地理信息系统应用 空间叠加分析 空间叠加分析--教案.doc

教 案 模块五 空间查询与分析 单元二十一 叠加分析 知识点 叠置分析 叠置分析是GIS中一项非常重要的空间分析功能。我们经常需要了解一个地区的绿地覆盖率、公路里程、河流密度或者寻找土层厚度超过50cm的小麦地。这样的问题就需要应用到叠置分析功能。 空间叠置至少涉及到两个图层，其中至少有一个图层是多边形图层，称为基本图层，另一图层可能是点、线或多边形。 一、基于矢量数据的叠置分析 矢量叠置分析涉及到点与多边形的叠置、线与多边形的叠置、多边形与多边形的叠置。三者实现原理大致相同，但以多边形与多边形的叠置最为复杂，应用最广，也更具代表性。 多边形与多边形的叠置是将同一地区、同一比例尺的两组或两组以上的多边形要素的数据文件进行叠置，根据两组多边形边界的交点来建立具有多重属性的多边形或进行多边形范围内的属性特征的统计分析。其中，前者叫做地图内容的合成叠置，后者称为地图内容的统计叠置。 合成叠置的目的是通过区域多重属性的模拟，寻找和确定同时具有几种地理属性的分布区域，或者按照确定的地理指标，对叠置后产生的具有不同属性级的多边形进行重新分类或分级。合成叠置的结果形成新的多边形，见图5-13(a)。 统计叠置的目的是精确地计算一种要素（例如，土地利用）在另一种要素（例如，行政区域）的某个区域多边形内的分布状况和数量特征（包括拥有的类型数、各类型的面积及其所占总面积的百分比等等），或提取某个区域范围内某种专题内容的数据。统计叠置的结果为统计报表或列表输出，见图5-13(b)。 例如，对于土地管理信息系统的用户，他们经常需要提取某个县、某些人口统计单元或水文区域内的土地利用数据，并进行面积统计。此时，需要把土地利用图与人口统计分区等图进行叠置。如果进行的是土地资源分析，还需要把土地利用图与土壤分布图、DTM模型的数据进行叠置，以得到一系列的分析结果，为土地利用规划等提供依据。 (a) (b) 图 5-13 多边形叠置分析示意图 二、栅格系统的叠置分析 栅格叠置分析和矢量多边形叠置分析一样，是对两组或两组以上空间图形的分析。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的数据串。例如，有了县界与土地利用叠置分析的结果，才能求出一个县的耕地面积；只有通过土地利用与土壤类型的叠置分析，才能知道某类耕地所属的土壤特性。通过叠置分析功能，可以完成以下工作。 类型叠置：它是将两组或两组以上的栅格数据，通过求它们的交集，以建立新的数据文件。 数量统计：与矢量中的统计叠置类似，数量统计是计算一种要素（如面积）在另一种要素（如行政区域）的某个区域内的分布状况和数量特征。 几何提取：通过随机建立的几何图形（例如圆、矩形或某种带状区），提取该图形范围内的某种信息。例如，以不同半径的圆作为搜索区，通过建立圆左右边界之间的数据串，与专门内容的属性作比较，可以快速实现圆范围内信息的提取。 三、叠置分析案例 这里介绍的叠置分析模型同样适用于矢量和栅格分析方法。 （一）二值非权重布尔逻辑模型 假设某市政府在为该市的垃圾寻找理想的处理地址，有关垃圾场地址的选择条件按布尔规律集的形式给出，如下所示： （1）应位于这样一个区域，其表面非致密物质大于最小要求厚度 （2）区域地表物质应具有低渗透率，以阻止可溶性物质快速渗入地下水中 （3）区域的平均地表坡度平稳，并小于某个极限值 （4）区域的下伏基岩不是破碎的灰岩 （5）区域不发生洪水（例如，不可能发生百年一遇的洪水） （6）区域应属于农业区，而非市政或工业区 （7）区域的土地适宜性不属于优等可耕耘土地 （8）区域与现有市政区域范围保持一定距离 （9）区域与重要道路干线保持一定距离 （10）区域不属于环境敏感区 （11）区域不位于风口 （12）土地价格相对较低 （13）面积不小于S 完成以上工作的步骤为： （1）根据上述垃圾场选址条件，组织有关地区的系列数据资料图； （2）分别将相关图形二值化，即true、false或1、0。根据每种图件的数据分类级别是否满足相应的布尔逻辑条件，将该图转化为二值图。如果图件数据的某分类级别满足相应的布尔逻辑条件，则该分类的级别为true或者1，否则为false或者0。 （3）对于各图件的输入数据进行“与（AND）”运算。在区域某一位置地点上，如果所有图件的数据都为true或者1，那么其结果为“1”，反之为“0”。 （4）最后，生成二值图。 注意，这里的“每一个位置点”可以是栅格数据中的一个像素(Pixel)，或者是四叉树结构中的一个像块（Block），也可以是矢量结构图中的每一个多边形（Polygon）。 在垃圾场选址的二值非权重布尔逻辑模型中，布尔集合值只包括两类，不是“1”，就