Tobler于1969年提出了描述地理現(xiàn)象空間相互作用的地理學(xué)之一定律，指出“任何事物都是空間相關(guān)的，距離近的事物的空間相關(guān)性大”。這一定律使得地理現(xiàn)象的空間相關(guān)性和異質(zhì)性特征在研究中得到高度重視。對于空間相關(guān)性的研究，即空間分析是對數(shù)據(jù)的空間信息、屬性信息或者兩者共同的信息的統(tǒng)計描述或說明，其本質(zhì)是要探測空間數(shù)據(jù)中存在的模式、研究空間數(shù)據(jù)之間的關(guān)系并建立相應(yīng)的空間數(shù)據(jù)模型，提升對這些觀察過程的理解層次，并在此基礎(chǔ)上增強發(fā)生地理空間事件的預(yù)測能力和控制能力。
空間分析的根本目標(biāo)是建立一種有效的空間數(shù)據(jù)模型來表達(dá)地理實體的時空特性，發(fā)展面向應(yīng)用的時空分析模擬 *** ，以數(shù)字方式描述地理實體和地理現(xiàn)象的空間分布關(guān)系，從而反映地理實體的內(nèi)在規(guī)律和變化趨勢，它是GIS區(qū)別于一般信息系統(tǒng)的主要方面，也是評價一個GIS成功與否的主要指標(biāo)。對于三維GIS而言，具備三維條件下的空間分析功能是其能夠逐漸取代二維GIS最有力的優(yōu)勢，否則花費巨資建設(shè)的三維GIS只能做一個可視化工具，會顯得毫無意義。相比而言，現(xiàn)有的三維GIS分析功能確實比二維GIS空間分析功能弱得多。常用的三維空間分析功能包括面向三維幾何對象的幾何分析，如體積分析、表面積分析、疊置分析、緩沖區(qū)分析等；面向三維空間的統(tǒng)計分析，如空間回歸分析、空間相關(guān)分析、空間聚類分析、空間通視分析等；面向特定領(lǐng)域的應(yīng)用模型分析，如地下管線分析、地質(zhì)分析、日照分析、水流路徑分析、淹沒分析、景觀分析、天際線分析、空間影響域分析等。
三維空間分析大致可以分為兩種：一是建立在三維城市建筑物上的空間分析，這類建筑物主要使用體素構(gòu)造建模法、邊界表示法建模和表示（均為體模型），主要用于分析城市的空間形態(tài)和景觀設(shè)施，這是目前各個城市級三維GIS軟件重點追逐的內(nèi)容。CSG建模法將一個物體表示為一系列簡單的基本物體布爾操作的結(jié)果，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為樹狀結(jié)構(gòu)，其 *** 簡潔，生成速度快，無冗余信息，而且能夠詳細(xì)地記錄構(gòu)成實體的原始特征參數(shù)。邊界表示法將一個物體表達(dá)為它的有限數(shù)量的邊界表面的 *** ，表面可能是平面，也可能是曲面，每個表面又可用它邊界的邊及頂點加以表示。第二種是建立在三維地形數(shù)據(jù)上的各種傳統(tǒng)的三維空間分析，它們基于數(shù)字地面模型或DEM的體模型、面模型或混合模型之上進行。
體模型可以分為三維柵格結(jié)構(gòu)、八叉樹結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)實體幾何模型和四面體格網(wǎng)模型等幾種。體模型的特點是以微小的空間體元作為基礎(chǔ)單位，以體元的三維行、列和深度序號表示地理實體的空間位置，最常用的體元是正方體，但也存在不規(guī)則四面體體元格網(wǎng)表示空間目標(biāo)。面模型使用一組大小相同的格網(wǎng)描述地形結(jié)構(gòu)，其優(yōu)點是高程的細(xì)節(jié)變化豐富、拓?fù)潢P(guān)系簡單、算法容易實現(xiàn)，但占用的存儲空間較大、數(shù)據(jù)冗余較多、地面特征與數(shù)據(jù)表示存在不協(xié)調(diào)等。面模型主要包括Grid模型、不規(guī)則三角網(wǎng)模型等。
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對于三維分析而言，由于多了高程值，使得空間分析與計算比二維對象復(fù)雜得多。例如我們可以通過TIN或Grid模型計算空間距離（非歐式距離）、三維狀態(tài)下的表面積、土堆的體積、面的表面曲率、坡度與坡向等，這些已經(jīng)在非GIS——許多三維土木分析軟件中得到了較為成熟的應(yīng)用。而三維分析的另一些應(yīng)用，實際上是建立在對柵格數(shù)據(jù)(如Grid) 所做的地圖代數(shù)計算之上的，如水流分析、水流累積網(wǎng)格分析等。
盡管在過去幾十年，三維GIS的空間分析能力得到了較大的提升，由于三維空間現(xiàn)象的復(fù)雜性和不確定性，目前三維GIS研究與發(fā)展的重點仍是真三維數(shù)據(jù)的表達(dá)與顯示，其分析功能還較薄弱。一方面，許多地形三維分析功能早已成熟，或已在專業(yè)交通土木工程類軟件中使用得非常普遍；另一方面，許多城市三維系統(tǒng)的建筑物模型替換、對比、日照分析等功能還顯得非常稚嫩或?qū)嵱靡饬x不大，很多三維分析的本質(zhì)仍然是二維分析結(jié)果的三維化展示，這些都需要三維GIS的研究人員投人更多的精力和思路，以探索出一條可見可用的三維GIS實用化之路。
來源：開源地理空間基金會中文分會
來源鏈接：https://www.osgeo.cn/post/19c81
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