空間分析導(dǎo)論空間分析根底1.空間數(shù)據(jù)2.空間分析過(guò)程3.常用空間分析什么是空間數(shù)據(jù)？空間數(shù)據(jù)〔也稱地理數(shù)據(jù)〕是地理信息系統(tǒng)的一個(gè)主要組成局部。空間數(shù)據(jù)是指以地球外表空間位置為參照的自然、社會(huì)和人文經(jīng)濟(jì)景觀數(shù)據(jù)，可以是圖形、圖像、文字、表格和數(shù)字等。它是GIS所表達(dá)的現(xiàn)實(shí)世界經(jīng)過(guò)模型抽象后的內(nèi)容，一般通過(guò)掃描儀、鍵盤、光盤或其它通訊系統(tǒng)輸入GIS。空間數(shù)據(jù)對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的幾何抽象面點(diǎn)線體(X,Y)(X2,Y2)(X3,Y3)(X4,Y4)(X5,Y5)線—Line點(diǎn)—Point(X5,Y5)(X,Y)(X2,Y2)(X4,Y4)(X3,Y3)面—Polygon(X,Y)空間數(shù)據(jù)的表示GIS數(shù)據(jù)的兩種表示方法柵格表達(dá)矢量表達(dá)現(xiàn)實(shí)世界矢量數(shù)據(jù)是地理要素的一種概念模型，在矢量模型下，地理要素被表現(xiàn)為點(diǎn)、線、面等幾何形式，在ArcGIS中我們稱之為要素類。ArcGIS支持多種矢量數(shù)據(jù)格式，可以用以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)、線、面要素的存儲(chǔ)。這些格式包括：Shap文件Coverages地理數(shù)據(jù)庫(kù)：GeodatabasesCAD文件Event事件數(shù)據(jù)表不規(guī)那么三角網(wǎng)絡(luò)(TINs)矢量數(shù)據(jù)幾種常見(jiàn)的拓?fù)潢P(guān)系點(diǎn)要素：Id,x,y.線要素：弧段/節(jié)點(diǎn)(Fnode,Tnode)列表弧段坐標(biāo)多邊形：多邊形/弧段列表左/右多邊形列表在矢量存儲(chǔ)中表達(dá)拓?fù)潢P(guān)系在矢量存儲(chǔ)中表達(dá)拓?fù)潢P(guān)系在矢量存儲(chǔ)中表達(dá)拓?fù)潢P(guān)系柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)又稱為網(wǎng)格數(shù)據(jù)是指將地球外表劃分為大小均勻緊密相鄰的網(wǎng)格陣列，每個(gè)網(wǎng)格作為一個(gè)像元或像素，有行列號(hào)定義，并包含一個(gè)代碼，表示該像素的屬性值柵格數(shù)據(jù)集是使用大小一致的柵格單元來(lái)表示現(xiàn)實(shí)世界中的要素的，每個(gè)柵格單元可以通過(guò)行－列〔r,c〕坐標(biāo)定位。柵格數(shù)據(jù)在定義格格單元的大小時(shí)，我們需要平衡信息的精確性和數(shù)據(jù)量之間的矛盾。柵格單元代表的尺度越小，表達(dá)的信息就越精確。柵格單元代表的尺度越大，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)所需要的空間就更少，同時(shí)，表達(dá)的信息也就不精確。柵格數(shù)據(jù)柵格數(shù)據(jù)的類型ImagesGridsPondLakeRiverPondLakeRiver110111111112222221100000000000000000000000000000000000000000000000000000Reality-HydrographyRealityoverlaidwithagridResultingraster0=NoWaterFeature1=WaterBody2=River柵格數(shù)據(jù)的表達(dá)真實(shí)世界GridPointLineAreaValue=0=1=2=3RowColumnTrianglesHexagonsRASTER矢量和柵格的轉(zhuǎn)換比較簡(jiǎn)單，只需要根據(jù)點(diǎn)或線的某個(gè)屬性對(duì)相應(yīng)柵格點(diǎn)進(jìn)行賦值即可Event數(shù)據(jù)表點(diǎn)事件數(shù)據(jù)表〔XY數(shù)據(jù)表〕：包含有特別的字段來(lái)存儲(chǔ)坐標(biāo)信息，這種坐標(biāo)是經(jīng)緯度的地理坐標(biāo)或是某種投影坐標(biāo)。這類數(shù)據(jù)是通過(guò)測(cè)量方式獲取的。比方，普通的GPS接收機(jī)接收到的數(shù)據(jù)都可以導(dǎo)出為帶分隔符的文本文件，其中就包含有GPS航點(diǎn)的坐標(biāo)信息?？梢詫⑦@些數(shù)據(jù)導(dǎo)入為INFO、dBASE或Geodatabase屬性表的格式，然后根據(jù)其中的坐標(biāo)信息生成點(diǎn)要素類TIN(TriangulatedIrregularNetwork)在TIN數(shù)據(jù)模型中，將具有〔X,Y,Z〕坐標(biāo)值且在空間分布上不規(guī)那么的點(diǎn)連接成三角形，這些相鄰的三角形形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)用以表示現(xiàn)實(shí)世界中的某些特征。盡管TIN也是一種矢量數(shù)據(jù)格式，但由于它不能表達(dá)單個(gè)要素所以是特殊的矢量格式。TIN用于表示一個(gè)外表，或者說(shuō)是連續(xù)的數(shù)據(jù)，而不能表示離散的數(shù)據(jù)TIN可以表示連續(xù)的外表，比方地形的不規(guī)那么三角網(wǎng).。放大顯示外表時(shí)，可以看到這是由多個(gè)相鄰的三角形網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的。影像:Images柵格數(shù)據(jù)有兩種：一種是由單一的層構(gòu)成的稱為柵格，另一種是由多層復(fù)合而成的稱為影像〔比方，多波段的衛(wèi)星照片〕二值〔黑，白〕影像數(shù)據(jù)是典型的柵格數(shù)據(jù)。而衛(wèi)星影像等數(shù)據(jù)包含了多個(gè)波段的信息，是分層存儲(chǔ)的，每個(gè)波段的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在一層中，每層中記錄了某一波段范圍內(nèi)電磁光譜的反射系數(shù)。通過(guò)給每一層賦不同的顏色〔R,G,B〕，可以生成合成影像，增強(qiáng)某方面的信息，以利于評(píng)價(jià)土地覆蓋、植被密度等因素。.對(duì)于具有地理參考信息的影像可以根據(jù)其空間坐標(biāo)信息組織成為一個(gè)集合。稱之為影像目錄。這樣，在邏輯上，可以得到一個(gè)由多個(gè)文件組成的單一的影像。在GIS中影像數(shù)據(jù)可以有多種用途，比方，航空照片、衛(wèi)星影像、地圖掃描數(shù)據(jù)，在建立地理參考信息后，可以提供地球外表的空間位置信息。.影像數(shù)據(jù)，諸如，航空照片、掃描的地圖，在進(jìn)行地理配準(zhǔn)后可以作為地圖中的一層.并非所有的柵格數(shù)據(jù)集都具有地理參考信息。對(duì)于這些數(shù)據(jù)，可以將其用作地理空間要素的一個(gè)屬性，比方，我們?cè)诓樵兡硞€(gè)消防栓是，可以查詢這個(gè)消防栓的圖片柵格:Grids除了影像外，ArcGIS還支持一種稱為GRID的柵格數(shù)據(jù)格式。有兩種類型的柵格數(shù)據(jù)：連續(xù)數(shù)據(jù)和離散數(shù)據(jù)。這兩種數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)是相同的，都是由一定大小的柵格單元組成的矩陣表示。不同之處在于，連續(xù)柵格數(shù)據(jù)中柵格單元的值可以是浮點(diǎn)數(shù)，柵格單元的值域是一個(gè)連接變化的區(qū)間;而離散柵格數(shù)據(jù)中，柵格單元的值是整型數(shù)，值域區(qū)間是離散的有限區(qū)間。連續(xù)柵格通常用于表示可度量和具有一定數(shù)量的數(shù)據(jù)，普通的例子比方：高程、降雨量等。連續(xù)柵格，比方上圖顯示的高程?hào)鸥瘢ǔ１硎揪哂卸攘康臄?shù)據(jù)。連續(xù)柵格數(shù)據(jù)沒(méi)有與之關(guān)聯(lián)的屬性表離散柵格通常表示分類或描述性的數(shù)據(jù)。經(jīng)典的例子如：分區(qū)數(shù)據(jù)，土地利用，植被等，在這些數(shù)據(jù)中，柵格單元的值表示的不是要素的度量和數(shù)量，而是描述性的信息，比方：“居民地”、“商業(yè)用地”等。在ArcGISGrid離散柵格模型中有缺省的屬性表，存儲(chǔ)在后綴為.VAT的文件中。比方，土地利用柵格中，Landuse.VAT記錄了每個(gè)柵格單元的地類編碼和同一類型的柵格單元的數(shù)目。DEM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)高程數(shù)據(jù)的柵格稱為DigitalElevationModel(DEM).每個(gè)像元只有一個(gè)高程值.通過(guò)DEM可以計(jì)算地表的坡度、坡向等信息空間分析過(guò)程空間分析空間分析是基于地理對(duì)象的位置和形態(tài)的空間數(shù)據(jù)的分析技術(shù)，其目的在于提取空間信息或者從現(xiàn)有的數(shù)據(jù)派生出新的數(shù)據(jù)，是將空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔⒌倪^(guò)程。空間分析是地理信息系統(tǒng)的主要特征?？臻g分析能力〔特別是對(duì)空間隱含信息的提取和傳輸能力〕是地理信息系統(tǒng)區(qū)別與一般信息系統(tǒng)的主要方面，也是評(píng)價(jià)一個(gè)地理信息系統(tǒng)的主要指標(biāo)。空間分析賴以進(jìn)行的根底是地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)。空間分析運(yùn)用的手段包括各種幾何的邏輯運(yùn)算、數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析，代數(shù)運(yùn)算等數(shù)學(xué)手段。空間分析步驟根據(jù)要進(jìn)行的空間分析類型的不同，空間分析的步驟會(huì)有所不同。通常，所有的空間分析都涉及以下的根本步驟，具體在某個(gè)分析中，可以作相應(yīng)的變化?？臻g分析的根本步驟:1. 確定問(wèn)題并建立分析的目標(biāo)和要滿足的條件2. 針對(duì)空間問(wèn)題選擇適宜的分析工具3. 準(zhǔn)備空間操作中要用到的數(shù)據(jù)。4. 定制一個(gè)分析方案然后執(zhí)行分析操作。5. 顯示并評(píng)價(jià)分析結(jié)果確定問(wèn)題要完成空間分析的第一步就是要明確地定義需要解決的是什么問(wèn)題。要確定分析方案和明確分析的目標(biāo)是什么。需要記住空間分析方案不能完全解決實(shí)際問(wèn)題。定制分析方案的目的是利用數(shù)據(jù)及其派生數(shù)據(jù)等得到分析結(jié)果。然后，人們可得到新的信息并進(jìn)行決策。正確定義問(wèn)題并不總是一個(gè)簡(jiǎn)單的工作，需要綜合考慮各種因素。在確定問(wèn)題后，可以進(jìn)一步確定解決問(wèn)題的條件。比方，在公園選址的問(wèn)題中，公園的位置必須要符合一定的條件。在高速公路的線路規(guī)劃問(wèn)題中，要符合的條件及使用的分析工具又有所不同。選擇適宜的分析工具在空間分析中，選擇適宜的工具是關(guān)鍵的。到這個(gè)階段你應(yīng)該對(duì)ArcGIS中的分析工具有一定的理解，以便能很好的使用這些工具來(lái)解決問(wèn)題。解決問(wèn)題的關(guān)鍵是：“大處入眼，小處著手”。認(rèn)真全面地分析整個(gè)問(wèn)題，然后將一個(gè)大問(wèn)題逐級(jí)分解成一個(gè)個(gè)的子問(wèn)題，直到這些子問(wèn)題可以使用單獨(dú)的GIS分析工具來(lái)解決。準(zhǔn)備空間數(shù)據(jù)一旦空間分析的范疇〔問(wèn)題及條件〕確定后，下一步將要考慮要得到分析結(jié)果需要什么樣的數(shù)據(jù)。定義問(wèn)題時(shí)，需要滿足的條件通常已經(jīng)給出了需要什么樣的數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)應(yīng)該有那些屬性。比方，你需要擴(kuò)寬街道路面以滿足增加車道的需要，你就要提供街道中心線〔隔離欄〕數(shù)據(jù)、地籍?dāng)?shù)據(jù)。街道圖層的屬性要包括每條街道的名稱，地籍圖層的屬性要包括：面積、權(quán)屬，當(dāng)然最好還有土地所有人的聯(lián)系信息〔可存儲(chǔ)在另外的數(shù)據(jù)表中〕。你同樣需要考慮是否需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的預(yù)處理，比方：進(jìn)行坐標(biāo)系統(tǒng)的變換，在進(jìn)行分析之前這些都是必須要考慮的。通常，你可能要將數(shù)據(jù)從一種格式轉(zhuǎn)換成適宜的數(shù)據(jù)格式以適應(yīng)空間分析的需要，這樣進(jìn)行空間分析時(shí)就比較方便。定制分析方案制定空間分析方案的最好方法是圖示的方式進(jìn)行表示。創(chuàng)立工作流程圖以確定和方案解決空間問(wèn)題的必須步驟，提供全局部析過(guò)程的工作藍(lán)圖。以這種方式進(jìn)行表示，可以方便地檢查邏輯是否正確，工具、數(shù)據(jù)及希望的結(jié)果。在開始的時(shí)候花一點(diǎn)時(shí)間設(shè)計(jì)工作流程圖，可以使稍后的分析步驟更快進(jìn)行及減少出錯(cuò)的機(jī)率。在繪制工作流程圖時(shí)，用到的各種圖框和符號(hào)要保持一致，這樣你的流程圖會(huì)具有好的可讀性，同時(shí)也能減少發(fā)生錯(cuò)誤的時(shí)機(jī)。顯示分析及評(píng)價(jià)結(jié)果最終結(jié)果的顯示方式在很大程度上會(huì)影響使用者對(duì)信息的理解。如果不能將最終結(jié)果以可理解的方式展示給需要它的人，那么使用的分析方法及處理過(guò)程就可能是不合要求的。比方，你的任務(wù)是預(yù)測(cè)地震災(zāi)害在不同區(qū)域的損失情況。在分析方案中，你使用了大量的為學(xué)術(shù)界所熟知但對(duì)公眾而言是鮮為人知的地理統(tǒng)計(jì)方法。為了展示你的分析結(jié)果，你生成詳細(xì)的報(bào)告及一系列的地圖以顯示分析過(guò)程中涉及到的地質(zhì)因子、建筑物因子及它們是如何最終確定了某一地區(qū)的災(zāi)害等級(jí)的。你的報(bào)告及地圖對(duì)科學(xué)家和政府官員來(lái)說(shuō)是非常有用的，他們要依賴你的分析結(jié)果以制定突發(fā)事件應(yīng)對(duì)措施，這個(gè)報(bào)告的內(nèi)容與提供給普通公眾的報(bào)告應(yīng)該不同。對(duì)普通公眾而言，只需要制作簡(jiǎn)單的報(bào)告和一幅地圖標(biāo)明如果地震發(fā)生后存在潛在危險(xiǎn)的區(qū)域及其危險(xiǎn)的等級(jí)。實(shí)例分析:1道路拓寬改建過(guò)程中的拆遷指標(biāo)計(jì)算目前，隨著天津市的不斷開展，交通狀況也越來(lái)越擁擠，為此，規(guī)劃部門需要擴(kuò)寬街道路面。在開展這項(xiàng)工程之前，需要提交一個(gè)影響評(píng)估報(bào)告給市政府相關(guān)機(jī)構(gòu)，報(bào)告中還要陳述由于路面的擴(kuò)展，沿街的哪些地塊需要被征用。因此需要計(jì)算由于道路拓寬而需要拆遷的建筑物的建筑面積和房產(chǎn)價(jià)值，道路拓寬改建的標(biāo)準(zhǔn)是：〔1〕道路從原來(lái)的20m拓寬至60m；〔2〕局部位于拆遷去內(nèi)的10層以上的建筑不撤除實(shí)例分析:定義問(wèn)題明確分析目的和標(biāo)準(zhǔn)：目標(biāo)：計(jì)算由于道路拓寬而需要拆遷的建筑物的建筑面積和房產(chǎn)價(jià)值，道路拓寬改建的標(biāo)準(zhǔn)是：〔1〕道路從原來(lái)的20m拓寬至60m；〔2〕局部位于拆遷去內(nèi)的10層以上的建筑不撤除；實(shí)例分析:定義問(wèn)題哪條街道要擴(kuò)寬？路面寬度要擴(kuò)到多少米，還包括必要的縮進(jìn)的局部。每個(gè)地塊受到影響的局部有多少?你已經(jīng)將問(wèn)題分解成三個(gè)子問(wèn)題，下一步是選擇什么樣的分析工具來(lái)求解這三個(gè)子問(wèn)題實(shí)例分析:了解工具在ArcMap中，使用“通過(guò)屬性選擇”工具得到一個(gè)街道圖層的子集從街道圖層中選擇需要擴(kuò)寬的街道，生成一個(gè)子集2. 使用“緩沖區(qū)向?qū)А惫ぞ?，根?jù)縮進(jìn)的長(zhǎng)度確定街道寬度，沿街道中心線生成緩沖區(qū)根據(jù)新的路面寬度，沿街道中心線生成緩沖區(qū)3. 執(zhí)行緩沖區(qū)圖層與地籍圖層的“圖層相交”操作。將受到影響的地塊分割成兩局部：緩沖區(qū)內(nèi)的局部和緩沖區(qū)外的局部。圖層相交操作后得到一個(gè)新圖層，是由位于緩沖區(qū)內(nèi)的地塊組成的。4. 查看“圖層相交”操作得到的新圖層的屬性表，可以了解位于緩沖區(qū)內(nèi)的地塊〔即將被征用的土地〕的屬性信息。新圖層的屬性表中已包括了被影響的地塊確實(shí)切面積及所有權(quán)人信息及土地出讓估價(jià)這張圖表是基于城市街道路面擴(kuò)寬的實(shí)例的，在其中顯示了數(shù)據(jù)及工具〔過(guò)程〕的關(guān)系和處理流程城市街道路面擴(kuò)寬的實(shí)例，我們已經(jīng)提到屢次了，但這只不過(guò)是相當(dāng)簡(jiǎn)單的一個(gè)空間問(wèn)題。大多數(shù)空間問(wèn)題并不太容易建模的，需要經(jīng)過(guò)反復(fù)思考才能將其轉(zhuǎn)換為空間分析可處理的問(wèn)題，然后分解成子問(wèn)題，找到對(duì)應(yīng)的分析工具，從而得到最終分析結(jié)果。在用GIS進(jìn)行空間分析時(shí)，首先不要顧慮問(wèn)題的復(fù)雜性，設(shè)計(jì)一個(gè)完全的分析方案有助于確定問(wèn)題及將分析過(guò)按一定的邏輯關(guān)系組織起來(lái)，得到最終希望的結(jié)果。對(duì)分析方案言，需要注意的是你不太可能在第一次就能得到期望的結(jié)果，空間分析是一個(gè)不斷反復(fù)的過(guò)程，它經(jīng)常要對(duì)過(guò)不斷的反復(fù)才能為斷地優(yōu)化，從而更好地描述和解決實(shí)際問(wèn)題。實(shí)例分析:2輔助建設(shè)工程選址由于目前我們大學(xué)城附近有一家化工廠嚴(yán)重影響學(xué)校教學(xué)環(huán)境和周邊姚村及富村等居民小區(qū)的生活環(huán)境，因此為了改善環(huán)境質(zhì)量，我們對(duì)此需作出環(huán)境影響分析報(bào)告，并應(yīng)用GIS手段為政府決策管理部門建議拆遷此化工廠。目標(biāo)：為化工廠重新選址?！?〕地塊建設(shè)用地面積不小于10