第6章 地理数据可视化-SDU
(完整word版)地理信息可视化
地理信息可视化目录1地理信息可视化简介 (3)1。
1地理信息可视化的发展由来 (3)1。
2地理信息可视化的必要性 (3)1。
3地理信息可视化的特点 (4)2地理信息可视化研究热点 (4)2.1不断涌现的新技术 (5)2.2地理信息可视化的研究框架 (5)3信息可视化面临的挑战 (8)4地理信息系统中的可视化过程 (10)4.1图形图像的形成 (10)4。
2空间信息查询 (10)可视化是一种将抽象符号转化为几何图形的计算方法，研究者能够观察其计算的过程和结果.地理信息可视化是可视化发展的方向之一。
科学计算可视化的研究目标是要把通过实验获得或数值计算方法得到的大量数据表现为人们的视觉可以直接感受的计算机图形图像，由此为人们提供一种可直观地观察数据、分析数据、揭示出数据间内在联系的方法, 并能在地理、地质、环境等地学领域获得广泛的应用［1］.可视化正在成为一个多元化、多学科领域的研究和实践.问题研究的广度在2001年发表在CAGIS国际多学科研究议程报告中提到。
在这份报告中，四横切主题阐述：开发理解和集成技术，使之成为可能利用所提供的潜力通过越来越多的经验代表技术;开发可扩展的方法和工具使理解和洞察力要衍生，越来越大和复杂的地理空间数据集成为可用；开发的新一代可视化支持团队工作的方法和工具；开发以人为中心的方法可视化［5]。
1地理信息可视化简介1.1地理信息可视化的发展由来近几十年计算机技术的飞速发展，已彻底改变了传统的制图观点。
一方面新技术的出现使地图产品的种类更加丰富（电子地图、数字地图、多媒体地图等），同时人类观察世界的视野也越来越广阔和细腻。
地图制图的概念已经深入到我们生活的各个方面，包括大脑制图、生命制图以及描述网络的赛柏地图。
海量数据的出现，科学计算可视化于1987年被首次提出,用来解决大量的科学数据与缺乏有效的解释之间的矛盾。
在这些海量数据中,80%的数据与地理因素（坐标地址、邮政编码)有关。
六章空间数据可视化及制图ppt课件
沉浸感即投入感，其目的是力图使用户在计算机所创建的三维 虚拟环境中处于一种全身心投入的感觉状态，有身临其境的感觉， 即所谓“沉浸感”。
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火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂 拥而出 或留恋 财物， 要当机 立断， 披上浸 湿的衣 服或裹 上湿毛 毯、湿 被褥勇 敢地冲 出去
2、空间信息可视化
可视化能迅速、形象地表示空间信息，空间信息离不开可 视化。
因此，科学计算可视化之后，地学专家对可视化在地学 中的地位和作用进行了许多研究，提出了地图可视化、地 理可视化、GIS可视化、地学多维图解、地理信息的多维 可视化、虚拟地理环境等概念。
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3）统计图表 统计图表用以表示非空间信息。 统计图与地图综合使用，形成以统计符号表示的专题图。
4）其它
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二、GIS和计算机制图
GIS的发展从计算机制图和地籍管理起步。至今，制 图还是GIS的重要功能之一。 计算机制图的发展孕育了GIS的诞生，而GIS的发展又 促进了计算机制图的进一步发展。
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4、空间信息可视化的应用
空间位置的表示 如表达空间物体的分布； 空间分析的可视化描述，如缓冲区 动态制图，如动态仿真图； 空间信息的可视化查询，实现对空间信息的
如何进行地理信息的数据分析与可视化
如何进行地理信息的数据分析与可视化地理信息的数据分析与可视化是当今科技发展中的重要领域之一。
随着大数据时代的到来，地理信息的数据分析和可视化在各个领域都得到了广泛的应用。
本文将从数据的获取、处理和可视化三个方面，探讨如何进行地理信息的数据分析与可视化。
首先，地理信息的数据获取是进行数据分析与可视化的第一步。
地理信息的数据可以来源于各种渠道，如卫星遥感、地理信息系统、传感器等。
其中，卫星遥感是获取地理信息数据的重要手段之一。
通过卫星遥感技术，可以获取到大量的地理信息数据，如地表覆盖类型、地形地貌、气候变化等。
此外，地理信息系统也是获取地理信息数据的重要工具。
通过地理信息系统，可以获取到各种地理要素的数据，如道路、建筑物、水系等。
传感器技术也可以用于获取地理信息数据，如气象传感器可以获取气象数据，水质传感器可以获取水质数据等。
其次，地理信息的数据处理是进行数据分析与可视化的关键环节。
地理信息的数据处理包括数据清洗、数据整合、数据分析等多个步骤。
数据清洗是指对原始数据进行去噪、去重、纠错等操作，以保证数据的准确性和完整性。
数据整合是指将不同来源的数据进行融合，以便进行综合分析。
数据分析是指对地理信息数据进行统计分析、空间分析、时空分析等，以获取有用的信息和结论。
在数据处理过程中，还可以借助机器学习和人工智能等技术，进行数据挖掘和模型建立，以发现数据中隐藏的规律和趋势。
最后，地理信息的数据可视化是将数据分析结果以图表、地图等形式展示出来，以便更好地理解和传达数据的含义。
数据可视化可以通过各种工具和技术来实现，如地理信息系统软件、数据可视化工具等。
地理信息系统软件可以将数据以地图的形式展示出来，并通过符号、颜色、渐变等方式来表示数据的特征和变化。
数据可视化工具可以将数据以图表、动画、互动界面等形式展示出来，以便用户更直观地理解数据。
在进行数据可视化时，需要考虑数据的特点和目标受众的需求，选择合适的可视化方式和工具。
地理信息科学教育的地理数据可视化技术
地理信息科学教育的地理数据可视化技术地理信息科学（Geographic Information Science，简称GIS）教育的发展已经走过了几个阶段。
在早期的阶段，学生主要学习地理数据的收集、存储和分析等技术。
然而，随着科技的不断进步，地理数据可视化技术逐渐成为地理信息科学教育的关键组成部分。
地理数据可视化技术是指将地理信息通过图形和图像展示出来的技术。
它能够将抽象的地理数据转化为直观易懂的图示，在地图上展示出来。
这种技术不仅有助于理解地理现象，还可以提供决策支持和问题解决的依据。
因此，地理信息科学教育中的地理数据可视化技术具有重要的意义。
首先，地理数据可视化技术可以帮助学生更好地理解地理现象。
传统的地理教育通常通过文字、图表等方式呈现地理概念和理论，但这样的方式可能难以让学生真正理解和把握地理现象。
而地理数据可视化技术通过地图、图表等形式，以直观的方式展示地理数据，使学生能够更加深入地理解地理现象。
例如，通过使用地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS），学生可以将不同的地理数据图层叠加在一起，形成一个多层次的地理信息图，从而更好地理解地球表面的复杂性。
其次，地理数据可视化技术可以提供决策支持和问题解决的依据。
在现代社会中，地理数据被广泛应用于城市规划、交通管理、环境保护等各个领域。
但对于这些复杂的问题，仅靠文字描述是远远不够的。
地理数据可视化技术不仅可以将地理数据以直观的方式展现出来，还可以将不同的地理数据进行分析和比较，从而为决策者提供必要的信息和支持。
例如，在城市规划中，地理数据可视化技术可以帮助规划师更好地理解城市的空间格局，找到最佳的规划方案。
此外，地理数据可视化技术还能够培养学生的数据分析和可视化技能。
在当今信息爆炸的时代，海量的地理数据不仅需要被收集和存储，还需要被分析和利用。
而地理数据可视化技术正是在这个背景下崭露头角的。
学生通过学习和掌握地理数据可视化技术，可以培养其数据分析和可视化的能力，为未来从事地理信息科学相关工作打下坚实的基础。
地理数据可视化的数据库模型结构与算法
地理数据可视化的数据库模型结构
与算法
地理数据可视化技术是一种将地理空间信息以可视的形式表示出来的技术，它的目的是通过图像、文字、图标等多种方式将地理空间信息呈现出来，使得人们能够更加直观地了解地理空间信息。
地理数据可视化的数据库模型结构与算法是其中的重要组成部分，它们可以支持对地理空间信息进行更加快速、准确的可视化展示，从而满足用户对于快速、准确可视化展示地理空间信息的需求。
地理数据可视化的数据库模型结构与算法可以分为三个主要部分，即数据模型结构、可视化算法和可视化效果。
首先，数据模型结构是指对地理空间信息进行描述和表示的结构，它可以支持用户对地理空间信息进行更加准确、有效的管理和检索，并可以将复杂的地理空间信息转化为可视化的形式。
常见的数据模型结构有矢量数据模型、栅格数据模型、多维数据模型和地理信息系统（GIS）等。
其次，可视化算法是指对地理空间信息进行可视化的算法，它可以通过计算机程序将地理空间信息转化为可视
化的形式。
常见的可视化算法有隐式函数算法、离散特征映射算法、多尺度空间分析算法和空间自动编码算法等。
最后，可视化效果指的是地理空间信息可视化后的图形，它可以将复杂的地理空间信息直观地呈现出来，从而使用户能够更加直观地了解地理空间信息。
常见的可视化效果有地图、表格、图表、3D 图像等。
地理数据可视化的数据库模型结构与算法是地理数据可视化的重要组成部分，它可以支持用户对地理空间信息进行更加快速、准确的可视化展示，从而满足用户对于快速、准确可视化展示地理空间信息的需求。
它由数据模型结构、可视化算法和可视化效果组成，它们相互之间协同作用，才能使得地理数据可视化技术能够高效地实现。
如何进行地理信息的可视化和展示
如何进行地理信息的可视化和展示地理信息的可视化和展示是现代科技发展的产物，它为我们提供了一种直观、有效的方式来理解和分析地理数据。
在本文中，我将探讨如何进行地理信息的可视化和展示，在不涉及政治的情况下，将这一主题以深入的方式讲述出来。
第一部分：地理信息的重要性地理信息是指与地理位置有关的数据集合，包括地图、空间数据、卫星影像等等。
它在各个领域都有广泛应用，如城市规划、环境监测、农业发展等。
通过将地理信息可视化和展示出来，我们可以更好地了解地理空间关系、发现潜在问题，并制定相应的解决方案。
第二部分：地理信息的可视化工具在进行地理信息可视化之前，我们需要选择合适的工具。
近年来，随着技术的发展，有许多强大的地理信息可视化工具出现。
其中最常用的工具包括地理信息系统（GIS）软件、数据可视化软件和编程语言。
地理信息系统软件是专门用于处理和分析地理数据的工具，如ArcGIS、QGIS 等。
它们可以进行图层叠加、属性查询、空间分析等操作，帮助用户快速生成地图和分析结果。
此外，还可以根据需求进行定制化开发，以满足各种需求。
数据可视化软件是用于将数据转化为可视化形式的工具，如Tableau、Power BI等。
通过这些软件，用户可以将地理数据转化为图表、图形和地图等形式，更直观地展示数据特征和空间关系。
同时，这些软件还提供交互式功能，使用户能够主动探索和发现隐藏在数据中的信息。
编程语言也是进行地理信息可视化的重要工具，如Python、R等。
这些语言具有强大的数据处理和可视化功能，用户可以通过编写脚本，自由地控制图形和图表的样式和布局。
此外，还可以利用各类开源库和工具，进行更高级的数据分析和可视化。
第三部分：地理信息的可视化技巧进行地理信息的可视化和展示，并不仅仅是将地理数据转化为图像，还需要注意一些技巧和方法，以提升可视化效果。
首先，选择合适的地图投影和比例尺。
地图投影和比例尺在地理信息的可视化过程中是至关重要的，直接影响到地理空间关系的表达准确性。
地理信息技术专业学习技巧利用地理信息系统进行地理数据可视化与分析
地理信息技术专业学习技巧利用地理信息系统进行地理数据可视化与分析地理信息技术专业学习技巧：利用地理信息系统进行地理数据可视化与分析地理信息技术作为新兴的交叉学科，正逐渐成为信息时代的核心技术之一。
地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）作为地理信息技术的重要组成部分，具有数据存储、管理、分析和可视化等功能，为地理数据的处理和应用提供了一种高效、准确的解决方案。
在地理信息技术专业的学习中，合理利用地理信息系统进行地理数据的可视化与分析，将有助于提高学习效果和应用能力。
本文将介绍一些利用地理信息系统进行地理数据可视化与分析的学习技巧。
一、地理数据可视化地理数据可视化是地理信息技术专业学习中的一个重要内容。
通过将地理数据以图像的形式展示出来，可以直观地观察和分析地理现象，帮助人们快速理解和把握地理空间的特征。
下面是一些地理数据可视化的学习技巧：1. 选择合适的地理数据可视化方法：地理数据可视化方法有很多，如地图制作、空间分析等。
在选择方法时，要根据具体的数据类型和分析目的来确定最适合的可视化方式。
2. 熟练掌握地理信息系统软件的使用：地理信息系统软件通常具有强大的可视化功能，学生要熟悉并掌握其基本操作和功能，如数据导入、符号化渲染、专题图制作等。
3. 选择合适的地图投影和符号方案：地图投影和符号方案直接影响地理数据的可视化效果，学生要根据地理数据的特点和研究目的选择合适的投影方式和符号方案。
4. 注重地理数据的时空关系：地理数据可视化需要重点关注地理现象的时空关系，要善于利用时间轴、动画等功能展示地理现象的演变过程。
二、地理数据分析除了地理数据的可视化，地理信息技术专业学习还要注重地理数据的分析。
地理数据分析是根据地理数据的特点和规律，通过使用各种地理信息分析方法和算法，从中提取有用的信息和知识。
以下是一些地理数据分析的学习技巧：1. 学习地理统计分析方法：地理统计分析方法主要用于描述和分析地理现象的规律，如空间聚集分析、空间插值分析、空间关联分析等。
地理信息技术专业学习技巧利用地理信息系统进行地理数据可视化
地理信息技术专业学习技巧利用地理信息系统进行地理数据可视化地理信息技术专业学习技巧：利用地理信息系统进行地理数据可视化地理信息技术（Geographic Information Technology，简称GIT）是一门涉及地理数据收集、处理、分析和展示的专业。
地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）作为地理信息技术的核心工具，在地理数据处理和可视化方面起着关键作用。
本文将介绍如何利用地理信息系统进行地理数据的可视化，以提高地理信息技术专业的学习效果和实践能力。
一、地理数据可视化的重要性地理数据可视化指的是将地理信息转化为直观、具有时空特征的可视元素，以图表、图形、动画等形式展示，以帮助人们更好地理解和分析地理现象。
地理数据可视化的重要性在于：1. 提供直观的空间感知：通过地图、图表等形式呈现地理数据，可以直观地感知空间分布、密度、关联性等信息，帮助人们从宏观和微观角度理解地理现象。
2. 促进数据分析和决策：地理数据可视化可以帮助人们迅速发现数据中的模式、趋势和异常情况，提供科学依据，帮助决策者做出更准确的判断和决策。
3. 增强交流和传播效果：地理数据可视化将数据转化为生动、直观的形象，更容易引起受众的兴趣和共鸣，提高信息传递和交流的效果。
二、地理信息系统在地理数据可视化中的作用地理信息系统是一种集成处理地理数据的计算机系统，广泛应用于地理信息技术领域。
地理信息系统在地理数据可视化中发挥着重要作用：1. 数据准备和处理：地理信息系统可以对地理数据进行收集、整理、清洗等预处理操作，为后续可视化工作提供高质量的数据基础。
2. 空间分析和模型构建：地理信息系统提供了丰富的空间分析功能和建模工具，可以帮助用户从地理数据中提取有效信息，揭示空间分布规律，并构建地理模型进行预测和模拟。
3. 可视化展示和交互操作：地理信息系统支持多种地图投影和符号化方式，能够将地理数据可视化为图表、图形、动画等形式，并提供交互式操作界面，使用户可以自由浏览和查询地理数据。
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山东大学计算机科学与技术学院 & 软件学院 蒋志方
引言
提要
从地图到地理空间数据可视化
地理数据可视化的方法和技术
可视化思考
点数据可视化 线数据可视化 区域数据可视化 三维数据可视化 时间属性可视化
12,000 B.C.
A stone tablet found in a cave in Abauntz in the Navarra region of northern Spain is believed to contain the earliest known representation of a landscape.
可视化思考 可视化图形语言 地理数据和可视化技术
点数据 线数据 面数据 三维数据 数据的时间属性
可视化思考例子1
瓦格纳和大陆漂移
可视化思考例子2
1854年伦敦霍乱案例
很近，却 很少病例
MacEachren和Ganter的模型
阶段一 阶段 二
MacEachren, Alan M., and John H. Ganter. "A pattern identification approach to cartographic visualization." Cartographica:
地理空间数据
地理信息空间数据与普通的空间数据都描述 了一个对象在空间中的位置
点，线，面，空间，时空
“Fundamentally different from other kinds of data since they are inherently spatially structured in two or three dimensions” [MacEachren and Kraak]
线数据可视化
线数据
线数据通常指的连
接两个或更多地点 的线段或者路径
线数据
长度属性
连接关系
美国航线的可视化
Facebook全球用户之间的好友关系
连线绑定技术
图片来源： /wiki/Flow_map
FlowMap
美国加利福尼亚州向其他各州的移民 左图:直接用直线箭头连接加利福尼亚州和人口流入的州 右图:用Flow Map算法生成的flowmap
地图角色的改变
传统的角色：沟通功能 传递信息给大众 新的角色：认知功能 帮助人们思考，解决问题，做决定
[Freitag 1993]
[CARTOGRAPHY]3
面向大众的
面向小众的 低交互性 展现已知的 揭示未知的 高交互性 [MacEachren, 1994]
地理空间数据可视化的定义
美国报业的发展
/group/ruralwest/cgibin/drupal/visualizations/us_newspapers
向量型点数据
纽约时报将2010年美 国中期选举的结果和 2008年的大选进行了 比较
六边形（蜂窝）网格
美国沃尔玛商店位置的可视化 支持多分辨率
现代意义的visualization在文献中出现：
McCormick, Defanti, and Brown, Visualization in scientific Computing: Computer graphics. V.21, no. 6, 1987 “Use of sophisticated computing technology to create visual displayed, the goal of which is to facilitate thinking and problem solving.”
对于每一条线： 扩大搜索面积 遍历所有路径寻找最好的一条
捆绑结果的绘制
颜色？透明度？↔ 线方向？线长短？线密度？
手动调整
控制点位置，网格顶点位置，合并节点。。。
动画
从直线到曲线
实际例子1
西北航空（美国国内航线）
实际例子1
(threshold = 5O)
(threshold = 12O)
(threshold = 45O)
可控变量
给定阈值后，小网格合并中不同的中间结果
初步捆绑结果
网格上的控制点：
平滑后处理
如何衡量一个曲线的质量好坏？ 到原始直线的距离 曲线的弯曲程度 曲线的弯曲个数
平滑后处理
需要控制网格和连接线相交
新的控制网格
根据边的分布来控制网格的生成 边的平滑后处理
简单的例子
具体步骤
根据边的分布
(regular cells)
(original graph)
(merged regions)
具体步骤
根据边的分布
具体步骤
根据边的分布
可控变量
小网格合并中不同的合并阈值
问题
如何针对一般的流动图生成捆绑效果图？
现实生活的启发
公路图的优点 直线→分段线段 高速路，国道，省道 大家都熟悉
道路 v.s. 线捆绑
如何安排控制点和捆绑线？ 线密度↔交通密度 线主方向↔高速主干道 零散的线↔国道，省道 如何构建“交通网络图”？ 如何引导连接线到道路上？
传统地图学 (Cartography)
地图的主题 疆界，地形，河流 地图的映射 球面投影，圆锥投影，等距投影 地图细节的选择 简化，合并，强调
地图映射
地图映射，也就是将数据中的地理坐标转换成屏幕上的坐标
按照曲面映射过程中的优化目标区分，地图映射主要包含以下三 种类型：
等角度（正形投影）：源曲面和目标曲面（即投影前后）的任何位置的 局部切向和法向方向组成的角度保持不变
The International Journal for Geographic Information and Geovisualization 27.2 (1990): 64-81.
地理数据图形语言
Bertin（1967年）： 地点，大小，纹理密度/大小，颜色，色调 ，饱和度，方向，形状等 MacEachren（2001年）： 时间位置，时长，顺序，变化率，频率，同步性 等
“Geovisualization integrates approaches from visualization in scientific computing (ViSC), cartography, image analysis, information systems (GISystems) to provide theory, methods, and tools for visual exploration, analysis, synthesis, and presentation of geospatial data”
Visualization最早在地图学文献中出现：
Philbrick, A. K., Toward a unity of cartographical forms and geographical content: Professional Geographer, v. 5, no. 5, p. 11 – 15, 1953
等面积：地图上任何图形面积经主比例尺放大以后与实地上相应图形面 积大小保持不变 等距离：在标准经纬线上无长度变形，即投影后任何点到原点的距离保 持不变
等距离投影
Radical Cartography
等方位角投影
应该用什么样的映射
Jenny, Bernhard. "Adaptive composite map projections." Visualization and Computer Graphics, IEEE Transactions on 18.12 (201ability to prompt instantaneous changes in maps results not only in a quantitative difference in the number of things a user can make visible, but a qualitative difference in the way users think – and in turn in the way maps function as prompts to thinking and decision making.” [Wood, 1994]
基本思路
构建网格→反映图的连接关系 控制点→网格的边 安排路径→寻找一系列控制点
control edges
控制网格
引导边的捆绑过程 不同的控制网格→不同的捆绑效果 揭示和强化实际流动的规律 与图相配的网格→有意义的结果
终极目标
什么样的结果是好结果？ 降低不必要的边交叉 有类似方向的长度的边被捆绑在一起 边被捆绑之后和原始直线的偏移尽量少
超多多面体投影
Jarke J. van Wijk. Unfolding the Earth: Myriahedral Projections. The Cartographic Journal, Vol. 45, No. 1, pp.32-42, February 2008
从地图到地理数据可视化
控制网格生成法 1
参照图节点的分布生成控制网格：
控制网格生成法 1
寻找控制点？先求交点
控制网格生成法 1