GIS学习与科研中的地理空间思维课件

,12/23/2020,#,GIS,科研与学习中的地理空间思维,GIS科研与学习中的地理空间思维,1,主要内容,空间数据模型思维,时空建模,模型的理解与,应,用,时空交互,方法的提出与,构,建,数字场,形,理论,的,创新,与,探,索,新书与大学慕课推荐,主要内容空间数据模型思维,2,1,空间数据模型思维,基本空间数据模型,GIS,中最为基本的,两,大,概,念,数据,模,型,对象数据模型（单个地,理,对象,可,捕捉）,场数据模型（变化连续,，,边界,模,糊）,对象模型,场模型,1 空间数据模型思维基本空间数据模型对象模型场模型,3,1,空间数据模型思维,场所,区域,网络,流,对象模型,网 络 模 型,场,场模型,时空,时空模型,常用空间数据模型,GIS,中最为常用的,几,大,概,念,数据,模,型,对象数据模型,场数据模型,网络数据模型,时空数据模型,传统模型,新的模型,1 空间数据模型思维场所区域网络流对象模型网 络 模 型场常,4,1,空间数据模型思维,场所,区域,网络,流,对象模型,网 络 模 型,时空,时空模型,常用空间数据模型,GIS,中最为常用的,几,大,概,念,数据,模,型,对象数据模型,场数据模型,网络数据模型,时空数据模型,传统模型,新型模型,场,场模型,1 空间数据模型思维场所区域网络流对象模型网 络 模 型常用,5,1.1,时空数据分析与建模,三大典型案例,：（,空间认知,模型构建,应用分析）,Part1,时空转,向,(Spatiotemporal,turn),从空间分析到时空,分,析,Part2,交互转,向,(Interaction,turn),从场所的空间到,流,动的,空,间,Part,3,场形分,析,(Field-Form,analysis),从数字地形分,析,到数,字,场形,分,析,1.1 时空数据分析与建模三大典型案例：（空间认知 模,6,当前内容,空间数据模型思维,时空建模,模型的理解与,应,用,时空交互,方法的提出与,构,建,数字场,形,理论,的,创新,与,探,索,新书与大学慕课推荐,当前内容空间数据模型思维,7,2,时空思维,模型的理解与应用,图,1,庐山旅游,风,景区,图,2,庐山,(10 x10m),人口时空,快,照,数,据,图,3,庐山全天,人,流时,序,数据,张海平等,从空间统计分析到时空统计分析,刘瑜等,基于时空大数据的社会感知,2.1,时空转向,(Spatiotemporal,turn),从空间分析到时空分析,人类居于,天,地,之间，必定处于,时空,之中。,空,可呈地理物象之,形态,，,时,可现地理物象 之,变化,。这也是地理学研究的“道”之所在,1,。,随着,遥,感,、,社会感知,能力的增强，获取高时间分辨率的空间数据变得越来越容易，这些通过感知获取的大数据，大多都包,含,空间位置属性,和完整的,时间序列信息,2,。,地理学者们逐步将目光,从,传统,的,空间,分,析转,向,时空,分,析！,注：数据来源于腾讯位置大数据,2 时空思维模型的理解与应用图1 庐山旅游风景区图2 庐,8,2.2,时空立方体,(Space-time,Cube),建模,数据结构,基于,时空立方,体,的时空统计建模，不仅提供了时空数据模型的物理表达形式及其具体 实现方式，而且其表达形式深刻影响了分析算法的实现及其在可视化方面所表现出来,的优势和局限性。,二维模型,三维模型,时空模型,(a),(b),(c),(d),(e),离散型表达,(f),连续型表达,表达类型轴,模型维度轴,二维对象,像元,三维对象,体元,时空对象,时空立方体,2,时空思维,模型的理解与应用,2.2时空立方体(Space-time Cube)建模,9,2.2,时空立方体,(Space-time,Cube),建模,时空演化模型,基于时空立方体模型的,时,空演,化,模式,分,析与,建,模：,可,以模,拟,和预,测,地理现,象随时间变化的过程和,趋,势。,2,时空思维,模型的理解与应用,2.2时空立方体(Space-time Cube)建模,10,2.2,时空立方体,(Space-time,Cube),建模,时空热点探测,基于时空立方体模型的,时,空自,相,关分,析,及其,热,点探,测,：,将,Local,Morans,I,、,Ord,and,Getis,等方法空间自,相,关模,型,扩展,到,了时,空,数据,分,析中。,2,时空思维,模型的理解与应用,2.2时空立方体(Space-time Cube)建模,11,2,时空思维,模型的理解与应用,2.2,时空立方体,(Space-time,Cube),建模,应用分析,基于时空立方体模型的,时,空自,相,关分,析,及其,热,点探测,Spatial,Patterns,of,beach,trash,and,Aggravated,Pollution in,UK,20002016,2 时空思维模型的理解与应用2.2时空立方体(Spac,12,2,时空思维,模型的理解与应用,2.2,时空立方体,(Space-time,Cube),建模,应用分析,基于时空立方体模型的,时,空自,相,关分,析,及其,热,点探测,Trash,pollution,in,UK,20002016,2 时空思维模型的理解与应用2.2时空立方体(Spac,13,2,时空思维,模型的理解与应用,2.2,时空立方体,(Space-time,Cube),建模,应用分析,基于时空立方体模型的,时,空自,相,关分,析,及其,热,点探测,Trash,pollution,in,UK,20002016,2 时空思维模型的理解与应用2.2时空立方体(Spac,14,2.3,时空棱柱,(Space-time,Prism),建模,数据模型,日常生活中的每个个体均,占据时空：,或,静止停留,并存在于某一空间,进,行活动,而持续,消耗时间,；,或在,时空间中穿梭,，在移动中不 断,变换空间,与,消耗时间,。,时间地理学从本体论来看承认和强 调,世界的本源是物质的。,人们每时每刻都准备着在时空中不断变化其位置 来竞争资源以维持生存,2,时空思维,模型的理解与应用,2.3 时空棱柱(Space-time Prism)建模,15,2,时空思维,模型的理解与应用,2.3,时空棱柱,(Space-time,Prism),建模,数据结构,时空轨迹点同时具有,空间属性,和,时间属性,，将此时空事件抽象到欧式空间中，以,xy,轴表示,二维空间,，以t轴表示,时间维度,，便构成了三个维度的,时空维,，从而可以 采用时空制约模型分析框架提,取,微观个体的行为特征,，并进一步汇总,宏观群体的 时空秩序,。,2 时空思维模型的理解与应用2.3 时空棱柱(Space,16,2,时空思维,模型的理解与应用,2.3,时空棱柱,(Space-time,Prism),建模,理论阐述,哈格斯特,朗,所创立的“地方的秩序嵌套”理论，源于其对日常生活所形成的规律,化、秩序化的人类活动模式的思考。如果将现实生活比喻为戏剧，那么，可以将 这一理论生动形象地称之为,人生如戏,2 时空思维模型的理解与应用2.3 时空棱柱(Space,17,2,时空思维,模型的理解与应用,2.3,时空棱柱,(Space-time,Prism),建模,应用分析,The,forgotten,people,in,the,era,of,sharing,economy,A,case,study,of,Shanghai,Taxi,Drivers,2 时空思维模型的理解与应用2.3 时空棱柱(Space,18,2.4,时空立方体模型,&,时空交互棱,柱,对比与总结,2,时空思维,模型的理解与应用,时空立方体,（,Space-time,Cube,）,时空棱柱,（,Space-time,Prism,）,2.4时空立方体模型&时空交互棱柱对比与总结2 时空思,19,当前内容,空间数据模型思维,时空建模,模型的理解与,应,用,时空交互,方法的提出与,构,建,数字场,形,理论,的,创新,与,探,索,新书与大学慕课推荐,当前内容空间数据模型思维,20,3,时空交互,方法的构建与提出,图,4,两,个,城市,之,间的,时,空收敛,地理学,家,越,来,越关注,流,动,的,空间及,其,交,互,关系！,交互转向,(Interaction,turn),从场所的空间到流动的空间,我们的社会是围绕着,流动,而构建起来的，如人群的流动、货物的流动、信息技术的,流动。这些流动的要素构成了,流空间,1,。相比传统的地方空间，流动的空间更加强 调要素的,相互作用,和,交互关系,2-3,从过去到现在，人类交通、通信等技术的发展，一直都在促,进,流空间,的,形成,与,强 化,，并且，未来将得到进一步的强化。,流空间的两个基本特征是：,连接性(,linkage,)弱化物理邻近性,关系(,relationship,)论更新区位论,1.Marty,P.F.,Libr.,Quart.,2010,80,15.,2.Andris,C.;,Liu,X.;,Ferreira,J.,2018,70,197207.,3.Andris,C.,2016,30,20092031,.,3 时空交互方法的构建与提出图4 两个城市之间的时空收敛,21,3.1,交互转向,(Interaction,turn),从场所的空间到流动的空间,3,时空交互,方法的构建与提出,3.1交互转向(Interaction turn)从场,22,时空交互建模,数据结构,基本空间流单元,（,Flow,unit,）,.,无属性值的流单元,;,有属性值的流单元,区域中的流单,元,;,基于区域的流单,元,;,能形成区域协同流模式的流单元 和不能形成协同模式的流单,元,.,区域协同流模,式,.,3,时空交互,方法的构建与提出,时空交互建模数据结构3 时空交互方法的构建与提出,23,时空交互建模,时空区域协同概念模型,时空区域协同流模式,时空区域协同模式示意图,无时空约束的区域协同,流模式,.,有时空约束的区域协同 时空流模式,.,3,时空交互,方法的构建与提出,时空交互建模时空区域协同概念模型3 时空交互方法的构,24,3,时空交互,方法的构建与提出,3.4,时空交互建模,时空区域协同应用分析,Analysis,results,(Many,self-co-location flow,patterns,are,detected),3 时空交互方法的构建与提出3.4时空交互建模时空,25,Space-time,self-co-location,flow,pattern,and,its,space-time,interaction,prism:,Spatiotemporal,flow,units;,Extracting,space-time,self-co-,location,pattern,form flow,units;,Spatiotemporal,self-co-location,flow,pattern,and,its origin,prism,and,destination,prism;,Space-time,interaction,prism,and,its,characteristic,variables;,3,时空交互,方法的构建与提出,3.5,时空交互可视化建模,时空交互棱柱,时空交互棱柱,(Space-time,Interacting,Prism,STIP),Space-time self-co-location fl,26,3,时空交互,方法的构建与提出,3.5,时空交互可视化建模,时空交互棱柱,S,pace-,T,ime,I,nteracting,P,rism,(,STIP,),时间特征变量,O_t1,O_t2,D_t1,D_t2,O_t,D_t,OD_t,空间特征变量,:,O_core,D_core,OD_distance,O_major,D_major,O_minor,D_minor,时空特征变量,:,OD_slope1,OD_slope2 OD_slope3,Figure,1,.,Space-time Interactive Prism(STIP),model,3 时空交互方法的构建与提出3.5时空交互可视化建模,27,3.6,时空交互统计建模,流数据的全局空间自相关,我们的社会是围绕着,流动,而构建起来的，如人群的流动、货物的流动、信息技术的,3,时空交互,方法的构建与提出,3.6时空交互统计建模流数据的全局空间自相关3 时空交,28,研,究,区,域,中,所,有,人,口,迁徙,流,数,据,研,究,区,域,中,流,量,阈,值,大,于,10000,的,所,有,人,口,迁,徙,流数,据,3,时空交互,方法的构建与提出,3.6,时空交互统计建模,交通流数据的全局空间自相关分析,我们的社会是围绕着,流动,而构建起来的，如人群的流动、货物的流动、信息技术的,研究区域中所有人口迁徙流数据研究区域中流量阈值大于10000,29,3,时空交互,方法的构建与提出,3.6,时空交互建模,面向流数据的空间关联模式方法体系构建,面向社会流数据的区位论应该被提出！,Location,theory,of,social,flow,should,be,proposed!,Model,Software,Theory,空,间,区域协同模式分析方法,时空,区域协同模式分析方法,空,间,区域协同模式,可视,化,方法,时,空,区域协同模式,可视,化,方法,非均,匀,空间,时空流区域协同方法体系,实时流,区域协同方法体系,基于,聚类方,法,的 区域流协同模式,分析,基,于,空间统计方,法,的区域流协同 模式分析,全,局,流模式,局,部,流模式,实,时,全局,局部流模式,同位流,模式 分析方法,空间同位流模式,时空,同位流模式,实时,同位流模式,3 时空交互方法的构建与提出3.6时空交互建模面向,30,当前内容,空间数据模型思维,时空建模,模型的理解与,应,用,时空交互,方法的提出与,构,建,数字场,形,理论,的,创新,与,探,索,新书与大学慕课推荐,当前内容空间数据模型思维,31,4.1,场形,(Field-Form),理,论,从数字地形分析到数字场形分析,数字场形分析,：变化连续、边界模糊的现象普遍存在于地理事物的形态特征和空间 属性之中，从信息论和空间认知论出发，借,助,GIS场模型的建模优势及其数字地形 在构建、提取、分析和可视化表达方面的优势，将其推广至更为广泛的空间场分析,中，称为数字场形分析。,汤国安,4,数字场形,理论的创新与探索,4.1场形(Field-Form)理论从数字地形分析到,32,4.2,场形,(Field-Form),应用分,析,城市设施热点探测与结构分析,4,数字场形,理论的创新与探索,4.2场形(Field-Form)应用分析城市设施热点,33,4,数字场形,理论的创新与探索,4.2,场形,(Field-Form),应用分,析,城市设施热点探测与结构分析,4 数字场形理论的创新与探索4.2场形(Field-F,34,4,数字场形,理论的创新与探索,4.3,场形,(Field-Form),应用分,析,地名文化扩散建模,4 数字场形理论的创新与探索4.3场形(Field-F,35,4,数字场形,理论的创新与探索,4.3,场形,(Field-Form),应用分,析,地名文化扩散建模,4 数字场形理论的创新与探索4.3场形(Field-F,36,4,数字场形,理论的创新与探索,4.4,场形,(Field-Form),方法创,新,时空热点探测,4 数字场形理论的创新与探索4.4场形(Field-F,37,4,数字场形,理论的创新与探索,4.4,场形,(Field-Form),方法创,新,时空热点探测,4 数字场形理论的创新与探索4.4场形(Field-F,38,