数字制图与GIS软件培训第五部分空间分析子系统.docx
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数字制图与GIS软件培训第五部分空间分析子系统
空间分析子系统概述
空间分析是GIS系统的重要功能之一,是GIS系统与计算机辅助绘图系统的主要区别。
空间分析的对象是一系列跟空间位置有关的数据,这些数据包括空间坐标和专业属性两部分。
其中空间坐标用于描述实体的空间位置和几何形态;专业属性则是实体某一方面的性质。
空间分析子系统提供了一系列数据操作功能,如空间迭加、属性分析、数据检索、三维模型分析等功能。
借助于这些功能,用户能够从原始数据中图示检索或条件检索出某些实体数据,还可以进行空间迭加分析,以及对各类实体的属性数据进行统计。
用户可重复使用各种分析工具,最终得出希望的结果。
空间分析步骤
空间分析步骤:
数据准备数据检索空间分析属性统计分析二维模型和三维模型分析
1.数据准备
数据准备在信息系统的建立过程中是一个非常重要的阶段,在这个阶段,用户需要做大量耐心细致的工作,需要投入大量的资金和人力。
用户对数据准备的重要性应该有一个非常清醒的认识。
一般地,用户可以按下列顺序进行数据准备、系统建立和应用分析:
(1)需求分析,软件系统研究。
(2)数据分类,收集。
(3)数据分类输入,定义属性、编辑属性。
(4)数据检查、校正。
(5)数据建库。
(6)应用,分析。
数据类型的划分对用户来讲是个很不容易把握的问题,类型的种类划分和详细程度的确定应视具体应用而定。
(1)首先用户应清楚自己需要什么,有哪些类型的数据,为了达到预期的目的,是否还需要收集更多的数据。
(2)然后用户和信息系统专业人员一起研究是否要调整数据类型和层次,最终制定出一个既便于收集,又能满足系统要求的数据分类和层次划分标准。
(3)将各种数据按不同类型和不同层次采集到计算机中。
数据质量检查和误差控制是数据采集过程重要的一环,但往往被用户忽略,然而数据质量的好坏,直接影响空间分析的结果,有时,错误的数据(如区域边界自相交)甚至不能进行分析,或者分析之后得到的是错误的结果。
因次,在数据输入过程中,用户一定要严把质量关。
数据质量检查可用目视检查,如通过开窗放大,检查空间数据质量,也可以用错误检查子系统帮助检查,用图形校正子系统校正图形误差。
虽然数据检查子系统和图形校正子系统可以帮助用户检查数据质量和控制误差,但这一切都不能代替耐心细致的工作。
2.数据检索
这一步用来从某些文件中或从数据库中提取分析所需要的数据。
例如,在工作区域内,有地质图和铜矿矿点图,其中地质图包括了因民组(Pt1y),落雪组(Pt1l),鹅头厂组(Pt1e),绿汁江组(Pt1lz)等地层的数据,现准备分析矿点和落雪组(Pt1l)地层的相关关系,那么就需要把Pt1l地层数据从地质图中检索出来。
3.空间分析
这是一种将两层地图要素迭加产生一个新的要素层的操作,其结果是原来的要素被分割、剪断、套合,然后生成新的要素,新要素综合了原来两层要素所具有的属性。
也就是说,空间迭加,不仅产生新的空间特征,还将输入特征的属性联系起来,产生新的属性。
空间迭加分为矢量数据和栅格数据两种类型。
对于矢量数据,采用矢量迭加方法,该方法对矢量的空间数据进行分割、剪断、套合等操作,对和矢量相关的属性进行连接,迭加结果是新的矢量数据和属性数据。
对于栅格数据则采用栅格加权迭加方法,该方法将两个栅格文件的对应元素加权相加,作为迭加结果的对应元素。
如上述例子中,为了分析矿点和落雪组(Pt1l)地层的相关关系,在检索出Pt1l地层数据后,就需要将Pt1l地层数据和矿点数据进行迭加,得到地层和矿点之间的套合关系和两层要素的属性连接表,以便进一步作定量统计分析。
4.属性统计分析
和矢量相关的属性数据,或者矢量迭加得到的属性连接表,可进一步作属性统计分析,以便得出各种要素之间的定量关系。
如上述例子中,对检索出来的Pt1l地层属性数据的“面积”字段进行“单属性统计”分析,就可得到准确的Pt1l地层的总面积,对迭加后的点数据属性的“标志码”字段进行“单属性统计”,就可得到落在Pt1l地层上的矿点数,得到这两个数据后,可进一步算出Pt1l地层上单位面积矿点数。
5.二维模型和三维模型分析
对二维栅格数据和三维栅格数据可进行模型分析,以展示栅格数据所描述的实体的空间形态。
文件
“文件”项菜单如图15-1:
图15-1文件菜单
1)新建综合图形
新建一个显示多个文件的窗口(一般装入的某类文件的窗口只是显示装入的一个文件),然后在窗口菜单(或右键菜单)中点取“选择显示文件”,选择要显示的文件,便可同时显示多个文件.
2)装点(线,区,网,表)文件
将工作区打开,并将某类文件从磁盘文件装入其中。
3)保存当前文件
将当前活动的文件从工作区存到磁盘文件。
4)另存当前文件
将当前活动的文件从工作区存到磁盘文件,并输入新的文件名称。
5)保存选择文件
将从工作区列表中选择需要保存的文件,然后将其存到磁盘文件。
6)关闭当前文件
将当前活动的工作区关闭,并释放和工作区相连的内存块和文件句柄。
7)关闭选择文件
将从工作区列表中选择需要关闭的文件,将将选择的工作区关闭,并释放和工作区相连的内存块和文件句柄。
8)退出
关闭所有已经打开的工区,释放系统申请的内存块和文件句柄,结束整个系统的运行。
窗口
窗口功能用于控制图形窗口,它包括选择文件进行复位显示、放大、缩小、移动、更新、清除窗口等操作。
当光标位于图形窗口时,按鼠标右键能够迅速在光标处弹出一个窗口菜单,该弹出菜单中的各项功能等同于主菜单中“窗口”的功能,如下图:
窗口操作基本类似于其它系统的窗口操作功能,不过在空间分析中,“选择显示文件”功能比较特殊。
当激活综合窗口后,选择“选择显示文件”功能,系统首先弹出一个文件选择窗,由用户选择需要显示的文件及其窗口参数,凡是选择的文件都以蓝色背景显示,选择完毕按OK确认后,系统才进行复位显示操作。
这主要是由于空间分析打开的文件后都由显示单一文件的窗口显示,所以要显示多个文件,必须使用此菜单功能.
空间分析
矢量空间分析包括以下三种类型:
1)迭加分析。
包括区对区迭加分析、线对区迭加分析、点对区迭加分析、区对点迭加分析和点对线迭加分析。
2)缓冲区分析。
包括点BUFFER分析、线BUFFER分析、区BUFFER分析。
3)多层立体迭置。
矢量迭加分析菜单如图15-7。
图15-7矢量迭加分析
设有原文件A和B,迭加结果为文件C,其中:
A文件属性为:
缺省字段,f1;B文件属性为:
缺省字段,f2
缺省字段随着图形类型的不同而不同,分别是:
点文件:
标志码。
线文件:
标志码、线长度。
区文件:
标志码、面积、周长。
迭加过程如下图所示:
文件A(A图形和A属性)
+
文件B(B图形和B属性)
||
文件C(C图形和C属性)
其中C文件的图形类型和A文件相同,而属性则是A文件与B文件属性连接的结果。
迭加分析
1.区对区迭加分析
包括合并、相交、相减、判别四种方式。
迭加结果用限影表示,迭加结果的属性为:
标志码、面积、周长,f1、区号、f2其中区号为第二个文件的区号。
合并:
属于A或属于B的区域。
相交:
属于A且属于B的区域。
相减:
属于A不属于B的区域。
判别:
属于A的区域。
2.线对区迭加分析
包括相交、判别、相减三两种方式,迭加结果文件仍然是线文件,迭加结果的属性为:
标志码、线长度、f1、区号、f2线图元用标号表示。
相交:
穿过区域的线段部分
判别:
所有线图元
相减:
区域以外的线段
3.点对区迭加分析
包括相交、判别、相减三种方式,迭加结果文件仍然是点文件,结果属性为:
标志码、f1、区号、f2
相交:
落在区域上的点。
判别:
所有点图元
相减:
区域以外的点图元
4.区对点迭加分析
分为相减和相交两种方式。
迭加结果为区文件,结果属性和原始区文件相同。
相交:
保留那些有点落在上面的区域。
相减:
保留那些没有点落在上面的区域。
5.点对线迭加分析
迭加结果为点文件。
该方法保留所有点,找到距离某点最近的线并计算出点线之间的距离,然后将线号和点线距离记录到属性中。
点线距离定义如下:
对任意点D和曲线L,假设L由n个离散点d[0]、d[1]、d[2]…d[n]构成,则D到d[0]、d[1]…d[n]的距离分别为S0、S1…Sn,D到直线段(d[0],d[1])、(d[1],d[2])…(d[n-1],d[n])的法线距离分别为:
相关内容:
缓冲区分析多层立体迭置
缓冲区(BUFFER)分析
缓冲区分析包括:
1>点BUFFER分析
·一个点的Buffer区
·一组点的Buffer区
·某文件全部点的Buffer区
a.计算缺省BUFFER半径方式
b.输入指定BUFFER半径方式
2>线BUFFER分析
·一条线的Buffer区
·一组线的Buffer区
·某文件全部线的Buffer区
3>区BUFFER分析
·一个区的Buffer区
·一组区的Buffer区
·某文件全部区的Buffer区
线Buffer区域定义:
对于任意曲线L,半径为R的实心圆,圆心沿着曲线L从一端运动到另一端时,该实心圆所覆盖的区域就称为曲线L半径为R的Buffer区。
一组线的Buffer区域定义:
半径为R的实心圆,圆心沿着所有曲线从一端运动到另一端而构成的整个覆盖区域。
Buffer分析:
Buffer分析就是寻找Buffer区域的边界。
Buffer分析在许多领域都有应用,如道路扩建,求得Buffer区后,用Buffer区和数据高程模型迭加,可计算工程土方量。
在矿产预测中,通过Buffer功能圈出断层附近矿点富集区域,可以直观地展示出进一步勘察的有利靶区。
Buffer分析步骤:
1)输入Buffer半径半经单位以图上距离为单位。
系统根据此半径值生成BUFFER区。
2)求一条线、一个点、一个区的Buffer
操作步骤如下:
选中菜单(综合图形窗口活动时)选择文件,图形窗口重新显示移动光标,选择图元系统计算Buffer区并显示
3)求一组线、一组点、一组区的Buffer区
操作步骤如下:
选中菜单(综合图形窗口活动时)选择文件,图形窗口重新显示开窗选择图元,其操作和开窗口相同,即按住鼠标左键,移动一段再放开系统计算Buffer区并显示
4)求全部线、全部点、全部区的Buffer区
操作步骤如下:
选中菜单(综合图形窗口活动时)选择文件,图形窗口重新显示系统计算Buffer区并显示
相关内容:
迭加分析多层立体迭置
多层立体叠置
该项功能实现多种要素的空间立体迭置显示,它和上述迭加分析的根本区别在于它不对空间数据和属性数据进行迭加和连接,只作多层立体迭置显示,以展示各层要素在一空间位置上的变化情况。
相关内容:
迭加分析缓冲区分析
属性分析
属性分析如图15-8所示,属性分析的对象可以是属性,也可以是表格,属性和表格的区别在于属性附属于空间数据,不是独立的,而表格则不存在这样的依赖关系,是独立的数据体。
各种属性分析都形成一个结果表。
1.单属性统计分析
单属性统计是对所选文件属性(或表格)的某个数值型字段,统计图元总数,该字段总和,最大值,最小值,平均值,以及所统计图元(或表格行)数。
并将统计结果保存在表格数据缓冲区中,然后显示统计结果,用户可将该结果存盘或打印。
最后关闭表格显示窗口。
表格缓冲区中的内容,在第下一次分析时,自动冲掉第1次统计分析的结果。
该缓冲区在系统结束时自动清除。
通过该分析功能,用户可以了解某一字段的数值特征。
图15-8属性分析
2.单属性累计统计
对所选文件属性(或表格)的某个数值型字段,该功能将该字段最小值和最大值构成的范围等分成13等分,然后统计每一等分内的图元累积总数.并可以选择纵向(横向)直方图,立体直方图,柄图,立体柄图,折线图等6种图形,显示统计结果.
通过该分析功能,用户可以直观地看出图形元素相对于某字段的大致分布情况。
3.单属性累计频率统计
该功能和单属性累计统计项功能相同,只是该功能进一步将各等分段的图元累积换算成与总图元累积的百分比.
4.单属性分类统计
该功能和单属性累计统计功能相似,区别在于单属性累计统计是在用户选定属性字段后,计算机将该字段范围划分成13等分(即分成13类)进行统计,而该功能则是由用户来指定统计分类数与各分类段的范围。
如图15-9所示。
图15-9单属性分类统计
对CHINA.WP文件的面积字段进行分类统计,如图15-9所示,分类方式分为单点方式和分段方式。
其中单点方式是指该字段值完全相同的图元作为一类,当用户选择此方式后,系统自动统计出互不相同的分类数,并显示在窗口中;分段方式则是指由用户自己指定每一类的范围(数值型)或每一类所包括的枚举值(非数值型字段)。
如图15-10所示用户已划分出3类,第1类范围为[1,200),第2类[200,500),第3类为[500,1000),并准备划分第4类。
划分完分类项以后,用户可选择某些需要保留到统计结果表中的字段;统计方式分为计数和累计方式,累计方式是计算每一类的图元值的和,计数方式是计算每一类的图元数,用户选择此方式,完成上述操作,选择确定,系统开始统计,最后将结果存到表格缓冲区中。
说明:
★上述操作中,选择保留字段的目的是还要进一步对统计结果表进行分析,在后续的分析中,将用到保留字段的属性值。
★若某一分类中有多个图元,那么统计结果表中仅保存该类中第一个图元的属性。
图15-10单属性分类统计分段设置
5.单属性基本初等函数变换
单属性基本初等函数变换如图15-11所示。
图15-11单属性基本初等函数变换
该功能完成对数值型字段的基本初等函数变换,即对选定的初等函数,将属性字段作为函数自变量,将字段值依次带入初等函数,就得到变换结果。
例如某文件属性字段如下:
标志码、面积、单位面积矿点数现要计算log(单位面积矿点数),那么先选择文件,再选择“单位面积矿点数”字段,接着选择常用对数为变换函数。
对于某些变换,还需要输入定义域出错时的缺省值,如常用对数log(x),当x≤0时,出现定义域错,此时系统用缺省值作为变换结果。
选择完变换字段和变换函数后,若必要还需选择保留字段。
变换信息完全确定后,选择确定,系统开始计算,并将结果存到表格缓冲区。
单属性基本初等变换函数包括:
幂函数pow(x,n),需要输入幂指数n指数函数exp(a,x),需要输入底数a
自然对数函数ln(x)常用对数函数log(x)正弦函数sin(x)
余弦函数cos(x)正切函数tg(x)余切函数ctg(x)
反正弦函数arcsin(x)反余弦函数arccos(x)反正切函数arctg(x)
属性+常数需要输入常数n属性-常数需要输入常数n
常数-属性需要输入常数n属性x常数需要输入常数n
属性/常数需要输入常数n常数/属性需要输入常数n
下列变换需要输入缺省值:
自然对数函数ln(x)常用对数函数log(x)属性/常数常数/属性
6.双属性累计统计
双属性累计和单属性累计相似,不同点在于双属性累计的是字段的属性值,分类字段和累计字段可以是同一字段,而单属性累计图元个数。
下述情况就要用双属性累计功能:
统计不同地层的总面积。
此时,将地层代号作为分类字段,将面积字段作为累计字段,就能够很容易得到各地层的总面积。
双属性累计的操作步聚和统计结果与单属性累计相似,不再重复。
7.双属性累计频率统计
该功能和双属性累计统计功能相似,该项功能进一步将各类的累计结果除以累计字段的总和再乘100,即换算成百分比,再绘制统计图。
8.双属性分类统计
双属性分类统计如图15-12所示。
图15-12双属性分类统计
该功能项与单属性分类统计相似,不同点在于除了要选择分类字段,并划分出各类范围外,还需要指定统计字段和统计方式。
统计方式分计数方式和累计方式,其中计数方式是累计各类图元数,其结果和单属性分类统计结果一样,而累计方式则是将每一类的累计字段值相加。
该功能的操作步骤为:
选择分类字段,选择分类方式,确定各类范围,再选择累计字段,选择累计方式,必要时再选择保留字段,完成这些操作后,选择确定,系统开始统计,统计完毕,将统计结果存到表格缓冲区,并显示表格,同时绘制统计图。
用户此时可选择打印表格或存表格,若选择结束,则关闭表格窗口。
9.双属性四则运算
双属性四则运算如图15-13所示。
图15-13双属性四则运算
该功能对两个数值型字段进行四则运算,并产生一个新字段。
其操作步聚如下:
选中该菜单选文件选择字段1和字段2选择操作符,运算结果为:
字段1[op]字段2,当OP操作符为除(/)时,还需要输入分母为0,即字段2为0时的缺省值
若必要再选择保留字段完成上述操作之后,选择确定,系统开始运算,并将运算结果存在表格缓冲区中运算完毕,将表格显示在表格窗口中。
7)关闭表格窗口。
三维模型分析功能
三维模型分析,如图15-14,对某一三维区域的空间数据进行分析,得到一系列确定的三维结构描述。
空间数据的每一点均由x,y,z和v构成,其中v是在空间点(x,y,z)处的观测值,代表某一特性值,如电阻率值。
所以三维模型属于单因素(v)分析,若将v看作一维,那么也可以认为是四维模型。
图15-14三维模型分析
1.三维离散数据处理
1>装入三维离散数据
装入后缀为*.3BN的三维离散数据,如大地电磁电阻率数据,以便进行离散数据处理。
三维离散数据文件(*.3BN)由“数据接口转换子系统”将三维离散数据明码文件(*.DAT)转换而得。
2>关闭三维离维散数据
关闭已装入的三维离散数据,释放占用的内存空间。
3>离散数据信息
查看已装入的离散数据的信息:
三维空间范围xmin,ymin,zmin,xmax,ymax,zmax;观测值v的范围minv,maxv,及离散点数等。
4>显示离散数据的平面位置
显示离散点在X-Y平面上的分布情况
5>深度观测值曲线
该功能在深度minz-maxz的变化范围内,从小到大,切取若干个平面,并计算每个平面上,观测值的大小,设三维离散数据共有n个钻孔,那么在水平面z[i]处,可求得n个单因素值v[1],v[2]…v[n],取min(v[1],v[2]…v[n])和max(v[1],v[2]…v[n])两个值,记为vmin(z[i]),vmax(z[i])。
将深度作为横座标,观测值作为纵座标,那么(z[0],vmin(v[0]))…(z[m],vmin(v[m]))就构成一条最小值变化曲线,同样(z[0],vmax(v[0]))…(z[m],vmax(v[m]))就构成一条最大值变化曲线。
最小值变化曲线用绿色表示,最大值曲线用红色表示。
从深度一观测值曲线上,用户可以看到观测值变化的大概情况。
6>离散数据网格化
该项功能对三维离散数据进行网格化。
选中该菜单后,系统弹出深度观测值曲线图,并显示两条垂直线,分别表示将要进行网格化的深度范围在图形窗口上方显示出来。
选择好网格化深度范围后,按确定键,系统提示输入离散数据网格化后的文件名*.3dm,确认后,系统开始网格化。
三维离散数据网格化,需要经过大量的计算,花费时间也较长。
2.装入网格化立体数据文件
将三维网格化数据*.3dm装入内存,以便进行立体图分析。
三维网格化数据文件(*.3dm)是由本系统“离散数据网格化”功能对三维离散数据(*.3BN)进行网格化产生;而三维离散数据文件(*.3BN)则由“数据接口转换子系统”将三维离散数据明码文件(*.DAT)转换而得。
3.关闭网格化立体数据文件
将已装入的三维网格化数据文件,释放占用内存。
4.立体数据信息
查看网格化立体数据信息。
包括三维网格化数据范围,网格化数目,每层的数值范围等。
5.装入色阶参数
装入以前保存的色阶和线型等参数。
6.设置色阶参数
设置每个等值层的层面值和每层颜色值。
和二维模型分析一样,设置色阶也可分为自动方式和手工方式。
7.保存色阶参数
将已经化分好的色阶参数保存,以便以后分析时,不用重新划化色阶。
8.彩色立体图
根据装入的三维网格化数据(*.3dm)和装入或设置的色阶参数绘制三维彩色立体图。
用户可通过“保存彩色立体图”菜单项,将彩色立体图分别存于相应的点、线、面文件中。
9.保存彩色立体图
将已经绘制好的三维彩色立体图保存。
10.设置规则纵剖面位置
1>设置规则纵剖面位置X
设置垂直于X轴,即平行于YOZ平面的剖面位置。
选中该菜单后,系统弹出设置剖面位置窗口,并显示出三维立体图。
用户通过拖动窗口左上方标尺条上的指示钮,就可改变剖面位置。
确定剖面位置后,按OK键,系统将当前剖面位置保存。
按Cancel键则不保存。
2>设置规则横剖面位置Y
设置垂直于Y轴,即平行于XOZ平面的剖面位置。
操作方法和设置纵剖面位置相同。
3>设置规则水平剖面位置Z
设置垂直于Z轴,即平行于XOY平面的剖面位置。
操作方法和设置纵剖面位置相同。
11.规则剖面立体图
1>规则纵剖面立体图根据当前纵剖面位置绘制纵剖面立体图。
2>规则横剖面立体图根据当前横剖面位置绘制横剖面立体图。
3>规则水平剖面立体图根据当前水平剖面位置绘制水平剖面立体图。
12.规则剖面平面图
1>规则纵剖面平面图绘制纵剖面二维平面图
2>规则横剖面平面图绘制横剖面二维平面图
3>规则水平剖面平面图绘制水平剖面二维平面图
13.水平剖面观测值立体图
绘制水平剖面观测值立体图。
这种立体图的高度不表示深度,而是在指定水平面上观测值的起伏。
14.规则剖面立体图
根据设置剖面位置X、Y、Z,切割成形状规则的立体图。
分为三个功能:
规则剖面立体图1、规则剖面立体图2、规则剖面立体图3。
15.多层立体图
多层立体图是根据Z轴方向不同位置切割彩色立体图,然后按切割位置实现多层立体叠置显示。
选中该菜单项,屏幕显示“设置规则水平剖面位置”窗口,如图15-15所示;用户通过拖动图形窗口左上方标尺条上指示钮,来选择各水平剖面位置;选择好后,可通过“添加层”按钮,予以确认,来增加各叠置层;需要修改时,可通过修改层方式改变层的位置;当各层位置编辑好后,按OK按钮即可显示多层立体图;若要保存此图,可通过文件菜单分别存于点、线、面文件中。
图15-15多层立体位置设置窗
数据检索
“数据检索”项菜单如图15-3所示:
图15-3数据检索
“数据检索”是用来完成提取某些类型实体的数据。
MAPGIS系统是一个以矢量为主要数据结构的GIS系统。
在该系统中,描述某个实体的信息包括空间位置数据和属性数据两部分,相应地,数据检索就可以依据实体的空间位置来检索,也可以根据实体的属性来检索。
其中“图示点检索”、“图示矩形检索”和“区域检索”属于空间检索,而“条件检索”和“交叉条件检索”属于属性检索。
提示:
在图形窗口上,如果是针对单个文件进行操作时,比如检索图元时,分两种情况:
第一种情况,当前活动窗口是单文件显示窗,则图形操作都是针对此单个文件;第二种情况,当前活动窗口是综合图形窗口,则图形操作,都要选择操作的文件(选择菜单功能后,自动弹出对话框,供用户选择)后,才能操作选择的文件.
1.图示点
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- 数字 制图 GIS 软件 培训 第五 部分 空间 分析 子系统