Геофизические информационные системы. Пространственный анализ

1.

ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ
ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ

2. ТЕМА №6.

Пространственный
анализ

3.

Анализ наложений
(оверлейные операции)

4.

Некомпьютерный метод наложения
Прозрачные пленки Ян МакХарга (Ian McHarg)
Параметр 1
Параметр 2
Параметр 3
Пример использования прозрачных пленок при ручном выполнении процесса
наложения. Более темные тона указывают на большую чувствительность среды к
негативным факторам. При сложении (наложении) пленок чувствительность среды
повышается с ростом числа перекрывающихся категорий.

5.

Растровое наложение
Растровое наложение подразумевает сравнение
(сопоставление) кодов ячеек двух или более растров,
пространственное положение которых совпадает.
Экстент и пространственное
разрешение всех входных растров
должны быть одинаковыми.
Алгоритмы сопоставления ячеек основаны на
матричной алгебре и обычно называются картографической
алгеброй или алгеброй карт (map algebra).

6.

В ArcGIS растровое наложение
реализовано с помощью наборов
инструментов дополнительного
модуля Spatial Analyst:
Алгебра карт;
Зональные;
Локальные;
Наложение.

7.

Калькулятор растра
В калькуляторе растров имеется три группы
математических операторов: Арифметические, Булевы и
операторы отношений.

8.

Арифметические операторы : *, /, -, +.
Арифметические операторы выполняют сложение,
вычитание, умножение и деление двух или более
растров
0
-170
14 9 5
0
00
1
1500 505
0
69
-1
-1780
5
-179
3
30 15
-18
10
0
25
151
5
15
0
50
150
-18
10
-2
0
0
-19
-20
0
-18
15
15
40
15 5
4
0
82
90
-2
-1
0
15
-28
152
0
5
150
-27
=
152
5
0
-26
0
0
77
-1
-1710
0
-172
-17
0
76
-1
151
-
30
-2
15
0
-24
50
2
-
20
5
0
73
-1 7 4 0
-1
20
-2
30
20
71
-17
15
3
15
-1
15
0
Кровля
ассельского яруса
Поверхность
фундамента
Палеоструктурная
карта фундамента на
конец ассельского века

9.

Операторы отношений: =, >, <, <>, >=, <=
=
>
Давление в 2004 году
P, атм
Давление в 2002 году

10.

Булевы операторы: And, Or, Xor, Not
Булевы операторы применяют Булеву логику TRUE (ИСТИННО) или
FALSE (ЛОЖНО) поячеечно к входным растрам.
1. Номинальная шкала данных
2. Количественная шкала данных
Входной растр
[Inlayer1]
Входной растр
[Inlayer2]
Выходной растр
[Inlayer1<> 0] & [Inlayer2<>0]
And (&): находит ячейки, значение которых в обоих входных растрах не «0».
На выходе значению TRUE соответствует 1, FALSE - 0.

11.

Статистика по ячейкам
Функция Статистика по ячейкам - это локальная функция, где значение
каждой ячейки выходного растра является функцией от значений ячеек с
тем же местоположением из входных растров.
1950 год
Можно вычислить следующие статистические характеристики: большинство,
максимум, среднее, медиана, минимум,
меньшинство, диапазон, стандартное
отклонение, сумма, разнообразие.
1960 год
Разнообразие >1
1970 год
Застройка
Пример растрового наложения: вычислено разнообразие типов землепользования для
каждой ячейки за несколько лет. Зона, где разнообразие больше единицы (серый цвет)
показывают районы, тип землепользования которых изменился за указанный период
времени. В данном случае карты отражают рост застройки прилегающих к городу
территорий.

12.

Зональная статистика
С
помощью
функции
Зональной
статистики
можно
вычислить
статистические данные по каждой зоне в наборе данных по зонам на
основании значений в другом наборе данных.
Слой зон:
Определяет
зоны
(форму, значения и
расположение).
Растр значений:
Содержит исходные значения, используемые для
вычисления статистики
по каждой зоне.
Входной слой зон:
в таблицу атрибутов
слоя зон может быть
добавлено поле, содержащее статистическое значение по каждой
зоне.
Функции
зональной
статистики работают позонно; одно
выходное
значение
вычисляется
для
всей
зоны
в
растровом
наборе
данных.
Можно
вычислить
следующие
статистические характеристики: большинство,
максимум,
среднее,
медиана,
минимум,
меньшинство, диапазон, стандартное отклонение,
сумма,
разнообразие.

13.

Зона 1
1547-1773 м
Зона 2
1773-1999 м
Зона 3
1999-2226 м
Зона 4
2226-2452 м
Зона 5
2452-2679 м
Зона 6
2679-2905 м
Зона 7
Зона 8
2905-3132 м
3132-3358 м
Зона 9
3358-3584 м
Входной набор данных зон:
зоны высот
Входной растр значений:
виды растительности
Пример
входных
и
выходных данных зональной статистики. На
выходной диаграмме и в
таблице показано разнообразие видов растительности для каждой
высотной зоны.
Наибольшее многообразие растительности наблюдается в зонах в
районе 2500 метров.
Разнообразие «Вид растительности» по зонам «Отметки высот»
1
2
3
4
5
6
7
Зоны
Выходная таблица
Выходная диаграмма
8
9

14.

Учет влияния слоя
Взвешенное наложение
Входные и выходные
растры: целочисленные
Сумма весов: 100%
Накладывает несколько растров с
использованием общей шкалы измерений,
при этом взвешивая каждый слой в
соответствии с его значимостью.
Взвешенная сумма
Входные данные:
любые растры
Выходные данные:
растры с
действительными
значениями
Выполняет наложение нескольких
растров, умножая каждый растр на
заданный для него вес и складывая растры
между собой.

15.

Взвешенное наложение
2*0.5+1*0.3+2*0.2=1+0.3+0.4=1.7 2

16.

Векторное наложение
Типы наложений:
Наложение САПР
Топологическое векторное наложение

17.

Наложение САПР
Параметр 1
Параметр 2
Параметр 3
Пример использования прозрачных пленок при ручном выполнении
процесса наложения. Более темные тона указывают на большую
чувствительность среды к негативным факторам. При сложении (наложении)
пленок
чувствительность
среды
повышается
с
ростом
числа
перекрывающихся категорий.

18.

Топологическое векторное наложение
Суть оверлейных операций заключается в анализе
двух и более разноименных и разнотипных по характеру
локализации объектов слоев посредством наложения
слоев и генерации производных объектов, возникающих
при их геометрическом наслоении, с наследованием ими
атрибутов исходных слоев.
+
Участки разработки
=
Геологическая карта
Участки разработки с учетом
геологического строения

19.

(3.2,4.3)
(1.8,4.2)
4
4
(2.5,3.4)
3
(1.5,3.3)
3
(3.5,2.7)
(2.2,2.7)
2
2
(2.3,1.8)
1
0
1
1
2
3
4
Векторное наложение «точка
в полигоне»
5
0
1
2
3
4
Векторное наложение «линия
в полигоне» и «полигон в
полигоне»
5

20.

Векторное наложение в ArcGIS

21.

Методы наложения полигонов
Разбиение (Split)
Обновление (Update)
Стирание (Erase)
Идентичность (Identity)

22.

Объединение (Union)
Симметричная разность
(Symmetrical Difference)
В результате наложения создается 2
полигона с идентичной геометрией. У одного
атрибуты- A=2, B=“X” , у другого - A=1, B=“X”.
Объединение с
промежутком

23.

Вырезание (Clip)
Вырезание полигоном объектов
полигонального класса
Вырезание полигоном объектов
линейного класса
Вырезание полигоном объектов
точечного класса

24.

Пересечение (Intersect)
Входной
класс 1
(Input 1)
Входной
класс 2
(Input 2)
Результат пересечения:
полигоны
Результат пересечения:
точки
Выходные
классы
(Output)
Полигональные
Линейные
Точечные
Результат пересечения:
линии

25.

Пересечение (Intersect)
Входные классы объектов: линии
Выходной класс объектов: линии
Входные классы объектов: линии
Выходной класс объектов: точки
Входные классы объектов: точки
Выходной класс объектов: точки

26.

Задача оптимального размещения объектов
Постановка задачи. Найти оптимальное место для размещения
обогатительной фабрики, отвечающее следующим условиям:
расстояние до рудника должно быть не более 12 км;
расстояние до реки должно быть не менее 1 км;
расстояние до населенного пункта должно быть не менее 3 км.
Входные данные:
town.shp - населенные пункты;
river.shp – объекты речной сети;
mining.shp – положение рудника
leachint_plant.shp – места предполагаемого
размещения обогатительной фабрики.

27.

Построение буферных зон

28.

Стирание

29.

Вырезание

30.

О проблемах векторного наложения
Результаты оцифровки космоснимков
Наложение
полигонов
Полигон в момент
времени Т1
Полигон в момент
времени Т2
Осколочные полигоны , созданные
операцией наложения
Наложение с пересечением
Кластерный допуск
Кластерный допуск
До проверки топологии
После проверки топологии
При проверки топологии, пространственные
объекты, находящиеся на расстоянии меньше
кластерного допуска, совмещаются в один объект.
INPUT
OUTPUT

31. ВЫВОДЫ:

Растровым наложениям свойствен недостаток пространственной
точности, но при этом они обладают высокой гибкостью и скоростью
выполнения операций.
Результат векторного наложения может отличаться от
растрового. В векторной системе могут неожиданно оказаться десятки
и даже сотни мелких полигонов, особенно вдоль границ
пересекающихся полигонов.
Для того, чтобы избежать проблемы возникновения осколочных
полигонов в системе ArcGIS при определении параметров операций
наложения задается параметр «Кластерный допуск».
Величина кластерного допуска оценивается исходя из точности
входных данных. Обычно в качестве величины кластерного допуска
выбирают величину на порядок ниже точности входных данных.
В общем случае растровое наложение более
предпочтительно вследствие его вычислительной
легкости.