第五章地理信息系统-空间分析.pdf

物流信息管理

大连海事大学

第五章地理信息系统

空间分析

空间分析是对分析空间数据有关技术的统称。

根据作用的数据性质不同，可以分为：

Ø基于空间图形数据的分析运算；

Ø基于非空间属性的数据运算；

Ø空间和非空间数据的联合运算。

本章介绍GIS中实现空间分析的基本功能，包括

空间查询与量算，缓冲区分析、叠加分析、路

径分析、空间插值、统计分类分析等。

1.空间查询与量算

查询和定位空间对象，并对空间对象进行量算是

地理信息系统的基本功能之一，它是地理信息系

统进行高层次分析的基础。在地理信息系统中，

为进行高层次分析，往往需要查询定位空间对象，

并用一些简单的量测值对地理分布或现象进行描

述，如长度，面积，距离，形状等。实际上，空

间分析首先始于空间查询和量算，它是空间分析

的定量基础。

1.空间查询与量算

1.1空间查询

图形与属性互查是最常用的查询，主要有两类：

Ø按属性信息的要求来查询定位空间位置，称

为“属性查图形”。

Ø根据对象的空间位置查询有关属性信息，称

为“图形查属性”。

该查询通常分为两步：

①首先借助空间索引，在地理信息系统数据库

中快速检索出被选空间实体

②根据空间实体与属性的连接关系即可得到所

查询空间实体的属性列表。

1.空间查询与量算

1.1空间查询

在大多数GIS中，提供的空间查询方式有：

Ø基于空间关系查询

Ø基于空间关系和属性特征查询

Ø地址匹配查询

1.空间查询与量算

1.1空间查询

(一)基于空间关系查询

空间实体间存在着多种空间关系，包括拓扑、顺

序、距离、方位等关系。通过空间关系查询和

位空间实体是地理信息系统不同于一般数据库系

统的功能之一。如查询满足下列条件的城市：

Ø在京沪线的东部

Ø距离京沪线不超过50公里

Ø城市人口大于100万

Ø城市选择区域是特定的多边形；

1.空间查询与量算

1.1空间查询

Ø简单的面、线、点相互关系的查询包括：

Ø面面查询，如与某个多边形相邻的多边形有哪些。

Ø面线查询，如某个多边形的边界有哪些线。

Ø面点查询，如某个多边形内有哪些点状地物。

Ø线面查询，如某条线经过（穿过）的多边形有哪些，某

条链的左、右多边形是哪些。

Ø线线查询，如与某条河流相连的支流有哪些，某条道路

跨过哪些河流。

Ø线点查询，如某条道路上有哪些桥梁，某条输电线上有

哪些变电站。

Ø点面查询，如某个点落在哪个多边形内。

Ø点线查询，如某个结点由哪些线相交而成。

1.空间查询与量算

1.1空间查询

(二)基于空间关系和属性特征查询

传统的关系数据库的标准SQL并不能处理空间

查询，这是由于关系数据库技术的弱点造成的，

对于GIS而言，需要对SQL进行扩展。对于传

统的SQL，要实现空间操作，需要将SQL命令

嵌入一种编程语言中，如C语言；而新的SQL

允许用户定义自己的操作，并嵌入到SQL命令

中

1.空间查询与量算

1.1空间查询

(三)地址匹配查询

根据街道的地址来查询事物的空间位置和属性

信息是地理信息系统特有的一种查询功能，这

种查询利用地理编码，输入街道的门牌号码，

就可知道大致的位置和所在的街区。它对空间

分布的社会、经济调查和统计很有帮助，只要

在调查表中添了地址，地理信息系统可以自动

地从空间位置的角度来统计分析各种经济社会

调查资料。另外这种查询也经常用于公用事业

管理，事故分析等方面，如邮政、通讯、供水、

供电、治安、消防、医疗等领域。

1.空间查询与量算

1.2空间量算

(一)几何量算

几何量算对不同的点、线、面地物有不同的含

义：

Ø点状地物（0维）：坐标；

Ø线状地物（1维）：长度，曲率，方向；

Ø面状地物（2维）：面积，周长，形状，曲率

等；

Ø体状地物（3维）：体积，表面积等。

一般的GIS软件都具有对点、线、面状地物的几

何量算功能，或者是针对矢量数据结构，或者

是针对栅格数据结构的空间数据

1.空间查询与量算

1.2空间量算

p线的长度计算

p面状地物的面积

1.空间查询与量算

1.2空间量算

(二)形状量算

面状地物形状量测的两个基本考虑：

Ø空间一致性问题，即有孔多边形和破碎多边形的处理；

Ø多边形边界特征描述问题。

度量空间一致性最常用的指标是欧拉函数，用来计算多

边形的破碎程度和孔的数目。欧拉函数的结果是一个数，

称为欧拉数。欧拉函数的计算公式为：

欧拉数=（孔数）-（碎片数-