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  • gis可达性分析
    2020-10-25 00:58:26

    GIS数据一般是多源异构的,来源纷繁复杂,根据不同来源分类也是五花八门。本文将一些常用分类列总如下:

    数据分类

    技术角度:空间数据、业务数据

    时间维度:历史数据,现状数据,未来(规划)数据

    按照格式:

    • GIS(矢量,栅格)
    • 三维(白模,dem,倾斜摄影,点云,abc、glTF、fbx、obj、dae、stl、3ds、3dTiles、osgb、glb)
    • BIM
    • IoT
    • 业务数据

    空间维度:地上、地下(管廊、管线)

    组织方式:结构化数据,非结构化数据,半结构化数据 (多源、异构)

    业务角度:现状,规划,建设

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    比如我们在判断要素属性在空间上是否是随机分布的,或者是聚集的,或者是不是离散的

    就需要考虑要素的空间相关关系

    如果您在景观分布(或空间数据)中发现了空间结构(如聚类),就证明某些基础空间过程在发挥作用,而这方面通常正是地理学者或 GIS 分析人员所最为关注的。

    简单利用ArcGIS分析空间全局自相关和空间局部自相关关系

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    判断空间全局聚集特征

    全局 Moran’s I

    指数说明:
    Moran’s I指数是运用最为广泛的全局指数之一,它通常使用单一属性来反映研究区域中邻近地区是相似、相异还是相互独立,判断该属性值在空间上是否存在聚集特征,进而反应其均等化程度。
    工具:

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    在给定一组要素及相关属性的情况下,该工具评估所表达的模式是聚类模式、离散模式还是随机模式。


    z 得分和 p 值是统计显著性的量度,用来判断是否拒绝零假设。对于此工具,零假设表示与要素相关的值随机分布。

    使用 z 得分或 p 值指示统计显著性时,如果 Moran’s I 指数值为正则指示聚类趋势,如果 Moran’s I 指数值为负则指示离散趋势, Moran’s I 指数值为零则表示数据是随机分布的。
    注意:最好使用投影数据

    如图:
    Moran’s I 指数值为0.848,表示数据是空间聚类的。
    那么z-score和p-value怎么解读呢?

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    ArcGIS官方说明文档:大多数统计检验在开始时都首先确定一个零假设。模式分析工具所返回的 z 得分和 p 值可帮助您判断是否可以拒绝零假设。

    p 值表示概率。对于模式分析工具来说,p 值表示所观测到的空间模式是由某一随机过程创建而成的概率。当 p 很小时,意味着所观测到的空间模式不太可能产生于随机过程(小概率事件),因此您可以拒绝零假设。

    Z 得分表示标准差的倍数。例如,如果工具返回的 z 得分为 +2.5,我们就会说,结果是 2.5 倍标准差。如下所示,z 得分和 p 值都与标准正态分布相关联。

    要拒绝零假设,您必须对所愿承担的可能做出错误选择(即错误地拒绝零假设)的风险程度做出主观判断。因此,请先选择一个置信度,然后再执行空间统计。典型的置信度为 90%、95% 或 99%。这种情况下,99% 的置信度是最保守的,这表示您不愿意拒绝零假设,除非该模式是由随机过程创建的概率确实非常小(低于 1% 的概率)那么上面的值在2.58以上,表示显著性极高。p值为零,置信度在99%以上。

    这个报告结果怎么查看呢?

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    判断空间局部聚集特征

    局部 Maran’s I(local Maran’s I)

    说明:

    给定一组加权要素,使用 Anselin Local Moran’s I 统计量来识别具有统计显著性的热点、冷点和空间异常值。正值 I 表示要素具有包含同样高或同样低的属性值的邻近要素;该要素是聚类的一部分。负值 I 表示要素具有包含不同值的邻近要素;该要素是异常值。

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    工具:

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    结果说明:
    生成具有统计显著性的高值 (HH) 聚类、低值 (LL) 聚类、高值主要由低值围绕的异常值 (HL) 以及低值主要由高值围绕的异常值 (LH)。

    这是上海市医疗服务可达性的空间局部相关关系图
    通过图可分析高可达性和低可达性空间相关关系。

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  • 包括专题制图(图框、图例、风玫瑰)、空间叠加技术分析(现状容积率统计、城市用地适宜性评价)、三维分析技术(三维场景模拟、地形分析和构建、...技术(交通网络构建、设施服务区分析、设施优化布局分析、交通可达性...
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    GIS在各阶段中的应用

    现状调研阶段

    利用GIS管理现状数据(例如土地使用现状数据、道路数据、市政设施数据等)。利用手持GIS设备辅助现场勘测。融合GPS(全球定位系统)、RS(遥感)和GIS的手持设备可以告诉规划师所处的位置和周边的地理环境,以及相关地理数据,使规划师更快、更准确的掌握现场情况。

    abd48a6188d68a1897c90aba91bfb5cd.png 数据模型 现状分析阶段 利用GIS的叠加分析功能,统计容积率,评价用地的适宜性;叠加分析将有关数据进行空间叠加产生一个新的数据图层,例如把建筑和地块叠加,就能使建筑要素拥有地块的属性。 制作各类现状图纸,利用空间统计功能,挖掘地理事物的空间分布规律;例如分析人口规模等。分析空间结构,对空间格局的分析首先要判断空间分布是否存在规律,即空间分布是集聚的还是发散的,或是随机的,然后还要分析空间集聚的类型,在什么区域集聚,集聚区域的位置、大小、形状等,最后还要分析集聚的原因。 6bea2bd8b8e03b3e44601e5eabec5c3b.png 空间格局分析 分析交通可达性和交通网络结构,交通可达性分析可在路网优化、土地使用规划、地价评估、区位分析等方面发挥重要作用。利用GIS精确地构建城市交通网络,包括道路线形、道路畅通情况、车速、路口禁转、单行线、高架路、路障等,然后在此基础上计算最短车行路径和设施的服务区域。 2cd525e5cbf0a5d281e2f0c615d78969.gif 经济地理空间格局分析 利用空间相互作用模型分析城镇的吸引力和势力圈,用于行政区划调整;模拟三围地形地貌、虚拟城市场景;分析景观视域;制作城市演变的动画等。 规划设计阶段 和城市演变模型结合起来(例如城市CA模型)预测城市演变; 通过多准则决策分析,预测不同政策条件下的用地变化。 9ad159606e02f227a703290103a98b96.png 城市三维场景快速模拟 交通网络优化,市政和公共设施布局的优化;在构建交通网络模型后,利用NetworkAnalyst模块的新建服务区功能优化某设施在服务半径内能覆盖的区域。规划景观的实时模拟;场地填挖方分析;规划制图等。 规划实施阶段 管理规划编制成果、基础地形、市政管线以及相关的各类信息,为规划业务提供信息;利用规划管理信息系统,开展各类建设许可业务;决策时,模拟建设的三维场景,用于多方案选择和方案优化;查验项目申报是否符合相关规划等;评价、监督阶段和遥感相结合,监测城市、区域的环境变化;检查建设项目是否符合规划;检讨规划的实施效果等。 82700561e2630dfb8e78c05df3ea378f.png 生态敏感性评价

    在城乡规划中应用GIS的状况和需求

    在城市规划设计的前期调研工作中 ,如果遇到地形复杂的规划地块,可以利用GIS的空间分析功能以及规划范围内的数字高程模型数据(DEM)对规划地块进行坡度分析、坡向分析、等高线分析、流域分析等,以作为用地适宜性评价的参考依据。利用各种空间分析可以确定坡度在某个区段的范围,计算出面积,进而结合坡向分析、等高线分析、流域分析为确定建设用地的范围和布局提供依据。 做城市规划设计时 ,需要计算规划地块的开发强度、建筑密度、建筑面积、绿化率、人口密度、容积率等规划指标。按照常规方法,需要在CAD软件中用手工方法量取图形的面积,手工计算数量。这种方法效率低、费时间、错误率高,直接影响规划设计的质量。GIS技术将这种局面彻底改观。它以数据库技术为支持,在建库时分层处理。也就是根据数据的性质分类,性质相同或相近的归并在一起,形成一个数据层。这样可以对图形数据及其属性数据进行分析和指标量算,在很大程度上减轻了规划设计人员的体力劳动。 在平面上设计和绘制规划图纸存在许多局限性,集中在以下几方面:不能给设计人员和用户提供真实、直观、富于真实感的场景,不利于规划方案的展示;设计方案可能存在着不易发现的设计缺陷,隐藏着规划风险;设计过程周期长、效率低、资金高;由于规划设计专业性强,非专业人员和设计人员之间的沟通可能出现障碍,最终可能影响项目的实施;在宣传规划方案的效果上还有待增强。 利用三维GIS技术,规划设计人员和管理人员可以实时、交互地观察不同方案在城市环境中的效果,可以从任意角度、方向、沿任意路线对不同方案加以比较,从而为从空间角度评价建筑提供了更加直接、有效的手段,而这些是以往的平面图和建筑缩微模型所难以实现的。 如果利用三维GIS技术,就可以对规划方案与山体之间的关系进行分析,对方案的高度、体量、外观以及与整个城市的空间关系进行分析,对地下不可见的管线进行可视化分析。同时,还可以将空间数据与属性数据结合到一起,规划管理人员可以很容易的查询虚拟城市中建筑物的相关信息,结合对建筑物的空间分析,对方案的优劣进行评估,从而做出正确的判断和决策。 城市是居民的城市,居民对城市发展发表意见对规划有着十分重要的指导意义。所以规划过程中越来越强调公众参与,而GIS和WWW技术的结合(网络GIS)为其创造了十分良好的条件。

    GIS部分图纸

    高程点分析:首先用湘源CAD处理好的带属性的高程点存储到相关目录,再用ARCGIS加载,利用ARCGIS地图处理中的ArcToolbox-3DAnalyst工具中TIN管理创建TIN。调整相应参数,选择高程点模块。

    bb4467ab2d147257a4dbfbfa9e9d7bdc.png 高程点分析 坡度分析: 在高程点分析图的基础上打开属性控制面板,勾选出需要的坡度分析模块。 177fd8013e4f3dad85f7a48867b1c470.png 坡度分析 坡向分析: 在高程点分析图的基础上打开属性控制面板,勾选出需要的坡向分析模块。 9d7d8314691d9c6261f24456a39000f4.png 坡向分析 简单视线分析, 通过视线分析可以直观的看出景观点的视线情况,图中线条中颜色淡的部分是视线可以通过的部分,深色是视线不能达部分。 86f675cfbd5318c1b9fba86a643295a4.png 视线分析 377f5f6ce79412f5a70ebdcfe9a78b88.png 建筑与道路属性叠加 1c6f7e72ba9a98caedcc110805231eff.png 三维场景简单模拟

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    e0d4a7ab2637e8b0ee97abd742e5922e.png 编辑/阿生  审核/吴玉清   策划/张训光 878a94e2f66d83c6d19b78833d2ffbdc.png

    图文来源:经纬注考教研中心(版权归原作者及刊载媒体所有)

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    三维GIS 良好的表面模型分析能力与几何语义信息丰富的BIM 数据集成是实现从外部环境走向内部部署的必经步骤。本文概述了多种集成方法,主要介绍了基于SuperMap 软件平台实现两者集成的方法应用,其中,精细模型数据由Revit 软件构建,使用JavaScript 语言进行开发,并通过iServer 向网络发布三维地图服务。

    d80bf734f3a4430e3b23f717ce7b063b.png

    二、维GIS 技术

    随着三维GIS 技术的不断进步与发展,更精细化的系统设计要求被提出以适应详尽的空间管理。无论是组件GIS 还是WebGIS,为了提供更多的属性信息与更逼真的实物展现,都需要提升三维建模技术。目前,已有数字模型的建立大多是基于三维GIS 和Sketchup、3DsMax、Auto-CAD 等软件,生成的建筑模型只能实现外观上的可视化,没有工程属性,不能抽取施工图纸,也不能导出材料报表等信息 。建筑信息模型( Building Information Modeling,BIM) 能够将建筑物三维数字化模拟还原。

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    同时,具备详细的内部空间几何及功能语义信息,是信息技术在建筑行业应用发展的必然结果 。BIM 与GIS 的集成对未来智慧城市的发展起到关键作用,填补了建筑物室内外一体化应用的空白。在软件平台的选取上,SuperMap 软件可以满足多元数据集成的需要,并具有强大的开发功能以完成不同层次的GIS 应用延伸。

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    三、BIM 与GIS 集成的方法

    为了实现BIM 与GIS 的无缝衔接,国内外学者在不同方面进行研究。IFC ( Industry Foundation Classes) 是BIM 数据的一种标准,作为一个建筑数据模型标准,其他的软件都把自己的数据按照IFC 标准进行生产,这样形成同一数据模型的建筑产品,以IFC 标准格式的数据流通[3] 。CityGML( City Geography Markup Language,城市地理标记语言) 是一种3DGIS 领域通用的数据模型标准。

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    两者的整合应该从数据层、语义层、拓扑层以及可视化层4 个层面进行。薛梅根据IFC 标准基础,结合数字城市应用特点设计了具有空间语义一致性的建筑构件信息模型BCM( Building Component Model) ,在此基础上提出建筑信息模型和三维数字城市集成方案等利用Extract Transform Load( ETL) 程序将IFC 格式的BIM 数据转换为矢量地理格式,用ID 值相互连接,在此基础上进行房屋的视角分析和阴影分析; 赵霞等提出语义约束的RVT 模型到CityGML 模型的转换方法。

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    以BIM 模型丰富的语义信息为约束实现几何简化及转换 ; 彭雷等通过数据解析的方式提取BIM 模型关键要素,转化为可被三维GIS 平台Skyline 软件接受的DirectX 格式,各部件的语义信息靠ID 值一一对应,然后对Skyline 进行二次开发,实现建筑物间距自动审批功能 ; 范登科以铁路车站三维信息模型为数据基础,采用数据格式转换软件FME,按照特征集中要素ID 的区分方式,调整配置合理的参数,转换到Skyline 平台中,利erraExplorer 软件实现数据集成 。

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    虽然BIM 与GIS 跨平台的数据融合还在初步探索中,但由以上已经取得的进展可以看出两者的衔接方法多是基于空间转换算法的不断优化。SuperMap 软件具有多元数据无缝集成的优势,SuperMap 8c 系列在已有的基础上集成了相关算法,不断进行功能升级,对于BIM 数据格式,如IFC、FBX、OBJ、OSGB 等格式予以支持,真正实现了向三维GIS 表面模型中加载BIM 实体模型。

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