空间分析及GIS学科观察和思考

空间分析（地理分析）是基于地理对象的位置和形态的空间数据的分析技术，其目的在于提取和传输空间信息。自从有了地图，人们就自觉或者不自觉地进行着各种类型的空间分析。空间分析是地理信息系统的主要特征。空间分析能力是地理信息系统区别与一般信息系统的主要方面，也是评价一个地理信息系统成功与否的一个主要指标。

空间分析是GIS的核心和灵魂，是GIS区别于一般的信息系统、CAD或者电子地图系统的主要标志之一。空间分析，配合空间数据的属性信息，能提供强大、丰富的空间数据查询功能。因此，空间分析在GIS中的地位不言而喻。

空间分析源于60年代地理学的计量革命，在开始阶段，主要是应用定量（主要是统计）分析手段用于分析点、线、面的空间分布模式。后来更多的是强调地理空间本身的特征、空间决策过程和复杂空间系统的时空演化过程分析。实际上自有地图以来，人们就始终在自觉或不自觉地进行着各种类型的空间分析。如在地图上量测地理要素之间的距离、方位、面积，乃至利用地图进行战术研究和战略决策等，都是人们利用地图进行空间分析的实例，而后者实质上已属较高层次上的空间分析。

在地学领域中，空间分析一般是指“GIS空间分析”，或“地理空间分析”。任何信息，总含有空间、时间、属性特征。如水文走向含属性和时间特征, 疾病传播含时间、空间和属性特征, 而河道演变则反映了空间形态特征随时间变化性质。

国内外许多学者都对空间分析进行研究(UnWin,1981；李德仁等，1993；Rober t Haining，1994；郭仁忠,1997；王劲峰，2000)，但是对空间分析下定义是比较困难的，目前尚无一个统一的定义，不同的应用领域给出不同的涵义，它们的侧重点各不相同，但是都从不同的方面对空间分析的内涵进行了阐释：或侧重于地理学（地学），或侧重于测绘学（地图学）；或侧重于几何图形分析，或侧重于地学统计与建模。综合这些学者的研究成果。综述之，GIS空间分析是使用几何分析、统计分析、数学建模、地理计算等方法，对地理空间中的目标的空间关系进行描述、分析、建模，并进一步为空间决策支持提供服务的技术。

一、功能划分

空间分析是对分析空间数据相关方法的统称，空间分析是GIS系统的先进性的标志。早期的GIS强调的是简单的空间查询，空间分析功能很弱或根本没有，随着GIS的发展，用户需要更多更复杂的空间分析的功能，这就促进了GIS空间分析技术的发展，也使得多种空间分析技术出现。根据分析的数据性质不同，可以分为：①基于空间图形数据的分析运算；②基于非空间属性的数据运算；③空间和非空间数据的联合运算。

空间分析赖以进行的基础是地理空间数据，运用各种几何逻辑运算、数理统计分析、代数运算等数学手段，最终的目的是解决人们所涉及到的地理空间实际问题。本文将常用的空间分析进行适当归纳，将常用空间分析分为几何分析、地形分析、栅格分析、网络分析、空间统计分析以及综合模型分析等，如表1所示。

表1 空间分析功能划分

GIS空间分析功能

几何分析

空间量算、空间查询、叠加分析、缓冲区分析、拓扑分析、相似度分析、Voro noi图分析等

地形分析

坡向坡度分析、剖面分析、通视分析、DTM/DEM数据分析、三维景观分析、虚拟现实等

栅格分析

遥感影像分析、空间滤波、高程-影像叠加分析等

网络分析

最优路径分析、网络流分析、通达性分析等

空间统计分析

空间插值、主成分分析、聚类分析、相关分析、回归分析、趋势面分析等

综合模型分析

布局优化模型、频率指配模型、疾病传输模型、城市空间发展模型等

二、主要流派

由于当前空间分析研究主要有3个主要专业研究：地理学、测绘学和建筑学，分别有不同的学术流派。

1、地理学的空间分析以分析地理数据为主，也可称为地理分析，以遥感图、地图和经济、社会等数据为分析对象，以地理建模、计量地理、地统计学等方法分析问题，主要研究群体以中科院地理类研究生、师范大学地理系、综合性大学地理系为代表。代表著作：中科院地理所，王劲峰《空间分析的理论与方法》

2、测绘学的空间分析以测绘数据、遥感数据、地图数据（二维、三维）为主，经济、社会等数据为分析对象研究较少，主要使用计算几何、地图代数等方法分析问题，主要研究群体以武汉大学、测绘学院、矿业大学测量系为代表。代表图书：武汉大学，郭仁忠《空间分析》

3、建筑学的空间分析以建筑空间、城市空间或环境空间为主，依托建筑学和城市规划理论，结合规划实际需求，从微观和中观的角度分析空间分布情况，主要研究群体以东南大学、清华大学、同济大学等建筑系为代表。代表著作：东南大学，黄亚平《城市空间理论与空间分析》

1、GIS与相关学科的关系：

GIS的发展和地理学（地球科学）、测绘科学、计算机技术有着紧密的关系，G IS主要是运用计算机、网络通信技术对地理空间数据进行采集、存储、管理、

显示、分析的一门学科，地图学是GIS的研究基础。地理信息系统兼具“学科”、“资源”、“工具”三大属性。

2、GIS研究层次：

地理信息科学：空间分析/空间关系理论、制图综合、地理建模、计算地理学、空间认知、空间推理、空间数据库等、空间统计学、信息社会的地理学等；

地理信息技术：WebGIS、三维GIS、移动GIS、嵌入式GIS、分布式GIS 、“3 S”集成、计算机信息技术、空间数据挖掘、GIS工作流、GIS软件工程；

地理系统工程：生态保护、资源环境、流域经济、城市发展、可持续发展、产业布局、考古发现、海洋资源、交通、国土、气象、农林、军事等领域的地理信息化管理与规划建模。

注：地理系统工程简介北京大学马蔼乃

地理系统工程是地理科学在工程层次上的学科,。主要是人口、资源、环境、生态、灾害、城镇、基建、产业等方面在区域中的人与地理环境的关联，是一个开放的复杂巨系统。地理系统工程同时又是物质文明、政治文明、精神文明的基础，也是可持续发展战略的基础。