地图分析与应用-第1-2章

1、2020/7/8,1,地图分析与应用,江文萍 武汉大学资源与环境科学学院 2009.9,2020年7月8日,2,主要内容,地图分析的基本概念 地图表象的地理信息特征 地图分析的图形变换 地图质量分析 空间分布特征的分析 用图解解析法分析地图 空间现象联系程度分析 时间序列地图分析,2020年7月8日,3,第一章地图分析的基本概念,2020年7月8日,4,1-1 地图分析的含义,地图分析 把地图作为空间模型，用各种技术方法对地图表象分析、解译，探索和揭示它们的分布、联系、演化过程等规律，预测预报它们的前景。 即将地图作为空间模型，用多种方法对各种地图表象进行分析解译。 分析地图，可以获得地球表面

2、(确切地说是天体表面)一定范围的空间表象，及其联系和随时间推移的变化，从而可以得出相应的空间量度(坐标、长度、面积、高度和体积等)。,2020年7月8日,5,地图上包含着空间现象诸多的数量特征和质量特征，以及现象间的联系，甚至在一张地图上，也表达出现象的发展变化。地图的这些特点，使它早就成为地球科学中的主要认识手段之一。 为解决许多与计划、建设、发展生产力有关的国民经济的实际问题，以及为开发新的区域、找矿、保护环境、教学、旅游等方面的任务，地图是必不可少的一种工具。 在军事上，地图作为获取情报的基本手段，行军、宿营、侦察、演习、作战等都离不开地图。战争中，从单兵行动到兵团战役，从基层小分队到最

3、高司令部的作战指挥、后勤供应等。地图部是非常有效的工具。 近些年来，应用地图的范围迅速扩大，如地球物理、航天、考古、医学、通迅、商业、农业等活动的许多领域，都开始广泛地应用地图。,2020年7月8日,6,地图是环境的图形表达，它以独特的形式，科学而形象地显示了空间客体和现象的特征、分布及规律。以地图表象认识世界，显然比用表格和文字来实现同样的目的要简便得多。,2020年7月8日,7,一、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,2020年7月8日,8,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

4、，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。,2020年7月8日,9,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。,2020年7月8日,10,二、地图分析的目的 地图分析是地图应用的主题，其目的在于使用各种方法，充分利用地图所载负的各种信息，从地图上获得各种有用的数据，建立现象间一致性和差异性的概念，探讨现象间可能存在的联系，现象的空间分布及时序特征，预测其发展趋势

5、和基本进程，为社会经济建设服务。 分为研究依据和研究任务两个方面,2020年7月8日,11,线划、符号,主导因素与次要因素分解 背景因素与局部因素分解,同一地区,同一主题不同地区,同一地区,环境、区域质量评价,一致性,约束性,现象之间的联系谁是主导谁是次要,2020年7月8日,12,三、地图分析的发展 18世纪以前没有精确的地图； 18、19世纪：研究大陆、海洋、山脉、河流分布的体系、高度、深度规律； 20世纪：地带性规律研究，地球大陆漂移学说，板块学说，地球膨胀学说，行星不对称学说； 随着学科的发展，复杂的空间分析成为GIS分析的重要组成部分。,2020年7月8日,13,1-2地图分析在地图

6、学中的地位和作用,一、地图应用是地图学的一部分 制图者：使用地图作为制图资料，显然又是地图的应用者； 广大读者：从地理信息传递的角度， 各行业专家使用地图，获得结论； 根据用户需求，扩大选题，丰富地图内容； 用户参与系统运行。,2020年7月8日,14,二、地理信息传递系统,地图是地理信息传递通道，由客观现实、地图、研究结果组成底层； 数学-制图模型联系各部分； 制图和用图共同组成地图学整体，又相对独立、各有范围又相互联系和相互渗透。,2020年7月8日,15,1-3地图模型的特性,模型：按照实物的形状依一定的比例制成的供研究用的人工系统。 模型分为两大类：物质的和概念的。 物质的模型又分为空

7、间相似的、物理相似的和数学相似的 概念模型被分为形象的、形象符号的和符号的。 地图是用符号表示的、有比例的、抽象（概括）的地理空间的模型。,2020年7月8日,16,一、地图模型的实质 实质：用三维坐标（位置和属性）来表达空间事物。 地图模型的特性： 1、反映地理事物的空间分布、联系和发展变化； 2、形象、直观、精确，可通过量算获得各种数据； 3、可进行计算处理，派生新的地图。,2020年7月8日,17,二、地图模型的认识论特性 1、抽象性：实际地理事物的简化。 2、选择性：根据制图目的选择部分内容。 3、综合性：地图可表达综合自然系统、生态系统、人地关系、经济规律，反映它们之间的联系。,20

8、20年7月8日,18,4、量测性：投影、比例尺可使地图获得各种空间数据；地图量表系统使地图获得不同的属性数据。 5、单义性：地图的单义性有两种含义。其一是地图上和地球表面上的点单值相应；其二是地图上的任何点、线和符号在图例中只有一个确定的含义。 作为比较，航片和卫星图像上的某些同样的影像却可以作不同的解释。 6、连续性：图形充满相应的区域。,2020年7月8日,19,7、直观性：直观性是形象符号模型的突出优点。根据它能够对复杂的地理要素迅速作出判读，形象地、直观地领受现实的发展与变化规律。 8、一览性：可将一个任意大的区域缩于眼前。即视域广阔性。读者一览全区并方便地对广泛的空间进行研究，这是地

9、图最重要的特性之一。,2020年7月8日,20,9、相似性：地图表象与客观实体形式上、量度上的相应。 地图的相似性不应当理解为客观现实和地图上图形表象严格的线性或非线性的比例。因为地图既有比例符号，也有半依比例的符号，而大量的是非比例的符号。而且，由于比随尺的缩小，不依比例的图形占位大大超出实际占有的空间。地图仅仅能保持一种相互关系的拓扑相似。,2020年7月8日,21,10、地理适应性：地理上的真实性。 11、逻辑性：表达事物的分类、分级及从属关系。这里主要是图例的逻辑性。 图例的逻辑性体现在：按照地图表象的从属性和统一性排列符号，使用时读者不仅获得符号的形象，而且还可以作为逻辑模型；符号是

10、通用的。它不但能在不同专业的读者之间交流信息，而且逐渐成为国际化的。使用时它扮演着“词典”的角色。,2020年7月8日,22,这11个特性并不是孤立的，它们是彼此紧密相联系的，失去了其中的一种特性，与其相关的其它特性就不存在或受到严重损害。,2020年7月8日,23,三、地图模型的信息论特性 1、 地图信息的分类 按表现形式分为： 直接信息：由地图符号的含义直接表达的信息。通过阅读获得。 间接信息：由符号的位置、结构和从属关系产生的信息。通过分析解译获得。 按语言学规则研究分为： 语法的：由符号之间结合产生的信息。 语义的：由符号的含义（符号与实地的对应关系）产生的信息。 语用的：读者从地图上

11、读出的信息。,2020年7月8日,24,2、制图模型的信息论特性 地图信息传递过程是非线性关系，符号量与信息量不是简单比； 输出信息可能大于输入信息。 读者可以运用自己的知识获得更多的信息，由于读者的知识素养有很大差别，因而他们所接受的信息量就有很大的不同。 例如，制图者在大比例尺的植被图上安置了植物群丛的空间分布及它们联系的图形， 地理学者则可能从这些表象中分析得到有关土壤的成分和特性、地下水的情况， 地质学者可能分析获得有用矿物的分布、断裂构造的信息。 读出的信息可能大于输入的信息量，达正是地图信息不同于其它一般信息传递的特点和优点。 读者从地图上获得信息量的多少，不仅同其认识水平有关，还

12、和他们采用的技术手段有关。,2020年7月8日,25,四、制图模型的局限性 传统的地图有下列不足 1、由于抽象（符号化、制图综合），使现象之间的差别消失或夸大，对现实是一种歪曲； 2、掩盖了某些已经被认识的知识； 3、地图的容量有限。 在数字制图环境下会得到一些改进。,2020年7月8日,26,1-4地图分析在地学研究中的应用,1、研究各种现象的分布规律。 例如，通过地形图和普通地理图的分析，可以获得水系结构川河网密度的规律，地形起伏和形态结构，居民点的类型、密度、分布特点及其与水系、地貌、交通等要素的联系。 分析地质图可获得区域地质构造特点及变化的规律。 分析地震图有助于获得地震的发生和分布

13、规律。,2020年7月8日,27,分析研究各种气候图可以查明太阳辐射、气温、降水的明显地区差异和季节变化。 从我国的土壤图和植被图上可以分析出我图植被和土壤自北向南和自东向西包括寒温带、温带、暖温带、亚热带、热带以及森林地带、草原地带、荒漠地带的各种地带性植被和土壤类型的分布规律。还可以了解到在各地带内受地形影响的各种垂直地带的类型的变化规律。,2020年7月8日,28,2、研究各种现象的相互联系。 各种现象的相互联系包括相互依存和相互制约相互作用和相互影响。 利用地图进行各相关要素相互之间的联系研究是很有成效的。 3、研究各种观象的动态变化。 有些地图上已经表示了某些事物或现象在不同时期的分

14、布范围和界线、运动方向、途径等的变量线，研究这些地图，自然很容易获得各种现象动态变化的信息。 比较不同时期的同一地区表达同一现象随地图，或分析同一地图上表达的不同时期的同一现象的表象，也可以得到类似的结果。,2020年7月8日,29,4、利用地图进行预测预报。 利用地图，根据现象的发生和发展规律，预测现象的空间分布和未来的发展趋势，即随时间的推移而发生的变化。 5、利用地图进行综合评价。 综合评价就是根据一定的目的，对各种因素进行综合分析，得出优势等级。这种评价包括对自然条件、土地资源、环境质量、生产力水平进行的综合评价。,2020年7月8日,30,6利用地图进行区划和规划。 区划是根据现象内

15、部的一致性和外部的差异性所进行的空间地域的划分。 规划是根据人们的需要对未来的发展提出设想和战略性部署。 区划和规划部同地图有密切的联系，不但在工作过程中需要进行各种图上作业，而且地图常常作为表达区划和规划成果的必要媒体。,2020年7月8日,31,区划也是地理研究中约一种手段，主要包括自然区划和社会经济区划两大类，它们都有各要素或部门区划和综合区划两种。 自然区划包括；地貌区划、气候区划、水文区刘、土壤区划、植被区划、动物区划等部门区划和综合自然区别。 社会经济区划包括：农业区划、工业区划、交通运输区划、行政区划、旅游区划等以及综合经济区划。农业区划又可分为粮食作物区划、经济作物区划、畜牧业

16、区划等部门区别和综合农业区划。 7、利用地图进行国土资源研究。,2020年7月8日,32,1-5地图分析的基本途径和方法,地图分析的基础是地图，它们可能是单张的地图，也可能是系列地图或综合性的地图集。对于这些地图，可以选择不同的方法、技术手段、等级和规模进行分析，以期和预定的目的相匹配，既能满足其要求，又不产生冗余信息。 一、地图分析的基本途径 单张地图的分折 系列地图或地图集的分析,2020年7月8日,33,单张地图的分析 所谓单张地图是指不论幅面大小、内容(或主题)、比例尺和成图时间如何的单幅地图。 单张地图的分析即是根据一幅地图进行分析，但它又是系列地图和地图集分析的基础。 单张地图的分

17、析途径 1原有地图表象的研究。在不改变地图上原有图形的条件下，对客观现象进行研究。,2020年7月8日,34,2变换地图表象的研究。为了某特定的目的进行研究，对原来的地图表象进行加工、变换，使图像得到增强，再分析现象的特征。 3地图表象分解的研究。利用某种方法对所研究的现象进行图形分解。例如，研究某种现象的正常的和异常的成分，区分出现象的趋势面(背景面)和剩余面(异常面)等。对分解图形的研究获得某现象的解析特征。,2020年7月8日,35,系列地图或地图集的分析 系列地图一般有三种类型：横向系列、纵向系列和时间系列。 横向系列是指按照统一的设计和要求编制的同一地区的一组同比例尺、不同主题的地图

18、，主要反映组成某一综合体的各种基本要素的空间结构特征，以及它们相互之间的联系。 目前，系列图有采用遥感技术生产的，例如，黄河三角洲地区1：25万遥感专题系列图，包括土壤图、植被图、土地利用图等。,2020年7月8日,36,纵向系列图是按照统一设计和要求生产的同一地区、不同比例尺、相同主题的(也可不完全相同)地图。 例如，地形图就是典型的例子。 时间系列图是指同一地区同一内容，不同时间的专题内容的地图。 例如，不同历史时期的城市沿革图、河道变迁图等。,2020年7月8日,37,系列地图的分析途径 1把不同主题的地图放在一起研究。 为了揭示各种现象之间的联系和制约关系，对组成地理环境的多因素进行研

19、究，获得区域的系统性特征。 2把不同比例尺的地图放在一起研究。 同时观察到研究对象的宏观的类型规律和微观的典型特点，为规划决策提供参考依据。在地图学理论研究中，它又是对地图表示法、载负量、选取指标、概括方法进行研究的最基本的方法。 3把不同时间的地图放在一起研究。 为了研究观象的发展动态，对不同时间的同一日标的地图表象进行研究，预测现象随时间的发展变化。,2020年7月8日,38,二、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)。,2020年7月8日

20、,39,3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。,2020年7月8日,40,三、地图分析的基本方法,2020年7月8日,41,1、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；,2020年7月8日,42,3、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

21、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。,2020年7月8日,43,5、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。,2020年7月8日,44,第二章 地图表象的地理信息特征,地图是一种理想的载负客观实体的信息或科学研究成果的载体。 用某种确定的测度标准去衡量客观实体所取得的信息，称为地理数据，它分为定量数据和定性数据两大类，二者又都具有时间特征。 地图是以符号载负或

22、表达、传输地理数据的。地图的传输功能是将信息传递给读者，作为深入认识、研究、利用和改造客观世界的重要工具。客观现象以点、线、面的形式分布，并随时序变化发展。 地理信息用数据来测度为地图的编制、分析及应用提供了方便。,2020年7月8日,45,2-1 地图数据,地图数据：地图上表示各种地理特征的量值，是地理要素的特征的本质。 一、地图数据的量表系统 地图属性数据按精度划分为不同的等级 定名量表 顺序量表 间隔量表 比率量表,2020年7月8日,46,1、定名量表： 用文字或字符描述地理事物的种类和质量，即只反映质的概念或某地理要素各指标的性质及存在，不反映任何量的概念。点、线、面符号都可以用定名

23、量表来表示； 例如，水田早地、果林、用材林等,2020年7月8日,47,2、顺序量表：表示的是地理事物的顺序，它根据某种质量标志排序，也可以根据数据概念简化为顺序量表。 例如，某种产品的分级：优级品、合格品、次品、废品等，是一种质量概念，虽然这些概念的形成是使用了质量的或数量的标志去衡量的结果，但表示在地图上却只有一个顺序量表形式或等级的概念。 还有一种是纯粹的等级概念，它们是精确数据简化的结果，例如，特大城市、大城市、中等城市、小城市，它们是按数量标志划分的，但表达在地图上后只能得出一种顺序概念。 顺序量表只有非常模糊的数量概念，基本上还是一种定性的描述方法。它有两个重要特征：第一，级别之间

24、或要素之间的关系是不对对称的；第二，等级之间有传递性， 如果AB，BC，那么AC是必然的。,2020年7月8日,48,3、间隔量表：给顺序量表赋以单位和距离，又称为分级量表。它不能表示精确数值，只有分组值； 例如，地面坡度的间隔量表的表示为 0-3 3 -6 6 -15 15 -25 25 -35 间隔量表数据也可以是没有单位的相对数据，例如，百分比的分组数据， 0-10 10-20 20-30 间隔量表数据是可以没有固定零(基)点的。例如，各地按年最大温度分级 O - 20 20 - 30 30 - 40 ,2020年7月8日,49,4、比率量表：把间隔量表数据精确化，就构成首具有固定意义的

25、精确概念的数据。可以是绝对值、相对值或百分比。 例如，产值3251万元；农机1945马力。 四种量表可以从精确到概略逐级转换，但不可逆向转换。,2020年7月8日,50,二、定量数据的特征 地图数据表达地理要素数量的数值，有绝对数值和相对数值两种： 绝对值：某个区域、某个时段的总量或某物体的数量。用以表示实力。 相对值：由两个绝对值相比获得的平均值或比率。用以表示水平和结构。,2020年7月8日,51,2-2 地理信息数量特征的地图表象,地理现象分为自然地理和人文(社会经济)地理两大相互密切联系的组成部分，人们总是力图用定量数据去测度它们，以图表、地图等形式表现它们。 在地图上，以间隔量表和比

26、率量表来表达地理现象的数量特征，它们可以分为绝对和相对两种形式。,2020年7月8日,52,一、自然现象数量特征的地图表象 地图上通常用来表示地理信息的数量特征的方法: 等值线法 定位图表法 分区统计图表法 分级统计图法 动线法,2020年7月8日,53,等值线表达连续分布于全区的自然现象，它用两维的图形加上注记表达自然现象在三维空间中分布的特征，给读者提供任何点上准确的数量概念。 例如，地形、气候、地磁等现象都是用等值线表达的。 定位图表表达重要地点的数量特征，不仅反映典型点上该要素的数量，还可以代表一定范围内的水平，把这些点的图表联系起来，表明一个区城总的趋势。 例如气温、降雨、风向、风力

27、等都可以用定位图表表示，高程点及其注记，也是一种定位图表。,2020年7月8日,54,用等值线图和定位图表表示的气温要素的特征,2020年7月8日,55,分区统计图表代表一个区域的总特征，读者读出的是这个区域的总值，但不能了解该现象在区域内部的分布。 分级统计图法表示自然现象的空间分布及强度，通常使用相对指标，也可以用绝对指标，例如，地面坡度、地面切割度、日照程度、土层厚度等。 动线法用来表示自然现象在一定花围内沿着某方向运动，除方向外，还可以表示其运动速度和强度变化，例如，洋流、台风、动物迁移等。 表达自然现象的数量特征有时也用点值法等，例如鸟类分布。,2020年7月8日,56,2020年7

28、月8日,57,二、社会经济现象数量特征的制图表象 社会经济现象又称人文现象。 社会经济现象数量特征在地图上表现的最大特征是：常常以行政区别为单元。这些因为大多数社会经济活动，例如，工业、农业、人口等，都是在一定行政区内进行的。,2020年7月8日,58,地图上用分级统计图法表现某要素的密度、强度或发展水平及数量差异，例如，人口密度、人均耕地、电视广播覆盖率、人均储蓄等。,2020年7月8日,59,以分区统计图表法在地图上表现行政区域内的社会经济现象的绝对值，例如，产量、产值、效益、科技人员，表现所在区划单元内全部同类现象面上的数量特征总和。,2020年7月8日,60,图表的形式多种多样，除传统