《空间信息系统原理》课件.pptx

空间信息系统原理空间信息系统原理 制作人：时间：2024年X月目录目录第第1 1章章 简介简介第第2 2章章 基础概念基础概念第第3 3章章 数据模型数据模型第第4 4章章 空间信息系统原理空间信息系统原理第第5 5章章 地图制图地图制图第第6 6章章 总结总结 0101第第1章章 简简介介 空间信息系统的空间信息系统的空间信息系统的空间信息系统的分类分类分类分类空间信息系统按照应用领域和技术特点可以分为广义空间空间信息系统按照应用领域和技术特点可以分为广义空间信息系统和狭义空间信息系统。广义空间信息系统包括地信息系统和狭义空间信息系统。广义空间信息系统包括地理信息系统、遥感信息系统、全球导航卫星系统等，狭义理信息系统、遥感信息系统、全球导航卫星系统等，狭义空间信息系统包括车载导航系统、室内定位系统等。空间信息系统包括车载导航系统、室内定位系统等。空间信息数据空间信息数据点、线、面几何数据几何数据拓扑关系拓扑数据拓扑数据文本、数字、日期等属性数据属性数据 空间统计方法空间统计方法空间统计方法空间统计方法空间自相关空间自相关空间插值空间插值空间回归空间回归网络分析方法网络分析方法网络分析方法网络分析方法网络最短路径网络最短路径网络流分析网络流分析网络中心性分析网络中心性分析 空间信息分析空间信息分析数据挖掘方法数据挖掘方法数据挖掘方法数据挖掘方法分类分类聚类聚类关联规则挖掘关联规则挖掘空间信息系统的空间信息系统的空间信息系统的空间信息系统的应用应用应用应用空间信息系统的应用广泛，包括城市规划、交通运输、环空间信息系统的应用广泛，包括城市规划、交通运输、环境监测、资源管理等领域。境监测、资源管理等领域。遥感、GPS、测绘等空间数据采集技术空间数据采集技术0103统计分析、地理计算等空间信息分析技术空间信息分析技术02数据库、文件系统等空间数据管理技术空间数据管理技术本章小结本章小结了解空间信息系统的原理，具备设计和开发空间信息系统的能力课程目标课程目标基础概念、数据模型、空间分析和地图制图课程体系课程体系以实践为主，理论为辅，结合案例课程设计思路课程设计思路 0202第第2章章 基基础础概念概念 空间参照系统空间参照系统空间参照系统空间参照系统空间参照系统是指用于描述地球表面空间位置的一组规定。空间参照系统是指用于描述地球表面空间位置的一组规定。它可以将地球表面的任何位置确定为一个坐标点，用于地它可以将地球表面的任何位置确定为一个坐标点，用于地图绘制、定位导航、气象预报等领域。空间参照系统分为图绘制、定位导航、气象预报等领域。空间参照系统分为几何空间参照系统、物理空间参照系统和综合空间参照系几何空间参照系统、物理空间参照系统和综合空间参照系统等。统等。空间参照系统的分类空间参照系统的分类以地球形状和地球重力场为基础大地水准面参大地水准面参照系统照系统以地球的平均形状为基础椭球面参照系椭球面参照系统统将地球表面投射到二维平面上形成的参照系统投影面参照系投影面参照系统统 空间参照系统的应用空间参照系统的应用地图上的位置都是以空间参照系统为基础的地图绘制地图绘制GPS定位就是基于空间参照系统实现的定位导航定位导航气象数据的观测、预处理、分析与预报都是基于空间参照系统的气象预报气象预报 地图投影地图投影地图投影地图投影地图投影是将地球表面投射到平面上的方式，以便于制作地图投影是将地球表面投射到平面上的方式，以便于制作地图。常见的地图投影方式包括等角投影、等积投影和圆地图。常见的地图投影方式包括等角投影、等积投影和圆锥投影等。地图投影的优缺点与应用各不相同，需要根据锥投影等。地图投影的优缺点与应用各不相同，需要根据具体需求选择合适的投影方式。具体需求选择合适的投影方式。地图投影的优缺点地图投影的优缺点保留角度关系准确，但面积和形状会发生改变等角投影等角投影保留面积关系准确，但角度和形状会发生改变等积投影等积投影区域性较强，适用于区域比较小的地图制作圆锥投影圆锥投影 地图投影的应用地图投影的应用根据具体需求选择合适的投影方式来制作地图地图制作地图制作对地图上的地理现象进行分析研究地图分析地图分析GIS系统中需要对地图进行投影变换，以便于各种分析和处理地理信息系统地理信息系统 空间数据模型空间数据模型空间数据模型空间数据模型空间数据模型是描述地理现象空间关系的一个模型。它可空间数据模型是描述地理现象空间关系的一个模型。它可以将现实世界的地理现象映射到计算机中进行描述和分析。以将现实世界的地理现象映射到计算机中进行描述和分析。常见的空间数据模型包括栅格模型、矢量模型、常见的空间数据模型包括栅格模型、矢量模型、TINTIN模型等。模型等。空间数据模型的分类空间数据模型的分类将地理空间数据以像素的形式存储栅格模型栅格模型将地理空间数据分解为点、线、面等基本要素进行存储矢量模型矢量模型三角网模型，将地理空间数据分解为三角面进行存储TINTIN模型模型 常用的空间数据模型常用的空间数据模型以矢量数据为主，支持二维和三维数据ESRIESRI的的ArcINFOArcINFO数据数据模型模型以几何对象为主，支持二维和三维数据OracleOracle的的SDOSDO数据模型数据模型以矢量数据为主，支持二维和三维数据PostgreSQLPostgreSQL的的PostGISPostGIS数据数据模型模型 空间数据的获取空间数据的获取空间数据的获取空间数据的获取空间数据的获取是指从现实世界中获取地理空间信息的方空间数据的获取是指从现实世界中获取地理空间信息的方式。常见的空间数据获取方式包括无人机航摄技术、卫星式。常见的空间数据获取方式包括无人机航摄技术、卫星遥感技术和光学测量技术等。遥感技术和光学测量技术等。无人机航摄技术无人机航摄技术利用无人机进行航拍，获取高分辨率的影像数据工作原理工作原理地形测绘、城市规划、植被覆盖度、水资源调查等应用领域应用领域数据分辨率高，获取速度快，成本相对较低优点优点 卫星遥感技术卫星遥感技术利用卫星对地表进行观测，获取大范围的影像数据工作原理工作原理气象、地质勘探、农业生产、城市规划等应用领域应用领域适用于大范围的数据获取，可以观测到人类无法到达的地方优点优点 光学测量技术光学测量技术利用激光扫描仪对地表进行测量，获取高精度的三维点云数据工作原理工作原理城市建设、文物保护、地形测量等应用领域应用领域精度高，可以获取三维点云数据，可靠性强优点优点 0303第第3章章 数据模型数据模型 空间数据库空间数据库空间数据库是一种专门用于存储和管理带有空间信息的数据的数据库。空间数据库具有数据结构统一、管理方便、空间分析功能强大等优势。根据数据的组织方式不同，空间数据库可以分为Raster数据库和Vector数据库。空间数据库的分类空间数据库的分类以像元为单位，将空间连续的块划分为一个个网格单元，按像素存储RasterRaster数据库数据库以点、线、面为基本数据单元，以空间对象的几何属性和拓扑关系来存储和描述空间信息VectorVector数据库数据库通过SQL语言来查询和管理空间数据，适合单机环境关系型数据库关系型数据库以对象作为基本数据单元，适合大型分布式系统面向对象数据面向对象数据库库像元为基本单元，可用于存储影像、地形、遥感等数据RasterRaster数据数据0103 02点、线、面为基本单元，可用于存储地图、道路、建筑物等数据VectorVector数据数据RasterRaster数据的组织方式数据的组织方式将地图划分成一个个相等的像元，每个像元存储一个值栅格数据栅格数据将栅格数据存储为若干个块，提高数据的读取效率块式压缩块式压缩将栅格数据按不同分辨率分层存储，提高数据的可视化效果金字塔式存储金字塔式存储 VectorVector数据的组织方式数据的组织方式通过定义节点和边的关系描述空间数据的拓扑结构拓扑结构拓扑结构以点、线、面为基本数据单元，通过拓扑关系描述空间数据的空间位置关系矢量数据存储矢量数据存储模型模型将空间数据存储为对象，对象包含空间坐标、属性信息和拓扑关系对象对象-属性属性-拓拓扑结构模型扑结构模型 常见的空间数据组织格式常见的空间数据组织格式ESRI公司开发的一种存储矢量数据的文件格式ShapefileShapefile一种基于JSON格式的开放式标准，用于存储和传输地理空间数据GeoJSONGeoJSONXML规范的扩展，用于描述地理空间信息GMLGML一种存储地理空间位置信息和栅格数据的标准GeoTIFFGeoTIFF常用的栅格索引算法有R树、Quadtree、Hilbert曲线等栅格索引栅格索引0103 02常用的矢量索引算法有R树、Quadtree、k-d tree等矢量索引矢量索引空间查询的概念空间查询的概念空间查询的概念空间查询的概念空间查询是指在空间数据库中对空间对象的某种空间关系空间查询是指在空间数据库中对空间对象的某种空间关系进行查询。常见的空间关系包括点与区域的包含关系、两进行查询。常见的空间关系包括点与区域的包含关系、两个区域之间的相交关系等。个区域之间的相交关系等。空间查询的方法空间查询的方法根据空间对象的拓扑关系进行查询空间拓扑查询空间拓扑查询根据空间对象的相对位置进行查询空间相对位置空间相对位置查询查询根据空间对象之间的距离关系进行查询空间距离查询空间距离查询 常见的空间查询语句常见的空间查询语句判断一个区域是否被包含在另一个区域中ST_ContainsST_Contains判断两个区域是否相交ST_IntersectST_Intersects s计算两个区域之间的距离ST_DistanceST_Distance 空间查询的优化方法空间查询的优化方法通过构建空间索引来加速空间查询空间索引空间索引通过对空间数据进行预处理，减少不必要的空间查询空间剪枝空间剪枝将空间数据分成若干个区域进行查询，避免全局查询分区域查询分区域查询 0404第第4章章 空空间间信息系信息系统统原理原理 空间分析的概念空间分析的概念空间分析是指将地图上的空间数据进行处理、加工和分析，从而得出更为深入的结论和推断的过程。空间分析可以帮助我们了解地理现象的内在关系，探测地理趋势，发现地理规律，从而提高我们对于地理现象的认知和理解。空间分析的步骤空间分析的步骤包括数据采集、预处理、格式转换等准备数据准备数据包括数据加工、数据简化、数据转化等数据编辑数据编辑包括空间关系分析、空间统计分析、路径分析等数据分析数据分析包括制图、数据可视化、报告生成等结果呈现结果呈现 概念说明概念说明0103 模型参数确定模型参数确定02 插值方法插值方法空间拓扑关系的概念空间拓扑关系的概念空间拓扑关系是地图信息处理中的重要概念之一，指地图上不同空间对象之间的指定关系，例如点与点之间的关系、点与线之间的关系等。拓扑关系可以在地图处理中起到连接空间信息的桥梁作用，提升地图处理效率。点与线之间的关系点与线之间的关系点与线之间的关系点与线之间的关系IncidenceIncidence：关系：关系ContactContact：接触关系：接触关系CrossingCrossing：相交关系：相交关系OverlapOverlap：重叠关系：重叠关系线与线之间的关系线与线之间的关系线与线之间的关系线与线之间的关系EquivalenceEquivalence：等价关系：等价关系ConnectivityConnectivity：连通关系：连通关系OverlapOverlap：覆盖关系：覆盖关系CrossCross：相交关系：相交关系面与面之间的关系面与面之间的关系面与面之间的关系面与面之间的关系EquivalenceEquivalence：等价关系：等价关系ConnectivityConnectivity：连通关系：连通关系ContainmentContainment：包含关系：包含关系OverlapOverlap：覆盖关系：覆盖关系空间拓扑关系的分类空间拓扑关系的分类点之间的关系点之间的关系点之间的关系点之间的关系EquivalenceEquivalence：等价关系：等价关系DisjointDisjoint：不相交关系：不相交关系TangencyTangency：切点关系：切点关系Co-circularityCo-circularity：共圆关系：共圆关系空间拓扑关系的空间拓扑关系的空间拓扑关系的空间拓扑关系的计算方法计算方法计算方法计算方法计算空间拓扑关系的常用方法有点与线之间的缓冲区分析计算空间拓扑关系的常用方法有点与线之间的缓冲区分析法、线与线之间的拓扑关系矩阵法、多边形拓扑关系矩阵法、线与线之间的拓扑关系矩阵法、多边形拓扑关系矩阵法等。法等。空间拓扑关系的应用空间拓扑关系的应用 地图数据可视地图数据可视化化 空间分析与规空间分析与规划划 交通路线规划交通路线规划 城市建设与管城市建设与管理理空间统计分析的概念空间统计分析的概念空间统计分析是利用地理信息系统对地理现象进行定量分析的一种方法，目的是对地理现象进行更为精确的量化测算、分析和预测。空间统计分析的主要特征是将地理现象的定量分析和地理位置的关联性结合起来，使得地理现象的数量分析更具有时空特性。空间统计分析的方法空间统计分析的方法 点模式分析点模式分析 线模式分析线模式分析 面模式分析面模式分析 核密度分析核密度分析空间统计分析的空间统计分析的空间统计分析的空间统计分析的应用场景应用场景应用场景应用场景空间统计分析广泛应用于环境与资源管理、城市规划、交空间统计分析广泛应用于环境与资源管理、城市规划、交通规划、医疗卫生等领域。在环境与资源管理中，空间统通规划、医疗卫生等领域。在环境与资源管理中，空间统计分析可以帮助我们更好地了解地理现象的空间变化规律，计分析可以帮助我们更好地了解地理现象的空间变化规律，从而有效制定环境保护和资源开发的措施。在城市规划和从而有效制定环境保护和资源开发的措施。在城市规划和交通规划中，空间统计分析可以帮助我们更好地了解城市交通规划中，空间统计分析可以帮助我们更好地了解城市和交通系统的空间分布及其变化情况，从而合理规划城市和交通系统的空间分布及其变化情况，从而合理规划城市和交通发展。在医疗卫生领域，空间统计分析可以帮助我和交通发展。在医疗卫生领域，空间统计分析可以帮助我们更好地了解疾病流行规律和卫生资源的分布情况，从而们更好地了解疾病流行规律和卫生资源的分布情况，从而制定更有效的卫生政策和卫生资源配置方案。制定更有效的卫生政策和卫生资源配置方案。空间最优路径的概念空间最优路径的概念空间最优路径是指在地图上寻找一条满足预定条件的路径，使得路径的长度、时间和成本等指标最优。空间最优路径的最大特点是要考虑地理位置之间的距离、通行能力、交通方式等多个因素，通过对这些因素的综合考虑，得出一条最优路径。空间最优路径的算法空间最优路径的算法 DijkstraDijkstra算法算法 A*A*算法算法 动态规划算法动态规划算法 FloydFloyd算法算法空间最优路径的空间最优路径的空间最优路径的空间最优路径的优化优化优化优化对于复杂的地理现象和计算量大的最优路径问题，需要对对于复杂的地理现象和计算量大的最优路径问题，需要对算法进行优化，以提高计算效率和输出结果的准确性。空算法进行优化，以提高计算效率和输出结果的准确性。空间最优路径的优化方法主要包括并行计算、搜索空间剪枝、间最优路径的优化方法主要包括并行计算、搜索空间剪枝、预处理和索引优化等。预处理和索引优化等。空间最优路径的应用空间最优路径的应用 交通路线规划交通路线规划 地理紧急救援地理紧急救援 物流配送优化物流配送优化 旅游线路规划旅游线路规划 0505第第5章章 地地图图制制图图 地图制图的概念地图制图的概念-地图制图的定义-地图制图的历史-地图制图的分类-地图制图的应用地图投影的选择地图投影的选择-地图投影的选择原则-地图投影的应用示例-地图投影的常见问题-地图投影的解决办法地图元素的设计地图元素的设计-地图元素的定义-地图元素的分类-地图元素的设计原则-地图元素的应用地图制图的软件工具地图制图的软件工具-地图制图的软件工具概述-常用的地图制图软件-地图制图软件的优缺点-地图制图软件的应用场景地图制图的概念地图制图的概念地图制图的概念地图制图的概念地图制图是指利用不同的地图投影方法将三维的地球表面地图制图是指利用不同的地图投影方法将三维的地球表面投影到二维平面上，以便进行更好的显示和解析。地图制投影到二维平面上，以便进行更好的显示和解析。地图制图有着悠久的历史，随着科技的不断进步和对地图精度要图有着悠久的历史，随着科技的不断进步和对地图精度要求的提高，地图制图的技术也不断发展和完善。求的提高，地图制图的技术也不断发展和完善。等角投影是指将地球表面上的所有点投影到平面上时，保持两个点之间的角度不变。等角投影等角投影0103等距投影是指将地球表面上的所有点投影到平面上时，保持两点之间距离在投影平面上的表现尽可能接近地球表面上的距离。等距投影等距投影02等积投影是指在保持面积不变的前提下，将地球表面上的所有点投影到平面上。等积投影等积投影比例尺元素比例尺元素比例尺元素比例尺元素比例尺元素主要描述地图上各比例尺元素主要描述地图上各个区域的大小比例关系。个区域的大小比例关系。比例尺元素的位置一般在左下比例尺元素的位置一般在左下角或右下角，应与地图内容相角或右下角，应与地图内容相吻合。吻合。图例元素图例元素图例元素图例元素图例元素是对地图中用到的图图例元素是对地图中用到的图形符号和色彩进行解释和说明。形符号和色彩进行解释和说明。图例元素应该简明易懂，不应图例元素应该简明易懂，不应该过于繁杂或重复。该过于繁杂或重复。指北针元素指北针元素指北针元素指北针元素指北针元素是描述地图方向的指北针元素是描述地图方向的关键元素，指示地图上的正北关键元素，指示地图上的正北方向。方向。指北针元素的位置一般在图例指北针元素的位置一般在图例元素下方，应该清晰明了。元素下方，应该清晰明了。地图元素的设计地图元素的设计标题元素标题元素标题元素标题元素标题元素是描述地图的主题和标题元素是描述地图的主题和内容的关键，应该简洁明了、内容的关键，应该简洁明了、有力量。有力量。标题元素的位置最好在地图的标题元素的位置最好在地图的中心位置或引导线上，以增强中心位置或引导线上，以增强地图的整体感觉。地图的整体感觉。地图投影的常见问题地图投影的常见问题地球表面在二维平面上进行投影时，会因为形状不同而出现面积变形。面积变形面积变形由于地球表面是一个球体，因此将其投影到平面上时，会导致角度的变形。角度变形角度变形地球的表面展开到平面上时，会导致方向的变形，从而影响地图的导航或使用。方向变形方向变形在南北两极附近的地区，由于纬线的汇聚，会导致距离越来越短，从而影响地图的可视范围。纬线收缩纬线收缩功能强大，适用于复杂数据的编辑和分析，适合高级用户。ArcGISArcGIS0103便于自定义地图的制作和在线展示，适合个人和小型团队使用。MapboxMapbox02免费开源，界面友好，适合初学者和中级用户。QGISQGIS 0606第第6章章 总结总结 课程目标的实现情况课程目标的实现情况在本次课程学习中，我们学习了空间信息系统的原理和应用。经过这段时间的学习，我们掌握了很多掌握了很多关于空间信息系统的核心概念，如GIS、RS、GPS等等。掌握了新的知识收获收获0103时间安排不合理不足不足02了解了行业前景收获收获建议建议建议建议增加实践环节，帮助学生掌握增加实践环节，帮助学生掌握知识点知识点降低课程难度，让更多的学生降低课程难度，让更多的学生能够受益能够受益建议建议建议建议提高课程质量，提升学生学习提高课程质量，提升学生学习体验体验增加学科拓展，让学生更好地增加学科拓展，让学生更好地了解行业前沿了解行业前沿反思反思反思反思需要更加注意时间安排，避免需要更加注意时间安排，避免过度压缩学习时间过度压缩学习时间需要注重理论与实践相结合需要注重理论与实践相结合课程反思和建议课程反思和建议反思反思反思反思课程难度过大，需要花费更多课程难度过大，需要花费更多的时间学习的时间学习课程知识点过于抽象，需要更课程知识点过于抽象，需要更多的案例实践多的案例实践课程展望和发展课程展望和发展更加注重理论与实践相结合发展方向发展方向增加行业研究，让学生更好地了解行业趋势发展方向发展方向提高课程质量，提升学生学习体验发展方向发展方向有望成为未来发展的重要趋势展望展望THANKS 谢谢观看！谢谢观看！