chap1-空間分析緒論

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

——陳述彭

§1-1前言地學(xué)領(lǐng)域地圖學(xué)計(jì)算機(jī)制圖技術(shù)地理信息系統(tǒng)計(jì)算機(jī)一、GIS的產(chǎn)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(shù)據(jù)，提供空間決策支持信息。空間分析計(jì)算機(jī)制圖地理信息系統(tǒng)輸入

管理輸出二、GIS的核心地圖數(shù)字化空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)自動(dòng)繪圖空間分析？量測(cè)距離、方位、面積乃至戰(zhàn)術(shù)研究和戰(zhàn)略決策等§1-2空間分析的概念空間位置關(guān)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(biāo)注出每個(gè)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(jì)）提高理解、解譯能力計(jì)算機(jī)制圖地理信息系統(tǒng)利用計(jì)算機(jī)分析地圖、獲取信息所謂空間分析，在現(xiàn)代GIS領(lǐng)域就是利用計(jì)算機(jī)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(huì)與環(huán)境科學(xué)中的空間數(shù)據(jù)分析》Unwin(1981)《空間分析入門》Ripley(1981)《空間統(tǒng)計(jì)學(xué)》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(zhǎng)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(shù)據(jù)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(duì)點(diǎn)、線、面、曲面地圖要素的參數(shù)描述和圖形表示，部分地涉及統(tǒng)計(jì)分析內(nèi)容和地圖分析的方法。Ripley(1981)《空間統(tǒng)計(jì)學(xué)》從統(tǒng)計(jì)學(xué)出發(fā)研究地理對(duì)象的空間分布與描述，統(tǒng)計(jì)學(xué)在空間分析中占有重要地位。Haining(1990)《社會(huì)與環(huán)境科學(xué)中的空間數(shù)據(jù)分析》：將空間分析分為三大部分，即統(tǒng)計(jì)分析、地圖分析、數(shù)學(xué)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(jì)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?fù)洹⑾嗨坪拖嚓P(guān)。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(guān)的空間分析理論和方法朱長(zhǎng)青等（2005）《空間分析的建模與原理》：側(cè)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(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析、空間過(guò)程的動(dòng)力學(xué)建模、空間運(yùn)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(guān)的空間分析方面的內(nèi)容，但側(cè)重點(diǎn)不同。黃杏元等《地理信息系統(tǒng)概論》：數(shù)字地面模型分析、空間疊合分析、空間緩沖區(qū)分析、空間網(wǎng)絡(luò)分析、空間統(tǒng)計(jì)分析、空數(shù)據(jù)的集合分析和查詢。王家耀《空間信息系統(tǒng)原理》：網(wǎng)絡(luò)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(chǔ)》：疊置分析、緩沖區(qū)分析、網(wǎng)絡(luò)分析、三維空間分析、空間統(tǒng)計(jì)分析。

鄔倫等《地理信息系統(tǒng)----原理、方法和應(yīng)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(wǎng)絡(luò)分析、空間插值方法、空間統(tǒng)計(jì)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(shù)據(jù)的分析技術(shù)，它是以地學(xué)原理為依托，通過(guò)分析算法，從空間數(shù)據(jù)中獲得有關(guān)地理對(duì)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(duì)象的位置和形態(tài)特征的空間數(shù)據(jù)分析技術(shù)，目的是了解空間事物，從而提取和傳輸空間信息。“空間分析是基于地理對(duì)象的空間布局的地理數(shù)據(jù)分析技術(shù)”

——RobertHaining§1-2空間分析的概念

空間信息應(yīng)該成為空間分析理論和方法的結(jié)構(gòu)框架。空間分析空間位置空間形態(tài)空間關(guān)系空間質(zhì)量空間關(guān)聯(lián)空間趨勢(shì)空間信息空間運(yùn)動(dòng)以空間信息作為框架來(lái)構(gòu)造空間分析的體系，必須考慮不同信息之間的空間聯(lián)系?？臻g分布空間對(duì)比§1-3空間分析的內(nèi)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(guān)

空間分析空間分析框架應(yīng)該基于空間信息的綜合空間拓?fù)淇臻g關(guān)系與關(guān)聯(lián)§1-3空間分析的內(nèi)容一、空間位置EarthisroundPaperisflat§1-3空間分析的內(nèi)容_位置借助于空間坐標(biāo)系來(lái)傳遞空間物體的個(gè)體定位信息。內(nèi)容：地圖投影與變換?！?-3空間分析的內(nèi)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(shì)，反映密度對(duì)比§1-3空間分析的內(nèi)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(jué)感受，如走向、連通性等，另一些特征則必須用數(shù)值來(lái)描述，如面積、周長(zhǎng)、坡度。周長(zhǎng)面積大興安嶺太行山脈巫山雪峰山§1-3空間分析的內(nèi)容_形態(tài)1、空間物體的形態(tài)計(jì)算主要就物體的幾何特征進(jìn)行描述。(結(jié)構(gòu)線)2、空間物體的形態(tài)表示主要指空間物體的數(shù)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(nèi)容_形態(tài)§1-3空間分析的內(nèi)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(gè)實(shí)體或事物之間的遠(yuǎn)近或親疏程度。歐氏距離：均質(zhì)的度量空間中兩點(diǎn)的直線距離球面距離：經(jīng)過(guò)兩點(diǎn)的大圓在這兩點(diǎn)間的弧線長(zhǎng)度最短路徑：網(wǎng)絡(luò)上兩點(diǎn)的距離歐氏距離球面距離最短路徑P2P2P1P2P1§1-3空間分析的內(nèi)容_距離五、空間方位、拓?fù)?、相似及相關(guān)方位關(guān)系描述兩個(gè)物體之間位置關(guān)系的另一種度量，常以角度來(lái)表示。方位關(guān)系又稱為方向關(guān)系、延伸關(guān)系，它定義了地物對(duì)象之間的方位。

§1-3空間分析的內(nèi)容_方位拓?fù)潢P(guān)系不考慮度量和方向的空間物體之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系，包含拓?fù)溧徑印㈥P(guān)聯(lián)、包含關(guān)系。點(diǎn)—點(diǎn)點(diǎn)—線住宅學(xué)校海岸線碼頭學(xué)校和住宅接近嗎？碼頭在海岸線上嗎？線—面河流在區(qū)域內(nèi)嗎？§1-3空間分析的內(nèi)容_拓?fù)湎嗨脐P(guān)系一是指空間物體形態(tài)上的相似?！?-3空間分析的內(nèi)容_相似相似關(guān)系二是指空間物體結(jié)構(gòu)上的相似?！?-3空間分析的內(nèi)容_相似棋盤(pán)狀道路網(wǎng)相關(guān)關(guān)系：變量之間存在的影響關(guān)系。如降水與地表徑流，河流上下游的流量，風(fēng)力風(fēng)向與沙丘形狀，居民地和道路網(wǎng)的分布?！?-3空間分析的內(nèi)容_相關(guān)風(fēng)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(nèi)的地理現(xiàn)象）（非地理區(qū)域）第一章緒論二、地理信息系統(tǒng)與空間數(shù)據(jù)庫(kù)地理數(shù)據(jù)庫(kù)完備的數(shù)據(jù)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(shí)際應(yīng)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(wǎng)絡(luò)分析地形分析。。。數(shù)據(jù)采集與輸入數(shù)據(jù)編輯與更新數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理空間查詢與分析數(shù)據(jù)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(duì)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(píng)價(jià)一個(gè)地理信息系統(tǒng)功能強(qiáng)弱的主要指標(biāo)之一?？臻g分析是各類綜合性地學(xué)分析模型的基礎(chǔ)，為人們建立復(fù)雜的空間應(yīng)用模型提供了基本工具?？臻g分析與各種其他數(shù)據(jù)分析方法比較，其獨(dú)特性體現(xiàn)在：§1-5空間分析特點(diǎn)1.空間數(shù)據(jù)中普遍存在的空間相關(guān)性使其與經(jīng)典統(tǒng)計(jì)學(xué)經(jīng)常要求的樣本獨(dú)立性前提相悖，直接造成使用經(jīng)典統(tǒng)計(jì)學(xué)分析空間數(shù)據(jù)得到的結(jié)論是有偏的和非最優(yōu)的。2.空間數(shù)據(jù)一般具有不可重復(fù)性，觀察到的數(shù)據(jù)只是空間過(guò)程的一次實(shí)現(xiàn)，這與物理、化學(xué)、生物等可實(shí)驗(yàn)科學(xué)不同，因此，必須在一定的假設(shè)條件下，空間數(shù)據(jù)才是可統(tǒng)計(jì)。§1-5空間分析特點(diǎn)3.考慮數(shù)據(jù)的空間維使其信息量更加豐富和細(xì)致，空間分析擅長(zhǎng)于描述和揭示這些數(shù)據(jù)中所蘊(yùn)涵的獨(dú)特的空間信息、關(guān)系、格局和過(guò)程。4.空間分析技術(shù)是完成某些任務(wù)的唯一手段，例如，地形分析、地圖使用和基于位置的服務(wù)(LBS)，雖然這些方法古已有之，但是在現(xiàn)代地理信息系統(tǒng)(GIS)的支持下，可以定量化、自動(dòng)化和智能化。5.一些表面現(xiàn)象的背后以空間格局為其發(fā)生機(jī)理，

§1-5空間分析特點(diǎn)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(xiàng)及人地關(guān)系界面。7.空間維增加了運(yùn)籌和干預(yù)的搜索空間，有更多選擇，使系統(tǒng)調(diào)控更加優(yōu)化。8.空間維與其他維的相互作用與轉(zhuǎn)化：當(dāng)前的空間格局是其隨后演化的邊界條件，過(guò)程演化進(jìn)程的空間不平衡可以被用來(lái)以空間反演時(shí)間演化，以時(shí)間演化樹(shù)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(shù),其分析結(jié)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(xué)地描述和認(rèn)知空間數(shù)據(jù),如繪制風(fēng)險(xiǎn)圖;②理解和解釋生成觀察地理圖案的背景過(guò)程,如住房?jī)r(jià)格中的地理鄰居效應(yīng);③預(yù)報(bào),如傳染病爆發(fā);④調(diào)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(duì)地圖的空間分析技術(shù),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(xué)圖譜方法;（空間對(duì)象）②空間動(dòng)力學(xué)分析,有水文模型、空間價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)模型、空間擇位模型等;（過(guò)程和機(jī)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(jì)學(xué)方法）§1-7空間分析對(duì)象不同類型的空間數(shù)據(jù)需要使用不同的分析理論主體的空間形態(tài)可表現(xiàn)為點(diǎn)、線、片和面過(guò)程。主體的屬性表現(xiàn)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(duì)象空間信息的特殊性：（1）空間信息是特殊類型的信息。空間信息包括兩類:定位信息,如采樣點(diǎn)、交通線、人口統(tǒng)計(jì)單元等點(diǎn)、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(shù)據(jù),如有空間定位的社會(huì)經(jīng)濟(jì)特征值等的標(biāo)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(guān)系。包括空間自相關(guān),即一個(gè)空間單元內(nèi)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(shù)。包括:點(diǎn)格局分析、定位—屬性分析及相互關(guān)系分析。由于樣本數(shù)據(jù)的依賴性和數(shù)據(jù)的多維性使得難以直接使用經(jīng)典統(tǒng)計(jì)方法和時(shí)間序列分析,否則結(jié)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(chǔ)理論