第五章 空间查询与空间分析
本章概述：GIS不仅仅是一个地理数据的存贮系统，它还提供了丰富的数据查询功能。更重要的，GIS有自己的复杂而科学的空间分析模型和工具，使得我们可以通过GIS的空间分析功能，获取隐藏在GIS数据之中的信息和关系。地理信息系统集成了多学科的最新技术，如关系数据库管理、高效图形算法、插值、区划和网络分析，为空间分析提供了强大的工具，使得过去复杂困难的高级空间分析任务变得简单易行。本章将介绍GIS数据查询的基本知识和常用的GIS空间分析模型及其算法。
§5.1 空间数据的查询
本节将介绍空间数据查询的含义及图形查询、属性查询、混合查询、模糊查询等几种主要的查询方式，以及如何根据需求来控制查询结果的显示方式。
§5.2 空间数据的统计分析
讲述空间数据统计分析中基本统计量的计算和常用统计数据的分类分级算法。
§5.3 数字高程模型分析
讲述基于数字高程模型的信息提取、坡度分析、坡面分析、剖面分析和通视性分析、并介绍具体的算法。
§5.4 空间数据的叠置分析
空间叠置分析是GIS提取空间隐含信息的重要手段之一，本课介绍基于栅格和基于矢量数据结构的叠置分析方法，包括矢量数据的点、线、面两两叠置和栅格数据的单层和多层叠置分析。
§5.5 空间数据的缓冲区分析
缓冲区分析是解决空间实体邻接度问题的有效方法，本课介绍基于栅格和基于矢量数据结构的缓冲区生成算法。
§5.6 泰森多边形分析
泰森多边形对于GIS的空间划分、插值等具有重要意义，本节介绍泰森多边形、Delaulay三角形的定义、特性及生成算法。
§5.7 空间数据的网络分析
网络是以图论为工具模拟现实信息流通的通道，并解决路径优化、资源配给等运筹问题，网络分析具有重要的实际意义。本课讲述网络图论基础、路径分析及网络定位及分配模型。
§5.8 空间距离的量算
空间距离量算是许多空间分析的基础，在此介绍点、线、面实体之间的距离量算
§5.9 空间分析模型
讲述空间分析模型的概念、GIS常用的空间统计分析模型、对应的详细算法及模型库。
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§5.5 空间数据的缓冲区分析
一、基于矢量数据的缓冲区分析
（一）、缓冲区及其作用
在这里，缓冲区的概念与计算机技术中的缓冲区概念无关，而是指在点、线、面实体的周围，自动建立的一定宽度的多边形。如图5-5-1。
(1)点的缓冲区 (2)线的缓冲区 (3)面的缓冲区
图5-5-1 点、线、面的缓冲区
缓冲区分析是GIS的基本空间操作功能之一。例如，某地区有危险品仓库，要分析一旦仓库爆炸所涉及的范围，这就需要进行点缓冲区分析；如果要分析因道路拓宽而需拆除的建筑物和需搬迁的居民，则需进行线缓冲区分析；而在对野生动物栖息地的评价中，动物的活动区域往往是在距它们生存所需的水源或栖息地一定距离的范围内，为此可用面缓冲区进行分析，等等。
在建立缓冲区时，缓冲区的宽度并不一定是相同的，可以根据要素的不同属性特征，规定不同的缓冲区宽度，以形成可变宽度的缓冲区。例如，沿河流绘出的环境敏感区的宽度应根据河流的类型而定。这样就可根据河流属性表，确定不同类型的河流所对应的缓冲区宽度，以产生所需的缓冲区。
（二）、缓冲区的建立
点的缓冲区建立时，只需要给定半径绘圆即可。面的缓冲区只朝一个方向，而线的缓冲区需在线的左右配置。下面简介线的缓冲区的建立思路。
在建立线缓冲区时，通常首先要对线进行化简，以加快缓冲区建立的速度。这种对线的化简称为线的重采样。具体的算法设计可采用线的矢量数据压缩算法，如§7.4中介绍的方法。
建立线缓冲区就是生成缓冲区多边形。只需在线的两边按一定的距离（缓冲距）绘平行线，并在线的端点处绘半圆，就可连成缓冲区多边形。
对一条线所建的缓冲区有可能重叠，如图5-5-2。这时需把重叠的部分去除。基本思路是，对缓冲区边界求交，并判断每个交点是出点还是入点，以决定交点之间的线段保留或删除。这样就可得到岛状的缓冲区。
(1)输入数据 (2)缓冲区操作 (3)重叠处理后的缓冲区
图5-5-2 单条线的缓冲区
(1)输入数据 (2)缓冲区操作 (3)重叠处理后的缓冲区
图5-5-3 多条线的缓冲区
在对多条线建立缓冲区时，可能会出现缓冲区之间的重叠。这时需把缓冲区内部的线段删除，以合并成连通的缓冲区(图5-5-3)。
二、基于栅格数据的缓冲区分析
缓冲区分析在GIS中用得较多，但对矢量数据的缓冲区操作比较复杂，而在栅格数据中可看作是对空间实体向外进行一定距离的扩展，因而算法比较简单。