地图分析与应用-第1-2章

2020/3/71地图分析与应用江文萍武汉大学资源与环境科学学院2009.92020年3月7日2/67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3月7日3/67第一章地图分析的基本概念2020年3月7日4/67§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(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3月7日5/67–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3月7日6/67–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3月7日7/67一、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3月7日8/67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。2020年3月7日9/67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3月7日10/67二、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3月7日11/67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3月7日12/67三、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3月7日13/67§1-2地图分析在地图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，①各行业专家使用地图，获得结论；②根据用户需求，扩大选题，丰富地图内容；③用户参与系统运行。2020年3月7日14/67二、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3月7日15/67§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3月7日16/67一、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3月7日17/67二、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。2020年3月7日18/674、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3月7日19/677、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，这是地图最重要的特性之一。2020年3月7日20/679、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3月7日21/6710、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3月7日22/67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3月7日23/67三、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：读者从地图上读出的信息。2020年3月7日24/672、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，还和他们采用的技术手段有关。2020年3月7日25/67四、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3月7日26/67§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规律。2020年3月7日27/67–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3月7日28/67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3月7日29/67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3月7日30/676．利用地图进行区划和规划。–区划是根据现象内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3月7日31/67–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3月7日32/67§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3月7日33/67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3月7日34/67•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