Tobler于1969年提出了描述地理現象空間相互作用的地理學之一定律，指出“任何事物都是空間相關的，距離近的事物的空間相關性大”。這一定律使得地理現象的空間相關性和異質性特征在研究中得到高度重視。對于空間相關性的研究，即空間分析是對數據的空間信息、屬性信息或者兩者共同的信息的統計描述或說明，其本質是要探測空間數據中存在的模式、研究空間數據之間的關系并建立相應的空間數據模型，提升對這些觀察過程的理解層次，并在此基礎上增強發生地理空間事件的預測能力和控制能力。
空間分析的根本目標是建立一種有效的空間數據模型來表達地理實體的時空特性，發展面向應用的時空分析模擬 *** ，以數字方式描述地理實體和地理現象的空間分布關系，從而反映地理實體的內在規律和變化趨勢，它是GIS區別于一般信息系統的主要方面，也是評價一個GIS成功與否的主要指標。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最有力的優勢，否則花費巨資建設的三維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、緩沖區分析等；面向三維空間的統計分析，如空間回歸分析、空間相關分析、空間聚類分析、空間通視分析等；面向特定領域的應用模型分析，如地下管線分析、地質分析、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和景觀設施，這是目前各個城市級三維GIS軟件重點追逐的內容。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果，數據結構為樹狀結構，其 *** 簡潔，生成速度快，無冗余信息，而且能夠詳細地記錄構成實體的原始特征參數。邊界表示法將一個物體表達為它的有限數量的邊界表面的 *** ，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據上的各種傳統的三維空間分析，它們基于數字地面模型或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構、八叉樹結構、結構實體幾何模型和四面體格網模型等幾種。體模型的特點是以微小的空間體元作為基礎單位，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，但也存在不規則四面體體元格網表示空間目標。面模型使用一組大小相同的格網描述地形結構，其優點是高程的細節變化豐富、拓撲關系簡單、算法容易實現，但占用的存儲空間較大、數據冗余較多、地面特征與數據表示存在不協調等。面模型主要包括Grid模型、不規則三角網模型等。
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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，這些已經在非GIS——許多三維土木分析軟件中得到了較為成熟的應用。而三維分析的另一些應用，實際上是建立在對柵格數據(如Grid) 所做的地圖代數計算之上的，如水流分析、水流累積網格分析等。
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，由于三維空間現象的復雜性和不確定性，目前三維GIS研究與發展的重點仍是真三維數據的表達與顯示，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實用意義不大，很多三維分析的本質仍然是二維分析結果的三維化展示，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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