地理信息系统空间分析功能的应用
摘要：地理信息系统的核心是空间属性数据库，而管理、分析和应用数据库中数据的空间分析功能和应用模型则是发挥数据库作用的关键部分。衡量一个地理信息系统的好坏，不仅决定于其数据库的数据质量、数据量和更新速度，关键要看其空间分析功能是否强大、实用和具有灵活性。本文在简述地理信息系统空间分析方法的基础上，论述地理信息系统空间分析方法的若干应用。
关键词：地理信息系统；空间分析；聚类分析；主成分分析
1前言
地理信息系统是60年代中期开始逐渐发展起来的一门新技术，近十几年发展迅猛。早期地理信息系统开发研制的目的是为了解决自然资源管理和土地规划等方面的问题。随着技术的发展，地理信息系统的应用已逐步超出地学研究范围，但仍然是地学研究中的强大技术手段之一。对于它的认识，也不再局限于认为GIS仅仅是科学研究的工具和手段，而是逐步认识到地理信息系统的理论概念和方法对人们认识现实世界思维方式改变的积极作用。对于它的发展，建立大型综合的空间数据库，引入专家系统和各类应用模型，GIS、RS和GPS即所谓的3S 一体化是它的主要方面。另外，由于GIS技术是以计算机技术为基础的，一些计算机的发展趋势也必将体现在GIS上面，如微机化、网络化、视窗化、标准化等等。
2空间分析方法简介
地理信息系统中的空间分析功能的发展与完善是地理信息系统研究和应用的主要目标。随着地理信息系统在数量、规模、复杂性和应用深度方面的提高，空间分析已成为地理信息系统独立的研究领域，并成为区别于其它类型信息系统的主要标志。
由于地理信息系统的种类很多，因而在功能上特别是空间分析的功能上有差异，但各有所长。有以处理矢量数据为主的，也有处理以栅格数据为主的系统。一般来说，地理信息系统的空间分析功能有以下几个方面：⑴空间特征的几何分析功能；⑵网络分析功能；⑶数字图像的分析功能；⑷地形分析与多元分析。[1]
3 GIS空间分析方法的应用举例
空间分析的应用领域与GIS的应用领域基本上是一致的，已有很多资料对GIS的应用进行了非常详细的介绍，本文在介绍这些具体的应用时更加强调GIS 的空间分析功能。空间分析的具体应用领域包括水污染监测、城市规划与管理、地震灾害和损失估计、洪水灾害分析、矿产资源评价、道路交通管理、地形地貌分析、医疗卫生、军事领域等。
3.1 GIS空间分析在水污染监测中的应用
地理信息系统空间分析方法及其若干应用吴静 发表时间：2018-01-16T10:06:49.090Z 来源：《基层建设》2017年第30期作者：吴静 [导读] 摘要：地理信息系统是一种特殊的具有特定性的空间信息系统，它能够提供地理空间共享以及地图服务，地理信息系统是60年代中期发展起来的，近年来获得了非常迅速的发展，由于其种类、数量非常多 四川省冶金地质勘查局测绘工程大队四川成都 610212 摘要：地理信息系统是一种特殊的具有特定性的空间信息系统，它能够提供地理空间共享以及地图服务，地理信息系统是60年代中期发展起来的，近年来获得了非常迅速的发展，由于其种类、数量非常多，加上发展变化非常快，因此对地理信息系统的定义也非常多，简单来说，地理信息系统就是利用计算机软硬件进行输入、输出及分析的系统，当前它已经在现代经济活动的方方面面得到了应用，人们对地理信息系统的了解也逐渐深入.基于此，本文着重针对有关地理信息系统空间分析的相关问题进行了分析。 关键词：信息系统；空间；分析方法；应用 近年来，计算机技术发展非常迅速，虽然地理信息系统的输入、存储和输出功能进展较快，但是空间分析功能的发展就显得比较落后。而空间分析是建立在空间目标位置和属性表达以及目标间复杂空间关系表达的基础上，若要提高空间分析能力，必须解决空间关系描述与表达，而空间关系的建立也是提高ＧＩＳ效率的一个关键。 1 空间拓扑关系描述 空间拓扑关系描述的是基本的空间目标点、线、面之间的邻接、关联和包含关系。ＧＩＳ传统的基于矢量数据结构的结点－段－边形，用于描述地理实体之间的连通性、邻接性和区域性。这种拓扑关系难以直接描述空间上虽相邻但并不相连的离散地物之间的空间关系。 目前，对于空间实体之间的拓扑关系的描述，主要有基于网络的拓扑模型和基于点集拓扑理论的拓扑模型，前者比后者具有直观、结构清晰、互导性强、便于组织存储等优点。基于点集拓扑的空间拓扑关系描述有三种方法：四元组、九元组和维６４２００８扩展法。基于点集拓扑的空间关系描述框架能够十分有效地描述有公共元素的空间目标间的拓扑关系，甚至能够根据交集的维数更进一步区分成为各种不同的形式，但是基于点集拓扑的空间关系描述框架无法描述分离开的、没有公共元素的目标间的拓扑空间关系，这正是其缺点所在。 2 地理信息系统空间分析方空间位置 2.1叠置分析 叠置分析是通过叠加至少两层地图要素而得到一个新的要素层，其结果是分割原要素并生成新要素，且新要素中包含原要素的全部属性。据此，叠置分析既可生成新的空间关系，还可联系输入数据层的属性并生成新的属性关系。总体而言，叠置分析是按数学模型计算分析新要素的属性，从而解决用户面临的问题。 在城市规划中，建设用地适宜性评价是一种典型的格栅叠置，其通过对用地评定因子图层进行标准化处理、重新分类及加权叠加，从而形成用地适宜性评价结果。对于灾害风险综合评估、城镇发展条件综合评价及生态敏感性综合评价等规划，都可采用多因子叠加分析法来实现叠置分析。在规划中，两期用地的演变亦可进行叠置分析，即：根据土地利用数据，叠置获得两期土地利用的变化图层，用以分析土地利用的变化；根据城市建设用地数据，叠置获得两期建设用地转化的图层，用以辅助规划评估或比选规划方案。此外，还应深入挖掘矢量数据中的叠置分析功能，其中矢量叠置蕴含一种拓扑关系及其包含至少两个矢量图层的并集、交集、属性的空间赋值与关联等功能，如建设量的分区统计便是矢量叠置的具体应用。 2.2相关分析 在同一空间范围内，任一小的空间单元都包含多项属性信息，而相关分析的研究内容是对应位置上的属性信息是否具有相关关系及这一相关关系的表现。在相关分析中，通常包括时间域、空间域，两者关注的焦点分别是不同时期同一属性的观测值、同一时期不同属性的观测值。在规划中，相关分析涉及较多的社会领域、自然领域。例如，犯罪高发地的成因分析研究的是在同一地區，犯罪率与家庭收入、教育水平、失业率、租住比例、新迁入居民比例及单亲家庭比例等属性的相关性。在规划中，还可运用相关分析来分析土地利用演变的驱动力。例如，在某一省域的区县范围内，先空间化处理社会经济统计指标，再从土地利用转化的角度开展主成分分析、相关分析、回归分析及因子分析，从而探明引起这一区域土地利用演变的驱动力。 3 空间拓扑关系的应用 3.1软件平台中的空间拓扑关系建立 软件平台中的空间拓扑关系的建立常为了拓扑检错和拓扑应用。拓扑检错是在建立好拓扑规则后，再打开些拓扑规则，根据错误提示进行修改。拓扑应用主要指的是为了提供空间分析的功能，比如线拓扑生成面、网络分析功能等。在软件平台中，拓扑关系的建立和使用的过程如下：获取图形文件，新建或打开。 对图形文件进行拓扑关系的建立，即根据需求调用特定的模块对其进行处理。 3.2根据所得的拓扑关系进行拓扑检错或拓扑应用 当然，拓扑关系的建立是可以在进行图形绘制的时候进行的，但是由于所需要的拓扑关系待定，就需要考虑所有的拓扑关系，而此时图形还在动态变化当中，因此在每次图形更新的时候都需要对其进行拓扑关系的建立，如此将严重影响图形绘制及拓扑关系的建立的效率。 以使用ＡｒｃＧＩＳ进行最短路径分析为例，其使用的拓扑关系是线文件的网络拓扑关系，这种关系在其它拓扑处理时使用很少，因此如果是在图形绘制时就建立网络拓扑关系，就会造成的时间上的浪费。而ＡｒｃＧＩＳ实行的机制就是首先在ＡｒｃＭａｐ中进行图形的矢量化，而后在ＡｒｃＣａｔａｌｏｇ中建立其网络拓扑关系，最后再在ＡｒｃＭａｐ中进行最短路径分析。这种性质的，值得在软件平台设计时借鉴。 3.3二次开发中的空间拓扑关系建立 空间拓扑关系是ＧＩＳ中空间分析的基础，限制着其在空间分析方面的应用。目前大多数的应用软件都是通过二次开发实现的，这种软件开发的空间分析功能就不仅是建立在其使用平台的基础上，而且还要看其平台所提供的二次开发组件。例如ＥＳＲＩ公司所提供的Ｍ
第一章 1.地理信息系统：是在计算机软硬件支持下，对整个或者部分地球表层空间中的有关地理分布数据进行采集、存储、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。 2.地理信息系统的主要组成部分：硬件系统、软件系统、地理空间数据和系统管理操作人员。 3.GIS功能分为以下五个方面： ①数据采集与输入；②数据编辑与更新； ③数据存储与管理；④空间数据分析与处理； ⑤数据与图形的交互显示。 4.21世纪GIS应用新的发展趋势：网络GIS、组件式GIS、虚拟现实GIS、时态GIS、互操作GIS、3S集成。 5.对基于GIS的空间分析的理解不同的角度和层次： ①按空间数据结构类型；②按分析对象的维数； ③按分析的复杂性程度。 第二章 1.ArcGIS的基础模块：ArcMap、ArcCatalog、Geoprocessing。 2.Geoprocessing地理处理框架：具有强大的空间数据处理和分析工具，包括地理处理工具的集合和模型构建器。 第三章 1.空间数据采集：是指将现有的地图、外业观测成果、航空相片、遥感图像、文本资料等转成计算机可以识别处理的数字形式。 2.数据组织：就是按照一定的方式和规则对数据进行归并、存储、处理的过程， 3.ArcGIS中主要有Shapefile、Coverage和Geodatabase三种数据组织方式。 4.地理数据库：是按照层次型的数据对象来组织地理数据。 5.要素类：是具有相同几何类型和属性的要素的集合，即同类空间要素的集合。 6.地理数据库建立的一般过程： ①地理数据库设计；②地理数据库建立； ③建立地理数据库的基本组成项；④向地理数据库各项加载数据； ⑤进一步定义地理数据库。 7.地理数据库的基本组成项：对象类、要素类和要素数据集 8.要素类的分类：简单要素类和独立要素类。 9.创建拓扑的优势：
地理信息系统空间分析功能的应用 摘要：地理信息系统的核心是空间属性数据库，而管理、分析和应用数据库中数据的空间分析功能和应用模型则是发挥数据库作用的关键部分。衡量一个地理信息系统的好坏，不仅决定于其数据库的数据质量、数据量和更新速度，关键要看其空间分析功能是否强大、实用和具有灵活性。本文在简述地理信息系统空间分析方法的基础上，论述地理信息系统空间分析方法的若干应用。 关键词：地理信息系统；空间分析；聚类分析；主成分分析 1前言 地理信息系统是60年代中期开始逐渐发展起来的一门新技术，近十几年发展迅猛。早期地理信息系统开发研制的目的是为了解决自然资源管理和土地规划等方面的问题。随着技术的发展，地理信息系统的应用已逐步超出地学研究范围，但仍然是地学研究中的强大技术手段之一。对于它的认识，也不再局限于认为GIS仅仅是科学研究的工具和手段，而是逐步认识到地理信息系统的理论概念和方法对人们认识现实世界思维方式改变的积极作用。对于它的发展，建立大型综合的空间数据库，引入专家系统和各类应用模型，GIS、RS和GPS即所谓的3S 一体化是它的主要方面。另外，由于GIS技术是以计算机技术为基础的，一些计算机的发展趋势也必将体现在GIS上面，如微机化、网络化、视窗化、标准化等等。 2空间分析方法简介 地理信息系统中的空间分析功能的发展与完善是地理信息系统研究和应用的主要目标。随着地理信息系统在数量、规模、复杂性和应用深度方面的提高，空间分析已成为地理信息系统独立的研究领域，并成为区别于其它类型信息系统的主要标志。 由于地理信息系统的种类很多，因而在功能上特别是空间分析的功能上有差异，但各有所长。有以处理矢量数据为主的，也有处理以栅格数据为主的系统。一般来说，地理信息系统的空间分析功能有以下几个方面：⑴空间特征的几何分析功能；⑵网络分析功能；⑶数字图像的分析功能；⑷地形分析与多元分析。[1] 3 GIS空间分析方法的应用举例 空间分析的应用领域与GIS的应用领域基本上是一致的，已有很多资料对GIS的应用进行了非常详细的介绍，本文在介绍这些具体的应用时更加强调GIS 的空间分析功能。空间分析的具体应用领域包括水污染监测、城市规划与管理、地震灾害和损失估计、洪水灾害分析、矿产资源评价、道路交通管理、地形地貌分析、医疗卫生、军事领域等。 3.1 GIS空间分析在水污染监测中的应用