《空间数据处理与应用》课件

空间数据处理与应用课程目标掌握空间数据处理核心技术与应用方法学习框架数据基础、处理技术、分析方法、实际应用背景支撑智慧城市、环境监测等关键领域发展空间数据概述定义主要特征描述地理位置和空间几何特征的位置性、关联性、时效性、多尺数据度常见类型矢量数据、栅格数据、网络数据空间数据的发展历史纸质地图时代1传统测绘与制图计算机辅助制图2CAD与绘图系统系统兴起3GIS空间数据库与分析互联网地图服务4WebGIS与位置服务空间大数据5人工智能与云计算融合空间数据的基本组成属性描述实体特征坐标确定地理位置拓扑关系表达空间连接性空间参照系统地理坐标系投影坐标系坐标转换GCS PCS基于经纬度的球面坐标将球面投影到平面七参数转换主要基准面WGS

84、CGCS2000常见类型UTM、高斯-克吕格国家测绘局转换参数常见空间数据格式ShapefileESRI开发的矢量格式包含.shp/.shx/.dbf文件GeoJSON基于JSON的开放格式适合Web传输应用和KML GML基于XML的标记语言KML用于Google平台栅格与矢量数据模型栅格模型矢量模型对比分析基于规则网格的像元点线面表达离散要素栅格数据量大，分析简单适合连续现象表达保持拓扑关系矢量精度高，结构复杂空间数据采集方式遥感RS卫星/航空影像获取大面积、同步观测定位GPS卫星定位系统采集高精度位置数据传统测量全站仪、水准仪等高精度控制点手工采集数字化、屏幕勾绘历史地图转换遥感数据采集原理电磁波发射反射/不同地物有不同电磁特征传感器接收信号多光谱/高光谱成像数据传输与处理辐射校正、几何校正与定位数据获取GPS原理GPS基于24颗卫星定位系统信号传输L1/L2频段，测距码与载波相位误差来源大气延迟、多路径效应差分校正RTK技术提高精度至厘米级地理编码与逆地理编码地址输入匹配处理结构化描述位置与参考数据库对比逆向处理坐标输出由坐标获取地址描述获取精确经纬度空间数据预处理流程数据验证数据规范化拓扑检查、完整性验证数据清洗统一坐标系、属性结构数据获取与导入去除异常值、重复值多源数据获取与格式转换坐标转换与投影变换投影类型特点适用场景等角投影保持形状航海导航等面积投影保持面积资源分析等距离投影保持距离距离测量空间配准与纠正配准对象配准方法变换算法•影像间配准•控制点匹配•仿射变换•影像与地图配准•特征点自动提取•多项式变换•多源数据配准•区域相关性分析•薄板样条TPS空间数据融合综合应用多源数据协同决策支持特征层融合提取各数据源关键特征整合像素级融合栅格数据混合与增强数据源级别多传感器原始数据集成空间数据质量控制精度控制位置精度厘米级-米级属性精度分类正确性完整性数据覆盖范围要素完备性一致性逻辑关系合理拓扑关系正确时效性更新周期变化区域标记空间数据库基本概念空间数据库定义关系型空间数据库管理空间数据的专用数据库系统PostgreSQL/PostGIS支持空间索引与空间查询Oracle SpatialSQLServer空间扩展非关系型空间数据库MongoDB地理扩展Neo4j空间图数据库HBase空间扩展空间数据库技术架构空间扩PostGIS ArcSDEMongoDB展开源PostgreSQL空间ESRI空间数据引擎扩展2dsphere索引多数据库底层支持支持OGC标准GeoJSON数据支持空间数据建模实体关系模型概念设计物理模型-空间实体特性空间要素类定义存储设计与优化•几何属性•点线面分类•空间索引•拓扑属性•要素类间关系•表空间划分•专题属性•层次设计•并发控制空间索引优化树索引四叉树索引网格索引R边界矩形划分递归划分空间固定大小划分空间对象多层次组织适合点查询实现简单高效空间数据库查询--查找某点10公里范围内的餐厅SELECT name,addressFROM restaurantsWHEREST_DWithingeom,ST_SetSRIDST_Point

120.5,

30.2,4326,10000;--查找与某河流相交的道路SELECT r.nameFROM roadsr,rivers vWHEREST_Intersectsr.geom,v.geomAND v.name=钱塘江;海量空间数据存储与管理应用层空间分析、可视化计算层2Spark、MapReduce存储层HDFS、HBase硬件层集群服务器、存储阵列空间分析基础空间量测距离、角度、面积计算长度与周长测量缓冲区分析点、线、面缓冲区单圈与多圈缓冲叠加分析相交、联合、差集对称差、擦除可视域分析视点可见范围地形遮挡计算空间关系分析空间关系定义了地理要素间的位置联系包括拓扑关系相交、包含、覆盖、相邻方向关系北、东南等距离关系远近、缓冲区内外网络分析与路径规划网络建模算法选择路径计算结果分析节点与弧段Dijkstra算法最短路径时空可达性阻抗因子赋值A*算法最优路径服务区域划分空间聚类与分类数据准备算法选择特征选择与预处理K-means、DBSCAN2评估结果参数优化4轮廓系数、空间自相关3簇数、距离阈值空间统计分析时空数据分析初步时空数据特性时空数据结构分析方法•时间戳/区间•快照模型•轨迹分析•空间位置•基于对象模型•时空聚类•属性变化•事件模型•时空插值基于机器学习的空间分析空间预测与评估模型选择与训练空间预测图生成空间特征工程随机森林、神经网络考虑空间自相关评估提取空间关系特征交叉验证、超参数调优空间自变量构建空间仿真与模拟空间仿真模型类型元胞自动机模型SLEUTH智能体模型人群行为模拟过程模型水文、生态过程空间可视化导论可视化目标设计原则展示、探索、分析、传达准确、清晰、简洁、美观认知考量技术手段直觉理解、减少认知负担符号、配色、交互、动画传统地图制图地图要素地图投影标注设计图例、比例尺、指北针等角投影、等面积投影字体选择、位置布局数据来源、制图单位等距投影、混合投影避让原则、层次设计可视化方法GIS专题表达方式符号设计色彩设计•分层设色•点符号设计•定性色彩方案•等值线图•线符号类型•定量色彩方案•点密度图•面填充模式•发散色彩方案•比例符号图•三维符号•色彩和谐原则三维空间数据可视化

2.5D3D表面真三维建模DEM数字高程模型立体表达城市建筑体块模型4D时空动态加入时间维度的变化空间数据大屏与仪表盘多维数据集成交互式仪表盘态势感知多源数据融合展示钻取分析功能异常事件预警关键指标实时监控多视图联动趋势分析预测地图与空间数据开放Web应用层交互功能与用户体验前端框架OpenLayers、Leaflet、MapboxGL服务层GeoServer、MapServer数据层空间数据库与缓存地理信息平台整合高德地图百度地图Google Maps国内导航与定位服全景街景服务全球地图服务务开放API生态Earth引擎支持POI数据丰富OSM开源地图数据社区共建模式空间数据在城市规划中的应用空间数据与智能交通实时监测路况监控与交通流量采集智能分析拥堵预测与路线推荐智能导航实时最优路径规划空间数据与环境监测空间数据在应急管理中的应用监测预警态势分析风险源监测与预警灾情空间分析与评估灾后重建辅助决策损失评估与恢复规划资源调配与疏散路线空间数据驱动的商业选址市场分析竞争商铺分布与客流分析客群画像居住区分布与消费能力可达性评估交通便利性与停车条件模型预测销售额预测与ROI分析智慧城市中的空间数据融合物联网传感数据中心态势感知实时数据采集与传输多源异构数据融合城市运行综合监测边缘计算与云端协同时空大数据存储与管理多维指标异常预警空间大数据技术与挑战数据规模PB级数据存储实时流处理分布式计算传输挑战带宽限制实时性要求边缘计算优化安全与隐私位置隐私保护数据脱敏技术权限分级访问技术整合多平台协同云原生架构微服务设计近期空间数据科技前沿无人机航测低空高分辨率影像获取激光雷达高精度三维点云建模空间物联网分布式传感网络区块链技术空间数据确权与共享人工智能赋能空间应用遥感影像处理预测模型智能推荐•目标自动识别•空间预测•位置推荐•地物分类•时间序列预测•路径规划•变化检测•异常事件识别•兴趣点发现空间信息服务平台发展展望全球化服务全球覆盖的空间数据服务云原生架构弹性伸缩的计算资源开放生态标准化API与微服务架构社会化协作众包数据与共创模式行业标准与法律法规标准类型代表标准应用领域国际标准OGC标准Web服务国家标准CH/T9015元数据规范行业规范测绘技术规程空间数据采集法律法规测绘法数据安全与使用课程案例分析与实训安排个个32基础案例综合案例数据处理与基本分析城市规划与环境分析个1团队项目完整解决方案设计总结与展望核心能力构建掌握空间数据全生命周期管理技术与应用结合理论与实践相结合未来发展方向AI+GIS融合发展数字孪生与元宇宙应用。