第五章空间分析的原理与方法
第一节空间分析概述
一．空间分析含义
GIS的空间分析是以地理事物的空间位置和形态特征为基础，以空间数据运算、空间数据与属性数据的综合运算为特征，提取与产生新的空间信息的技术和过程。
空间分析目的是通过对空间数据的分析处理，获取地理对象的空间位置、空间分布、空间形态、空间演变等新信息。
二、空间分析的主要内容
由于GIS空间数据库中存储了包含空间特征的空间信息及同应用相关的专题信息，因此GIS中的空间分析包含:
空间数据的空间特征分析
空间数据的非空间特征分析
空间特征和非空间特征的联合分析。
第二节空间叠置分析
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。
一、基于矢量数据的叠置分析
基于矢量数据的叠置分析是参与分析的两个图层的要素均为矢量数据。
点面叠置分析
线面叠置分析
面面叠置分析
二、基于栅格数据的叠置分析
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。
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
第三节空间缓冲区分析
1、缓冲区分析是指根据分析对象的点、线、面实体，自动建立其周围一定距离的带状区，用以识别这些实体或者主体对邻近对象的辐射范围或者影响程度，是解决临近度问题的空间分析工具之一。
2、缓冲区主要的类型
（1）基于点要素的缓冲区：通常以点为圆心、以一定距离为半径的圆
（2）基于线要素的缓冲区：通常是以线为中心轴线，距中心轴线一定距离的平行条带多形。
（3）基于面要素的缓冲区：向外或向内扩展一定距离以生成新的多边形。
3、缓冲区分析的三要素
①主体：表示分析的主要目标，一般分为点源、线源和面源三种类。
②邻近对象：表示受主体影响的客体，例如行政界线变更时所涉及的居民区、森林遭砍伐时
所影响的水土流失范围等。
③对象的作用条件：表示主体对邻近对象施加作用的影响条件或影响强度。
4、空间缓冲区分析过程
(1)建立缓冲区
以图形元素为基础，拓宽或紧缩一定宽度而形成的区域。
这个宽度通常是等距的，也可以是不等距的缓冲区。
(2)缓冲区分析
根据建立的缓冲区，对缓冲区内的空间信息形态、特征、分布作进一步分析。
第四节空间网络分析
一、概念
1、网络是一个由点、线二元关系构成的系统，通常用来描述某种资源或物质在空间上的运动。
2、网络分析
其基本思想在于人类活动总是趋向于按一定目标选择达到最佳效果的空间位置。
也就是说：网络分析的根本目的是研究、筹划一项网络工程如何安排，并使其运行效果最好。
3、网络分析理论基础
网络图论是空间网络分析的理论基础，它是用图的形式来模拟任何一个能用二元关系来
描述的系统。
二、空间网络中的基本类型和构成
1、地理空间的网络类型
在地理空间中，由于面向网络的地理目标具有不同的形态，因此构成的空间网络也有着
不同的类型。
根据空间网络的拓扑学分类，一般可分为：
2、网络中的基本组成部分和属性
①链(1ink)
②障碍(barrier)
③拐角点(turn)
④中心(center)
⑤站点(stop)
第五节数字地形模型分析
概念：数字地面（地形）模型（DTM ，Digital Terrain Model ）是通过地表点集的空间坐标及其属性数据表示表面特征的地学模型。
是带有空间位置特征和地面属性特征的数字描述。
DTM中属性为高程的要素叫数字高程模型（DEM Digital Elevation Model ）。
DEM的数据采集与表示
DEM的数据源与采集方法
以航空或航天遥感图像为数据源；
以地形图为数据源
以地面实测记录为数据源
DEM的表示方法
数学分块曲面表示法
规则格网表示法
不规则三角网(TIN)表示法
DEM数据的表示
高程矩阵（规则矩形格网）
表示方法：将区域划分成网格，记录每个网格的高程；
优点：计算机处理以栅格为基础的矩阵很方便，使高程矩阵称为最常见的DEM；
缺点：在平坦地区出现大量数据冗余；若不改变格网大小，就不能适应不同的地形条件；在视线计算中过分依赖格网轴线。
不规则三角网(TIN)
表示方法：将区域划分为相邻的三角面网络，区域中任意点落在三角面顶点、线或三角形内，落在顶点其高程与顶点相同，落在线上则由两个顶点线性插值得到，落在三角形内则由三个顶点插值得到
生成方法：由不规则点、矩形格网或等高线转换而得到TIN允许在地形复杂地区收集较多的信息，而在简单的地区收集少量信息，避免数据冗余对于某些类型的运算比建立在数字等高线基础上的系统更有效，如坡度、坡向等
DEM模型在GIS中的应用
1）、由TIN获取任意点P的高程
2）、由TIN进行曲面拟合
由于在TIN中可以获取任意点高程,进行密集插值可获得拟合的地形曲面。
3）、剖面分析与绘制
a确定剖面线。
既可以人工输入，也可以利用鼠标实时确定。
b计算剖面线与所有网格的交点，并对交点进行插值处理，得到各交点高程。
c在新的剖面图中，按顺序绘制交点并连接。
d如果需要，可进行二次曲线插值，进行光滑处理。
4）、土石方计算
在DEM基础上进行土石方计算非常方便。
如果是规则网格模型，那么把三维空间实体转变为长方体集合就能方便进行计算。
如果是TIN模型，可通过插值达到规则网格模型的密集度。
当然会有一定的误差。
5）、坡度、坡向分析
在流域提取、泥石流分析和植物生长环境研究中都需要坡度与坡向分析。
用具有三维特征的DEM模型进行坡度和坡向分析是最佳方法。
6）、利用DEM绘制等高线图：利用DEM绘制等高线图，是以格网点高程数据或者将离散的高程数据由栅格追踪法原理转换为矢量等值线所产生的。
7）、利用DEM绘制地面晕渲图：晕渲图是以通过模拟实际地面本影与落影的方法有效反映地形起伏的重要的地图制图学方法。
在各种小比例尺地形图、地理图，以及各类有关专题地图上得到非常广泛的应用。
8、透视立体图的绘制：立体图是表现物体三维模型最直观形象的图形，它可以生动逼真地描述制图对象在平面和空间上分布的形态特征和构造关系。
9）、DEM水文分析：水文分析模型用于研究与地表水流有关的各种自然现象如洪水水位及泛滥情况，或者划定受污染源影响的地区，以及预测当改变某一地区的地貌时对整个地区将造成的后果等。
10）、基于DEM的可视性分析：可视性分析也称道视分析，它实质属于对地形进行最优化处理的范畴，比如设置雷达站、电视台的发射站、道路选择、航海导航等，在军事上如布设阵地(如炮兵阵地、电子对抗阵地)、设置观察哨所、铺架通信线路等。
可视性分析的基本因子有两个，一个是两点之间的通视性(Intervisibility)，另一个是可视域(ViewShed)，即对于给定的观察点所覆盖的区域。
1.DTM在形式上可以分为：规则格网（Grid）、不规则格网TIN、数字等高线。
2.空间叠合分析：是指在相同的空间坐标系统下，将同一地区不同的地理特征的空间和属性数据重叠相加，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。
3.空间邻近度分析：描述了地理空间中两个地物距离相近的程度，邻近度分析是空间分析的一种重要手段。
空间邻近度分析一般包括：空间缓冲区分析、泰森多边形分析两种方法。
4/网络分析（计算题，见笔记）——邻接矩阵、Dijkstra算法
数字地形模型（DTM）----用数字化的形式表达地形信息, DEM是各种地理科学分析、工程设计、辅助决策的重要基础性数据。
根据属性内容，DTM又可以分为：
数字高程模型
派生的地形模型，当属性为海拔高程数值的时候，则称为DEM
地形因子：包含地形的坡度、坡向、曲面面积以及谷脊特征与地形有关的信息。
通视分析可以分为视线通视分析和视域通视分析。
空间叠合分析：指在相同的空间坐标条件下，将同一地区两个不同地地理特征的空间和属性数据叠加，以产生空间区域的多重性特征，或建立地理对象之间的空间对应关系。
可分为基于适量数据的叠合分析和基于栅格数据的叠合分析。
见书上P163图（重要）
空间邻近度：描述了地理空间中两个距离相近的程度，是空间分析的重要手段。
空间缓冲区就是地理空间实体的一种影响范围或服务范围。
空间缓冲区分析是围绕空间的点、线、面实体，自动建立其周围一定宽度范围内的多边形。
空间缓冲区分析可以根据给定的多个缓冲区距离生成多个嵌套的缓冲区多边形，称为多重缓冲区。
多重缓冲区有利于空间分析中针对不同的距离采用不同的处理方法。
V oronoi多边形特征为：所有的V多边形都是凸多边形。