汤国安《地理信息系统教程》第7章 GIS基本空间分析

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GIS基本空间分析

• 空间分析概述
  • 空间分析的概念
    • 分析技术
    • 地理信息系统的主要功能特征
  • 过程
    • 对数据进行可视化和描述性分析
    • 基于基本查询的统计展开初步的数据探索性分析
    • 提出问题并未感兴趣的现象选择合理的空间分析和统计方法进行建模
    • 通过一系列的分析方法构建的分析模型挖掘现象中所隐含的规律
  • 本质区别
    • 根本原因
      • 空间数据所具有的特殊性
      • 地理现象的复杂性
    • 具体表现
      • 空间数据具有更为复杂的关系
      • 空间数据模型具有更多的类型
      • 空间数据蕴藏着更为复杂的机理
      • 空间现象的描述与建模具有多样性
  • 空间分析的类型
    • 按数据模型划分
      • 基于场模型的空间分析
        • 基于栅格数据结构的分析方法最为常用
        • 还包括基于等高线和TIN数据的分析方法
        • 强调对连续地理现象的分析和建模
      • 基于对象模型的空间分析
        • 强调对离散地理现象的分析和建模
        • 主要针对矢量数据实现
      • 基于网络模型的空间分析
        • 更加强调地理对象或事物的空间交互特征
        • 更加注重网络的拓扑关系和交互规则
      • 基于时空模型的空间分析
        • 近年来，时空大数据兴起及数据的可获取性增强，时空分析成为空间分析的核心内容
    • 按数据维度划分
      • 二维空间分析
        • 不具有高程值的矢量数据
        • 用像元值代表一般属性信息的栅格数据
      • 2.5维空间分析
        • 表面模型
        • 非实体特征
      • 多维空间分析
        • 带有高程的点线面数据和体数据
        • 带有时间维度的时空数据
    • 按空间分析级别划分
      • 基础空间分析方法
      • 空间统计分析方法
      • 智能化空间分析方法
• 空间对象的基本度量方法
  • 几何度量
    • 长度测算
      • 矢量数据
        • 欧氏距离
      • 复合线状对象
        • 求各分支曲线的长度总和
      • 栅格数据
        • 累加地物骨架线通过的格网数目后乘以格网单元大小
        • 8方向连接，对角线乘上根号二
    • 面积和周长测算
      • 面积
        • 矢量数据
          • 梯形法
        • 栅格数据
          • 栅格计数
      • 周长
        • 矢量数据
          • 封闭绘图模型，使用距离公式计算每条线段长度
        • 栅格数据
          • 格网单元分辨率乘以格网单元的总述
    • 曲率和弯曲度测算
      • 曲率
        • 曲线切线方向角相对于弧长的变化率
        • 前提：曲线是光滑的
        • 离散点：先光滑插值，再用公式
      • 弯曲度
        • 曲线弯曲程度的参数
        • 定义为曲线长度与曲线两端点定义的线段长度之比
    • 质心
      • 多边形的几何中心
    • 形状
      • 凸度
    • 最小边界几何图形
      • 最小凸包
        • 数据点的自然极限边界
        • 包含所有数据的最小凸多边形
      • 包络线矩形
        • 几何体的最小外接矩形
        • 矩形的边长在水平垂直的方向上
  • 距离量算
    • 匀质空间距离的量算
      • 曼哈顿距离
      • 欧氏距离
      • 契比雪夫距离
    • 非匀质空间距离的量算
      • 函数距离
        • 表达式的变化
        • 研究区域的变化
  • 方向量算
    • 定量描述
      • 精确给出空间目标的方向
      • 用于方位角、象限角等比率定量
    • 定性描述
      • 有序尺度数据概略描述空间方向关系
      • 4方向描述法、8方向描述法和16方向描述法
• 叠置分析
  • 概述
  • 矢量数据的叠置分析
    • 点与多边形叠置
      • 概念
        • 一个点层和一个多边形图层相叠
      • 结果
        • 将其中一个图层的属性信息注入另一个图层中，然后更新得到的数据图层
        • 基于新数据图层，通过属性直接获得点与多边形叠加所需要的信息
      • 操作
        • 计算多边形对点的包含关系
        • 进行属性信息处理
    • 线与多边形叠置
      • 概念
        • 一个线层和一个多边形图层相叠
      • 结果
        • 将多边形层的属性信息注入另一个图层中，然后更新得到的数据图层
        • 基于新数据图层，通过属性直接获得线与多边形叠加所需要的信息
      • 操作
        • 比较线坐标与多边形坐标的关系
        • 计算线与多边形的交点
        • 重建线的属性表
    • 多边形叠置
      • 概念
        • 将两个或多个多边形图层进行叠加，产生一个新的多边形图层
      • 结果
        • 新图层多边形是原来各多边形相交分割的结果
        • 每个多边形的属性含有原图层各个多边形的所有属性
        • 通常有6种叠合方式
          • Union
          • Intersect
          • Identity
          • Erase
          • Update
          • Clip
      • 操作
        • 几何相交，即求出所有边界线交点
        • 根据交点重新装配多边形，建立拓扑关系
        • 在关系数据库中建立结果层的多边形属性表
      • 破碎多边形
        • 又称伪多边形
        • 地图误差或解释误差引起
        • 设置模糊容差值去除破碎多边形
        • 最小制图单元也可以解决
  • 栅格数据的叠置分析
    • 概述
      • 也称地图代数
      • 实现方式
        • 通过像元间的各种运算实现
      • 输出结果
        • 各层属性数据的算术运算结果
        • 各层属性数据的极值
        • 逻辑条件组合
        • 其他模型运算结果
      • 简单易处理，没有破碎多边形
    • 根据栅格数据叠加层面分类
      • 单层数据
        • 布尔逻辑运算
          • 这是一个逻辑选择过程
          • 布尔逻辑为
            • and
            • or
            • xor
            • not
          • 可以组合更多的属性作为检索条件，以进行更复杂的运算
        • 重分类
          • 将属性的类别合并或转换成新类
          • 对原来数据中的多种数据类型，按照一定的原则进行重新分类，以便于分析
          • 必须保证多个相邻接的同一类别的图形单元获得相同的名称，并将图形单元合并，形成新的图形单元
        • 滤波运算
        • 特征参数计算
        • 相似运算
      • 多层栅格
        • 数学运算复合法
          • 算数运算
          • 函数运算
            • 指不同层面的栅格数据逐网格按一定的数学法则如直接的加减乘除或函数进行运算，从而得到新的栅格数据系统的方法
            • 广泛应用到
              • 地学综合分析
              • 环境质量评价
              • 遥感数字图像处理
    • 栅格叠置的作用
      • 广泛应用于生活、科研、生产等各个方面
      • 类型叠置
        • 即通过叠置获取新的类型
        • 如士壤图与植被图叠置，以分析土壤与植被的关系
      • 数量统计
        • 即计算某一区域内的类型和面积
        • 如行政区划图和土壤类型图叠图，可计算出某一行政区划中的土壤类型数，以及各种类型士壤的面积
      • 动态分析
        • 通过对同一地区、相同属性、不同时间的栅格数据的叠置，分析由时间引起的变化
      • 益本分析
        • 通过对属性和空间的分析，计算成本、价值等
      • 几何提取
        • 通过与所需提取的范围的叠置运算，快速地进行范围内信息的提取
• 缓冲区分析
  • 概述
    • 概念
    • 基本流程
  • 矢量缓冲区分析
    • 矢量缓冲区的类型
      • 点
      • 线
      • 面
        • 内缓冲区
        • 外缓冲区
    • 矢量缓冲区的建立
      • 方法
        • 角平分线法
        • 凸角圆弧法
    • 处理
      • 叠置处理
      • 宽度不同处理
      • 分级缓冲区
      • 可变距离缓冲区
  • 栅格缓冲区分析
    • 连续地理事物，欧氏距离
    • 可以构建带有成本的缓冲区
• 窗口分析
  • 概述
    • 概念
    • 三要素
      • 中心点
      • 分析窗口的大小及类型
      • 运算方式
    • 具体操作
  • 分析窗口的类型
    • 矩形窗口
      • 滤波计算
    • 圆形窗口
    • 环形窗口
    • 扇形窗口
      • 风向的影响计算
      • DEM阴影分析
    • 其他窗口
      • 六边形
        • 重建地表
      • 不对称分析窗口
        • 各项非同性的分析
  • 窗口分析的类型
    • 统计运算
      • 平均值统计
      • 最大值统计
      • 最小值统计
      • 中值统计
      • 求和统计
      • 标准差统计
      • 其他
        • 值域
        • 模
      • 范围统计
      • 多数统计
      • 少数统计
      • 种类统计
    • 函数运算
      • 滤波运算
      • 地形参数运算
• 网络分析
  • 概述
    • 概念
    • 研究内容
    • 应用
  • 矢量网络分析
    • 矢量网络的组成
      • 线状要素（链）
        • 内涵
        • 状态属性
          • 阻力
          • 需求
      • 点状要素
        • 障碍
        • 拐角点
        • 结点
        • 中心
        • 站点
    • 矢量网络中的属性
      • 阻强
      • 资源容量
      • 资源需求量
    • 矢量网络的建立
    • 矢量网络的应用
      • 路径分析
        • 静态最佳路径
        • 动态分段技术
        • N条最佳路径分析
        • 最短路径
        • 动态最佳路径
        • 补充：DJ算法
      • 资源分配
        • 目的
        • 组成
        • 方式
        • 方法
      • 最佳选址
        • 概念
        • 具体步骤
          • 对若干候选地点或方案进行资源分配分析
          • 对每种选址方案的资源分配或服务区划分结果，计算花费总和或平均值
          • 比较方案选择最佳
      • 地址匹配
  • 栅格网络分析
    • 栅格在叠置和三维分析有优势
    • 缓冲区分析矢栅参半
    • 网络分析则毫无办法`