首页新闻招聘找找看知识库
  • 回复:3 浏览:7955 2008-06-28 13:48 来自 刚刚

    第五章 空间查询与空间分析

        本章概述GIS不仅仅是一个地理数据的存贮系统,它还提供了丰富的数据查询功能。更重要的,GIS有自己的复杂而科学的空间分析模型和工具,使得我们可以通过GIS的空间分析功能,获取隐藏在GIS数据之中的信息和关系。地理信息系统集成了多学科的最新技术,如关系数据库管理、高效图形算法、插值、区划和网络分析,为空间分析提供了强大的工具,使得过去复杂困难的高级空间分析任务变得简单易行。本章将介绍GIS数据查询的基本知识和常用的GIS空间分析模型及其算法。

    §5.1 空间数据的查询

        本节将介绍空间数据查询的含义及图形查询、属性查询、混合查询、模糊查询等几种主要的查询方式,以及如何根据需求来控制查询结果的显示方式。

    §5.2 空间数据的统计分析

        讲述空间数据统计分析中基本统计量的计算和常用统计数据的分类分级算法。

    §5.3 数字高程模型分析

        讲述基于数字高程模型的信息提取、坡度分析、坡面分析、剖面分析和通视性分析、并介绍具体的算法。

    §5.4 空间数据的叠置分析

        空间叠置分析是GIS提取空间隐含信息的重要手段之一,本课介绍基于栅格和基于矢量数据结构的叠置分析方法,包括矢量数据的点、线、面两两叠置和栅格数据的单层和多层叠置分析。

    §5.5 空间数据的缓冲区分析

        缓冲区分析是解决空间实体邻接度问题的有效方法,本课介绍基于栅格和基于矢量数据结构的缓冲区生成算法。

    §5.6 泰森多边形分析

        泰森多边形对于GIS的空间划分、插值等具有重要意义,本节介绍泰森多边形、Delaulay三角形的定义、特性及生成算法。

    §5.7 空间数据的网络分析

        网络是以图论为工具模拟现实信息流通的通道,并解决路径优化、资源配给等运筹问题,网络分析具有重要的实际意义。本课讲述网络图论基础、路径分析及网络定位及分配模型。 

    §5.8 空间距离的量算

        空间距离量算是许多空间分析的基础,在此介绍点、线、面实体之间的距离量算

    §5.9 空间分析模型

        讲述空间分析模型的概念、GIS常用的空间统计分析模型、对应的详细算法及模型库。

    您可能还想看前贴GIS原理学习(一)】【GIS原理学习(二)】【GIS原理学习(三)】【GIS原理学习(四)】【GIS原理学习(五)】【GIS原理学习(六)】【GIS原理学习(七)】【GIS原理学习(八)】【GIS原理学习(九)】【GIS原理学习(十)】【GIS原理学习(十一)】【GIS原理学习(十二)】【GIS原理学习(十三)】【GIS原理学习(十四)】【GIS原理学习(十五)】【GIS原理学习(十六)】【GIS原理学习(十七)】【GIS原理学习(十八)】【GIS原理学习(十九)】【GIS原理学习(二十)】【GIS原理学习(二十一)GIS原理学习(二十二)GIS原理学习(二十三)GIS原理学习(二十四)GIS原理学习(二十五)】【GIS原理学习(二十六)】【GIS原理学习(二十七)】【GIS原理学习(二十八)

    §5.4 空间数据的叠置分析

        叠置分析是地理信息系统最常用的提取空间隐含信息的手段之一,它将有关主题层组成的数据层面,进行叠加产生一个新数据层面的操作,其结果综合了原来两层或多层要素所具有的属性。根据GIS数据结构的不同,分为下列两类叠置分析方法。

    一、基于矢量数据的叠置分析

        叠置分析是将同一地区的两组或两组以上的要素进行叠置,产生新的特征的分析方法。叠置的直观概念就是将两幅或多幅地图重迭在一起,产生新多边形和新多边形范围内的属性。(矢量数据的叠置分析图示)

    矢量数据叠置分析图示

    图5-4-1 矢量数据叠置分析图示

    (一)、矢量数据叠置的内容

        1、点与多边形的叠置
        点与多边形的叠置是确定一幅图(或数据层)上的点落在另一幅图(或数据层)的哪个多边形中,这样就可给相应的点增加新的属性内容。

        2、线与多边形的叠置
        线与多边形的叠置是把一幅图(或一个数据层)中的多边形的特征加到另一幅图(或另一个数据层)的线上。

        3、多边形与多边形的叠置
        多边形与多边形的叠置是指不同图幅或不同图层多边形要素之间的叠置,通常分为合成叠置统计叠置。(参见多边形与多边形叠置算法)

    合成叠置

        合成叠置是指通过叠置形成新的多边形,使新多边形具有多重属性,即需进行不同多边形的属性合并。属性合并的方法可以是简单的加、减、乘、除,也可以取平均值、最大最小值,或取逻辑运算的结果等。

    统计叠置

        统计叠置是指确定一个多边形中含有其它多边形的属性类型的面积等,即把其它图上的多边形的属性信息提取到本多边形中来。

        例如,土壤类型图与城市功能分区图叠置,可得出商业区中具有不稳定土壤结构的地区有哪些。

    多边形与多边形叠置算法

        多边形与多边形叠置算法的核心是多边形对多边形的裁剪。多边形裁剪比较复杂,因为多边形裁剪后仍然是多边形,而且可能是多个多边形。多边形裁剪的基本思想是一条边一条边地裁剪。

     

    图5-4-2 多边形与多边形叠置

        如图5-4-2,多边形A{a1,a2,a3,a4,a5}对多边形B{b1,b2,b3,b4,b5,b6,b7,b8,b9,b10,b11,b12} 裁剪。则可先用a1a2及其延长线对多边形B裁剪,在a1a2及其延长线上得到交点P1、P2、P3、P4、P5、P6,则多边形B被多边形A的a1a2裁剪后为{b1,b2,b3,b4,b5,P3,P2,b7,b8,P1,P4,b11,P5,P6}。当用多边形A的每一边顺序对B进行裁剪后,就得到了B被A裁剪后的结果。

        但这样构成的被裁剪后的多边形,实际上是一个多边形。因而当一个多边形被裁剪分为几个多边形时,用这种方法就会形成一个在边界有重叠的多边形。虽然对多边形的填充算法没有影响,但有时仍然要把它分成各自独立的多边形。为此,要对被裁剪的多边形定义方向,在计算出每个多边形之间的交点时,都要判断它是出点还是入点,即是从裁剪多边形中出去还是由外边进来,并建立起出入点的索引表。然后根据被裁剪后多边形的点的顺序,从一个出点出发,找与之最近的入点,再从这个入点开始,找出从此点开始的内部线,到一个出点结束,并判断多边形是否闭合。若闭合,则已形成一个多边形,继续进行即可;若不闭合,再找与之最近的入点。直到所有的内部线都使用过一次。多边形裁剪的具体细节请参阅计算机图形学的有关部分。

    (二)、多边形叠置的位置误差
        进行多边形叠置的往往是不同类型的地图,甚至是不同比例尺的地图,因此,同一条边界的数据往往不同,这时在叠置时就会产生一系列无意义的多边形。而且边界位置越精确,越容易产生无意义多边形(无意义多边形图示)。

    无意义多边形图示

    图5-4-3 无意义多边形图示

    二、基于栅格数据的叠置分析

    (一)、单层栅格数据的分析

        1、布尔逻辑运算
        栅格数据可以按其属性数据的布尔逻辑运算来检索,即这是一个逻辑选择的过程。布尔逻辑为AND、OR、XOR、NOT。布尔逻辑运算可以组合更多的属性作为检索条件,例如加上面积和形状等条件,以进行更复杂的逻辑选择运算。(布尔运算示意图)

    布尔运算示意图

    图5-4-4 布尔运算示意图

        例如可以用条件:(A AND B) OR C进行检索。其中A为土壤是粘性的,B为PH值>7.0的,C为排水不良的。这样就可把栅格数据中土壤结构为粘性的、土壤PH值大于7.0的、或者排水不良的区域检索出来。

        2、重分类
        重分类是将属性数据的类别合并或转换成新类。即对原来数据中的多种属性类型,按照一定的原则进行重新分类,以利于分析。在多数情况下,重分类都是将复杂的类型合并成简单的类型。(重分类例图)

    重分类例图

        如图5-4-5,可将各种土壤类型重分类为水面和陆地两种类型。


    图5-4-5 重分类例图

        重分类时必须保证多个相邻接的同一类别的图形单元应获得一个相同的名称,并且这些图形单元之间的边应该去掉,从而形成新的图形单元。如图5-4-5所示。

        3、滤波运算
        对栅格数据的滤波运算是指通过一移动的窗口(如3×3的象元),对整个栅格数据进行过滤处理,使窗口最中央的象元的新值定义为窗口中象元值的加权平均值。栅格数据的滤波运算可以将破碎的地物合并和光滑化,以显示总的状态和趋势,也可以通过边缘增强和提取,获取区域的边界。

        4、特征参数计算
        对栅格数据可计算区域的周长、面积、重心等,以及线的长度、点的坐标等。在栅数数据上量算面积有其独特的方便之处,只要对栅格进行计数,再乘以栅格的单位面积即可。(特征参数计算例图)

    特征参数计算例图

        在栅格数据中计算距离时,距离有四方向距离、八方向距离、欧几里德距离等多种意义。四方向距离是通过水平或垂直的相邻像元来定义路径的;八方向距离是根据每个像元的八个相邻像元来定义的;在计算欧几里德距离时,需将连续的栅格线离散化,再用欧几里德距离公式计算。

    图5-4-6 特征参数计算例图

    对图5-4-6中的线,用四方向距离计算的距离为6,用八方向计算的距离为

        5、相似运算
        相似运算是指按某种相似性度量来搜索与给定物体相似的其它物体的运算。

    (二)、多层栅格数据的叠置分析

        叠置分析是指将不同图幅或不同数据层的栅格数据叠置在一起,在叠置地图的相应位置上产生新的属性的分析方法。新属性值的计算可由下式表示:
        U=f(A,B,C,……)其中,A,B,C等表示第一、二、三等各层上的确定的属性值,f函数取决于叠置的要求。
        多幅图叠置后的新属性可由原属性值的简单的加、减、乘、除、乘方等计算出,也可以取原属性值的平均值、最大值、最小值、或原属性值之间逻辑运算的结果等,甚至可以由更复杂的方法计算出,如新属性的值不仅与对应的原属性值相关,而且与原属性值所在的区域的长度、面积、形状等特性相关。

        栅格叠置的作用包括一下几种:
        1、类型叠置:即通过叠置获取新的类型。如土壤图与植被图叠置,以分析土壤与植被的关系。
        2、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,以及各种类型土壤的面积。
        3、动态分析:即通过对同一地区、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。
        4、益本分析:即通过对属性和空间的分析,计算成本、价值等。
        5、几何提取:即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。

        在进行栅格叠置的具体运算时,可以直接在未压缩的栅格矩阵上进行,也可在压缩编码(如游程编码、四叉树编码)后的栅格数据上进行。它们之间的差别主要在于算法的复杂性、算法的速度、所占用的计算机内存等。

登录后才能评论,请先登录注册