文档介绍：第六章 GIS空间分析导论
具有较强的空间分析能力是GIS的主要特征,有无空间分析功能是GIS与其制图系统相区别的主要标志。空间分析是从空间物体的空间位置、联系等方面去研究空间事物,以对空间事物做出定量的描述。从信息提取的角度来讲,这类分析还不是严格意义上的分析,而是一种描述和说明,是特征的提取、参数的计算。一般地讲,它只回答了“是什么?”、“在哪里?”、“有多少?”和“怎么样?”等问题,但并不回答“为什么?”。空间分析需要复杂的数学工具,其中最主要的是空间统计学、图论、拓扑学、计算几何等,其主要任务是对空间构成的描述和分析。
一般对空间分析的理解是:空间分析是基于地理对象的位置和形态特征的空间数据分析技术,其目的在于提取和传输空间信息;是地理信息系统的主要特征,同时也是评价一个地理信息系统功能的主要指标之一;是各类综合性地学分析模型的基础,为人们建立复杂的空间应用模型提供了基本工具。
空间分析的数据模型
地理信息系统要对自然对象进行描述、表达和分析,首先要建立合理的数据模型以存储地理对象的位置、属性以及动态变化等信息,合理的数据模型是进行空间分析的基础。这里介绍常见的几种数据模型。
现实世界错综复杂,从系统的角度来看,空间事物或实体的运动状态和运动方式不断发生变化,系统的诸多组成要素之间存在着相互制约、相互作用的依存关系,表现为人口、质量、能量、信息、价值的流动和作用,反映不同的空间现象和问题。为了控制和调节空间系统的物质流、能量流和人口流等,使之转移到期望的状态和方式,实现动态平衡和持续发展,人们开始考虑在建立数据模型表达现实世界的基础上,对其诸多组成要素的空间状态、相互依存关系、变化过程、相互作用规律、反馈规律、调制机理等进行数字模拟和动态分析,客观上为地理信息系统提供了良好的应用环境和重要发展动力。
空间分析是基于地理对象的位置和形态特征的空间数据分析技术。空间分析方法必然要受到空间数据表示形式的制约和影响。因此,在研究空间分析时,就不能不考虑空间数据表示方法与数据模型。
空间数据表示的基本任务是将以图形模拟的空间物体表示成计算机能够接受的数字形式,因此空间数据的表示必然涉及空间数据模式和数据结构问题。
空间数据通常分为栅格模型和矢量模型两种基本的表示模型。此外矢量栅格一体化、三维数据模型、时空数据模型等由于自身的特点,在某些方面代表数据模型发展的方向。
栅格数据模型
在栅格模型中,地理空间被划分为规则单元(像元),空间位置由像元的行列号表示。像元的大小反映数据的分辨率,空间物体由若干像元隐含描述。例如一条道路由值为道路编码值的一系列相邻的像元表示,要从数据库中删除这条道路,则必须将所有有关像元的值改变成该条道路的背景值。栅格数据模型的设计思想是将地理空间看成一个连续的整体,在这个空间中处处有定义。
栅格结构以规则阵列表示空间地物或现象分布的数据组织,组织中的每个数据表示地物或现象的非几何属性特征。,在栅格结构中,点用一个栅格单元表示;线状地物则用沿线走向的一组相邻栅格单元表示,每个栅格单元最多只有两个相邻单元在线上;面或区域用记有区域属性的相邻栅格单元的集合表示,每个栅格单元可有多于两个的相邻单元同属一个区域。任何以面状分布的对象
(土地利用、土壤类型、地势起伏、环境污染等),都可以用栅格数据逼近。遥感影像就属于典型的栅格结构,每个像元的数字表示影像的灰度等级。
栅格结构的显著特点是:属性明显,定位隐含,即数据直接记录属性的指针或属性本身,而所在位置则根据行列号转换为相应的坐标给出,即定位是根据数据在数据集中的位置得到的。由于栅格结构是按一定的规则排列的,所表示实体的位置很容易隐含在网格文件的存贮结构中。在后面讲述栅格结构编码时可以看到,每个存贮单元的行列位置可以方便地根据其在文件中的记录位置得到,且行列坐标可以很容易地转为其他坐标系下的坐标。
在栅格文件中每个代码本身明确地代表了实体的属性或属性的编码,如果为属性的编码,则该编码可作为指向实体属性表的指针。,一条代码为9的线实体,一个代码为7的面实体。由于栅格行列阵列容易为计算机存储、操作和显示,因此这种结构容易实现,算法简单,且易于扩充、修改,也很直观,特别是易于同遥感影像结合处理,给地理空间数据处理带来了极大的方便,受到普遍欢迎。栅格结构的另一个优点是,特别适合于FORTRAN、BASIC等高级语言作文件或矩阵处理,这也是栅格结构易于为多数地理信息系统设计者接受的原因之一。
栅格结构表示的地表是不连续的,是量化和近似离散的数据。在栅格结构中,地表被分成相互邻接、规则排列的矩形方块(特殊情况下也可以是三角形或菱形、六边形等),每个方块与一个栅格单元相对应。栅格数据的比例尺就是