8.1. 空间分析的内容与步骤

通过开发和应用适当的数据模型，用户可以使用GIS的空间分析功能来研究现实世界。由于模型中蕴涵着空间数据的潜在趋向，从而可能由此得到新的信息。GIS提供一系列的空间分析工具，用户可以将它们组合成一个操作序列，从已有模型来求得一个新模型，而这个新模型就可能展现出数据集内部或数据集之间新的或未曾明确的关系，从而深化我们对现实世界的理解。

从宏观上划分，空间分析可以归纳为以下三个方面：

1.拓扑分析 包括空间图形数据的拓扑运算，即旋转变换、比例尺变换、三维及三维显示、几何元素计算等。

2.属性分析 包括数据检索、逻辑与数学运算、重分类、统计分析等。

3.拓扑与属性的联合分析 包括与拓扑相关的数据检索、叠置处理、区域分析、邻域分析、网络分析、形状探测、瘦化处理、空间内插等。

由此可见，空间分析的内容相当宽泛。在本章中，我们只限于讨论数据检索及表格分析、多边形叠置、缓冲分析、网络分析等若干核心内容，其它方面的内容或分散于其余章节，或单独成章讨论。

在实施空间分析之前，需要对问题进行评估并建立目标。在对数据作任何判断或得出任何结论之前，要全面考虑处理过程；要对数据和模型提出充分的问题；要制订明确的步骤来勾画全面的目标并控制进展。

空间分析大致有以下步骤：

1．建立分析的目的和标准

分析的目的定义了你打算利用地理数据库回答什么问题，而标准则具体规定了你将如何利用GIS回答你所提出的问题。例如，某项研究的目的可能是确定适合建造一个新的公园的位置，或者是计算由于洪水可能造成的损失。而满足这些目的的标准应该表述成一系列空间询问，这样才有利于分析。例如，下面列出了一些可能用于公园选址的标准：

（1）公园的位置既要交通便利又要环境安静，也就是说距主要公路的距离要适当。

（2）公园应设计成环绕一个天然的小河流。

（3）使公园的可利用面积最大，公园中应很少或没有沿河流分布的沼泽地。

上述各个标准可以利用缓冲分析、线段与多边形的叠加等空间操作（详见以下各节）来分析，在完成这些空间操作之后，你可以对适合于建造新公园的不同土地区域作出评价。

2．准备空间操作的数据

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，GIS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来建立地理数据库。

在做空间分析之前，地理数据库还可能要作一些修改，如转换单位、略去数据库中的某些部分等。这个阶段往往要生成新的属性数据库或在原有数据库中增加新的属性项。

对于数据准备的要求随研究对象而异。在进行分析之前，对数据准备进行全面的考虑，将有助于更有效地完成工作。

3．进行空间分析操作

为了得到所需数据，可能需要进行许多操作（检索提取、缓冲、叠置等），每一步的空间操作都用来满足步骤一中所提出的一项标准。

4．准备表格分析的数据

大多数分析都要求利用空间操作得到一个（或一组）最终的数据层，然后就必须准备用于分析的数据，包括空间和属性数据。

所生成的层的属性表包括了利用逻辑表达式和算术表达式进行表格分析的信息。通常必须将进行分析时所需要的数据项加到属性表中。例如，你想根据地块数据层中的地块面积、现有结构和土壤类型来计算地块财产值，那么就要在属性表中加入一个数据项（取名可能是“VALUE”）来存放财产值。

5．进行表格分析

利用逻辑表达式和算术表达式，可以对在步骤三中进行的空间操作所获得的新的属性关系进行分析。在本步骤中，将利用步骤一中所确定的标准，定义一系列逻辑运算和算术运算，来对所得到的地理数据库进行操作。

6．结果的评价和解释

当你通过表格分析获得了一个答案，你就必须对结果进行评价，以确定其有效性，该结果是否提供了可靠而又有意义的答案？这是一个重要的验证步骤，必要时可能还需要请一些有关专家来帮助你解译和验证结果。

7．如有必要，改进分析

如果感到你的分析还有局限性和缺点，你可以进一步改善，返回适当的步骤重新分析。

8．产生最终的结果图和表格报告

空间分析的成果往往表现为图件或报表。图件对于凸显地理关系是最好不过的，而报表则用于概括表格数据并记录计算结果。

理想状况下，空间分析功能应该独立于数据模型，例如缓冲（Buffer）操作并不取决于矢量或栅格系统的选择，用户不需了解特殊的技术细节。当然，从系统实现的角度来看，基于矢量方式的分析和基于栅格方式的分析是不大一样的。在对诸如面积等几何元素实施计算时，矢量方式是根据研究对象的坐标数据，而栅格方式则是对像元进行计数。与栅格方式相比，矢量方式下的某些操作更精确（如基于多边形的面积量算比栅格中的像元计数要精确，计算多边形周长也比统计区域边界的像元的边缘要精确），某些操作更快（如沿道路网络查找路径），但某些操作则更为复杂或慢得多（如多层叠置、缓冲区查找等）。