地理數(shù)據(jù)的采集及處理.課件

1、 第二章 地理數(shù)據(jù)的采集及處理 第1頁，共51頁。一、地理系統(tǒng)二、地理數(shù)據(jù)的類型和表達(dá)三、地理數(shù)據(jù)的來源四、地理數(shù)據(jù)的變換五、地理數(shù)據(jù)的分布特征第2頁，共51頁。一、地理系統(tǒng)1. 系統(tǒng)的概念地理系統(tǒng)是地球表面的巖石圈、水圈、生物圈和人類活動(dòng)相互作用的物質(zhì)、能量和信息運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。什么是“系統(tǒng)”？系統(tǒng)是由相互作用和相互依賴的若干組成部分（要素）結(jié)合而成的具有特定功能的整體。在這個(gè)定義中包括了系統(tǒng)、要素、結(jié)構(gòu)、功能四個(gè)概念，表明了要素與要素、要素與系統(tǒng)、系統(tǒng)與環(huán)境三方面的關(guān)系。 第3頁，共51頁。2. 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是指不隨時(shí)間發(fā)生變化的系統(tǒng)要素之間的聯(lián)系。系統(tǒng)的功能是指系統(tǒng)在包含它的超系

2、統(tǒng)中起的作用和承擔(dān)的任務(wù)。第4頁，共51頁。3. 系統(tǒng)分類自然系統(tǒng)和人造系統(tǒng) 實(shí)體系統(tǒng)和抽象(概念)系統(tǒng) 靜態(tài)系統(tǒng)和動(dòng)態(tài)系統(tǒng) 開放系統(tǒng)和封閉系統(tǒng) 全球系統(tǒng)和區(qū)域系統(tǒng) 第5頁，共51頁。4. 地理系統(tǒng)的特點(diǎn)系統(tǒng)性、整體性、綜合性區(qū)域性、開放性、層次性隨機(jī)性、動(dòng)態(tài)性 第6頁，共51頁。二、地理數(shù)據(jù)的類型和表達(dá)1. 地理數(shù)據(jù)類型將所有的地理數(shù)據(jù)劃分為兩大基本類型，即空間數(shù)據(jù)（spatial data）和屬性數(shù)據(jù)（attribute dada）。 屬性數(shù)據(jù)又可以進(jìn)一步分為兩種類型，即定量數(shù)據(jù)和定性數(shù)據(jù)。第7頁，共51頁?？臻g數(shù)據(jù)，主要用于描述地理實(shí)體、地理要素、地理現(xiàn)象、地理事件及地理過程產(chǎn)生、存在和

3、發(fā)展的地理位置、區(qū)域范圍及空間聯(lián)系。坐標(biāo)，是描述空間數(shù)據(jù)的基本手段，一般用經(jīng)緯度坐標(biāo)或者公里網(wǎng)來表示。對(duì)于空間數(shù)據(jù)的表達(dá)，可以將其歸納為點(diǎn)、線、面三種幾何實(shí)體以及描述他們之間空間聯(lián)系的拓?fù)潢P(guān)系。定量數(shù)據(jù)：是用數(shù)量表示的地理數(shù)據(jù)，如溫度，人口數(shù)量，人均收入等。定性數(shù)據(jù)：只表征地理要素性質(zhì)上的差異，而沒有數(shù)量的變化。但是，通過“數(shù)量化方法”可以對(duì)一定的地理要素予以賦值。通常采用二分法，即以二元數(shù)據(jù)1和0來表示。比如，性別 第8頁，共51頁。 三種基本的地理幾何實(shí)體及其組合 第9頁，共51頁。城市A城市B城市C城市D城市E城市A1101城市B1110城市C1110城市D0111城市E1001表2.1

4、 二元數(shù)據(jù)注:1表示兩城市之間通航; 0表示兩城市之間不通航。第10頁，共51頁。2. 地理數(shù)據(jù)的表達(dá)方式 表格法區(qū)域地理要素x1x2xn區(qū)域1x11x12x1n區(qū)域2x21x22x2n區(qū)域mxm1xm2xmn第11頁，共51頁。年平均氣溫/年降水量/mm 土地面積/hm2 人口/人 國內(nèi)生產(chǎn)總值/萬元區(qū)域1 8.0 500.2 245.6 1 210 2 678.28 區(qū)域2 7.6498.61064.1 0232 015.47區(qū)域36.5550.9894.38481 754.56區(qū)域38.5586.4668.76541 365.46表2.2 各區(qū)域的自然及經(jīng)濟(jì)社會(huì)指標(biāo)第12頁，共51頁。年

5、 份19961997199819992000耕地復(fù)種指數(shù)120.40113.56126.54132.76121.43農(nóng)業(yè)發(fā)展指數(shù)100115.68124.50135.69129.56表2.3 某地區(qū)耕地復(fù)種指數(shù)和農(nóng)業(yè)發(fā)展指數(shù)第13頁，共51頁。三、地理數(shù)據(jù)的來源 來自觀測、測量部門的有關(guān)專業(yè)數(shù)據(jù)。比如，來自水文觀測站的有關(guān)水文數(shù)據(jù)；來自氣象觀測站的有關(guān)氣象數(shù)據(jù)；來自環(huán)境監(jiān)測部門的空氣、水質(zhì)數(shù)據(jù)等。來自統(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)。比如，從各級(jí)政府統(tǒng)計(jì)部門公布和出版的統(tǒng)計(jì)年鑒中，可以得到當(dāng)?shù)氐母孛娣e、各類農(nóng)作物播種面積、糧食產(chǎn)量、人口、勞動(dòng)力、工業(yè)投資和產(chǎn)值、國內(nèi)生產(chǎn)總

6、值等。來自有關(guān)單位或者個(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)。比如，來自城鄉(xiāng)抽樣調(diào)查隊(duì)的城市、農(nóng)村家庭收支數(shù)據(jù)；來自有關(guān)有關(guān)單位或者個(gè)人的某一方面的專題調(diào)查數(shù)據(jù)等等。來自政府公報(bào)、政府文件中的有關(guān)數(shù)據(jù)。來自檔案、圖書等文獻(xiàn)資料中的有關(guān)數(shù)據(jù)。來自互聯(lián)網(wǎng)中的有關(guān)共享數(shù)據(jù)。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。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)。其他來源的有關(guān)數(shù)據(jù)。 第14頁，共51頁。地理矩陣 m個(gè)地點(diǎn)或地區(qū)；n個(gè)地理特征值第15頁，共51頁。四、地理數(shù)據(jù)的變換1. 定性數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成定量數(shù)據(jù)有序數(shù)據(jù)(ordinal data)轉(zhuǎn)換二元數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換2. 數(shù)據(jù)本身變換對(duì)

7、原始數(shù)據(jù)需要消除量綱(或單位)，轉(zhuǎn)換為可比較的數(shù)據(jù)序列。目前，原始數(shù)據(jù)的變換有以下幾種常用方法：對(duì)數(shù)變換、模數(shù)變換、指數(shù)變換、概率變換、滑動(dòng)平均法等等第16頁，共51頁。五、地理數(shù)據(jù)的分布特征1. 地理數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)整理 基本步驟: 統(tǒng)計(jì)分組，就是根據(jù)研究目的，按照一定的分組標(biāo)志將地理數(shù)據(jù)分成若干組。 計(jì)算各組數(shù)據(jù)的頻數(shù)、頻率，編制統(tǒng)計(jì)分組表。 作分布圖。第17頁，共51頁。統(tǒng)計(jì)分組按質(zhì)量標(biāo)志按數(shù)量標(biāo)志離散型變量連續(xù)型變量單項(xiàng)式組距式等距不等距等距不等距第18頁，共51頁。例1 根據(jù) 表2.4 上海市100年降水量，說明統(tǒng)計(jì)分組和繪制頻數(shù)圖表。 974.81002.61588.1770.71008

8、.91206.81271.51101.91341.213311085.41184.41113.41203.91170.7975.41462.3947.81416709.21147.59351016.31031.61105.7849.91233.41008.61063.81004.91086.21022.51330.91439.41236.51083.11288.71115.81217.51320.71078.11203.414801269.91049.21318.4119210161508.21159.61021.3986.1794.71318.31171.21161.7791.21143.8

9、1602951.41003.2840.41061.49581025.212651196.51120.71659.3942.71123.3910.21393.51208.61305.51242.11572.31416.91253.81282.3982.11388.51057.51282.81472.71011.71214.81193.41139.51012.41237.6903.61025.51121.8807.8815.61180.11105989.4900.9第19頁，共51頁。 1）找出原始數(shù)據(jù)中的最大值、最小值，并求出全距range 2）把全距按組的寬度一致性原則恰當(dāng)?shù)胤纸M，即確定組數(shù)、

10、組距、組限和組中值 n=1+3.32lgN N為樣本容量 組距=全距/組數(shù) 3）求出落在每個(gè)組距中的觀察值數(shù)目，即求出組頻數(shù)frequency和頻率。 4）繪制頻率分布圖，有三種形式，即直方圖（frequency histogram ）、頻數(shù)多邊形圖和累計(jì)頻數(shù)分布曲線第20頁，共51頁。組序試定界限修訂界限組中值頻數(shù)頻率（%）累計(jì)頻數(shù)累計(jì)頻率（%）1649.7-768.7649.7-768.6709.211112768.7-887.7768.7-887.6828.277883887.7-1006.7887.7-1006.6947.21616242441006.7-1125.71006.7-11

11、25.61066.42727515151125.7-1244.71125.7-1244.61185.22222737361244.7-1363.71244.7-1363.61304.21414878771363.7-1482.71363.7-1482.61423.288959581482.7-1601.71482.7-1601.61542.233989891601.7-1720.71601.7-1720.61661.222100100第21頁，共51頁。 頻數(shù)分布的直方圖 :第22頁，共51頁。 將上圖各組的頻數(shù)分布從組中值位置用折線連接起來，得到頻數(shù)分布曲線圖: 第23頁，共51頁。累積頻數(shù)

12、分布圖第24頁，共51頁。2. 幾種常用的統(tǒng)計(jì)指標(biāo)與參數(shù)描述地理數(shù)據(jù)集中程度的指標(biāo)描述地理數(shù)據(jù)分布離散程度的指標(biāo)描述地理數(shù)據(jù)分布特征的參數(shù)第25頁，共51頁。描述地理數(shù)據(jù)集中程度的指標(biāo)平均值 反映了地理數(shù)據(jù)一般水平。計(jì)算方法: 未分組的地理數(shù)據(jù) 分組的地理數(shù)據(jù) (2.1)(2.2)加權(quán)平均數(shù)第26頁，共51頁。上海市100年降水量第27頁，共51頁。中位數(shù) 對(duì)于未分組的地理數(shù)據(jù)，樣本數(shù)n為奇數(shù)時(shí)，中位數(shù)是位置排在第(n+1)/2位的數(shù)據(jù)；樣本數(shù)n為偶數(shù)時(shí)，中位數(shù)是排在中間位置的兩個(gè)數(shù)據(jù)的平均值。 分組的地理數(shù)據(jù)，中位數(shù)的計(jì)算方法: 確定中位數(shù)所在的組位置,按下述公式計(jì)算中位數(shù) 或(2.3)(2

13、.4)第28頁，共51頁。在式(2.3)和 (2.4)中:Me代表中位數(shù)；L為中位數(shù)所在組的下限值；U為中位數(shù)所在組的上限值；fm為中位數(shù)所在組的頻數(shù)；Sm-1為中位數(shù)所在組以下的累計(jì)頻數(shù)；Sm+1為中位數(shù)所在組以上的累計(jì)頻數(shù)；d為中位數(shù)所在組的組距。第29頁，共51頁。眾數(shù) 眾數(shù)就是出現(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: 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)。 對(duì)于已經(jīng)分組的地理數(shù)據(jù)，中位數(shù)的計(jì)算步驟如下： 確定頻數(shù)最多的組為眾數(shù)所在組。 按以下公式計(jì)算眾數(shù) 或(2.5)(2.6)第30頁，共51頁。在式(2.5)和 (2.6)中:M0代表眾數(shù)；L為眾數(shù)所

14、在組的下限值；U為眾數(shù)所在組的上限值；1為眾數(shù)組頻數(shù)與下一組頻數(shù)之差；2為眾數(shù)組頻數(shù)與上一組頻數(shù)之差；d為眾數(shù)所在組的組距。第31頁，共51頁。上海市100年降水量中位數(shù)眾數(shù)第32頁，共51頁。例2：表2.5給出了某農(nóng)場各農(nóng)田地塊的面積，試計(jì)算其平均值、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/hm2 12835035555072408529657554.2552.550 應(yīng)按照未分組數(shù)據(jù)計(jì)算其平均值、中位數(shù)和眾數(shù)，計(jì)算結(jié)果見上表最后三列。 表2.5 某農(nóng)場各農(nóng)田地塊的面積 第33頁，共51頁。例3:表2.5給出了中國西部地區(qū)某城市2000年家庭月收入的抽樣

15、調(diào)查結(jié)果，試計(jì)算其平均值、中位數(shù)和眾數(shù)。家庭月收入/元戶數(shù)向上累計(jì)頻數(shù)向下累計(jì)頻數(shù)2 0003 0003003002 1303 0004 0001 3001 6001 8304 0005 0002001 8005305 0006 0001501 9503306 0007 0001002 0501807 0008 000502 100808 0009 000302 13030合 計(jì)2130表2.5 中國西部地區(qū)某城市2000年家庭月收入的 抽樣調(diào)查結(jié)果 第34頁，共51頁。 解題步驟: (1)用公式（2.2）計(jì)算平均數(shù) (2)計(jì)算中位數(shù)。先確定中位數(shù)所在組的位置，再按照公式（2.3）或者（2.4

16、）計(jì)算中位數(shù) Me =3 588.46（元）=3 899.06（元） 第35頁，共51頁。 (3)計(jì)算眾數(shù),先確定眾數(shù)所在組，再按照公式（2.5）或（2.6）計(jì)算眾數(shù)。 顯然，眾數(shù)所在組應(yīng)該在第二組。 眾數(shù)M0 =3 476.19 （元）。第36頁，共51頁。描述地理數(shù)據(jù)分布離散程度的指標(biāo)極差 指所有數(shù)據(jù)中最大值與最小值之差,計(jì)算公式為離差 指每一個(gè)地理數(shù)據(jù)與平均值的差，計(jì)算公式為離差平方和 它從總體上衡量一組地理數(shù)據(jù)與平均值的離散程度，其計(jì)算公式為 （2.9） （2.8） （2.7） 第37頁，共51頁。方差與標(biāo)準(zhǔn)差 方差是從平均概況衡量一組地理數(shù)據(jù)與平均值的離散程度。方差計(jì)算公式為 標(biāo)準(zhǔn)差

17、為方差的平方根，計(jì)算公式為(2.10)( 2.11) 第38頁，共51頁。 如果以樣本方差對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行無偏估計(jì)，則計(jì)算公式為(2.12) 第39頁，共51頁。變異系數(shù) 變異系數(shù)表示地理數(shù)據(jù)的相對(duì)變化（波動(dòng)）程度，其計(jì)算公式（2.13）第40頁，共51頁。變差系數(shù)也稱變異系數(shù)，用它來衡量地理要素在時(shí)間和空間上的相對(duì)變化(波動(dòng))的程度。如果兩個(gè)數(shù)量級(jí)不相同的地理要素，雖然其相對(duì)變化程度相同，但其方差、標(biāo)準(zhǔn)差卻一定是不相同的。數(shù)量級(jí)大的要比數(shù)量級(jí)小的要素的方差、標(biāo)準(zhǔn)差大。這只要把任意一個(gè)地理要素的數(shù)列與把它的各項(xiàng)數(shù)值擴(kuò)大任意倍的數(shù)列作比較，就可以看得很清楚。它們的方差、標(biāo)準(zhǔn)差差別顯著，但相對(duì)波動(dòng)程度

18、完全相同的。因此，用變差系數(shù)來衡量相對(duì)波動(dòng)的程度第41頁，共51頁。用百分?jǐn)?shù)表示的地理要素在時(shí)間與空間的相對(duì)變化(被動(dòng))程度很直觀，并且在空間分析時(shí)，還可以作出變差系數(shù)的等值線圖，以表示各區(qū)域一種地理要崇的相對(duì)穩(wěn)定狀況。比如，各地區(qū)人口出生率、自然增長率的相對(duì)穩(wěn)定狀況以及城鄉(xiāng)入口比例的相對(duì)波動(dòng)程度等都可以用變異系數(shù)來衡量。它還是衡量農(nóng)作物產(chǎn)量穩(wěn)定程度、線路上客運(yùn)量相對(duì)波動(dòng)程度以及各項(xiàng)自然要素的穩(wěn)定程度的指標(biāo)。第42頁，共51頁。例如：對(duì)于表2.4.2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、標(biāo)準(zhǔn)差的無偏估計(jì)，以及變異系數(shù)。 地塊編號(hào) 123456789101112平均值中位數(shù)眾數(shù)

19、面積/hm212835035555072408529657554.2552.550表2.4.2 某農(nóng)場各農(nóng)田地塊的面積第43頁，共51頁。 步驟 ： (1)按照公式（2.4.7）計(jì)算極差 (2)按照公式（2.4.8）計(jì)算離差，結(jié)果見表2.4.4。 序號(hào)123456789101112面積128350355550724085296575離差-42.25 28.75-4.25 -19.25 0.75 -4.25 17.75-14.25 30.75-25.25 10.7520.75 表2.4.4 地理數(shù)據(jù)的離差 第44頁，共51頁。(3)按照公式（2.9）計(jì)算離差平方和 (4)按照公式（2.10）計(jì)算方差 (5)按照公式（2.11）計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差 (6)按照公式（2.12）計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差的無偏估計(jì) (7)按照公式（2.13）計(jì)算變異系數(shù) 5 666.2521.729 90.418 4第45頁，共51頁。描述地理數(shù)據(jù)分布特征的參數(shù) 偏度系數(shù) 測度地理數(shù)據(jù)分布的不對(duì)稱性情況，刻畫以平均值為中心的偏向情況，