ArcGIS10空间统计工具介绍

1、ArcGIS 10 空间统计工具介绍Esri 中国（北京）有限公司2011 年 8 月本文档由Es中国（北京）有限公司客户与合作伙伴支持部撰写，由Es冲国（北京）有限公司对相关技术内容负责。未经本公司书面许可，任何单位和个人不得以任何形式摘抄、复制本文档的 部分或全部，并以任何形式传播。本文档版本依照以下原则进行（version x.yz）:x:文档结构变化，设计框架升级y： 具体内容更新，章节内容修正z:文字格式调整奇数为包含对上一版修改记录或批注的稿子，偶数为对上一版修改稿的定稿。版本修订记录版本日期作者描述1.02011.8.24本地化小组ArcGIS 的空间统计工具箱包含一系列用于分析

2、空间分布、 模式、 过程和关系的统计工具。尽管空间统计和非空间统计（传统的统计方法）在概念和目标方面可能存在相似性，但空间统计具有其固有 的独特性，因为它们是专门为处理地理数据而开发的。与传统的非 空间统计分析方法不同， 空间统计方法是将地理空间 （邻域、区域、 连通性和 / 或其他空间关系）直接融入到数学逻辑中。您可以使用空间统计工具箱中的工具对空间分布的显著特征进 行归纳（例如，确定平均中心或总体方向趋势） 、识别具有统计显著 性的空间聚集（热点 / 冷点）或空间异常值、评估总体的聚集或离散 模式，以及建立空间关系模型。空间统计工具箱包含以下工具集：（1）分析模式工具集，用于评估要素（或与

3、要素关联的值）的 空间模式：聚集？离散？随机？（2）实用工具工具集，用于执行面积计算、最小距离评估、变 量和几何的导出、空间权重文件的转换等；（3）度量地理分布工具集，用于判定中心在哪里？形状和方向 如何？要素离散态势？（4）渲染工具集，用于渲染分析结果；（ 5）空间关系建模工具集， 利用回归分析来建立数据关系模型， 以及构建空间权重矩阵；（6）聚类分布制图工具集，用于标识具有统计显著性的热点、 冷点或空间异常值借助空间统计，您可以完成以下任务：（ 1）汇总某一分布模式的关键特征；（2）标识具有统计显著性的空间聚集（热点 / 冷点）和空间异 常值；（ 3）评估总体的聚集或离散模式；（4）建模空

4、间关系。1、空间统计工具介绍1.1 分析模式（Analyzing Patterns）工具名用法概述多距离空间聚类分析(Ripleys K函数)Multi-Dista nee Spatial Cluster An alysis (Ripleys K Fu nctio n)判定要素或关联至要素的值在一定的距离范围内是否呈现出具有统计显著性的聚 集或离散。工具输出是一个包含以下字段的表：ExpectedK（ K期望值）、ObservedK（ K观测值） 和DiffK （K期望值和K观测值之差）。平均最近邻Average Nearest Neighbor根据每个要素与其最近邻要素之间的平均距离计算其最

5、近邻指数。 可从结果窗口访 问最终输出结果。最近邻指数是平均观测距离和平均期望距离之比。如果小于 1, 则要素呈现空间聚集模式；如果大于 1,则要素呈现空间离散模式或竞争模式。平均最近邻工具返回5个值：平均观测距离、平均期望距离、最近邻指数、z 得 分和p值。空间自相关(Moran I)Spatial Autocorrelati on (Mora n I)利用全局Moran's I统计量根据要素位置和属性值测量空间自相关性。可以从结果 窗口访问最终输出结果。空间自相关 工具返回5个值：Moran's I指数、期望指数、方差、z 得分及 p ，高/低聚类(Getis-Ord Ge

6、neral GHigh/Low Clusteri ng (Getis-Ord Ge neral G)利用Getis-Ord Ge neral G统计量度量咼值或低值的聚集程度。可从结果窗口访冋最 终输出结果。咼/低聚类工具返回5个值：Ge neral G观测值、Ge neral G期望值、方差、z 得分 及p值。1.2 工具(Utilities)工具名用法概述空间权重矩阵转换为表Co nvert Spatial Weights Matrix to Table将一进制空间权重矩阵文件 （.swm） 转换为表文件。要素属性导出至 ASCIIExport Feature Attribute to A

7、SCII将要素类坐标和属性值导出到一个以空格、逗号或分号分隔的ASCII文本文件中。收集事件Collect Eve nts将事件数据（如犯罪事件或疾病事件）转换为加权点数据。计算近邻点距离Calculate Dista nee Band from Neighbor Count返回一组要素与指定的 N个（N 为输入参数）最邻近点的最小、最大和平均距离。 可从结果窗口访冋最终输出结果。计算面积Calculate Areas计算面要素类中每个要素的面积值。1.3 度量地理分布(Measuring Geographic Distribution )工具名用法概述中位数中心Media n Ce nter

8、标识出距数据集中所有要素之间的总欧氏距离最小的要素位置点。中心要素Cen tral Feature标识出点、线或面要素类中位于最中央位置的要素。平均中心标识出一组要素的地理中心（或密度中心）。Mea n Ce nter方向分布(标准差椭圆)Directional Distributio n (Sta ndard Deviati on Ellipse)创建标准差椭圆以概括地理要素的空间特征：中心趋势、离散和方向趋势。标准距离Sta ndard Dista nee量测要素在几何平均中心周围的集中或分散程度。线性方向平均值Lin ear Directi onal Mean标识出一组线要素的平均方向、

9、长度和地理中心。1.4 渲染(Rendering)工具名用法概述Z得分渲染ZScore Ren deri ng对某一区域的z 得分应用从冷色（蓝色）到暖色（红色）的渲染方案。带渲染的热点分析Hot Spot An alysis with Ren deri ng计算热点分析的Getis-Ord Gi*统计量，然后对输出地Z得分应用'冷色到暖色” 的渲染类型带渲染的聚类/异常值分析Cluster/Outlie An alysis with Ren deri ng给疋一组加权要素，利用 Anselin提出的局部Moran's I统计量标识出热点、冷 点和空间异常值。然后，将由冷至热的

10、渲染方式应用于z得分结果。收集事件并渲染Collect Event with Ren deri ng首先将事件数据转换为加权点数据，然后使用分级圆圈对生成的计数字段进行渲 染。计数渲染Count Ren deri ng应用分级圆圈对要素类中的数值型字段进行渲染。1.5 空间关系建模(Modeling Spatial Relationship)工具名用法概述地理加权回归Geographically Weights Matrix执行地理加权回归（GWR）,这是一种用于建模空间变化关系的线性回归的局部形 式。普通最小二乘法Ordinary Least Squares执行全局普通最小二乘法（OLS线性

11、回归生成预测，或建模一个因变量与关联的 一组解释变量间的关系。可以从 结果窗口访问最终输出结果。生成空间权重矩阵Gen erate Spatial Weights Matrix构建一个空间权重矩阵 （.swm） 文件，以表示数据集中各要素间的空间关系。生成网络空间权重Gen erate Network Spatial Weights利用网络数据集构建一个空间权重矩阵文件 （.swm从而根据基础网络结构定义 要素间的空间关系。1.6 聚类分布制图(Mapping Clusters)工具名用法概述热点分析(Getis-Ord Gi*)Hot Spot Analysis(Getis-Ord Gi*)

12、给定一组加权要素，利用Getis-Ord Gi*统计量标识出具有统计显著性的热点和冷 点。聚类和异常值分析(Anselin LoceCluster and Outlier Analysis(Anselin Local Mora ns I)i l Moran I）给疋一组加权要素，利用Anselin提出的局部Moran's I统计量标识出具有统计显 著性的热点、冷点和空间异常值。2、空间统计工具应用示例2.1汇总某一分布模式的关键特征工具示例平均中心/中位数中心人口分布中心在哪里？如何随时间变化？中心要素待建的客户应用支持中心应定址在哪里？线性方向平均值冬季的主要风向是什么？ 如何确定本

13、地区断层线的走向？标准距离/方向分布（标准差椭圆）哪个犯罪团伙作案的地域范围最广？哪E种疾病的传播范围最大？ 根据动物的生活地，各物种的融合程度如何？方向分布（标准差椭圆）飞机残骸的方位？残骸集中分布在哪里？2.2标识具有统计显著性的聚集点工具示例热点分析/聚类或异常值分析富裕区和贫困区地过渡界限在哪里？ 哪里是生物多样性最高且栖息条件最好的地方？聚类或异常值分析在洛杉矶的哪些地方找到了异常的消费模式？热点分析哪里的糖尿病发病率非常高？ 哪些地方厨房火灾占住宅火灾的比率咼于预期？ 白天犯罪案件的发生与夜晚的犯罪案件的发生是否具有相同的空间模 式？避难场所应设置在哪里？2.3评估总体的聚集或离散

14、模式工具示例空间自相关/平均最近邻哪一类犯罪的空间聚集度最高？哪些植物物种的分布在整个研究区域中最为离散？空间自相关/高/低聚类富裕区和贫困区是否或多或少地出现空间上的隔离带？ 是否突然存在药品购买高峰区？随着时间推移，该疾病是固定在同一个地理位置，还是扩散到邻近的地 方？多距离空间聚类分析该疾病的空间模式是否反映出高危人群的空间模式？ 商业入室盗窃的空间模式是否偏离商业场所的空间模式？2.4建模空间关系工具示例普通最小二乘法/地理加权回归教育程度与收入之间是什么关系？这种关系在整个研究区域是否一致？ 破坏财产的仃为数与入室盗窃数之间是否存在明确的关系？ 患病几率是否会随着与水体要素的接近而增加？哪些关键的可变因素可以解释森林火灾频发的