地理空間數(shù)據(jù)處理課件

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7/31/20231第四章地理空間數(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)7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7/31/20232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7/26/20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。7/31/20233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)一、地球表面形狀7/26/20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？7/31/20234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)2.兩種橢球體7/26/202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)（天文經(jīng)緯度）7/31/20235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)二、地理坐標(biāo)（三種地理坐標(biāo)）7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7/31/20236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)三、地圖投影7/26/2023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)（λ，φ）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)，將得到不同類型的投影方式。7/31/20237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(shí)質(zhì)7/26/2地圖投影：投影實(shí)質(zhì)7/31/20238第四章地理空間數(shù)據(jù)處理地圖投影：投影實(shí)質(zhì)7/26/20238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(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7/31/20239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(duì)象位置建立第一節(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(zhǎng)度變形面積變形角度變形7/31/202310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)4.投影變形7/26/2023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7/31/202311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)5.投影選擇因素7/26/2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。7/31/202312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)6.我國(guó)常用地圖投影7/26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)）技術(shù)路線：尋找地面控制點(diǎn)。線形關(guān)系；非線形關(guān)系。7/31/202313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7/31/202314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7/26/20231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(shí)，需要插值；7/31/202315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)插值一、基本概念7/26/20231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)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)。7/31/202316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3.內(nèi)容：內(nèi)插；外推7/26/2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7/31/202317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)插值二、整體插值法（全局方法）7/2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7/31/202318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2.邊界內(nèi)插法7/26/2023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）7/31/202319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7/26/2023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7/31/202320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、基本概念7/26/2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(jià)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7/31/202321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Y軸X軸二次曲面Z=F（X，Y）就是變量Z的區(qū)域分布7/31/202322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7/26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）。7/31/202323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(jì)算地表的坡度、坡向等數(shù)據(jù)陰影、透視、明暗7/31/202324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）7/31/202325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7/31/202326第四章地理空間數(shù)據(jù)處理7/26/202326第四章地理空間數(shù)據(jù)處理7/31/202327第四章地理空間數(shù)據(jù)處理7/26/202327第四章地理空間數(shù)據(jù)處理7/31/202328第四章地理空間數(shù)據(jù)處理7/26/202328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(duì)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(cè)數(shù)據(jù)7/31/202329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7/31/202330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P1427/31/202331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數(shù)字高程模型及其生成樣圖7/31/202332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7/26/202332第四章地理空間第三節(jié)地理空間數(shù)據(jù)的三維處理三、其他派生數(shù)據(jù)或地形分析1.坡度和坡向2.等值線3.視線圖4.地形輪廓及