计算机辅助地图制图原理-地图分析的基本方法

地图分析,9th,地图分析概述地图分析的基本方法,2,地图分析概述地图分析的基本方法,3,地图分析概述,一、地图分析的概念地图分析，就是将地图作为研究对象，采用各种定量和定性的方法，对地图上表示的制图对象时空特征及相互关系规律进行研究，并得出结论。研究对象：地图研究方法：定量和定性的方法研究目的：揭示制图对象的时空特征及相互关系规律,4,二、地图分析是地图应用的核心当代地图学被分为三个主要分支理论地图学地图制图学地图应用学,5,理论地图学：地图学概论（历史、资料、表示法），地图空间认知，地图信息论，地图传输论，地图模式论，地图符号论，数学地图学，制图综合理论，综合制图理论。地图制图学：地图设计，普通地图制图，专题地图制图，计算机地图制图，遥感制图，地图复制。,6,地图应用学：地图阅读-查询、对照、比较；地图分析-取得数据，分析相互关联程度，描述并建立数学模型。地图解释-为过去的发现提供支持，为新发现提供线索，为发展演化提供预测预报。,7,三、地图分析的作用1、获得各要素的分布规律认识和揭示地理信息的分布位置（范围）、分布密度和分布规律。2、利用地图分析揭示各要素的相互联系居民地与地形、水系、交通网的联系与制约关系；获得土地利用状况与地形、与各类资源的分布及数量、质量特征，与交通能源等各项基础设施水平的关系等。揭示地理环境各组成要素相互依存、相互作用和相互制约的关系。,8,3、研究各要素的动态变化通过符号色彩、形状结构的变时空变化。如在水系变迁图，上用不同颜色、不同形状结构的地图符号表示了不同历史时期河流、湖泊及海岸线的位置、范围，通过地图分析则可获得河流改道、湖泊变迁、海岸线伸长变化的规律，经过量算还可求得变化的速度和移动的距离。4、利用地图分析进行综合评价综合评价就是采用定量、定性方法，根据特定目的对与评价目标有关的各种因素进行分析，并根据分析结果评价出优劣等级。如评价稻田农业生产的自然条件，可选择对农作物生长起主导影响的热量、水分、土壤、地貌等因素，分析其区域差异，评价出不同等级。,9,地图分析概述地图分析的基本方法,10,一、基本途径,1、单张地图原有地图表象的研究，如符号和图形等变换地图表象的研究，加工地图表象，比如普通地图剖面图地图表象的分解：类型分解，对象按类型分解为不同的组，如工业按所有制分类成分分解，某现象分解为多种成分，比如土壤图水稻土表面分解，分出反映主要特征的基本结构和基于基本结构背景上的次要碎部，从而分出主要趋势和局部变异。,11,2、系列地图三种系列：纵向（同地区、同主题、不同比例尺）、横向（同地区、不同主题、同比例尺）、时间（同地区、同比例尺、不同时间）类似地图系列（同内容、不同地区）：非系列图但可以当系列图使用,12,系列地图的分析途径不同比例尺的地图研究：获取宏观规律和微观特点、以及地图学理论研究等不同主题的：各现象的联系和制约、系统性的特征不同时间的：发展动态类似的：利用要素须之间的制约关系，预测和探测,13,地图分析的技术手段1目视研究。在视力比较和目测该图的基础上，对描绘的现象进行评价。这是一种最初级的研究。2量算研究。在分析地图时借助于目测仪器、机械设备和简单的计算工具(例如计算器)。,14,3半自动化辅助研究。从地图上采集信息，进行加工相处理以及提出结果时借助于自动化设备和电子计算机的研究过程。4自动化的研究。采用模式识别和智能化计算机技术，使研究工作的全过程充分自功化。这是一种理想的发展远景。,地图分析的基本方法,15,1、描述：定性分析为主的方法，用文字进行描述；2、图解法：用作图方法进行分析，如剖面图、图解分布图、玫瑰图表、块状图、切割深度图、图解加、图解减；,16,3、图解解析法：地图量测和形态量测方法，如量测点的坐标、线的长度、范围的面积，计算坡度，描述曲线和面的形状；4、解析法：分析地图的数学方法，如数理统计、信息论、多元分析、模糊数学、灰色理论、分形学、小波理论、人工神经网络理论、元胞理论等。,17,5、图形变换：为了某种特定的目的，把原有的地图表象变换成最适于某研究项目的形式，给研究工作提供方便。-例如，把离散点的第三维坐标变换成等值线的形式，以利于总趋势的研究；把等值线变换为立体块状图的形式等。,二、目视分析法1、定义：地图目视分析指用图者通过视觉器官或人眼对地图进行分析，其前提是目视识别。2、目视分析可获得的信息制图区域范围信息地图数学基础信息地图内容信息,18,制图区域范围信息识别标志图名地图经纬度地图数学基础信息地图投影及相应参数经纬网形状及其间隔包括直角坐标网地图比例尺坡度尺“三北”方向线意义：地图精度的判定，定量分析的基础,19,地图内容信息有哪些地理要素和现象？有哪些质量和数量特征？有哪些相互联系和制约规律？,20,地图内容信息有哪些地理要素和现象？有哪些质量和数量特征？有哪些相互联系和制约规律？,21,图例,地名注记,地图内容信息有哪些地理要素和现象？有哪些质量和数量特征？有哪些相互联系和制约规律？,22,数字注记和文字注记,例如：河流的流速，通航与否桥梁的长度、宽度、载重（吨数）,地图内容信息有哪些地理要素和现象？有哪些质量和数量特征？有哪些相互联系和制约规律？,23,相对疏密程度地带性规律,目视分析相关要素,地图目视分析除了利用人的视觉器官和视觉分析能力外，还需要具备一定的地理学和地图学知识。,三、地图图解分析法1.定义通过作图改变原来的制图表象，使之成为更适合地图分析的形式，即对原来的地图进行加工和变换，使被分析的对象的图像得到增强或突出。2.方法剖面图法块状图法图解加和图解减法,24,（1）剖面分析剖面图能直观地显示研究对象的垂直和水平变化规律。根据地图可绘制各种各样的剖面图。例如，根据地形图或地势图上的等高线可制作地形剖面；根据人口图、降雨量图、气温图等。其中，最基本的是地形剖面图。如果将不同专题的剖面图（地形、地貌、土壤、植被等）叠加起来，便可直观的得知专题要素之间在垂直方向上的关系；从一点向四周作剖面图并将它们结合起来，可知该点对四周的通视情况。,25,地形剖面图制图步骤：在地形图上选择剖面线；确定剖面图的垂直比例尺和水平比例尺（水平比例尺通常与地形图比例尺相同，垂直比例尺则比水平比例尺大，常根据的最大高差剖面起伏特点及图解要求确定）；在图纸上绘出剖面基线，按水平比例尺将剖面线与等高线交点转绘在剖面基线上；在剖面基线的一端作垂线，并根据垂直比例尺绘制标尺，注明高程（一般以剖面线上最低高程附近的整数值作为剖面基线高程）;过剖面基线上各交点作垂线，根据各点高程和垂直比例尺截取垂线端点；参照等高线图形，用曲线连接各端点，即得剖面图。,26,27,剖面基线,剖面线,垂线端点,28,沿北纬40的中国地形剖面图,（2）块状图法考虑到在二维平面上表达三维图形的不直观，可用图解方法将其制作成视觉三维的立体图形，称为块状图。例如：地质与地貌块状图地球表层结构、起伏地球物理块状图地球内部物理结构地理景观块状图地貌、土壤、植被关系海洋块状图水质分布、含盐量、深部洋流,29,根据投影方式的不同可分为：轴侧投影块状图采用平行光线从高空向地面投影，同样高度的制图物体图像处处相等，但矩形网格是以平行四边形出现的。透视投影块状图,30,平行透视块状图（一点透视）：组成矩形网格的两组平行线投影后，一组收敛于灭点，另一组仍然平行。,成角透视块状图（两点透视）：组成矩形网格的两组平行线，投影后都变成直线束。,31,成角透视,轴测投影,（3）图解加和图解减法图解加是用图解的方法将两个等值线叠加起来，将等值线的交点作为控制点，两个表面的值加起来作为新的值，据此内插的等值线即为将两个面相加得到的图形。图解减是用图解的方法从一个等值线的表面中减去另一个表面并获得其差值的图形。,32,33,34,四、地图图解解析法1、定义地图图解解析分析是综合运用图解（作图）和解析（计算）的方法获得分析结果的方法。2、常用地图图解解析分析,35,等值线表面分解的图解解析法,标志等值线表面形态特征的图解解析法,（1）等值线表面分解的图解解析法,36,将一个用等值线表示的面分解为趋势面和剩余面的图解解析法。,趋势面是一种抽象的数学曲面，它抽象并过滤掉了一些局域随机因素的影响，是地理要素的空间分布规律明显化。可见，所谓空间趋势面并不是地理要素的实际分布面，而是模拟地理要素空间分布的近似曲面。因此，通常把实际的地理曲面分解为趋势面和剩余面两部分，前者反映地理要素的宏观分布规律，属于确定性因素作用的结果；而后者则对应于微观局域，是随机因素的结果。,剖面图展平分解法,37,用光滑的方法绘制展平剖面，从而将等值线表面分解为趋势面和剩余面的方法。,剖面图展平分解法,38,沿每一横排网点作剖面图并将其按下面的方法展平,39,剖面图展平分解法,用光滑平均展平剖面,40,剖面图展平分解法,用光滑平均展平剖面,根据展平剖面高程内插的等值线即趋势面根据原始高程和展平高程只差内插的面即为剩余面,网点平均分解法,41,在等值线区域表面上布置六角形网点，每个六角形都包括其中心点在内的7个点。根据等值线读出每个六角形的7个点的高程并计算其平均值，将该值赋予六角形的中心点，这一组值即为趋势值hbi，它们和hi的差值hi为剩余值；分别根据hbi和hi内插等值线，即得趋势面和剩余面。,（2）标志等值线表面形态特征的图解解析法,42,等值线表面形态特征标志有：地面平均高度地面坡度地面切割深度地面切割密度,地面平均高度的图解解析,43,等高线地图上覆盖网点膜片，读出所有网点的高程值，再按以下公式求平均值：,地面坡度的图解解析确定地面的起伏变化，一是根据高程的差异程度，二是根据地面的倾斜程度，即坡度。坡度和作物生长、水土流失、道路选线、行军和运输路线的选择都有密切关系。在大比例尺地形图的南图廓下面绘有坡度尺，可用它直接量取坡度。,44,常用方法,45,在地形图上可以读出任意两点的高差，也可量测任意两点的水平距离。根据高差与水平距离可以求出这两点的坡度：式中，为坡度角，h为高差，D为水平距离,计算法,46,在直角三角形ABC中：,两条相邻等高线的水平距离为：,六条相邻等高线的水平距离为：,坡度尺的原理,47,由于坡度愈大，水平距离愈小，亦即坡度曲线愈接近基线，因此，当坡度大于50时，可以在垂线上取5个单位长度用以量取相邻6条等高线的坡度。,图9-19是按基本等高距10m，1：50000比例尺地形图绘制的坡度尺。,48,按基本等高距10m，1：50000比例尺地形图绘制的坡度尺,方格网图解法量测,49,例如，在1：5万的地形图量得相邻11条等高线间的水平距离为160m，假设每个方格的长宽都是20m，L为160m即8个方格，h为100m即5个方格，其交点为A；然后用一直尺通过O、A两点于大圆弧相交于32度,地面切割密度的图解解析法单位面积内切割线长度谷地长度,50,地面切割深度,51,地面切割深度，指斜坡上任意一点沿最大倾斜方向到谷底的高差，切割深度值相等的点连线即为切割深度等值线；在谷底线上，从等高线与谷底线的每一个交点向上一条等值线作垂线，即得同一谷底为一个等高距高差的一组切割深度等值点，将这些点连线即得切割深度等值线；采用同样的方法可得其余各条切割深度等值线。,五、地图解析法定义：地图解析法是根据在地图上提取的被研究的数据，建立相应的数学模型，经过数据处理，抽象出现象分布和联系的规律性，作为地理解释的参考。相关系数：评价要素（现象）间联系紧密程度的最简单的方法之一。,52,1.简单线性相关系数法（适用于比率量表数据）,53,2.顺序（等级）相关系数法（顺序或间隔量表数据）,54,55,3.偏相关系数,4.复相关系数,56,六、数字地图分析高程量算距离量算面积量算体积量算坡度量算坡向计算通视分析断面图分析缓冲区分析网络分析,57,1七、地图阅读分析的实施,1、观察法利用图例建立同实地事物的联系，对照地图上的符号获得关于空间地理信息的知识，构成对区域的理解。观察法读图的原则从外到内：从外到内是先看图南外的内容，例如，图例、图表等，再读图廓内的内容；由表及里：先总览全国概貌，然后按类型，分区逐步进行深入的分析,58,先大后小：先阅读观察大的类型成分带(例如，气候图、地貌类型图等)，再在每一类图斑中读出基本单元在图上的分布及其规律(例如，相对于地貌类型的气候型)。由此及彼：对同类型的不同图斑的分布位置和特征进行比较，找出差异性和同一性。,2量算法利用观察法虽然可以获得现象的分布位置、性质、范围及相互联系的认识，但在数量概念上是粗略的。一些要素的数量特征在地图上单纯目视观察是难以达到精确程度的。量算法得到的数值特征是目视读图的重要补充，甚至是必不可少的内容。为了评估目标的性质、类别、等级，需要获取准确的数量特征，量测：位置、长度、面积、高度；计算：体积、高差、坡度、线状目标的弯曲度、森林覆盖率、比重等。,59,根据地图上的表象，可以完成一系列的量测工作。例如，海岸线长度和弯曲系数、海岛面积、平均水探、河流长度及流域而积、河流弯曲系数、湖泊面积、高程分布、地表面积、冰川分布、居民地密度、道路长度、森林面积及各林种比重、各类土壤面积等。根据量测的结果，可以计算各种平均数、变异系数、分散程度、信息量及比较地图表象的相似程度等，还可以计算不同要素之间的相关系数。在经济建设和国防建设中的许多情况下，都需要根据完整的地图表象。通过量测确定必要的数量标志。在土地资源调查中，在土壤图上要且测各类土壤的面积，而在土地利用图上又要量测各级土地的面积。,60,在森林普查中，也需在地图上量测各类森林的面积。在农业环境及条件的调查中，要量算地面的切割密度，切割深度及地面坡度的指标。在各类规划中要量算村、乡、区、县、省乃至全国的面积。在水资源调查中，要量算地下水的储量(体积量算)。部队行动时，需要根据地图量算确定行军计划和宿营地根据地图上河流的宽度及可能的有关注记(流速、深度、底质等)确定渡河方式。在构筑防御工事时，根据地图确定通视程度和射击死角。,61,3、对比法对比法对(对照比较法)就是寻找事物之间的异同，找出它们相互联系和相互制约的关系，以认识一个地区或一种要素的本质特征。对比法按内容有三种方式：图文对照。将本图和与之有关的文字阐述(图例及文字资料)进行对照，以熟悉物体的各种特征与分布地区环境之间的关系。因图对照。将本图和与之有关的因素图进行对照。图中内容之间的对照。包括图廓内、外内容的“对号入座”和主图中图斑的识别、较和组合，达到读出物体的分布特征和规律的目的。,62,4、推断法在观察、量算、对比的基础上，对地理信息进行正确、周密、细致的分析，结合读者固有的相关知识，对事物未来的发展作出预测。只有在对地图的可见信息做全面、周密、细致的观察分析，充分认识现象之间的相互联系和相互制约的基础上，才能正确推断未知事物。例如，根据气候图上的气温与降水量、年变化图表的特征进行研究和推理，判断各地的气候类型和特征。,63,阅读分析应用广泛，虽然是描述性的，但它获得的结论成为深入或定量分析的前提，有的结论甚至具有历史性及未来的探索、验证的意义。例如，大陆漂移的推断，成为解说地壳演变的重要学说，引起全球性自然科学家的极大兴趣。在实验中，常常是几种方法配合使用。,64,例：全球性或大区域地理现象的阅读分析,1、大陆轮廓和大陆飘移德国学者魏格纳尔，从大陆形状的拼合开始，研究地质构造，岩石、矿物及化石的分布，推测在三叠系以前，地球大陆仍然是一个整体，直到中生代（2亿年前），