址的標(biāo)準(zhǔn)包括：a）地塊建設(shè)用地面積不小于10000平方米；b）地塊的地價(jià)不超過1萬元/平方米；c）地塊周圍不能有幼兒園、學(xué)校等公共設(shè)施，以免受到工廠生產(chǎn)的影響。2）從數(shù)據(jù)庫中提取用于選址的數(shù)據(jù)一類為全市所有地塊信息的數(shù)據(jù)層；另一類為全市公共設(shè)施（包括幼兒園、學(xué)校）的分布圖。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a)b)的地塊，并與公共設(shè)施層數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加。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。181.2.1柵格數(shù)據(jù)分析（1）柵格數(shù)據(jù)的聚類、聚合分析（2）柵格數(shù)據(jù)的信息復(fù)合分析（3）柵格數(shù)據(jù)的追蹤分析（4）柵格數(shù)據(jù)的窗口分析（5）柵格數(shù)據(jù)再分類（1）柵格數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與量算19（1）柵格數(shù)據(jù)的聚類、聚合分析1）聚類分析概念：空間聚類是根據(jù)預(yù)先設(shè)定的聚類條件，使符合條件的區(qū)域輸出在圖上，不符合條件的區(qū)域?yàn)榭瞻住?0（a）柵格數(shù)據(jù)系統(tǒng)樣圖(b)提取要素“2”的聚類結(jié)果聚類分析示意圖在四種類型要素中提取其中要素2的聚類：21;1,3,4021示例：空間聚類某鎮(zhèn)土地利用現(xiàn)狀空間聚類分析輸出圖形左下圖是一幅土地利用柵格圖（1.耕地，2.園地，3.林地，4.居民點(diǎn)，5.獨(dú)立工礦，1.水域，7未利用地），設(shè)定條件可以是：E=（屬性=“水域”）or（面積≥1公頃）or（水域鄰接居民點(diǎn)），右下圖是輸出結(jié)果。這類聚類條件的設(shè)定常用于位址規(guī)劃。22（1）柵格數(shù)據(jù)的聚類、聚合分析2）聚合分析概念：聚合分析是根據(jù)預(yù)先設(shè)定的聚合條件，在同一圖層上進(jìn)行數(shù)據(jù)類別的合并或轉(zhuǎn)換，以實(shí)現(xiàn)空間地域的兼并，從而將復(fù)雜的空間數(shù)據(jù)合并成預(yù)定的類別。空間聚合的結(jié)果往往是將復(fù)雜的類別轉(zhuǎn)換為較簡單的類別，大多數(shù)以小比例尺圖形輸出。當(dāng)從大比例尺圖形向小比例尺圖形轉(zhuǎn)換時，常使用這種方法。23(a)(b)柵格數(shù)據(jù)的聚合a:>=3b:<3241耕地2園地3林地4居民點(diǎn)5獨(dú)立工礦1水域7未利用地25耕地、園地、林地、水域

農(nóng)用地居民點(diǎn)、獨(dú)立工礦建設(shè)用地未利用地未利用土地26

聚類、聚合分析應(yīng)用柵格數(shù)據(jù)的聚類聚合分析處理法在數(shù)字地形模型及遙感圖象處理中的應(yīng)用是十分普遍的。例如，由數(shù)字高程模型轉(zhuǎn)換為數(shù)字高程分級模型便是空間數(shù)據(jù)的聚，而從遙感數(shù)字圖象信息中提取某一地物的方法則是柵格數(shù)據(jù)的聚

27信息復(fù)合模型(overlay)包括兩類：即簡單的視覺信息復(fù)合和較為復(fù)雜的疊加分類模型。柵格數(shù)據(jù)常被用來進(jìn)行區(qū)域適應(yīng)性評價(jià)、資源開發(fā)利用、規(guī)劃等多因素分析研究工作。在數(shù)字遙感圖象處理工作中，利用該方法可以實(shí)現(xiàn)不同波段遙感信息的自動合成處理。視覺信息復(fù)合是將不同專題的內(nèi)容疊加顯示在結(jié)果圖件上，參加復(fù)合的平面之間沒發(fā)生任何邏輯關(guān)系，仍保留原來的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；疊加分類模型則根據(jù)參加復(fù)合的數(shù)據(jù)平面各類別的空間關(guān)系重新劃分空間區(qū)域，使每個空間區(qū)域內(nèi)各空間點(diǎn)的屬性組合一致。疊加結(jié)果生成新的數(shù)據(jù)層，該數(shù)據(jù)層圖形數(shù)據(jù)記錄了重新劃分的區(qū)域，而屬性數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)中則包含了原來的幾個參加復(fù)合的數(shù)據(jù)層的屬性數(shù)據(jù)庫中所有的數(shù)據(jù)項(xiàng)。（2）柵格數(shù)據(jù)的信息復(fù)合分析28

概念：視覺信息復(fù)合是將統(tǒng)一地區(qū)的統(tǒng)一比例尺的不同含義的圖形圖像進(jìn)行疊合顯示在屏幕上或結(jié)果圖件上，以便判斷不同地理實(shí)體的空間關(guān)系，從而獲取更多的空間信息。

視覺信息復(fù)合中，不改變各圖層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，也不形成新的數(shù)據(jù)，只給用戶帶來視覺效果，用于目視分析。1）視覺信息復(fù)合29

A點(diǎn)、線和面狀圖之間的復(fù)合

通過點(diǎn)線和面狀圖的相互復(fù)合，尋求特征信息在空間上的關(guān)聯(lián)性。在這里強(qiáng)調(diào)的是復(fù)合圖之間的關(guān)系，而不是強(qiáng)調(diào)生成新的目標(biāo)。例如，要了解居民點(diǎn)與污染區(qū)空間位置關(guān)系，就可以把居民點(diǎn)圖和污染分區(qū)圖進(jìn)行點(diǎn)與面的視覺復(fù)合。直覺上可以看到各個居民點(diǎn)的污染輕重。又如旅游者在確定旅游線路時，可把該地區(qū)的旅游景點(diǎn)圖、地形、交通和旅游者位置進(jìn)行信息復(fù)合，從而幫助旅游者確定旅游線路等。30面狀圖、線狀圖和點(diǎn)狀圖之間的復(fù)合31面狀圖與專題區(qū)域邊界之間的復(fù)合32

B遙感信息和專題圖的視覺復(fù)合遙感信息和非遙感信息結(jié)合是地理信息系統(tǒng)和遙感相結(jié)合的基礎(chǔ)，遙感和地理信息系統(tǒng)所處理問題具有互補(bǔ)性。遙感圖上信息豐富，但缺乏行政區(qū)劃界線等非遙感信息，這樣不利于區(qū)域分析。另外，在遙感分類中常常出現(xiàn)比較麻煩的“異物同譜”現(xiàn)象。如荒草和牧草，果園和灌木等，從遙感角度看，因?yàn)榫哂邢嗤墓庾V特性而無法區(qū)分，這時如把遙感分類圖和專題圖或地形圖進(jìn)行視覺復(fù)合，就可以直覺地解決某些“異物同譜”分類問題，從而大大提高遙感分類精度。33遙感影像與專題地圖的復(fù)合34

C專題圖和數(shù)字高程圖視覺復(fù)合專題圖通常用平面圖來表示，而數(shù)字高程模型（DEM）的立體彩色顯示是具有高度真實(shí)感的，如果把各種專題圖和數(shù)字高程圖復(fù)合生成立體專題圖，可以大大增強(qiáng)視覺效果，便于人們認(rèn)識和研究自然資源。

例如，把旅游圖和數(shù)字高程圖結(jié)合生成立體旅游景觀圖，有利于人們觀察景點(diǎn)分布和旅游路線選擇；再如將野生動物分布圖與數(shù)字高程圖結(jié)合，生成立體野生動物分布圖，可以幫助動物學(xué)家對野生動物群體生存環(huán)境的研究。35專題地圖與數(shù)字高程模型復(fù)合36

根據(jù)參加復(fù)合的柵格數(shù)據(jù)層不同類別的空間關(guān)系重新劃分空間區(qū)域，每個空間區(qū)域內(nèi)各空間點(diǎn)的屬性組合一致。疊加結(jié)果生成新的數(shù)據(jù)層，該數(shù)據(jù)層圖形數(shù)據(jù)記錄了重新劃分的區(qū)域，而屬性數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)中則包含了原來的幾個參加復(fù)合的數(shù)據(jù)層的屬性數(shù)據(jù)庫中所有的數(shù)據(jù)項(xiàng)。疊加分類模型用于多要素綜合分類，以劃分最小地理景觀單元，進(jìn)一步可進(jìn)行綜合評價(jià)以確定各景觀單元的等級序列。

2）

疊加分析模型（2）柵格數(shù)據(jù)的信息復(fù)合分析37疊加分析的定義疊加是把分散在不同層上的空間、屬性信息按相同的空間位置疊加到一起，合為新的一層。疊合過程往往是對空間信息和對應(yīng)的屬性信息作集合的交、并、差、余運(yùn)算，也可再進(jìn)一步對屬性作其他的數(shù)學(xué)運(yùn)算。

38復(fù)合運(yùn)算方法空間邏輯運(yùn)算為討論方便將空間圖層A，B定義為二值圖象1、空間邏輯并（或）運(yùn)算；A∪B=XX∈A或X∈B2、空間邏輯交（與）運(yùn)算；A∩B=XX∈A且X∈B3、空間邏輯差運(yùn)算；A-B=XX∈A且X∈B4、空間包含；AB邏輯判斷復(fù)合法

AB39例：有土壤厚度（大于50厘米）和土壤類型（紅壤和其他類型）兩個二值化圖層，不同的邏輯運(yùn)算結(jié)果如下：AND關(guān)系：結(jié)果是將土層厚度大于50厘米，且土壤為紅壤的土壤單元顯示出來；OR關(guān)系：結(jié)果將土層厚度大于50厘米，或者土壤為紅壤的土壤單元顯示出來；XOR：結(jié)果將土層厚度小于50厘米，或者土壤不是紅壤的土壤單元顯示出來；NOT:如結(jié)果是將土層厚度大于50厘米，但土壤不是紅壤的土壤單元顯示出來；邏輯關(guān)系運(yùn)算例40復(fù)合運(yùn)算方法數(shù)學(xué)運(yùn)算復(fù)合法

指不同層面的柵格數(shù)據(jù)逐網(wǎng)格按一定的數(shù)學(xué)法則進(jìn)行運(yùn)算,從而得到新的柵格數(shù)據(jù)系統(tǒng)的方法。其主要類型有以下幾種:

算術(shù)運(yùn)算

指兩層以上的對應(yīng)網(wǎng)格值經(jīng)加、減運(yùn)算，而得到新的柵格數(shù)據(jù)系統(tǒng)的方法。這種復(fù)合分析法具有很大的應(yīng)用范圍。41算術(shù)運(yùn)算在ArcGIS中，使用柵格計(jì)算器(MapCalculator)可以很方便地實(shí)現(xiàn)柵格圖層的復(fù)合/疊置運(yùn)算。42復(fù)合運(yùn)算方法函數(shù)運(yùn)算

指兩個以上層面的柵格數(shù)據(jù)系統(tǒng)以某種函數(shù)關(guān)系作為復(fù)合分析的依據(jù)進(jìn)行逐網(wǎng)格運(yùn)算，從而得到新的柵格數(shù)據(jù)系統(tǒng)的過程。這種復(fù)合疊置分析方法被廣泛地應(yīng)用到地學(xué)綜合分析、環(huán)境質(zhì)量評價(jià)、遙感數(shù)字圖像處理等領(lǐng)域中。只要得到對于某項(xiàng)事物關(guān)系及發(fā)展變化的函數(shù)關(guān)系式，便可運(yùn)用以上方法完成各種人工難以完成的極其復(fù)雜的分析運(yùn)算。這也是目前信息自動復(fù)合疊置分析法受到廣泛應(yīng)用的原因。

4302313142124324114231314111223102AB0231314212432411A4231314111223102B+22313141.511.532.52.52.50.51.5C[f（a，b）]C=(A+B)/244

利用土壤侵蝕通用方程式計(jì)算土壤侵蝕量時，就可利用多層面柵格數(shù)據(jù)的函數(shù)運(yùn)算復(fù)合分析法進(jìn)行自動處理。一個地區(qū)土壤侵蝕量的大小是降雨(R)、植被覆度(C)、坡度(S)、坡長（L）、土壤抗蝕性(SR)等因素的函數(shù)

45柵格疊置分析實(shí)例：工業(yè)廠址適宜性分析（1）選址分析：①工業(yè)設(shè)施不允許位于自然保護(hù)區(qū)內(nèi)；②起伏地形會增加建筑造價(jià)，陡坡更不合適；③未利用地或農(nóng)用地相對便宜；④購買居民區(qū)或現(xiàn)存工業(yè)區(qū)不可取，因?yàn)檫@不僅帶來高的代價(jià)，同時，還帶來移民安置等問題，故盡可能選擇人口稀少地區(qū)；⑤交通便利。（2）空間數(shù)據(jù)準(zhǔn)備：根據(jù)以上分析，為了選擇合適的廠址，涉及到下列數(shù)字地圖：①土地利用現(xiàn)狀圖；②地形坡度圖；③人口密度圖；④交通運(yùn)輸圖；⑤自然保護(hù)區(qū)圖。46（3）操作步驟如圖所示：①對各影響因素進(jìn)行再分類，以表示每一個方面的適宜性。如可把土地利用重新分成三類適宜性：空地=高，農(nóng)業(yè)區(qū)=中，居民區(qū)和工業(yè)區(qū)=低。人口密度可重新分成四類：<5人/hm2(公頃)=很高適宜性，5～10人/hm2=高，10～30人/hm2=中，>30人/hm2=低。用同樣的方法對其他影響因素進(jìn)行再分類；②對每一個方面用加權(quán)因子來表明其相對重要性；③將這些數(shù)字地圖疊置，并在每個網(wǎng)格單元上將這四個值相加；④適宜性分析：在結(jié)果地圖上，得分高的網(wǎng)格單元就意味著被組合的四個方面高的適宜性。對于自然保護(hù)區(qū)，則加上一個嚴(yán)厲限制，即在這些區(qū)域的網(wǎng)格單元中把適宜性置零值；⑤根據(jù)適宜性分析計(jì)算，確定廠址。柵格疊置分析實(shí)例：工業(yè)廠址適宜性分析47

柵格疊置分析示例48（3）柵格數(shù)據(jù)的追蹤分析所謂柵格數(shù)據(jù)的追蹤分析是指對于特定的柵格數(shù)據(jù)系統(tǒng)，由某一個或多個起點(diǎn)，按照一定的追蹤線索進(jìn)行目標(biāo)追蹤或軌跡追蹤，以便信息提取的空間分析方法。32381217181749912182323204151120252821203122123333229207142532393125141221273032241711152234252115128111920251074149

此外，追蹤分析方法在掃描圖件的矢量化、利用數(shù)字高程模型自動提取等高線、污染水源的追蹤分析等方面都發(fā)揮著十分重要的作用。下圖為GIS顯示的追蹤得到的河流圖。50GIS顯示的追蹤得到的河流圖51（4）柵格數(shù)據(jù)的窗口分析1）概念窗口分析是指對于柵格數(shù)據(jù)系統(tǒng)中一個、多個柵格點(diǎn)或全部的數(shù)據(jù)，開辟一個有固定分析半徑的分析窗口，并在該窗口內(nèi)進(jìn)行極值、均值等一系列統(tǒng)計(jì)計(jì)算，或與其他層面的信息進(jìn)行必要的復(fù)合分析，從而實(shí)現(xiàn)柵格數(shù)據(jù)水平方向擴(kuò)展分析。52按照分析窗口的形狀，可以將分析窗口劃分為以下類型：矩形窗口：是以目標(biāo)柵格為中心，分別向周圍八個方向擴(kuò)展一層或多層?xùn)鸥?，從而形成矩形分析區(qū)域，如3×3、5×5、7×7的矩形窗口。圓型窗口：是以目標(biāo)柵格為中心，向周圍作一等距離搜索區(qū)，構(gòu)成一圓型分析窗口。環(huán)型窗口：是以目標(biāo)柵格為中心，按指定的內(nèi)外半徑構(gòu)成環(huán)型分析窗口。扇型窗口：是以目標(biāo)柵格為起點(diǎn)，按指定的起始與終止角度構(gòu)成扇型分析窗口。2）

窗口的類型53分析窗口的類型54窗口內(nèi)統(tǒng)計(jì)分析的類型

柵格分析窗口內(nèi)的空間數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析類型一般有以下幾種類型：（1）均值Mean；(2)最大值Maximum；(3)最小值Minimum；（4）中值Median；（5）總數(shù)Sum；（1）范圍Range；（7）Majority多數(shù)；（8）少數(shù)Minority；（9）變異度Variety。標(biāo)準(zhǔn)差（StandardDeviation）、高通量（HighPass）、低通量（LowPass）、焦點(diǎn)流（FocalFlow）

在arcgis軟件中，窗口分析的功能是Neighborhoodstatistic命令

3）鄰域分析（窗口分析）55原始柵格鄰域統(tǒng)計(jì)柵格Sum56123451718175321423232017312282120541233229204132531251412212730322417111522342521151281119202510741f（x）11/911/924/932/9求平均57再分類（Reclassify）再分類（Reclassification）：根據(jù)不同的需要對原始數(shù)據(jù)再次進(jìn)行分類和提取的過程。重分類的關(guān)鍵是確定原數(shù)據(jù)到新數(shù)據(jù)之間的對應(yīng)關(guān)系。GIS存儲的數(shù)據(jù)具有原始數(shù)據(jù)的性質(zhì)，這樣用戶就可以根據(jù)不同的使用目的對數(shù)據(jù)進(jìn)行任意提取和分析。分類方法不同，得到的結(jié)果會有很大差異。（5）柵格數(shù)據(jù)再分類58空間信息的再分類分為兩類：一類是基于地理信息的非空間屬性進(jìn)行再分類，它不改變地物已有的屬性值，而只是根據(jù)地物的屬性，將它們劃分到相應(yīng)的類別中。此種分類可以通過簡單的改變圖例來完成，也可通過主成分分析法，聚類分析法等完成。另一類再分類的方法是通過對地物屬性信息經(jīng)過分類組織產(chǎn)生新的地物特征。對于柵格數(shù)據(jù)，可通過賦值或簡單計(jì)算來獲取新的地物，達(dá)到重新分類的目的（如Arcgis中的Reclassify功能）。（5）柵格數(shù)據(jù)再分類5960示例：柵格數(shù)據(jù)再分類結(jié)果61（1）柵格數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與量算需要了解一組柵格數(shù)據(jù)的整體特征和態(tài)勢時，我們通常對其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。例如，對于一幅DEM，統(tǒng)計(jì)分析其最大高程、最低高程、平均高程以及某給定高程出現(xiàn)的頻率，就可以數(shù)據(jù)有一個整體的了解。統(tǒng)計(jì)分析的目的是為了解數(shù)據(jù)分布的趨勢或者通過趨勢的了解回歸擬合出某些空間屬性之間的關(guān)系，以把握空間屬性之間的關(guān)系和規(guī)律。柵格數(shù)據(jù)常規(guī)的統(tǒng)計(jì)分析主要指對數(shù)據(jù)集合的最大值、最小值、均值、中值、總和、方差、頻數(shù)、眾數(shù)、范圍等參數(shù)進(jìn)行分析。62（1）柵格數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與量算空間信息的自動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)。柵格數(shù)據(jù)模型由于自身的特點(diǎn)很容易進(jìn)行類似面積和體積等屬性的量算。例如在DEM上，要計(jì)算某種屬性地形所占的面積，只需要統(tǒng)計(jì)出這種屬性地形所占的柵格數(shù)乘以其柵格分辨率就可以得到面積；要求某一區(qū)域的體積，只需把對應(yīng)柵格的高程累加即可，計(jì)算快捷方便。在工程土方計(jì)算、水庫庫容估計(jì)這種方法經(jīng)常使用。631、地理查詢2、緩沖區(qū)分析3、疊置分析4、網(wǎng)絡(luò)分析5、空間插值1、地形分析1.2.2矢量數(shù)據(jù)分析方法641、地理查詢1）數(shù)據(jù)庫查詢：地圖視圖和屬性表根據(jù)屬性查詢有關(guān)地理實(shí)體；根據(jù)地理位置查詢地理實(shí)體；根據(jù)空間位置的相對關(guān)系查詢地理實(shí)體

—包含（containment）、相交（intersect）、接近（proximity）；2）幾何量測3）重新分類65屬性查詢1）數(shù)據(jù)庫查詢66地理位置查詢67相對位置——在超市200米范圍內(nèi)的所有景點(diǎn)68相對位置——穿越河流的城市地鐵查詢69相對位置——包含查詢70長度（周長）量算面積量算形狀量算——線長度可由兩點(diǎn)間直線距離相加得到，以米或公里為單位，投影基礎(chǔ)上的平面直角坐標(biāo)。2）幾何量測71

——緩沖區(qū)是根據(jù)點(diǎn)、線、面地理實(shí)體，建立起周圍一定寬度范圍內(nèi)的擴(kuò)展距離圖，緩沖區(qū)的作用是用來限定所需處理的專題數(shù)據(jù)的空間范圍。2、緩沖區(qū)分析

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)河道對其所穿過區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要性72分類點(diǎn)、線、多邊形的緩沖區(qū)特殊形態(tài)的緩沖區(qū)：點(diǎn)對象有三角形、矩形和圓形buffer線對象有雙側(cè)對稱、雙側(cè)不對稱或單側(cè)緩沖區(qū)面對象有內(nèi)側(cè)和外側(cè)緩沖區(qū)

73緩沖區(qū)變異74原理點(diǎn)、線、面及多重Buffer的算法原理

Point：以點(diǎn)為圓心，以R為半徑畫圓；

Polyline：分別對每一頂點(diǎn)和每條邊生成Buffer，然后疊加；

Polygon：先生成邊界的Buffer，再與多邊形本身疊加；

Multi-buffer：先以不同半徑生成不同寬度的buffer再疊加；75Buffer實(shí)現(xiàn)76商場的市場區(qū)位（服務(wù)范圍中心地理論）城市研究：改變某個轄區(qū)的行政界線時，要通知周圍一定距離（如150M）的住戶林業(yè)規(guī)劃：距河流一定縱深的范圍來確定森林的砍代區(qū)地震帶：按斷裂線的危險(xiǎn)等級繪出每一斷裂線的不同寬度的緩沖帶作為警戒線土地評價(jià)：根據(jù)距離交通線的遠(yuǎn)近進(jìn)行成本估算地價(jià)評估實(shí)際中的應(yīng)用77783、疊置分析——將兩幅矢量圖層通過幾何圖形相交合并成一幅新的矢量圖層，其結(jié)果綜合了原來兩層或多層要素所具有的屬性。分類:

點(diǎn)包含分析線包含分析多邊形疊置分析

疊加的結(jié)果：幾何形狀改變屬性改變791）點(diǎn)包含分析Point-in-polygonoverlay：是確定一圖層上的點(diǎn)落在另一圖層的哪個多邊形內(nèi)，以便為圖層的每個點(diǎn)建立新的屬性，實(shí)質(zhì)是計(jì)算多邊形對點(diǎn)的包含關(guān)系A(chǔ)B121A2B+=

判斷方法：從判斷點(diǎn)引出某一方向上的射線，通過判斷點(diǎn)與多邊形交點(diǎn)數(shù)來確定點(diǎn)與多邊形的包含關(guān)系，奇數(shù)次在區(qū)域內(nèi)，偶數(shù)次則位于區(qū)域外。80一個中國政區(qū)圖（多邊形）和一個全國礦產(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，則可以查詢指定省有多少種礦產(chǎn)，產(chǎn)量有多少；還可查詢指定類型的礦產(chǎn)在哪些省里有分布等信息。81點(diǎn)與多邊形疊加的兩個實(shí)例一個野生動植物學(xué)家研究褐頭燕八哥的位置與森林植被的特定類型或分布間是否有功能上的必然聯(lián)系？在完成了森林植被（多邊形）分類的航片上標(biāo)注鳥類（點(diǎn)）的位置統(tǒng)計(jì)每個林區(qū)的燕八哥的數(shù)目（建立屬性表）一個偵探研究在城市的特定區(qū)域和偷錢包的多發(fā)事件是否存在某種空間關(guān)系？從警察局的犯罪記錄中將偷錢包事件標(biāo)注在街區(qū)圖上以每個月為單位根據(jù)街區(qū)繪制犯罪統(tǒng)計(jì)表822）線包含分析AB11A1B+=Line-in-polygonoverlay:是確定一個圖層上的弧段(Arc)落在另一圖層的哪個多邊形內(nèi)，以便為圖層的每條弧段建立新的屬性。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)，只要相交，就產(chǎn)生一個結(jié)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。83如果線狀圖層為河流，疊加的結(jié)果是多邊形將穿過它的所有河流打斷成弧段，可以查詢?nèi)我舛噙呅蝺?nèi)的河流長度，進(jìn)而計(jì)算它的河網(wǎng)密度等；如果線狀圖層為道路網(wǎng)，疊加的結(jié)果可以得到每個多邊形內(nèi)的道路網(wǎng)密度，內(nèi)部的交通流量，進(jìn)入、離開各個多邊形的交通量，相鄰多邊形之間的相互交通量。

確定某一行政區(qū)內(nèi)各種等級道路的里程數(shù)843）多邊形疊加Polygon-on-polygonoverlay:將兩個或多個多邊形圖層進(jìn)行疊加產(chǎn)生一個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。應(yīng)用范圍：地理變量的多準(zhǔn)則分析區(qū)域多重屬性的模擬分析地理特征的動態(tài)變化分析圖幅要素更新、相鄰圖幅拼接區(qū)域信息提取85AB+=121A1B2A2B屬性分配過程：將輸入圖層對象的屬性拷貝到新對象的屬性表中，或把輸入圖層對象的標(biāo)識碼作為外鍵，直接關(guān)聯(lián)到輸入圖層的屬性表（理論假設(shè)是多邊形對象內(nèi)屬性是均質(zhì)的，將它們分割后，屬性不變，最小公共地理單元（LeastCommonGeographicUnit,LCGU））。86地圖疊加操作：ArcGIS為例輸入地圖與疊加地圖具有相同的范圍，則輸出地圖也具有相同的范圍。輸入地圖與疊加地圖范圍不同，則依賴于地圖疊加操作方法。方法聯(lián)合相交層疊加87地圖疊加操作：聯(lián)合（Union）OR=88地圖疊加操作：相交（Intersect）AND=89地圖疊加操作：層疊加（Identity）+=[(輸入地圖)AND(疊加地圖)]OR(輸入地圖)90地圖疊加操作：相減（erase）91地圖疊加：破碎多邊形處理在地圖疊加過程中，沿著兩個輸入地圖的共同邊界出現(xiàn)的極小多邊形。原因數(shù)字化原地圖誤差遙感解譯野外調(diào)查消除方法設(shè)置模糊容差最小制圖單元92地圖操作邊界融合(Dissolve)裁剪(Clip)合并(Merge)93地圖操作：融合（disslove）

消除具有相同屬性的多邊形邊界（數(shù)據(jù)分類）11241331241394地圖操作：裁剪(clip)落入裁減區(qū)域范圍內(nèi)的輸入地圖要素95地圖操作：合并(merge)兩幅或兩幅以上的地圖拼接成新圖合并96多邊形疊加應(yīng)用實(shí)例一個地方規(guī)劃師希望確定他所在的農(nóng)業(yè)縣今后20年大規(guī)模的城市化發(fā)展的區(qū)域，決定哪些土地用于房地產(chǎn)開發(fā)？（約束條件：現(xiàn)有耕地、肥力很大的土地、政府土地、歷史文化遺跡、瀕臨滅絕物種的棲息地不能開發(fā)）為上述五個圖層創(chuàng)建詳細(xì)的地圖（多邊形圖層）五個圖層疊加一起，得出沒有限制的土地范圍布爾邏輯運(yùn)算(and)完成疊加操作：五個不相容變量&不能用作將來的農(nóng)業(yè)用地&不是現(xiàn)有耕地&不在歷史文化遺跡周圍&不危及瀕臨滅絕物種&不屬于政府所有的土地97主要網(wǎng)絡(luò)分析功能路徑分析(PathAnalysis)實(shí)質(zhì)是最短路徑問題，對于交通、消防、救災(zāi)搶險(xiǎn)、信息傳輸?shù)扔兄匾饬x：運(yùn)輸網(wǎng)中找出運(yùn)費(fèi)最小的路徑通訊網(wǎng)中找出兩點(diǎn)間信息傳遞最可靠的路由定位-配置分析（服務(wù)范圍分析）又叫資源分配（選址問題），在城市和區(qū)域規(guī)劃中應(yīng)用廣泛，其目標(biāo)是合理地選定資源集散地，以及這些集散地的影響范圍。

選擇最佳布局中心，或從一批候選位置中選定若干地點(diǎn)來建公共設(shè)施，為區(qū)域需求點(diǎn)提供服務(wù)4、網(wǎng)絡(luò)分析985、空間插值概念：從存在的觀測數(shù)據(jù)中找到一個函數(shù)關(guān)系式，使該關(guān)系式最好地逼近這些已知的空間數(shù)據(jù)，并能根據(jù)函數(shù)關(guān)系式推求出區(qū)域范圍內(nèi)其它任意點(diǎn)或任意分區(qū)的值，這種根據(jù)已知點(diǎn)或分區(qū)的數(shù)據(jù)，推求任意點(diǎn)或任意分區(qū)的值的方法稱為空間數(shù)據(jù)內(nèi)插?？臻g插值分析是GIS中數(shù)據(jù)處理常用方法之一，廣泛應(yīng)用于等值線自動制圖、DEM模型建立、不同區(qū)域界限現(xiàn)象的相關(guān)分析。這一過程實(shí)際上是把樣本點(diǎn)置于三維空間中，點(diǎn)屬性為Z坐標(biāo)，擬合構(gòu)造一個連續(xù)的光滑曲面函數(shù)，任意一點(diǎn)的屬性值通過函數(shù)求解，因此也稱為曲面插值分析。99空間插值分析原因：空間數(shù)據(jù)往往是根據(jù)自己的要求獲取采樣的觀測值，諸如土地類型、地面高程等。這些點(diǎn)的分布往往是不規(guī)則的，在用戶感興趣或模型復(fù)雜區(qū)域可能采樣點(diǎn)多，在其它地區(qū)則采樣點(diǎn)少，由此而導(dǎo)致所形成的多邊形的內(nèi)部變化不可能表達(dá)得更精確、更具體，而只能達(dá)到一般的平均水平。但用戶在某些時候卻欲獲知未觀測點(diǎn)的某種感興趣特征的更精確值，這就導(dǎo)致了空間內(nèi)插技術(shù)的誕生。

100

通常，在以下幾種情況下要做空間插值：現(xiàn)有數(shù)據(jù)的分辨率不夠，如遙感圖象從一種分辨率轉(zhuǎn)換到另一種分辨率?，F(xiàn)有數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)與所需結(jié)構(gòu)不同，如將柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到TIN數(shù)據(jù)?，F(xiàn)有數(shù)據(jù)沒有完全覆蓋整個區(qū)域，如只有一些離散點(diǎn)數(shù)據(jù)。需要進(jìn)行空間插值處理的原始數(shù)據(jù)包括：航片/衛(wèi)片、野外測量采樣數(shù)據(jù)、等值線圖等。空間插值分析101連續(xù)空間與離散空間現(xiàn)實(shí)空間可以分為具有漸變特征的連續(xù)空間和具有跳躍特征的離散空間。舉例來講，土地類型分布屬離散空間，而地形表面分布則是連續(xù)空間

空間插值分析102

空間插值的理論假設(shè)是空間位置上越靠近的點(diǎn)，越可能具有相似的特征值，而距離越遠(yuǎn)的點(diǎn)，其特征值相似的可能性越小。離散空間數(shù)據(jù)內(nèi)插——鄰近元法連續(xù)表面內(nèi)插技術(shù)——連續(xù)的空間漸變模型

分為整體插值方法和部分（局部）插值方法兩類。

空間插值分析1031、地形分析概念：數(shù)字地面（地形）模型（DTM，DigitalTerrainModel）是通過地表點(diǎn)集的空間坐標(biāo)及其屬性數(shù)據(jù)表示表面特征的地學(xué)模型。是帶有空間位置特征和地面屬性特征的數(shù)字描述。DTM中屬性為高程的要素叫數(shù)字高程模型（DEMDigitalElevationModel）。許多大型GIS系統(tǒng)都有專門的DEM模塊，如ArcInfo中的TIN、GRID模塊104DEM的應(yīng)用在數(shù)字地形圖數(shù)據(jù)庫中存貯高程數(shù)據(jù)；解決道路設(shè)計(jì)和其他民用及軍用工程中的一些與高程有關(guān)的問題；三維地形顯示及風(fēng)景設(shè)計(jì)和規(guī)劃；剖面視覺分析；道路規(guī)劃、大壩選址等；不同地形之間的靜態(tài)分析和比較；產(chǎn)生坡度圖、坡向、及坡度剖面圖，輔助地貌分析（淹沒分析、土方計(jì)算等）或建立侵蝕圖；作為專題信息的顯示背景或?qū)⒌匦螖?shù)據(jù)與專題數(shù)據(jù)如土壤、土地利用或植被等進(jìn)行疊加；為景觀的圖像模擬和景觀處理提供數(shù)據(jù)；通過將高程替換為其他連續(xù)變化的屬性，DEM能表示傳播時間、費(fèi)用、人口、污染程度、地下水深等信息105DEM數(shù)據(jù)的表示線模式

描述高程曲線的等高線；數(shù)字化現(xiàn)有等高線地圖產(chǎn)生的DEM比直接利用航空攝影測量方法產(chǎn)生的DEM質(zhì)量要差；數(shù)字化的等高線對于計(jì)算坡度或生成著色地形圖不十分適用。點(diǎn)模式高程矩陣（規(guī)則矩形格網(wǎng)）不規(guī)則三角網(wǎng)(TIN)106點(diǎn)模式高程矩陣（規(guī)則矩形格網(wǎng)）表示方法：將區(qū)域劃分成網(wǎng)格，記錄每個網(wǎng)格的高程；線模型到高程矩陣的轉(zhuǎn)換；優(yōu)點(diǎn)：計(jì)算機(jī)處理以柵格為基礎(chǔ)的矩陣很方便，使高程矩陣成為最常見的DEM；缺點(diǎn)：在平坦地區(qū)出現(xiàn)大量數(shù)據(jù)冗余；若不改變格網(wǎng)大小，就不能適應(yīng)不同的地形條件；在視線計(jì)算中過分依賴格網(wǎng)軸線。DEM數(shù)據(jù)的表示107點(diǎn)模式

不規(guī)則三角網(wǎng)(TIN)

表示方法：將區(qū)域劃分為相鄰的三角面網(wǎng)絡(luò)，區(qū)域中任意點(diǎn)落在三角面頂點(diǎn)、線或三角形內(nèi)，落在頂點(diǎn)其高程與頂點(diǎn)相同，落在線上則由兩個頂點(diǎn)線性插值得到，落在三角形內(nèi)則由三個頂點(diǎn)插值得到生成方法：由不規(guī)則點(diǎn)、矩形格網(wǎng)或等高線轉(zhuǎn)換而得到

TIN允許在地形復(fù)雜地區(qū)收集較多的信息，而在簡單的地區(qū)收集少量信息，避免數(shù)據(jù)冗余對于某些類型的運(yùn)算比建立在數(shù)字等高線基礎(chǔ)上的系統(tǒng)更有效，如坡度、坡向等DEM數(shù)據(jù)的表示108TIN模型采用不規(guī)則三角網(wǎng)減少網(wǎng)格方法的數(shù)據(jù)冗余。采用不規(guī)則三角網(wǎng)可根據(jù)情況減少野外作業(yè)量。相對平坦的地方采集點(diǎn)少,地形變化劇烈的地方采集點(diǎn)多.1091.2.4三維空間分析柵格和矢量數(shù)據(jù)模型都可以進(jìn)行三維分析，矢量數(shù)據(jù)模型三維分析方法主要是基于數(shù)學(xué)分析和圖論的思想，柵格數(shù)據(jù)以矩陣計(jì)算為理論基礎(chǔ)進(jìn)行分析。1101.2.4三維空間分析二維和三維的本質(zhì)區(qū)別在于數(shù)據(jù)分布的范圍，對于空間實(shí)體的描述在幾何坐標(biāo)上增加了第三維的信息——垂向坐標(biāo)信息。三維空間分析除了對空間對象的位置坐標(biāo)進(jìn)行分析外，更重要的是對第三維坐標(biāo)的分析。利用基礎(chǔ)地形數(shù)據(jù)生成三維地形透視圖，模擬仿真實(shí)地環(huán)境，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行三維空間分析，是當(dāng)代地理信息系統(tǒng)研究的一個重要內(nèi)容。三維空間分析不僅包括對空間實(shí)體的三維顯示、查詢，坡度、坡向、地表粗糙度、復(fù)雜度、地表曲率等地形屬性的計(jì)算和提取，還可以應(yīng)用到其他領(lǐng)域，如降水分析、土壤酸堿度分析、氣溫分析、可視域分析、水文分析等。2.設(shè)置分析環(huán)境GIS空間分析理論與方法目錄CONTENTS加載分析模塊設(shè)置單元大小設(shè)置工作路徑010203設(shè)置分析區(qū)域04選擇坐標(biāo)系統(tǒng)05分析環(huán)境的設(shè)置對空間分析結(jié)果產(chǎn)生重要影響，在進(jìn)行空間分析之前，要對分析環(huán)境進(jìn)行設(shè)置。1.應(yīng)用程序級別環(huán)境設(shè)置2.工具級別環(huán)境設(shè)置1加載分析模塊空間分析模塊是ArcGIS的擴(kuò)展模塊，雖然在ArcGIS安裝時已自動掛接到ArcGIS的應(yīng)用程序中，但是并沒有加載，只有獲得了他的使用許可后，才能加載和有效使用。2設(shè)置工作路徑ArcGIS空間分析中的中間過程文件和結(jié)果文件均自動保存到指定的工作目錄中。即C：\Users\Documents\ArcGIS\Default.gdb，也就是系統(tǒng)默認(rèn)的數(shù)據(jù)庫。如果所有的結(jié)果數(shù)據(jù)都存放在默認(rèn)的系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)不斷增加，變得很亂，不利于數(shù)據(jù)的存儲與管理和后續(xù)的調(diào)用。所以在空間分析前我們要設(shè)置和更改地圖的默認(rèn)工作路徑文件夾。3設(shè)置單元大小柵格數(shù)據(jù)由單元組成，并且所有的單元都是一樣大的。單元大小，也叫做分析解析度，柵格數(shù)據(jù)的空間分析就是在每個柵格單元上進(jìn)行的。選擇合適的單元大小，對空間分析十分重要，單元過大，分析結(jié)果精確度降低，反之單元過小，會產(chǎn)生大量冗余數(shù)據(jù)，運(yùn)算速度也會變慢。4設(shè)置分析區(qū)域1.設(shè)置最大分析范圍2.設(shè)置局部分析區(qū)域5選擇坐標(biāo)系統(tǒng)空間分析中，不同來源和不同坐標(biāo)系的空間數(shù)據(jù)在一