MATLAB在地理地图中的应用x

1、MATLAB在地理地图中的应用一、引言1、MATLAB是Math Work公司推出的一款功能十分强大的工程语言，也被称为矩阵实验室（matrix laboratory），它是计算数学专家倡导并开发的，其主要的功能是矩阵数值运算。MATLAB作为一个科学计算平台，为数据分析处理和可视化以及程序开发提供了最核心的数值处理和高级图形工具代码。MATLAB属于解释语言，软件自身可以处理海量数据。与其它程序设计语言相比，它的功能强大，可扩展性强，不同领域的专家都能以其为基础，开发形影的工具箱，形成开放式的利用体系。MATLAB中包括了被称作工具箱（Toolbox）的各类应用问题的求解工具。工具箱世纪上是

2、对MATLAB进行扩展应用的一系列MATLAB函数，可以用来求解各类学科的问题，包括信号处理、图像处理、小波分析，自动控制、系统仿真、神经网络等。此外，它还具有方便灵活、界面友好的用户环境，已成为准确、可靠的科学计算软件的标准。在地理信息处理方面，MATLAB的mapping工具箱同时支持对矢量和栅格地图的操作，具有地理量测、地图投影、显示等功能。2、Arc GIS是美国环境系统研究所（Environment System Research Institute，缩写ERSI）研制的GIS软件，是世界上应用最广泛的GIS软件之一，是我国GIS领域人尽皆知的商业软件。自1978年第一个ARC/IN

3、FO产品诞生以来，随着计算机技术的飞速发展以及GIS技术的不断成熟，1999年推出的Arc Info 8;2001年7月ERSI至GIS体系结构模式:，到现在已推出Arc GIS10.2，ERSI的GIS产品不断更新、扩展，形成适应各种用户、各种机型的系列产品。Arc GIS作为空间信息系统（SIS）的一种基础工具软件，其在数据采集，空间数据库建立、空间查询、制图与输出等方面具有强大的功能。制图最大的特点是基于已有的地理数据进行制图，跟着传统的制图方式有着极大的区别。传统的制图员方式没有任何的数据支撑，使用制图工具可以对地图图元进行随意的绘制和修改，能够灵活的修改地图的每个细节，但是地图生产过

4、程非常缓慢，也不适应做多个专题的地图生产。使用GIS平台进行制图，地图制图是建立已有的数据上，制图者只需要关注数据管饭和符号化规则就能够快速的完后曾地图的制作，但是由于是使用规则的符号化，故此，对于乌龟这的地图符号的表达需要耗费一定的时间。制图的难点：尽管已经拥有地理数据，然而对于地图制图来说，这只是最基本的一个环节。地理数据只是经过数字化后的一系列的带坐标的几何图形，本身不存在任何的符号，要把这些数字化图形转化为我们所能识别的地图，还需要进行所谓的“符号化”过程，也就是我们常说的配图。如果要进一步制图专题图，也许还需要对数据进行一系列的处理（如坐标转换、数据分割、要素聚合和简化、几何逻辑验证

5、、字段处理等）以及制作基于行业标准的地图符号库。这对于地图的生产者来说，在对于数据、行业符号标准以及所使用工具的熟悉程度都提出更高的要求。3、Mathematica 是一款科学计算软件，很好的结合了数值和符号计算引擎，图形系统，编程软件，文本系统和其他应用的高级连接。Mathematica是由美国科学家斯蒂芬·沃尔夫领导的沃尔夫勒姆研究公司开发的一款广泛使用的计算软件。它拥有强大的数值计算和符号运算能力。最初，Mathematica的影响主要限于物理学、工程学和数学领域。但是，随着时间的变化，mathematica在许多在重要的领域得到了广泛的应用。现在，它已经被应用于科学的各个领域

6、：物理、生物、社会学和其它领域。Wolfram Research 于2011年3月23日发布了Mathematica 8.0.1简体中文版。该版本增加了500多个新函数，功能涵盖更多应用领域，并拥有更友好更高质量的中文用户界面、中文参考资料中心及数以万计的中文互动实力，使中国用户学习和使用Mathematica更加方便快捷。以下给了一个用Mathematica绘图的例子：4、GMT（the Genertic Mapping tools）是一款准用于绘制地图的软件，也是一个被地理学届广泛使用的绘图工具，可以完成海岸线，国界，河流的绘制。该软件遵照GPL发布，并得到了美国国家科学基金会的资助。我们

7、通常所见到的地球物理或是地质中的绘制的有关地球的图片都是来自于它。这是一款非常强大的软件，可以用来绘制各种地理图。如地球剖切面，各类等高线图，海底地形图等等。GMT处理具有地理坐标和笛卡尔坐标的数据集（包括过滤、趋势拟合、网格化、投影等等）以及生产从简单的x-y坐标轴的平面图到人为描述的表面和3D视角图像。GMT支持30多种地图投影和转换以及需要支持的数据，如：GSHHHG海岸线，河流和界线。以下给出GMT做出的一个与地震有关的图像实例：绘制全球图：pscoast -JM25c -R0/360/-65/65 -B60/30 -W1/1p -N1/red -N2 -A500 -Gyellow -

8、Slightblue -Cblue > map.ps该图绘制了：u 海岸线，笔宽1p；u 国界线，笔宽默认0.25p；u 州界，默认画笔属性；u 陆地填充色黄色；u 海洋浅蓝色；u 内陆湖泊蓝色；小区域图：pscoast -JM12c -R250/300/30/60 -B5/5 -W1/1p -I1 -A0 -Gyellow -Slightblue -Cblue -Lf-70/33/33/1000+u > a.ps左右两图分别的位于区别是-A0和-A1000,右图显得更干净一些。5、交互式数据语言IDL（Interactive Data Language）一直是应用程序开发和科学家

9、进行可是话语分析的首选语言。它时进行科学数据分析、可视化表达和跨平台应用开发的高效软件。从简单、高效的交互式分析到大规模的商业应用，IDL集成了各种工程所需的可视化和分析工具。由于其强大的功能和独特的特点，IDL语言可应用于任何领域的三维数据可视化、数值计算、三维图像建模、科学数据读取等功能中，概括的说，在地球科学（包括气象、说文、海洋、土壤、地质、地下水等）、医学影像、图像处理、GIS系统，软件开发、搞笑啊教学、实验室、测试技术、天文、航空航天、信号处理、防御工程、数据统计分析、华宁工程领域，IDL语言都可以得到广泛而又深远的应用。IDL语言的可视化的优势：u 支持基于OpenGL的硬件加速

10、图形技术。u 快速的二维绘图、多位绘图、体积可视化、图像显示、动画、可以及时观察到计算的结果u 快速分析超大规模数据的能力，极大的提高了数据分析和数据可视化的速度，数据雨大，速度优势越明显。u 同时支持多种工作方式。“命令交互式”，“程序执行”和“菜单操作”，使不同的用户可以根据需要选择配合使用。以下给出IDL做图的实例： spdimg = image(wdspd,rgb_table=2,title=diplayname) grdx= axis('x',location=0,0,axis_range=0,360,coord_transform=0,0.25,minor=0,ma

11、jor=19) grdy= axis('y',location=0,0,axis_range=-90,90,coord_transform=-90,0.25,minor=0,major=7)二、MATLAB 绘制地图的方法和命令1、Mapping 工具箱是MATLAB提供的与地理信息系统密切相关的工具箱，为地理信息处理提供一个使用方便、功能强大的信息处理环境。它同时支持对向量和栅格地图进行分析和操作；大量的地图投影和显示函数允许用户选择最好的显示方式；使用外部接口函数用户可以方便地读取地理数据文件；图形用户窗口工具可以让用户通过交互，轻松完成地理信息处理。概括地说，Mappin

12、g工具箱具有如下几个主要的特点。1) 地理信息分析和操作。mapping 工具箱提供了大量的分析函数，支持对向量或者栅格地图的操作和分析。2) 多种地图投影方式。地图投影是地图显示的基础，MATLAB中的mapping工具箱提供的多种投影方式可以让用户根据自己的需要任意选择或者定制。3) 功能强大的地图显示。对于向量数据，mapping工具箱可以进行二维或三维的的高线绘制，地表绘制及光照表面绘制；同时还支持诸如向量场绘制、条形绘制等各种专题图绘制。4) ATLAS及其它地图数据。mapping工具箱本身带有群爱去及美国地一些向量或者栅格地图数据，地理数据的结构化表达简化了地图及atlas数据显

13、示、操作和提取。同时，对于较流行的地理数据文件格式，mapping工具箱提供了外部接口函数，通过接口函数，用户可以方便的读入这些文件数据。2、常用绘图函数axesm:创建地图坐标；格式：axesm(Property Name，Property Value，);plotm:投影二维直线到当前的地图坐标；格式：plotm(lat,lon);surfm:投影数据网格到当前的地图坐标系；格式：h=surfm(lat,lon,map)nanm：构造空矩阵；格式：map,maplegend=nanm(latlim,lonlim,scale);meshgrat：生成纬线和经线网格，将规格数据网格转会为地理网

14、格地位网格；格式：latgrat,longrat=meshgra(map,maplegend);imbed:把数据插入到规则的栅格矩阵中。格式：newmap=imbedm(lat，lon，value，map，maplegend，units)；其中，lat,lon可以是插入的具体的经纬度坐标，也可以是一个范围，value是插入的值，map，maplegend是未插入数据前的地图。contourm:绘制地图数据的等值线图；格式：contourm(lat,lon,Z);三、MATLAB应用实例MATLAB在地理学中，以及地球科学中的应用广泛。被大量的使用在了工程计算和地图显示和制作中。1、绘制全球海

15、岸线%载入数据，数据是世界海岸线图>> load coast%新建地图坐标轴，投影方式为Mercator投影>> axesm mercator%添加边框>> framen%绘制地图>> plotm(lat,long)结果如下图：2、绘制法国地图%新建一个地图坐标，其投影方式以及经纬度范围自动适应法国的区域>> h=worldmap('France');%读取相应的shapfile文件到工作空间中，landareas中是polygon类型的数据>> landareas=shaperead('landa

16、reas.shp','UseGeoCoords',true);%绘制地图>> geoshow(landareas,'FaceColor',1 1 .5); %以向量的形式 保存Eiffel Tower的位置>> TowerLat=48.85;>> TowerLon=2.28;%在地图上添加红点来指示Tower的位置，并标注它>> geoshow(TowerLat,TowerLon,'marker','.','MarkerEdgeColor','red&

17、#39;)>> textm(TowerLat,TowerLon+0.5,'Eiffel Tower');%读取河流数据>> rivers=shaperead('worldrivers','UseGeoCoords',true);%显示河流>> geoshow(rivers,'Color','blue')最后形成了如下的地图3、绘制全球地形图%导入栅格数据文件topo>> load topo topo%topo包括上高程数据，构造一个队地理参考topo的参考矩阵>> topoR=makerefmat('RasterSize',size(topo),'Latlim',-90 90,'Lonlim',0 360);%构造一个equal-area 投影坐标来观看地形数据>> axesm sinusoid%产生一个晕渲地形图>> geoshow(topo,topoR,'DisplayType','texturemap')%应用一个合适的地形图颜色映射>>