地理空間數(shù)據(jù)處理

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11/16/20231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)一、地球表面形狀二、地理坐標(biāo)三、地圖投影四、坐標(biāo)變換11/16/20232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)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(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)成的一個閉合的環(huán)球水準(zhǔn)面。它是重力測量和高程起算的基準(zhǔn)面。（絕對高程，海拔高度）地球橢球體：由地球長、短半軸確定的的實際形狀。（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，可以近似表示。11/16/20233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)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，是具體國家“大地測量網(wǎng)”的基礎(chǔ)。為什么？11/16/20234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)二、地理坐標(biāo)（三種地理坐標(biāo)）地心坐標(biāo)：GPS測得的坐標(biāo)大地坐標(biāo)（依據(jù)參考橢球體建立）：GIS中常用的，具體國家的大地測量的地理坐標(biāo)。單純的球面坐標(biāo)（天文經(jīng)緯度）11/16/20235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)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，符合視覺心理，并易于進(jìn)行距離、方位、面積等量算和各種空間分析11/16/20236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)

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(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)（λ，φ）與平面上對應(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，將得到不同類型的投影方式。11/16/20237第四章地理空間數(shù)據(jù)處理地圖投影：投影實質(zhì)11/16/20238第四章地理空間數(shù)據(jù)處理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)地理對象位置投影11/16/20239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)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11/16/202310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)5.投影選擇因素制圖區(qū)域的地理位置、形狀和范圍制圖比例尺地圖內(nèi)容出版方式11/16/202311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)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。11/16/202312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)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)）技術(shù)路線：尋找地面控制點(diǎn)。線形關(guān)系；非線形關(guān)系。11/16/202313第四章地理空間數(shù)據(jù)處理第二節(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11/16/202314第四章地理空間數(shù)據(jù)處理第二節(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(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，需要插值；11/16/202315第四章地理空間數(shù)據(jù)處理第二節(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)據(jù)源的分布最好比較適應(yīng)空間變量的分布特點(diǎn)?？臻g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)。11/16/202316第四章地理空間數(shù)據(jù)處理第二節(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(diǎn)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(diǎn)。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11/16/202317第四章地理空間數(shù)據(jù)處理第二節(jié)地理空間數(shù)據(jù)插值2.邊界內(nèi)插法3.回歸模型法11/16/202318第四章地理空間數(shù)據(jù)處理第二節(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)來估算未知的點(diǎn)。方法：最鄰近點(diǎn)法（泰森多邊形法）；移動平均插值法（距離倒數(shù)插值法）11/16/202319第四章地理空間數(shù)據(jù)處理第三節(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11/16/202320第四章地理空間數(shù)據(jù)處理第三節(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維處理。自變量空間地理坐標(biāo)（X，Y，Z）Z=（X，Y）空間變量土壤類型，城市地價二維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表達(dá)三維形象土地利用、地貌特征、污染指數(shù)等11/16/202321第四章地理空間數(shù)據(jù)處理Y軸X軸二次曲面Z=F（X，Y）就是變量Z的區(qū)域分布11/16/202322第四章地理空間數(shù)據(jù)處理第三節(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）。11/16/202323第四章地理空間數(shù)據(jù)處理第三節(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(diǎn)。地形分析（計算派生地形數(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?；贒EM可以計算地表的坡度、坡向等數(shù)據(jù)陰影、透視、明暗11/16/202324第四章地理空間數(shù)據(jù)處理第三節(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）11/16/202325第四章地理空間數(shù)據(jù)處理11/16/202326第四章地理空間數(shù)據(jù)處理11/16/202327第四章地理空間數(shù)據(jù)處理11/16/202328第四章地理空間數(shù)據(jù)處理第三節(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。高程矩陣TINDEM及其數(shù)據(jù)不規(guī)則分布的高程樣點(diǎn)數(shù)據(jù)航片立體像對分析數(shù)字化的地形圖、等高線、高程點(diǎn)GPS、全站儀等高程觀測數(shù)據(jù)11/16/202329第四章地理空間數(shù)據(jù)處理第三節(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)簡單規(guī)則，便于計算機(jī)計算。生成方法：活動窗口插值法11/16/202330第四章地理空間數(shù)據(jù)處理第三節(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P14211/16/202331第四章地理空間數(shù)據(jù)處理數(shù)字高程模型及其生成樣圖11/16/202332第四章地理空間數(shù)據(jù)