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的地學基礎 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的地學基礎,一、地球表面形狀 二、地理坐標 三、地圖投影 四、坐標變換,2021/3/7,第四章地理空間數(shù)據(jù)處理,3,第一節(jié) GIS的地學基礎,一、地球表面形狀 1.地球表面形狀的幾級近似表示 大地水準面: 平均海面（物理上相當于靜止海面），及其在陸地下的延伸所構(gòu)成的一個閉合的環(huán)球水準面。它是重力測量和高程起算的基準面。（絕對高程，海拔高度） 地球橢球體： 由地球長、短半軸確定的的

2、實際形狀。（與大地水準面相差不到一二百米） 地球正球體：精度要求不高時，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的地學基礎,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)逼近大地水準面） 平均橢球體；（在全球范圍內(nèi)逼近大地水準面） 參考橢球體是局部定位的地球橢球體，是具體國家“大地測量網(wǎng)”的基礎。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的地學基礎,二、地理坐標（三種地理坐標） 地心坐標：GPS測得的坐標 大地坐標（依據(jù)參考橢球體建立）：GIS中常用的，具體國家的大地測量的地理坐標。 單純的球面坐標

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的地學基礎,三、地圖投影 1.定義：將地球橢球面上的點映射到平面上的方法，稱為地圖投影 2.原因: 地理坐標為球面坐標，不方便進行距離、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，符合視覺心理，并易于進行距離、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的地學基礎,3. 投影實質(zhì) 建立地球橢球面上經(jīng)緯線網(wǎng)和平面上相應經(jīng)緯線網(wǎng)的數(shù)學基礎，也就是建立地球橢球面上的點的地理坐標（，）與平面上對應點的平面坐標（x，y）之間的函數(shù)關系： 當給定不同的具體條件時，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，用經(jīng)度和緯度表達地理對象位置,建立在平面上的直角坐標系統(tǒng)，用（x，y）表達地理對象位置,投影,2021/3/7,第四章地理空間數(shù)據(jù)處理,10,第一節(jié) GIS的地學基礎,4.投影變形 將不可展的地球橢球面展開成平面，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的地學基礎,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的地學基礎,6. 我國常用地圖投影 1：100萬：蘭勃投影（正軸等積割圓錐投影） 大部分分省圖、大多數(shù)同級比例尺也采用蘭勃投影 1：50萬、1：25萬、1：10萬、1：5萬、1：2.5萬、1:1萬、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的地學基礎,四、坐標變換(幾何糾正或坐標校正) 含義：直角坐標之間的轉(zhuǎn)換 X=F1（X，Y）和Y=F1（X，Y）關系式對坐標進行轉(zhuǎn)換 分兩類： 地理坐標化； 配準或校準；（不一定要轉(zhuǎn)換為地理坐標）

6、技術路線：尋找地面控制點。線形關系；非線形關系,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 指通過已知點或分區(qū)的數(shù)據(jù)，推求任意點或分區(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)換格式或坐標校正等變化時，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空間變量的分布特點。 空間變量的分布特點：緩變（稀疏），劇變（密集），躍變（沿躍變帶密集采樣） 5.GIS中常見的數(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：利用每個可利用的控制點來構(gòu)建一個方程或一個模型，而后該模型可用于估算未知數(shù)值。 1.趨勢面分析（趨勢面模型） 方法：用多項式擬合已知的數(shù)據(jù)值，并用于估算其他的點。 線形或一階趨勢面方程：Zx,y=b0+b1X+B2y 軟件自帶，最小二乘法計算 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：只能使用鄰近點或樣本數(shù)據(jù)來估算未知的點。 方法： 最鄰近點法（泰森多邊形法）； 移動平均插值法（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（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 2.三維地形表達的傳統(tǒng)方式 數(shù)學模擬法； 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)布滿整個區(qū)域的方格網(wǎng)）； 三角網(wǎng)點。 地形分析（計算派生地形

10、數(shù)據(jù)）； 多層次三維地形可視化表達； 其他空間變量的三維可視化表達,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)代三維地形表達的5個層次 數(shù)字高程模型；（高層次三維表達的基礎） 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地物） 虛擬現(xiàn)實的數(shù)字地面模型；（身臨其境） 虛擬現(xiàn)實/GIS數(shù)字地面模型。（與數(shù)據(jù)庫掛鉤，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)。 表達方法：以規(guī)整格網(wǎng)的單元或像素，作為表達高程起伏的基本地表單元或地形單元。 特點：具有柵格數(shù)據(jù)的優(yōu)點，結(jié)構(gòu)簡單規(guī)則，便于計算機計算。 生成方法：活動窗口插值法,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)則高程樣點進行組合，將離散高程樣點每三個鄰近點聯(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，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