空间数据处理与分析课件.ppt
- 【下载声明】
1. 本站全部试题类文档,若标题没写含答案,则无答案;标题注明含答案的文档,主观题也可能无答案。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
2. 本站全部PPT文档均不含视频和音频,PPT中出现的音频或视频标识(或文字)仅表示流程,实际无音频或视频文件。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
3. 本页资料《空间数据处理与分析课件.ppt》由用户(晟晟文业)主动上传,其收益全归该用户。163文库仅提供信息存储空间,仅对该用户上传内容的表现方式做保护处理,对上传内容本身不做任何修改或编辑。 若此文所含内容侵犯了您的版权或隐私,请立即通知163文库(点击联系客服),我们立即给予删除!
4. 请根据预览情况,自愿下载本文。本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
5. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007及以上版本和PDF阅读器,压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 空间 数据处理 分析 课件
- 资源描述:
-
1、6 6 空间数据处理与分析空间数据处理与分析 o6.1 空间数据的坐标变换空间数据的坐标变换o6.2 空间数据的接边处理空间数据的接边处理 o6.3 空间分析空间分析 o6.4 空间数据统计模型空间数据统计模型 o6.5 空间数据的内插模型空间数据的内插模型 o6.6 空间数据的管理与查询空间数据的管理与查询 16.1 空间数据的坐标变换o几何纠正:在图形编辑中,只能消除数字化产生的明显误差,而图纸变形以及其他原因产生的误差难以改正,因此要进行几何纠正。几何纠正常用的有高次变换、二次变换、相似变换和仿射变换。o地图投影:当系统所使用的数据是来自不同地图投影的图幅时,需要将一种投影的几何数据转换
2、成所需投影的几何数据,这就需要进行地图投影变换。地图投影变换的实质是建立两平面场之间点的一一对应关系。其方法通常分为三类:解析变换法,数值变换法,数值解析变换法。6 6 空间数据处理与分析空间数据处理与分析 2高次变换公式为:其中,A、B代表二次以上高次项之和。上式是高次变换方程,符合上式的变换称为高次变换。在进行高次变换时,需要有6对以上控制点的坐标和理论值才能求出待定系数。几何纠正:高次变换6.1 空间数据的坐标变换3 当不考虑高次变换方程中的A和B时,则变成二次方程,称为二次变换。二次变换适用于原图有非线性变形的情况,至少需要5对控制点的坐标及其理论值才能求出待定系数。几何纠正:二次变换
3、6.1 空间数据的坐标变换4 相似变换原理:设XOY为新的平面直角坐标系如地面大地坐标系,xoy为旧的平面直角坐标系如数字化仪坐标仪坐标系,两坐标系之间的坐标轴夹角为,o相对于XOY坐标系原点的平移距离为A0,B0,两坐标系之间坐标的比例因子为m,则根据坐标变换原理,可写出变换公式(详见教材第125页)变换原理 相似变换公式几何纠正:相似变换6.1 空间数据的坐标变换5o如果坐标在X、Y方向的比例因子不一致,或者说图纸存在仿射变形,此时需要采用仿射变换进行几何校正。令m1和m2分别表示X和Y方向的比例尺,则变换公式为:o仿射变换是使用最多的一种几何纠正方式,其特性是:1)直线变换后仍为直线;2
4、)平行线变换后仍为平行线;3)不同方向上的长度比发生变化。o(详见教材第126页)几何纠正:仿射变换6.1 空间数据的坐标变换6o由于所采用的计算方法不同又可分为反解变换法和正解变换法。o反解变换法(又称间接变换法):这是一种中间过渡的方法,即先解出原地图投影点的地理坐标(,)对于(x,y)的解析关系式,然后将其代入新图的投影公式中求得其坐标。o正解变换法(又称直接变换法):这种方法不需要反解出原地图投影点的地理坐标,而是直接求出两种投影点的直角坐标关系式。地图投影:解析变换法6.1 空间数据的坐标变换7如果原投影点的坐标解析式不知道,或不易求出两投影之间坐标的直接关系,可以采用多项式逼近的方
5、法,即用数值变换法来建立两投影间的变换关系式。(详见教材第126页)地图投影:数值变换法 6.1 空间数据的坐标变换8当已知新投影的公式,但不知原投影的公式时,可先通过数值变换求出原投影点的地理坐标,然后代入新投影公式中,求出新投影点的坐标。即:地图投影:数值解析变换法 6.1 空间数据的坐标变换96.2 空间数据的接边处理o裁剪与合并:包括直线的裁剪和多边形的裁剪、合并。o图幅接边:由于空间数据采集的误差和人工操作的误差,两个相邻图幅的地图的空间数据在结合处可能出现逻辑裂隙与几何裂隙。6 6 空间数据处理与分析空间数据处理与分析 10直线的窗口裁剪:矢量裁剪法o矢量裁剪算法思想是:先从(A,
6、B)为始点进行判断或进行求交运算,所得交点(x,y)保存在(xs,ys)中,然后再把矢量倒过来,即以(C,D)为始点,再用前面的判断及求交运算程序求得交点坐标(x,y),最后只输出从(xs,ys)到(x,y)之间的线段。6.2 空间数据的接边处理11直线的窗口裁剪:中点分割o中点分割裁剪法又称对分法,其算法思想是:当一条线段既不能直接接受也不能直接舍弃,欲求其与区域的交点时,预先假设此交点落在线段的中点,如果这估计是错误的,则将直线分为两段,并对该两段再分别加以测试。用这种二分法搜索方式一直进行下去,直到原来线段的一段被直接接受,而另一段被直接舍弃。6.2 空间数据的接边处理12直线的窗口裁剪
7、:中点分割o设裁剪区域是正矩形,要裁剪的线段为P1P2,如图6-5所示,为求其可见部分AB,算法可分两个过程平行进行,即:(1)从P1出发,找出离P1最近的可见点A;(2)从P2出发,找出离P2最近的可见点B。此两点的连线AB,即为原线段P1P2的可见部分。6.2 空间数据的接边处理13多边形的窗口裁剪:逐边裁剪法 o逐边裁剪法的具体做法是:每次用窗口的一条边界对要裁剪的多边形裁剪,把落在窗口外部区域的图形去掉,只保留窗口内部区域的图形,并把它作为下一次待裁剪的多边形。若连续用矩形窗口的4条边界对要裁剪的原始多边形进行裁剪,则最后得到的多边形即为裁剪后的结果多边形。6.2 空间数据的接边处理1
8、4多边形的窗口裁剪:逐边裁剪法6.2 空间数据的接边处理15多边形的窗口裁剪:双边裁剪法 o首先沿Ps任一点出发,跟踪检测Ps的每一条边,当Ps与Pc的有效边框相交时:图6-8 多边形双边裁剪法执行过程图o(1)若Ps的边进入Pc,则继续沿Ps的边往下处理,同时输出该线段;o(2)若Ps的边是从Pc中出来,则从此点(称为前交点)开始,沿着窗口边框向右检测Pc的边,即用Pc的有效边框去裁剪Ps的边,找到Ps与Pc最靠近前交点的新交点,同时输出由前交点到此新交点之间窗边上的线段;o(3)返回到前交点,再沿着Ps处理各条边,直到处理完Ps的每一条边,回到起点为止。6.2 空间数据的接边处理16多边形
9、的窗口裁剪:双边裁剪法 6.2 空间数据的接边处理17图形的合并6.2 空间数据的接边处理o如图所示,跨越图幅的同一个多边形,在它左右两个图幅内,借助于图廓边形成了两个独立的多边形。为了便于查询和制图(多边形填充符号),现在要将它们合并在一起,形成一个多边形。此时需要去掉公共边。实际处理过程是先删除两个多边形,解除空间拓扑关系,然后删除公共边(实际上是图廓边),然后重建拓扑关系。18图幅接边:几何接边 o以活动工作区的目标为基准,根据图廓边上弧段的结点坐标查找相邻图幅对应弧段,如果它们的地物编码相同,结点坐标在一定的容差范围内,则将两边的结点坐标取中数自动吻合,空间关系不变。如果地物编码不同,
10、或超过接边的匹配容差,则需要进行人工编辑与接边。6.2 空间数据的接边处理19图幅接边:逻辑接边 6.2 空间数据的接边处理o在图幅数据文件的上一层,将有逻辑联系的空间目标,建立一个新的文件,即索引到它在每幅图的子目标,并建立双向指针(目标标识)。当在某一幅图点取子目标时,通过指针,指向上一层总标文件的记录,这一条记录记录了所有该目标的子目标的目标标识,通过它即可显示个目标。206.3 空间分析o地理信息系统(GIS)与计算机辅助绘图系统(CAD)的主要区别,是GIS提供了对原始空间数据实施转换以回答特定查询的能力,而这些变换能力中最核心的部分就是对空间数据的利用和分析,即空间分析能力。空间分
11、析是GIS中最为重要的内容之一,体现了GIS的本质。o空间分析的内容相当广泛。在本节中,我们只限于讨论多边形叠置、缓冲分析、网络分析、三维空间分析等若干核心内容。6 6 空间数据处理与分析空间数据处理与分析 216.3 空间分析6 6 空间数据处理与分析空间数据处理与分析 22叠置分析概念o叠置分析是GIS中的一项非常重要的空间分析功能,是GIS用户经常用以提取数据的手段之一。叠置分析的直观概念就是将两幅或多幅地图重叠在一起,产生新数据层和新数据层上的属性。新数据层或新空间位置上的属性就是各叠置地图上相应位置处各属性的函数。o一般情况下,为便于管理和应用开发地理信息(空间信息和属性信息),在建
12、库时是分层进行处理的。我们经常要将各数据层综合起来进行分析,如对各果园和居民点求取离它最近的道路并计算它离最近道路的距离,这类问题就需要对多层数据实施叠置来产生具有新特征的数据层。6.3 空间分析23叠置分析:基于栅格数据 o基于栅格数据的叠置分析是指将不同图幅或不同数据层的栅格数据叠置在一起,在叠置地图的相应位置上产生新的属性的分析方法。新属性值的计算由下式表示:o其中,A、B、C等表示第一、二、三等各层上的确定的属性值,f函数取决于叠置的要求。多幅图叠置后的新属性可由原属性值的简单的加、减、乘、除、乘方等计算出;也可以取原属性值的平均值、最大值、最小值或原属性值之间逻辑运算的结果等;甚至可
13、以由更复杂的方法计算出。6.3 空间分析24叠置分析:基于矢量数据o点与多边形的叠置 将一个含有点的图层叠加上另一个含有多边形的图层上,以确定每个点落在哪个多边形内6.3 空间分析25叠置分析:基于矢量数据o线与多边形的叠置 线与多边形的叠置分析是将线的图层叠置在多边形的图层上,以确定一条线落在哪一个多边形内。6.3 空间分析26叠置分析:基于矢量数据o多边形与多边形的叠置 多边形与多边形的叠置是指不同图幅或不同图层多边形要素之间的叠置。6.3 空间分析27叠置分析:基于矢量数据o多边形叠置的位置误差 进行多边形叠置分析的常常是不同类型的地图,甚至是不同比例尺的地图。因此,同一条边界的数据往往
14、不同,这时在叠置时就会产生一系列无意义的多边形,需通过人工来处理。(详见教材第138页)6.3 空间分析28叠置分析应用o例如,对于一个地形图数据库来说,可以将所有建筑物作为一个数据层,所有道路作为一个数据层,地下管线作为另一个数据层等等。我们经常要将各数据层综合起来进行分析,如对各果园和居民点求取离它最近的道路并计算它离最近道路的距离,这类问题就需要对多层数据实施叠置来产生具有新特征的数据层。6.3 空间分析29缓冲区分析o缓冲区分析是通过对一组或一类地物按影响的距离条件,建立缓冲区多边形图,然后将这一图层与需要进行缓冲区分析的图层进行叠置分析,得到所需要的结果。6.3 空间分析30缓冲区分
15、析:缓冲区的建立 o建立点缓冲区仅是以点状地物为圆心,以缓冲区距离为半径绘圆即可。线状地物和面状地物的缓冲区的建立也是以线状地物或面状地物的边线为参考线,作它们的平行线,再考虑端点圆弧,即可建立缓冲区。6.3 空间分析31缓冲区分析应用o缓冲区分析是GIS的基本空间操作功能之一,例如,某地区有危险品仓库,要分析一旦仓库爆炸所涉及的范围;如果要拓宽道路,需确定拆除的建筑物和搬迁的居民;在对野生动物栖息地的评价中,需要分析确定距动物生存所需的水源或栖息地一定距离的范围等等,这些问题都需要通过缓冲区分析来解决。6.3 空间分析32网络分析o网络分析是全面地描述网状事物以及其它们的相互关系和内在联系所
16、进行的一类空间分析方法。在GIS中,网络分析是依据网络拓扑关系(点线之间的连接、连通关系),通过考察网络元素的空间及属性数据,以数学理论模型为基础,对网络的性能特征进行多方面的一种分析计算。o基本功能:1)路径分析;2)资源分配;3)连通分析4)流分析6.3 空间分析33网络分析:最佳路径问题 o“最佳路径”中的“佳”包含很多含义,它不仅可以指一般地理意义上的距离最短,还可以是时间最短、费用最少、线路利用率最高等标准。但是无论引申为何种判断标准,其核心实现方法都是最短路径算法。o最短路径的数据基础是网络,组成网络的每一条弧段都有一个相应的权值,用来表示此弧段所连接的两结点间阻抗值。在数学模型中
17、,这些权值可以为正值,也可以为负值。由于在GIS中一般的最短路径问题都不涉及负回路的情况,因此以下所有的讨论中假定弧段的权值都为非负值。6.3 空间分析34网络分析:最佳路径问题 o若一条弧段(vi,vj)的权值表示结点vi和vj间的长度,那么道路ue1,e2,ek的长度即为u上所有边的长度之和。所谓最短路径问题就是在vi和vj之间的所有路径中,寻求长度最小的路径,这样的路径称为从vi到vj的最短路径。o最短路径问题的算法一般分为两大类:一类是所有点对间的最短路径,另一类则是单源点间的最短路径问题,其各自的求解方法是不同的。6.3 空间分析35网络分析:资源分配 o资源分配也称定位与分配问题,
18、其中的定位问题是指已知需求源的分布,确定在哪里布设供应点最合适的问题;而分配问题则是确定这些需求源分别受哪个供应点服务的问题。o许多资源分配问题的供应点布设要求满足多种组合条件,但是这些问题一般可分解为多个单目标的问题,因此这里仅讨论单目标方程的情况,即最小目标值法。此目标方程就是要求所有需求点到供应点的加权距离最小,也称P中心定位问题(P-Median Location Problem),它是定位与分配问题的基础问题。6.3 空间分析36网络分析:资源分配oP-中心的定位分配问题可以表述为:在m个候选点中选择p个供应点为n个需求点服务,使得为这几个需求点服务的总距离(或时间、费用等)最少。假
19、设wi记为需求点i的需求量,dji记为从候选点j到需求点i的距离,则可记为:(详见教材第141页)6.3 空间分析37网络分析:资源分配o所有p中心问题的解都表现为以下三条性质(对全局性的解这些只是必要而非充分的):每一个供应点都位于其所服务的需求点的中央;所有的需求点都分配给与之最近的供应点;从最优的解集中移去一个供应点并用一个不在解集中的候选点代替,会导致目标函数值的增加。6.3 空间分析38三维空间分析o三维空间分析是对x,y平面的第三维变量的分析,第三维变量可能是地形,也可能是地理空间上的地价、污染负荷量、绿化率、气温、人口密度、建筑物密度、降雨量,土壤酸碱度等变量。o包括趋势面分析、
20、坡度坡向分析、可视化分析。6.3 空间分析39三维空间分析:趋势面分析o趋势面分析根据空间的抽样数据,拟合一个数学曲面,用该数学曲面来反映空间分布的变化情况。o假设二维空间中有n个观测点(Xl,Yl),观测值为Zl(ll,2,3,n),则空间分布Z的趋势面可表示为N次多项式:式中aij通过最小二乘法求解。6.3 空间分析40三维空间分析:趋势面分析o多项式趋势面随着N值的不同,其形态也不同,下图是对一、二、三次多项式趋势面的一般形态及其剖面形态的描述。6.3 空间分析41三维空间分析:坡度、坡向分析 o坡度:地表单元的坡度 就是其法向n与Z轴的夹角 (角G)。o坡向是地表单元的法向量在 OXY
展开阅读全文