第六章 空间分析之叠加分析.ppt

*,*,单击此处编辑母版标题样式,韶关学院旅游与地理学院 陈世发,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,地理信息系统基础与实践,Geographical Information System Theory and,Practice,第六章 空间分析,叠加分析,旅游与地理学院,陈世发,2026/1/29 周四,1,韶关学院旅游与地理学院 陈世发,一、空间叠置概念,空间叠置分析,(Spatial Overlay Analysis),是指在统一空间参照系统条件下，每次将同一地区两个地理对象的图层进行叠置，以产生空间区域的多重属性特征，或建立地理对象之间的空间对应关系。,空间叠置分析,目的：寻找和确定同时具有几种地,理属性的地理要素的分布，或是按,照确定的地理指标，对叠加后产生,的具有不同属性级的多边形进行分,类或分级,2026/1/29 周四,2,韶关学院旅游与地理学院 陈世发,二、叠置分析的分类,将同一地区，同一比例尺的两组或更多的多边形要素的数据层进行叠置，会出现两种成果形式，一种是根据两组多边形边界的交点来建立具有多重属性的多边形，称为,合成叠置,；另一种是进行多边形范围的属性特征的统计分析，称为,统计叠置,。,合成叠置得到一张新的叠置图，,产生了许多新的多边形，每个多,边形内都,具有两种以上的属性,，,通过区域多重属性的模拟，寻找,和确定同时具有几种地理属性的,分布区域。,统计叠置得到的是,新的属性数据,，得到的新属性值可能与原数据层的属性意义不一致，因为得到的结果可能是名称、分类值，也可能是分析后的结果。,2026/1/29 周四,3,韶关学院旅游与地理学院 陈世发,叠置分析的,数学基础,（空间逻辑运算）,叠加过程往往是对空间信息和对应的属性信息作集合的,交、并、差、余,运算，也可再进一步对属性作其他的数学运算。,为讨论方便将空间图层,A,，,B,，,C,定义为,二值图象,3,、空间逻辑差运算；,A-B=X XA,且,XB,1,、空间逻辑并（,或,）运算；,AB=X XA,或,X B,2,、空间逻辑交（,与,）运算；,AB=X XA,且,XB,4,、空间包含；,A,B,2026/1/29 周四,4,韶关学院旅游与地理学院 陈世发,例：土壤厚度（大于50厘米）和土壤类型（红壤和其他类型）两个二值化图层，不同的逻辑运算结果如下：,AND,关系：结果是将土层厚度大于50厘米，且土壤为红壤的土壤单元显示出来；,OR,关系：结果将土层厚度大于50厘米，或者土壤为红壤的土壤单元显示出来；,XOR：,结果将土层厚度小于50厘米，或者土壤不是红壤的土壤单元显示出来；,NOT:,如结果是将土层厚度大于50厘米，但土壤不是红壤的土壤单元显示出来；,逻辑关系运算,例,2026/1/29 周四,5,韶关学院旅游与地理学院 陈世发,栅,格,数,据,的,算,术,运,算,1),算术运算,指两层以上的对应网格值经加、减运算，而得到新的栅格数据系统的方法。,（,4,）叠加分析的数学运算叠加法,2026/1/29 周四,6,韶关学院旅游与地理学院 陈世发,算术运算,以灰度,(,亮度,),赋值栅格为例（,乘除运算,）,10,50,50,100,20,100,100,200,2,（图像反差增大）,阳光,砂岩,页岩,花岗岩,阳坡,阴坡,波 段,MSS,4,MSS,5,MSS,4,/,MSS,5,阳 坡,34,51,0.67,阴 坡,22,34,0.65,砂岩对阳光的反射情况,乘法案例,除法案例,0.67,0.65,2026/1/29 周四,7,韶关学院旅游与地理学院 陈世发,无数据置换,算术运算,赋值栅格的算术条件,叠加,比较后取最大值,比较后取最小值,2026/1/29 周四,8,韶关学院旅游与地理学院 陈世发,算术运算,赋值栅格的算术条件,叠加,数据置换,2026/1/29 周四,9,韶关学院旅游与地理学院 陈世发,2),函数运算：指两个以上层面的栅格数据系统以某种,函数关系,作为复合分析的依据进行逐网格运算，从而得到新的栅格数据系统的过程。,这种复合叠置分析方法被广泛地应用到地学综合分析、环境质量评价、遥感数字图像处理等领域中。,利用土壤侵蚀通用方程式计算土壤侵蚀量时，就可利用多层面栅格数据的函数运算复合分析法进行自动处理。一个地区土壤侵蚀量的大小是降雨,(R),、植被覆度,(C),、坡度,(S),、坡长（,L,）、土壤抗蚀性,(SR),等因素的函数,在,Arc View,中，使用,Map Calculator,可以很方便地实现栅格图层的复合（叠加）运算,土壤侵蚀多因子函数运算复合分析示意图,函数运算,露点,2026/1/29 周四,10,韶关学院旅游与地理学院 陈世发,1,、视觉信息叠加：,将不同专题的内容叠加显示在结果图件上，视觉信息叠加之后，参加叠加的平面之间没发生任何逻辑关系，仍保留原来的数据结构。,面状图、线状图和点状图之间的叠加；,面状图区域边界之间或一个面状图与其他专题区域边界之间的叠加；,遥感影像与专题地图的叠加；,专题地图与数字高程模型叠加显示立体专题图；,遥感影像与,DEM,叠加生成真三维地物景观。,叠加分析分为以下五类：视觉信息叠加；点与多边形叠加；线与多边形叠加；多边形叠加；栅格图层叠加,面状图、线状图和点状图之间的叠加,面状图与专题区域边界之间的叠加,遥感影像与专题地图的叠加,专题地图与数字高程模型叠加,遥感影像与,DTM,叠加,2026/1/29 周四,11,韶关学院旅游与地理学院 陈世发,2,、点与多边形的叠加,叠加图层：,将一个含有点的图层（目标图层）叠加在另一个含有多边形的图层（操作图层）上，以确定每个点落在哪个区域内。,例如：,一个中国政区图（多边形）和一个全国矿产分布图（点），二者经叠加分析后，并且将政区图多边形有关的属性信息加到矿产的属性数据表中，然后通过属性查询，可以查询指定省有多少种矿产，产量有多少；而且可以查询指定类型的矿产在哪些省里有分布等信息。,例如将水井与规划区图层相叠置，可确定每口井所属的规划区范围。,*,1,*,3,*,4,*,2,A D,B C,点 属性,1,2,3,4,多边形 属性,1,属性,2,A,B,C,D,点 多边形 点属性 面属性,1,面属性,2,1 A,2 D,3 C,4 B,2026/1/29 周四,12,韶关学院旅游与地理学院 陈世发,3,、线与多边形的叠加,叠加图层,：将线的图层（目标图层）叠加在多边形的图层（操作图层）上，以确定一条线落在哪个多边形内。,叠加原理,：与前面不同的是，往往一个线目标跨越多个多边形，这时需要先进行线与多边形的求交，并将线目标进行切割，形成一个新的空间目标（新的线目标）的结果集,例如：,当线状图层为河流，叠加的结果是多边形将穿过它的所有河流打断成弧段，可以查询任意多边形内的河流长度，进而计算它的河流密度等；如果线状图层为道路网，叠加的结果可以得到每个多边形内的道路网密度，内部的交通流量，进入、离开各个多边形的交通量，相邻多边形之间的相互交通量。,2026/1/29 周四,13,韶关学院旅游与地理学院 陈世发,例如：确定某一行政区内各种等级道路的里程数,线与多边形的叠合的目的是确定某一线状图层上的弧段落在,另一多变性图层上的哪个多边形内，以便为图层的每条弧段,建立新的属性。,路网密度？,叠加！,各种道路长,=830KM,区域面积,=2797KM,2,结果？,2026/1/29 周四,14,韶关学院旅游与地理学院 陈世发,4,、多边形与多边形的叠加,多边形与多边形的叠置是指将两个不同图层的多边形要素相叠加，根据两组多边形的交点来建立多重属性的多边形或进行多边形范围内的属性特征的统计分析。,多边形叠置过程分几何求交过程和属性确定过程，算法的核心是多边形求交。,对两个多边形进行边界求交和弧段分割运算，并以新弧段为单位重建拓扑关系；,判断重建多边形落在原始多边形层的哪个多边形内，从而建立新叠置多边形与原始多边形的关系，并抽取属性。,2026/1/29 周四,15,韶关学院旅游与地理学院 陈世发,多边形的不同叠加方式,取,本底多边形,取上叠多边形,两个多边形相交？,两个多边形是包含关系？,多边形求交，重建拓扑关系,属性抽取，建立关联连接,上叠多边形结束？,本底多边形结束？,y,n,n,n,建立包含关系,属性抽取,y,y,y,结束,多边形的叠,置流程图,2026/1/29 周四,16,韶关学院旅游与地理学院 陈世发,新多边形的属性,多边形之间的叠,置,ID,属性,101,A,ID,属性,1,X,2,Y,3,Z,新多边形,ID,层,1,多边形属性,层,2,多边形属性,1,0,A,2,0,X,3,A,X,4,0,X,5,A,0,6,A,0,7,A,Y,8,A,Z,9,0,Y,10,0,Z,11,0,Y,12,Z,0,A,X,Y,Z,3,7,9,10,1,4,5,6,11,2,层,1,层,2,新层,12,坡度图层,肥力图层,叠加？,2026/1/29 周四,17,韶关学院旅游与地理学院 陈世发,多边形叠加产生碎屑多边形,由于矢量有限精度原因，几何对象不可能完全匹配，出现碎屑多边形，通常设模糊容限消除,2026/1/29 周四,18,韶关学院旅游与地理学院 陈世发,5,、基于栅格数据的,叠置,分析,特点：栅格数据的,叠置,算法，虽然数据存贮量比较大，但运算过程比较简单。,变换方法：,（,1,）点变换,（,2,）区域变换方法,（,3,）邻域变换方法,基于栅格数据的,叠置,分析是参与分析的两个图层的要素,均为栅格数据。,栅格叠置的作用包括以下几种：,类型叠置；数量统计 动态分析,益本分析 几何提取,2026/1/29 周四,19,韶关学院旅游与地理学院 陈世发,（,1,）点变换,点变换只依据参与叠置图层相应点的属性值进行新的运算，既与各图层的邻域点的属性无关，也不受区域内一般特征的影响。,运算方法包括：算术运算，指数运算，三角函数运算等,2,4,4,6,3,3,4,6,3,3,7,7,2,2,5,4,2,3,6,4,3,3,6,6,-,=,0,-2,1,-2,-1,0,2,-2,0,0,-1,-1,点变换示意,结果特征：运算后得到的新属性值可能与原图层的属性意义完全不同。,2026/1/29 周四,20,韶关学院旅游与地理学院 陈世发,(2),区域变换方法,指在计算新图层相应的属性值时，不仅与原图层对应的栅格的属性值有关，而且要顾及原图层所在区域的集合特征（区域长度、面积、周长等）。,(3),邻域变换方法,指在计算新图层相应的属性值时，不仅考虑原图层对应的栅格及其属性，而且还应顾及与该栅格相关联的邻域或者影响半径内的栅格属性值的影响。,2026/1/29 周四,21,韶关学院旅游与地理学院 陈世发,叠加分析与视觉信息叠加的区别,叠置分析是把参与叠加的各数据层经过算术的、几何的、逻辑的运算生成新的数据层；而视觉信息叠加仅是把不同的数据层同时显示到一个屏幕上或绘制在一幅图形里，各数据层间不存在逻辑关系，没有生成新的数据文件，在同一区域内，地图投影与比例尺相同便可进行视觉信息复合。,叠置分析和空间集合分析的区别,叠置分析和空间集合分析虽然都可以在基于矢量的地理信息系统和基于栅格的地理信息系统中完成，但由于基于栅格的系统的叠加分析要容易和快得多，而矢量数据在叠置操作时容易产生多边形误差且边界搜索也很困难，运算速度又慢等原因，所以一般用栅格数据进行空间集合分析。,2026/1/29 周四,22,韶关学院旅游与地理学院 陈世发,10,10,60,60,10,10,20,60,30,30,30,60,10,10,60,60,10,10,30,60,30,30,30,60,-,=,0,0,0,0,0,0,10,0,0,0,0,0,空间叠加分析实例,1,：土地利用变化区域探测,80,年遥感影像,90,年遥感影像,点变换后影像,点变换后影像分析,通过,80,和,90,年两期影像的相减运算后得到变换影像，如果：,变换影像值,0,；说明该区未发生变化,变换影像值,0,；说明该区已发生变化,10,耕地,20,居民点,30,水域,40,草地,50,未利用地,60,林地,Legend,注意：,此处的遥感影像可以是,分类结果,，也可以是,原始的遥感影像,。在一般应用中，多使用原始的遥感影像，可提高变化探测速度。,2026/1/29 周四,23,韶关学院旅游与地理学院 陈世发,信息获取,研究方法,变化过程分析,机制分析,实例,2,：,土地利用变化分析,更新土地利用图,社经统计数据,动态变化研究,变化信息的,解译与制图,变化数据管理,原始遥感信息,专题图件,数据预处理,空间操作与分析,图像预处理,影像分类,变化信息探测,结果比较,变化信息分类,高分辨率图像融合,土地利用,/,覆盖动态变化研究框架,2026/1/29 周四,24,韶关学院旅游与地理学院 陈世发,信,息,获,取,1999,、,2003,和,2007,年遥感影像图,2026/1/29 周四,25,韶关学院旅游与地理学院 陈世发,面积统计,年份 类型,耕地,园地,林地,城镇村与工矿用地,交通用地,水域,未利用地,1999,1135.37,258.3,2678.22,192.12,30.2,76.47,22.24,2003,1112.65,266.3,2580.97,194.31,105.62,86.49,46.46,2007,976.25,319.77,2684.80,197.20,105.46,86.38,23.08,2026/1/29 周四,26,韶关学院旅游与地理学院 陈世发,土地类型转移矩阵,:,根据两个不同时间（,t,和,t+,t,）,的土地利用图计算从一种类型到另一种类型的转换概率，来分析土地利用变化过程。它依靠,GIS,技术，将两个不同时间的土地利用图进行栅格化处理，计算,t,时刻上,A,类有多少格网点转换成在,t+,t,时刻的,B,，,C,，,D,等类型，转换点数占该类型总数的百分比可称为转移概率。,研究方法,使用景观生态学方法，计算土地类型转移矩阵。,1,2,n,a,i,+,1,a,11,a,12,a,1n,a,1+,2,a,21,a,22,a,2n,a,2+,N,a,n1,a,32,a,nn,a,n+,a,+j,a,+1,a,+2,a,+n,a,注：表中,a,i,+,代表土地类型,I,在转化前的总量；,a,+j,代表土地类型,I,在转化后的总量；,a,是土地总面积,类型转移距阵示例,2026/1/29 周四,27,韶关学院旅游与地理学院 陈世发,朱溪河小流域,1999-2007,土地利用类型转移矩阵,hm,2,土地利用转移矩阵,耕地,园地,林地,城镇村及工矿用地,交通用地,水域,未利用地,1999,年合计,1999,年转移量,耕地,624.51,59.42,295.4,74.02,45.51,29.37,6.89,1135.37,510.86,园地,37.73,161.53,43.28,11.84,6.69,1.34,0.12,258.3,96.77,林地,245.05,73.1,2285.31,31.41,29.96,9.2,10.16,2678.22,392.91,城镇村及工矿用地,36.04,17.27,54.84,70.28,13.28,0.33,0.05,192.12,121.84,交通用地,6.56,3.23,0.45,17.6,8.01,0.42,0,30.2,21.19,水域,22.65,0.02,5.4,0,1.2,42.82,0,76.47,33.65,未利用地,6.17,4,4.2,2.23,1.98,2.15,7.51,22.24,14.73,2007,年合计,976.25,319.57,2684.68,197.2,105.46,86.38,23.08,4392.92,-,2007,年转移量,351.74,158.04,399.37,126.92,97.45,43.56,15.57,-,1191.95,2026/1/29 周四,28,韶关学院旅游与地理学院 陈世发,分析目的和评价准则：,1,）估计住宅用地被洪水淹设而造成的损失；,2,）洪水水位的相对高程为,500,米；,3,）损失的大小和居民的财产、地基的稳定性有关；,应用实例,3,：洪水淹没损失分析,获取数据：,1,）数字化的地块,多边形地图,。每个地块均有土地使用、可遭损失的财产状况（简称估计财产）、不同地基类型等属性。,2,）地块多边形属性表中有地均财产这一项，地均财产,=,估计财产,/,地块面积。,3,）对每一类地基，可估计其稳定性，并估计房屋倒坍的可能性，称损失系数（见表）,4,）数字化的等高线地形图。,2026/1/29 周四,29,韶关学院旅游与地理学院 陈世发,地块多边形图,地块属性表,地形等高线及其组成的多边形,地形高程表,2026/1/29 周四,30,韶关学院旅游与地理学院 陈世发,空间分析过程,将地块多边形和高程多边形叠合，产生地块,高程多边形地图和对应的属性表。,在地块,高程属性表中选择高程小于等于,500,，土地使用性质为住宅的记录和地基,损失系数对照表连接，获得新的地块,高程属性表。估计损失,=,面积,地均财产,损失系数。,从表可知，当洪水淹没了,500,米以下的地区时，每个地块财产的大致损失状况。,对地块,高程图按对应属性进行分类，得到洪水淹没损失分布图。,2026/1/29 周四,31,韶关学院旅游与地理学院 陈世发,叠合后地块,-,高程属性表的数据项（内容略）,地基类型,损失系数对照表,地块和地形叠合后的多边形,洪水淹没损失分布,将地块多边形和高程多边形叠合，产生地块,高程多边形地图和对应的属性表。,估计损失,=,面积,地均财产,损失系数。,损失估计表,从表可知，当洪水淹没了,500,米以下的地区时，每个地块财产的大致损失状况。,分析结论表,2026/1/29 周四,32,韶关学院旅游与地理学院 陈世发,思考与讨论,1,、什么是空间叠置分析？,GIS,叠加分析可以分哪些类别？,2,、多边形叠加分析是如何实现的？,3,、在一个区域内，欲为一公园选址，要求在人口密度较大的地区，且距离已有公园较远，在主干路旁，河流流经，有林地分布。需要的数据有哪些？怎样制作选址图？说明其步骤，并画出操作流程图？,4,、由于城市的发展，韶关需要增加一个垃圾填埋场，要求该填埋场避开良田，交通便捷，地形坡度小于,5,，地质条件安全，并避开居民区，试以,GIS,方法，用框图表示其运行过程，并说明需要的相关数据源、数据采集与组织方法，说出空间分析过程？,2026/1/29 周四,33,韶关学院旅游与地理学院 陈世发,