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這是一個關(guān)于GIS應用案例分析PPT,這節(jié)課主要是了解什么是GIS的查詢功能?查詢方式有幾種?怎樣實現(xiàn)各種GIS的查詢功能?查詢功能主要應用在哪些方面?由于GIS的數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)了對空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的有效管理,使得空間特征與屬性特征互相對應,使之可以進行多種方式的空間搜索從而實現(xiàn)GIS的查詢功能,是GIS最基本、最常用的功能。它通過數(shù)據(jù)庫對數(shù)據(jù)進行追蹤、信息搜索、計算等提供位置信息和進行空間定位服務(wù)。GIS主要通過圖形和屬性之間互相提供線索的互查來實現(xiàn)查詢的功能。因此,GIS的查詢有兩條途徑。一種是通過屬性特征來進行空間定位。另一種是根據(jù)空間位置來查詢有關(guān)該空間實體的屬性特征或者與該空間實體有某種聯(lián)系的另一些空間實體。但是,現(xiàn)實問題卻常常需要將二者交叉混合使用,才能達到目的。因此,由這兩條查詢途徑可以有若干種查詢方式。即圖形查詢、屬性查詢、單純的空間查詢、混合查詢,歡迎點擊下載GIS應用案例分析PPT哦。
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GIS功能與應用分析
空間分析是GIS回答社會、經(jīng)濟和商業(yè)領(lǐng)域問題的主要體現(xiàn)
應用功能與軟件
查詢功能與應用
計算、統(tǒng)計與應用
空間分析與應用
常用軟件介紹
查詢功能與應用
本章主要問題:
什么是GIS的查詢功能?查詢方式有幾種?
怎樣實現(xiàn)各種GIS的查詢功能?
查詢功能主要應用在哪些方面?
由于GIS的數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)了對空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的有效管理,使得空間特征與屬性特征互相對應,使之可以進行多種方式的空間搜索從而實現(xiàn)GIS的查詢功能,是GIS最基本、最常用的功能。它通過數(shù)據(jù)庫對數(shù)據(jù)進行追蹤、信息搜索、計算等提供位置信息和進行空間定位服務(wù)。GIS主要通過圖形和屬性之間互相提供線索的互查來實現(xiàn)查詢的功能。因此,GIS的查詢有兩條途徑。一種是通過屬性特征來進行空間定位。另一種是根據(jù)空間位置來查詢有關(guān)該空間實體的屬性特征或者與該空間實體有某種聯(lián)系的另一些空間實體。但是,現(xiàn)實問題卻常常需要將二者交叉混合使用,才能達到目的。因此,由這兩條查詢途徑可以有若干種查詢方式。即圖形查詢、屬性查詢、單純的空間查詢、混合查詢。
圖形查詢
這類查詢是利用屬性查圖形,是回答在哪里的問題。其結(jié)果將用圖形表示。因而,又稱為空間查詢。例如,查詢?nèi)蛉丝诖笥?00萬的城市有哪些,它們分布在什么位置。其過程是通過功能鍵將用戶意圖告訴給數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),然后,數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)根據(jù)指令在所能調(diào)動的數(shù)據(jù)范圍內(nèi)搜索和計算;完成后,再將結(jié)果通過數(shù)據(jù)向圖形的轉(zhuǎn)換告訴給顯示系統(tǒng);最后將所得出的結(jié)果用圖形顯示出來。通過這種查詢可以提供空間定位服務(wù)。
查詢舉例分析
尋覓適宜住宅
新?lián)ПP都分布在哪些地方?
這個問題的已知屬性是新樓盤。按樓盤年代的劃分可以確定樓盤的新舊檔次。
哪些地段的價格較合適?
這個問題的已知屬性是各樓盤的平均價格。同上方式,可以選出與價格相適應的樓盤及其地點來。
哪些小區(qū)距離學校近?
那些小區(qū)生活方便?
哪些小區(qū)周圍的自然環(huán)境好?
哪些樓盤可以去看?
依此類推,上述問題也同樣如法炮制地得出滿足距離學校近、生活方便、周圍環(huán)境好的樓盤分布地點。
如何利用軟件進行查詢
利用GIS軟件進行查詢通常有兩種途徑:通過屬性表格;通過查詢功能鍵“Query”來
選擇條件。
1.利用屬性表格查詢空間特征:利用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中屬性數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)的鏈接關(guān)系,選擇一定的屬性數(shù)據(jù)后,GIS軟件工具將自動搜索與之對應的空間關(guān)系,然后將所得空間實體用圖形顯示出來。數(shù)據(jù)表格由“Table”管理功能來實現(xiàn)。如在ArcView中,利用表格查詢空間圖形如圖9.1所示。
2.通過“Query”查詢:是GIS最常用的查詢途徑。它是通過建立“與”、“或”、“大于”、“小于”等條件組合關(guān)系來查詢空間實體的。由“Table里的Query”或“Query Builder”來實現(xiàn)。如在ArcView中,利用“Query”查詢空間圖形如圖9.2所示。
屬性查詢
這類查詢是已知圖形查屬性。是回答“是什么”的問題。查詢過程是對屬性數(shù)據(jù)的搜索。因而,又稱為非空間查詢。例如,利用世界地圖查找中國境內(nèi)的人口、國民生產(chǎn)總值(GDP)等。多數(shù)軟件都將此工具設(shè)置為INFO功能鍵,讓用戶利用顯示屏上的光標來在所顯示的地圖上采用一定的形狀選擇所要查詢的地理范圍或地物,借助數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的空間索引,快速檢索出被選空間實體;然后根據(jù)數(shù)據(jù)庫中空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的鏈接關(guān)系,找出其屬性表格?臻g統(tǒng)計分析也往往在此基礎(chǔ)上進行。按照已經(jīng)知道的空間實體的類型,可以有以下一些查詢方式。
按點查詢
已知一個空間“點”的位置,利用數(shù)據(jù)庫關(guān)系查詢與其對應的屬性。這個“點”可以是一個真正的“點”元素,也可以是該“點”所在的“線”或“面”元素。其根據(jù)是所選擇的圖層(主題)的對象類型。如所選擇(在軟件中表現(xiàn)為激活狀態(tài))的行政單位(“面”元素)中,點擊一個行政單位區(qū)域內(nèi)的任意一點,則利用“I”的功能,有關(guān)中國(China)的所有信息都自動得到顯示(圖9.3所示)。
按范圍查詢
是給定一個明確的空間范圍,查詢該區(qū)域范圍內(nèi)有關(guān)的空間實體及其屬性(其實可以算
作一種混合查詢)。這個空間范圍是在數(shù)據(jù)庫以外根據(jù)要求任意劃定的(如圖9.4所示)。它是通過利用圖形來選擇特征實現(xiàn)的(Select features using graphics)。這個任意范圍的劃定是由GIS軟件中的繪圖工具來完成的?梢允菆A、巨型、多邊型等多種范圍劃定方式。
單純空間實體的查詢
這類查詢是已經(jīng)知道空間實體查詢另一個(些)空間實體。其實是第二條途徑的一種特例。一類是與按范圍查詢相類似,先劃定范圍,然后查詢在該范圍內(nèi)的空間實體,所查詢得到的空間實體可包括點、線、面等多種類型;另一類是利用空間實體之間的關(guān)系在已知實體的基礎(chǔ)上查詢相關(guān)實體。
給定范圍的查詢
方法如同上述的按范圍查詢類似。查詢所劃定范圍內(nèi)所涉及到的空際空間實體。例如,查詢以地中海中心為圓心,以400公里為半徑的覆蓋區(qū)域(假如,地震發(fā)生在該中心區(qū)域,則周圍400公里受影響的區(qū)域應該是如圖9.5 所示的國家)。
實體空間關(guān)系的查詢
這類查詢主要是對空間實體之間相對空間位置(拓撲關(guān)系)的查詢。這種拓撲關(guān)系包括鄰接、包含、穿越以及緩沖(擴散)等多種方式。
鄰接關(guān)系:臨界關(guān)系是指空間實體之間的相連性。一般指多邊形與多邊形的鄰接和線與線的鄰接。在應用中主要用于區(qū)域和區(qū)域之間的接壤、線路與線路之間的連接關(guān)系。
包含關(guān)系:主要是指一個多邊形區(qū)域內(nèi)所包含的點、線、面等空間實體的情況。
穿越關(guān)系:主要是指某一個線實體與其它的線、面等相交的情況。如,最常用的是一條公路所穿越的省份、縣和鄉(xiāng)等行政區(qū)域。
緩沖(擴散)關(guān)系:主要是指距離一個明確實體一定距離范圍內(nèi)的空間實體情況。如,
假設(shè)城市鐵路影響周圍的居民距離是100米,則距離鐵路兩旁100米以內(nèi)的居民都將受到鐵路噪音的影響。他們的分布范圍就是由鐵路兩旁100米所緩沖的區(qū)域。這其實是一種空間實體對一定距離范圍影響的擴散范圍的選定和查詢。(注:這里的這種緩沖功能僅是顯示滿足條件的區(qū)域范圍,可以通過功能鍵直接得到所需要的空間范圍,沒有重新生成新的空間實體,是一種初步和簡單的空間緩沖分析。因此,盡管其功能鍵在空間分析中,但對于人文科學的人員來說,放在空間查詢里更容易理解。)
混合查詢
例子: 商業(yè)規(guī)劃
包括本商業(yè)中心在內(nèi)的一定區(qū)域范圍內(nèi)的交通情況如何?
這個問題由三個子問題構(gòu)成:
a. 所選則的商業(yè)中心所輻射的范圍?
b. 穿越這個區(qū)域范圍的交通線路怎樣?
c. 這些交通線路所能到達的區(qū)域?
這些問題將依次進行:
所選則的商業(yè)中心所輻射的范圍?在按照范圍查詢中利用確定緩沖地帶的范圍選擇出本商業(yè)中心所輻射的區(qū)域;
穿越這個區(qū)域范圍的交通線路怎樣?利用實體的空間穿越關(guān)系查詢與本區(qū)域有關(guān)的交通線路;
這些交通線路所能到達的區(qū)域?利用實體的空間鄰接關(guān)系查詢與這些交通線路有關(guān)的區(qū)域。
在得到上述這些信息后,就可以對本商業(yè)中心的覆蓋區(qū)域與實際客戶的分布區(qū)域進行比較,分析影響客戶的交通以及其它因素。
查詢功能的應用
政府管理
政府的日常管理工作集中在對所管理事物和部門的組織與協(xié)調(diào)。而這種組織與協(xié)調(diào)的工作所需要的空間分析、計算和統(tǒng)計的機會并不多,多數(shù)主要是在對信息的查詢和顯示的基礎(chǔ)上進行的。因此,信息查詢是政府日常管理事物中常用的功能。它一般與辦公自動化一起對管理人員進行決策和采取措施提供信息分布查詢、時時的空間數(shù)據(jù)和信息監(jiān)測、以及為決策提供依據(jù)的信息分析等。這種查詢服務(wù)一般是在特定的系統(tǒng)界面上完成的。也就是說,每一個部門有一套政府辦公的特定的管理系統(tǒng),在這個系統(tǒng)中,由于系統(tǒng)的使用權(quán)限、信息的保密性等原因,該系統(tǒng)往往為不同的管理人員設(shè)計具有不同權(quán)限的查詢界面,地理信息的查詢就成為在該界面信息查詢的一部分。它往往利用了GIS商業(yè)軟件的二次功能,將查詢功能連接到本系統(tǒng)中,成為本系統(tǒng)的一部分;同時,查詢界面也與原來的商業(yè)軟件查詢界面完全不同。
企業(yè)內(nèi)部管理
在針對涉及空間位置的特定目標和生產(chǎn)流程管理中,地理信息系統(tǒng)提供空間位置的信息查詢。主要用于對空間位置的監(jiān)控。類似于上述政府管理中的信息監(jiān)控系統(tǒng)。只不過,企業(yè)GIS注重的是微觀空間信息。
社會上的應用
主要用來為公眾提供服務(wù)的信息查詢。如Internet GIS。在用戶來說,操作很簡單,而且不需要知道內(nèi)部采用的是地理信息系統(tǒng)軟件和技術(shù),僅通過網(wǎng)絡(luò)界面對所需要的信息進行查詢。這類查詢的應用需要開發(fā)人員進行大量的
計算、統(tǒng)計與應用
地理信息系統(tǒng)中的統(tǒng)計功能與計算類似,也主要是對一定空間實體的屬性數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。
直接進行的方法主要有:
統(tǒng)計圖表分析:將一定空間范圍內(nèi)的某些屬性數(shù)據(jù)繪制成柱狀、扇型、折線等常用圖表。利用比較各區(qū)域這些圖形的形狀來判斷它們在空間分布上的狀況。這種功能可以用來進行同一個區(qū)域范圍內(nèi)不同因素分布之間的比較,也可以進行同一種因素在不同區(qū)域內(nèi)分布情況的比較。
密度分析:計算一定空間實體上(內(nèi))具有某種屬性特征對象的分布密度。主要用于對該實體內(nèi)對象發(fā)生頻數(shù)的計算。
簡單的統(tǒng)計計算:加和(Sum)、數(shù)數(shù)(Count)、平均(Mean)、最大值(Maximum)、最小值(Minimum)、排序(Range)、方差(Variance)和標準偏差(Standard deviation)的計算。
間接進行的方法主要有:層次分析、聚類分析、判別分析等。它們僅是利用了分布對象的空間位置、范圍對屬性數(shù)據(jù)進行通常的層次分析、聚類分析、判別分析等。
GIS中的統(tǒng)計分析與純粹的統(tǒng)計分析所不同的是,在GIS軟件中所進行的統(tǒng)計分析是可以與其對應的空間實體、空間位置和范圍聯(lián)系在一起的。也就是,這里的統(tǒng)計是對所選擇的空間范圍、實體或?qū)ο髢?nèi)的屬性進行分析的。因此,又稱為空間統(tǒng)計。
空間分析與應用
本章主要問題:
空間分析在該應用領(lǐng)域主要有幾種方式?
各種空間分析實現(xiàn)的途徑及其應用領(lǐng)域如何?
與前述空間計算完全不同的是,這里,空間分析的對象主要是空間數(shù)據(jù)。它是通過對空間數(shù)據(jù)的分析算法,獲取有關(guān)地理現(xiàn)象的空間位置、空間分布格局、空間形態(tài)和空間演變形態(tài)等信息。由于空間查詢和空間分析都要或多或少地用到對空間數(shù)據(jù)的計算,它們經(jīng)常在功能上,尤其在數(shù)據(jù)庫內(nèi)部運行上是交叉的。因此,有人也將空間查詢的一些內(nèi)容作為空間分析的部分。但是,由于在人文社會科學領(lǐng)域里,用戶注重的是界面操作的方式。因此,這里將通過對空間數(shù)據(jù)加工所得出的新的空間數(shù)據(jù)或信息的過程與空間查詢分開論述。以便于用戶在設(shè)計分析模型時,能對新生成的空間數(shù)據(jù)及其格式考慮得更周到一些。
GIS的空間分析功能有很多種,盡管目前這些功能在本領(lǐng)域的應用并不廣泛,但大多數(shù)功能或多或少都能在一定程度上為用戶的分析工作帶來方便。目前在本領(lǐng)域通常用的功能有:空間疊加(疊合)分析、緩沖區(qū)分析、空間分類分析、空間網(wǎng)絡(luò)分析、曲面分析等。
空間疊加分析(Spatial Overlay Analysis)
是指在統(tǒng)一空間參照系統(tǒng)的條件下,將同一個空間范圍(地區(qū))的多個圖層進行兩兩疊置以在該范圍內(nèi)產(chǎn)生多重屬性特征的方法。不論各圖層來源于同一個原始數(shù)據(jù)(同一張地圖),還是來源于不同的原始數(shù)據(jù),由于每個圖層的數(shù)字化形式都是獨立存在的。它們都有各自在數(shù)字化過程中的誤差系統(tǒng)和存儲格式。GIS通常用矢量和柵格兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形式。因而,疊加過程就分為對矢量圖層的疊加和柵格圖層的疊加。對這些不同圖層的空間疊加就相當于進行空間數(shù)據(jù)的集成。因此,在GIS中,地圖疊加的過程就是對空間數(shù)據(jù)集成的過程;同時,又是生成新圖層和新的空間的過程。
空間疊加的模型
由于每一個圖層都只代表一種空間實體,多個圖層的疊加所生成的新圖層就意味著所有被疊加圖層的信息的綜合。隨著空間實體種類特征的不同,信息綜合的方式亦各有差別。
點與多邊形的疊加: 是指一個表示點圖層上的某一些點落在另一個表示多邊形圖層的某一些多邊形內(nèi)的疊合(如圖10.1中c所示)。
線與多邊形的疊加:是指一個表示線圖層上的某一些線段落在或交叉在另一個表示多邊形圖層的某一些多邊形的疊合(如圖10.1中 b所示)。
多邊形與多邊形的疊加: 是指兩個表示多邊形線圖層上某一些多邊形相互交叉或包容而生成新的更多的多邊形的
過程(如圖10.1中 a 所示)。
空間分類分析
空間分類是指根據(jù)空間實體的屬性特征對其進行類型劃分和顯示的過程。由于它著重顯示的是類型的信息。因而,是查詢時候的重要顯示手段。GIS在類型劃分和顯示上有兩種方式:分類和重新分類。簡單的分類僅是顯示屬性數(shù)據(jù)的數(shù)值級別,不對數(shù)據(jù)今年性計算或改變空間特征。因而,屬于查詢功能的應用。重新分類是對柵格數(shù)據(jù)格式的空間和屬性數(shù)據(jù)重新賦值,利用布爾圖象顯示分類結(jié)果。在數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的運行過程中,內(nèi)部所進行的是布爾運算(Bollean Operator)或權(quán)重運算(Weighting operator)。其中,布爾運算從原始圖象中產(chǎn)生出的雙碼圖象(圖象僅包含0和1的數(shù)值)和權(quán)重運算從原始屬性數(shù)據(jù)中產(chǎn)生等級數(shù)值都對進一步的空間分析提供了方便。因而,它屬于一種空間分析。
空間分類實現(xiàn)的途徑
空間分類的應用
網(wǎng)絡(luò)分析
網(wǎng)絡(luò)分析的應用
網(wǎng)絡(luò)分析是通過網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系而進行的點和點之間的聯(lián)系路徑、方向、距離等的
關(guān)系,用來解決最短路徑、最優(yōu)配置、以及滿足一定條件的路徑選擇等問題。主
要用于交通線網(wǎng)絡(luò)、城市管線網(wǎng)絡(luò)、流域水系網(wǎng)絡(luò)等的模擬、分析和監(jiān)控管理。
(1)最短路徑問題:常用在交通、消防、信息傳輸、救災搶險等方面選擇最短或最
優(yōu)路徑中。主要解決資源在網(wǎng)絡(luò)移動中最優(yōu)路線的選擇問題。如,選擇一條從居
住地到醫(yī)院花費時間最少的路線。
(2)推銷員問題:不言而喻,這種分析模式主要是用于需要到達多個目標點的最優(yōu)
路徑的選擇。盡管最初從推銷員的應用例子而來,但同時也是GIS空間分析中最
常用的一種方法。如,現(xiàn)場人員經(jīng)常在各種管線的修理時巡視路線和順序的選擇
方面的應用。
(3)定位—配置模型:定位—配置模型可以用來在供給方和需求方之間確定最優(yōu)選
擇的服務(wù)中心。與此同時,可以根據(jù)供給方的服務(wù)范圍、需求方的分布,確定新
或取消過剩的服務(wù)中心(供給方)。
(4)路徑追蹤:主要用于對物資、人員、服務(wù)、和信息等在網(wǎng)絡(luò)流動線路的追蹤,
以了解所觀察對象的流同情況。如,污水排放的追蹤,以幫助判斷某一污染源的
流動路線,為排除有關(guān)區(qū)域的險情提供依據(jù);有線電視系統(tǒng)中費用交納的追蹤,
利用查詢功能找出費用空缺,追蹤線纜路線,找出欠費用戶。
北京市主要道路形成的網(wǎng)絡(luò)
經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)分析得出的時間費用分類
根據(jù)交通時間的地區(qū)分類
曲面分析
等高線模型的原理:等高線模型是用高程值的集合表示曲面特征。其中的每一條等高線對應一個已知的高程值。這樣一來,一系列的更高線集合和它們的高程值就構(gòu)成了曲面高程模型.
利用這種高程模型可以比較方便地進行曲面上某一個方向的坡度和坡向計算,其所有顯示圖形可以用來進行目視分析,并可以允許其它分析結(jié)果疊加在該曲面上。它們是曲面分析最常用的功能。
等高線模型的建立
在GIS中,等高線的高程值是由一組屬性數(shù)據(jù)決定的。軟件根據(jù)所選擇的一個域的屬性數(shù)據(jù),自動生成某一個區(qū)域的等高線輪廓(contours),并顯示出相應圖形。在此基礎(chǔ)上,軟件利用所得到的等高線數(shù)據(jù)在坡度和坡向計算功能的幫助下,分別得到該區(qū)域中的坡度和坡向分布數(shù)據(jù)及圖形;利用曲面數(shù)據(jù)繪制剖面圖形進行目視分析。在ArcView中,它們都在三維空間分析模塊(3D Analyst)或空間分析模塊(Spatial Analyst)中實現(xiàn)。
等高線模型的應用
坡度和坡向
坡度是指單位面積內(nèi)高程數(shù)據(jù)(高度)變化的程度。常
用“度”或“百分比表示。坡向是指單位地形面的朝向。常用相
對于北方的角度表示。它們是曲面分析中最重要的應用功
能。兩者結(jié)合可以對所選擇的區(qū)域地形的選擇進行分析。
坡度的單獨使用,可以用來比較地面元素沿該曲面一個
方向的流動情況。如果所選的“高程”數(shù)據(jù)是地面的海拔高
度,則可以利用坡度分析調(diào)查山區(qū)的流水匯集情況;如果所
選擇的“高程”數(shù)據(jù)是人均收入,則可以利用坡度分析了解該
區(qū)域范圍內(nèi)人口的流動情況 。
形成等值線所使用的點的分布
9類(Class9)地區(qū)內(nèi)的等值線與坡度
以上海為中心以GDP為高程數(shù)值所形成的等值線
對坡度的分類
目視分析
應用地面高程所形成的曲面沒有重疊信息。因而,所描述的
表面起伏特征非常直觀,很容易進行目視分析。這種分析過程
是根據(jù)曲面特征繪制某一個剖面,通過對剖面的分析來了解表
面起伏特征的。
這種剖面圖主要有兩種應用方式:一種是通過剖面的起
伏變化了解某一沿線高程數(shù)據(jù)的變化;另一種是通過剖面上
從各種角度目視的暴露點和遮蔽點的分析來了解資源或信息
通過該剖面的傳輸情況。第一種方式主要作為三維高程分析
的補充,可以對人文科學的數(shù)據(jù)進行分析;第二種主要用來
對無線電信號的傳輸、山區(qū)工程設(shè)施的可視性和隱蔽性布局
的分析。如果無線信號發(fā)射和接收裝置的高度太低,就會被
凸其的山坡所阻擋;一些保密設(shè)施需要建在比較低凹的地
方,以利用周圍山體作屏障;滑雪設(shè)施需要建設(shè)在比較明顯
的地方,才能讓游客容易看到。
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