QGIS 空间连接简介

QGIS 是一个免费和开源的 地理信息系统 (GIS)，它具有可扩展性，可与其他 GIS 互操作，并被大量（包括我）拥有地理数据需要分析和可视化的人使用。它是一个强大的平台，拥有大量功能，初次接触可能会让人望而生畏。如果您有兴趣开始地理数据分析和可视化，以下基本技巧将帮助您入门 QGIS。

探索空间连接问题

关系数据库用户熟悉表连接的概念，这是一种将一个表中的数据与另一个表中的数据关联起来的方法。例如，假设我有一个列出员工的表（“Employee”）和另一个列出公司分支机构的表（“Office”）。我可以向 Employee 表添加一个值，指示员工工作所在的办公室

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^{图 1：相关表}

Employee 表中的字段 OfficeId “指向” Office 表中的正确行。在数据库世界中，OfficeId 被称为 Office 表中的主键，Employee 表中的外键。

由于办公室位于某个位置，因此这里发生了一件空间的事情——我知道办公室的地址，所以我可以在 OpenStreetMap 上找到它，例如。如果我没有 OfficeId 字段，而是在 Employee 和 Office 表上都有一个指定办公室位置的字段，该怎么办。因此，我的关系数据库将扩展一个运算符，用于验证两个位置是否等效；例如，这两个点之间的笛卡尔距离是否小于某个小数字。这种空间关系问题出现在各种有趣的问题中。

例如……

我正在与智利的同事合作一个写作项目，探讨与当地水电开发相关的问题。我们希望包含在该项目中的一项内容是一张地图，显示现有水力发电设施的位置。除了这张地图，我们还希望按流域总结与这些设施相关的信息。流域是指排入河流系统并最终流入大海（或可能被陆地封闭的其他水体）的陆地区域。流域对于各种土地管理原因非常重要，因为它们倾向于定义生态系统、气候带，甚至传统实践区域。下图使用 QGIS 制作，显示了两个流域的部分区域（以粗蓝线划定的区域，其名称 - Río Itata 和 Río BíoBío - 以蓝色斜体粗体显示）和发电设施（以蓝色菱形符号表示）

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^{图 2：感兴趣区域的一部分，显示流域和发电站。地图数据 © OpenStreetMap 贡献者。}

与我的关系示例显示两个相关数据表的方式相同，此地图显示两个空间数据集：流域和水力发电站。流域表示为具有空间范围（或面积）和位置的要素；发电站表示为点，仅具有位置。这两个数据集都包含有助于识别数据集中定义的每个要素的属性；例如，流域的名称或发电站产生的功率量。

假设此摘要任务需要确定每个流域产生的电量。一种方法是遍历发电站数据集，并为每个记录分配一个值，该值指向包含该点的流域。我可以手动执行此任务，因为我可以观察到哪些点位于哪些流域内。这非常费力。但是，鉴于这两个数据集已经定义了流域和点的空间性质，并且鉴于 QGIS 可以读取此信息并生成地图，QGIS 可以为我找出这种关系吗？

安装 QGIS

为了使用 QGIS，必须先安装它。各种发行版存储库中提供的版本可能非常旧，以至于由于插件依赖项与发行版提供的库（例如，Qt 库）之间的不兼容性而无法加载各种有用的插件。

通常有比存储库中的版本更新的替代方案。例如，Fedora 和 Ubuntu 都提供 GIS 项目，其中包含各种有用的空间分析工具。另一种选择是从 QGIS 网站 下载（在我写作时，新的长期发布版本 3.4.4 和之前的长期发布版本 2.18.28 均可用）。根据我的经验，最好选择新的长期发布版本，以避免与存储库中较旧版本类似的问题。但是，目前可用于 QGIS 的大部分在线内容都引用了较旧的 QGIS 2 版本，可能需要一些研究才能确定如何在 QGIS 3 中完成操作。

我从 QGIS 网站下载了最新的长期发布版本并启动了它

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^{图 3：QGIS 在我的桌面上运行}

获取数据

我正在使用来自智利国家资产部 (Ministerio de Bienes Nacionales) IDEChile 网站上的公开流域数据，该页面为 Cuencas Banco Nacional de Aguas（国家水银行流域）。要获取数据，我单击标记为 Descargar 的按钮以下载数据作为 .zip 文件，并将文件 (Cuencas_BNA.zip) 解压缩到文件夹中。

水力发电厂数据可从智利能源部 (Ministerio de Energía) IDEEnergía 网站获取，从这个 网络地图页面 开始。在该页面左侧的 Overlays 字样下，我单击“Centrales Generación Eléctrica”链接以展开下面的菜单，该菜单提供更多链接，包括“Hidroeléctricas”。我右键单击该链接以调出包含 Export to SHP 的子菜单

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^{图 4：能源部 IDE Energía 网站显示下载水力发电厂数据的子菜单}

当我单击该链接时，它会打开一个表单

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^{图 5：下载数据收集表单}

要激活下载，我需要填写表单的顶部，包括我的名字 (Nombre)、我的姓氏 (Apellidos)、我的电子邮件地址 (Mail) 以及我的下载原因 (Motivo)；我选择了“Investigación”。当我单击表单右下角的 Descargar 按钮时，数据将以 .zip 文件 (Hidroeléctricas.zip) 的形式到达，我将其解压缩到文件夹中。

准备进行空间连接

我的分析的第一步是使用顶部菜单选择 图层 > 添加图层 > 添加矢量图层，将图层加载到我的 图层 窗口（图 3 左下方），这将打开数据源管理器

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^{图 6：添加矢量图层数据浏览器}

在我开始查找数据之前，值得解释一下为什么我选择矢量图层而不是其他选项之一。在 GIS 术语中，矢量数据是由点、线或多边形（以及其他一些专门的数据类型）表示的空间实体。还存在其他类型的空间数据；最值得注意的是栅格数据，它类似于图像，但包含其他信息，例如栅格在地球表面上的位置。这篇文章 对此术语进行了简单的介绍。

我的水力发电厂数据被建模为具有属性的点（例如发电量、电厂名称等）。它以 shapefile 格式 存储，shapefile 格式是当今使用的大量矢量格式之一。请注意，上面的数据源管理器默认为文件格式（shapefile 的正确格式）。我的编码设置为 Latin1，根据我的经验，这是 shapefile 最常见的字符编码。单击矢量数据集旁边的 … 按钮会打开一个文件浏览器，我可以使用它来查找我的 shapefile。请注意，shapefile 实际上是具有不同三字母扩展名的文件组：.shp 用于 shapefile 几何数据，.dbf 用于属性，依此类推。要添加我的图层，我选择 XXXX.shp 文件；QGIS 知道将其他文件与此关联以创建完整图层。最后，一旦在数据源管理器中识别出源，我就可以单击右下角的添加按钮；我的图层已添加到 图层 面板，并且这些点会出现在空间视图面板上

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^{图 7：QGIS 屏幕显示已添加的电厂图层和空间视图面板中的电厂位置}

同样，我可以添加流域，它们是多边形

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^{图 8：QGIS 屏幕显示覆盖空间视图面板中电厂数据的流域图层}

不幸的是，流域多边形（上图中的绿色）覆盖了电厂位置，使得地图非常难看。QGIS 按后进先出的顺序渲染图层，因此要将流域放在电厂位置下方，我可以向下拖动流域图层。我也可以右键单击每个图层，这将为我提供许多选项来更改图层屏幕中显示的名称、更改属性（例如，符号化、标签）、打开属性表等等。

我想要一些更赏心悦目的东西，所以我

1. 添加 OpenStreetMap 图层（浏览器窗口中的 右键单击 > OpenStreetMap）；

2. 重新排列图层，使电厂位于顶部，OpenStreetMap 位于底部（拖动图层以重新排列）；

3. 更改图层上显示的名称（右键单击 > 重命名）；

4. 更改符号系统，使流域多边形透明，带有粗蓝线，电厂为蓝色菱形（右键单击 > 属性 > 符号系统）；

5. 以蓝色斜体文本标记流域（右键单击 > 属性 > 标签）；

6. 稍微放大（使用工具栏上的缩放工具）。

这是结果

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^{图 9：清理后的符号系统和带有标签的流域}

好的，既然我可以忍受看这张地图了，我将继续进行计算。

进行空间连接

要执行空间连接，请使用顶部菜单的 矢量 > 数据管理工具 > 按位置连接属性，这将调出以下对话框（我在提供的字段中填写了我想要的值）

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^{图 10：空间连接对话框}

我选择了电厂作为输入图层，流域作为 连接图层，以便将流域信息放到电厂记录上。通过选择 intersects 作为 几何谓词，我计算每个点与其相交的多边形，或者，由于我们谈论的是点和多边形，即每个点位于其中的多边形。我为连接的属性使用“ws”前缀，并指定一个生成的输出图层（在本例中为 shapefile）

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图 11：空间连接完成

在关闭对话框后，我可以右键单击图层并选择 打开属性表 来查看 已连接图层 的属性，我在其中可以看到连接的属性

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^{图 12：连接的属性流域代码 (wsCOD_CUEN)、名称 (wsNOM_CUEN)、面积 (wsArea_km2)}

最后，按流域汇总水力发电量怎么样？如果我使用像 LibreOffice Calc 这样的电子表格程序，我将使用数据透视表来完成此任务；当然，这是可能的——我可以打开我的 已连接图层 的 .dbf 文件。

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^{图 13：计算分组总计：按类别统计}

但是 QGIS 有很多分析工具。如果我使用顶部菜单的 处理 项目打开 处理工具箱 并搜索“group”，我可以在 矢量分析 中看到工具 按类别统计

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^{图 14：计算分组总计：按类别统计}

如果我双击该工具，我会看到

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^{图 15：设置按类别统计}

我选择了“POTENCIA”字段（即，兆瓦水力发电潜力）来计算统计数据。我已将字段“wsNOM_CUEN”定义为包含我要汇总的类别。单击类别选择器上的 确定，然后单击 运行 会创建一个新的属性表图层，按类别统计，我可以在其上右键单击并选择 打开属性表

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^{图 16：按类别统计}

例如，我可以看到 Bueno 河流域 (“Río Bueno”) 开发的水力发电潜力总和为 185.516 兆瓦。

就是这样。回顾一下，我们：学习了如何安装 QGIS；了解了一些关于矢量地理空间数据和此类数据上的几何运算的知识；创建了空间连接；并使用类似于数据透视表的东西分析了空间连接的结果。