10.1. 空间分析过程及其模型

例1：道路拓宽改建过程中的拆迁指标计算 #

这里将举例说明如何利用建立缓冲区、拓扑叠加和特征提取,计算一条道路拓宽改建过程中的拆迁指标。

1）明确分析的目的和标准

本例的目的是计算由于道路拓宽而需拆迁的建筑物的建筑面积和房产价值，道路拓宽改建的标准是：

• 道路从原有的20m拓宽至60m；

• 拓宽道路应尽量保持直线；

• 部分位于拆迁区内的10层以上的建筑不拆除。

2）准备进行分析的数据

本例需要涉及两类信息，一类是现状道路图；另一类为分析区域内建筑物分布图及相关信息。

3）进行空间操作

首先选择拟拓宽的道路，根据拓宽半径，建立道路的缓冲区。

然后将此缓冲区与建筑物层数据进行拓扑叠加，产生一幅新图， 此图包括所有部分或全部位于拓宽区内的建筑物信息。

4）进行统计分析

首先对全部或部分位于拆迁区内的建筑物进行选择，凡部分落入拆迁区且楼层高于10层以上的建筑物， 将其从选择组中去掉，并对道路的拓宽边界进行局部调整。

然后对所有需拆迁的建筑物进行拆迁指标计算。

5）将分析结果以地图和表格的形式打印输出

例2：辅助建设项目选址 #

本例说明如何利用空间操作和特征提取功能，为一建设项目选择最佳的建设位置。

1）建立分析的目的和标准

分析的目的是确定一些具体的地块，作为一个轻度污染工厂的可能建设位置。 工厂选址的标准包括：

• 地块建设用地面积不小于 \(10000 m^2\) ；

• 地块的地价不超过 \(1万元\over(m^2)\) ；

• 地块周围不能有幼儿园、学校等公共设施，以免受到工厂生产的影响。

2）从数据库中提取用于选址的数据

为达到选址的目的，需准备两种数据，一种为包括全市所有地块信息的数据层； 另一类为全市公共设施（包括幼儿园、学校等）的分布图。

3）进行特征提取和空间拓扑叠加

从地块图中选择所有满足条件1、2的地块，并与公共设施层数据进行拓扑叠加。

4）进行邻域分析

对叠加的结果进行邻域分析和特征提取，选择出满足要求的地块。

5）将选择的地块及相关信息以地图和表格形式打印输出

地图模型（Cartographic Model）的概念 #

模型是人类对事物的一种抽象，人们在正式建造实物前，往往首先建立一个简化的模型，以便抓住问题的要害， 剔除与问题无关的非本质的东西，从而使模型比实物更简单明了，易于把握。 同样为了解决复杂的空间问题，人们也试图建立一个简化的模型，模拟空间分析过程。 空间分析建模，由于是建立在对图层数据的操作上的， 又称为“地图建模” （CartographicModeling）。 它是通过组合空间分析命令操作以回答有关空间现象问题的过程， 更形式化一些的定义是通过作用于原始数据和派生数据的一组顺序的、交互的空间分析操作命令， 对一个空间决策过程进行的模拟。 地图建模的结果得到一个“地图模型”，它是对空间分析过程及其数据的一种图形或符号表示， 目的是帮助分析人员组织和规划所要完成的分析过程，并逐步指定完成这一分析过程所需的数据。 地图模型也可用于研究说明文档，作为分析研究的参考和素材。

地图建模可以是一个空间分析流程的逆过程，即从分析的最终结果开始，反向一步步分析为得到最终结果， 哪些数据是必须的，并确定每一步要输入的数据以及这些数据是如何派生而来。 以下的例子将说明其过程：

假定需要获得这样一个结果，即要显示出所有坡度大于20度的地区。 首先的问题是要生成这样一幅图像，哪些数据是必须具备的： 如要生成一幅坡度大于20度的图像，需要一幅反映所有坡度的图像，数据库里有这样的图像吗？如果没有， 就进一步沿着反向思路提问： “如要生成一幅所有坡度的图像，需要什么样的数据？”。 一幅高程数据图像可用于生成坡度图像。 那么，这幅高程数据图像有没有呢？ 如果没有的话，生成该图像需要何种数据？ 这一过程一直持续，直至找出所有必备数据为止。 然后反向用图形或符号将有关数据及其操作流程表示出来就得到一个地图模型。 本例表示如图10-1：

图中，矩形框内为数据，箭头表示操作命令，方向表示操作顺序。

地图模型实例 #

地图模型有多种表示方法，为了进一步理解制图建模过程，下面给出三个不同领域的地图模型实例， 分别采用了三种不同的表示方法。

1）食草动物栖息地质量评价模型

本例是一个食草动物栖息地质量评价简化模型，模型只考虑了影响食草动物生存的基本因子： 水源、食物、和隐藏条件，以及景观单元的面积，连通性和破碎程度的度量指标。 模型形式如图10-2所示：

图中操作顺序从左向右，从上向下，矩形框内为原始数据和派生中间数据以及结果数据， 矩形框连线上面的文字为操作命令。

2）国家森林公园选址模型

本例是一个为某地建立一国家森林公园确定大致范围，是一个数据源已知，需要进行空间信息提取的模型。 数据源包括公路铁路分布图（线状地物），森林分布图（面状地物），城镇区划图（面状地物）。 地图模型可以用下面的形式表示：

表10-1：国家森林公园选址模型

3）木材毁坏量回归预测模型

根据多年的统计数字和经验方程，本例是一个林场砍伐木材时木材毁坏量回归预测模型。

模型的因变量有坡度，树径，树高，蓄积量，树木缺矢量。 公式如下：

地图模型可以表示成下面的形式（图10-3）：

地图模型实现 #

大多数GIS软件提供了宏命令或脚本描述语言，可以将上述建立的各种地图模型表示成GIS的操作命令序列， 自动批处理完成整个模型过程。 例如一个根据 DEM 图像生成坡度图，可以表达成GIS命令格式：

CALC Slopemap = slope ( DEM map )

由多个原始图层生成一个新图可以写成下面的形式：

Newmap = f (Map1,Map2,...... )

式中，f ( ) 表示一个GIS命令。

一些GIS软件还提供了书写复杂函数的功能，甚至可以在一个命令行里，使用多个函数表达一个完整的地图模型， 形式如下：

Newmap1,Newmap2,......=f1,f2,f3,.......( Map1, Map2,......, Newmap1,Newmap2,......)

式中，Newmap1, Newmap2，... 为派生的中间图层。

还有一些GIS软件提供了高级的可视化的地图建模辅助工具， 用户只需使用其提供的工具在窗口中绘出模型的流程图，指定流程图的意义、所用的参数， 矩阵等即可完成地图模型的设计，而无需书写复杂的命令程序。 可视化地图建模工具为用户提供了高层次的设计工具和手段， 可使用户将更多的精力集中于专业领域的研究（图10-4）。