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信
息
系
统
第二节 空间数据的统计分析
第一节 空间查询与量算
第三节 空间分析
第五章 空间分析 (Spatial Analysis)
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系
统 ?空间查询的方式及方法
?空间分析的基础
?ArcView软件的空间分析
目的,掌握空间查询的方法；理解空间分析
的基础，以 ArcView软件为例，掌握空间分
析的步骤及其应用。
第五章 空间分析 (Spatial Analysis)
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统
空间分析
是指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。
分类
基于空间图形数据的分析运算
基于非空间属性的数据运算
空间和非空间数据的联合运算
（ 1）根据分析数据性质的不同
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统
分类 根据分析功能
空间
分析
空间几何分析
网络分析
空间统计分析
数字地形分析
………………
空间查询与量算
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统
是按一定的要求对地理信息系统所描述
的空间实体及其空间信息进行访问，从众多
的空间实体中挑选出满足用户要求的空间实
体及其相应的属性。
空间
查询
图形查询属性
属性查询图形
图形与属性混合查询
空间信息查询
§ 5.1 空间数据的查询与量算
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统
§ 5.1.1 几何参数的查询
1
MapInfo软件中 点目标 的几何参数查询
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系
统
MapInfo软件中 线目标 的几何参数查询
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统
Mapinfo软件中 面状目标 的几何参数查询
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统
§ 5.1.2 空间定位查询
是指给定一个点或一个几何图形，检索出 该
图形范围内 的空间对象以及相应的属性。这
种查询方式又称为图形查询属性的方式。
MapInfo软件中图形查属性的表达方式
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系
统
ArcView软件中图形查属性的表达方式
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系
统
§ 5.1.3 空间关系查询
·面面查询 如与某个多边形相邻的多边形有哪些
·面线查询 如某个多边形的边界有哪些线
·面点查询 如某个多边形内有哪些点状地物
·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
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统
·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。
·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。
·点面查询 如某个点落在哪个多边形内。
·点线查询 如某个结点由哪些线相交而成。
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统 城镇
查询城
镇是否
位于平
原区内
举例：点面查询
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统
(1)邻接查询
?从多边形与弧段关系的表中，检索出该多
边形关系的所有弧段
?从弧段关系的左右多边形的表中，检索出
这些弧段所关联的多边形
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统
从线状地物表中查找出组成线状地物 A的所
有弧段及关联的结点
从结点表中查找出与这些结点相关联的弧段
（线状目标）即为与 A关联的支流
线与线邻接查询的原理
与主河流 A相关联的支流
A
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统
(2) 包含关系查询
查询某一个面状所包含的某一类的空间对象
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统
(3) 穿越查询
长江所经过的县市
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(4) 落入查询
查询一个空间对象它落在哪个空间对
象之内。可采用空间运算，使用点在多边
形内，线在多边形内，或面在多边形内的
差别方法。
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统
(5) 缓冲区查询
缓冲区查询与后面介绍的缓冲区分析有
一点差别,缓冲区查询 不对原有图形进行切
割，只是根据用户需要给定一个点缓冲、线
缓冲或面缓冲的距离，从而形成一个缓冲区
的多边形，再根据多边形检索的原理，检索
出该缓冲区多边形内的空间地物。
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统
距黄河 150公里范围内的主要城市
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统
（ 6） 地址匹配查询
根据街道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，输入街道门牌
号码，就可知道大致的位置和所在的街区。
根据地类
号查询斑
块分布
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§ 5.1.4 SQL查询
（ 1） 查找 (Find)
查找（ Find）是最简单的由属性查询图
形的操作，它不需要构造复杂的 SQL命令，仅
要选择一个属性表，给定一个属性值。
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统
查询机耕道
ArcGIS
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统
MapInfo中查找的结果显示
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统
Select 需显示的属性项
From 属性表
Where 条件
or 条件
and 条件
标准 SQL查询语言
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MapInfo软件中 SQL输入标准对话框
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统
通过 SQL语言查询的结果
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扩展的 SQL查询
例如查询三峡地区长江流域人口大于 50
万的县或市, 扩展的 SQL空间查询语句为,
Select *
From 县或市
Where 县或市 ·人口 >50万
And Cross （河流 ·名称 =“长江, ）
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扩展 SQL空间查询结果
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统
查询灌溉水田的 OC 贮量变化
灌溉水田（ 11）在重分类值为 ‘ 1’
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统
(1)几何量算
点状地物（ 0维）：坐标；
线状地物 （ 1维 ）,长度, 曲率, 方向；
面状地物 （ 2维 ）,面积, 周长, 形状等；
体状地物 （ 3维 ）,体积, 表面积等 。
§ 5.1.5 空间量算 （了解）
几何量算对不同的点、线、面地物有不
同 的含义,
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系
统
1）线的长度计算
? ? ? ? ? ?? ?? ?
?
? ?
??? ???????
1
0 1
2
12
1
2
1
2
1
n
i
n
i
iiiiiii lZZYYXXL
在矢量数据结构下，线表示为点对坐标（ X，
Y）或（ X,Y,Z）的序列，在不考虑比例尺情
况下，线长度的计算公式为,
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统
2）面状地物的面积
? ? ? ? ?
?
?
?
?
?
???? ?
?
?
?? NN
N
i
iiii yxyxyxyxS 11
2
1
112
1
在矢量结构下，面状地物以其轮廓边界弧段
构成的多边形表示的。对于没有空洞的简单多边
形，假设有 N个顶点，其面积计算公式为,
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统
形状量算（ 周长 ）
（ 2）其它
质心量算
距离量算
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统
SHAPEFILE 文件
斑块面积、周长等的计算
右击，打
开数据库
举例
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统
点击
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统
右击字段名
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统
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统
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统
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统
斑块周长
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统
斑块
长度
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统
(1)面积
Dim dblArea as double
Dim pArea as IArea
Set pArea = [shape]
dblArea = pArea.area
(2)周长
Dim dbl Perimeter as double
Dim pCurve as ICurve
Set pCurve = [shape]
dblPerimeter = pCurve.Length
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统
§ 5.2 空间数据的统计分析
指对 GIS/LIS数据库中的专题数据进行统计分析
属性数据的集中特征
属性数据的离散特征 极差、离差、方差、标准差和变异系数
平均数、中数和众数
数学期望
最大可能
出现的数
频数和频率
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统
统计举例
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统
有
机
碳
含
量
统
计
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统
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统
趋势分析
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协方差云图
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统
半方差 /变异函数云图
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§ 5.3 空间分析
缓冲区分析
叠加分析 空间插值
路径分析
数字地面 /高程模型（在 DEM/DTM)
重 /再分类
……
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§ 5.3.1 再 /重分类
土地 /地理信息系统对原始数据进行的再次分
类组织，因此称为 再分类 （ Reclassification）
图 2-6-3 多个属性的再分类
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对面状地物的再分类得到的新图层的类别
比原图层少，称为归组（ Group）。
次级土地类型的归并也是 重分类
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举例：土地评价
原现状分类 重分类 坡度范围 坡度级
11 1 ≤2 ° 1
12 2 2° － 6° 2
13 3 6° － 15° 3
14 4 15° － 25° 4
15 5 25° － 35° 5
21 6 ≥ 35° 6
22 7 （评价值）
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§ 5.3.2 缓冲区分析 （ Buffers Analysis）
缓冲区 是指基于对点、线或面等因素，按
指定的条件，在其周围建立一定空间区域作为
分析对象，这个区域称为缓冲区。 缓冲区实际
上是独立的多边形区域，它的形态和位置与原
来因素有关。
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统
缓冲区分析（续）
邻近度（ Proximity） 描述了地理
空间中两个地物距离相近的程度，其确定
是空间分析的一个重要手段。 缓冲区分析
是解决邻近度问题的空间分析工具之一 。
所谓 缓冲区 就是地理空间目标的一种 影响范
围或服务范围 。从数学的角度看，缓冲区分析的
基本思想是给定一个空间对象或集合，确定它们
的邻域，邻域的大小由邻域半径 R决定。
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图 2-6-4 点、线、多边形的缓冲区
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缓冲区计算的基本问题是双线问题
角平分线法
凸角圆弧法
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成都平原城镇缓冲区与全氮等值线图的叠置
人口
地价
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统
成
都
市
主
城
区
放
大
图
样
点
缓冲距离
0.5km,1.0km,1.5km，
2.0km,2.5km,3.0km
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统
§ 5.3.3 叠置分析
在统一的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合，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。
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统
(1) 视觉信息叠置
GIS/LIS中视觉信息叠加包括以下几类,
?点状图, 线状图和面状图之间的叠加显示 。
县 （ 市 ）
?2002年样点
1982年样点
1982年和 2002年
土壤样点分布图
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统
?遥感影像与专题地图的叠加
?专题地图与数字高程模型（ DEM）叠加
显示立体专题图
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统
(2) 点与多边形的叠置
**通过点与多边形叠加，可以计算出每个多边形类型里有多少个点，
不但要区分点是否在多边形内，还要描述在多边形内部的点的属性
信息。通常不直接产生新数据层面，只是把属性信息叠加到原图层
中，然后通过属性查询间接获得点与多边形叠加的需要信息。
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系
统
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系
统
(3) 线与多边形叠置
线与多边形的叠加，是比较线上坐标
与多边形坐标的关系，判断线是否落在
多边形内 。
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统
(4) 多边形叠置
多边形叠置分析
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统
叠 加 生 成
的
碎 屑 多 边 形
T2 时 刻 多 边 形 多 边 形 叠 加 结 果
T1 时 刻 多 边 形
多边形叠置产生碎屑多边形 （ Silver Polygon）
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统
根据叠加结果最后欲保留空间特征的不同
要求，一般的 GIS软件都提供了三种类型的多
边形叠加操作,?o
?o ±￡ á? á? ·? ê? è? í? 2?
μ? ?? ?2 ?? óò
μt 1í
ò? ê? è? í? 2? ?a ?? ￡?
±￡ á? ±? ?? ?ú á? ·? ?à
±? D? μ? ?ù óD ?à ±? D?
ê? è? í? 2? μt ?ó í? 2?
2￠
±￡ á? á? ·? ê? è? í? 2?
μ? ?ù óD ?à ±? D?
?á ?? í? 2?
多边
形的
不同
叠置
方式
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统
(5 )栅格图层叠置
?基于常数对数据层面进行的代数运算；
?基于数学变换对数据层面进行的数学变换
（指数、对数、三角变换等）；
?多个数据层面的代数运算（加、减、乘、
除、乘方等）和逻辑运算（与、或、非、异
或等）。
地图代数功能有三种不同的类型
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1981年 2002年 21年间
SOM (g kg-1)及其变化的分级图 74.8% ＋
25.2% －
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系
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统
(6) 数字地面模型 Digital Terrain Model
?分类
（ 1）规则格网 DTM （ 2）平面多边形 DTM
（ 3）曲面 DTM （ 4）空间多边形 DTM
（ 5）等值线 DTM （ 6）散点 DTM
(数字高程模型 Digital Elevation Model )
它是用一组有序数值阵列形式表示地面
高程的一种实体地面模型
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息
系
统
DEM/DTM建立的主要方法
手工数字化等高线
从遥感影像上自动提取
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系
统
由 *.shp线文件生成的江西潋水河流域小尺度区域 TIN模型
手工数字化等高线
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统
汉
源
流
沙
河
流
域
三
维
景
观
从遥感影像上自动提取
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系
统
20m
contour
interval
Cell
51x51m2
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系
统
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统
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系
统
网格 DEM
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统
（ 7）插值 /等值线分析
空间插值分析 是将离散点的测量数据
转换为连续的数据曲面的方法。其作用是
便于与其它空间现象的分布模式进行比较。
它包括了空间 内插 和 外推 两种算法。
空间内插算法 是一种通过已知点的数据推
求同一区域其它未知点数据的计算方法； 空间
外推算法 则是通过已知区域的数据，推求其它
区域数据的方法
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统
空间插值使用情况
1）在资源环境调查中，根据已有部分调查
样点的数据制作区域的评价图。
2）土地利用规划将利用条件相似的归并在
一起。
3）环境污染和自然灾害评估。
空间插值的 理论假设 是空间位置上越靠近的
点，越可能具有相似的特征值；而距离越远的点，
其特征值相似的可能性越小。
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空间插值的数据源
?摄影测量得到的正射航片或卫星影象；
?卫星或航天飞机的扫描影象；
?野外测量采样数据，采样点随机分布或有规律
的线性分布（沿剖面线或沿等高线；
?数字化的多边形图、等值线图；
在资源环境研究中，主要需要 样点调查
资料 和 数字化的区域边界图
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（ 1 ） 规 则 采 样 （ 2 ） 随 机 采 样
（ 4 ） 成 层 随 机 采 样 （ 5 ） 聚 集 采 样
（ 3 ） 断 面 采 样
（ 6 ） 等 值 线 采 样
图 2-6-9 各种不同的采样方式
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空间插值方法
整体插值方法 用研究区所有采样点的数据进行全
区特征拟合；
局部插值方法 是仅仅用邻近的数据点来估计未知
点的值。
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边界内插方法
边界内插方法假设任何重要的变化发生在边
界上，边界内的变化是均匀的，同质的，即在
各方向都是相同的。
整体插值方法
趋势面分析
根据采样点的属性数据与地理坐标的关
系，进行多元回归分析得到平滑数学平面
方程的方法，称为 趋势面分析 。
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局部插值方法
局部插值方法只使用邻近的数据点来估计未
知点的值, 包括几个步骤,
a.定义一个邻域或搜索范围；
b.搜索落在此邻域范围的数据点；
c.选择表达这有限个点的空间变化的数学函数；
d.为落在规则格网单元上的数据点赋值 。
重复这个步骤直到格网上的所有点赋值完毕 。
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?最近邻点法：泰森多边形方法
?移动平均插值方法：距离倒数插值
?克里格插值
?克里格插值是空间自协方差最佳插值方法
局部插值方法 分类
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克里金插值, 空间自协方差最佳插值方法
克里金插值方法的区域性变量理论假设任何
变量的空间变化都可以表示为下述三个主要成分
的和,
1）与恒定均值或趋势有关的结构性成分；
2） 与空间变化有关的随机变量, 即区域性变量；
3）与空间无关的随机噪声项或剩余误差项。
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图 2-6-11 区域变量理论将复杂的空间变化分为三个部分
(i)地形的平均特性； (ii)空间相关的不规则变化；
(iii)随机的、局部的变化
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半方差是定量描述区域性变化的第一
步，它为空间插值、优化采样方案提供了
有益的信息。
C 1
C 0
变程
梁
核方差
h
? ?h?
图 2-6-12 半方差图
基台值
块金值
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图 2-6-13 克里格插值的示例
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克里格插值举例
半方差模型
拟合模型
最大变程
最小变程
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搜索邻近的观测点
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各种预测误差交叉确认
越小越好
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输出克里格插值图层参数统计
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克里格插值结果图
km
km
土壤 Hg和 Pb含量 (mg kg-1)空间分布图
Spatial distribution maps of Hg and Pb (mg kg-1)
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(8)网络分析
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节点（ Nodes）,网络中任意两条线段的交点
链（ Links）,网络中流动的管线。其状态属性包括
阻力（ Impedence）和需求（ Demand）
中心（ Centers）,网络中位于节点处，具有沿着链
收集或发放资源能力的设施
障碍（ Barriers）,禁止网络中链上流动的节点,
即资源不能通过的节点。
网络数据结构
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系
统
站点（ Stops）,资源沿着网络路径流动时被分
配或收集的节点，其状态属性有要被运输的资
源需求。
拐角点（ Turns）,出现的网络链中所有的分割
结点，状态属性有阻力。
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统
主要网络分析功能
路径分析
最短路径或最低耗费路径
动态最佳路径分析
追踪分析 分析特定事件在某一区域随
时间变化发展的研究方法
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统
最短路径或最低耗费路径,确定起点, 终点和
要经过的中间点, 中间连线, 求最短路径或最
小耗费路径 。
动态最佳路径分析,实际网络中权值是随权值
关系式变化的，可能还会临时出现一些障碍点，
需要动态的计算最佳路径。
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寻找最短路径
例：某人要去医院看病，现在为他设计一条从他家到医院
的最短路线。具体的操作如下,
把相关主题
添加进视图
目录表中。
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激活 Customer.shp，选择起始点（如某人的
家，黄色的点表示选中的点）。
2
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统
激活 S_fran.shp（路径主题），主题突出显示
从 【 Network】 菜单选择 【 Find Closest Route】 命令
3
4
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统
? 4、选择 Hospital.shp。
? 5、选择目的地个数。
? 6、输入距离（到达费用，可以是距
离或者时间）。
? 7、载入事件。
4
5
6
7
11
最短路
径生成
10
9
8
? 8、选择
Customer.shp。
? 9、点击 ok。 10、
选择事件（刚才
选中的起始点）。
? 11、点击路径生
成按钮。
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追踪分析
7
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参考文献,
1,刘耀林, 土地信息系统 [M].北京,中国农业出版
社,2003,
2,黄杏元,马劲松,汤勤, 地理信息系统 [M],北京,高等
教育出版社, 2001,
3,汤国安,陈正江,赵牡丹等, ArcView地理信息系统空
间分析方法 [M],北京,科学出版社, 2002,
4,陈述彭,鲁学军,周成虎, 地理信息系统 [M],北京,科
学出版社, 2002,
5,李玉龙,何凯涛, ArcView GIS基础与制图设计 [M],
北京,电子工业出版社, 2002,
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统
思考题,
1,空间查询和空间分析的概念。
2,空间查询的方式。在 MapInfo和 ArcView软件中空间
查询的方法。
3,缓冲区分析和叠置分析的概念，并举例说明这两种
空间分析方法的用途。
4,理解基于栅格结构空间变换的三种方式。
5,再分类、网络分析的概念。
6,数字地面模型的类型。
7,熟悉 ArcView软件中的基本分析功能及其应用。
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统
第二节 空间数据的统计分析
第一节 空间查询与量算
第三节 空间分析
第五章 空间分析 (Spatial Analysis)
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统 ?空间查询的方式及方法
?空间分析的基础
?ArcView软件的空间分析
目的,掌握空间查询的方法；理解空间分析
的基础，以 ArcView软件为例，掌握空间分
析的步骤及其应用。
第五章 空间分析 (Spatial Analysis)
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统
空间分析
是指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。
分类
基于空间图形数据的分析运算
基于非空间属性的数据运算
空间和非空间数据的联合运算
（ 1）根据分析数据性质的不同
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统
分类 根据分析功能
空间
分析
空间几何分析
网络分析
空间统计分析
数字地形分析
………………
空间查询与量算
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统
是按一定的要求对地理信息系统所描述
的空间实体及其空间信息进行访问，从众多
的空间实体中挑选出满足用户要求的空间实
体及其相应的属性。
空间
查询
图形查询属性
属性查询图形
图形与属性混合查询
空间信息查询
§ 5.1 空间数据的查询与量算
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统
§ 5.1.1 几何参数的查询
1
MapInfo软件中 点目标 的几何参数查询
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统
MapInfo软件中 线目标 的几何参数查询
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统
Mapinfo软件中 面状目标 的几何参数查询
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统
§ 5.1.2 空间定位查询
是指给定一个点或一个几何图形，检索出 该
图形范围内 的空间对象以及相应的属性。这
种查询方式又称为图形查询属性的方式。
MapInfo软件中图形查属性的表达方式
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统
ArcView软件中图形查属性的表达方式
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§ 5.1.3 空间关系查询
·面面查询 如与某个多边形相邻的多边形有哪些
·面线查询 如某个多边形的边界有哪些线
·面点查询 如某个多边形内有哪些点状地物
·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
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统
·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。
·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。
·点面查询 如某个点落在哪个多边形内。
·点线查询 如某个结点由哪些线相交而成。
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统 城镇
查询城
镇是否
位于平
原区内
举例：点面查询
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统
(1)邻接查询
?从多边形与弧段关系的表中，检索出该多
边形关系的所有弧段
?从弧段关系的左右多边形的表中，检索出
这些弧段所关联的多边形
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统
从线状地物表中查找出组成线状地物 A的所
有弧段及关联的结点
从结点表中查找出与这些结点相关联的弧段
（线状目标）即为与 A关联的支流
线与线邻接查询的原理
与主河流 A相关联的支流
A
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统
(2) 包含关系查询
查询某一个面状所包含的某一类的空间对象
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统
(3) 穿越查询
长江所经过的县市
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统
(4) 落入查询
查询一个空间对象它落在哪个空间对
象之内。可采用空间运算，使用点在多边
形内，线在多边形内，或面在多边形内的
差别方法。
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(5) 缓冲区查询
缓冲区查询与后面介绍的缓冲区分析有
一点差别,缓冲区查询 不对原有图形进行切
割，只是根据用户需要给定一个点缓冲、线
缓冲或面缓冲的距离，从而形成一个缓冲区
的多边形，再根据多边形检索的原理，检索
出该缓冲区多边形内的空间地物。
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统
距黄河 150公里范围内的主要城市
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统
（ 6） 地址匹配查询
根据街道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，输入街道门牌
号码，就可知道大致的位置和所在的街区。
根据地类
号查询斑
块分布
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§ 5.1.4 SQL查询
（ 1） 查找 (Find)
查找（ Find）是最简单的由属性查询图
形的操作，它不需要构造复杂的 SQL命令，仅
要选择一个属性表，给定一个属性值。
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统
查询机耕道
ArcGIS
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MapInfo中查找的结果显示
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统
Select 需显示的属性项
From 属性表
Where 条件
or 条件
and 条件
标准 SQL查询语言
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MapInfo软件中 SQL输入标准对话框
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通过 SQL语言查询的结果
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扩展的 SQL查询
例如查询三峡地区长江流域人口大于 50
万的县或市, 扩展的 SQL空间查询语句为,
Select *
From 县或市
Where 县或市 ·人口 >50万
And Cross （河流 ·名称 =“长江, ）
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扩展 SQL空间查询结果
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查询灌溉水田的 OC 贮量变化
灌溉水田（ 11）在重分类值为 ‘ 1’
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统
(1)几何量算
点状地物（ 0维）：坐标；
线状地物 （ 1维 ）,长度, 曲率, 方向；
面状地物 （ 2维 ）,面积, 周长, 形状等；
体状地物 （ 3维 ）,体积, 表面积等 。
§ 5.1.5 空间量算 （了解）
几何量算对不同的点、线、面地物有不
同 的含义,
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统
1）线的长度计算
? ? ? ? ? ?? ?? ?
?
? ?
??? ???????
1
0 1
2
12
1
2
1
2
1
n
i
n
i
iiiiiii lZZYYXXL
在矢量数据结构下，线表示为点对坐标（ X，
Y）或（ X,Y,Z）的序列，在不考虑比例尺情
况下，线长度的计算公式为,
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统
2）面状地物的面积
? ? ? ? ?
?
?
?
?
?
???? ?
?
?
?? NN
N
i
iiii yxyxyxyxS 11
2
1
112
1
在矢量结构下，面状地物以其轮廓边界弧段
构成的多边形表示的。对于没有空洞的简单多边
形，假设有 N个顶点，其面积计算公式为,
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形状量算（ 周长 ）
（ 2）其它
质心量算
距离量算
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统
SHAPEFILE 文件
斑块面积、周长等的计算
右击，打
开数据库
举例
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点击
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右击字段名
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斑块周长
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斑块
长度
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(1)面积
Dim dblArea as double
Dim pArea as IArea
Set pArea = [shape]
dblArea = pArea.area
(2)周长
Dim dbl Perimeter as double
Dim pCurve as ICurve
Set pCurve = [shape]
dblPerimeter = pCurve.Length
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§ 5.2 空间数据的统计分析
指对 GIS/LIS数据库中的专题数据进行统计分析
属性数据的集中特征
属性数据的离散特征 极差、离差、方差、标准差和变异系数
平均数、中数和众数
数学期望
最大可能
出现的数
频数和频率
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统计举例
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有
机
碳
含
量
统
计
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趋势分析
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协方差云图
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半方差 /变异函数云图
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§ 5.3 空间分析
缓冲区分析
叠加分析 空间插值
路径分析
数字地面 /高程模型（在 DEM/DTM)
重 /再分类
……
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§ 5.3.1 再 /重分类
土地 /地理信息系统对原始数据进行的再次分
类组织，因此称为 再分类 （ Reclassification）
图 2-6-3 多个属性的再分类
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对面状地物的再分类得到的新图层的类别
比原图层少，称为归组（ Group）。
次级土地类型的归并也是 重分类
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举例：土地评价
原现状分类 重分类 坡度范围 坡度级
11 1 ≤2 ° 1
12 2 2° － 6° 2
13 3 6° － 15° 3
14 4 15° － 25° 4
15 5 25° － 35° 5
21 6 ≥ 35° 6
22 7 （评价值）
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系
统
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系
统
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系
统
§ 5.3.2 缓冲区分析 （ Buffers Analysis）
缓冲区 是指基于对点、线或面等因素，按
指定的条件，在其周围建立一定空间区域作为
分析对象，这个区域称为缓冲区。 缓冲区实际
上是独立的多边形区域，它的形态和位置与原
来因素有关。
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缓冲区分析（续）
邻近度（ Proximity） 描述了地理
空间中两个地物距离相近的程度，其确定
是空间分析的一个重要手段。 缓冲区分析
是解决邻近度问题的空间分析工具之一 。
所谓 缓冲区 就是地理空间目标的一种 影响范
围或服务范围 。从数学的角度看，缓冲区分析的
基本思想是给定一个空间对象或集合，确定它们
的邻域，邻域的大小由邻域半径 R决定。
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图 2-6-4 点、线、多边形的缓冲区
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统
缓冲区计算的基本问题是双线问题
角平分线法
凸角圆弧法
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成都平原城镇缓冲区与全氮等值线图的叠置
人口
地价
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统
成
都
市
主
城
区
放
大
图
样
点
缓冲距离
0.5km,1.0km,1.5km，
2.0km,2.5km,3.0km
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§ 5.3.3 叠置分析
在统一的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合，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。
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(1) 视觉信息叠置
GIS/LIS中视觉信息叠加包括以下几类,
?点状图, 线状图和面状图之间的叠加显示 。
县 （ 市 ）
?2002年样点
1982年样点
1982年和 2002年
土壤样点分布图
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?遥感影像与专题地图的叠加
?专题地图与数字高程模型（ DEM）叠加
显示立体专题图
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统
(2) 点与多边形的叠置
**通过点与多边形叠加，可以计算出每个多边形类型里有多少个点，
不但要区分点是否在多边形内，还要描述在多边形内部的点的属性
信息。通常不直接产生新数据层面，只是把属性信息叠加到原图层
中，然后通过属性查询间接获得点与多边形叠加的需要信息。
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(3) 线与多边形叠置
线与多边形的叠加，是比较线上坐标
与多边形坐标的关系，判断线是否落在
多边形内 。
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(4) 多边形叠置
多边形叠置分析
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统
叠 加 生 成
的
碎 屑 多 边 形
T2 时 刻 多 边 形 多 边 形 叠 加 结 果
T1 时 刻 多 边 形
多边形叠置产生碎屑多边形 （ Silver Polygon）
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统
根据叠加结果最后欲保留空间特征的不同
要求，一般的 GIS软件都提供了三种类型的多
边形叠加操作,?o
?o ±￡ á? á? ·? ê? è? í? 2?
μ? ?? ?2 ?? óò
μt 1í
ò? ê? è? í? 2? ?a ?? ￡?
±￡ á? ±? ?? ?ú á? ·? ?à
±? D? μ? ?ù óD ?à ±? D?
ê? è? í? 2? μt ?ó í? 2?
2￠
±￡ á? á? ·? ê? è? í? 2?
μ? ?ù óD ?à ±? D?
?á ?? í? 2?
多边
形的
不同
叠置
方式
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(5 )栅格图层叠置
?基于常数对数据层面进行的代数运算；
?基于数学变换对数据层面进行的数学变换
（指数、对数、三角变换等）；
?多个数据层面的代数运算（加、减、乘、
除、乘方等）和逻辑运算（与、或、非、异
或等）。
地图代数功能有三种不同的类型
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1981年 2002年 21年间
SOM (g kg-1)及其变化的分级图 74.8% ＋
25.2% －
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(6) 数字地面模型 Digital Terrain Model
?分类
（ 1）规则格网 DTM （ 2）平面多边形 DTM
（ 3）曲面 DTM （ 4）空间多边形 DTM
（ 5）等值线 DTM （ 6）散点 DTM
(数字高程模型 Digital Elevation Model )
它是用一组有序数值阵列形式表示地面
高程的一种实体地面模型
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统
DEM/DTM建立的主要方法
手工数字化等高线
从遥感影像上自动提取
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统
由 *.shp线文件生成的江西潋水河流域小尺度区域 TIN模型
手工数字化等高线
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汉
源
流
沙
河
流
域
三
维
景
观
从遥感影像上自动提取
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20m
contour
interval
Cell
51x51m2
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网格 DEM
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（ 7）插值 /等值线分析
空间插值分析 是将离散点的测量数据
转换为连续的数据曲面的方法。其作用是
便于与其它空间现象的分布模式进行比较。
它包括了空间 内插 和 外推 两种算法。
空间内插算法 是一种通过已知点的数据推
求同一区域其它未知点数据的计算方法； 空间
外推算法 则是通过已知区域的数据，推求其它
区域数据的方法
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空间插值使用情况
1）在资源环境调查中，根据已有部分调查
样点的数据制作区域的评价图。
2）土地利用规划将利用条件相似的归并在
一起。
3）环境污染和自然灾害评估。
空间插值的 理论假设 是空间位置上越靠近的
点，越可能具有相似的特征值；而距离越远的点，
其特征值相似的可能性越小。
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系
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空间插值的数据源
?摄影测量得到的正射航片或卫星影象；
?卫星或航天飞机的扫描影象；
?野外测量采样数据，采样点随机分布或有规律
的线性分布（沿剖面线或沿等高线；
?数字化的多边形图、等值线图；
在资源环境研究中，主要需要 样点调查
资料 和 数字化的区域边界图
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统
（ 1 ） 规 则 采 样 （ 2 ） 随 机 采 样
（ 4 ） 成 层 随 机 采 样 （ 5 ） 聚 集 采 样
（ 3 ） 断 面 采 样
（ 6 ） 等 值 线 采 样
图 2-6-9 各种不同的采样方式
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空间插值方法
整体插值方法 用研究区所有采样点的数据进行全
区特征拟合；
局部插值方法 是仅仅用邻近的数据点来估计未知
点的值。
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边界内插方法
边界内插方法假设任何重要的变化发生在边
界上，边界内的变化是均匀的，同质的，即在
各方向都是相同的。
整体插值方法
趋势面分析
根据采样点的属性数据与地理坐标的关
系，进行多元回归分析得到平滑数学平面
方程的方法，称为 趋势面分析 。
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局部插值方法
局部插值方法只使用邻近的数据点来估计未
知点的值, 包括几个步骤,
a.定义一个邻域或搜索范围；
b.搜索落在此邻域范围的数据点；
c.选择表达这有限个点的空间变化的数学函数；
d.为落在规则格网单元上的数据点赋值 。
重复这个步骤直到格网上的所有点赋值完毕 。
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系
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?最近邻点法：泰森多边形方法
?移动平均插值方法：距离倒数插值
?克里格插值
?克里格插值是空间自协方差最佳插值方法
局部插值方法 分类
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克里金插值, 空间自协方差最佳插值方法
克里金插值方法的区域性变量理论假设任何
变量的空间变化都可以表示为下述三个主要成分
的和,
1）与恒定均值或趋势有关的结构性成分；
2） 与空间变化有关的随机变量, 即区域性变量；
3）与空间无关的随机噪声项或剩余误差项。
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图 2-6-11 区域变量理论将复杂的空间变化分为三个部分
(i)地形的平均特性； (ii)空间相关的不规则变化；
(iii)随机的、局部的变化
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半方差是定量描述区域性变化的第一
步，它为空间插值、优化采样方案提供了
有益的信息。
C 1
C 0
变程
梁
核方差
h
? ?h?
图 2-6-12 半方差图
基台值
块金值
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图 2-6-13 克里格插值的示例
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克里格插值举例
半方差模型
拟合模型
最大变程
最小变程
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搜索邻近的观测点
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各种预测误差交叉确认
越小越好
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输出克里格插值图层参数统计
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克里格插值结果图
km
km
土壤 Hg和 Pb含量 (mg kg-1)空间分布图
Spatial distribution maps of Hg and Pb (mg kg-1)
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(8)网络分析
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节点（ Nodes）,网络中任意两条线段的交点
链（ Links）,网络中流动的管线。其状态属性包括
阻力（ Impedence）和需求（ Demand）
中心（ Centers）,网络中位于节点处，具有沿着链
收集或发放资源能力的设施
障碍（ Barriers）,禁止网络中链上流动的节点,
即资源不能通过的节点。
网络数据结构
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站点（ Stops）,资源沿着网络路径流动时被分
配或收集的节点，其状态属性有要被运输的资
源需求。
拐角点（ Turns）,出现的网络链中所有的分割
结点，状态属性有阻力。
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主要网络分析功能
路径分析
最短路径或最低耗费路径
动态最佳路径分析
追踪分析 分析特定事件在某一区域随
时间变化发展的研究方法
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最短路径或最低耗费路径,确定起点, 终点和
要经过的中间点, 中间连线, 求最短路径或最
小耗费路径 。
动态最佳路径分析,实际网络中权值是随权值
关系式变化的，可能还会临时出现一些障碍点，
需要动态的计算最佳路径。
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寻找最短路径
例：某人要去医院看病，现在为他设计一条从他家到医院
的最短路线。具体的操作如下,
把相关主题
添加进视图
目录表中。
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激活 Customer.shp，选择起始点（如某人的
家，黄色的点表示选中的点）。
2
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激活 S_fran.shp（路径主题），主题突出显示
从 【 Network】 菜单选择 【 Find Closest Route】 命令
3
4
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? 4、选择 Hospital.shp。
? 5、选择目的地个数。
? 6、输入距离（到达费用，可以是距
离或者时间）。
? 7、载入事件。
4
5
6
7
11
最短路
径生成
10
9
8
? 8、选择
Customer.shp。
? 9、点击 ok。 10、
选择事件（刚才
选中的起始点）。
? 11、点击路径生
成按钮。
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追踪分析
7
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参考文献,
1,刘耀林, 土地信息系统 [M].北京,中国农业出版
社,2003,
2,黄杏元,马劲松,汤勤, 地理信息系统 [M],北京,高等
教育出版社, 2001,
3,汤国安,陈正江,赵牡丹等, ArcView地理信息系统空
间分析方法 [M],北京,科学出版社, 2002,
4,陈述彭,鲁学军,周成虎, 地理信息系统 [M],北京,科
学出版社, 2002,
5,李玉龙,何凯涛, ArcView GIS基础与制图设计 [M],
北京,电子工业出版社, 2002,
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思考题,
1,空间查询和空间分析的概念。
2,空间查询的方式。在 MapInfo和 ArcView软件中空间
查询的方法。
3,缓冲区分析和叠置分析的概念，并举例说明这两种
空间分析方法的用途。
4,理解基于栅格结构空间变换的三种方式。
5,再分类、网络分析的概念。
6,数字地面模型的类型。
7,熟悉 ArcView软件中的基本分析功能及其应用。
