[GIS原理] 8 GIS基本空间分析-叠置分析|缓冲区分析|窗口分析

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【空间分析】

1. 是从空间数据中获取有关地理对象的空间位置、分布、形态、形成和演变等信息的分析技术
2. 是地理信息系统的核心功能之一
3. 是地理信息系统区别于一般管理信息系统的主要功能特征

【GIS基本空间分析】

1. 是在空间分析的研究和实践中，总结、提炼出来的在应用领域具有一定普遍意义的、涉及空间位置的、具有一定的通用性质分析手段和方法。
2. 是进一步掌握复杂空间分析方法的重要基础

【分类】统计分析、DEM分析、路径分析、叠置分析、缓冲区分析、网络分析

1 叠置分析(overlay processing)

又名，【复合分析】或者【叠加分析】

1.1 问题背景

【地学多因子分析的需要】

1. 把问题分解开
   地理对象的本质是整体的，但是，为了研究工作的需要，经常将其分解为多因子分别研究（如自然地理要素分解为地质、地貌、水文、气象、生物、土壤等）
2. 【多因子】综合考虑
   在研究实际问题的时候，又需要将它们综合为一个具体目标的整体范畴。即：从多因子地学问题到综合地学问题
   这是地学分析的基本方法，也是亟待解决的技术难题

这个结合多因子的，综合考虑的过程，就叫做【叠置、复合、叠加、overlay】

1.2 传统的叠置分析–透图法

【透图法】

1. 将一个因子的一幅图，放在桌子上
2. 将另一个因子的一幅图，盖在上面
3. 再在上面放一张白纸
4. 在桌子下面开灯
5. 在白纸上将符合的图版临摹出

【存在的问题】

1. 对超多层面的复合难以实现
2. 对超多图斑的复合分析难以实现
3. 对复杂分析模型复合分析难以实现

1.3 叠置分析

【叠置分析】

1. 是将有关主题层组成的各个数据层面进行叠置产生一个新的数据层面
2. 提取空间隐含信息的方法之一，是指将不同幅或不同数据层的数据叠置在一起，在叠置地图的相应位置上产生新的属性的分析方法。其中，被叠加的要素层面必须是基于相同坐标系统的、基准面相同的、同一区域的数据

【作用】

1. 其结果综合了原来两个或多个层面要素所具有的属性，同时叠置分析不仅生成了新的空间关系，而且还将输入的多个数据层的属性联系起来产生了新的属性关系

【条件】

1. 参加叠置分析的不同数据层面所对应的地面范围必须是一致的
2. 参与叠置分析的多层面分析数据必须有效匹配
3. 叠置分析的分析模型与分析数据必须有效匹配
4. 需了解叠置分析产生的误差与不确定性特征，并有相应的解决方案

1.3.1 矢量数据的叠加分析

类型	说明	作用
点与多边形叠置	指一个点图层与一个多边形图层相叠	将一个图层的属性信息注入到另一个图层中，更新得到新的数据图层
线与多边形	线与多边形叠加	通常将多边形的属性注入另一个图层中，然后更新得到数据图层
多边形叠置	两个或多个多边形图层进行叠加	新图层的多边形是原来各图层多边形相交分割的结果，每个多边形的属性含有原图各个多边形的所有属性数据

点+多边形叠置

【定义】

1. 指一个点图层与一个多边形图层相叠
2. 叠置分析的【结果】：往往是将其中一个图层的属性信息注入到另一个图层中，然后更新得到的数据图层；基于新数据图层，通过属性直接获得点与多边形叠加所需要的信息

【过程】

1. 计算 【多边形对点的包含关系】
   矢量结构的GIS能够通过计算每个点相对于多边形线段的位置，进行点是否在一个多边形中的空间关系判断
2. 进行属性信息处理
   • 方法一：将多边形属性信息叠加到其中的点上
     
   • 方法二：点的属性叠加到多边形上，用于标识该多边形

【作用】可以查询每个多边形里有多少个点，以及落入各多边形内部的点的属性信息

线+多边形叠置

【与点+多边形叠置相比】

1. 类似：用线图层叠置在多边形图层上，确定一条线落在哪个多边形内
2. 不同的是：线具有长度，可能被多边形分割

多边形+多边形叠置

【定义】是将两个或多个多边形叠加，产生一个新的多边形

【类型】

【问题】产生了不确定的碎屑多边形

1. 不确定性，是一种误差–>和我们预想的不一样
2. 要经过处理才能符合我们的目标–>矢量数据叠置分析的难题
3. 而且这种情况是很常见的：每个人矢量化的边界不同
   

【问题改善】在做这项工作之前做顶层设计–>如果是遇到公共的边界–>要一家先数字化–>后面的人以第一家的基准来数字化–>才能适当的解决这个问题

1.3.2 栅格数据的叠加分析

【栅格数据的叠加分析】

1. 与多边形叠置分析一样，是求两组或两组以上空间图形的交集
2. 但是多边形叠置分析得到的是合成多边形，而栅格叠置分析得到的是合成数据串
3. 这些合成的数据文件是进一步进行空间聚类或聚合的依据

【作用】

1. 类型叠置：获取新的类型。如土壤图和植被图叠置，以分析土壤与植被的关系
2. 数量统计：计算某一区域内的类型和面积
3. 动态分析：分析由时间引起的变化
4. 益本分析：计算成本、价值等
5. 几何提取：通过与所需提取的范围的叠置运算，快速地进行范围内的信息提取

空间逻辑运算

【空间逻辑运算】根据属性数据的布尔逻辑来检索，即一个逻辑选择的过程。

【类型】

【例子】

数学运算复合法

【数学运算复合法】指不同层面的栅格数据按一定的数学法则进行运算，从而得到新的栅格数据层面的方法。

【主要类型】

1. 算术运算
2. 函数运算

2 缓冲区分析(buffer analysis)

【缓冲区】空间实体的一种影响范围或服务范围
【缓冲区分析】基本思想就是给定一个空间实体或集合，确定它们的邻域，邻域的大小由领域半径R来确定

【分析流程】

【类型】

1. 可变缓冲区
2. 多级缓冲区

3 窗口分析

【背景】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，还表现在空间上存在着一定的关联性

【对于栅格数据而言】

1. 对于栅格数据所描述的某项地学要素，其中的(i，j)栅格往往会影响其周围栅格的属性特征
2. 充分而有效地利用这种事物在空间上相联系的特点，是地学分析的必然考虑因素

【窗口分析】

1. 是指对于栅格数据系统中的一个、多个栅格点或全部数据
2. 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

3.1 三个要素

3.1.1 中心点

在单个窗口中的中心点可能就是一个栅格点，或者是分析窗口的最中间的栅格点，窗口分析运算后数值赋予给它

3.1.2 分析窗口大小与类型

依据的单个窗口中的栅格分布状况，如平滑运算的3×3矩形窗口，扇形窗口等。

【窗口大小】

【窗口类型】

3.1.3 运算方式

图层根据窗口分析类型运算，依据不同的运算方式获得新的图层，如DEM提取坡度、坡向运算。

3.2 例子