2019年GIS學習與科研中的地理空間思維.pdf

1、2019 ESRI 用戶大會-教育與科研論壇GIS科研與學習中的地理空間思維主要內容1 空間數據模型思維2 時空建模模型的理解與應用3 時空交互方法的提出與構建4 數字場形理論的創新與探索5 新書與大學慕課推薦1 空間數據模型思維1.1 基本空間數據模型GIS中最為基本的兩大概念數據模型 對象數據模型（單個地理對象可捕捉）場數據模型（變化連續，邊界模糊）對象模型對象模型場模型場模型1 空間數據模型思維場所區域網絡場流時空對象模型網絡模型場模型時空模型1.2 常用空間數據模型GIS中最為常用的幾大概念數據模型 對象數據模型 場數據模型 網絡數據模型 時空數據模型傳統模型傳統模型新的模型新的模型1

2、 空間數據模型思維場所區域網絡流時空對象模型網絡模型時空模型1.2 常用空間數據模型GIS中最為常用的幾大概念數據模型 對象數據模型 場數據模型 網絡數據模型 時空數據模型傳統模型傳統模型新型模型新型模型場場模型1.1 時空數據分析與建模Part1時空轉向(Spatiotemporal turn)從空間分析到時空分析Part2交互轉向(Interaction turn)從場所的空間到流動的空間Part 3場形分析(Field-Form analysis)從數字地形分析到數字場形分析三大典型案例：（空間認知 模型構建 應用分析）當前內容1 空間數據模型思維2 時空建模模型的理解與應用3 時空交互

3、方法的提出與構建4 數字場形理論的創新與探索5 新書與大學慕課推薦2 時空思維模型的理解與應用2.1 時空轉向(Spatiotemporal turn)從空間分析到時空分析人類居于天地之間，必定處于時空之中?？湛沙实乩砦锵笾螒B，時可現地理物象之變化。這也是地理學研究的“道”之所在1。1 張海平等 從空間統計分析到時空統計分析圖圖1 1 廬山旅游風景區廬山旅游風景區圖圖2 2 廬山廬山(10 x10m)(10 x10m)人口時空快照數據人口時空快照數據圖圖3 3 廬山全天人流時序數據廬山全天人流時序數據隨著遙感、社會感知能力的增強，獲取高時間分辨率的空間數據變得越來越容易，這些通過感知獲取的大

4、數據，大多都包含空間位置屬性和完整的時間序列信息2。2 劉瑜等 基于時空大數據的社會感知地理學者們逐步將目光從傳統的空間分析轉向時空分析！注：數據來源于騰訊位置大數據2.2 時空立方體(Space-time Cube)建模數據結構基于時空立方體的時空統計建模，不僅提供了時空數據模型的物理表達形式及其具體實現方式，而且其表達形式深刻影響了分析算法的實現及其在可視化方面所表現出來的優勢和局限性。二維模型三維模型時空模型離散型表達連續型表達(a)(b)(c)(d)(e)(f)表達類型軸模型維度軸二維對象二維對象像元像元三維對象三維對象體元體元時空對象時空對象時空立方體時空立方體2 時空思維模型的理解

5、與應用2.2 時空立方體(Space-time Cube)建模時空演化模型基于時空立方體模型的時空演化模式分析與建模：可以模擬和預測地理現象隨時間變化的過程和趨勢。2 時空思維模型的理解與應用2.2 時空立方體(Space-time Cube)建模時空熱點探測基于時空立方體模型的時空自相關分析及其熱點探測：將Local Morans I、Ord and Getis等方法空間自相關模型擴展到了時空數據分析中。2 時空思維模型的理解與應用基于時空立方體模型的時空自相關分析及其熱點探測2 時空思維模型的理解與應用Spatial Patterns of beach trash and Aggravat

6、ed Pollution in UK,200020162.2 時空立方體(Space-time Cube)建模應用分析基于時空立方體模型的時空自相關分析及其熱點探測Trash pollution in UK,200020162 時空思維模型的理解與應用2.2 時空立方體(Space-time Cube)建模應用分析2 時空思維模型的理解與應用基于時空立方體模型的時空自相關分析及其熱點探測Trash pollution in UK,200020162.2 時空立方體(Space-time Cube)建模應用分析2.3 時空棱柱(Space-time Prism)建模數據模型日常生活中的每個個體均

7、占據時空：或靜止停留并存在于某一空間進行活動而持續消耗時間；或在時空間中穿梭，在移動中不斷變換空間與消耗時間。時間地理學從本體論來看承認和強調世界的本源是物質的。人們每時每刻都準備著在時空中不斷變化其位置來競爭資源以維持生存2 時空思維模型的理解與應用時空軌跡點同時具有空間屬性和時間屬性，將此時空事件抽象到歐式空間中，以xy軸表示二維空間，以t軸表示時間維度，便構成了三個維度的時空維，從而可以采用時空制約模型分析框架提取微觀個體的行為特征，并進一步匯總宏觀群體的時空秩序。2 時空思維模型的理解與應用2.3 時空棱柱(Space-time Prism)建模數據結構2 時空思維模型的理解與應用2.

8、3 時空棱柱(Space-time Prism)建模理論闡述哈格斯特朗所創立的“地方的秩序嵌套”理論，源于其對日常生活所形成的規律化、秩序化的人類活動模式的思考。如果將現實生活比喻為戲劇，那么，可以將這一理論生動形象地稱之為人生如戲2 時空思維模型的理解與應用2.3 時空棱柱(Space-time Prism)建模應用分析The forgotten people in the era of sharing economyA case study of Shanghai Taxi Drivers2.4 時空立方體模型&時空交互棱柱對比與總結2 時空思維模型的理解與應用時空立方體（Space-ti

9、me Cube）時空棱柱（Space-time Prism）當前內容1 空間數據模型思維2 時空建模模型的理解與應用3 時空交互方法的提出與構建4 數字場形理論的創新與探索5 新書與大學慕課推薦3 時空交互方法的構建與提出3.1 交互轉向(Interaction turn)從場所的空間到流動的空間連接性(linkage)弱化物理鄰近性關系(relationship)論更新區位論圖圖4 4 兩個城市之間的時空收斂兩個城市之間的時空收斂地理學家越來越關注流動的空間及其交互關系！我們的社會是圍繞著流動而構建起來的，如人群的流動、貨物的流動、信息技術的流動。這些流動的要素構成了流空間1。相比傳統的地方

10、空間，流動的空間更加強調要素的相互作用和交互關系2-3從過去到現在，人類交通、通信等技術的發展，一直都在促進流空間的形成與強化，并且，未來將得到進一步的強化。流空間的兩個基本特征是：1.Marty,P.F.Libr.Quart.2010,80,15.2.Andris,C.;Liu,X.;Ferreira,J.2018,70,197207.3.Andris,C.2016,30,20092031.3.1 交互轉向(Interaction turn)從場所的空間到流動的空間3 時空交互方法的構建與提出3.2 時空交互建模數據結構基本空間流單元（Flow unit）.(a)無屬性值的流單元;(b)有屬

11、性值的流單元(c)區域中的流單元;(d)基于區域的流單元;(e)能形成區域協同流模式的流單元和不能形成協同模式的流單元.(f)區域協同流模式.3 時空交互方法的構建與提出3.3 時空交互建模時空區域協同概念模型時空區域協同流模式時空區域協同模式示意圖(a)無時空約束的區域協同流模式.(b)有時空約束的區域協同時空流模式.3 時空交互方法的構建與提出Analysis results(Many self-co-location flow patterns are detected)3 時空交互方法的構建與提出3.4 時空交互建模時空區域協同應用分析Space-time self-co-locati

12、on flow pattern and its space-time interaction prism:(a)Spatiotemporal flow units;(b)Extracting space-time self-co-location pattern form flow units;(c)Spatiotemporal self-co-location flow pattern and its origin prism and destination prism;(d)Space-time interaction prism and its characteristic variab

13、les;3 時空交互方法的構建與提出3.5 時空交互可視化建模時空交互棱柱時空交互棱柱(Space-time Interacting Prism,STIP)Figure 1.Space-time Interactive Prism(STIP)model時間特征變量O_t1,O_t2,D_t1,D_t2,O_t,D_t,OD_t空間特征變量:O_core,D_core,OD_distance,O_major,D_major,O_minor,D_minor時空特征變量:OD_slope1,OD_slope2OD_slope3Space-Time Interacting Prism(STIP)3 時

14、空交互方法的構建與提出3.5 時空交互可視化建模時空交互棱柱3.6 時空交互統計建模流數據的全局空間自相關我們的社會是圍繞著流動而構建起來的，如人群的流動、貨物的流動、信息技術的3 時空交互方法的構建與提出我們的社會是圍繞著流動而構建起來的，如人群的流動、貨物的流動、信息技術的研究區域中所有人口遷徙流數據研究區域中所有人口遷徙流數據研究區域中流量閾值大于研究區域中流量閾值大于1000010000的所有人口遷徙流數據的所有人口遷徙流數據3 時空交互方法的構建與提出3.6 時空交互統計建模交通流數據的全局空間自相關分析3 時空交互方法的構建與提出3.6 時空交互建模面向流數據的空間關聯模式方法體系

15、構建面向社會流數據的區位論應該被提出！Location theory of social flow should be proposed!Model Software Theory空間區域協同模式分析方法時空區域協同模式分析方法空間區域協同模式可視化方法時空區域協同模式可視化方法非均勻空間時空流區域協同方法體系實時流區域協同方法體系基于聚類方法的區域流協同模式分析基于空間統計方法的區域流協同模式分析全局流模式局部流模式實時全局局部流模式同位流模式分析方法空間同位流模式時空同位流模式實時同位流模式當前內容1 空間數據模型思維2 時空建模模型的理解與應用3 時空交互方法的提出與構建4 數字場形理論

16、的創新與探索5 新書與大學慕課推薦4.1 場形(Field-Form)理論從數字地形分析到數字場形分析數字場形分析：變化連續、邊界模糊的現象普遍存在于地理事物的形態特征和空間屬性之中，從信息論和空間認知論出發，借助GIS場模型的建模優勢及其數字地形在構建、提取、分析和可視化表達方面的優勢，將其推廣至更為廣泛的空間場分析中，稱為數字場形分析。湯國安4 數字場形理論的創新與探索4.2 場形(Field-Form)應用分析城市設施熱點探測與結構分析4 數字場形理論的創新與探索4 數字場形理論的創新與探索4.2 場形(Field-Form)應用分析城市設施熱點探測與結構分析4 數字場形理論的創新與探索

17、4.3 場形(Field-Form)應用分析地名文化擴散建模4 數字場形理論的創新與探索4.3 場形(Field-Form)應用分析地名文化擴散建模4 數字場形理論的創新與探索4.4 場形(Field-Form)方法創新時空熱點探測4 數字場形理論的創新與探索4.4 場形(Field-Form)方法創新時空熱點探測當前內容1 空間數據模型思維2 時空建模模型的理解與應用3 時空交互方法的提出與構建4 數字場形理論的創新與探索5 新書與大學慕課推薦5 新書與大學慕課推薦地理信息系統原理新書推薦編著:湯國安 劉學軍 閭國年盛業華 王春 張海平主編:湯國安等包含：課件PPT配套實驗教程即將上線課程PPT，鏈接：https:/ 提取碼：cfne5 新書與大學慕課推薦地理信息系統實驗大學慕課推薦2019 ESRI 用戶大會-教育與科研論壇結束！Email: