计量地理学第二章地理数据的采集与处理课件.ppt
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1、 第二章 地理数据的采集及处理地理数据的采集及处理 一、地理系统一、地理系统二、地理数据的类型和表达二、地理数据的类型和表达三、地理数据的来源三、地理数据的来源四、地理数据的变换四、地理数据的变换五、地理数据的分布特征五、地理数据的分布特征一、地理系统一、地理系统1.系统的概念地理系统是地球表面的岩石圈、水圈、生物圈和人类活动相互作用的物质、能量和信息运动系统。什么是“系统”?系统是由相互作用和相互依赖的若干组成部分系统是由相互作用和相互依赖的若干组成部分(要素)结合而成的具有特定功能的整体。(要素)结合而成的具有特定功能的整体。在这个定义中包括了系统、要素、结构、功能系统、要素、结构、功能四
2、个概念,表明了要素与要素、要素与系统、系统与环境三方面的关系。地球表层系统地球表层系统(the earth surface system)是由岩土圈、大气圈、水圈、生物圈和人类圈所构成的地表自然社会综合体。是人类圈与地相互作用的复合物质系统,是地球圈层结构中的特定部分,与周围的地球圈层其他部分存在物质能量交换关系,是一个开放的复杂次级巨系统。钱学森教授于1983年倡议建立“地球表层学”,认为地球表层学是“跨地理学、气象学、地质学、工农业生产技术、技术经济和国土经济的新学科”是自然科学与社会科学的交叉学科”。2.系统的结构和功能系统的结构是指不随时间发生变化的系统要素之间的联系。稳定性层次性可变
3、性相对性系统的功能是指系统在包含它的超系统中起的作用和承担的任务。系统功能体现了系统与外部环境之间的物质、能量、信息输入与输出的变换关系。系统输入输出时同外部介质的相互作用就是系统的功能。系统功能同时也是为实现系统目标所具有的能力。3.系统分类系统分类自然系统和人造系统自然系统和人造系统 实体系统和抽象实体系统和抽象(概念概念)系统系统 静态系统和动态系统静态系统和动态系统 开放系统和封闭系统开放系统和封闭系统 全球系统和区域系统全球系统和区域系统 4.地理系统的特点地理系统的特点系统性、整体性、综合性系统性、整体性、综合性区域性、开放性、层次性区域性、开放性、层次性随机性、动态性随机性、动态
4、性系统的整体功能大于分要素功能之总和,这是因为存在着要素与要素间的关系。地理环境是由各个要素之间的密切的相互作用,才形成了地理环境的整体性。层次性:我国的北方地区,可将其视为一个系统,而它又是我国季风区的子系统,属于温带季风气候,在气候的影响下,植被、河流水文和农业生产表现出温带地区的特点。系统是不断演化的,系统存在于过程之中。二、地理数据的类型和表达二、地理数据的类型和表达1.1.地理数据类型地理数据类型将所有的地理数据划分为两大基本类型,即将所有的地理数据划分为两大基本类型,即空间数据(空间数据(spatial dataspatial data)和属性数据)和属性数据(attribute
5、dadaattribute dada)。)。GISGIS实现了空间数据和属性数据的完美结合实现了空间数据和属性数据的完美结合 属性数据又可以进一步分为两种类型,即定量数据和定性数据。Acrview 主体文件:*.shp.shp、*.dbf.dbf、*.sbx.sbx分别存储空间,属性和前两者的关系分别存储空间,属性和前两者的关系 空间数据n空间数据,主要用于描述地理实体、地理要素、地理现象、地理事件及地理过程产生、存在和发展的地理位置、区域范围及空间联系。n坐标,是描述空间数据的基本手段,一般用经纬度坐标或者公里网来表示。n对于空间数据的表达,可以将其归纳为点、线、面三种几何实体以及描述他们之
6、间空间联系的拓扑关系。三种基本的地理几何实体及其组合三种基本的地理几何实体及其组合 属性数据n定量数据:是用数量表示的地理数据,如温度,人口数量,人均收入等。n定性数据:只表征地理要素性质上的差异,而没有数量的变化。但是,通过“数量化方法”可以对一定的地理要素予以赋值。通常采用二分法,即以二元数据1和0来表示。比如,性别 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 二元数据注:1表示两城市之间通航;0表示两城市之间不通航。n2.地理数据的表达方式n 表格法表格法区域区域地理要素地理要素x1x2xn区域区域1x11x12x1n区域
7、区域2x21x22x2n区域区域mxm1xm2xmn年平均气温/年降水量/mm 土地面积/hm2 人口/人 国内生产总值/万元区域1 8.0 500.2 245.6 1 210 2 678.28 区域2 7.6498.61064.1 0232 015.47区域36.5550.9894.38481 754.56区域38.5586.4668.76541 365.46表2.2 各区域的自然及经济社会指标年 份19961997199819992000耕地复种指数120.40113.56126.54132.76121.43农业发展指数100115.68124.50135.69129.56表2.3 某地区
8、耕地复种指数和农业发展指数矩阵法n地理矩阵 m个地点或地区;n个地理特征值nmmnmmnnxxxxxxxxx 212222111211三、地理数据的来源三、地理数据的来源 1.来自观测、测量部门的有关专业数据。比如,来自水文观测站的有关水文数据;来自气象观测站的有关气象数据;来自环境监测部门的空气、水质数据等。2.来自统计年鉴、统计公报中的有关自然资源及社会经济发展数据。比如,从各级政府统计部门公布和出版的统计年鉴中,可以得到当地的耕地面积、各类农作物播种面积、粮食产量、人口、劳动力、工业投资和产值、国内生产总值等。3.来自有关单位或者个人的不定期的典型调查数据、抽样调查数据。比如,来自城乡抽
9、样调查队的城市、农村家庭收支数据;来自有关有关单位或者个人的某一方面的专题调查数据等等。4.来自政府公报、政府文件中的有关数据。5.来自档案、图书等文献资料中的有关数据。6.来自互联网中的有关共享数据。7.地图图件。主要包括各种比例尺的地形图、影像地图、专题地图等。8.遥感数据。主要包括各种航空遥感数据和卫星遥感数据。9.其他来源的有关数据。四、地理数据的变换四、地理数据的变换1.定性数据转换成定量数据有序数据(ordinal data)转换二元数据转换2.数据本身变换对原始数据需要消除量纲(或单位),转换为可比较的数据序列。目前,原始数据的变换有以下几种常用方法:对数变换、模数变换、指数变换
10、、概率变换、滑动平均法等等五、地理数据的分布特征五、地理数据的分布特征1.地理数据的统计整理 基本步骤:统计分组,就是根据研究目的,按照一定的分组标志将地理数据分成若干组。计算各组数据的频数、频率,编制统计分组表。作分布图。统计分组按质量标志按数量标志离散型变量连续型变量单项式组距式等距不等距等距不等距例1 根据根据 表表2.42.4 上海市上海市100100年降水量,年降水量,说明统计分组和绘制频数图表。说明统计分组和绘制频数图表。974.81002.61588.1770.71008.91206.81271.51101.91341.213311085.41184.41113.41203.91
11、170.7975.41462.3947.81416709.21147.59351016.31031.61105.7849.91233.41008.61063.81004.91086.21022.51330.91439.41236.51083.11288.71115.81217.51320.71078.11203.414801269.91049.21318.4119210161508.21159.61021.3986.1794.71318.31171.21161.7791.21143.81602951.41003.2840.41061.49581025.212651196.51120.71659
12、.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 1)找出原始数据中的最大值、最小值,并求出全距range 2)把全距按组的宽度一致性原则恰当地分组,即确定组数、组距、组限和组中值 n=1+3.32lgN N为样本容量 组距组距=全距全距/组数组数 3)求出落在每个组距中的观察值数目,即求出
13、组频数frequency和频率。4)绘制频率分布图,有三种形式,即直方图(frequency histogram)、频数多边形图和累计频数分布曲线组序组序试定界限试定界限修订界限修订界限组中值组中值频数频数频率(频率(%)累计频累计频数数累计频累计频率(率(%)1 1649.7-768.7649.7-768.7649.7-768.6649.7-768.6709.2709.21 11 11 11 12 2768.7-887.7768.7-887.7768.7-887.6768.7-887.6828.2828.27 77 78 88 83 3887.7-1006.7887.7-1006.7887.
14、7-1006.6887.7-1006.6947.2947.216161616242424244 41006.7-1125.71006.7-1125.71006.7-1125.61006.7-1125.61066.41066.427272727515151515 51125.7-1244.71125.7-1244.71125.7-1244.61125.7-1244.61185.21185.222222222737373736 61244.7-1363.71244.7-1363.71244.7-1363.61244.7-1363.61304.21304.214141414878787877 713
15、63.7-1482.71363.7-1482.71363.7-1482.61363.7-1482.61423.21423.28 88 8959595958 81482.7-1601.71482.7-1601.71482.7-1601.61482.7-1601.61542.21542.23 33 3989898989 91601.7-1720.71601.7-1720.71601.7-1720.61601.7-1720.61661.21661.22 22 2100100100100 频数分布的直方图:将上图各组的频数分布从组中值位置用折线连接起来,得到频数分布曲线图:累积频数分布图累积频数分布图
16、课后作业,p226,T5StatisticsStatisticsqianhanliang12206.0352.008886.04006.00.09807.010.256.219.799.435.565.796.35736.29ValidMissingNMeanStd.Error of MeanMedianModeStd.DeviationVarianceSkewnessStd.Error of SkewnessKurtosisStd.Error of KurtosisRangeMinimumMaximumSum课后作业,p226,T52.几种常用的统计指标与参数描述地理数据集中程度的指标描述地
17、理数据分布离散程度的指标描述地理数据分布特征的参数1)描述地理数据集中程度的指标描述地理数据集中程度的指标平均值平均值 反映了地理数据一般水平。计算方法:未分组的地理数据 分组的地理数据 niixnx11miimiiifxfx11(2.1)(2.2)加权平均数加权平均数上海市上海市100年降水量年降水量441.114211 niixnx17.114110011411711 miimiiifxfx中位数中位数 对于未分组的地理数据,样本数n为奇数时,中位数是位置排在第(n+1)/2位的数据;样本数n为偶数时,中位数是排在中间位置的两个数据的平均值。分组的地理数据,中位数的计算方法:确定中位数所在
18、的组位置确定中位数所在的组位置,按下述公式计算中位数 mmniiefSfdLM1121或mmniiefSfdUM1121(2.3)(2.4)在式(2.3)和(2.4)中:Me代表中位数;L为中位数所在组的下限值;U为中位数所在组的上限值;fm为中位数所在组的频数;Sm-1为中位数所在组以下的累计频数;Sm+1为中位数所在组以上的累计频数;d为中位数所在组的组距。众数众数 众数就是出现频数最多的那个数,计算方法分为以下两种情况:未分组的地理数据,可以根据每一个数据出现的频数大小直接确定众数。对于已经分组的地理数据,中位数的计算步骤如下:确定频数最多的组为众数所在组。按以下公式计算众数 2110d
19、LM2120dUM或(2.5)(2.6)在式(2.5)和(2.6)中:M0代表众数;L为众数所在组的下限值;U为众数所在组的上限值;1为众数组频数与下一组频数之差;2为众数组频数与上一组频数之差;d为众数所在组的组距。上海市上海市100年降水量年降水量中位数众数293.112127242/100*1197.10062111 mmniiefSfdLM8.1043162722272227*1197.10062110 dLM例2:表2.5给出了某农场各农田地块的面积,试计算其平均值、中位数和众数。地块编号 123456789101112平均值中位数众数面积/hm2 12835035555072408
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