GIS空间分析理论与方法第一章绪论1. 空间分析概念GIS空间分析是从一个或多个空间数据图层获取信息的过程。

空间分析是集空间数据分析和空间模拟于一体的技术，通过地理计算和空间表达挖掘潜在空间信息，以解决实际问题(刘湘南等,2008)。

2. 空间分析与GIS的关系空间分析是地理信息系统的核心和灵魂。

空间分析是地理信息系统的主要特征，是评价一个地理信息系统的主要指标之一。

3. 空间分析在GIS中的地位和作用空间分析是GIS的核心；空间分析是 GIS的核心功能；空间分析的理论性和技术性第二章GIS空间分析的基本理论1. 空间分析有哪些理论？空间关系理论；地理空间认知理论；地理空间推论理论；空间数据的不确定性分析理论2. 简述空间关系的类型及各类型的特点？GIS空间关系主要分为顺序关系、度量关系和拓扑关系三大类型。

顺序关系描述目标在空间中的某种排序，主要是目标间的方向关系，如前后左右、东西南北等。

度量关系是用某种度量空间中的度量来描述的目标间的关系，主要是指目标间的距离关系。

拓扑空间关系是指拓扑变换下的拓扑不变量，如空间目标的相邻和连通关系，以及表示线段流向的关系。

3. 简述拓扑空间关系的特点？拓扑空间关系是指拓扑变换下的拓扑不变量，如空间目标的相邻和连通关系，以及表示线段流向的关系。

拓扑变换：拓扑所研究的是几何图形的一些性质，它们在图形被弯曲、拉大、缩小或任意的变形下保持不变，只要在变形过程中不使原来不同的点重合为同一个点，又不产生新点。

拓扑变换的条件：在原来图形的点与变换了图形的点之间存在着一一对应的关系，并且邻近的点还是邻近的点。

拓扑关系表达的代表性模型：4元组模型、9元组模型、基于 Voronoi图的V91模型、RCC模型、空间代数模型4. 简述方向空间关系的类型和特点？方向关系是顺序关系中的最主要的关系。

方向关系的描述方式包括定量描述和定性描述两种。

一般方向关系的形式化描述：使用的是绝对方向关系参考。

九种方向关系：正东： restricted-east(pi,qi)三x(pi)>X(qi) Y(pi)=Y(qi)5. 简述距离关系的类型和计算方法？欧氏距离、切比雪夫距离、马氏距离、明氏距离P216. 简述空间关系描述模型的评价准则？一般从完备性、严密性、唯一性、通用性1•空间关系表达是否是形式化的、无歧义的2•表达的完备性3•表达的可靠性4•表达的唯一性5•表达的课推理性7. 简述时空空间关系的特点？地理实体之间的空间关系往往随着时间而变化，时间关系交织在一起就形成了多种时空关系。

时空关系模型是时间区间关系和空间区域关系的正交组合。

时间区间关系包括时间方向和时间拓扑关系，空间区域关系仅为空间拓扑关系。

第三章GIS空间分析的数据模型1. 简述空间数据的基本概念及其基本特性？空间数据指用来表示空间实体的位置、形状、大小及其分布特征诸多方面信息的数据，可以用来描述来自现实世界的目标，它具有定位、定性、时间、空间关系等特征。

基本特性：空间性、抽样性、概括性、多态性、多时空性2. 简述空间数据的抽象层次？任何数据模型，在由现实世界抽象到计算机存储模式的过程中，都将表现为不同的形式概念层->表达层->实现层3. 简述空间数据模型的基本概念及基本类型概念：是描述数据库的概念集合，是以一定方式组织起来的，有足够的抽象性和概括性，是对客观事物及其联系的描述。

这种描述包括数据内容的描述和各类实体数据之间联系的描述类型：概念数据模型、逻辑数据模型、物理数据模型4. 简述场模型的主要特征场模型的表达使用近似方法。

根据实际的精度需要，将需要存储的空间点数量，减少到计算机可以存储的范围内的过程。

且每一种场模型必须定义一种离散化规则，使那些未知区域所有点的空间变量数值，可以由已知点的数值进行估计。

特征：空间结构特性和属性域；连续的、可微的、离散的；各向同性和各向异性；空间自相关5. 简述要素模型的主要特征地理要素是通过地理实体定义的，地理实体是真实世界中不能再被细分为同一类现象的地理现象。

地理要素模型只对地理实体的属性（包括空间属性和地理属性）及关系感兴趣。

欧氏空间中的三类地物要素对象：点对象、线对象、多边形对象6. 简述常用的网络结构模型1•网络跟踪一一用于研究网络中资源和信息的流向2•路径选择一一3•资源分配一一反映现实世界网络中资源的供需关系模型4•地址编码与匹配5•选址和分区分析一一决定一个或多个服务设施的最优位置的过程6•空间相互作用和引力模型7. 简述时空数据模型的主要类型序列快照模型一一将一系列时间片段的快照保存起来，各个切片分别对应不同时刻的状态图层，反映地理现象的时空演化过程。

（NetCDF数据格式）基图修正模型一一基态修正模型按事先设定的时间间隔进行采样，它只存储某个时间数据状态（基态）和相对于基态的变化量空间时间立方体模型时空合成模型面向对象的时空数据模型8. 简述三维空间数据模型的主要类型基于面模型的构模——侧重于三维空间实体的表面表示，如地形表面、地质层面、构筑物及地下工程的轮廓与空间框架。

基于体模型的构模一一基于三维空间的体元分割和真三维实体表达，体元的属性可以独立描述和存储，可以进行三维空间操作和分析，但存储空间大，模型数据结构复杂，计算速度慢混合模型的构模方法一一综合面模型和体模型的优点，综合规则体元与非规则体元的优点，取长补短。

第四章栅格数据的空间分析方法1. 简述你对栅格数据的理解？2. 简述栅格数据的聚类、聚合分析方法，并举例说明？聚类分析：根据设定的聚类条件对原有数据进行有选择的信息提取而建立新的栅格数据的方法。

包括：单一层面的栅格数据聚类分析——根据设定的某种聚类条件对单一层面的栅格数据进行有选择的信息提取，从而建立新的栅格数据系统的方法。

多个层面的栅格数据聚类分析一一常常对多层面栅格数据构成的栅格数据集进行聚类分析，每个栅格图层代表某个专题。

栅格图层的每个栅格单元对应多个属性值。

聚合分析：指根据空间分辨率和分类表，进行数据类型的合并或转换以实现空间地域的兼并。

3. 简述栅格数据的信息复合分析方法，并举例说明？能够非常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。

信息复合模型包括两种类型：简单的视觉信息复合一一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关系，获得更为丰富的信息。

较复杂的叠加分类模型一一根据参加复合的数据平面各类别的空间关系重新划分空间区域，使每个空间区域内各空间点的属性组合一致。

4. 简述栅格数据的窗口分析方法，并举例说明？概念：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，并在该窗口内进行诸如极值、均值等一系列统计计算，或与其他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向扩展分析类型：矩形窗口、圆形窗口、环形窗口、扇形窗口统计分析的类型：最大值、最小值、均值、中值、范围、总和、方差、频数、众数等5. 简述栅格数据的量算方法？6. 简述栅格数据的空间分析工具？密度制图分析、距离制图分析、栅格插值分析、栅格数据的统计分析、重分类分析、表面分析第五章矢量数据的空间分析方法矢量数据的理解1.分别简述点状要素的缓冲区生成方法、线状要素的缓冲区生成方法和面状要素的缓冲区生成方法？点目标的缓冲：形成围绕点的半径为缓冲距的圆形缓冲区；直接绘圆法和圆弧步进拟合法线目标的缓冲：形成围绕线目标两侧距离不超过缓冲距的一系列长条形缓冲带；角平分线法和凸角圆弧法面要素缓冲：形成围绕多边形边界线内侧或外侧距离不超过缓冲距的面状区域；2. 简述网络分析的类型？网络分析是对地理网络、城市基础设施网络进行地理分析和模型化的过程，通过研究网络的状态及模拟和分析资源在网络上的流动和分配情况，解决网络结构及其资源等的优化问题。

类型：定向网络（效用网络）一一流向由源（source）至汇（sink）；网络中流动的资源自身不能决定流向（如：水流、电流）非定向网络（传输网络）一一流向不完全由系统控制；网络中流动的资源可以决定流向（如:交通系统）3. 简述传输网络分析和效用网络分析的区别？4. 简述效果网络分析的应用？5. 简述传输网络分析的应用？6. 简述追踪分析的作用及常见应用？第六章三维数据的空间分析方法DTM的概念、DTM的应用DTM是指描述地球表面形态多种信息空间分布的有序数值阵列。

DEM 的概念，DEM 的表示方法（GRID和TIN 优缺点）DEM是DTM的一个特例或者子集DEM是DTM中最基本的部分，是对地球表面地形地貌的一种离散的数学表达。

表示方法：数学方法、图形法规则格网Grid优点：1•结构简单、易于计算机处理，特别是栅格数据结构的地理信息系统2•可以很容易地计算等高线、坡度、坡向、山坡阴影和自动提取流域地形缺点：1•地形简单的地区存在大量冗余数据2•地形起伏差别大的地区无法适用3•对某些特殊计算（如视线计算）的格网轴线方向被夸大4•如栅格过于粗略，则不能精确表示地形的关键特征，如山峰、坑洼、山脊、山谷等不规则格网Tin 优点：1.可根据地形的复杂程度确定采样点的密度和位置，能充分表示地形特征点和线，减少了地形较平坦地区的数据冗余。

2•在显示速度及表示精度方面优于规则格网3.TIN是一种变精度表示方法：平坦地区数据点较少，地形起伏较大的地区数据点密度较大。

这种机制使得TIN数据可用较小的数据量实现较高的表达精度。

TIN方法的特点（与Grid相比）：1•从等高线数据中选取重要的点构成TIN，并生成规则格网，在两者数据量相同的情况下，TIN数据具有最小的中误差 RMS ;2•与数字正射影像（DOM）的叠加方面，基于TIN的地形图与影像的吻合程度比规则格网的地形图好；3•当采样数据点的数量减少时，规则格网模型的质量比 TIN模型降低的速度快，但随着采样点或数据密度的增加，两者的差别会越来越小。

4•从数据结构占用的数据量来看，在顶点个数相同的情况下，TIN的数据量要比规则格网的大（约3~10倍）。

三维可视化的基本流程三维空间查询的方式基于属性数据的三维查询；基于图形数据的三维查询；图形属性的混合三维查询；模糊三维查询等。

表面积计算方法1•三角形格网上的表面积计算一一将曲面片转换成平面片，通过计算平面片的面积来计算曲面片的面积。

2•正方形格网上表面积的计算------ 曲面拟合重积分法和分解为三角形的方法体积计算方法基本思想：以基底面积（三角形或正方形）乘以格网点曲面高度的均值，区域总体积是这些基本格网体积之和。

方法：1•基于三角形格网的体积计算方法2•基于正方形格网的体积计算方法掌握坡度坡向的概念及原理坡度：某点在曲面上的法线方向与垂直方向的夹角，是地面特定点高度变化比率的度量。