在地图上呈现数据：MATLAB绘图中的地理空间可视化

# 1. MATLAB绘图基础

MATLAB是一款强大的技术计算语言，它提供了丰富的绘图功能，可以用于创建各种类型的图表和图形。本章将介绍MATLAB绘图的基础知识，包括基本绘图命令、图形自定义和高级绘图技术。

### 1.1 基本绘图命令

MATLAB提供了各种基本绘图命令，用于创建不同类型的图表，包括：

plot(x, y) % 绘制折线图
bar(x, y) % 绘制条形图
hist(x) % 绘制直方图
scatter(x, y) % 绘制散点图

这些命令允许用户指定数据点并创建相应的图表。

# 2. 地理空间数据处理

### 2.1 地理空间数据的类型和格式

地理空间数据是指描述地球表面空间位置和属性的信息。它可以分为以下几种类型：

- **栅格数据：**将空间划分为规则的网格单元，每个单元包含一个值，表示该单元的属性（如温度、海拔）。
- **矢量数据：**使用点、线和面等几何形状来表示空间对象。
- **点云数据：**由大量三维点组成，表示物体或地形的形状。
- **影像数据：**由卫星或飞机拍摄的图像，可以提供空间信息的视觉表示。

地理空间数据通常存储在各种格式中，包括：

- **ESRI Shapefile：**一种广泛使用的矢量数据格式。
- **GeoJSON：**一种基于 JSON 的开放数据格式，用于表示地理空间数据。
- **GeoTIFF：**一种栅格数据格式，包含地理参考信息。
- **NetCDF：**一种用于存储科学数据的格式，也可以用于地理空间数据。

### 2.2 地理空间数据的投影和坐标系

地理空间数据必须投影到平面坐标系才能进行可视化和分析。投影是一种将地球曲面转换为平面的数学转换。常用的投影包括：

- **墨卡托投影：**一种等角投影，用于航海和地图绘制。
- **兰伯特正形投影：**一种正形投影，用于大面积区域的制图。
- **高斯-克吕格投影：**一种横轴等角投影，用于区域性制图。

坐标系定义了投影中使用的单位和方向。常见的坐标系包括：

- **地理坐标系：**使用经度和纬度来表示位置。
- **投影坐标系：**使用平面坐标（如米或英尺）来表示位置。

### 2.3 地理空间数据的获取和预处理

地理空间数据可以从各种来源获取，包括：

- **政府机构：**美国地质调查局（USGS）、国家海洋和大气管理局（NOAA）等。
- **商业数据提供商：**Esri、MapInfo 等。
- **开源社区：**OpenStreetMap、Natural Earth 等。

获取的数据通常需要进行预处理才能用于分析和可视化。预处理步骤包括：

- **数据转换：**将数据转换为所需的格式。
- **数据清洗：**删除或更正错误或不一致的数据。
- **数据合并：**将来自不同来源的数据合并在一起。
- **数据裁剪：**提取感兴趣区域的数据。

% 从 USGS 下载数据
url = 'https://viewer.nationalmap.gov/services/elevation/arcgis/rest/services/NED/Terrain/MapServer/WCSServer';
wcs_parameters = struct('request', 'GetCoverage', 'service', 'WCS', 'version', '2.0.1', 'coverage', 'Elevation', 'crs', 'EPSG:4326', 'width', 1000, 'height', 1000, 'bbox', [-118.5, 34.5, -117.5, 35.5]);
data = wcsread(url, wcs_parameters);

% 数据清洗
data(data < -1000) = NaN; % 移除无效值

% 数据裁剪
裁剪区域 = [-118.2, 34.8, -118, 35];
data_裁剪 = data(裁剪区域(3):裁剪区域(4), 裁剪区域(1):裁剪区域(2));

% 数据合并
data_合并 = [data_裁剪, data_裁剪]; % 将数据合并为两倍的宽度

# 3. MATLAB中的地理空间可视化

### 3.1 基本地图绘制

#### 3.1.1 地图投影和坐标系设置

在绘制地图之前，需要设置地图投影和坐标系，以确保地图的准确性和可读性。MATLAB提供了多种地图投影和坐标系，用户可以根据实际需要进行选择。

% 设置地图投影和坐标系
setm(gca, 'projection', 'mercator', 'latlim', [minLat, maxLat], 'lonlim', [minLon, maxLon]);

% 参数说明：
%   gca: 获取当前坐标轴句柄
%   projection: 设置地图投影，'mercator'表示墨卡托投影
%   latlim: 设置纬度范围
%   lonlim: 设置经度范围

#### 3.1.2 地理空间数据加载和显示

加载地理空间数据后，可以使用`geoshow`函数将其显示在地图上。该函数支持加载各种格式的地理空间数据，如Shapefile、KML、GeoJSON等。

% 加载Shapefile数据
data = shaperead('world_countries.shp');

% 显示国家边界
geoshow(data, 'FaceColor', 'none', 'EdgeColor', 'blue');

% 参数说明：
%   data: Shapefile数据结构
%   FaceColor: 设置面填充颜色，'none'表示不填充
%   EdgeColor: 设置边界颜色

### 3.2 地理空间数据叠加

#### 3.2.1 点、线、面