《空间数据处理与应用》课件.ppt

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

空间数据概述定义描述地理位置和空间几何特征的数据主要特征位置性、关联性、时效性、多尺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1纸质地图时代传统测绘与制图2计算机辅助制图CAD与绘图系统3GIS系统兴起空间数据库与分析4互联网地图服务WebGIS与位置服务5空间大数据人工智能与云计算融合

空间数据的基本组成坐标确定地理位置属性描述实体特征拓扑关系表达空间连接性

空间参照系统地理坐标系(GCS)基于经纬度的球面坐标主要基准面：WGS84、CGCS2000投影坐标系(PCS)将球面投影到平面常见类型：UTM、高斯-克吕格坐标转换七参数转换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KML和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基于规则网格的像元适合连续现象表达矢量模型点线面表达离散要素保持拓扑关系对比分析栅格：数据量大，分析简单矢量：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GPS定位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

GPS与定位数据获取GPS原理基于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结构化描述位置匹配处理与参考数据库对比坐标输出获取精确经纬度逆向处理由坐标获取地址描述

空间数据预处理流程数据获取与导入多源数据获取与格式转换数据清洗去除异常值、重复值数据规范化统一坐标系、属性结构数据验证拓扑检查、完整性验证

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影像间配准影像与地图配准多源数据配准配准方法控制点匹配特征点自动提取区域相关性分析变换算法仿射变换多项式变换薄板样条(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管理空间数据的专用数据库系统支持空间索引与空间查询关系型空间数据库PostgreSQL/PostGISOracleSpatialSQLServer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PostGIS开源PostgreSQL空间扩展支持OGC标准ArcSDEESRI空间数据引擎多数据库底层支持MongoDB空间扩展2dsphere索引GeoJSON数据支持

空间数据建模实体-关系模型空间实体特性几何属性拓扑属性专题属性概念设计空间要素类定义点线面分类要素类间关系层次设计物理模型存储设计与优化空间索引表空间划分并发控制

空间索引优化R树索引边界矩形划分空间对象多层次组织四叉树索引递归划分空间适合点查询网格索引固定大小划分实现简单高效

空间数据库查询--查找某点10公里范围内的餐厅

SELECTname,address

FROMrestaurants

WHEREST_DWithin(

geom,

ST_SetSRID(ST_Point(120.5,30.2),4326),

10000

);

--查找与某河流相交的道路

SELECTr.name

FROMroadsr,riversv

WHEREST_Intersects(r.geom,v.geom)

ANDv.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2计算层Spark、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