地理空間數(shù)據(jù)處理.ppt

1、2021/3/7,第四章地理空間數(shù)據(jù)處理,1,第四章 地理空間數(shù)據(jù)處理,第一節(jié) GIS的地學(xué)基礎(chǔ) 第二節(jié) 地理空間數(shù)據(jù)插值 第三節(jié) 地理空間數(shù)據(jù)的三維處理,2021/3/7,第四章地理空間數(shù)據(jù)處理,2,第一節(jié) GIS的地學(xué)基礎(chǔ),一、地球表面形狀 二、地理坐標(biāo) 三、地圖投影 四、坐標(biāo)變換,2021/3/7,第四章地理空間數(shù)據(jù)處理,3,第一節(jié) GIS的地學(xué)基礎(chǔ),一、地球表面形狀 1.地球表面形狀的幾級(jí)近似表示 大地水準(zhǔn)面: 平均海面（物理上相當(dāng)于靜止海面），及其在陸地下的延伸所構(gòu)成的一個(gè)閉合的環(huán)球水準(zhǔn)面。它是重力測(cè)量和高程起算的基準(zhǔn)面。（絕對(duì)高程，海拔高度） 地球橢球體： 由地球長(zhǎng)、短半軸確定的的

2、實(shí)際形狀。（與大地水準(zhǔn)面相差不到一二百米） 地球正球體：精度要求不高時(shí)，可以近似表示,2021/3/7,第四章地理空間數(shù)據(jù)處理,4,第一節(jié) GIS的地學(xué)基礎(chǔ),2.兩種橢球體 根據(jù)逼近方式不同，地球橢球體分為兩類： 參考橢球體；（在局部范圍內(nèi)逼近大地水準(zhǔn)面） 平均橢球體；（在全球范圍內(nèi)逼近大地水準(zhǔn)面） 參考橢球體是局部定位的地球橢球體，是具體國(guó)家“大地測(cè)量網(wǎng)”的基礎(chǔ)。為什么,2021/3/7,第四章地理空間數(shù)據(jù)處理,5,第一節(jié) GIS的地學(xué)基礎(chǔ),二、地理坐標(biāo)（三種地理坐標(biāo)） 地心坐標(biāo)：GPS測(cè)得的坐標(biāo) 大地坐標(biāo)（依據(jù)參考橢球體建立）：GIS中常用的，具體國(guó)家的大地測(cè)量的地理坐標(biāo)。 單純的球面坐標(biāo)

3、（天文經(jīng)緯度,2021/3/7,第四章地理空間數(shù)據(jù)處理,6,第一節(jié) GIS的地學(xué)基礎(chǔ),三、地圖投影 1.定義：將地球橢球面上的點(diǎn)映射到平面上的方法，稱為地圖投影 2.原因: 地理坐標(biāo)為球面坐標(biāo)，不方便進(jìn)行距離、方位、面積等參數(shù)的量算 地球橢球體為不可展曲面 地圖為平面，符合視覺(jué)心理，并易于進(jìn)行距離、方位、面積等量算和各種空間分析,2021/3/7,第四章地理空間數(shù)據(jù)處理,7,第一節(jié) GIS的地學(xué)基礎(chǔ),3. 投影實(shí)質(zhì) 建立地球橢球面上經(jīng)緯線網(wǎng)和平面上相應(yīng)經(jīng)緯線網(wǎng)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，也就是建立地球橢球面上的點(diǎn)的地理坐標(biāo)（，）與平面上對(duì)應(yīng)點(diǎn)的平面坐標(biāo)（x，y）之間的函數(shù)關(guān)系： 當(dāng)給定不同的具體條件時(shí)，將得到

4、不同類型的投影方式,2021/3/7,第四章地理空間數(shù)據(jù)處理,8,地圖投影：投影實(shí)質(zhì),2021/3/7,第四章地理空間數(shù)據(jù)處理,9,直接建立在球體上的地理坐標(biāo)，用經(jīng)度和緯度表達(dá)地理對(duì)象位置,建立在平面上的直角坐標(biāo)系統(tǒng)，用（x，y）表達(dá)地理對(duì)象位置,投影,2021/3/7,第四章地理空間數(shù)據(jù)處理,10,第一節(jié) GIS的地學(xué)基礎(chǔ),4.投影變形 將不可展的地球橢球面展開(kāi)成平面，并且不能有斷裂，則圖形必將在某些地方被拉伸，某些地方被壓縮，故投影變形是不可避免的。 長(zhǎng)度變形 面積變形 角度變形,2021/3/7,第四章地理空間數(shù)據(jù)處理,11,第一節(jié) GIS的地學(xué)基礎(chǔ),5. 投影選擇因素 制圖區(qū)域的地理位

5、置、形狀和范圍 制圖比例尺 地圖內(nèi)容 出版方式,2021/3/7,第四章地理空間數(shù)據(jù)處理,12,第一節(jié) GIS的地學(xué)基礎(chǔ),6. 我國(guó)常用地圖投影 1：100萬(wàn)：蘭勃投影（正軸等積割圓錐投影） 大部分分省圖、大多數(shù)同級(jí)比例尺也采用蘭勃投影 1：50萬(wàn)、1：25萬(wàn)、1：10萬(wàn)、1：5萬(wàn)、1：2.5萬(wàn)、1:1萬(wàn)、1：5000采用高斯克呂格投影,2021/3/7,第四章地理空間數(shù)據(jù)處理,13,第一節(jié) GIS的地學(xué)基礎(chǔ),四、坐標(biāo)變換(幾何糾正或坐標(biāo)校正) 含義：直角坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換 X=F1（X，Y）和Y=F1（X，Y）關(guān)系式對(duì)坐標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)換 分兩類： 地理坐標(biāo)化； 配準(zhǔn)或校準(zhǔn)；（不一定要轉(zhuǎn)換為地理坐標(biāo)）

6、技術(shù)路線：尋找地面控制點(diǎn)。線形關(guān)系；非線形關(guān)系,2021/3/7,第四章地理空間數(shù)據(jù)處理,14,第二節(jié) 地理空間數(shù)據(jù)插值,一、基本概念 二、整體插值法 三、局部插值法,2021/3/7,第四章地理空間數(shù)據(jù)處理,15,第二節(jié) 地理空間數(shù)據(jù)插值,一、基本概念 1.概念 指通過(guò)已知點(diǎn)或分區(qū)的數(shù)據(jù)，推求任意點(diǎn)或分區(qū)數(shù)據(jù)的處理及其方法。 2.必要性 自然環(huán)境惡劣，數(shù)據(jù)難以采集，或由于某種原因數(shù)據(jù)缺失 數(shù)據(jù)分布不均勻； 轉(zhuǎn)換格式或坐標(biāo)校正等變化時(shí)，需要插值,2021/3/7,第四章地理空間數(shù)據(jù)處理,16,第二節(jié) 地理空間數(shù)據(jù)插值,3.內(nèi)容：內(nèi)插；外推 4.原則：盡量減少因插值帶來(lái)的數(shù)據(jù)質(zhì)量損失，空間變量數(shù)

7、據(jù)源的分布最好比較適應(yīng)空間變量的分布特點(diǎn)。 空間變量的分布特點(diǎn)：緩變（稀疏），劇變（密集），躍變（沿躍變帶密集采樣） 5.GIS中常見(jiàn)的數(shù)據(jù)源在空間分布上的類型 柵格數(shù)據(jù)（衛(wèi)星，航空測(cè)量）； 較均勻的采樣數(shù)據(jù)； 不均勻或不規(guī)則的數(shù)據(jù),2021/3/7,第四章地理空間數(shù)據(jù)處理,17,第二節(jié) 地理空間數(shù)據(jù)插值,二、整體插值法（全局方法） 含義：利用每個(gè)可利用的控制點(diǎn)來(lái)構(gòu)建一個(gè)方程或一個(gè)模型，而后該模型可用于估算未知數(shù)值。 1.趨勢(shì)面分析（趨勢(shì)面模型） 方法：用多項(xiàng)式擬合已知的數(shù)據(jù)值，并用于估算其他的點(diǎn)。 線形或一階趨勢(shì)面方程：Zx,y=b0+b1X+B2y 軟件自帶，最小二乘法計(jì)算 示例,2021

8、/3/7,第四章地理空間數(shù)據(jù)處理,18,第二節(jié) 地理空間數(shù)據(jù)插值,2.邊界內(nèi)插法 3.回歸模型法,2021/3/7,第四章地理空間數(shù)據(jù)處理,19,第二節(jié) 地理空間數(shù)據(jù)插值,三、局部插值法 含義：只能使用鄰近點(diǎn)或樣本數(shù)據(jù)來(lái)估算未知的點(diǎn)。 方法： 最鄰近點(diǎn)法（泰森多邊形法）； 移動(dòng)平均插值法（距離倒數(shù)插值法,2021/3/7,第四章地理空間數(shù)據(jù)處理,20,第三節(jié) 地理空間數(shù)據(jù)的三維處理,一、基本概念 二、數(shù)字高程模型及其生成 三、其他派生數(shù)據(jù)或地形分析,2021/3/7,第四章地理空間數(shù)據(jù)處理,21,第三節(jié) 地理空間數(shù)據(jù)的三維處理,一、空間數(shù)據(jù)三維處理的基本概念 1.基本思路 真三維處理； 2.5

9、維處理,自變量,空間地理坐標(biāo)（X，Y，Z） Z=（X，Y,土地利用、地貌特征、 污染指數(shù)等,Y軸,X軸,二次曲面Z=F（X，Y）就是變量Z的區(qū)域分布,2021/3/7,第四章地理空間數(shù)據(jù)處理,23,第三節(jié) 地理空間數(shù)據(jù)的三維處理,一、空間數(shù)據(jù)三維處理的基本概念 2.三維地形表達(dá)的傳統(tǒng)方式 數(shù)學(xué)模擬法； 圖形圖像法（等高線法）； 陰影法（暈渲法,2021/3/7,第四章地理空間數(shù)據(jù)處理,24,第三節(jié) 地理空間數(shù)據(jù)的三維處理,一、空間數(shù)據(jù)三維處理的基本概念 3.GIS三維處理的主要內(nèi)容，DEM 數(shù)字高程模型（DEM）； 高程矩陣（高程數(shù)據(jù)布滿整個(gè)區(qū)域的方格網(wǎng)）； 三角網(wǎng)點(diǎn)。 地形分析（計(jì)算派生地形

10、數(shù)據(jù)）； 多層次三維地形可視化表達(dá)； 其他空間變量的三維可視化表達(dá),DEM是以（x,y）為自變量的高程Z數(shù)據(jù)的有序集合,基于DEM可以計(jì)算地表的坡度、坡向等數(shù)據(jù),陰影、透視、明暗,2021/3/7,第四章地理空間數(shù)據(jù)處理,25,第三節(jié) 地理空間數(shù)據(jù)的三維處理,一、空間數(shù)據(jù)三維處理的基本概念 4.現(xiàn)代三維地形表達(dá)的5個(gè)層次 數(shù)字高程模型；（高層次三維表達(dá)的基礎(chǔ)） 數(shù)字地形模型；（如照片般的可視化地形） 數(shù)字地面模型；（在數(shù)字地形模型上疊加真實(shí)地物） 虛擬現(xiàn)實(shí)的數(shù)字地面模型；（身臨其境） 虛擬現(xiàn)實(shí)/GIS數(shù)字地面模型。（與數(shù)據(jù)庫(kù)掛鉤，可查詢,2021/3/7,第四章地理空間數(shù)據(jù)處理,27,2021

11、/3/7,第四章地理空間數(shù)據(jù)處理,28,2021/3/7,第四章地理空間數(shù)據(jù)處理,29,第三節(jié) 地理空間數(shù)據(jù)的三維處理,二、數(shù)字高程模型及其生成 1.一般思路 構(gòu)造高程數(shù)據(jù)和TIN數(shù)據(jù)集內(nèi)插，組合生成高程樣點(diǎn)模型生成,2021/3/7,第四章地理空間數(shù)據(jù)處理,30,第三節(jié) 地理空間數(shù)據(jù)的三維處理,二、數(shù)字高程模型及其生成 2.高程矩陣的特點(diǎn)及其生成（網(wǎng)格DEM或Grid） 概念：高程矩陣又稱網(wǎng)格DEM或Grid，是以高程為屬性值的柵格數(shù)據(jù)。 表達(dá)方法：以規(guī)整格網(wǎng)的單元或像素，作為表達(dá)高程起伏的基本地表單元或地形單元。 特點(diǎn)：具有柵格數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單規(guī)則，便于計(jì)算機(jī)計(jì)算。 生成方法：活動(dòng)窗口插值法,2021/3/7,第四章地理空間數(shù)據(jù)處理,31,第三節(jié) 地理空間數(shù)據(jù)的三維處理,二、數(shù)字高程模型及其生成 3.TIN模型及其生成（不規(guī)則三角網(wǎng)） 含義：它是直接基于不規(guī)則高程樣點(diǎn)進(jìn)行組合，將離散高程樣點(diǎn)每三個(gè)鄰近點(diǎn)聯(lián)結(jié)成三角形，以連續(xù)的三角面形成數(shù)字高程模型。 不規(guī)則三角網(wǎng)以三角面作為表達(dá)高程起伏的基本地表單元或地形單元。 構(gòu)成方法：搜尋最近點(diǎn)，參考教材P142,2021/3/7,第四章地理空間數(shù)據(jù)處理,32,數(shù)字高程模型及其生成樣圖,20