地理信息系統(tǒng)空間分析方法及其若干應(yīng)用

邢勇

摘要：地理信息系統(tǒng)是60年代中期發(fā)展起來的，近年來獲得了非常迅速的發(fā)展，由于其種類、數(shù)量非常多，加上發(fā)展變化非?？?，因此對(duì)地理信息系統(tǒng)的定義也非常多，簡單來說，地理信息系統(tǒng)就是利用計(jì)算機(jī)軟硬件進(jìn)行輸入、輸出及分析的系統(tǒng)，當(dāng)前它已經(jīng)在現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的方方面面得到了應(yīng)用，人們對(duì)地理信息系統(tǒng)的了解也逐漸深入?；诖?，本文著重針對(duì)有關(guān)地理信息系統(tǒng)空間分析的相關(guān)問題進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：地理信息系統(tǒng)；空間分析方法；應(yīng)用

空間屬性數(shù)據(jù)庫是地理信息系統(tǒng)的核心，要想發(fā)揮數(shù)據(jù)庫的作用，就必須展開空間分析、構(gòu)建應(yīng)用模型。衡量地理信息系統(tǒng)好壞，不僅要看數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)質(zhì)量及數(shù)據(jù)量，同時(shí)還要看空間分析功能是否實(shí)用、強(qiáng)大，靈活性是不是很高。通常情況下地理信息系統(tǒng)空間分析的專業(yè)性和綜合性都非常強(qiáng)，其靈活性也很強(qiáng)，對(duì)地理信息系統(tǒng)空間分析進(jìn)行正確理解及運(yùn)用，可以將其真正的效能發(fā)揮出來，從最大程度對(duì)空間分析應(yīng)用潛力進(jìn)行挖掘。

1空間分析方法概述

地理信息系統(tǒng)空間分析功能發(fā)展是系統(tǒng)研究及應(yīng)用的主要目標(biāo)，早期系統(tǒng)缺少分析功能，所以經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)機(jī)助制圖與機(jī)助設(shè)計(jì)相混淆的問題，隨著近年來地理信息系統(tǒng)規(guī)模的快速擴(kuò)大，空間分析開始成為地理信息系統(tǒng)中一個(gè)獨(dú)立的領(lǐng)域，并成為與其他類型信息系統(tǒng)相區(qū)別的重要標(biāo)志。地理信息系統(tǒng)空間分析可以為用戶提供解決專門問題的手段，例如利用多邊形專題圖疊置分析，可以有效解決土地潛力和適應(yīng)性分類的問題，進(jìn)行土地利用規(guī)劃、各種用地面積的統(tǒng)計(jì)和計(jì)算等。每種空間分析方法的功能都是獨(dú)特的，正確利用不同功能組合，可以進(jìn)行各種復(fù)雜的運(yùn)算，在此基礎(chǔ)上展開綜合地理研究，并進(jìn)行區(qū)域系統(tǒng)分析，順利的解決復(fù)雜的應(yīng)用課題。

地理信息系統(tǒng)種類非常多，尤其是空間分析功能上差異很大，通常情況下地理信息系統(tǒng)空間分析的功能可以通過以下幾方面體現(xiàn)：①基于空間特征的幾何分析功能，以空間要素定位數(shù)據(jù)為主要基礎(chǔ)，利用數(shù)據(jù)集合幾何分析手段，對(duì)空間要素多重屬性的特征進(jìn)行確定；②基于數(shù)字圖像的分析功能，可以將其看成是圖像處理的子系統(tǒng)，其中包括圖像增強(qiáng)、恢復(fù)及信息提取等功能；③網(wǎng)絡(luò)分析功能，包括路徑選擇分析的優(yōu)化、計(jì)算時(shí)間與距離、分析多邊形疊置等；④地形分析功能，該功能是地學(xué)研究中極為常見的一種分析方法，利用該功能可以自動(dòng)提取地形因子，繪制和分析地表形態(tài)自動(dòng)分類等。

2空間信息分析的矢量數(shù)據(jù)分析方法

空間信息分析具有非常豐富的內(nèi)涵，在地理數(shù)據(jù)應(yīng)用中發(fā)揮了十分關(guān)鍵的作用，矢量數(shù)據(jù)空間分析是其中的關(guān)鍵分析方法，具體包括緩沖區(qū)分析、疊置分析及網(wǎng)絡(luò)分析等內(nèi)容。

2.1緩沖區(qū)分析

基于點(diǎn)要素的緩沖區(qū)，主要是指以點(diǎn)為圓心、以一定距離為半徑的圓形區(qū)域；基于線要素的緩沖區(qū)則是以線為中心軸線制作的和中心軸線保持一定距離的平行條帶多邊形；基于面要素的緩沖區(qū)是在多邊形邊界向外或向內(nèi)擴(kuò)展一定距離形成的新的多邊形。在地理信息系統(tǒng)中緩沖區(qū)分析是非常重要的一項(xiàng)空間分析功能，它在城市規(guī)劃、資源管理及林業(yè)等領(lǐng)域均有比較廣泛的應(yīng)用，例如選擇汽車服務(wù)區(qū)、界定胡泊周圍保護(hù)區(qū)等。

2.2疊置分析

具體是指疊加兩層或多層地圖要素形成新要素層的操作，結(jié)果是分割原有要素形成新的要素。換句話說，覆蓋疊置分析不僅可以形成新的空間關(guān)系，同時(shí)還會(huì)與數(shù)據(jù)層聯(lián)系起來形成新的屬性關(guān)系。所謂覆蓋疊置分析就是建立一定的數(shù)學(xué)模型，針對(duì)新要素的屬性進(jìn)行計(jì)算分析，在此基礎(chǔ)上形成客戶想要的結(jié)果，或者為客戶回答他們提出的問題。

2.3網(wǎng)絡(luò)分析

所謂網(wǎng)絡(luò)分析其目的在于研究和籌劃如何安排一項(xiàng)網(wǎng)絡(luò)工程，并達(dá)到運(yùn)行效果最佳。例如，資源的最佳分配。這種問題在各種經(jīng)濟(jì)活動(dòng)、社會(huì)活動(dòng)及生產(chǎn)活動(dòng)中十分常見，所以這方面的研究具有非常重要的意義：①靜態(tài)求最佳路徑，利用用戶對(duì)權(quán)值關(guān)系進(jìn)行確定，每條弧段都給定屬性，需要求出最佳路徑時(shí)將路徑的相關(guān)屬性讀取出來，求出最佳路徑；②最短路徑，通過起點(diǎn)、經(jīng)過的中間點(diǎn)及終點(diǎn)的確定，求得最短路徑；③動(dòng)態(tài)最佳路徑分析，網(wǎng)絡(luò)分析中的權(quán)值都是隨著權(quán)值關(guān)系式的變化而發(fā)生變化的，隨時(shí)都可能會(huì)出現(xiàn)一些障礙點(diǎn)，因此必須對(duì)最佳路徑進(jìn)行動(dòng)態(tài)計(jì)算。

3空間分析方法的應(yīng)用舉例

3.1土地適宜性分析

地理信息系統(tǒng)空間分析功能可以有效提升土地定級(jí)評(píng)價(jià)效率，與一般常規(guī)方法相比它的可靠性和準(zhǔn)確性更高。例如，在城鎮(zhèn)土地定級(jí)估價(jià)時(shí)，就需要利用空間分析組合屬性進(jìn)行數(shù)據(jù)庫操作，需要利用的方法有分區(qū)賦分法、指數(shù)定量法及對(duì)比賦分法等，利用這些方法確定不同因素的作用分，這些分析方法通過計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)時(shí)需要計(jì)算點(diǎn)與點(diǎn)、點(diǎn)與線及點(diǎn)與面之間的距離，這就需要用到空間疊加分析法。計(jì)算網(wǎng)格單元作用分時(shí)，需要結(jié)合以距離為自變量頂級(jí)的方式，通過操作地理信息系統(tǒng)屬性數(shù)據(jù)庫來完成。

3.2遙感數(shù)據(jù)與地形信息復(fù)合

遙感是獲取、更新空間數(shù)據(jù)的有效方法，可以及時(shí)提供大范圍的、準(zhǔn)確的環(huán)境與資源數(shù)據(jù)，地理信息系統(tǒng)的空間綜合處理分析能力非常強(qiáng)大，二者結(jié)合到一起不僅是空間信息處理發(fā)展的一種必然，同時(shí)也是地理信息系統(tǒng)非常重要的發(fā)展方向。從當(dāng)前的情況來看，二者結(jié)合的形式主要有“硬連接”和“軟連接”兩種，前者是地理信息系統(tǒng)功能和遙感圖像處理系統(tǒng)的一體化，后者通過軟件接口完成二者數(shù)據(jù)的相互傳輸與轉(zhuǎn)換，最終達(dá)到信息復(fù)合的目的。例如，江蘇省揚(yáng)中市公安信息化系統(tǒng)依托數(shù)字揚(yáng)中地理空間框架平臺(tái)以PGIS為基礎(chǔ)，開發(fā)建設(shè)綜合型應(yīng)用實(shí)戰(zhàn)平臺(tái)，充分利用這種連接方式，達(dá)到信息復(fù)合、轉(zhuǎn)換的目的。

3.3矢量數(shù)據(jù)分層疊加

矢量數(shù)據(jù)分層疊加主要是利用不同時(shí)期遙感結(jié)合數(shù)字化資料，通過不同時(shí)期土層分層疊置，對(duì)其邊緣信息差異進(jìn)行檢測，在此基礎(chǔ)上對(duì)同一空間位置上荒漠化類型的變化及面積進(jìn)行研究。在矢量數(shù)據(jù)空間疊置時(shí)，通常生成的數(shù)據(jù)文件都比較復(fù)雜、龐大，因此必須進(jìn)行正確的編碼，理解各屬性數(shù)據(jù)文件中不同類型之間存在的關(guān)系，進(jìn)而正確利用數(shù)據(jù)庫管理功能。

結(jié)語：綜上所述，地學(xué)研究的對(duì)象是復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，它是天、地、人有機(jī)結(jié)合在一起的，要想將地學(xué)中的奧秘揭示出來，單純利用任何一個(gè)學(xué)科都是不能完成的，必須將地理信息系統(tǒng)引入進(jìn)來，應(yīng)用地理信息系統(tǒng)不僅可以從腦力、體力上解放人類的勞動(dòng)，從更高層次上來說，利用地理信息系統(tǒng)解決問題，可以極大的促進(jìn)人們利用新的思維方式認(rèn)識(shí)、理解世界。在地理信息系統(tǒng)中，空間分析方法、信息復(fù)合方法是核心內(nèi)容，之所以地理信息系統(tǒng)的生命力如此強(qiáng)大，主要是由其強(qiáng)大的空間數(shù)據(jù)分析與處理功能所決定，因此正確理解并利用這些功能，可以從最大程度上將其功能發(fā)揮出來，進(jìn)一步擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。

參考文獻(xiàn)

[1]唐繼海，潘發(fā)明. 地理信息系統(tǒng)技術(shù)在麻疹空間數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建及其分析中的應(yīng)用[J]. 中國疫苗和免疫，2010，04：317-321+324.

[2]張莉，陸玉麒. “點(diǎn)—軸系統(tǒng)”的空間分析方法研究——以長江三角洲為例[J]. 地理學(xué)報(bào)，2010，12：1534-1547.

[3]胡云鋒，徐芝英，劉越，艷燕. 地理空間數(shù)據(jù)的尺度轉(zhuǎn)換[J]. 地球科學(xué)進(jìn)展，2013，03：297-304.

[4]孔云峰，李小建，喬家君，秦耀辰，苗長虹，秦奮. 地理信息系統(tǒng)學(xué)科中幾個(gè)基本問題探討[J]. 地理與地理信息科學(xué)，2006，05：1-9.