天津師范大學(xué)城環(huán)學(xué)院天津師范大學(xué)城環(huán)學(xué)院第六章第六章空間查詢與分析空間查詢與分析第一節(jié)空間數(shù)據(jù)查詢第二節(jié)空間數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析第三節(jié)緩沖區(qū)分析第四節(jié)疊置分析第五節(jié)空間集合分析第六節(jié)地學(xué)分析第七節(jié)地形分析查詢可定義為：“作用在數(shù)據(jù)庫上的函數(shù)，返回滿足條件的內(nèi)容”。或說“在數(shù)據(jù)庫中找出滿足條件的內(nèi)容”。查詢是GIS常用的基本功能。空間分析首先始于空間查詢和量算，它是空間分析的定量基礎(chǔ)。一、查詢類型二、查詢方法通過屬性查圖形（按屬性信息的要求來查詢定位空間位置，如在中國行政區(qū)劃圖上查詢?nèi)丝诖笥?000萬且城市人口大于1000萬的省）通過圖形查屬性（根據(jù)對象的空間位置查詢有關(guān)的屬性信息，如利用鼠標(biāo)，用點選、畫線、矩形、圓、不規(guī)則多邊形等工具選中地物，并顯示所查詢對象的屬性列啟動啟動軟件后軟件后，，在菜單欄上打開在菜單欄上打開““查詢查詢””，，便可選擇便可選擇各種查詢功能各種查詢功能。。（一）擴展SQL（關(guān)系數(shù)據(jù)庫查詢語言）（二）圖形查詢（三）拓撲關(guān)系查詢（四）緩沖區(qū)查詢（五）DEM高程查詢（六）量算：長度、面積等。（七）多媒體查詢是由邏輯運算組合而成的，即通過條件表達式查詢符合條件的目標(biāo)對象與屬性信息。
標(biāo)準(zhǔn)SQL的不支持空間概念，不能進行空間數(shù)據(jù)的查詢。在標(biāo)準(zhǔn)查詢語言SQL的基礎(chǔ)上，加入空間關(guān)系的查詢，就稱為擴展SQL。邏輯運算包括算術(shù)運算、關(guān)系運算、邏輯運算等，包括對函數(shù)的操作。啟動啟動軟件后軟件后，，在菜單欄上打開在菜單欄上打開““查詢查詢//圖形圖形查詢查詢””，，便可選擇各種圖形查詢功能便可選擇各種圖形查詢功能。。多邊形查詢：用鼠標(biāo)左鍵在圖形窗口上畫多邊形（右擊結(jié)束），查詢出多邊形內(nèi)所有地物。簡單的點線面相互關(guān)系拓撲查詢包括：包含查詢、落入查詢、穿越查詢、鄰接查詢等。線點查詢:如某條道路上有哪些橋梁，某條輸電線上有哪些變電站；點線查詢:如某個結(jié)點由哪些線相交而成；啟動啟動軟件后軟件后，，在菜單欄上打開在菜單欄上打開““查查詢詢//緩沖區(qū)查詢緩沖區(qū)查詢””，，便可選擇各種緩沖區(qū)便可選擇各種緩沖區(qū)查詢功能查詢功能。。點緩沖區(qū)查詢：在彈出的緩沖寬度設(shè)置窗口中，輸入寬度，確定。面緩沖區(qū)查詢：方法同上DEM啟動啟動軟件后軟件后，，在菜單欄上打開在菜單欄上打開““查詢查詢/DEM/DEM高程查詢高程查詢””，，便可查詢便可查詢。。DEM高程單點查詢：選擇單點查詢，單擊某點，可查詢該點坐標(biāo)和高程。
DEM高程點串查詢：選擇“點串”查詢，選擇某線或任何i畫線，可查詢線上離散點坐標(biāo)和高程。啟動啟動軟件后軟件后，，在菜單欄上打開在菜單欄上打開““查詢查詢//量算””，，便可查詢便可查詢。。量算長度：選擇“長度”查詢，選擇某線或任何畫線，可得出該線長度。量算面積：選擇“面積”查詢，選擇某面或畫一個面，可量算出該區(qū)域面積。啟動啟動軟件后軟件后，，在菜單欄上打開在菜單欄上打開““查查詢詢//查詢內(nèi)容選擇查詢內(nèi)容選擇””菜單項菜單項，，彈出彈出““目標(biāo)目標(biāo)信息選項信息選項””對話框?qū)υ捒颉！Ｓ杏?5項供選擇：項供選擇：屬性、圖片、文本、聲音、錄像等，對查詢內(nèi)容進行設(shè)置即選擇需要顯示的項目。正常情況下，僅顯示屬性。設(shè)置后選擇的內(nèi)容查詢時都顯示在屏幕上。空間分析是基于地理對象的空間布局的地理數(shù)據(jù)分析技術(shù)；空間分析是從地理信息系統(tǒng)目標(biāo)之間的空間關(guān)系中獲取派生的信息和新的知識；空間分析是基于地理對象的位置和形態(tài)特征的空間數(shù)據(jù)分析技術(shù)，其目的是提取和傳輸空間信息；為制定規(guī)劃和決策，應(yīng)用邏輯或數(shù)學(xué)模型分析空間數(shù)據(jù)或空間觀測。定義1：是統(tǒng)計型定義法，以空間布局為分析對象，從傳統(tǒng)的地理信息統(tǒng)計與數(shù)據(jù)分析的角度出發(fā)，將空間分析分為統(tǒng)計分析、地圖分析和數(shù)學(xué)模型三部分。
定義2：側(cè)重圖形與屬性信息的交互查詢，以獲取派生的知識或新知識，以地學(xué)目標(biāo)的空間關(guān)系為分析對象，以數(shù)據(jù)庫管理管理系統(tǒng)為基礎(chǔ)，將空間分析分為拓撲關(guān)系查詢、緩沖區(qū)分析、空間集合分析和地學(xué)分析等部分。定義3：側(cè)重空間信息的提取和傳輸，以地學(xué)目標(biāo)的位置和形態(tài)特征為分析對象gis空間查詢方法有哪些，將空間信息分為空間位置、空間分布、空間形態(tài)、空間關(guān)系、空間對比、空間趨勢、空間運動，其對應(yīng)的空間操作為：空間位置分析、空間分布分析、空間形態(tài)分析、空間關(guān)系分析和空間相關(guān)分析等部分。空間運動反映了位置的遷移、形態(tài)的變遷、數(shù)量與質(zhì)量特征的變化。定義4：從決策支持的角度出發(fā)，強調(diào)數(shù)學(xué)建模和對模型的管理與應(yīng)用。現(xiàn)在在地理信息系統(tǒng)的著作中，多用定義3作為空間分析的定義。如21世紀(jì)教材，的相關(guān)著作等。（基于教材）空間分析是基于空間數(shù)據(jù)的分析技術(shù)，它地學(xué)原理為依托，通過分析算法，從空間數(shù)據(jù)中獲取有關(guān)地理對象的空間位置、空間分布、空間形態(tài)、空間關(guān)系、空間演變等信息和挖掘的新知識。（空間演變反映了位置的遷移、形態(tài)的變遷、數(shù)量與質(zhì)量特征的變6.2.1屬性數(shù)據(jù)的特征值6.2.2統(tǒng)計數(shù)據(jù)的分類分級6.2.3相關(guān)分析6.2.4趨勢分析頻率：頻率直方圖、頻率曲線均值：算術(shù)平均、加權(quán)平均值眾數(shù)：最大可能出現(xiàn)的數(shù)中數(shù)：中間的數(shù)，奇偶數(shù)列中數(shù)取值不同總和：求和方差：即均方差σ，標(biāo)準(zhǔn)差σ為了將地理數(shù)據(jù)中的統(tǒng)計數(shù)據(jù)用專題地圖的形式表示出來，需要對統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行分類分級。
分級分類的方法很多，經(jīng)常用到的有：變量篩選法：多用主成分分析法實現(xiàn)。將多個變量劃分為幾個綜合指標(biāo)的統(tǒng)計分析方法。系統(tǒng)聚類法：按性質(zhì)上的相近程度分類。分直接聚類法、最短距離聚類法、最遠距離聚類法、模糊聚類法等最優(yōu)分割分級法：使其分割的級內(nèi)離差平方和為最小，級間離差平方和為最大的一種方法。依據(jù)最小二乘法原理進行。相關(guān)分析主要做三件事：建立相關(guān)關(guān)系，分析相關(guān)程度、討論相關(guān)誤差等。簡單相關(guān)：回歸方程式、均值、標(biāo)準(zhǔn)差、相關(guān)系數(shù)模擬某種現(xiàn)象的空間分布特征與變化規(guī)律，就是趨勢分析。這研究的是最小二乘法意義下的曲面擬合問題。空間分布特征很復(fù)雜，有平面、二次曲面、三次曲面、四次曲面、五次曲面、六次曲面等。可分別用一次多項式、---六次多項式來擬合。緩沖區(qū)是以某類圖形元素（點、線、面）為基礎(chǔ)拓展一定的寬度而形成的區(qū)域。緩沖區(qū)分析也可稱為緩沖區(qū)操作，是針對點、線、面實體，自動建立其周圍一定范圍的多邊形區(qū)域。從數(shù)學(xué)的角度看，緩沖區(qū)分析的基本思想是給定一個空間對象或集合gis空間查詢方法有哪些，確定它們的鄰域，鄰域的大小由鄰域半徑R決定。點要素的緩沖區(qū)，通常是以點為圓心、一定距離為半徑的圓線要素的緩沖區(qū)，通常是以線為中心軸線、距其一定距離的平行條帶多邊形面要素的緩沖區(qū)，通常是以面的閉合線為基礎(chǔ)、向內(nèi)或向外生成的距其一定距離的多邊形。
緩沖區(qū)分析是地理信息系統(tǒng)重要的和基本的空間分析功能之一。用以識別實體對鄰近對象的輻射范圍或影響度，對城市建設(shè)、區(qū)域開發(fā)、環(huán)境保護等分析與決策提供依據(jù)，因而有特殊 的意義。如制定自然保護區(qū)時，要求在距保護 區(qū)一定范圍內(nèi)規(guī)定出禁止砍伐樹木，就需要用 緩沖區(qū)來實現(xiàn)。應(yīng)用緩沖區(qū)操作生成的緩沖區(qū) 多邊形將構(gòu)成新的數(shù)據(jù)層，這個新的數(shù)據(jù)層就 是需要的有用的信息。 疊置分析是將兩層或多層地圖要素進行疊加產(chǎn)生一個新要素層及其屬性值的操作。這個 新的要素層綜合了原有各圖層所具有的屬性。 不論是屬性數(shù)據(jù)還是空間數(shù)據(jù)，建庫時都是按屬性分層錄入的，這樣便形成了若干個不 同屬性的數(shù)據(jù)層，如河流是一層，公路是一 層，鐵路又是一層等。各層都有不同的屬性 定義，如河流為弧線，公路為平行線，鐵路 為黑白相間線等。將同一地區(qū)，同一比例尺 的兩組或更多的多邊形要素的數(shù)據(jù)層進行疊 置，會出現(xiàn)合成疊置和統(tǒng)計疊置兩種形式。 合成疊置：一種是根據(jù)兩組或多組多邊形建立 的具有新的多重屬性的 多邊形。 合成疊置得到一張新的疊置圖，產(chǎn)生了許多新 的多邊形，每個多邊形 內(nèi)都具有兩種以上的屬 性，通過區(qū)域多重屬性 的模擬，尋找和確定同 時具有幾種地理屬性的 分布區(qū)域。
統(tǒng)計疊置：是進行多邊形范圍的屬性特征的統(tǒng) 計分析或分類。 統(tǒng)計疊置得到的是新的屬性數(shù)據(jù)，，得到的新屬 得到的新屬 性值可能與原數(shù)據(jù)層的 性值可能與原數(shù)據(jù)層的 屬性意義不一致 屬性意義不一致，，因為 因為 得到的結(jié)果可能是名稱 得到的結(jié)果可能是名稱、、 分類值 分類值，，也可能是分析 也可能是分析 后的結(jié)果 后的結(jié)果。。 統(tǒng)計疊置的目的是統(tǒng)計計算一種要素在統(tǒng)計疊置的目的是統(tǒng)計計算一種要素在 另一種要素中的分布特征 另一種要素中的分布特征，，例如統(tǒng)計某 例如統(tǒng)計某 縣內(nèi)所包含的土地類型數(shù) 縣內(nèi)所包含的土地類型數(shù)，，各類土地的 各類土地的 面積等 面積等，，疊置結(jié)果是統(tǒng)計報表 疊置結(jié)果是統(tǒng)計報表。。 疊置分析與視覺信息復(fù)合不同，疊置分析是把參與疊加的各數(shù)據(jù)層經(jīng)過算術(shù)的、幾何的、邏輯的 運算生成新的數(shù)據(jù)層；而視覺信息復(fù)合僅是把不 同的數(shù)據(jù)層同時顯示到一個屏幕上或繪制在一幅 圖形里，各數(shù)據(jù)層間不存在邏輯關(guān)系，沒有生成 新的數(shù)據(jù)文件，在同一區(qū)域內(nèi)，地圖投影與比例 尺相同便可進行視覺信息復(fù)合。 由于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，基于矢量結(jié)構(gòu)與柵格結(jié)構(gòu)由于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，基于矢量結(jié)構(gòu)與柵格結(jié)構(gòu) 的疊置方法是不一樣的。
的疊置方法是不一樣的。 空間集合分析是在疊置分析的基礎(chǔ)上進行的邏輯選擇過程，通常是按照兩個邏 輯子集給定的條件進行邏輯交運算、邏 輯并運算、邏輯差運算等。 邏輯交運算提取的數(shù)據(jù)是各數(shù)據(jù)層中共有（重疊）部分，與數(shù)學(xué)里的交運算相 同（同時滿足所給條件）。 提取的數(shù)據(jù)是各數(shù)據(jù)層中滿足任一條件的所有部分，而非僅僅是重疊部分， 與數(shù)學(xué)里的并運算相同（滿足任何所 給條件都為滿足條件）。 提取的數(shù)據(jù)是從某一個數(shù)據(jù)層減去與另一個數(shù)據(jù)層共有（重疊）部分，與數(shù)學(xué) 里的差運算相同。 可以根據(jù)地理信息系統(tǒng)中存儲的豐富信息，運用科學(xué)的分析方法，預(yù)測某 一事物如人口、資源、環(huán)境、糧食產(chǎn) 量等，及在今后的可能發(fā)展趨勢，并 給出評價和估計，以調(diào)節(jié)控制計劃或 行動。 網(wǎng)絡(luò)分析是運籌學(xué)中的一個重要分支，主要運用圖論方法研究各類網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)及其優(yōu)化 問題。它的根本目的是研究、籌劃一項網(wǎng)絡(luò) 工程如何安排，并使其運行效果最好，如一 定資源的最佳分配，從一地到另一地的運輸 費用最低，城鎮(zhèn)體系問題，交通問題，商業(yè) 網(wǎng)點布局問題，供電與通訊線路問題、追蹤 某一污染源流經(jīng)的排水管道等等。 可以用來評價和分析各種開發(fā)活動包括農(nóng)業(yè)應(yīng)用、城市建設(shè)、農(nóng)作物布局、道 路選線等用地，優(yōu)選出最佳方案，為土 地規(guī)劃提供參考意見。
利用地理信息系統(tǒng)還可以進行最佳位置的選址，新修公路的最佳路線選擇，輔 助決策分析和地學(xué)模擬分析等。 用等高線表示地面高程的空間變化是人們傳統(tǒng)上觀測地形的主要手段，人們可以在等高線圖上精確地 獲得地形的起伏程度，區(qū)域內(nèi)各部分的高程等。等 高線圖可以從格網(wǎng)數(shù)字高程模型中獲取，也可以在 不規(guī)則三角網(wǎng)數(shù)字高程模型中生成。從格網(wǎng)數(shù)字高 程模型中獲得等高線的方法是：把格網(wǎng)中各單元的 高程分成適當(dāng)?shù)母叱填悇e，然后用不同的顏色或灰 度輸出每一類別，兩高程類別之間的分界線即是等 高線。從不規(guī)則三角網(wǎng)數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)中獲得等 高線的方法是：用水平面與不規(guī)則三角網(wǎng)數(shù)字高程 模型相交割而產(chǎn)生等高線。 等高線圖雖然可精確地描述地面起伏變化，但不夠直觀，很難在人們的腦海中呈現(xiàn)出地面的 三維概貌，且在進行數(shù)據(jù)分析和模擬計算方面 也存在不足。而用戶往往需要從直觀上觀察地 形的起伏，所以地理信息系統(tǒng)通常具有繪制透 視圖的功能。三維透視圖利用數(shù)字高程模型以 數(shù)字形式表示地表數(shù)據(jù)變化，通過計算三維立 體圖的程序，用線劃描述或是用柵格陰影顯示 來表示立體圖形，有些系統(tǒng)還能在三維空間格 網(wǎng)上添加顏色，使圖形更加逼真，效果更好。
坡度是水平面與局部地面夾角的正切值，用百分數(shù)表示；坡向是坡度變化率最大的 方向，從北方起算角度。建立了數(shù)字高程 模型以后，我們很容易在格網(wǎng)內(nèi)或三角形 內(nèi)計算坡度和坡向，派生出坡度和坡向圖 供地形分析使用。坡度與坡向的計算是在 格網(wǎng)數(shù)字高程模型中采用開窗連續(xù)移動搜 索以完成整幅圖的計算工作。輸出時，既 可是數(shù)字形式，又可是坡度圖與坡向圖。 斷面圖主要用于工程設(shè)計和工程量算，用戶可以在斷面圖上考察該剖面地形 的起伏和計算剖面面積，從而為工程 設(shè)計提供依據(jù)。 以每個格網(wǎng)或每個三角形為基本單元，根據(jù)地形的起伏計算每個單元的斜面面積， 進而求得整個數(shù)字高程模型的表面面積。 用戶還可以根據(jù)兩個不同時期的數(shù)字高程 模型計算挖填方的體積和范圍，從而有效 地提高了工作效率和經(jīng)濟效益。 數(shù)字高程模型具有提取和描繪線、面特征的能力，系統(tǒng)中有專門的計算方法可以自動地探測 山脊線和山谷線并予以提取，對集水區(qū)域和流 域范圍進行確定。這種計算不僅能確定范圍的 邊界線，而且還能將整個范圍從數(shù)據(jù)庫中分離 出來，用戶可以對其重新編碼，形成某一流域 的分布圖。而人工進行水系、流域分析需花費 大量時間且難以避免錯誤的出現(xiàn)，因此自動形 成地形輪廓線是很有用處的。