1、第一章1GIS 空间分析的概念、GIS 空间分析的研究对象概念：空间分析是为解答地理空间问题而进行的数据分析与挖掘，是 GIS 的核心。研究对象：空间目标及其特性。如空间特性位置、分布、形态和空间关系；属性特性；时间特性。空间分析类型：I 基于空间图形数据的分析运算；基于非空间数据的数据运算；空间与非空间数据的联合运算。II 基于矢量的空间分析；基于栅格的空间分析；矢-栅联合空间分析。2道路拓宽案例分析题：某城镇拟对建城区某条道路进行拓宽，其拆迁标准为：a）道路从原有的 20m 拓宽至 60m；b）拓宽道路应尽量保持直线；c）部分位于拆迁区内的 10 层以上的建筑不拆除。如何使用 GIS 进行
2、道路拓宽的路线和费用分析？流程是怎样的？解决，数据采集和建库：搜集研究区域的道路分布图、建筑物分布图以及地价等相关信息；缓冲区分析：对道路做一 40m 为半径的缓冲区分析；叠加分析：将缓冲区分析之后的道路图同建筑物分布图叠加分析，选出在缓冲区域内的层数超过 10 的建筑物，做好标记；统计分析：3GIS 空间分析的核心问题位置、条件、趋势、模式、模型。第二章1.空间查询的概念、空间量算的概念空间查询：利用空间索引机制，从数据库中找出符合该条件的空间数据。空间量算：对各种空间目标的基本参数进行量算与分析。2.函数距离的概念如曼哈顿距离、相对障碍物距离。3.空间查询分类属性查询；空间相互关系查询，包
3、含、在之内、衷心地相交、在距离之内混合查询。4.空间量算主要内容基本几何参数量测：位置、长度、面积、体积、距离、中心、重心空间目标形态量测：曲率、弯曲度、完整性、复杂度空间目标分布计算：分布中心、分布轴线、离散度、标准差圆、最近邻分析、分布密度、连通度、定向5.分布密度的概念、连通度的概念 分布密度：单位分布区域内分布对象的数量；连通度：空间网络中节点连线数与可能存在的所有连线数之比。思考题：1）洪涝灾害评估系统实现的技术路线研究；2）提供区域 DEM，获取区域的高程曲线和相对高程曲线。第三章1.什么是 Grid，Grid 的行、列数与 Cell Size 和空间范围、离散型和连续型 Grid
4、 的区别，Grid 的 No Data 数据Grid 是 ArcGIS 的一种栅格格式的数据结构，离散型 Grid 的值表示的是该象元所代表区域的均值，而连续型 Grid 表示的是该象元各定点所代表的值；No Data 数据表示没有数据可用、数据停止使用或数据不适宜特定的地理要素，ArcGIS 中指在分类时不予考虑的数据值。2.空间分析的基本参数设置方法与意义，如掩膜的应用、空间分析范围、尺寸设置的作用掩膜应用可以提取感兴趣区域、屏蔽不参与研究的区域、也可以提取某些隐含的信息、对图像进行面向应用的处理；空间分析范围以及尺寸的设置可以减小数据处理数量，是结果达到预期效果，比如栅格数据处理中输出图
5、像的分辨率的设置。3.Raster Caculator 原理与应用（注意该知识甚至可能和遥感知识相结合，如在 GIS 中利用遥感 TM 影像获取植被指数） 、重分类原理与应用（注意重分类可将 Nodata 变为有值，重分类的结果为离散型栅格数据）1）NDVI=（T4-T3）/（T4+T3） Map Algebra/Raster Calculator；Reclass/Reclassify2）植被指数的获取：Raster CalculatorReclassify属性表面积统计。 （建模：Add Data Or Tool、Make Parameters 设置参数，并保存于 Geodatabase 中
6、）3）Nodata 变有值：Reclassify 中设置4.直线距离的原理与应用、区域分配的原理与应用（如泰森多边形插值的实现）1）直线距离原理：计算每一个格网中心到最近设施的直线距离，并将该距离作为该栅格的象元值；算法实现：先计算与设施相交栅格值，再以栅格扩散！ArcGIS 工具：Path Distance应用：a.对“省会城市”图层做 0-100 公里的栅格缓冲区分析;b.对“省会城市地理坐标”图层做 0-100 公里的栅格缓冲区分析；c.城市所有位置上的商业繁华度指标：计算一级商业中心对所有格网的商业繁华度指标：F i=fi*(1-di/d),F=max(Fi)；解决：此处 fi=100
7、,d=3500。首先对以及商业中心做 PathDistance，将结果作为参数 di代入指标内进行栅格计算。2）区域分配原理：确定所有格网中心的最近设施，对于矢量格式的设施，以某一整型字段值或FID 作为 Cell Value；对于离散型栅格数据的设施，以象元值或整型字段值作为 Cell Value；ArcGIS 实现：Cost Allocation 或 Path Distance Allocation；应用：得出某 ID 编号为 559 的银行在其服务区内的顾客数。解决 1：1）使用 PathDistance 得出其直线距离分布情况；2）再使用CostAllocation 得出银行的服务区域
8、（以 FID 类似的唯一值的整型字段为基础操作） ；3）将服务区域转换成矢量形式并导出 ID 号为 559 银行所拥有的服务区域多边形；4）以上述多边形为掩膜对顾客分布图进行统计运算，得出其服务区的顾客数量；解决 2： 见 9 之泰森多边形的生成！5.栅格数据转换为矢量多边形（如将分析的栅格图层转换为矢量多边形）CovertRaster to Vector6.密度功能的原理与应用（如提供人口点数据，获取人口密度大于 1000 的区域）原理：译 P36（密度表面表现了点或线状要素的分布情况，比如，我们会用一个点的值代表整个城镇的人口总数，但是城镇人口不可能居住在一个点的范围内，如果需要了解这个区
9、域的人口分布状况，我们就可以通过密度计算创建出一个表面景观来模拟此区域的人口分布；应用：商业连锁店选址，人口密度必须在每平方公里 1000 人以上且距最近商业点直线距离在 500 米以外解决：1）对人口图做密度分析即 Kernel Density， （注：若输入数据单位为米，输出数据单位就是平方公里）；2）对商业点做直线距离分析；3）进行栅格计算，得出符合条件的候选商业网点。7.邻域分析的概念对输入的点主题中的点要素或栅格主题中的栅格在特定的邻域范围内进行某种统计计算，计算中使用邻域范围内所有的点或栅格值。8.邻域分析的原理与应用（如根据建筑面图层如何求取建筑密度）表面功能的原理与应用（注意对
10、于坡度功能而言，我们一般是根据 DEM 求地形坡度，如果是 DTM，如降水，就叫降水的变化梯度分布了）（1）邻域分析：原理：以计算象元为中心的窗口范围内计算窗口统计值，并以该统计值作为中心象元的分析结果值；（Mean 均值、Maximum 最大值、Minimum 最小值、Median 中数、Sum 和、Range、Majority、Variety、Standard Dev）？栅格 ArcGIS：Neighborhood-Focal Statistics；矢量点邻域：Point Statistics（只统计窗口内矢量点的某字段值） ；应用：a. 模拟计算城市任一点的建筑密度解决：1）将建筑视图转
11、换成栅格格式，且建筑内部象元值为 1，外部为 0；2）提取背景栅格，即研究区域，且值设为 1；3）对上述两个结果分别做 Focal Statistics 的 Sum 分析，邻域为 21；4）用居民地邻域/背景邻域*100，得出建筑密度图；b. 求取满足在 500 米范围内至少有 5 个顾客点的银行解决： 1）根据原始数据的经纬度信息投影转换成以米为单位的数据；2）对顾客图层增加字段 ID，赋值为 1，而后对它做 Point Statistics 的 500m 邻域分析，以 Map 为单位统计圆域内 ID 的 sum；3）将结果转化成矢量多边形图，并选择GRIDCODE=5 的多边形，导出；4）
12、用上步导出多边形对银行进行裁剪，若位于其内部，则满足条件。（2）表面分析：1）地形因子坡向（Aspect）：给定点位所在斜面的法线在平面上的投影和正北方向的夹角；坡度（Slope）：给定点位所在斜面的法线和垂直方向之间的夹角；2）等值线：Contour3）山体阴影：给定太阳高度角和方位角，模拟地表光照值（Hillshade）,不使用偏南光，避免反立体效应。4）综合应用：退耕还林还草解决：首先对高程数据做坡度分析，并选出坡度大于 25 的区域；其次对土地利用作分析，得出农业用地；最后将两者进行栅格运算。得最终结果。9.空间插值的相关内容；精确性插值的概念空间插值：由已知点估算其他点数据分类：全局
13、插值、局部拟合；精确插值、非精确插值；确定性插值、随机性插值：前者不提供预测值的误差检验，后者用估计变异提供估计误差的评价；（按照插值计算方法）分块内插、部分内插和单点移面内插。ArcGIS 空间插值方法：1） IDW 反距离加权 （有直接的工具，Spatial Analysis niniWZ/pTools/Interpolation/IDW）;2）泰森多边形插值（最近邻点插值，无直接工具，如下操作）：以求银行服务区域为例：1）将银行图层坐标转换成以 m 为单位；2）建立字段FID_Copy 并且赋值为相应的 FID 值；3）使用 Path Distance Allocation 工具，设定好
14、输出图像分辨率，得到结果；4）转换成 Polygon 并与原始图层相应字段进行 Join，再转换成 Raster 得到最终结果！（另一种方法上已述）3）自然邻点插值（Natural Neighbor）：自然邻点插值结果的任意一点的值与周围的Voronoi 多边形相联系。最初的一个维诺尼图形是由已知点构成，如图中的橄榄绿色区域。新生成的维诺尼多边形如米黄色所示，是添加五角星点后新生成的多边形。它的值是以与旧图相交图中各多边形面积比例为权重，周围各点的加权和。4）趋势面插值（Trend）：全局5）克里格插值：普通克里格、简单克里格、范克里格？6）Spline 样条函数：按一定规则，用相邻数据点连线
15、将块分割成若干个多边形分片，通过每一分片上的全部数据点，展铺一张光滑的数学曲面，并使相邻分片间保持连续光滑的拼接。精确插值：在样点处估算值与实际值相同10.地面曲率、平面曲率、剖面曲率的概念（ArcGIS Curvature）地面曲率：地形表面上一点的扭曲变化成都的度量；其在垂直方向和水平方向分量分别称为剖面曲率和平面曲率；剖面曲率：是对地面坡度的沿最大坡降方向地面高程变化率的度量；平面曲率：指在地形表面上，具体到任何一点，指过该点的水平面沿水平方向切地形表面所得的曲线在该点的曲率值。 （即该点所在的地面等高线的弯曲程度！）11.分区功能的原理与应用（请与教案第 2 章的思考题获取高程曲线、第
16、 3 章思考题统计不同坡向的平均建筑密度等结合复习）分区汇总统计：原理以一个离散型 Grid 作为分区，统计区域另一个 Grid 每个区域的统计参数，如面积、均值等。ArcGIS 中，主要有 Tabulate Area、Zonal*等实现应用：1）统计不同坡向的城市建筑密度情况；2）不同坡向的粮食产区直方图；3）退耕还林还草决策分析12.水流方向矩阵、流水蓄积量等相关水文分析原理与应用（1）填充洼地：是水文分析的起点，使得每个格网水流都能流到流域出口；（基本算法：填平处理、平地微调增高 Fill）（2）水流方向矩阵（Flow Direction）：由一系列能够代表由中心象元流出的水流方向的编码
17、构成的矩阵。（3）流水累积量（Flow Accumulation）：假设研究区域每个格网有一个单位 1 的水量，按照水流方向累计计算每个格网的上游来水量。方向编码如下：32 64 12816 X 18 4 2（4）水网长度计算 FlowLength：根据水流方向格网，计算每个格网距上游源头或下游出口的流水长度。（5）流域盆地（Basin）：由分水岭分割而成的汇水区域。它通过对水流方向数据的分析确定出所有相互连接并处于同一流域盆地的栅格。 （注：分水岭即山脊线，将 Basin结果矢量化即可）（6）水网提取（山谷线）：1）流水累积量，再分类（非河网为 NoData）提取栅格河网；2）加入水流方向矩
18、阵，提取水网栅格图；3）矢量化河网。（7）河网连接与分级（Stream Link 2）创建要素数据集，设置好坐标及投影；3）导入要素类；4）创建网络数据集；5）确定参与要素；6）设置网络连接方式：End Point 或 Any Vertex；7）增加网络属性:Cost(代价)、Hierarchy（等级） 、Restriction（限制） 、Descriptor（描述） ；a.点击 Add 按钮，设置属性名，属性类型，数据类型；b.进一步设置其单位，并选中相应属性，点击 Evaluators，设置相应值是以属性值为标准抑或以 VBScript 为标准；c.若是等级类型的，应设置其 Range。8
19、）设置网络向导第五章1.3D Feature Data 的概念和创建方法即拥有三维方向特征的要素类，比通常的二维多了一个 Z 方向值。创建方法：1）在导入数据到 GeoDataBase 时设置 Z 方向的值即可；2）在 ArcCatalog 里创建 ShapeFile 时，勾选 Coordinates will contain Z values .Used to store 3D data 一项，即可；3）在 3D 分析工具下，使用 Feature To 3D by Attribute 将二维数据转换成三维数据；4）导入外部数据，如 3DS 数据；5）使用 Layer 3D to Featur
20、e Class 工具。2.TIN 概念由分散的地形点按照一定规则（如 Delaunay 规则，没有任何节点在三角形外接圆内）构成的一系列不相交的三角形。（补，不要求：TIN 的生成算法 1）Delaunay 三角网生成算法：。 。 。2）炸弹算法：。 。 。PPT13）3.TIN 模型与 Arc/Info 的 TIN1）Arc/Info 的 TIN 以 TIN 模型为基础；2）顶点和三角面可定义一个整数属性值；3）TIN 中可存在无插值区域；4）定义四种边（Edge）类型（Regular、Soft、Hard、Outside） 。4.TIN 的显示风格化和 TIN 的创建方法（1）显示风格化：在
21、 TIN 图层的属性里，可以设置其 Symbology，或添加其不同边或节点类型的显示风格。（2）TIN 创建：1）基于矢量数据创建：ArcMap 中有 Create TIN 工具，9.3 版本先创建空TIN 文件，设置好坐标信息，再使用 TIN 编辑工具对它进行添加masspoints、BreakLine、Replace Polygon 等等要素；2）基于 Raster 创建：使用 3D分析中的栅格转换工具可将现有山歌数据转换成 TIN 数据。5.Terrain 概念即地形，一个地形数据集是基于三角网表面测量的多分辨率数据集，以矢量形式存储于地理数据库中。它有参与构建的特定要素类和规则，这些
22、规则保证了这个表面的构建方式。例如：人行道的边缘可以强制地作为三角网的边。6.三维透视观察的一些关键技术(可能与其他章节结合，如水库大坝和水库水面的三维展示)应用：水库大坝、水面的三维展示实现：1)将 DEM 数据的 BaseHeight 设置为从表面数据获取高程，即为数据本身；2）导入流域数据，如上设置其基本高程，此时量数据重叠处会出现闪烁现象，可将流域的 Offset 即偏移设置为比 0 大的合适数；3）导入出水口的线数据，使用 Extrusion 将其沿垂直方向拉伸为面状数据；4）以 DEM 范围建立一多边形数据，导入，按照上一步骤，将其拉伸为体状，直至与 DEM 重合，即可看到立体的效
23、果，三维基本展示完毕！7.MultiPath 概念、3D 模型的概念MultiPatch 即多片，它是由一系列几何对象组成的，可以表示 3D 效果的对象实体；3D 模型：即由三维数据建立的数据模型，用于对现实世界的模拟。8.三维分析模块的表面分析、数字化小区关键技术（1）包括通视性分析（Line of Sight）和可视区分析（ViewShed）可视区分析实例：见实验 7（2）数字化小区关键技术：1）建筑导入：设置合适的着色、基本高度和拉伸高度，并贴纹理；2）地面铺设：导入道路、草地、池塘等，分别设置其显示风格，利用偏移工具突出显示以避免闪烁；3）车辆停放：设置风格、尺寸、及停放方向；4）路灯、电线竿和路标的放置：同上，注意其基本高度的设置；5）其他设施的加入。
