GIS学习与科研中的地理空间思维课件

GIS科研与学习中的地理空间思维GIS科研与学习中的地理空间思维1主要内容空间数据模型思维时空建模——模型的理解与应用时空交互——方法的提出与构建数字场形——理论的创新与探索新书与大学慕课推荐主要内容空间数据模型思维21

空间数据模型思维基本空间数据模型GIS中最为基本的两大概念数据模型对象数据模型（单个地理对象可捕捉）场数据模型（变化连续，边界模糊）对象模型场模型1空间数据模型思维基本空间数据模型对象模型场模型31

空间数据模型思维场所区域网络流对象模型网络模型场场模型时空时空模型常用空间数据模型GIS中最为常用的几大概念数据模型对象数据模型场数据模型网络数据模型时空数据模型传统模型新的模型1空间数据模型思维场所区域网络流对象模型网络模型场常41

空间数据模型思维场所区域网络流对象模型网络模型时空时空模型常用空间数据模型GIS中最为常用的几大概念数据模型对象数据模型场数据模型网络数据模型时空数据模型传统模型新型模型场场模型1空间数据模型思维场所区域网络流对象模型网络模型常用51.1

时空数据分析与建模三大典型案例：（

空间认知

模型构建

应用分析）Part1时空转向(Spatiotemporal

turn)——从空间分析到时空分析Part2交互转向(Interaction

turn)——从场所的空间到流动的空间Part

3场形分析(Field-Form

analysis)——从数字地形分析到数字场形分析1.1时空数据分析与建模三大典型案例：（空间认知模6当前内容空间数据模型思维时空建模——模型的理解与应用时空交互——方法的提出与构建数字场形——理论的创新与探索新书与大学慕课推荐当前内容空间数据模型思维72

时空思维——模型的理解与应用图1

庐山旅游风景区图2

庐山(10x10m)人口时空快照数据图3

庐山全天人流时序数据张海平等

从空间统计分析到时空统计分析刘瑜等

基于时空大数据的社会感知2.1 时空转向(Spatiotemporal

turn)——从空间分析到时空分析人类居于天地之间，必定处于时空之中。空可呈地理物象之形态，时可现地理物象之变化。这也是地理学研究的“道”之所在1。随着遥感、社会感知能力的增强，获取高时间分辨率的空间数据变得越来越容易，这些通过感知获取的大数据，大多都包含空间位置属性和完整的时间序列信息2

。地理学者们逐步将目光从传统的空间分析转向时空分析！注：数据来源于腾讯位置大数据2时空思维——模型的理解与应用图1庐山旅游风景区图2庐82.2 时空立方体(Space-time

Cube)建模——数据结构基于时空立方体的时空统计建模，不仅提供了时空数据模型的物理表达形式及其具体实现方式，而且其表达形式深刻影响了分析算法的实现及其在可视化方面所表现出来的优势和局限性。。二维模型三维模型时空模型(a)(b)(c)(d)(e)离散型表达(f)连续型表达表达类型轴模型维度轴二维对象像元三维对象体元时空对象时空立方体2

时空思维——模型的理解与应用2.2 时空立方体(Space-timeCube)建模——92.2 时空立方体(Space-time

Cube)建模——时空演化模型基于时空立方体模型的时空演化模式分析与建模：可以模拟和预测地理现象随时间变化的过程和趋势。2

时空思维——模型的理解与应用2.2 时空立方体(Space-timeCube)建模——102.2 时空立方体(Space-time

Cube)建模——时空热点探测基于时空立方体模型的时空自相关分析及其热点探测：将Local

Moran’s

I、Ord

and

Getis等方法空间自相关模型扩展到了时空数据分析中。2

时空思维——模型的理解与应用2.2 时空立方体(Space-timeCube)建模——112

时空思维——模型的理解与应用2.2 时空立方体(Space-time

Cube)建模——应用分析基于时空立方体模型的时空自相关分析及其热点探测SpatialPatternsofbeachtrashandAggravatedPollutioninUK,

2000–20162时空思维——模型的理解与应用2.2 时空立方体(Spac122

时空思维——模型的理解与应用2.2 时空立方体(Space-time

Cube)建模——应用分析基于时空立方体模型的时空自相关分析及其热点探测——TrashpollutioninUK,

2000–20162时空思维——模型的理解与应用2.2 时空立方体(Spac132

时空思维——模型的理解与应用2.2 时空立方体(Space-time

Cube)建模——应用分析基于时空立方体模型的时空自相关分析及其热点探测——TrashpollutioninUK,

2000–20162时空思维——模型的理解与应用2.2 时空立方体(Spac142.3时空棱柱(Space-time

Prism)建模——数据模型日常生活中的每个个体均占据时空：或静止停留并存在于某一空间进行活动而持续消耗时间；或在时空间中穿梭，在移动中不断变换空间与消耗时间。时间地理学从本体论来看承认和强调世界的本源是物质的。人们每时每刻都准备着在时空中不断变化其位置来竞争资源以维持生存2

时空思维——模型的理解与应用2.3时空棱柱(Space-timePrism)建模——152

时空思维——模型的理解与应用2.3

时空棱柱(Space-time

Prism)建模——数据结构时空轨迹点同时具有空间属性和时间属性，将此时空事件抽象到欧式空间中，以xy轴表示二维空间，以t轴表示时间维度，便构成了三个维度的时空维，从而可以采用时空制约模型分析框架提取微观个体的行为特征，并进一步汇总宏观群体的时空秩序。2时空思维——模型的理解与应用2.3时空棱柱(Space162

时空思维——模型的理解与应用2.3

时空棱柱(Space-time

Prism)建模——理论阐述哈格斯特朗所创立的“地方的秩序嵌套”理论，源于其对日常生活所形成的规律化、秩序化的人类活动模式的思考。如果将现实生活比喻为戏剧，那么，可以将这一理论生动形象地称之为——人生如戏2时空思维——模型的理解与应用2.3时空棱柱(Space172

时空思维——模型的理解与应用2.3

时空棱柱(Space-time

Prism)建模——应用分析Theforgottenpeopleintheeraofsharing

economy——AcasestudyofShanghaiTaxi

Drivers2时空思维——模型的理解与应用2.3时空棱柱(Space182.4 时空立方体模型&时空交互棱柱——对比与总结2

时空思维——模型的理解与应用时空立方体（Space-time

Cube）时空棱柱（Space-time

Prism）2.4 时空立方体模型&时空交互棱柱——对比与总结2时空思19当前内容空间数据模型思维时空建模——模型的理解与应用时空交互——方法的提出与构建数字场形——理论的创新与探索新书与大学慕课推荐当前内容空间数据模型思维203

时空交互——方法的构建与提出图4

两个城市之间的时空收敛地理学家越来越关注流动的空间及其交互关系！交互转向(Interaction

turn)——从场所的空间到流动的空间我们的社会是围绕着流动而构建起来的，如人群的流动、货物的流动、信息技术的流动。这些流动的要素构成了流空间[1]。相比传统的地方空间，流动的空间更加强调要素的相互作用和交互关系[2-3]从过去到现在，人类交通、通信等技术的发展，一直都在促进流空间的形成与强化，并且，未来将得到进一步的强化。流空间的两个基本特征是：连接性(linkage)弱化物理邻近性关系(relationship)论更新区位论1.Marty,P.F.Libr.Quart.2010,80,

1–5.2.Andris,C.;Liu,X.;Ferreira,J.2018,70,

197–207.3.Andris,C.2016,30,

2009–2031.3时空交互——方法的构建与提出图4两个城市之间的时空收敛213.1 交互转向(Interaction

turn)——从场所的空间到流动的空间3

时空交互——方法的构建与提出3.1 交互转向(Interactionturn)——从场22时空交互建模——数据结构基本空间流单元（Flow

unit）.无属性值的流单元;有属性值的流单元区域中的流单元;基于区域的流单元;能形成区域协同流模式的流单元和不能形成协同模式的流单元.区域协同流模式.3

时空交互——方法的构建与提出时空交互建模——数据结构3时空交互——方法的构建与提出23时空交互建模——时空区域协同概念模型时空区域协同流模式时空区域协同模式示意图无时空约束的区域协同流模式.有时空约束的区域协同时空流模式.3

时空交互——方法的构建与提出时空交互建模——时空区域协同概念模型3时空交互——方法的构243

时空交互——方法的构建与提出3.4 时空交互建模——时空区域协同应用分析Analysisresults(Manyself-co-locationflowpatternsare

detected)3时空交互——方法的构建与提出3.4 时空交互建模——时空25Space-timeself-co-locationflowpatternanditsspace-timeinteraction

prism:Spatiotemporalflow

units;Extractingspace-timeself-co-locationpatternformflow

units;Spatiotemporalself-co-locationflowpatternanditsoriginprismanddestination

prism;Space-timeinteractionprismanditscharacteristic

variables;3

时空交互——方法的构建与提出3.5 时空交互可视化建模——时空交互棱柱时空交互棱柱(Space-time

Interacting

Prism,

STIP)Space-timeself-co-locationfl263

时空交互——方法的构建与提出3.5 时空交互可视化建模——时空交互棱柱Space-TimeInteractingPrism

(STIP)时间特征变量O_t1,O_t2,D_t1,

D_t2,O_Δt,D_Δt,

OD_Δt空间特征变量:O_core,D_core,OD_distance,O_major,

D_major,O_minor,

D_minor时空特征变量:OD_slope1,OD_slope2OD_slope3Figure1.Space-timeInteractivePrism(STIP)

model3时空交互——方法的构建与提出3.5 时空交互可视化建模—273.6 时空交互统计建模——流数据的全局空间自相关我们的社会是围绕着流动而构建起来的，如人群的流动、货物的流动、信息技术的3

时空交互——方法的构建与提出3.6 时空交互统计建模——流数据的全局空间自相关3时空交28研究区域中所有人口迁徙流数据研究区域中流量阈值大于10000的所有人口迁徙流数据3

时空交互——方法的构建与提出3.6 时空交互统计建模——交通流数据的全局空间自相关分析我们的社会是围绕着流动而构建起来的，如人群的流动、货物的流动、信息技术的研究区域中所有人口迁徙流数据研究区域中流量阈值大于10000293

时空交互——方法的构建与提出3.6 时空交互建模——面向流数据的空间关联模式方法体系构建面向社会流数据的区位论应该被提出！Locationtheoryofsocialflowshouldbe

proposed!Model

Software

Theory空间区域协同模式分析方法时空区域协同模式分析方法空间区域协同模式可视化方法时空区域协同模式可视化方法非均匀空间\时空流区域协同方法体系实时流区域协同方法体系基于聚类方法的区域流协同模式分析基于空间统计方法的区域流协同模式分析全局流模式局部流模式实时全局\局部流模式同位流模式分析方法空间同位流模式时空同位流模式实时同位流模式3时空交互——方法的构建与提出3.6 时空交互建模——面向30当前内容空间数据模型思维时空建模——模型的理解与应用时空交互——方法的提出与构建数字场形——理论的创新与探索新书与大学慕课推荐当前内容空间数据模型思维314.1 场形(Field-Form)理论——从数字地形分析到数字场形分析数字场形分析：变化连续、边界模糊的现象普遍存在于地理事物的形态特征和空间属性之中，从信息论和空间认知论出发，借助GIS场模型的建模优势及其数字地形在构建、提取、分析和可视化表达方面的优势，将其推广至更为广泛的空间场分析中，称为数字场形分析。——汤国安4

数字场形——理论的创新与探索4.1 场形(Field-Form)理论——从数字地形分析到324.2 场形(Field-Form)应用分析——城市设施热点探测与结构分析4

数字场形——理论的创新与探索4.2 场形(Field-Form)应用分析——城市设施热点334

数字场形——理论的创新与探索4.2 场形(Field-Form)应用分析——城市设施热点探测与结构分析4数字场形——理论的创新与探索4.2 场形(Field-F344

数字场形——理论的创新与探索4.3 场形(Field-Form)应用分析——地名文化扩散建模4数字场形——理论的创新与探索4.3 场形(Field-F354

数字场形——理论的创新与探索4.3 场形(Field-Form)应用分析——地名文化扩散建模4数字场形——理论的创新与探索4.3 场形(Field-F364

数字场形——理论的创新与探索4.4 场形(Field-Form)方法创新——时空热点探测4数字场形——理论的创新与探索4.4 场形(Field-F374

数字场形——理论的创新与探索4.4 场形(Field-Form)方法创新——时空热点探测4数字场形——理论的创新与探索4.4 场形(Field-F38GIS科研与学习中的地理空间思维GIS科研与学习中的地理空间思维39主要内容空间数据模型思维时空建模——模型的理解与应用时空交互——方法的提出与构建数字场形——理论的创新与探索新书与大学慕课推荐主要内容空间数据模型思维401

空间数据模型思维基本空间数据模型GIS中最为基本的两大概念数据模型对象数据模型（单个地理对象可捕捉）场数据模型（变化连续，边界模糊）对象模型场模型1空间数据模型思维基本空间数据模型对象模型场模型411

空间数据模型思维场所区域网络流对象模型网络模型场场模型时空时空模型常用空间数据模型GIS中最为常用的几大概念数据模型对象数据模型场数据模型网络数据模型时空数据模型传统模型新的模型1空间数据模型思维场所区域网络流对象模型网络模型场常421

空间数据模型思维场所区域网络流对象模型网络模型时空时空模型常用空间数据模型GIS中最为常用的几大概念数据模型对象数据模型场数据模型网络数据模型时空数据模型传统模型新型模型场场模型1空间数据模型思维场所区域网络流对象模型网络模型常用431.1

时空数据分析与建模三大典型案例：（

空间认知

模型构建

应用分析）Part1时空转向(Spatiotemporal

turn)——从空间分析到时空分析Part2交互转向(Interaction

turn)——从场所的空间到流动的空间Part

3场形分析(Field-Form

analysis)——从数字地形分析到数字场形分析1.1时空数据分析与建模三大典型案例：（空间认知模44当前内容空间数据模型思维时空建模——模型的理解与应用时空交互——方法的提出与构建数字场形——理论的创新与探索新书与大学慕课推荐当前内容空间数据模型思维452

时空思维——模型的理解与应用图1

庐山旅游风景区图2

庐山(10x10m)人口时空快照数据图3

庐山全天人流时序数据张海平等

从空间统计分析到时空统计分析刘瑜等

基于时空大数据的社会感知2.1 时空转向(Spatiotemporal

turn)——从空间分析到时空分析人类居于天地之间，必定处于时空之中。空可呈地理物象之形态，时可现地理物象之变化。这也是地理学研究的“道”之所在1。随着遥感、社会感知能力的增强，获取高时间分辨率的空间数据变得越来越容易，这些通过感知获取的大数据，大多都包含空间位置属性和完整的时间序列信息2

。地理学者们逐步将目光从传统的空间分析转向时空分析！注：数据来源于腾讯位置大数据2时空思维——模型的理解与应用图1庐山旅游风景区图2庐462.2 时空立方体(Space-time

Cube)建模——数据结构基于时空立方体的时空统计建模，不仅提供了时空数据模型的物理表达形式及其具体实现方式，而且其表达形式深刻影响了分析算法的实现及其在可视化方面所表现出来的优势和局限性。。二维模型三维模型时空模型(a)(b)(c)(d)(e)离散型表达(f)连续型表达表达类型轴模型维度轴二维对象像元三维对象体元时空对象时空立方体2

时空思维——模型的理解与应用2.2 时空立方体(Space-timeCube)建模——472.2 时空立方体(Space-time

Cube)建模——时空演化模型基于时空立方体模型的时空演化模式分析与建模：可以模拟和预测地理现象随时间变化的过程和趋势。2

时空思维——模型的理解与应用2.2 时空立方体(Space-timeCube)建模——482.2 时空立方体(Space-time

Cube)建模——时空热点探测基于时空立方体模型的时空自相关分析及其热点探测：将Local

Moran’s

I、Ord

and

Getis等方法空间自相关模型扩展到了时空数据分析中。2

时空思维——模型的理解与应用2.2 时空立方体(Space-timeCube)建模——492

时空思维——模型的理解与应用2.2 时空立方体(Space-time

Cube)建模——应用分析基于时空立方体模型的时空自相关分析及其热点探测SpatialPatternsofbeachtrashandAggravatedPollutioninUK,

2000–20162时空思维——模型的理解与应用2.2 时空立方体(Spac502

时空思维——模型的理解与应用2.2 时空立方体(Space-time

Cube)建模——应用分析基于时空立方体模型的时空自相关分析及其热点探测——TrashpollutioninUK,

2000–20162时空思维——模型的理解与应用2.2 时空立方体(Spac512

时空思维——模型的理解与应用2.2 时空立方体(Space-time

Cube)建模——应用分析基于时空立方体模型的时空自相关分析及其热点探测——TrashpollutioninUK,

2000–20162时空思维——模型的理解与应用2.2 时空立方体(Spac522.3时空棱柱(Space-time

Prism)建模——数据模型日常生活中的每个个体均占据时空：或静止停留并存在于某一空间进行活动而持续消耗时间；或在时空间中穿梭，在移动中不断变换空间与消耗时间。时间地理学从本体论来看承认和强调世界的本源是物质的。人们每时每刻都准备着在时空中不断变化其位置来竞争资源以维持生存2

时空思维——模型的理解与应用2.3时空棱柱(Space-timePrism)建模——532

时空思维——模型的理解与应用2.3

时空棱柱(Space-time

Prism)建模——数据结构时空轨迹点同时具有空间属性和时间属性，将此时空事件抽象到欧式空间中，以xy轴表示二维空间，以t轴表示时间维度，便构成了三个维度的时空维，从而可以采用时空制约模型分析框架提取微观个体的行为特征，并进一步汇总宏观群体的时空秩序。2时空思维——模型的理解与应用2.3时空棱柱(Space542

时空思维——模型的理解与应用2.3

时空棱柱(Space-time

Prism)建模——理论阐述哈格斯特朗所创立的“地方的秩序嵌套”理论，源于其对日常生活所形成的规律化、秩序化的人类活动模式的思考。如果将现实生活比喻为戏剧，那么，可以将这一理论生动形象地称之为——人生如戏2时空思维——模型的理解与应用2.3时空棱柱(Space552

时空思维——模型的理解与应用2.3

时空棱柱(Space-time

Prism)建模——应用分析Theforgottenpeopleintheeraofsharing

economy——AcasestudyofShanghaiTaxi

Drivers2时空思维——模型的理解与应用2.3时空棱柱(Space562.4 时空立方体模型&时空交互棱柱——对比与总结2

时空思维——模型的理解与应用时空立方体（Space-time

Cube）时空棱柱（Space-time

Prism）2.4 时空立方体模型&时空交互棱柱——对比与总结2时空思57当前内容空间数据模型思维时空建模——模型的理解与应用时空交互——方法的提出与构建数字场形——理论的创新与探索新书与大学慕课推荐当前内容空间数据模型思维583

时空交互——方法的构建与提出图4

两个城市之间的时空收敛地理学家越来越关注流动的空间及其交互关系！交互转向(Interaction

turn)——从场所的空间到流动的空间我们的社会是围绕着流动而构建起来的，如人群的流动、货物的流动、信息技术的流动。这些流动的要素构成了流空间[1]。相比传统的地方空间，流动的空间更加强调要素的相互作用和交互关系[2-3]从过去到现在，人类交通、通信等技术的发展，一直都在促进流空间的形成与强化，并且，未来将得到进一步的强化。流空间的两个基本特征是：连接性(linkage)弱化物理邻近性关系(relationship)论更新区位论1.Marty,P.F.Libr.Quart.2010,80,

1–5.2.Andris,C.;Liu,X.;Ferreira,J.2018,70,

197–207.3.Andris,C.2016,30,

2009–2031.3时空交互——方法的构建与提出图4两个城市之间的时空收敛593.1 交互转向(Interaction

turn)——从场所的空间到流动的空间3

时空交互——方法的构建与提出3.1 交互转向(Interactionturn)——从场60时空交互建模——数据结构基本空间流单元（Flow

unit）.无属性值的流单元;有属性值的流单元区域中的流单元;基于区域的流单元;能形成区域协同流模式的流单元和不能形成协同模式的流单元.区域协同流模式.3

时空交互——方法的构建与提出时空交互建模——数据结构3时空交互——方法的构建与提出61时空交互建模——时空区域协同概念模型时空区域协同流模式时空区域协同模式示意图无时空约束的区域协同流模式.有时空约束的区域协同时空流模式.3

时空交互——方法的构建与提出时空交互建模——时空区域协同概念模型3时空交互——方法的构623

时空交互——方法的构建与提出3.4 时空交互建模——时空区域协同应用分析Analysisresults(Manyself-co-locationflowpatternsare

detected)3时空交互——方法的构建与提出3.4 时空交互建模——时空63Space-timeself-co-locationflowpatternanditsspace-timeinteraction

prism:Spatiotemporalflow

units;Extractingspace-timeself-co-locationpatternformflow

units;Spatiotemporalself-co-locationflowpatternanditsoriginprismanddestination

prism;Space-timeinteractionprismanditscharacteristic

variables;3

时空交互——方法的构建与提出3.5 时空交互可视化建模——时空交互棱柱时空交互棱柱(Space-time

Interacting

Prism,

STIP)Space-timeself-co-locationfl643

时空交互——方法的构建与提出3.5 时空交互可视化建模——时空交互棱柱Space-TimeInteractingPrism

(STIP)时间特征变量O_t1,O_t2,D_t1,

D_t2,O_Δt,D_Δt,

OD_Δt空间特征变量:O_core,D_core,OD_distance,O_major,

D_major,O_minor,

D_minor时空特征变量:OD_slope1,OD_slope2OD_slope3Figure1.Space-timeInteractivePrism(STIP)

model3时空交互——方法的构建与提出3.5 时空交互可视化建模—653.6 时空交互统计建模——流数据的全局空间自相关我们的社会是围绕着流动而构建起来的，如人群的流动、货物的流动、信息技术的3

时空交互——方法的构建与提出3.6 时空交互统计建模——流数据的全局空间自相关3时空交66研究区域中所有人口迁徙流数据研究区域中流量阈值大于10000的所有人口迁徙流数