GIS空间分析技术.pptx

第五章第五章 GISGIS空间分析技术空间分析技术1 1、概述、概述.2 2、空间数据（图形）基本量算、空间数据（图形）基本量算3 3、空间查询、空间查询4 4、栅格数据分析的基本类型栅格数据分析的基本类型 5 5、矢量数据分析的基本方法矢量数据分析的基本方法 6 6、网络分析、网络分析7 7、空间插值分析、空间插值分析8 8、数字地面（地形）分析与、数字地面（地形）分析与DEMDEM模型模型 1 1、概述、概述 空间分析是空间分析是GISGIS的主要特征。的主要特征。GISGIS与一般的计算与一般的计算机辅助制图（机辅助制图（CAC/CADCAC/CAD）系统的主要区别在于系统的主要区别在于GISGIS具具有空间分析功能。有空间分析功能。GISGIS的空间分析是指以地理事物的空间位置和的空间分析是指以地理事物的空间位置和形态为基础，以地学原理为依托，以空间数据运算、形态为基础，以地学原理为依托，以空间数据运算、为特征，提取与产生新的空间信息的技术和过程，为特征，提取与产生新的空间信息的技术和过程，如获取关于空间分布、空间形成以及空间演变的信如获取关于空间分布、空间形成以及空间演变的信息。空间分析功能是息。空间分析功能是GISGIS的主要特征与评价的主要特征与评价GISGIS软件软件的主要指标之一的主要指标之一 其运用的手段包括各种几何的逻辑运算、数理统其运用的手段包括各种几何的逻辑运算、数理统计分析，代数运算等数学手段计分析，代数运算等数学手段 基本的空间分析包括以下方面：基本的空间分析包括以下方面：空间查询空间查询 空间量算空间量算 缓冲区分析缓冲区分析 叠加分析叠加分析 网络分析网络分析 空间统计分析空间统计分析 空间插值空间插值 数字高程模型（数字地形模型）数字高程模型（数字地形模型）空间建模与空间决策支持系统空间建模与空间决策支持系统面向应用的分析面向应用的分析简单的空间分析简单的空间分析复杂的空间分析复杂的空间分析1 1、概述、概述另一种分类：基于空间图形数据的分析运算；基于空间图形数据的分析运算；基于非空基于非空间属性的数据运算；间属性的数据运算；空间和非空间数据的联合运算。空间和非空间数据的联合运算。2、图形基本量算 图形量算是图形量算是GISGIS空间分析技术中最基本的分析空间分析技术中最基本的分析内容之一。基本的图形量算功能包括图形的长度量内容之一。基本的图形量算功能包括图形的长度量算、面积量算、等高线地形图中的体积量算。算、面积量算、等高线地形图中的体积量算。2.1 2.1 质（重）心量算质（重）心量算：描述地理目标空间描述地理目标空间分布最有用的单一量算量，分布最有用的单一量算量，质心是保持目标均匀质心是保持目标均匀分布的平衡点。分布的平衡点。在几何中心基础上的加权计算。在几何中心基础上的加权计算。质心的量算，可以跟踪某些地理分布的变化，质心的量算，可以跟踪某些地理分布的变化，例如人口的变迁、土地类型的变化，也可以简化例如人口的变迁、土地类型的变化，也可以简化某些复杂目标，某些复杂目标，在某些情况下，可以方便的导在某些情况下，可以方便的导出某些预测模型。出某些预测模型。式中，式中，i i为离散目标物，为离散目标物，WiWi为该目标权重，为该目标权重，XcXc、Yc Yc 为目标。为目标。空间量算是指对空间信息的自动化量算，是地理信息空间量算是指对空间信息的自动化量算，是地理信息系统所具有的重要功能，也是进行其它空间分析的定量系统所具有的重要功能，也是进行其它空间分析的定量化基础化基础 几何量算对点、线、面、体四类目标物而言，其含义几何量算对点、线、面、体四类目标物而言，其含义是不同的：是不同的：点状目标：坐标；点状目标：坐标；线状目标：长度、曲率、方向；线状目标：长度、曲率、方向；面状目标：面积、周长等；面状目标：面积、周长等；体状目标：表面积、体积等。体状目标：表面积、体积等。2.2 2.2 几何量算几何量算 长度量算长度量算:线由点组成线由点组成，矢量图形的长度量算基于直矢量图形的长度量算基于直线段的两点之间距离公式，设空间两点线段的两点之间距离公式，设空间两点p1p1（x1x1，y1y1）和和p2p2（x2x2，y2y2），），则直线段的长度为则直线段的长度为 由此不难得出折线与多边形周长的长度量算公式由此不难得出折线与多边形周长的长度量算公式 式中，式中，i i为折线或多边形的顶点数，含义为依次求为折线或多边形的顶点数，含义为依次求出组成折线或多边形的所有线段长度，然后累加求和出组成折线或多边形的所有线段长度，然后累加求和 2.2 2.2 几何量算几何量算 多边形面积计算及其应用：多边形面积计算及其应用：辛普森（Simposion）面积计算公式 在在GISGIS中，梯形法是求面积的主要方法之一。其中，梯形法是求面积的主要方法之一。其基本思想是：按照多边形的顶点顺序依次求出多边形基本思想是：按照多边形的顶点顺序依次求出多边形所有边与所有边与X X轴或轴或Y Y轴组成的梯形面积，然后求其代数和轴组成的梯形面积，然后求其代数和 已知条件：已知条件：为多边形顶点坐标，凸、凹多边形均可，顶点顺为多边形顶点坐标，凸、凹多边形均可，顶点顺序顺时针方向、逆时针方向均可。序顺时针方向、逆时针方向均可。2.2 2.2 几何量算几何量算求证：由推证过程可看出，顺时针坐标点排列面积为正值，逆时针坐标点排列面积为负值，考虑到面积可能为负值，因而最终取绝对值辛普森面积计算公式辛普森面积计算公式l 辛普森求积公式的应用 判断多边形顶点的走向（逆时针或顺时针旋转 面积s为正则为顺时针走向 面积s为负则为逆时针走向 辛普森面积公式的应用辛普森面积公式的应用对于凸多边形事实上任意顺次取对于凸多边形事实上任意顺次取3 3个顶点坐标，计算此个顶点坐标，计算此3 3点点组成的图形面积组成的图形面积s s，即可判断出此多边形的顶点的走向。即可判断出此多边形的顶点的走向。对于一般的多边形（包括凹多边形）取一个方向坐标的极对于一般的多边形（包括凹多边形）取一个方向坐标的极值点前后两点组成的三角形面积，即可判断出此多边形的值点前后两点组成的三角形面积，即可判断出此多边形的顶点的走向。顶点的走向。多边形顶点走向的简单判别 任意三点（x2,y2）、（x1,y1）、（x3,y3）组成的三角形面积为：St=x1(y2-y3)+x2(y3-y1)+x3(y1-y2)判断点与矢量线段的空间拓扑关系P在AB的右边；P P在在ABAB直线上；直线上；P在AB的左边；辛普森面积公式的应用辛普森面积公式的应用 图形查询：图形查属性是根据图形的空间位置来查询有关属图形查询：图形查属性是根据图形的空间位置来查询有关属性信息；或者实体之间的空间关系查询，实体的属性信息查询性信息；或者实体之间的空间关系查询，实体的属性信息查询等。等。属性查询：根据一定的属性条件来查询满足条件的空间实体属性查询：根据一定的属性条件来查询满足条件的空间实体的位置，是基于实体的属性信息进行查询，与一般的数据库查的位置，是基于实体的属性信息进行查询，与一般的数据库查询相同，只不过最后查询的结果需要再与图形关联起来。询相同，只不过最后查询的结果需要再与图形关联起来。图形属性互查：将空间关系和属性结合起来进行查询，并将图形属性互查：将空间关系和属性结合起来进行查询，并将最后结果以图形和属性两种方式显示出来。如：查询京九线沿最后结果以图形和属性两种方式显示出来。如：查询京九线沿线人口大于线人口大于100100万的城市及各种属性信息。万的城市及各种属性信息。地址匹配：根据一个地理名字（如学校名字）来定位相关实地址匹配：根据一个地理名字（如学校名字）来定位相关实体并获得其属性信息。其基础是体并获得其属性信息。其基础是地理编码地理编码，即将一个地理名，即将一个地理名字与一个或若干个空间实体关联起来、或者与实体的某个属性字与一个或若干个空间实体关联起来、或者与实体的某个属性关联起来、或者与某个地理坐标关联起来。关联起来、或者与某个地理坐标关联起来。3.3.空间查询空间查询例如：查询三峡地区长江流域人口大于例如：查询三峡地区长江流域人口大于50万的市或万的市或县县 Select *From 县或市县或市 Where 县或市人口县或市人口50万万 and Cross （河流名称河流名称=“长江长江”）3.3.空间查询空间查询4.4.栅格数据分析的基本类型栅格数据分析的基本类型 栅格数据的分析处理方法可以概括为聚类聚合分析、多层栅格数据的分析处理方法可以概括为聚类聚合分析、多层面复合叠置分析、窗口分析及追踪分析等几种基本的分析模型面复合叠置分析、窗口分析及追踪分析等几种基本的分析模型类型。类型。4.1 栅格数据的聚类、聚合分析栅格数据的聚类、聚合分析 n聚类分析聚类分析 栅格数据的聚类是根据设定的聚类条件对原有数栅格数据的聚类是根据设定的聚类条件对原有数据系统进行有选择的信息提取而建立新的栅格数据系据系统进行有选择的信息提取而建立新的栅格数据系统的方法。统的方法。4.4.栅格数据分析的基本类型栅格数据分析的基本类型 图图6 61(a)1(a)为一个栅格数据系统样图，为一个栅格数据系统样图，1 1、2 2、3 3、4 4为其中的四种类型要素，为其中的四种类型要素，图图6 61(b)1(b)为提取其中要素为提取其中要素“2 2”的聚类结果。的聚类结果。4.4.栅格数据分析的基本类型栅格数据分析的基本类型 n 聚合分析聚合分析 栅格数据的聚合分析是指根据空间分辨力和分类表，进栅格数据的聚合分析是指根据空间分辨力和分类表，进行数据类型的合并或转换以实现空间地域的兼并。行数据类型的合并或转换以实现空间地域的兼并。空间聚合的结果往往将较复杂的类别转换为较简单的类空间聚合的结果往往将较复杂的类别转换为较简单的类别，并且常以较小比例尺的图形输出。当从地点、地区到大别，并且常以较小比例尺的图形输出。当从地点、地区到大区域的制图综合变换时常需要使用这种分析处理方法。区域的制图综合变换时常需要使用这种分析处理方法。4.4.栅格数据分析的基本类型栅格数据分析的基本类型 n对于图对于图6 61(a)1(a)，如给定聚合的标准为，如给定聚合的标准为1 1、2 2类合并为类合并为b b，3 3、4 4类合类合并为并为a a，则聚合后形成的栅格数据系统如图，则聚合后形成的栅格数据系统如图6 62(a)2(a)所示所示,如给定如给定聚合的标准为聚合的标准为2 2、3 3类合并为类合并为c c，1 1、4 4类合并为类合并为d d，则聚合后形成的，则聚合后形成的栅格数据系统如图栅格数据系统如图6 62(b)2(b)所示。所示。4.4.栅格数据分析的基本类型栅格数据分析的基本类型 n 聚类、聚合分析应用聚类、聚合分析应用 栅格数据的聚类聚合分析处理法在数字地形模型及栅格数据的聚类聚合分析处理法在数字地形模型及遥感图象处理中的应用是十分普遍的。遥感图象处理中的应用是十分普遍的。例如，由数字高程模型转换为数字高程分级模型便例如，由数字高程模型转换为数字高程分级模型便是空间数据的聚合，而从遥感数字图象信息中提取是空间数据的聚合，而从遥感数字图象信息中提取其一地物的方法则是栅格数据的聚类其一地物的方法则是栅格数据的聚类 4.4.栅格数据分析的基本类型栅格数据分析的基本类型 4.2 栅格数据的信息复合（叠加）分析栅格数据的信息复合（叠加）分析 能够极为便利地进行同地区多层面空间信息的自动复合叠能够极为便利地进行同地区多层面空间信息的自动复合叠置分析，是栅格数据一个最为突出的优点。正因为如此，栅格置分析，是栅格数据一个最为突出的优点。正因为如此，栅格数据常被用来进行数据常被用来进行区域适应性评价区域适应性评价、资源开发利用资源开发利用、规划等多、规划等多因素分析研究工作。在数字遥感图象处理工作中，利用该方法因素分析研究工作。在数字遥感图象处理工作中，利用该方法可以实现可以实现不同波段遥感信息的自动合成处理不同波段遥感信息的自动合成处理；还可以利用不同；还可以利用不同时间的数据信息进行某类现象时间的数据信息进行某类现象动态变化的分析和预测动态变化的分析和预测。因此该。因此该方法在计算机地学制图与分析中具有重要的意义。方法在计算机地学制图与分析中具有重要的意义。信息复合模型信息复合模型(overlay)(overlay)包括两类，简单的视觉信包括两类，简单的视觉信息复合和较为复杂的叠加分类模型息复合和较为复杂的叠加分类模型 4.4.栅格数据分析的基本类型栅格数据分析的基本类型 n4.2.14.2.1视觉信息复合：视觉信息复合：将不同专题的内容叠加显示在结果将不同专题的内容叠加显示在结果图件上，以便系统使用者判断不同专题地理实体的相互空间图件上，以便系统使用者判断不同专题地理实体的相互空间关系，获得更为丰富的信息。关系，获得更为丰富的信息。简单视觉信息复合之后，参加复合的平面之间没发生任何逻简单视觉信息复合之后，参加复合的平面之间没发生任何逻辑关系，仍保留原来的数据结构辑关系，仍保留原来的数据结构 面状图、线状图和点状图之间的复合；面状图、线状图和点状图之间的复合；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复合；的复合；遥感影像与专题地图的复合；遥感影像与专题地图的复合；专题地图与数字高程模型复合显示立体专题图；专题地图与数字高程模型复合显示立体专题图；遥感影像与遥感影像与DEMDEM复合生成真三维地物景观。复合生成真三维地物景观。4.4.栅格数据分析的基本类型栅格数据分析的基本类型 n4.2.24.2.2叠加分类模型叠加分类模型：根据参加复合的栅格数据层：根据参加复合的栅格数据层不同类别的空间关系重新划分空间区域，每个空间不同类别的空间关系重新划分空间区域，每个空间区域内各空间点的属性组合一致。区域内各空间点的属性组合一致。叠加结果生成新的数据叠加结果生成新的数据层层，该数据层图形数据记录了重新划，该数据层图形数据记录了重新划分的区域，而属性数据库结构中则包含了原来的几个参加复分的区域，而属性数据库结构中则包含了原来的几个参加复合的数据层的属性数据库中所有的数据项。合的数据层的属性数据库中所有的数据项。叠加分类模型用于多要素综合分类，以划分最小地理景观单叠加分类模型用于多要素综合分类，以划分最小地理景观单元，进一步可进行综合评价以确定各景观单元的等级序列。元，进一步可进行综合评价以确定各景观单元的等级序列。4.4.栅格数据分析的基本类型栅格数据分析的基本类型 逻辑判断复合法逻辑判断复合法 设有设有A A、B B、C C三个层面的栅格数据，一般可以用布尔逻辑三个层面的栅格数据，一般可以用布尔逻辑算子以及运算结果的文氏图（见图算子以及运算结果的文氏图（见图6-36-3）表示其一般的运算）表示其一般的运算思路和关系思路和关系 例：有土壤厚度（大于例：有土壤厚度（大于50厘米）和土壤类型（红壤厘米）和土壤类型（红壤和其他类型）两个二值化图层，不同的逻辑运算结和其他类型）两个二值化图层，不同的逻辑运算结果如下：果如下：AND关系：结果是将土层厚度大于关系：结果是将土层厚度大于50厘米，且土壤厘米，且土壤为红壤的土壤单元显示出来；为红壤的土壤单元显示出来；OR关系：结果将土层厚度大于关系：结果将土层厚度大于50厘米，或者土壤为厘米，或者土壤为红壤的土壤单元显示出来；红壤的土壤单元显示出来；XOR：结果将土层厚度小于结果将土层厚度小于50厘米，或者土壤不是厘米，或者土壤不是红壤的土壤单元显示出来；红壤的土壤单元显示出来；NOT:如结果是将土层厚度大于如结果是将土层厚度大于50厘米，但土壤不是厘米，但土壤不是红壤的土壤单元显示出来；红壤的土壤单元显示出来；逻辑关系运算逻辑关系运算例例4.4.栅格数据分析的基本类型栅格数据分析的基本类型 数学运算数学运算复合法复合法 指不同层面的栅格数据逐网格按一定的数学法则进行运指不同层面的栅格数据逐网格按一定的数学法则进行运算算,从而得到新的栅格数据系统的方法。其主要类型有以下从而得到新的栅格数据系统的方法。其主要类型有以下几种几种:l算术运算算术运算 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。这种复合分析法具有很大的应用范围。图数据系统的方法。这种复合分析法具有很大的应用范围。图6-46-4给出了该方法在栅格数据编辑中的应用例证。给出了该方法在栅格数据编辑中的应用例证。算术运算算术运算4.4.栅格数据分析的基本类型栅格数据分析的基本类型 l函数运算函数运算 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。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、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。环境质量评价、遥感数字图像处理等领域中。只要得到对于某项事物关系及发展变化的函数关系式，只要得到对于某项事物关系及发展变化的函数关系式，便可运用以上方法完成各种人工难以完成的极其复杂的分析便可运用以上方法完成各种人工难以完成的极其复杂的分析运算。这也是目前信息自动复合叠置分析法受到广泛应用的运算。这也是目前信息自动复合叠置分析法受到广泛应用的原因。原因。函函数数运运算算 利用土壤侵蚀通利用土壤侵蚀通用方程式计算土壤用方程式计算土壤侵蚀量时，就可利侵蚀量时，就可利用多层面栅格数据用多层面栅格数据的函数运算复合分的函数运算复合分析法进行自动处理。析法进行自动处理。一个地区土壤侵蚀一个地区土壤侵蚀量的大小是降雨量的大小是降雨(R)(R)、植被覆度植被覆度(C)(C)、坡度、坡度(S)(S)、坡长（、坡长（L L）、）、土壤抗蚀性土壤抗蚀性(SR)(SR)等等因素的函数因素的函数 在在Arc View中，使用中，使用Map Calculator可以很方便地实现可以很方便地实现栅格图层的复合（叠加）运算栅格图层的复合（叠加）运算4.4.栅格数据分析的基本类型栅格数据分析的基本类型 值得注意是，信息的复合法只是处理地学信息的一种手值得注意是，信息的复合法只是处理地学信息的一种手段，而其中各层面信息关系模式的建立对分析工作的完成及段，而其中各层面信息关系模式的建立对分析工作的完成及分析质量的优劣具有决定性作用。这往往需要经过大量的试分析质量的优劣具有决定性作用。这往往需要经过大量的试验研究，而计算机自动复合分析法的出现也为获得这种关系验研究，而计算机自动复合分析法的出现也为获得这种关系模式创造了有利的条件。模式创造了有利的条件。4.3 追踪分析追踪分析 追踪分析一般都是基于栅格数据的，由某一个或多个起追踪分析一般都是基于栅格数据的，由某一个或多个起点，按照一定的追踪线索进行追踪目标或者追踪轨迹信息提点，按照一定的追踪线索进行追踪目标或者追踪轨迹信息提取的空间分析方法。取的空间分析方法。如栅格所记录的是地面点的海拔高程值，根据地面水流如栅格所记录的是地面点的海拔高程值，根据地面水流必然向最大坡度方向，由追踪法提取地面水流的路径流动的必然向最大坡度方向，由追踪法提取地面水流的路径流动的基本追踪线索，可以得出地面水流的基本轨迹基本追踪线索，可以得出地面水流的基本轨迹 追踪分析法在扫描图件的矢量化、利用数字高程模型自动追踪分析法在扫描图件的矢量化、利用数字高程模型自动提取等高线、污染源的追踪分析等方面都发挥着十分重要的提取等高线、污染源的追踪分析等方面都发挥着十分重要的作用。作用。Arc View中的水文分析及生成等高线的功能就是利用了追踪分析的原理。中的水文分析及生成等高线的功能就是利用了追踪分析的原理。4.4.栅格数据分析的基本类型栅格数据分析的基本类型 追踪分析追踪分析 4.4 邻域分析（邻域分析（窗口分析）邻域分析主要应用于栅格数据模型。地学信息除了在不邻域分析主要应用于栅格数据模型。地学信息除了在不同层面的因素之间存在着一定的制约关系之外同层面的因素之间存在着一定的制约关系之外,还表现在空间还表现在空间上存在着一定的关联性。对于栅格数据所描述的某项地学要上存在着一定的关联性。对于栅格数据所描述的某项地学要素，其中的素，其中的(I，J)栅格往往会影响其周围栅格的属性特征栅格往往会影响其周围栅格的属性特征 窗口分析是指对于栅格数据系统中的一个、多个栅格点或全窗口分析是指对于栅格数据系统中的一个、多个栅格点或全部数据，开辟一个有固定分析半径的分析窗口，并在该窗口部数据，开辟一个有固定分析半径的分析窗口，并在该窗口内进行诸如极值、均值等一系列统计计算，或与其它层面的内进行诸如极值、均值等一系列统计计算，或与其它层面的信息进行必要的复合分析，从而实现栅格数据有效的水平方信息进行必要的复合分析，从而实现栅格数据有效的水平方向扩展分析。向扩展分析。4.4.栅格数据分析的基本类型栅格数据分析的基本类型 分析窗口的类型分析窗口的类型按照分析窗口的形状，可以将分析窗口划分为以下类型：按照分析窗口的形状，可以将分析窗口划分为以下类型：矩形窗口：是以目标栅格为中心，分别向周围八个方向扩展矩形窗口：是以目标栅格为中心，分别向周围八个方向扩展一层或多层栅格，从而形成矩形分析区域，如一层或多层栅格，从而形成矩形分析区域，如3333、5555、7777的矩形窗口。的矩形窗口。圆型窗口：是以目标栅格为中心，向周围作一等距离搜索区，圆型窗口：是以目标栅格为中心，向周围作一等距离搜索区，构成一圆型分析窗口。构成一圆型分析窗口。环型窗口：是以目标栅格为中心，按指定的内外半径构成环环型窗口：是以目标栅格为中心，按指定的内外半径构成环型分析窗口。型分析窗口。扇型窗口：是以目标栅格为起点，按指定的起始与终止角度扇型窗口：是以目标栅格为起点，按指定的起始与终止角度构成扇型分析窗口。构成扇型分析窗口。4.4 邻域分析（邻域分析（窗口分析）4.4 邻域分析（邻域分析（窗口分析）窗口内统计分析的类型窗口内统计分析的类型 栅格分析窗口内的空间数据的统计分析类型一般有以下几栅格分析窗口内的空间数据的统计分析类型一般有以下几种类型：种类型：（1）Mean；(2)Maximum；(3)Minimum；（；（4）Median；（；（5）Sum；（6）Range；（；（7）Majority；（；（8）Minority；（9）Variety。在在Arc View软件中，窗口分析的功能是软件中，窗口分析的功能是Neighborhood statistic 命令命令 在实际工作中，为解决某一个具体的应用命题，以上在实际工作中，为解决某一个具体的应用命题，以上4 4种栅格数据的分析模式往往综合使用。种栅格数据的分析模式往往综合使用。4.4 邻域分析（邻域分析（窗口分析）5.5.矢量数据分析的基本方法矢量数据分析的基本方法 与栅格数据分析处理方法相比，与栅格数据分析处理方法相比，矢量数据一般不存在模矢量数据一般不存在模式化的分析处理方法，式化的分析处理方法，而表现为处理方法的多样性与复杂性。而表现为处理方法的多样性与复杂性。5.1 5.1 包含分析包含分析 5.2 5.2 叠置（加）分析叠置（加）分析5.3 5.3 缓冲区分析缓冲区分析 5.1 5.1 包含分析包含分析 确定要素之间是否存在着直接的联系，即矢量点、线、面确定要素之间是否存在着直接的联系，即矢量点、线、面之间是否存在在空间位置上的联系，这是地理信息分析处理中之间是否存在在空间位置上的联系，这是地理信息分析处理中常要提出的问题，也是在地理信息系统中实现图形常要提出的问题，也是在地理信息系统中实现图形属性对应属性对应检索的前提条件与基本的分析方法。检索的前提条件与基本的分析方法。例如例如是否相邻或包含是否相邻或包含，要确定某个井位属于哪个行政区；要，要确定某个井位属于哪个行政区；要测定某条断裂线经过哪些城市建筑测定某条断裂线经过哪些城市建筑;在计算机屏幕上利用鼠标在计算机屏幕上利用鼠标点击对应的点状、线状或面状图形，查询其对应的属性信息；点击对应的点状、线状或面状图形，查询其对应的属性信息；在包含分析的具体算法中，点与点、点与线的包含分析一般均在包含分析的具体算法中，点与点、点与线的包含分析一般均可以分别通过先计算点到点，点到线之间的距离，然后，利用可以分别通过先计算点到点，点到线之间的距离，然后，利用最小距离阈值判断包含的结果。最小距离阈值判断包含的结果。5.1 5.1 包含分析包含分析 点与面之间的包含分析，或称为点与面之间的包含分析，或称为Point-PolygonPoint-Polygon分析，具有较分析，具有较为典型的意义。可以通过著名的铅垂线算法来解决，如图为典型的意义。可以通过著名的铅垂线算法来解决，如图6-96-9所示，由所示，由PtPt点作一条铅垂线。现在要测试点作一条铅垂线。现在要测试PtPt是在该多边形之内是在该多边形之内或之外。其基本算法的思路是，如果该铅垂线与某一图斑有奇或之外。其基本算法的思路是，如果该铅垂线与某一图斑有奇数交点，则该数交点，则该PtPt点必位于该图斑内（某些特殊条件除外）点必位于该图斑内（某些特殊条件除外）5.1 5.1 包含分析包含分析 利用这种包含分析方法，还可以解决：利用这种包含分析方法，还可以解决：地图的自动分色地图的自动分色地图内容从面向点的制图综合地图内容从面向点的制图综合面状数据从矢量向栅格格式的转换面状数据从矢量向栅格格式的转换区域内容的自动计数区域内容的自动计数(例如某个设定的森林砍伐区内，某一例如某个设定的森林砍伐区内，某一树种的颗数树种的颗数)等等。等等。例如，确定某区域内矿井的个数，这是点与面之间的包例如，确定某区域内矿井的个数，这是点与面之间的包含分析，确定某一县境内公路的类型以及不同级别道路的里含分析，确定某一县境内公路的类型以及不同级别道路的里程，是线与面之间的包含分析。程，是线与面之间的包含分析。分析的方法是：首先对这些矿井、公路要点、线要素数分析的方法是：首先对这些矿井、公路要点、线要素数字化，经处理后形成具有拓扑关系的相应图层，然后和已经字化，经处理后形成具有拓扑关系的相应图层，然后和已经存放在系统中的多边形进行点与面、线与面的叠加；最后对存放在系统中的多边形进行点与面、线与面的叠加；最后对这个多边形或区域进行这些点或线段的自动计数或归属判断。这个多边形或区域进行这些点或线段的自动计数或归属判断。原理：原理：就是把同一地区的两幅或两幅以上的图就是把同一地区的两幅或两幅以上的图层重叠在一起进行图形运算和属性运算（关系层重叠在一起进行图形运算和属性运算（关系运算），产生新的空间图形和属性的过程运算），产生新的空间图形和属性的过程目的：目的：寻找和确定同时具有几种地理属性的地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叠加后产生的具有不同属性级的多边形进行分类或分级类或分级 如了解某区域的森林覆盖面积如了解某区域的森林覆盖面积(行政区与植被行政区与植被图层的叠加图层的叠加)、一个县的公路里程、一个地区、一个县的公路里程、一个地区的河流密度、降雨与温度的关系等的河流密度、降雨与温度的关系等5.2 基于矢量的叠加分析基于矢量的叠加分析5.2 基于矢量的叠加分析基于矢量的叠加分析 叠加分析是空间信息系统中最常用的提取隐含信息的手叠加分析是空间信息系统中最常用的提取隐含信息的手段之一。叠加分析不仅包含空间关系的比较，还包含属性段之一。叠加分析不仅包含空间关系的比较，还包含属性关系的比较：关系的比较：点与多边形的叠加：实质上是计算多边形对点的包含点与多边形的叠加：实质上是计算多边形对点的包含关系，用于统计或属性赋值。关系，用于统计或属性赋值。线与多边形的叠加：主要用于计算线落在哪些多边形线与多边形的叠加：主要用于计算线落在哪些多边形中以及各自的部分。中以及各自的部分。多边形叠加：最常用的叠加分析。多边形叠加：最常用的叠加分析。5.2 5.2 基于矢量的叠加分析基于矢量的叠加分析 至少涉及两个图层，其中必有一个至少涉及两个图层，其中必有一个图层是多边形图层，称基础图层图层是多边形图层，称基础图层叠加类型：叠加类型：5.2.1 5.2.1 点与多边形的叠加点与多边形的叠加5.2.2 5.2.2 线与多边形的叠加线与多边形的叠加5.2.3 5.2.3 多边形与多边形的叠加多边形与多边形的叠加5.2.4 5.2.4 ARC/INFOARC/INFO常用叠加分析命令常用叠加分析命令5.2 5.2 基于矢量的叠加分析基于矢量的叠加分析AB123451B2B1A2A4A3A5B3B4B降雨量土壤类型适宜农作物矢量图层叠加分析矢量图层叠加分析5.2.1 5.2.1 点与多边形的叠加点与多边形的叠加叠加图层：叠加图层：将一个含有点的图层（目标图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作图层）上，以确定每个点落在哪个区域内。内。叠加方法：叠加方法：通过点在多边形内的点位判别通过点在多边形内的点位判别完成。通常得到一张新的属性表，该属性完成。通常得到一张新的属性表，该属性表除了原有属性外，还含有落在那个多边表除了原有属性外，还含有落在那个多边形的目标标识，如果必要的话，还可以在形的目标标识，如果必要的话，还可以在多边形的属性表中提取一些附加属性。多边形的属性表中提取一些附加属性。5.2.2 5.2.2 线与多边形的叠加线与多边形的叠加叠加图层叠加图层：将线的图层（目标图层）叠加：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。一条线落在哪个多边形内。叠加原理叠加原理：与前面不同的是，往往一个线：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，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）的形成一个新的空间目标（新的线目标）的结果集结果集5.2.3 5.2.3 多边形与多边形的叠加多边形与多边形的叠加叠加过程叠加过程：多边形与多边形的叠加操：多边形与多边形的叠加操作要比前面两种复杂得多。需要将两作要比前面两种复杂得多。需要将两层多边形的边界全部进行边界求交的层多边形的边界全部进行边界求交的运算和切割。然后根据切割的弧段重运算和切割。然后根据切割的弧段重新建立拓扑关系，最后判断叠加后的新建立拓扑关系，最后判断叠加后的多边形分别落在原始多边形层的哪个多边形分别落在原始多边形层的哪个多边形内，建立起多边形内，建立起新新多边形与原多边多边形与原多边形的关系形的关系下图是多边形叠加的过程下图是多边形叠加的过程5.2.4 ARC/INFO5.2.4 ARC/INFO常用叠加分析命令常用叠加分析命令三个主要叠加分析命令三个主要叠加分析命令 yUNIONUNION：合并操作（合并操作（OROR）yIDENTIFYIDENTIFY：识别操作识别操作yINTERSECTINTERSECT：求交集操作求交集操作(AND)(AND)y三个命令的比较三个命令的比较UNION UNION 合并操作（求并集操作）：只能进行多边形叠合并操作（求并集操作）：只能进行多边形叠加，保留原来两个加，保留原来两个CoverageCoverage的所有区域的所有区域UNION fuzzy_tolerance JOIN|NOJOIN IDENTITYIDENTITY（识别操作）识别操作）将点、线或多边形叠加到多边形上，保留所有输将点、线或多边形叠加到多边形上，保留所有输入入CoverageCoverage的特征。的特征。输入图层的可以是多边形、点、线，而操作图层输入图层的可以是多边形、点、线，而操作图层（叠加）要素必须是多边形。（叠加）要素必须是多边形。IDENTITY POLY|LINE|POINT fuzzy_tolerance JOIN|NOJOIN多边形识别操作示意多边形识别操作示意线状要素识别操作示意线状要素识别操作示意INTERSECTINTERSECT（求交集操作）求交集操作）将点、线或多边形叠加到多边形上，两个图层的将点、线或多边形叠加到多边形上，两个图层的公共部分予以保留。属性表同时被更新公共部分予以保留。属性表同时被更新 输入图层的可以是多边形、点、线，而操作图层输入图层的可以是多边形、点、线，而操作图层（叠加）要素必须是多边形。（叠加）要素必须是多边形。INTERSECT POLY|LINE|POINT fuzzy_tolerance JOIN|NOJOIN 三个命令的比较三个命令的比较相同点：三个命令的执行过程中，相同点：三个命令的执行过程中，ArcInfoArcInfo自自动为输出动为输出CoverageCoverage创建拓扑关系，输出创建拓扑关系，输出CoverageCoverage的特征属性表中对应于每一条记录，的特征属性表中对应于每一条记录，都有关于相交生成此地物特征的两个原始都有关于相交生成此地物特征的两个原始CoverageCoverage的地物特征的编号信息，如果使用了的地物特征的编号信息，如果使用了JOINJOIN选项，输出选项，输出CoverageCoverage的特征属性表中附加的特征属性表中附加 in_cover和和 out_cover的特征属性表的所有的特征属性表的所有属性项。属性项。不同点：对输入不同点：对输入CoverageCoverage的类型有不同的要求。的类型有不同的要求。另外输出另外输出CoverageCoverage中保留哪些输入中保留哪些输入CoverageCoverage的的特征的处理标准不同。特征的处理标准不同。5.3 5.3 缓冲区分析（缓冲区分析（BufferBuffer）5.3.1 5.3.1 缓冲区分析原理缓冲区分析原理 缓缓冲冲区区分分析析是是研研究究根根据据数数据据库库的的点点、线线、面面实实体体，自自动动建建立立其其周周围围一一定定宽宽度度范范围围内内的的缓缓冲冲区区多多边边形形实实体体，从从而而实实现现空空间间数数据据在在水水平平方方向向得得以以扩扩展展的的信信息息分分析析方方法法。它它是是地地理理信信息系统重要的和基本的空间操作功能之一。息系统重要的和基本的空间操作功能之一。缓缓冲冲区区就就是是空空间间实实体体的的一一种种影影响响范范围围或或服服务务范范围围。缓缓冲冲区区分分析析的的基基本本思思想想就就是是给给定定一一个个空空间间实实体体或或集集合合，确确定定它它们们的邻域，邻域的大小由领域半径的邻域，邻域的大小由领域半径R来确定。来确定。缓缓冲冲分分析析是是对对一一组组或或一一类类地地物物按按照照缓缓冲冲的的距距离离条条件件，建建立立缓缓冲冲区区多多边边形形图图，然然后后将将这这个个图图层层与与需需要要进进行行缓缓冲冲分分析析的的图层进行叠加分析，得到所需要的结果图层进行叠加分析，得到所需要的结果.分析过程：一是建立缓冲区图层，二是进行叠加分析分析过程：一是建立缓冲区图层，二是进行叠加分析 5.5.3.2 3.2 缓冲区分析应用缓冲区分析应用在数据处理和空间分析的某些过程中需要在数据处理和空间分析的某些过程中需要使用使用BufferBuffer功能来实现。前者如从单线河功能来实现。前者如从单线河生成双线河或从街道中心线生成双线街道生成双线河或从街道中心线生成双线街道等；后者如根据污染源求敏感区范围等。等；后者如根据污染源求敏感区范围等。城城市的噪音污染源所影响的一定空间范围、市的噪音污染源所影响的一定空间范围、交通线两侧所划定的绿化带交通线两侧所划定的绿化带 BUFFERBUFFER可以以多边形、线、点或结点为输可以以多边形、线、点或结点为输入数据生成缓冲区，这个