空间数据分析

与地球科学原理为依托，通过分析算法，从空间数据中获取有关地理对象的空间位置、空间分布、空间形态、空间构成、空间演变等信息。

空间分析

• 定义
  • 与地球科学原理为依托，通过分析算法，从空间数据中获取有关地理对象的空间位置、空间分布、空间形态、空间构成、空间演变等信息。
  • 是GIS区别与一般管理信息系统的主要功能特征
• 分类
  • 按空间分析框架
    • 查询式分类
      • 主要有空间数据集合分析和空间数据查询等
    • 产生式分类
      • 数字地形模拟分析
        • DTA
          • 概念
          • DTM
            • 用数字化的形式表达地形信息
            • 分类
              • 按属性
                • DEM
                  • 只含了地形的高程信息，华为包含其他地表信息
                  • 概念
                    • 是通过有限的地形高程数据，实现对地形局面的数字化模拟，高程数据常常采用绝对高程，可分为规则格网dem、tiN、基于离散点的dem和基于等高线的dem
                  • Dem的数据来源
                    • 航空或航天遥感图像
                    • 地形图
                    • 实测数据
                      • 对地形进行采样，然后用高程点来内插DEM数据
                    • 既有的DEM
                  • Dem的生成
                    • 数据取样
                      • 数字化地形图
                        • 数据点应选在地形线上的坡度改变处，或沿着等高线在方向改变的地点，这样数据点落在地形特征点上，能很好的控制地表面形态
                      • 规则格网取样
                    • 数据内插
                      • 需要以数据点为基础进行插值运算，插值运算需要选择一个合理的数学模型，利用已知的数据点求出差值函数的待定系数，通常采用局部分块内插法和着点内插法两种方式
                    • 数据精度分析
                      • 允许误差应小于原始数据比例尺等高距的1/3
                  • 分类
                    • 按形式
                      • 规则格网
                        • 规则格网是一个二维区域上的一个矩形，以离散分布的平面点来模拟连续分布的地形，这种按平面上等间距进行规则采样，或内插所建立的数字模型，称为基于栅格的数字地形模型。
                        • 特点
                          • 不能用来描述特征地形
                      • 不规则三角网
                        • 是将离散分布的实测数据点连成三角网，网中的每个三角形要求尽量接近等边形状，并保证由相近邻的点构成三角形，即三角形的边长之和最小。
                        • Delaunay
                          • 产生则是任意三角形的外接圆内，不包含其它样点，狄洛尼三角网外接圆心是一个与三角形相关的Voronoi多边形的一个顶点，是Voronoi多边形的对偶图。
                          • 特征
                            • 在三角网中的任意一个三角形的外接圆范围内，不会有其他点存在
                            • 在构网中，总是选择最邻近的点，形成三角
                            • 一个三角形的内角为可能的最大角度
                            • 不论从何处开始构网，都是一致的结果，构网的唯一性
                          • 用途
                            • 利用相邻三角形信息便于连续分布现象的追踪和查询检索
                            • 可方便进行地形分析
                      • 数字等高线，等深线，地形特征线
                • 派生的地形模型
                  • dem经过计算得到的地形因子数据，如坡度坡向
              • 数字表面模型Dsm digital surface model
                • 指包含了地表建筑物，桥梁和树木等高度的地面高程模型，Dsm在dem的基础上，进一步涵盖了除地面以外的其他地表信息的高程。
          • 数字地形分析DTA
            • 在dem上进行地形属性计算和特征提取的数字信息处理技术，一是通过提取地形属性和特征因子来分析解释地貌形态，二是dem的可视化分析
            • 方法
              • 地形因子的计算
                • 曲率
                  • 地形表面上一点扭曲变化程度的定量化度量因子
                  • 分类
                    • 平面曲率
                      • 描述的是地表曲面沿水平方向的弯曲变化情况，也就是该点所在的地面等高线的弯曲程度
                    • 剖面曲率
                      • 是地面坡度沿最大坡降方向地面高程变化率的度量
                  • 意义
                    • 反映了地形结构和形态，同时也影响着土壤有机物含量的分布，在地表过程模拟水温，土壤等领域有着重要的应用和意义
                • 坡度坡向
                  • 坡度
                    • 水平面与局部地表面之间夹角的角度，也可看成局部地表面与周围地表面之间最大的高程变化率
                  • 坡向
                    • 是这个最大高程变化率所在的方向
                  • 方法
                    • 空间矢量分析法
                      • 计算平均坡度
                    • 拟合曲面法
                      • 计算最大坡度
                • 高程变异
                  • 反映地表单元网络各顶点高程变化的指标，他以单元网络顶点的标准差和平均高程的比值来表示
                • 沟谷密度
                  • 沟谷总长度与与地表单元面积之比，或称切割深度，与降水和径流特征、地形岩性、土壤的抗侵蚀性能、植被状况、土地利用方式等有关，也是水土流失等级的划分的参考指标。
                • 宏观地形因子
                  • 地表起伏度
                    • 在所指定的分析窗口内所有山歌数据中的最大高层和最小高层之差
                  • 地面粗糙度
                    • 反映地表起伏变化和侵蚀程度的指标
                      • 地表曲面面积与投影面积之比
                      • 对面顶点连接中点的高差
                  • 地表切割深度
                    • 指地面某点领域范围的平均高程与该领域范围内的最小高程差值
                • 地形特征点
                  • 脊点
                  • 谷点
                  • 鞍点
                  • 山顶点
                  • 差分算法
              • 山脊线与山谷性的提取
                • 定义
                  • 对于地形地貌来说
                    • 山脊线与山谷线构成了地形起伏变化的分界线
                  • 对于水文物理过程研究
                    • 山脊线与山谷线分别表示，分水线和汇水线
                • 方法
                  • 基于图像处理技术的原理
                    • 利用数字图像处理技术的算法，大都采用各种滤波算子进行边缘提取
                    • 缺点
                      • 提取特征点时，必须排除dem中噪声的影响
                      • 特征点，连接成线时的算法设计较为困难
                  • 基于地形表面几何形态分析原理
                    • 缺点
                      • 忽略了每条地形特征性必须存在的曲率变化影响
                      • 确定的特征线具有一定的近似性与实际地形线有差异，有一定的差异会出现纰漏
                  • 基于地形表面流水物理模拟分析原理的算法
                    • 思路
                      • 按水往低处流的规律，顺序计算出，每一个栅格单元上的汇水量，然后按汇水量单调增加的顺序由高到低找出区域中的每一条汇水线
                      • 根据得到的汇水线通过计算，找出各自汇水区域的边界线，就得到分水线
                    • 缺点
                      • 该算法数计算的汇水量与高程有关，所得到的地形特征线的两端效果很差
                      • 分水线均为闭合曲线，这与实际的地形特征线不符
                  • 基于地形表面流水物理模拟分析和地形表面几何形态相结合原理
                    • 思想
                      • 先采取较稀疏的dem格网数据，按流水物理模拟算法去提取区域内概略的地形特征线
                      • 然后用其引导在其周围邻近区域对地形进行几何分析来精确地确定区域的地形特征线
                    • 基本过程
                      • 概率dem的建立
                      • 地心流水物理模拟
                      • 概略地形特征线提取
                      • 地形几何分析
                      • 地形特征线精确确定
                  • 平面曲率与坡位组合法
                    • 思想
                      • 首先，利用dem数据提取地面的平面曲率及地面的正负地形，取正地形上的平面曲率的大值为山脊，负地形上的平面曲率的大值为山谷
                    • 特点
                      • 该方法提取的山脊、山谷的宽度可由选取平面区域的大小来调节，方法简便效果好
                • 流域提取步骤
                  • Dem洼地填充
                    • 填洼
                  • 水流方向的确定
                    • 流向
                  • 水流累积矩阵生成
                    • 指流向该单元上的所有上有栅格单元的水流累积量
                      • 流量
                  • 流域网络的提取
                    • 通过设定的阈值，即沿水流方向将高出此阈值的格网连接起来，从而形成流域区域
                      • 通过栅格计算器设置阈值，生成栅格河网
                  • 河网矢量化
                  • 伪沟谷删除
              • Dem的通视分析
                • 定义
                  • 就是利用dem判断地形上任意两点之间是否相可见的技术方法
                • 方法
                  • 可以借助地形剖面线来完成
                    • 在任意两点间生成一条剖面线，再在两点之间生成一条直线，判断直线与剖面线是否有交点
                      • 如果有交点点，这两点不能同时
                      • 如果没有焦点，还要判断直线是否高于地形剖面线，如果高于择两点之间，可通视
                    • 地形剖面线
                      • 表现的是地表上从一点出发到另一个点，沿途的地形变化情况
                • 分类
                  • 视线通视分析
                    • 任意两点之间能否通视
                  • 视域通视分析
                    • 从任意一点出发，判断整个区域内所有其他点的通视状况，其结果是一个二值图
              • 地形统计分析
      • 叠合分析
      • 空间邻近度分析
      • 网络分析
      • 窗口分析
      • 空间统计分析
  • 按空间数据结构
    • 矢量数据空间分析
    • 栅格数据空间分析