chap1-空间分析绪论

空间分析（SpatialAnalysis）地理信息系统脱胎于计算机制图

——陈述彭

§1-1前言地学领域地图学计算机制图技术地理信息系统计算机一、GIS的产生

§1-1前言

地理信息系统的目的不仅是为了绘图，而主要是为了分析空间数据，提供空间决策支持信息。空间分析计算机制图地理信息系统输入

管理输出二、GIS的核心地图数字化空间数据结构自动绘图空间分析？量测距离、方位、面积乃至战术研究和战略决策等§1-2空间分析的概念空间位置关系揭示了霍乱病的发病根源。因此空间分析是基于事物的空间特性的分析§1-2空间分析的概念在地图上标注出每个霍乱病死者的住家位置布洛多斯托制图六体（魏晋）地图理论、模型（今天）墨卡托投影（16世纪）提高理解、解译能力计算机制图地理信息系统利用计算机分析地图、获取信息所谓空间分析，在现代GIS领域就是利用计算机分析地图，获取和传输空间信息。§1-2空间分析的概念空间分析著作：Haining(1990)《社会与环境科学中的空间数据分析》Unwin(1981)《空间分析入门》Ripley(1981)《空间统计学》Goodchild(1994)《GIS环境下的空间分析》郭仁忠（2000）《空间分析》张成才等（2004）GIS空间分析的理论与方法朱长青等（2005）空间分析的建模与原理王劲峰等（2006）空间分析Haining(2003)Spatialdataanalysis:theoryandpractice王劲峰（2010）空间数据分析教程§1-2空间分析的概念Unwin(1981)《空间分析入门》将空间分析局限于对点、线、面、曲面地图要素的参数描述和图形表示，部分地涉及统计分析内容和地图分析的方法。Ripley(1981)《空间统计学》从统计学出发研究地理对象的空间分布与描述，统计学在空间分析中占有重要地位。Haining(1990)《社会与环境科学中的空间数据分析》：将空间分析分为三大部分，即统计分析、地图分析、数学模型等。Goodchild《GIS环境下的空间分析》:将空间分析分为四大部分，即空间统计分析、空间相互作用、空间依赖、空间决策支持等。§1-2空间分析的概念郭仁忠（2000）《空间分析》将空间分析分为：空间位置，空间分布，空间形态，空间距离，空间方位、拓扑、相似和相关。张成才等（2004）《GIS空间分析的理论与方法》：阐述常用的空间分析方法、空间决策模型以及与DEM有关的空间分析理论和方法朱长青等（2005）《空间分析的建模与原理》：侧重于空间分析的模型建立、方法和原理王劲峰（2006）《空间分析》：空间数据的统计分析、空间过程的动力学建模、空间运筹等

§1-2空间分析的概念一般的地理信息系统论著中，都有有关的空间分析方面的内容，但侧重点不同。黄杏元等《地理信息系统概论》：数字地面模型分析、空间叠合分析、空间缓冲区分析、空间网络分析、空间统计分析、空数据的集合分析和查询。王家耀《空间信息系统原理》：网络分析、缓冲区分析、叠置分析。§1-2空间分析的概念龚健雅《地理信息系统基础》：叠置分析、缓冲区分析、网络分析、三维空间分析、空间统计分析。

邬伦等《地理信息系统----原理、方法和应用》：空间查询与量算、空间变换、再分类、缓冲区分析、叠加分析、网络分析、空间插值方法、空间统计分类分析。胡鹏等《地理信息系统概论》：空间分析是基于空间数据的分析技术，它是以地学原理为依托，通过分析算法，从空间数据中获得有关地理对象的空间位置、空间分布、空间形态、空间形成、空间演变等信息。§1-2空间分析的概念Theprocessesofextracting

orcreatingnewinformationaboutasetofgeographicfeaturesandexaminingtherelationshipsbetweenthem.——GoodChildSpatialAnalysis:Defined...空间分析是基于地理对象的位置和形态特征的空间数据分析技术，目的是了解空间事物，从而提取和传输空间信息。“空间分析是基于地理对象的空间布局的地理数据分析技术”

——RobertHaining§1-2空间分析的概念

空间信息应该成为空间分析理论和方法的结构框架。空间分析空间位置空间形态空间关系空间质量空间关联空间趋势空间信息空间运动以空间信息作为框架来构造空间分析的体系，必须考虑不同信息之间的空间联系。空间分布空间对比§1-3空间分析的内容空间分析空间位置空间分布空间形态空间距离空间方位空间相似空间相关

空间分析空间分析框架应该基于空间信息的综合空间拓扑空间关系与关联§1-3空间分析的内容一、空间位置EarthisroundPaperisflat§1-3空间分析的内容_位置借助于空间坐标系来传递空间物体的个体定位信息。内容：地图投影与变换。§1-3空间分析的内容_位置二、空间分布反映了同类空间事物的群体定位信息。了解分布情况，感受基本趋势，反映密度对比§1-3空间分析的内容_分布三、空间形态空间物体的几何特征，一些特征易于被视觉感受，如走向、连通性等，另一些特征则必须用数值来描述，如面积、周长、坡度。周长面积大兴安岭太行山脉巫山雪峰山§1-3空间分析的内容_形态1、空间物体的形态计算主要就物体的几何特征进行描述。(结构线)2、空间物体的形态表示主要指空间物体的数值表示。如曲线与曲面的插值与拟合。Ll弯曲度S=L/lf(x,y)f(x,y)插值拟合§1-3空间分析的内容_形态§1-3空间分析的内容_形态原始等高线图主要谷底线与山脊线返回四、空间距离描述两个实体或事物之间的远近或亲疏程度。欧氏距离：均质的度量空间中两点的直线距离球面距离：经过两点的大圆在这两点间的弧线长度最短路径：网络上两点的距离欧氏距离球面距离最短路径P2P2P1P2P1§1-3空间分析的内容_距离五、空间方位、拓扑、相似及相关方位关系描述两个物体之间位置关系的另一种度量，常以角度来表示。方位关系又称为方向关系、延伸关系，它定义了地物对象之间的方位。

§1-3空间分析的内容_方位拓扑关系不考虑度量和方向的空间物体之间的结构关系，包含拓扑邻接、关联、包含关系。点—点点—线住宅学校海岸线码头学校和住宅接近吗？码头在海岸线上吗？线—面河流在区域内吗？§1-3空间分析的内容_拓扑相似关系一是指空间物体形态上的相似。§1-3空间分析的内容_相似相似关系二是指空间物体结构上的相似。§1-3空间分析的内容_相似棋盘状道路网相关关系：变量之间存在的影响关系。如降水与地表径流，河流上下游的流量，风力风向与沙丘形状，居民地和道路网的分布。§1-3空间分析的内容_相关风信息系统（IS)非空间信息系统空间信息系统（SIS）管理信息系统非地理信息系统CAD/CAM地理信息系统（GIS）区域信息系统（GIS）城市GIS一、地理信息系统与空间信息系统§1－4空间分析与GIS（地理区域内的地理现象）（非地理区域）第一章绪论二、地理信息系统与空间数据库地理数据库完备的数据管理功能地理信息系统智能化的地理信息系统完备的空间分析功能实际应用模型第一章绪论§1－4空间分析与GIS缓冲区分析叠加分析空间查询网络分析地形分析。。。数据采集与输入数据编辑与更新数据存储与管理空间查询与分析数据显示与输出GIS第一章绪论§1－4空间分析与GIS由于空间分析对空间信息（特别是隐含信息）的提取和传输功能，它已成为地理信息系统区别于其他信息系统的主要功能特征，也成为评价一个地理信息系统功能强弱的主要指标之一。空间分析是各类综合性地学分析模型的基础，为人们建立复杂的空间应用模型提供了基本工具。空间分析与各种其他数据分析方法比较，其独特性体现在：§1-5空间分析特点1.空间数据中普遍存在的空间相关性使其与经典统计学经常要求的样本独立性前提相悖，直接造成使用经典统计学分析空间数据得到的结论是有偏的和非最优的。2.空间数据一般具有不可重复性，观察到的数据只是空间过程的一次实现，这与物理、化学、生物等可实验科学不同，因此，必须在一定的假设条件下，空间数据才是可统计。§1-5空间分析特点3.考虑数据的空间维使其信息量更加丰富和细致，空间分析擅长于描述和揭示这些数据中所蕴涵的独特的空间信息、关系、格局和过程。4.空间分析技术是完成某些任务的唯一手段，例如，地形分析、地图使用和基于位置的服务(LBS)，虽然这些方法古已有之，但是在现代地理信息系统(GIS)的支持下，可以定量化、自动化和智能化。5.一些表面现象的背后以空间格局为其发生机理，

§1-5空间分析特点6.空间是事物存在和人文与自然交互的界面，因此空间成为多源信息的索引项及人地关系界面。7.空间维增加了运筹和干预的搜索空间，有更多选择，使系统调控更加优化。8.空间维与其他维的相互作用与转化：当前的空间格局是其随后演化的边界条件，过程演化进程的空间不平衡可以被用来以空间反演时间演化，以时间演化树推断空间状态。§1-6空间分析目的及方法空间分析是指用于分析地理事件的一系列技术,其分析结果依赖于事件的空间分布,面向最终用户。其目的是:①有效地获取、科学地描述和认知空间数据,如绘制风险图;②理解和解释生成观察地理图案的背景过程,如住房价格中的地理邻居效应;③预报,如传染病爆发;④调控在地理空间上发生的事件,如合理分配资源。§1-6空间分析目的及方法空间分析的方法主要有:①对地图的空间分析技术,如GIS中的缓冲区、叠加分析,以及新近陈述彭院士提出的地学图谱方法;（空间对象）②空间动力学分析,有水文模型、空间价格竞争模型、空间择位模型等;（过程和机理）③基于地理信息的空间分析,或称空间信息分析。（属性度量，用统计学方法）§1-7空间分析对象不同类型的空间数据需要使用不同的分析理论主体的空间形态可表现为点、线、片和面过程。主体的属性表现为不同类型的信息:命名或类型、序、间隔、比例信息。§1-7空间分析对象空间信息的特殊性：（1）空间信息是特殊类型的信息。空间信息包括两类:定位信息,如采样点、交通线、人口统计单元等点、线、多边形空间位置信息;和具有空间定位的属性信息，称作GIS数据,如有空间定位的社会经济特征值等的标量信息和信息流、人流、物流、资金流等的空间矢量流信息。(2)空间信息之间的特殊关系。包括空间自相关,即一个空间单元内的信息与其周围单元信息有相似性;空间单元的连通性;和属性各阶矩的空间非均匀性或非静态性。(3)特殊的处理技术。包括:点格局分析、定位—属性分析及相互关系分析。由于样本数据的依赖性和数据的多维性使得难以直接使用经典统计方法和时间序列分析,否则结论是不可靠的或者根本难以获得。§1-8空间分析新体系§1-8空间分析新体系§1-9空间分析基础理论