空間統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件包

1、第第2121章章 空間統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件包空間統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件包匯報(bào)人：李慶君 本章概要1、空間統(tǒng)計(jì)軟件的必要性、空間統(tǒng)計(jì)軟件的必要性2、Meta建模的優(yōu)勢(shì)建模的優(yōu)勢(shì)3、幾款空間統(tǒng)計(jì)軟件介紹、幾款空間統(tǒng)計(jì)軟件介紹 1. 空間統(tǒng)計(jì)軟件的必要性空間統(tǒng)計(jì)軟件的必要性 由于空間信息分析理論較為復(fù)雜，對(duì)于一般科研人員而言掌握難度大、耗費(fèi)精力多。為此，世界各地的學(xué)者和研究機(jī)構(gòu)及一些軟件開發(fā)商已經(jīng)研制了眾多的空間分析軟件包，這些軟件包有的關(guān)注與某一類型的空間數(shù)據(jù)的分析，對(duì)空間數(shù)據(jù)分析在特定領(lǐng)域（如犯罪分析、公共衛(wèi)生研究）的應(yīng)用起到了極大的推動(dòng)作用；有些則試圖發(fā)展盡可能全面的空間分析功能，對(duì)空間分析理論和方法的研究和實(shí)踐具

2、有重要的意義。2. 空間分析軟件包的分類空間分析軟件包的分類 空間分析理論來(lái)源于地理學(xué)和地質(zhì)學(xué)。由于地理學(xué)和地質(zhì)學(xué)研究對(duì)象不同，所涉及的數(shù)據(jù)特點(diǎn)和分析方法不同，造成兩大流派在軟件功能、結(jié)構(gòu)、風(fēng)格上的不同。 源于地質(zhì)學(xué)的空間分析軟件包一般均以地統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為主要研究對(duì)象。其空間分析方法以Kriging為代表，相關(guān)的軟件也比較成熟，如GISlab等。 地理學(xué)者所關(guān)注的空間現(xiàn)象主要包括點(diǎn)數(shù)據(jù)和多邊形數(shù)據(jù)。他們研發(fā)的空間信息分析軟件包多以空間相關(guān)性和空間異質(zhì)性為其理論核心。3.3.幾款空間統(tǒng)計(jì)軟件應(yīng)用幾款空間統(tǒng)計(jì)軟件應(yīng)用3.1 GeoDa:空間統(tǒng)計(jì)分析軟件 GeoDa是一個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)柵格數(shù)據(jù)探求性空間數(shù)據(jù)分

3、析（ESDA）的軟件工具集合體的最新成果。它向用戶提供一個(gè)友好的和圖示的界面用以描述空間數(shù)據(jù)分析，比如自相關(guān)性統(tǒng)計(jì)和異常值指示等。 它基于動(dòng)態(tài)連接窗口技術(shù)，利用多張地圖和統(tǒng)計(jì)圖表來(lái)實(shí)現(xiàn)交互操作。3.1.1 有關(guān)GeoDa GeoDa主要支持的數(shù)據(jù)格式是ArcView的shape文件。當(dāng)將文件導(dǎo)入軟件后，用戶可以利用菜單里9個(gè)菜單項(xiàng)進(jìn)行各種分析。GeoDa軟件菜單欄的每項(xiàng)菜單都具有特定功能，其中最重要的菜單項(xiàng)在工具條內(nèi)都有相應(yīng)的圖標(biāo)與菜單欄。 Space菜單用來(lái)進(jìn)行度量數(shù)據(jù)空間自相關(guān)性等探索性空間數(shù)據(jù)分析，包括Moran散點(diǎn)圖及Morans I推斷、二元散點(diǎn)圖及Morans I推斷、發(fā)生率的Mo

4、ran散點(diǎn)圖，局域Morans 顯著性地圖。圖圖 GeoDa 載入亞特蘭大州數(shù)據(jù)截圖載入亞特蘭大州數(shù)據(jù)截圖圖圖 GeoDa 建立權(quán)重矩陣建立權(quán)重矩陣圖圖 GeoDa 以以FIPSNO為依賴變量進(jìn)行為依賴變量進(jìn)行Regression分析分析圖圖 Regression分析結(jié)果分析結(jié)果3.2 CrimeStat Crimestat軟件由美國(guó)Ned Levine博士主持開發(fā)，由美國(guó)National Institute of Justice等機(jī)構(gòu)資助。 CrimeStat軟件包括5個(gè)部分：數(shù)據(jù)設(shè)置、空間描述、空間模型、犯罪旅行需求、和選項(xiàng)設(shè)置。CrimeStat軟件輸入項(xiàng)為事件發(fā)生的地點(diǎn)，在數(shù)據(jù)設(shè)置中可

5、以指定主要文件、次要文件和參照文件等。 1.空間描述，空間描述，用于描述點(diǎn)的空間分布特征，主要的指標(biāo)包括平均中心、最近距離中心、標(biāo)準(zhǔn)偏移橢圓、Morans I、Moran相關(guān)圖、平均方向等。2.距離統(tǒng)計(jì)描述，距離統(tǒng)計(jì)描述，用于識(shí)別點(diǎn)空間分布是否具有聚集性，如最臨近分析、線性最臨近分析Ripley的K函數(shù)和距離矩陣演算等；3、熱點(diǎn)分析，、熱點(diǎn)分析，用于尋找點(diǎn)集中分布區(qū)域，包括層次鄰近分析、風(fēng)險(xiǎn)修正的層次鄰近分析、STAC、K均值和局域Morans I 統(tǒng)計(jì)等統(tǒng)計(jì)分析形式。3.2.1 CrimeStat空間分析的類別空間分析的類別3.2.2 CrimeStat空間分析的類別空間分析的類別 4.單變

6、量核密度估計(jì)，單變量核密度估計(jì)，通常生成密度表面或事件發(fā)生頻率的等值線； 5.雙變量核密度估計(jì)，雙變量核密度估計(jì)，通常為事件發(fā)生頻率與基準(zhǔn)水平的比較 6.時(shí)空分析，時(shí)空分析，分析點(diǎn)時(shí)空分布規(guī)律，包括計(jì)算Knox系數(shù)、Mantel系數(shù)，時(shí)空移動(dòng)平均數(shù)和關(guān)聯(lián)旅程分析等； 7.犯罪旅程分析，犯罪旅程分析，包括定標(biāo)、估計(jì)和繪制犯罪軌跡圖。CrimeStatCrimeStat案例一案例一 -利用CrimeStat計(jì)算計(jì)算NNI（最臨近距離統(tǒng)計(jì)）（最臨近距離統(tǒng)計(jì)）圖圖 CrimeStat中導(dǎo)入數(shù)據(jù)中導(dǎo)入數(shù)據(jù)圖圖 NNI為為0.81523 小于小于1 所以該區(qū)域呈聚集分布所以該區(qū)域呈聚集分布CrimeSta

7、tCrimeStat案例二案例二 -利用CrimeStat進(jìn)行進(jìn)行Ripleys K函數(shù)分析函數(shù)分析圖圖 CrimeStat進(jìn)行進(jìn)行Spatial description圖圖 Ripleys K函數(shù)分析結(jié)果展示函數(shù)分析結(jié)果展示3.2.3 犯罪旅行需求犯罪旅行需求 犯罪旅行需求犯罪旅行需求是是CrimeStat軟件獨(dú)有的專業(yè)特色功能，其軟件獨(dú)有的專業(yè)特色功能，其是旅行需求理論在犯罪分析中的應(yīng)用。是旅行需求理論在犯罪分析中的應(yīng)用。1.旅行發(fā)生器，包含獨(dú)立的旅行發(fā)生和旅行吸引力模型；2.旅行分布，用于計(jì)算觀測(cè)的旅行分布、模擬旅行分布、比較觀測(cè)的與預(yù)報(bào)的旅行距離的分布；3.模式劃分，根據(jù)不同的起源-

8、目的地組合，劃分五中不同旅行模式；4.網(wǎng)絡(luò)分配，估計(jì)可能的旅行線路，包括網(wǎng)絡(luò)段的總?cè)萘浚@個(gè)網(wǎng)絡(luò)可以使用除距離之外的旅行時(shí)間、旅行速度或旅行花費(fèi)來(lái)模擬。3.3 WinBUGS和和GeoBUGS WinBUGS是在BUGS基礎(chǔ)上開發(fā)面向?qū)ο蠼换ナ降腤indows軟件版本，BUGS軟件最初于1989年由位于英國(guó)劍橋的生物統(tǒng)計(jì)學(xué)研究所研制的。 WinBUGS可以方便地對(duì)許多常用和復(fù)雜模型（如層復(fù)雜模型（如層次模型、交叉設(shè)計(jì)模型、空間和事件次模型、交叉設(shè)計(jì)模型、空間和事件作為隨機(jī)效應(yīng)的一般線性混合模型、潛變量模型、脆弱模型，因變量的測(cè)量誤差，協(xié)變量、截尾數(shù)據(jù)）3.3.1 WinBUGS構(gòu)建模型構(gòu)建模型

9、 WinBUGS軟件中，構(gòu)建模型是進(jìn)行分析的最關(guān)鍵步驟。WinBUGS軟件采用一種混合文檔作為其文件格式。在一個(gè)混合文檔中，可以包括文字、表格、公式、圖表、圖形等眾多信息。模型同樣是混合文檔的一個(gè)部分，通過(guò)model這一關(guān)鍵字來(lái)區(qū)分。3.3.2 GeoBUGS簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介 GeoBUGS則是WinBUGS中一個(gè)特別的模塊，可以產(chǎn)生和管理空間鄰接矩陣、空間條件自回歸模型的計(jì)算，并為計(jì)算的結(jié)果提供圖形輸出功能。圖圖 GeoBUGS 界面界面- 圖片來(lái)自百度圖片3.4 SatScan：空間掃描軟件：空間掃描軟件 SatScan軟件是一款用空間、時(shí)間或時(shí)空掃描統(tǒng)計(jì)量分析空間、時(shí)間和時(shí)空數(shù)據(jù)的免費(fèi)軟件，其由

10、哈佛大學(xué)公共醫(yī)學(xué)院Martin Kulldorff博士開發(fā)。3.4.1 SatScan應(yīng)用應(yīng)用 SatScan軟件主要應(yīng)用于以下幾個(gè)方面： 1、實(shí)施疾病地理檢測(cè)，探測(cè)疾病在空間、時(shí)空分布上的聚類，并檢驗(yàn)它們是否具有統(tǒng)計(jì)顯著性。 2、檢驗(yàn)?zāi)撤N疾病在時(shí)間、空間、時(shí)空上是否服從隨機(jī)分布； 3、計(jì)算某種疾病聚類警報(bào)的統(tǒng)計(jì)顯著性； 4、為疾病爆發(fā)早起探測(cè)重復(fù)進(jìn)行定期疾病檢測(cè)等。3.4.2 SatScan數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 在利用SatScan軟件進(jìn)行空間分析時(shí)，通常需要根據(jù)病例數(shù)據(jù)的空間分布概率模型選擇輸入以下格式的數(shù)據(jù)：病例數(shù)據(jù)、對(duì)照人群數(shù)據(jù)、人口數(shù)據(jù)、坐標(biāo)數(shù)據(jù)、格網(wǎng)數(shù)據(jù)。這些文件都可以用記事本打開并編輯。除了

11、需要輸入數(shù)據(jù)以外，還需要設(shè)置研究時(shí)段、時(shí)間精度、坐標(biāo)類型和協(xié)變量等參數(shù)。 3.4.3 SatScan實(shí)例實(shí)例利用利用SaTScanSaTScan執(zhí)行泊松模型分析執(zhí)行泊松模型分析圖圖 在在SaTScan中打開泊松模型中打開泊松模型Session圖圖 執(zhí)行結(jié)果執(zhí)行結(jié)果圖圖 執(zhí)行結(jié)果執(zhí)行結(jié)果3.4.3 SatScan數(shù)據(jù)分析 SatScan軟件數(shù)據(jù)分析按照研究目的分為前瞻性分析和回顧性分析： 前瞻性分析：前瞻性分析：其結(jié)果具有一定預(yù)測(cè)性，只涉及事件和時(shí)空分析，如時(shí)空重排掃描統(tǒng)計(jì)量； 回顧性分析：回顧性分析：是對(duì)已經(jīng)發(fā)生的疾病數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，囊括了時(shí)間、空間和時(shí)空分析方法。 3.5 SSSI:空間抽樣與統(tǒng)計(jì)推斷軟件空間抽樣與統(tǒng)計(jì)推斷軟件 SSSI軟件是由中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與自愿研究所王勁峰主持開發(fā)的，是一種專業(yè)的空間抽樣和統(tǒng)計(jì)推斷軟件。該軟件是基于空間抽樣理論和超圖SuperMapViewer類庫(kù)開發(fā)的一個(gè)桌面軟件，主要面向進(jìn)行抽樣調(diào)查、統(tǒng)計(jì)推斷和空間數(shù)據(jù)分析的用戶。3.5.1 SSSI軟件應(yīng)用軟件應(yīng)用1、對(duì)計(jì)劃中的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)（農(nóng)業(yè)、人口、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境）計(jì)算最佳檢測(cè)或抽樣點(diǎn)分布和密度；2、對(duì)已形成的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)（氣象站）推薦最佳估值方