第六章 地理空间数据数字化与可视化表达(第一节)

地理信息科学与空间数据可视化地理信息科学是一门综合学科，涉及地球表面上的空间数据和地理信息系统（GIS）的应用。

随着科技的发展和数据的产生，地理信息科学在地质学、气象学、生态学、城市规划等领域中发挥着重要作用。

而空间数据可视化作为地理信息科学中的重要工具和技术，用于将大规模的空间数据以图形的形式进行展示和分析。

本文将探讨地理信息科学和空间数据可视化的相关特点和应用。

地理信息科学的特点之一是综合性。

地理信息科学综合了不同领域的知识和技术，包括地理学、计算机科学、数学、统计学等，以建立和管理地理信息系统。

地理信息系统（GIS）是一种用于获取、存储、分析和可视化地理数据的系统。

通过GIS，我们可以将地理数据与其他数据进行关联，以便更好地理解和解释地球上的现象和过程。

另一个特点是空间数据的多样性。

地理信息科学所涉及的空间数据包括地形、气候、人口、土地利用等多种类型。

这些数据以矢量、栅格和表格等不同的形式存在。

地理信息科学通过获取、处理和分析这些多样化的空间数据，可以为环境保护、灾害管理、城市规划等决策提供支持。

然而，仅仅拥有大量的空间数据还不足以发挥其应有的作用。

这就需要用到空间数据可视化。

空间数据可视化是将抽象的地理信息以可视化的方式传达给用户的过程。

通过可视化，我们可以更好地理解和解释复杂的空间数据，从而得出相关的结论和决策。

常见的空间数据可视化形式包括地图、图表、三维可视化等。

空间数据可视化的应用范围非常广泛。

在环境科学中，例如气候变化研究，科学家们可以通过绘制温度、降水等指标的空间分布，帮助人们更好地了解全球气候变化的趋势和影响。

在城市规划中，通过将人口、土地利用和基础设施等数据可视化，可以帮助决策者更好地规划城市发展，并提供交通、住房、教育等公共服务。

在自然资源管理方面，例如林业和土地利用，通过可视化林地覆盖、土地利用类型和土壤质量等数据，可以辅助决策者进行森林保护和土地规划。

在灾害管理方面，可视化地震、洪水和飓风等自然灾害的分布和影响，可以帮助相关部门进行风险评估和灾害应对。

地理信息系统原理第一章绪论地理信息系统是对地理空间实体和地理现象的特征要素进行获取处理表达管理分析显示和应用的计算机空间或时间系统地理空间实体是指具有地理空间参考位置的地理实体特征要素，具有相对固定的空间位置和空间相关关系相对不变的属性变化离散属性取值或连续属性取值的特性地理现象是指发生在地理空间中的地理事件特征要素，具有空间位置空间关系和属性随时间变化的特性地理信息系统具有以下五个基本特点：1地理信息系统是以计算机系统作为支撑的2地理信息系统操作的对象是地理空间数据3地理信息系统具有对地理空间数据进行空间分析评价可视化和模拟的综合利用优势4地理信息系统具有分布特性5地理信息系统的成功应用更强调组织体系和人的因素的作用，这是由地理信息系统的复杂性和多学科交叉性所要求的地理信息系统的组成：硬件分为基本设备和拓展设备两大部分，基本设备包括计算机主机（含鼠标键盘硬盘图形显示器等），存储设备（光盘刻录机磁带机光盘塔磁盘阵列等），数据输入设备（数字化仪扫描仪手写笔等），以及数据输出部分（打印机绘图仪等）；拓展部分包括数字测图系统图像处理系统多媒体系统虚拟现实与仿真系统各类测绘仪器等软件按层次结构组成和运行的软件体系低水平………………………………→高水平操作系统网络管理软件，工具软件；标准软件（图像图形处理数据库系统系统库程序设计等）；GIS基本功能软件（商业化的GIS工具或平台）GIS应用软件（二次开发）GIS与用户的接口、通讯软件（用户界面、通讯软件）4D产品：数字线划数据（digital line graph,DLG）数字栅格数据（digital raster graph，DRC）数字高程模型（digital elevation model，DEM）数字正射影像（digital ortho map，DOM）基于“3s”技术的对地观测系统P26 图1.25地理信息系统的技术基础：地理信息系统是一项多种技术集成的技术系统。

地理信息系统教程第一章绪论1．信息系统：能对数据和信息进行采集、存储、加工和再现，并能回答用户一系列问题的系统。

具有采集、管理、分析和表达数据的能力。

2．地理信息系统：GIS是由计算机硬件、软件和不同的方法组成的系统，该系统设计用来支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题3．GIS与IS之间的区别：GIS是空间数据和属性数据的联合体。

4．GIS系统五个基本组成部分：⑴硬件系统，各种设备-物质基础；⑵软件系统，支持数据采集、存储、加工、回答用户问题的计算机程序系统；⑶数据，系统分析与处理的对象、构成系统的应用基础；⑷应用人员，GIS服务的对象，分为一般用户和从事建立、维护、管理和更新的高级用户；⑸应用模型，解决某一专门应用的应用模型，是GIS技术产生社会经济效益的关键所在5．地理信息系统基本功能：⑴数据采集与编辑；⑵数据存储与管理；⑶数据处理和变换；⑷空间分析和统计；⑸产品制作与显示；⑹二次开发和编程6．地理信息系统应用功能：资源管理；区域规划；国土监测；辅助决策第二章地理信息系统的空间数据结构和数据库1．地理实体：指自然界现象和社会经济事件中不能再分割的单元，它是一个具有概括性，复杂性，相对性的概念。

2．地理实体的特征：⑴属性特征——用以描述事物或现象的特性；⑵空间特征——用以描述事物或现象的地理位置以及空间相互关系；⑶时间特征——用以描述事物或现象随时间的变化3．地理实体数据的类型：⑴属性数据——描述空间对象的属性特征的数据；⑵几何数据——描述空间对象的空间特征的数据；⑶关系数据——描述空间对象之间的空间关系的数据4．点：有特定位置；线：具有相同属性的点的轨迹，由一系列的有序坐标表示；面：对湖泊、岛屿、地块等一类现象的描述。

由封闭曲线加内点来表示；体：用于描述三维空间中的现象与物体，它具有长度、宽度及高度等属性5．空间数据结构：是指空间数据适合于计算机存储、管理、处理的逻辑结构，也就是指空间数据以什么形式在计算机中存储和处理。

地理空间数据可视化概论地理空间数据可视化是一种将地理数据以可视化的方式展示出来的技术和方法。

通过地理空间数据可视化，用户可以直观地观察和分析地理数据，从而更好地理解和利用这些数据。

本文将从地理空间数据的特点、可视化的目的和方法、应用领域以及发展趋势等方面进行论述。

地理空间数据具有多样性和复杂性，它包含着地理位置信息以及与之相关的各种属性信息。

在传统的地理信息系统中，地理数据主要以表格或地图的形式呈现，但对于大量复杂的地理数据来说，表格和地图往往无法完全展示数据的内涵和特点。

因此，地理空间数据可视化的出现可以更好地满足用户对地理数据的直观理解和分析需求。

地理空间数据可视化的目的主要包括：帮助用户快速了解和理解地理数据，发现地理数据中的潜在关系和规律，支持地理数据的决策和规划，并促进地理数据的共享和交流。

通过可视化，用户可以通过视觉的方式获取地理数据的结构、空间分布和属性特征，从而更加直观地进行分析和决策。

地理空间数据可视化的方法主要包括：符号化、视觉映射、动态显示和交互式操作等。

符号化是将地理数据以符号的形式展示出来，通过不同符号的大小、形状和颜色等来代表不同的地理特征；视觉映射是将地理数据的属性信息以颜色、亮度、纹理等视觉元素表达出来，使用户能够通过视觉感知来理解数据；动态显示是将地理数据以动态的方式展示出来，以时间轴或动画形式呈现地理数据的时空变化；交互式操作是让用户可以主动参与到可视化过程中，通过鼠标、触摸屏等交互设备来控制和调整可视化效果。

地理空间数据可视化在各个领域都有广泛的应用，包括地质勘探、城市规划、环境监测、农业灾害预警等。

在地质勘探中，地理空间数据可视化可以帮助地质工程师更好地理解地下地质结构和资源分布情况，从而指导勘探工作；在城市规划中，地理空间数据可视化可以帮助城市规划师直观地了解城市的土地利用情况和交通状况，从而进行合理的城市规划；在环境监测中，地理空间数据可视化可以帮助环境监测人员实时地监测和分析环境数据，发现环境问题并及时采取措施；在农业灾害预警中，地理空间数据可视化可以帮助农民和农业政策制定者了解农作物分布和病虫害情况，从而及时预警和防控。

地理信息科学中的地理空间数据分析与可视化地理信息科学是一门研究地理现象及其空间模式的学科。

在地理信息科学中，地理空间数据分析与可视化是基础且重要的任务之一。

它可以帮助我们理解地理现象的分布规律、趋势和相互关系，进而为决策制定和问题解决提供科学依据。

1. 地理空间数据分析地理空间数据分析是指对地理现象的位置、分布和属性等进行定量分析的过程。

它可以从不同角度揭示地理现象的内在规律，为更好地理解和解决实际问题提供支持。

在地理空间数据分析中，常用的方法包括点、线、面数据的空间关系分析、空间插值分析、空间统计分析等。

其中，空间关系分析可以帮助我们研究地理要素间的相互关系，如点与点间的距离、面内的点密度等；空间插值分析则可以通过已知数据点的数值推算出未知位置上的数值，从而从局部抽象出整体趋势；空间统计分析则可以通过对地理现象的统计量进行空间分析，比如热点分析、聚类分析等。

2. 地理空间数据可视化地理空间数据可视化是将地理信息以可视化的方式展示出来，以便于人们直观地理解和分析地理现象。

通过合适的图表和图形，地理空间数据得以呈现出来，使得复杂的地理信息具象化、直观化。

在地理空间数据可视化中，我们常用的工具有地图、图表和可视分析软件。

地图是最常见的地理可视化形式，通过地图我们可以展示地理要素的分布、密度等信息。

图表则可以根据数据的特点选择合适的形式，如柱状图、折线图、饼图等，以便于比较和分析数据之间的差异和联系。

而可视分析软件则提供了更为高级和复杂的可视化功能，可以进行交互和多维度分析，从而更深入地挖掘数据的潜在信息。

3. 地理空间数据分析与可视化的应用地理空间数据分析与可视化在各个领域都有广泛的应用。

在城市规划中，地理空间数据分析与可视化可以帮助我们理解城市发展的格局和趋势，从而科学规划城市的建设和发展。

在环境保护中，地理空间数据分析与可视化可以帮助我们评估和监测环境质量，并提供科学依据进行环境管理和改善。

在应急响应中，地理空间数据分析与可视化可以帮助我们及时了解灾害发生的地点和范围，从而采取相应的救援和救助措施。

地理信息系统中的时空数据可视化与分析技术时空数据可视化与分析技术是地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）中的重要组成部分。

它通过将时空数据以图形、图像等方式展示出来，帮助用户更好地理解和解读地理信息数据，为决策提供科学依据。

本文将介绍时空数据可视化与分析技术的基本概念、应用领域以及常用的可视化和分析方法。

一、时空数据可视化技术时空数据可视化技术主要是将地理信息数据以可视化的形式展示出来，便于用户对地理信息进行直观的理解和分析。

常用的时空数据可视化方法包括：1. 空间数据可视化：将地理信息数据以地图的形式展示出来，包括点、线、面等要素的表示，常用的空间数据可视化软件有ArcGIS、QGIS等。

2. 时间数据可视化：将地理信息数据随时间的变化以动态图表或动画的形式展示出来，便于观察时间趋势和变化规律。

常用的时间数据可视化软件有Tableau、Excel等。

3. 空间-时间数据可视化：将地理信息数据同时考虑空间和时间维度，以三维立体图、热力图、密度图等形式展示出来，帮助用户更好地理解时空关系。

常用的空间-时间数据可视化软件有Kepler.gl、Mapbox等。

二、时空数据分析技术时空数据分析技术是指对地理信息数据进行统计、计算、模型建立等方法的应用，帮助用户发现隐含的时空规律和趋势。

常用的时空数据分析方法包括：1. 空间分析：通过对地理信息数据的空间位置进行统计和计算，揭示不同地理区域之间的相关关系、空间分布模式等。

常用的空间分析方法有缓冲区分析、空间插值、空间聚类等。

2. 时间分析：通过对地理信息数据在时间维度上的统计和计算，揭示时间的变化规律、周期性等。

常用的时间分析方法有时间序列分析、时间趋势分析等。

3. 空间-时间分析：结合空间和时间维度对地理信息数据进行深入分析，揭示时空关系的演变规律、趋势预测等。

常用的空间-时间分析方法有空间自相关分析、时空聚类分析等。