09空間分析

1、169第九章第九章空間分析空間分析地理信息系統(tǒng)（GIS）與計(jì)算機(jī)輔助繪圖系統(tǒng)(CAC)的主要區(qū)別是GIS提供了對(duì)原始空間數(shù)據(jù)實(shí)施轉(zhuǎn)換以回答特定查詢的能力而這些變換能力中最核心的部分就是對(duì)空間數(shù)據(jù)的利用和分析，即空間分析能力?？梢哉J(rèn)為空間分析是GIS中最為重要的內(nèi)容之一，體現(xiàn)了GIS的本質(zhì)。9.1空間分析的內(nèi)容與步驟通過(guò)開發(fā)和應(yīng)用適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)模型，用戶可以使用GIS的空間分析功能來(lái)研究現(xiàn)實(shí)世界。由于模型中蘊(yùn)涵著空間數(shù)據(jù)的潛在趨向，從而可能由

2、此得到新的信息。GIS提供一系列的空間分析工具，用戶可以將它們組合成一個(gè)操作序列，從已有模型來(lái)求得一個(gè)新模型，而這個(gè)新模型就可能展現(xiàn)出數(shù)據(jù)集內(nèi)部或數(shù)據(jù)集之間新的或未曾明確的關(guān)系，從而深化我們對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的理解。從宏觀上劃分，空間分析可以歸納為以下三個(gè)方面：1拓?fù)浞治觯喊臻g圖形數(shù)據(jù)的拓?fù)溥\(yùn)算，即旋轉(zhuǎn)變換、比例尺變換、三維及三維顯示、幾何元素計(jì)算等。2屬性分析：包括數(shù)據(jù)檢索、邏輯與數(shù)學(xué)運(yùn)算、重分類、統(tǒng)計(jì)分析等。3拓?fù)渑c屬性的聯(lián)合分析：包括

3、與拓?fù)湎嚓P(guān)的數(shù)據(jù)檢索、疊置處理、區(qū)域分析、鄰域分析、網(wǎng)絡(luò)分析、形狀探測(cè)、瘦化處理、空間內(nèi)插等。由此可見(jiàn)，空間分析的內(nèi)容相當(dāng)寬泛。在本章中，我們只限于討論數(shù)據(jù)檢索及表格分析、多邊形疊置、緩沖分析、網(wǎng)絡(luò)分析等若干核心內(nèi)容，其它方面的內(nèi)容或分散于其余章節(jié)，或單獨(dú)成章討論。在實(shí)施空間分析之前，需要對(duì)問(wèn)題進(jìn)行評(píng)估并建立目標(biāo)。在對(duì)數(shù)據(jù)作任何判斷或得出任何結(jié)論之前，要全面考慮處理過(guò)程；要對(duì)數(shù)據(jù)和模型提出充分的問(wèn)題；要制訂明確的步驟來(lái)勾畫全面的目標(biāo)并控

4、制進(jìn)展。空間分析大致有以下步驟：1建立分析的目的和標(biāo)準(zhǔn)分析的目的定義了你打算利用地理數(shù)據(jù)庫(kù)回答什么問(wèn)題，而標(biāo)準(zhǔn)則具體規(guī)定了你將如何利用GIS回答你所提出的問(wèn)題。例如，某項(xiàng)研究的目的可能是確定適合建造一個(gè)新的公園的位置，或者是計(jì)算由于洪水可能造成的損失。而滿足這些目的的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該表述成一系列空間詢問(wèn)，這樣才有利于分析。例如，下面列出了一些可能用于公園選址的標(biāo)準(zhǔn)：（1）公園的位置既要交通便利又要環(huán)境安靜，也就是說(shuō)距主要公路的距離要適當(dāng)。（2）

5、公園應(yīng)設(shè)計(jì)成環(huán)繞一個(gè)天然的小河流。（3）使公園的可利用面積最大，公園中應(yīng)很少或沒(méi)有沿河流分布的沼澤地。上述各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)可以利用緩沖分析、線段與多邊形的疊加等空間操作（詳見(jiàn)以下各節(jié)）來(lái)分析，在完成這些空間操作之后，你可以對(duì)適合于建造新公園的不同土地區(qū)域作出評(píng)價(jià)。1719.2數(shù)據(jù)檢索及表格分析數(shù)據(jù)檢索及表格分析可能只是單純地針對(duì)屬性數(shù)據(jù)(“全部區(qū)域的人口總和是多少”)，也可能是單純依據(jù)空間拓?fù)潢P(guān)系（“河北省與那些省份相鄰”），但更多、更有意義的

6、情況是將空間數(shù)據(jù)與屬性聯(lián)合起來(lái)實(shí)施檢索分析(“某圖斑周邊有哪些地類為水澆地的圖斑”），換言之，檢索條件可以是屬性、空間拓?fù)湎拗苹蛘呤乔岸叩慕Y(jié)合。檢索分析的結(jié)果可能只是向用戶提供一個(gè)統(tǒng)計(jì)結(jié)果；或者是將結(jié)果作為一個(gè)新的屬性域添加到屬性數(shù)據(jù)庫(kù)中，還可能生成一個(gè)新的數(shù)據(jù)層。一、屬性統(tǒng)計(jì)分析一、屬性統(tǒng)計(jì)分析單純對(duì)屬性數(shù)據(jù)庫(kù)的統(tǒng)計(jì)分析包括單屬性統(tǒng)計(jì)、單屬性函數(shù)變換、雙屬性分類統(tǒng)計(jì)、雙屬性數(shù)學(xué)運(yùn)算等等。單屬性統(tǒng)計(jì)是對(duì)屬性數(shù)據(jù)庫(kù)中的某個(gè)字段，統(tǒng)計(jì)總和

7、、最大值、最小值及平均值，給出字段值落在各個(gè)區(qū)間內(nèi)或等于各個(gè)離散值的記錄數(shù)，并據(jù)此繪制各類統(tǒng)計(jì)圖（折線、直方、立體直方、餅圖、立體餅圖等）。這一功能在GIS中的使用是相當(dāng)頻繁的。如城市管網(wǎng)系統(tǒng)中，用戶常常提出諸如“管網(wǎng)總長(zhǎng)是多少？”、“管徑大于300的管段有多少？”、“各類材質(zhì)的管段分別有多少？”等問(wèn)題，這些都可以通過(guò)單屬性統(tǒng)計(jì)來(lái)獲得答案。單屬性函數(shù)變換是對(duì)選定的初等函數(shù)，將屬性字段作為函數(shù)自變量，將字段值依次帶入初等函數(shù)，得到變換結(jié)果

8、。系統(tǒng)常常是讓用戶在屬性數(shù)據(jù)庫(kù)中選擇一個(gè)已有字段或在屬性數(shù)據(jù)庫(kù)中擴(kuò)充一個(gè)字段來(lái)存放運(yùn)算結(jié)果。用來(lái)作計(jì)算的函數(shù)可以有很多，如冪函數(shù)、指數(shù)函數(shù)、對(duì)數(shù)函數(shù)、三角函數(shù)、反三角函數(shù)等等。很多函數(shù)對(duì)變量域有限制（如對(duì)數(shù)函數(shù)中真值要大于零），系統(tǒng)應(yīng)允許指定缺省值，當(dāng)變量非法時(shí)將結(jié)果設(shè)置為此缺省值。雙屬性分類統(tǒng)計(jì)除了要選擇分類字段，并劃分出各類范圍外，還需要指定統(tǒng)計(jì)字段和統(tǒng)計(jì)方式。統(tǒng)計(jì)方式分計(jì)數(shù)方式和累計(jì)方式，其中計(jì)數(shù)方式是累計(jì)各類圖元數(shù)，而累計(jì)方式則

9、是將每一類的累計(jì)字段值相加。以土地詳查為例，假定現(xiàn)有某一數(shù)據(jù)層是一個(gè)縣的全部圖斑（區(qū)數(shù)據(jù)），圖斑屬性中有權(quán)屬號(hào)（記錄圖斑所屬縣、鄉(xiāng)、村）、面積、地類等字段，現(xiàn)要統(tǒng)計(jì)各村圖斑總面積，就可以將圖斑屬性中的“權(quán)屬號(hào)”作為分類字段，“面積”作為統(tǒng)計(jì)字段，統(tǒng)計(jì)方式是累計(jì)方式；如果要統(tǒng)計(jì)各村每類用地的數(shù)目，則要將“地類”作為統(tǒng)計(jì)字段，采用計(jì)數(shù)方式來(lái)統(tǒng)計(jì)。二、布爾邏輯查詢二、布爾邏輯查詢使用布爾邏輯的規(guī)則對(duì)屬性以及空間特性進(jìn)行運(yùn)算操作來(lái)檢索數(shù)據(jù)使GI