《GIS空间分析原理与方法第二部分》由会员分享，可在线阅读，更多相关《GIS空间分析原理与方法第二部分（89页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版副标题样式 1 GIS 空间分析原理与方法 授课教师 刘 湘 南 2005 03 空间分析基础 Spatial analysisSpatial analysis 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版副标题样式 3 第二章 空间分析基础 空间分析以地理空间数据库为基础 运 用各种手段提取和传输地理空间信息 实现 辅助地学空间问题决策的目标 是有关空间 数据分析技术的统称 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版副标题样式 4 2 1 1 空间的概念 空间可以定义为一系列结构化物体及其相 互间联系的集合 Gatrell 1991 尺寸 方 向 纹理
2、等是比较容易描述的一类空间特征 因 此通常空间被定义为物理空间 从感观的角度将 其看作是目标或物体所存在的容器或框架 Freksa 1991 Nunes 1991 2 1 空间与地理空间 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版副标题样式 5 2 1 1 空间的概念 又称欧氏几何所研究的空间 分为平面和 立体两种 是对现实空间最为简单而确切的近 似描述 在现代数学中 目前 大多数空间实 体在GIS中用二维方法描述 其关于距离以及方 位的度量依赖于欧式空间 许多地学模型也建 立在欧式空间的基础之上 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版副标题样式 6 2 1 1 空间的概念 拓扑关系是最基
3、本的空间关系之一 在空 间分析和空间推理中占据重要的地位 空间关 系研究空间目标之间在一定区域上构成的与空 间特性有关的联系 传统上分为拓扑关系 度 量关系 方位关系三类 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版副标题样式 7 2 1 1 空间的概念 空间目标间的关联 相邻与连通等几何 属性不会随空间目标的平移 旋转 缩放等 变换而发生改变 拓扑关系即研究这些保持 不变的拓扑属性的描述与表达 拓扑 一词 取自希腊文 其原意为 形状的研究 度量 关系是用某种度量空间中的度量来描述的目 标间的关系 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版副标题样式 8 2 1 1 空间的概念 地理空间被认为是
4、上至大气电离层 下至 地幔莫霍面的区域内物质与能量发生发展转化 的时空载体 是具有空间参考信息的地理实体 或地理现象发生的时空位置集 Worboys 1995 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版副标题样式 9 2 1 1 空间的概念 地理学常用解析几何的方法来分析地理实 体的几何位置和形态特征 包括其坐标 角度 方向 距离 周长和面积等 并用拓扑几何 的方法来描述地理实体间的空间关系 如相邻 相离 相交 包含 重合等 目标间的关系 多种多样并与空间参考密切相关 定义一种关 系就必然定义一种空间 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版副标题样式 10 2 1 1 空间的概念 地理空间
5、可以模拟为由精确坐标值组成的 域 也可以描述为空间参考物体的集合 即通 过实体间的空间关系和空间分布来记录 分别 被称作绝对空间和相对空间 但实际上 坐标 值必须参照地理空间坐标系来定义 地理位置 的唯一性建立在统一的坐标框架之下 从这个 意义上说 绝对空间也是相对的概念 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版副标题样式 11 2 1 1 空间的概念 在传统上 地理空间以欧式空间为基础 但它对于宏观的空间分布或目标之间的相互关 系的表达存在困难 因此 GIS进行空间分析 的过程中引入拓扑空间 用于表达空间目标之 间的邻接 连通等关系 通过各种分析操作解 算空间目标的相关特征 发现地理规律和
6、知识 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版副标题样式 12 2 1 2 地理空间的多级抽象 开放地理信息系统协会 Open GIS Consortium OGC 制订的Open GIS规范 将地理空间认知模型抽象为九个层次 如下 页图示 Open GIS规范认为从现实世界到 GIS工程世界要经过九个层次的转化和抽象 九个层次之间通过八个接口相互连接 从 第二层到第九层 每一层都由前一层派生而 来 后一层是对前一层的抽象 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版副标题样式 13 现实世界 基本语言 系统库 编程语言 数学库等 概念世界 自然语言 地理空间世界 GIS语言 维度世界 项目世
7、界 地理点阵世界 地理几何特征世界 地理要素世界 要素集成世界 层 层 抽 象 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版副标题样式 14 国际标准化组织的地理信息技术委 员会 ISO TC211 规定以数据管理和数 据交换为目标的地理信息基本语义和结 构 旨在准确描述地理信息 从而规范 管理地理数据 ISO TC211从现实世界 到数字世界的抽象过程进行了概括 其 基本思路是 2 1 2 地理空间的多级抽象 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版副标题样式 15 首先确定地理空间论域 指地理要素 的空间属性 非空间属性 功能以及各要 素之间的相互关系 然后建立概念模式 即 建立真实世界某
8、些部分的抽象描述或建立 相关概念集合的过程 最后构造概念模式 语言 即发展一种人类和计算机可共同接 受的语法分析规范语言 2 1 2 地理空间的多级抽象 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版副标题样式 16 2 1 2 地理空间的多级抽象 现实 世界 地理空 间论域 概念 模型 概念模 式语言 概念模式建立 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版副标题样式 17 2 1 2 地理空间的多级抽象 从现实世界到数字世界的抽象可以 概括为现实世界 概念模型 数据 模型三个层次 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版副标题样式 18 2 1 2 地理空间的多级抽象 概念模型是对现实世界进
9、行概念化 描述并建模 现实世界经过人脑的抽 象加工 提取出对用户有用的信息 经过组织整理加工形成的介于现实世 界和计算机世界之间的中间模型 是 人类认识现实世界 建立数字化地理 空间的第一步 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版副标题样式 19 2 1 2 地理空间的多级抽象 GIS是以计算机内部的二进制数字世 界作为存储载体的 为了将人类所理解的 客观世界能够存储在计算机中并可以进行 一系列相应的处理 操作 管理 分析和 模拟 人们需要数据模型 将概念模型形 式化 从抽象的层次而言 需要依次构建 逻辑数据模型和物理数据模型 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版副标题样式 20 2
10、 1 2 地理空间的多级抽象 逻辑数据模型 Logical Data Model 是系统抽象的中间层 既面向用户建模 也 面向系统 是GIS对地理数据表达的逻辑结 构 由概念模型转换而来 它是用户通过 GIS看到的现实地理空间世界 逻辑数据模 型的建立既要使用户易于理解 又要便于 物理实现 易于转换成物理数据模型 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版副标题样式 21 2 1 2 地理空间的多级抽象 物理数据模型 Physical Data Model 是计算机内部具体的存储形式和操作机 制 是系统抽象的最低层 每一种逻辑模型 在实现时都有其对应的物理模型 物理数据 模型面向具体的GIS数
11、据库 面向机器 不仅 与具体的数据库有关 还与操作系统和硬件 有关 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版副标题样式 22 2 2 地理参考坐标系统 2 2 1 地理坐标系统 地理空间坐标系统是空间位置的度量衡 是地理实体在地球表面或地理空间进行定位 的参考 是空间目标个体定位信息以及空间距 离 空间方位 拓扑等信息的确定必不可少 的工具 是空间数据分析的基础和前提 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版副标题样式 23 根据不同的测量方法 应用目标和计算方法 坐标系统可以分为很多类型 常用的大地坐标 系就有150余个 不同国家所采用的坐标系统多 不同 另外 即使在同一个国家 不同的历
12、史时期 由于习惯的改变或经济的发展变化也会采用不 同的坐标系统 从几何学角度看 由原点位置 3 个坐标轴的指向和尺度等要素可以定义坐标系 统 因此通过坐标平移 旋转和尺度转换 可以 将一个坐标系变换到另一个坐标系统 2 2 1 地理坐标系统 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版副标题样式 24 天球坐标系是惯性坐标系 其坐标原 点及各坐标轴指向在空间保持不变 用于 描述卫星位置和状态 在天球坐标系中 天体S的空间位置 可用天球空间直角坐标 系或天球球面坐标系两种方式来描述 2 2 1 地理坐标系统 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版副标题样式 25 天球空间直角坐标系的定义为 地
13、球质心 M为坐标系原点 Z轴指向天球北极Pn X轴指 向春分点 Y轴垂直于XMZ平面 与X轴和Z 轴构成右手坐标系 则在此坐标系下 天体S 的位置由坐标 X Y Z 来描述 2 2 1 地理坐标系统 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版副标题样式 26 天球球面坐标系的定义是 地球质心M 为系统原点 含天轴MPn与春分点轴M 的天 球子午面即基准子午面与过天体S的天球子 午面的夹角 称为赤经 天体S与原点M的 连线相对于天球赤道平面的夹角 称为赤 纬 原点M到天体S的径向长度 称为天体S 的向径 天体S的位置在天球球面坐标系下 的表述为 2 2 1 地理坐标系统 单击此处编辑母版标题样式
14、 单击此处编辑母版副标题样式 27 天球空间直角坐标系 与天球球面坐标系 2 2 1 地理坐标系统 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版副标题样式 28 地球坐标系是为了描述地面点的位 置建立的一个与地球相关联的坐标系 1 地心坐标系 除了满足地心定位和双平行定向条件外 在 确定椭球参数时使它在全球范围内与大地体最 密合的地球椭球 叫做总地球椭球 与之相应的 坐标系叫做地心坐标系 2 2 1 地理坐标系统 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版副标题样式 29 地心坐标系通常分为地心空间直角坐标系 X Y Z 和地心大地坐标系 B L H 两种 地心空间直角坐标系一般是这样规定的 它
15、的原点位于地球的质心 Z轴指向国际协议 原点CIO X轴指向国际时间局BIH定义的格 林尼治平均天文台子午面和CIO赤道的交点 Y轴和Z X轴构成一个右手坐标系 2 2 1 地理坐标系统 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版副标题样式 30 地心大地坐标系要求选用 个和全球大地 水准面最为密合的椭球 即总地球椭球 该椭球 的中心与地球质心O重合 椭球的短轴与地球自 转轴重合 指向定义的地极 通常指向CIO 并 定义起始大地子午面和起始天文子午面重合 P 点的大地纬度B为过该点的椭球法线与椭球赤道 面的夹角 大地经度L为该点所在的椭球子午 面与格林威治平大地子午面之间的夹角 P点 的高度H
16、为P点沿椭球法线至椭球面的距离h 2 2 1 地理坐标系统 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版副标题样式 31 地心空间直角坐标系和 地心大地坐标系 2 2 1 地理坐标系统 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版副标题样式 32 2 站心坐标系 测量工作中以测站为原点 所构成的坐 标系称为测站中心坐标系 简称站心坐标系 站心坐标系有两种形式 一种是站心直角 坐标系 另一种是站心极坐标系 2 2 1 地理坐标系统 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版副标题样式 33 站心直角坐标系以测站的椭球法线方向为Zr 轴 以测站子午线北端与大地地平面的交线为Xr 轴 大地平行圈 东方向 与大地地平面的交线 为Yr轴 构成左手坐标系 站心极坐标系是以测站的铅垂线为准 某点 在极坐标系中的坐标为 s s hs 其中 s 卫星S到测站Or的距离 s 卫星S在极坐标 系中的方位角 hs 卫星S在极坐标系中的高度角 如图 2 2 1 地理坐标系统 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版副标题样式 34 站心直角坐标系和站心 极坐标系 2 2 1 地理坐标系统 单击此处编辑母版标题样式
