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5 空间分析的原理与方法 北京大学.ppt

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5 空间分析的原理与方法 北京大学.ppt
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第五章 空间分析的原理和方法,第一节 数字地面模型分析 第二节 空间叠合分析 第三节 空间缓冲区分析 第四节 空间网络分析 第五节 空间统计分析 第六节 空间数据的集合分析和查询,空间分析是GIS系统的重要功能之一,是GIS系统与计算机辅助绘图系统的主要区别。空间分析的对象是一系列跟空间位置有关的数据,这些数据包括空间坐标和专业属性两部分。其中空间坐标用于实体的空间位置和几何形态,专业属性则是实体某一方面的性质。,第五章 空间分析的原理和方法,一、空间分析的意义是地理信息系统的重要组成部分,也是区别于其它类型系统的一个最主要的功能特性。 二、空间分析的目的:在于通过对空间数据的深加工或分析,获取新的信息。 三、空间分析:是基于空间数据的分析技术,以地学原理为依托,通过分析算法,从空间数据中获取有关地理现象的空间位置、空间分布、空间形态、空间形成、空间演变等信息。 四、空间分析类型: 1. 产生式分析:如数字地面模型分析、空间叠合分析、缓冲区分析、空间网络分析、空间统计分析; 2. 咨询式分析:如空间集合分析,空间数据查询等。,第一节 数字地面模型分析,一、DTM与DEM 1. DTM:数字地面模型,是定义于二维区域上的一个有限项的向量序列,以离散的平面点来模拟连续分布的地形。 2. DEM:数字高程模型,是高程关于平面坐标自变量的连续函数的一个有限的离散表示。又叫地形模型。 DTM={Zi,j} i=1,2,3,…,m-1,m;j=1,2,3,…,n-1,n 二、DEM的主要表示模型 1. 规则格网模型 2. 等高线模型 3. 不规则三角网模型(TIN) 4. 层次模型 三、DEM的建立,数字地形模型,DTM和DEM 数字地形模型(Digital Terrain Model,DTM)是在空间数据库中存储并管理的空间地形数据集合的统称。是带有空间位置特征和地形属性特征的数字描述。是建立不同层次的资源与环境信息系统不可缺少的组成部分。 地表属性的三维特征,诸如高度、坡度、坡向等重要的地貌要素,是地学分析和生产应用中的基础数据,它们可以广泛地应用在多种领域,如农、林、牧、水利、交通、军事领域等。具体地说象公路、铁路、输电线的选线、水利工程的选址、军事制高点的地形选择、土壤侵蚀、土地类型的分析等;也可应用于测绘、制图、遥感等领域。DTM的生成已成为GIS的研究课题之一。,DTM中属性为高程的要素叫数字高程模型(Digital Elevation Model,简称DEM)。高程是地理空间的第三维坐标,DEM是地表单元上的高程集合,通常用矩阵表示,广义的DEM可包括等高线、三角网等,这里特指由地表网格单元构成的高程矩阵。DEM是建立DTM的“基础数据”或称为单要素图,其它要素均可以从 DEM数据直接或间接导出,因此称为“派生数据”,如:平均高程、坡度、坡向等仍是系统数据库中存储的一个层面或基本图件。这些层面都是位置配准的,将它们与其它属性的层面叠置,可以完成多种资源与环境分析。 对于DTM,只输入和存储数字高程模型DEM,并保证其精度符合要求,其它派生要素在需要的时候通过计算得到且精度就可以得到保证。,DEM的表示方法 某地区地表高程的变化可用多种方法模拟。用数学定义的表面或点、线影像都可用来表示DEM。 数学分块法 数学方法拟合表面时需依靠连续的三维函数,连续的三维函数能以高平滑度表示复杂表面。局部拟合法是将复杂表面分成正方形像元,或面积大致相同的不规则形状小块,根据有限个离散点的高程,可得到拟合的DEM。 图形法线模式:表示地形的最普通线模式是一系列描述高程曲线的等高线。地图(有等高线)便是数字地面模型的现成数据源,用扫描仪在这些图上自动获取DEM数据方面已做了许多工作。 另外是根据各局部等值线上的高程点,通过插值公式计算各点的高程,得到DEM。,点模式: 人工网格法:将地形图蒙上格网,逐格读取中心或角点的高程值,构成数字高程模型。由于计算机中矩阵的处理比较方便,特别是以网格为基础的地理信息系统中高程矩阵已成为DEM最通用的形式。 网格法的缺点,即:①地形简单的地区存在大量冗余数据;②如果不改变网格大小,无法适用地形复杂程度不同的地区。 立体像对分析:先进采样法(Progressive Sampling)(消除冗余数据问题)就是通过遥感立体像对,根据视差模型,自动选配左右影像的同名点,建立数字高程模型。在产生DEM数据时,地形变化复杂的地区,增加网格数量(提高分辨率),而在地形起伏不大的地区,则减少网格数量(降低分辨率)。,不规则三角网方法(TIN):对有限个离散点,每三个最邻近点联结成三角形,每个三角形代表一个局部平面,再根据每个平面方程,可计算各网格点高程,生成DEM。 不规则三角网是产生DEM数据而设计的采样系统。该DEM
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