新大計(jì)量地理學(xué)講義02地理數(shù)據(jù)與處理

面線點(diǎn)面線點(diǎn)第2章地理數(shù)據(jù)與處理1.1空間數(shù)據(jù)存及描述他們之間空間聯(lián)系的拓?fù)潢P(guān)系。其中(一)點(diǎn)由一個(gè)獨(dú)立的坐標(biāo)點(diǎn)(x，y)定位，是空間上不可再分的幾何實(shí)體。它可(二)線由若干個(gè)(至少兩個(gè)，理論上是無(wú)窮個(gè))坐標(biāo)點(diǎn)(xi，yi)(i=1，2，…)1.2屬性數(shù)據(jù)(一)數(shù)量標(biāo)志數(shù)據(jù)(1)間隔尺度數(shù)據(jù)以有量綱的數(shù)據(jù)形式表示測(cè)度對(duì)象在某種單位(量綱)下的絕對(duì)積。(2)比例尺度數(shù)據(jù)以無(wú)量綱的數(shù)據(jù)形式表示測(cè)度對(duì)象的相對(duì)量。份1996農(nóng)(二)品質(zhì)標(biāo)志數(shù)據(jù)(1)有序數(shù)據(jù)當(dāng)測(cè)度標(biāo)準(zhǔn)不是連續(xù)的量時(shí)，只是表示其順序關(guān)系的數(shù)據(jù)。這種數(shù)據(jù)12344124652)名義尺度數(shù)據(jù)用數(shù)字表示地理實(shí)體、地理要素、地理現(xiàn)象或地理事件的狀態(tài)類型。21表示“林地”等(表2.1.4)。(3)二元數(shù)據(jù)用0、1兩個(gè)數(shù)據(jù)表示地理事物、地理現(xiàn)象或地理事件的是非判斷問(wèn)題。123456表2.1.5二元數(shù)(1表示兩城市之間通航，0表示兩城市之間不通航)—11011—11011—10011—11001—地理系統(tǒng)的復(fù)雜性決定了地理數(shù)據(jù)的復(fù)雜性和多樣性。對(duì)于不同的地理實(shí)體、地理要2.2.1數(shù)量化、形式化與邏輯化(一)形式化、邏輯化與數(shù)量化，是所有地理數(shù)據(jù)的共同特征。(二)定量化的地理數(shù)據(jù)是建立地理數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)，它有兩方面的作用：(1)確定模型的參數(shù)、給定模型運(yùn)行的初值條件；(2)檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷挠行浴！按笕萘俊钡牡乩頂?shù)據(jù)具有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)形式和交換標(biāo)準(zhǔn)。2.2不確定性(一)地理系統(tǒng)本身的復(fù)雜性從本質(zhì)上決定著地理數(shù)據(jù)的不確定性。2.2.3多種時(shí)空尺度(一)從空間尺度上來(lái)看，描述地理區(qū)域的各種地理數(shù)據(jù)，具有多種空間尺度—既有全球尺度的、洲際尺度的、國(guó)家尺度的，也有流域尺度的、地區(qū)尺度的、城市尺度的、社區(qū)要素要素ttt的信息內(nèi)容是不同的，為了析。(二)從時(shí)間尺度上來(lái)看，描述地理過(guò)程的各種地理數(shù)據(jù)具有多種時(shí)間尺度，如歷史2.4多維性(一)對(duì)于一個(gè)地理對(duì)象的具體意義要從空間、屬性、時(shí)間三個(gè)方面綜合描述。(二)空間方面，需要描述該地理對(duì)象所處的地理位置和空間范圍，一般需要2~3個(gè)量；時(shí)間時(shí)間21k…區(qū)2，域…m2.3.1地理數(shù)據(jù)的采集(二)來(lái)自于統(tǒng)計(jì)年鑒、統(tǒng)計(jì)公報(bào)中的有關(guān)自然資源及社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展數(shù)據(jù)；(三)來(lái)自于有關(guān)單位或個(gè)人的不定期的典型調(diào)查數(shù)據(jù)、抽樣調(diào)查數(shù)據(jù)；(四)來(lái)自于政府公報(bào)、政府文件中的有關(guān)數(shù)據(jù)；(五)來(lái)自于檔案、圖書等文獻(xiàn)資料中的有關(guān)數(shù)據(jù)；(六)來(lái)自于互聯(lián)網(wǎng)(Internet)的有關(guān)共享數(shù)據(jù)；地理地理數(shù)據(jù)采集地理數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)源(七)地圖圖件。主要包括各種比例尺的地形圖、影像地圖、專題地圖等；(八)遙感數(shù)據(jù)。主要包括各種航空遙感數(shù)據(jù)和衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)；(九)其它來(lái)源的有關(guān)數(shù)據(jù)。(一)數(shù)據(jù)的完備性和可靠性；2.3.2地理數(shù)據(jù)處理從廣義上講，任何地理問(wèn)題的研究都必設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)處理，整個(gè)研究過(guò)程就是從數(shù)據(jù)采集。地理計(jì)算學(xué)(Geocomputation)的實(shí)質(zhì)是借助于現(xiàn)代化的計(jì)算理論、計(jì)算方法和計(jì)算omputation理2.4.1地理數(shù)據(jù)的平均指標(biāo)(一)平均指標(biāo)的作用(1)反映總體各變量分布的集中趨勢(shì)和一般水平；(2)便于比較同類現(xiàn)象在不同單位間的發(fā)展水平；(3)能夠比較同類現(xiàn)象在不同時(shí)間的發(fā)展變化趨勢(shì)或規(guī)律；(4)分析現(xiàn)象之間的依存關(guān)系；(二)平均指標(biāo)的分類的代表意義和計(jì)算方式不同，可分為數(shù)值平均數(shù)和位置平均數(shù)(1)數(shù)值平均數(shù)數(shù)值平均數(shù)是對(duì)總體各單位某一標(biāo)志值的平均，表明總體單位標(biāo)志。(a)簡(jiǎn)單算數(shù)平均數(shù)計(jì)算公式如下：xxi(2.4.1) (2.4.2)按日產(chǎn)量分組(件)x工人數(shù)(人)f24851按公式(2.4.2)可得：HH實(shí)質(zhì)。ff2=...=fn時(shí)，即 xififxixix=i=1=i=1=i=1finfn(a)簡(jiǎn)單調(diào)和平均數(shù)計(jì)算公式如下：nn=====。例4根據(jù)表(2.4.2)所提供的數(shù)據(jù)計(jì)算加權(quán)調(diào)和平均數(shù)。2.4.2x1236ii(a)簡(jiǎn)單幾何平均數(shù)計(jì)算公式如下：應(yīng)用條件：資料未分組(各變量值次數(shù)都是1)。前蘇聯(lián)美國(guó)波蘭?xg--χgχg?χg(b)加權(quán)幾何平均數(shù)49299=1.0138101.38%37492 20=0.975597.55%n=1G=fi=fixin=1 (2.4.7)列中所有出現(xiàn)頻數(shù)最多的那個(gè)數(shù),計(jì)算方法分為以下兩種情況:(a)未分組的地理數(shù)據(jù)，可以根據(jù)每一個(gè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)的頻數(shù)大小直接確定眾數(shù)。(b)對(duì)于已經(jīng)分組的地理數(shù)據(jù)，中位數(shù)的計(jì)算方法如下：數(shù)所在組，再按以下公式計(jì)算眾數(shù):或 (2.4.8) (2.4.9)將各個(gè)數(shù)據(jù)從小到大排列，居于中間位置的那個(gè)數(shù)。(b)分組的地理數(shù)據(jù)，中位數(shù)的計(jì)算步驟為首先確定中位數(shù)所在的組位置，再按如下(2.4.10)efm(2.4.10)efm或例6下表(2.4.2)給出了某農(nóng)場(chǎng)各農(nóng)田地塊的面積，試計(jì)算其中位數(shù)和眾數(shù)。地塊編號(hào)123456789101112平均值中位數(shù)眾數(shù)面積/hm212835035555072408529657554.2552.450眾數(shù)的計(jì)算先確定眾數(shù)所在組。顯然，眾數(shù)所在的組應(yīng)該在第二組。再按照公式(2.4.8)計(jì)算眾數(shù)M0=3476.19(元)，或者按照公式(2.4.9)計(jì)算眾數(shù)M0=3476.19(元)。二組。再按照(2.5.10)計(jì)算中位數(shù)Me=2588.46(元)，或者按(2.4.11)計(jì)算中位數(shù)。前面說(shuō)明了地理數(shù)據(jù)分布的集中性和一般水平，下面介紹地理數(shù)據(jù)分布的重要離散指(二)變異指標(biāo)的作用(1)用于衡量平均指標(biāo)的代表性。SS(2)反映社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的均衡性。(3)研究總體標(biāo)志值分布偏離正態(tài)的情況。(2.4.12)(2.4.12)其優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算簡(jiǎn)便，缺點(diǎn)是易受極端值的影響。dixix(2.4.13)差2d2=(xi?x)(2.4.14)從平均概況衡量一組地理數(shù)據(jù)與平均值的離散程度。計(jì)算公式如下:標(biāo)準(zhǔn)差為方差的平方根，計(jì)算公式如下:如果以樣本方差對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行無(wú)偏估計(jì)，則計(jì)算公式為:⑤變異系數(shù)，表示了地理數(shù)據(jù)的相對(duì)變化(波動(dòng))程度，其計(jì)算公式: (2.4.15) (2.4.16) (2.4.17) 18)123456789xixdid42.254.2519.2554.2514.2525.25例7對(duì)于表(2.4.5)中的數(shù)據(jù)，分別計(jì)算極差、離差、離差平方和、方差、標(biāo)準(zhǔn)差、按照公式(2.4.12)計(jì)算極差：R=73;按照公式(2.4.13)計(jì)算離差平方和:d2=di=5666.25;按照公式(2.4.14)計(jì)算方差：σ=按照公式(2.4.14)計(jì)算方差：σ=12d=472.19;9=21.73;按照公式(2.4.16)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差的無(wú)偏估計(jì)：S=d2d按照公式(2.4.17)計(jì)算變異系：Cv=×100%=0.4184;(一)偏度系數(shù)gg1=0，表示對(duì)稱分布(如下圖)。(二)標(biāo)準(zhǔn)峰度系數(shù)。它測(cè)度了地理數(shù)據(jù)在均值附近的集中程度，其計(jì)算公式為g2=()4?3(2.4.20)g態(tài)分布(見上圖)。按照公式(2.4.20)，代入數(shù)據(jù)計(jì)算可得g2=-0.868<0。顯然，其分布的集中程度低以xi代表中國(guó)各省(市、自治區(qū))的人均GDP，則由公式(2.4.13)計(jì)算得到的變分別計(jì)算了1978~1999各年的變異系數(shù)(如下圖)。9(三)國(guó)家區(qū)域發(fā)展政策的實(shí)施對(duì)省際經(jīng)濟(jì)發(fā)展差異的變化有很大的影響。5.1統(tǒng)計(jì)表(一)統(tǒng)計(jì)表基本概念對(duì)統(tǒng)計(jì)調(diào)查所獲得的原始資料進(jìn)行整理，所得到的數(shù)據(jù)按一(1)從表式上看，統(tǒng)計(jì)表是由縱橫交叉的線條組成的一種表格，表格包括總表題、橫(2)從內(nèi)容上看，統(tǒng)計(jì)表由主詞欄和賓詞欄兩個(gè)部分組成。主詞欄是統(tǒng)計(jì)表所要說(shuō)明的總體及其組成部分；賓詞欄是統(tǒng)計(jì)表用來(lái)說(shuō)明總體數(shù)量特征的各個(gè)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)。圖2.4.1。(二)統(tǒng)計(jì)表的分類統(tǒng)計(jì)表按結(jié)構(gòu)的組織方式可以分成不同的類型。(1)按主詞的結(jié)構(gòu)分類根據(jù)主詞是否分組和分組的程度，分為簡(jiǎn)單表、分組表和復(fù)(2)按賓詞設(shè)計(jì)分類按賓詞設(shè)計(jì)統(tǒng)計(jì)表可分為賓詞簡(jiǎn)單排列、分組平行排列和分組(1)線條的繪制表的上下端應(yīng)以粗線繪制，表內(nèi)縱橫線以細(xì)線繪制。兩端一般不劃(2)合計(jì)欄的設(shè)統(tǒng)計(jì)表各縱列若需合計(jì)時(shí)，一般應(yīng)將合計(jì)列在最后一行，各橫行若。(3)標(biāo)題設(shè)計(jì)統(tǒng)計(jì)表的總標(biāo)題，橫欄、縱欄標(biāo)題應(yīng)簡(jiǎn)明扼要，以簡(jiǎn)練而又準(zhǔn)確的文(4)指標(biāo)數(shù)值表中數(shù)字應(yīng)該填寫整齊，對(duì)準(zhǔn)位數(shù)。當(dāng)數(shù)字小且可略而不計(jì)時(shí)，可寫(5)計(jì)量單位統(tǒng)計(jì)表必須注明數(shù)字資料的計(jì)量單位。當(dāng)全表只有一種計(jì)量單位時(shí)，(6)注解或資料來(lái)源必要時(shí)，在統(tǒng)計(jì)表下應(yīng)加注解或說(shuō)明，以便查考。(四)統(tǒng)計(jì)分組統(tǒng)計(jì)表的制作與數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)整理過(guò)程中經(jīng)常遇到統(tǒng)計(jì)分組問(wèn)題。表2.5.1某縣人工造林地面積餓統(tǒng)計(jì)分組數(shù)據(jù)123456789(1)統(tǒng)計(jì)分組統(tǒng)計(jì)分組即根據(jù)研究目的，按照一定的分組標(biāo)志將地理數(shù)據(jù)分成若(2)計(jì)算各組數(shù)據(jù)的頻數(shù)、頻率，編制統(tǒng)計(jì)分組表例對(duì)于黃土高原西部地區(qū)某山區(qū)縣的人工造林地調(diào)查數(shù)據(jù),以地塊面積作為統(tǒng)計(jì)分組標(biāo)志進(jìn)行分組;計(jì)算各組數(shù)據(jù)的頻數(shù)、頻率，編制成以上的統(tǒng)計(jì)分組表(表2.5.1)5.2統(tǒng)計(jì)圖(一)統(tǒng)計(jì)圖的結(jié)構(gòu)一幅完整的統(tǒng)計(jì)圖一般由以下部分構(gòu)成。(1)圖號(hào)通常在圖的左下方;(2)圖題和圖號(hào)并排，在圖的下方;(3)圖目即寫在圖形基線上的各種不同類別、名稱，或時(shí)間、空間的統(tǒng)計(jì)數(shù)量，當(dāng)(4)圖注對(duì)圖形或其局部或某一點(diǎn)的借助文字的說(shuō)明。(二)統(tǒng)計(jì)圖的類型(1)直方圖首先建立直角坐標(biāo)系，橫軸代表分組變量，縱軸表示頻數(shù)或頻率。以各圖(2)折線圖折線圖也稱多邊形圖，是在直方圖的基礎(chǔ)上繪制的。將每個(gè)直方塊的頂。(4)累計(jì)曲線圖累計(jì)曲線圖的繪制。累計(jì)頻數(shù)(頻率)分布圖分為向上累計(jì)頻數(shù)(頻率)分布圖和向下累計(jì)頻數(shù)(頻率)分布圖。不論是向上累計(jì)還是向下累計(jì)均以分組變量為 計(jì)次用折線(或光滑曲線)相連，即是向下累計(jì)分布曲線圖。0(三)頻(次)數(shù)分布圖的類型當(dāng)樣本量較大，組距較小時(shí)，折線圖會(huì)越來(lái)越平滑， n(2)U型分布U型分布的形狀與鐘形分布相反，靠近中間的變量值分布次數(shù)少，靠，中間小”的U型分布，反映出某一個(gè)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的死亡率都比較高，中年的死亡率較低，從而表現(xiàn)為U形曲線。產(chǎn)品的故障率也具有這樣(三)J型分布J形分布一般是累積分布的表現(xiàn)形式，在圖形上表現(xiàn)為一條從下向上ln162738495(一)操作步驟在Excel中實(shí)現(xiàn)描述統(tǒng)計(jì)的一般步驟如下：(1)用鼠標(biāo)點(diǎn)擊工作表中待分析數(shù)據(jù)的任一單元格。(2)選擇“工具”菜單的“數(shù)據(jù)分析”子菜單(見圖2.6.1)。如果“數(shù)據(jù)分析”命它。(3)用鼠標(biāo)雙擊數(shù)據(jù)分析工具中的“描述統(tǒng)計(jì)”選項(xiàng)(見圖2.6.2)。(4)出現(xiàn)“描述統(tǒng)計(jì)”對(duì)話框(見圖2.6.3)，對(duì)話框內(nèi)各選項(xiàng)的含義如下：量名)，則選中“標(biāo)志位于第一行”復(fù)選框；如果輸入?yún)^(qū)域的第一列中包含標(biāo)志項(xiàng)，則選中出結(jié)果分為兩列,左邊一列包含統(tǒng)計(jì)標(biāo)志項(xiàng)，右邊一列包含統(tǒng)計(jì)值。根據(jù)所選擇的“分組方差、方差、峰值、偏斜度、極差(全距)最小值、最大值、總和、樣本個(gè)數(shù)。(5)填寫完“描述統(tǒng)計(jì)”對(duì)話框之后，按“確定”按扭即可(見圖2.6.4)。.6.2直方圖工具直方圖確定考試成績(jī)的分布情況,它會(huì)給出考分出現(xiàn)在指定成績(jī)區(qū)間的學(xué)須把存放分段區(qū)間的單元地址范圍填寫在在直方圖工具對(duì)話框中的“接收(一)操作步驟(1)用鼠標(biāo)點(diǎn)擊表中待分析數(shù)據(jù)的任(2)選擇“工具”菜單的“數(shù)據(jù)分析”(3)用鼠標(biāo)雙擊數(shù)據(jù)分析工具中的“直方圖”選項(xiàng)(見圖2.6.5)。圖2.6.5(4)出現(xiàn)“直方圖”對(duì)話框(見圖2.6.6)，對(duì)話框內(nèi)主要選項(xiàng)的含義如下：。(5)按需要填寫完“直方圖”對(duì)話框之后，按“確定”按扭即可。6.3繪制兩軸折線圖年分耕地面積(萬(wàn)畝)人口(萬(wàn)人)年分耕地面積(萬(wàn)畝)人口(萬(wàn)人)39654976443622150022730097741.36135197200642.57231400。(1)用鼠標(biāo)點(diǎn)擊表中待分析數(shù)據(jù)的任一單元格。(2)選中繪圖數(shù)據(jù)范圍后，選擇“插入”菜單的“圖標(biāo)”子菜單(見圖2.6.8)。(3)雙擊圖標(biāo)導(dǎo)向窗口中的“自定義類型”選項(xiàng)卡，選擇“兩軸折線圖”選項(xiàng)(見圖2.6.9)。(4)按下一步，選擇“系列”選項(xiàng)卡，刪除原有的全部系列，重新添加自己要建立的系列并選擇相應(yīng)的數(shù)據(jù)范圍(見2.6.10)。(5)按下一步，打開圖標(biāo)選項(xiàng)對(duì)話框，分別點(diǎn)開標(biāo)題、坐標(biāo)軸、網(wǎng)格線、圖例、數(shù)據(jù)(6)按下一步，打開“圖標(biāo)位置”對(duì)話框，根據(jù)圖表輸出的具體位置要求，選擇圖表位。本題中，我們把圖標(biāo)作為該工作簿中的一個(gè)對(duì)象來(lái)輸出(見圖2.6.13)。(7)點(diǎn)擊完成的圖表的繪制(見圖2.6.14)。(8)鼠標(biāo)指針分別點(diǎn)擊在X,Y軸上，打開“坐標(biāo)軸格式”對(duì)話框，對(duì)已做好的圖標(biāo)進(jìn)行進(jìn)一步修改(見圖2.6.15)。人口(萬(wàn)人)耕人口(萬(wàn)人)耕地(萬(wàn)畝)玉田縣人口與耕地面積歷年變化圖194919531957196119651969197319771981198519891993199720012005 人口耕地面積(一)洛倫茲曲線20世紀(jì)初，意大利統(tǒng)計(jì)學(xué)家洛倫茲(M.Lorenz)，首先使用累計(jì)頻部門代碼產(chǎn)業(yè)部門20041999收入/元占總收入的比重/%收入/元占總收入的比重/%1種植業(yè)2735.9342.821645.5356.732林業(yè)143.572.2579.662.753畜牧業(yè)660.6110.34390.2413.454漁業(yè)220.673.4574.122.565工業(yè)441.576.91167.385.776建筑業(yè)163.952.5744.551.547運(yùn)輸業(yè)516.878.09150.885.28商飲服務(wù)業(yè)1112.7217.42211.627.39其他393.166.15136.74.71合計(jì)家庭經(jīng)營(yíng)純收入6389.051002900.68100該地區(qū)農(nóng)戶家庭經(jīng)性純收入及其構(gòu)成情況。為了形象、直觀地描述農(nóng)(1)將表2.7.1各產(chǎn)業(yè)部門的收入及其占總收入比重(百分比)，從大到小重新排序；(2)從大到小，逐次計(jì)算累計(jì)百分比,得到表2.7.2和表2.7.3(3)以自然序號(hào)為橫坐標(biāo)(x)，累計(jì)百分比為縱坐標(biāo)(y)；以(部門代碼，累計(jì)百分比)門比例及累計(jì)百分比收入(元)113388557799224466收入(元)累計(jì)百分比(%)11種植業(yè)商飲服務(wù)28業(yè)33475569748692曲線曲線(4)結(jié)果分析洛倫茲曲線的上凸程度，表示農(nóng)戶家庭經(jīng)營(yíng)性純收入的部門集中化程如果各個(gè)產(chǎn)業(yè)部門的收入是均等的，則洛倫茲曲線正好就變成了正方形的對(duì)角線。(二)集中化指數(shù)集中化指數(shù)是一個(gè)描述地理數(shù)據(jù)分布的集中化程度的指數(shù)。Y=f(X)X∈[0,1](2.7.1)A=j0nf(X)dX (2.7.2)就變成了整個(gè)正方形的面積(M)。II (2.7.3)中化程度越低(越均衡)。這個(gè)指數(shù)就被稱為集中化指數(shù)。取值方法2.7.2基尼系數(shù)及其應(yīng)用實(shí)例(一)列出每一個(gè)區(qū)域(部門)的人口與收入占全區(qū)(各部門總計(jì))的比重p與w；(二)計(jì)算每一區(qū)域(部門)的比率w/p；(三)根據(jù)w/p值，由小到大將每一地區(qū)(部門)排序；(四)按照上述順序分別計(jì)算p和w的累計(jì)值X和Y；wp0.0760.0960.1480.1510.1700.2