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3/14/20231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3/14/20232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。3/14/20233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)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）3/14/20235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3/14/20236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的地理坐標(biāo)（λ，φ）與平面上對應(yīng)點的平面坐標(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。3/14/20237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3/14/20239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3/14/202310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3/14/202311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)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。線形關(guān)系；非線形關(guān)系。3/14/202313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3/14/202314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(biāo)校正等變化時，需要插值；3/14/202315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3/14/202317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3/14/202318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）3/14/202319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、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3/14/202321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3/14/202322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）。3/14/202323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）3/14/202325第四章地理空間數(shù)據(jù)處理3/14/202326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——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GPS、全站儀等高程觀測數(shù)據(jù)3/14/202329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：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3/14/202330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(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，參考教材P1423/14/202331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3/14/202332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)的三維處理三、其他派生數(shù)據(jù)或地形分析1.坡度和坡向2