chap1-空間分析緒論

空間分析（SpatialAnalysis）地理信息系統(tǒng)脫胎于計算機制圖

——陳述彭

§1-1前言地學領域地圖學計算機制圖技術地理信息系統(tǒng)計算機一、GIS的產生

§1-1前言

地理信息系統(tǒng)的目的不僅是為了繪圖，而主要是為了分析空間數據，提供空間決策支持信息?？臻g分析計算機制圖地理信息系統(tǒng)輸入

管理輸出二、GIS的核心地圖數字化空間數據結構自動繪圖空間分析？量測距離、方位、面積乃至戰(zhàn)術研究和戰(zhàn)略決策等§1-2空間分析的概念空間位置關系揭示了霍亂病的發(fā)病根源。因此空間分析是基于事物的空間特性的分析§1-2空間分析的概念在地圖上標注出每個霍亂病死者的住家位置布洛多斯托制圖六體（魏晉）地圖理論、模型（今天）墨卡托投影（16世紀）提高理解、解譯能力計算機制圖地理信息系統(tǒng)利用計算機分析地圖、獲取信息所謂空間分析，在現代GIS領域就是利用計算機分析地圖，獲取和傳輸空間信息?！?-2空間分析的概念空間分析著作：Haining(1990)《社會與環(huán)境科學中的空間數據分析》Unwin(1981)《空間分析入門》Ripley(1981)《空間統(tǒng)計學》Goodchild(1994)《GIS環(huán)境下的空間分析》郭仁忠（2000）《空間分析》張成才等（2004）GIS空間分析的理論與方法朱長青等（2005）空間分析的建模與原理王勁峰等（2006）空間分析Haining(2003)Spatialdataanalysis:theoryandpractice王勁峰（2010）空間數據分析教程§1-2空間分析的概念Unwin(1981)《空間分析入門》將空間分析局限于對點、線、面、曲面地圖要素的參數描述和圖形表示，部分地涉及統(tǒng)計分析內容和地圖分析的方法。Ripley(1981)《空間統(tǒng)計學》從統(tǒng)計學出發(fā)研究地理對象的空間分布與描述，統(tǒng)計學在空間分析中占有重要地位。Haining(1990)《社會與環(huán)境科學中的空間數據分析》：將空間分析分為三大部分，即統(tǒng)計分析、地圖分析、數學模型等。Goodchild《GIS環(huán)境下的空間分析》:將空間分析分為四大部分，即空間統(tǒng)計分析、空間相互作用、空間依賴、空間決策支持等?！?-2空間分析的概念郭仁忠（2000）《空間分析》將空間分析分為：空間位置，空間分布，空間形態(tài)，空間距離，空間方位、拓撲、相似和相關。張成才等（2004）《GIS空間分析的理論與方法》：闡述常用的空間分析方法、空間決策模型以及與DEM有關的空間分析理論和方法朱長青等（2005）《空間分析的建模與原理》：側重于空間分析的模型建立、方法和原理王勁峰（2006）《空間分析》：空間數據的統(tǒng)計分析、空間過程的動力學建模、空間運籌等

§1-2空間分析的概念一般的地理信息系統(tǒng)論著中，都有有關的空間分析方面的內容，但側重點不同。黃杏元等《地理信息系統(tǒng)概論》：數字地面模型分析、空間疊合分析、空間緩沖區(qū)分析、空間網絡分析、空間統(tǒng)計分析、空數據的集合分析和查詢。王家耀《空間信息系統(tǒng)原理》：網絡分析、緩沖區(qū)分析、疊置分析。§1-2空間分析的概念龔健雅《地理信息系統(tǒng)基礎》：疊置分析、緩沖區(qū)分析、網絡分析、三維空間分析、空間統(tǒng)計分析。

鄔倫等《地理信息系統(tǒng)----原理、方法和應用》：空間查詢與量算、空間變換、再分類、緩沖區(qū)分析、疊加分析、網絡分析、空間插值方法、空間統(tǒng)計分類分析。胡鵬等《地理信息系統(tǒng)概論》：空間分析是基于空間數據的分析技術，它是以地學原理為依托，通過分析算法，從空間數據中獲得有關地理對象的空間位置、空間分布、空間形態(tài)、空間形成、空間演變等信息?！?-2空間分析的概念Theprocessesofextracting

orcreatingnewinformationaboutasetofgeographicfeaturesandexaminingtherelationshipsbetweenthem.——GoodChildSpatialAnalysis:Defined...空間分析是基于地理對象的位置和形態(tài)特征的空間數據分析技術，目的是了解空間事物，從而提取和傳輸空間信息?！翱臻g分析是基于地理對象的空間布局的地理數據分析技術”

——RobertHaining§1-2空間分析的概念

空間信息應該成為空間分析理論和方法的結構框架?？臻g分析空間位置空間形態(tài)空間關系空間質量空間關聯空間趨勢空間信息空間運動以空間信息作為框架來構造空間分析的體系，必須考慮不同信息之間的空間聯系?？臻g分布空間對比§1-3空間分析的內容空間分析空間位置空間分布空間形態(tài)空間距離空間方位空間相似空間相關

空間分析空間分析框架應該基于空間信息的綜合空間拓撲空間關系與關聯§1-3空間分析的內容一、空間位置EarthisroundPaperisflat§1-3空間分析的內容_位置借助于空間坐標系來傳遞空間物體的個體定位信息。內容：地圖投影與變換。§1-3空間分析的內容_位置二、空間分布反映了同類空間事物的群體定位信息。了解分布情況，感受基本趨勢，反映密度對比§1-3空間分析的內容_分布三、空間形態(tài)空間物體的幾何特征，一些特征易于被視覺感受，如走向、連通性等，另一些特征則必須用數值來描述，如面積、周長、坡度。周長面積大興安嶺太行山脈巫山雪峰山§1-3空間分析的內容_形態(tài)1、空間物體的形態(tài)計算主要就物體的幾何特征進行描述。(結構線)2、空間物體的形態(tài)表示主要指空間物體的數值表示。如曲線與曲面的插值與擬合。Ll彎曲度S=L/lf(x,y)f(x,y)插值擬合§1-3空間分析的內容_形態(tài)§1-3空間分析的內容_形態(tài)原始等高線圖主要谷底線與山脊線返回四、空間距離描述兩個實體或事物之間的遠近或親疏程度。歐氏距離：均質的度量空間中兩點的直線距離球面距離：經過兩點的大圓在這兩點間的弧線長度最短路徑：網絡上兩點的距離歐氏距離球面距離最短路徑P2P2P1P2P1§1-3空間分析的內容_距離五、空間方位、拓撲、相似及相關方位關系描述兩個物體之間位置關系的另一種度量，常以角度來表示。方位關系又稱為方向關系、延伸關系，它定義了地物對象之間的方位。

§1-3空間分析的內容_方位拓撲關系不考慮度量和方向的空間物體之間的結構關系，包含拓撲鄰接、關聯、包含關系。點—點點—線住宅學校海岸線碼頭學校和住宅接近嗎？碼頭在海岸線上嗎？線—面河流在區(qū)域內嗎？§1-3空間分析的內容_拓撲相似關系一是指空間物體形態(tài)上的相似?！?-3空間分析的內容_相似相似關系二是指空間物體結構上的相似?！?-3空間分析的內容_相似棋盤狀道路網相關關系：變量之間存在的影響關系。如降水與地表徑流，河流上下游的流量，風力風向與沙丘形狀，居民地和道路網的分布?！?-3空間分析的內容_相關風信息系統(tǒng)（IS)非空間信息系統(tǒng)空間信息系統(tǒng)（SIS）管理信息系統(tǒng)非地理信息系統(tǒng)CAD/CAM地理信息系統(tǒng)（GIS）區(qū)域信息系統(tǒng)（GIS）城市GIS一、地理信息系統(tǒng)與空間信息系統(tǒng)§1－4空間分析與GIS（地理區(qū)域內的地理現象）（非地理區(qū)域）第一章緒論二、地理信息系統(tǒng)與空間數據庫地理數據庫完備的數據管理功能地理信息系統(tǒng)智能化的地理信息系統(tǒng)完備的空間分析功能實際應用模型第一章緒論§1－4空間分析與GIS緩沖區(qū)分析疊加分析空間查詢網絡分析地形分析。。。數據采集與輸入數據編輯與更新數據存儲與管理空間查詢與分析數據顯示與輸出GIS第一章緒論§1－4空間分析與GIS由于空間分析對空間信息（特別是隱含信息）的提取和傳輸功能，它已成為地理信息系統(tǒng)區(qū)別于其他信息系統(tǒng)的主要功能特征，也成為評價一個地理信息系統(tǒng)功能強弱的主要指標之一?？臻g分析是各類綜合性地學分析模型的基礎，為人們建立復雜的空間應用模型提供了基本工具?？臻g分析與各種其他數據分析方法比較，其獨特性體現在：§1-5空間分析特點1.空間數據中普遍存在的空間相關性使其與經典統(tǒng)計學經常要求的樣本獨立性前提相悖，直接造成使用經典統(tǒng)計學分析空間數據得到的結論是有偏的和非最優(yōu)的。2.空間數據一般具有不可重復性，觀察到的數據只是空間過程的一次實現，這與物理、化學、生物等可實驗科學不同，因此，必須在一定的假設條件下，空間數據才是可統(tǒng)計?！?-5空間分析特點3.考慮數據的空間維使其信息量更加豐富和細致，空間分析擅長于描述和揭示這些數據中所蘊涵的獨特的空間信息、關系、格局和過程。4.空間分析技術是完成某些任務的唯一手段，例如，地形分析、地圖使用和基于位置的服務(LBS)，雖然這些方法古已有之，但是在現代地理信息系統(tǒng)(GIS)的支持下，可以定量化、自動化和智能化。5.一些表面現象的背后以空間格局為其發(fā)生機理，

§1-5空間分析特點6.空間是事物存在和人文與自然交互的界面，因此空間成為多源信息的索引項及人地關系界面。7.空間維增加了運籌和干預的搜索空間，有更多選擇，使系統(tǒng)調控更加優(yōu)化。8.空間維與其他維的相互作用與轉化：當前的空間格局是其隨后演化的邊界條件，過程演化進程的空間不平衡可以被用來以空間反演時間演化，以時間演化樹推斷空間狀態(tài)?！?-6空間分析目的及方法空間分析是指用于分析地理事件的一系列技術,其分析結果依賴于事件的空間分布,面向最終用戶。其目的是:①有效地獲取、科學地描述和認知空間數據,如繪制風險圖;②理解和解釋生成觀察地理圖案的背景過程,如住房價格中的地理鄰居效應;③預報,如傳染病爆發(fā);④調控在地理空間上發(fā)生的事件,如合理分配資源?！?-6空間分析目的及方法空間分析的方法主要有:①對地圖的空間分析技術,如GIS中的緩沖區(qū)、疊加分析,以及新近陳述彭院士提出的地學圖譜方法;（空間對象）②空間動力學分析,有水文模型、空間價格競爭模型、空間擇位模型等;（過程和機理）③基于地理信息的空間分析,或稱空間信息分析。（屬性度量，用統(tǒng)計學方法）§1-7空間分析對象不同類型的空間數據需要使用不同的分析理論主體的空間形態(tài)可表現為點、線、片和面過程。主體的屬性表現為不同類型的信息:命名或類型、序、間隔、比例信息?！?-7空間分析對象空間信息的特殊性：（1）空間信息是特殊類型的信息?？臻g信息包括兩類:定位信息,如采樣點、交通線、人口統(tǒng)計單元等點、線、多邊形空間位置信息;和具有空間定位的屬性信息，稱作GIS數據,如有空間定位的社會經濟特征值等的標量信息和信息流、人流、物流、資金流等的空間矢量流信息。(2)空間信息之間的特殊關系。包括空間自相關,即一個空間單元內的信息與其周圍單元信息有相似性;空間單元的連通性;和屬性各階矩的空間非均勻性或非靜態(tài)性。(3)特殊的處理技術。包括:點格局分析、定位—屬性分析及相互關系分析。由于樣本數據的依賴性和數據的多維性使得難以直接使用經典統(tǒng)計方法和時間序列分析,否則結論是不可靠的或者根本難以獲得?！?-8空間分析新體系§1-8空間分析新體系§1-9空間分析基礎理論