空间分析研究进展

空间统计-机理模型
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空间相互作用模型（城镇发展、传染病传播、商 业设施布局等） • 空间价格模型（房地产价格、物流中心规划等） • 山区温度分布模型 •…
空间复杂系统模型
• 神经网络
－地震、洪水、降雨预测、遥感影像的对象识别等
• 元胞自动机
－城市演化、交通流模拟等
• 空间模糊数学
－自然灾害评价、污水处理评估、地价评估等
空间分析理论和方法的回顾
空间分析理论和方法的回顾
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Moran (1950) 首次引出空间自相关测度来研究二维或 更高维空间随机分布的现象； Matheron（1963, 1967）先后提出了地统计和Kriging 技术； 1970/80 ’ s 空间统计理论体系出现雏形，以 Cliff & Ord （ 1981 ） 的 专 著 Spatial Process: Models and Applications为主要标志； 1980/90s 当今空间分析的主要理论趋向成熟，包括 SAR 、 MA 、 CAR 模型，聚焦于空间异质性的局域统 计 Getis’G 和 Lisa 出现，空间分析软件出现，包括与 GIS结合的可视化交互空间数据探索，如SpaceStat、 S-PLUS for Arcview、SAGE等；
空间机理模型
• 社会模型
－行为模型（虚拟现实、城市交通流模拟等） －经济学模型（区域可持续发展、土地利用变化驱动力 研究等） …
• 自然模型
－引力模型（人口流动、城市空间发展、旅游规划、交 通流量分布等） －水力学模型（洪水模拟、湖泊演变等） －传热学模型（疾病时空传播等） －系统动力学模型（土地利用、区域经济等） …
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空间分析理论和方法的回顾
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国外在地球信息科学方面的推动者主要来源于 1960s-70s计量地理革命的活跃学者 老一辈的Tobler、Marble、Cliff、Haggett等 中年辈的 Goodchild 、 Rhind 、 Haining 、 Fischer 、 Openshaw、Batty、Fothringham等 在上世纪90年代至今GIS技术和海量观测数据大发 展背景下，具有实际运用价值的地球信息科学理论 和方法雏形正在形成
空间分析软件
• ARCGIS：已将地统计的Kriging模块集成 • GeoDA (SpaceStat)：空间分析软件包 • GSLIB：地统计学软件包 • SIM：空间各种流分析模拟和预测的软件包 • PPA：各种空间点格局统计的软件包 • Fragstats：分析景观结构的 • Crimstat：分析犯罪事件空间特征的 • CSISS：核心是空间计量模型、空间地统计学 • S-simple：中国，201小组完成原型(0.1), 2004.10 •…
空间分析理论和方法的回顾
中国学者在理论和方法方面也在作不懈的努力和推动: • 重要概念：地球信息科学和地球信息机理（1992） 地球信息图谱（1996）、格网计算（2003）等； • 引进：计量地理、空间信息分析、元胞自动机、智 能计算等 • 输出：空间抽样模型、新型数据结构、地图分析等
中国科学院、国家自然科学基金委员会和863计划等资 助了空间分析领域的研究和交流活动
空间分析理论
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定义：空间分析是用于分析地理事件的一系列 技术，分析结果依赖于事件的空间分布。 关系：地理学、经济学、区域科学、大气、 地 球物理、水文等专门学科提供知识和机理。 建模工具：数学和统计学 实现手段：信息科学与技术 目的 －获取：获取、描述和认知空间数据； －解释：理解和解释地理图案的背景过程； －预测：空间过程的模拟和预测； －调控：地理空间上发生的事件；
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空间分析
空间分析包括： • 空间关联成因 • 空间关联表达 • 空间信息分析模型 • 空间机理模型 • 空间统计-机理模型 • 空间复杂系统模型 • 空间运筹模型 • 空间数据挖掘 • 空间信息模型的解法 wenku.baidu.com …
空间数据探索分析
探索数据的空间模式，对假设的数据模型、 模型基础和数据的地理性进行阐述，并评价 空间模型
• 全局相关性分析 • 局部相关性分析 • 空间图形分析 •…
用于分析自然灾害的空间分布、流行病的空间分布、物种 的空间分布、犯罪事件的空间分布等
空间数据探索分析－公共卫生领域应用
空间数据探索分析－公共卫生领域应用
空间回归分析
探讨估计值的空间关系：地学对象的空间依赖性和 空间异质性决定了一般回归方法不适应在空间上的 分析 • 联立自回归模型(SAR) • 空间移动平均模型(SMA) • 条件自回归模型(CAR) 区域经济研究、公共卫生领域、种群分布等
发展、商场选址、物流配送等
• 空间监测采样的优化设计 －生态环境监测、国土监测、海洋监测、农情速报等 • 自然灾害保险
－洪水、地震、台风等 • …
资源配置： 公平+效益
黑 河 流 域
空间数据挖掘
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• 分形
－河网模拟、城镇体系结构、地质灾害等
• 时空信息多模式融合模型
－传染病、地震等非线性复杂系统的模拟和预测等
• 智能体 (agent)
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空间复杂系统模型－地震预测
根据山西省地震的历史数据和空间分布预测未来50 年内该省发生强震的可能性
空间运筹模型
提供决策支持 • 资源的时空优化配置 －水、电、公共卫生资源等的区域优化配置、区域经济
提纲
• 地球信息科学与空间分析 • 空间分析理论和方法的回顾 • 空间分析理论 • 空间分析软件 • 未来展望
地球信息科学与空间分析
1960s, GIS,空间数据及其属性的存储和查询检索 1996, 美国国家科学基金会正式以“地理信息科学”为 目标立项开展研究, M Goodchild 1997, 第88次香山科学会议正式以“地球信息科学”为 主题开展讨论, 陈述彭、李德仁等 30人 2004, R Haining: GISc = GIS软件 + 空间分析： 空间描述：制图、数据平滑、聚集探测等； 空间解释：位置、空间关系、距离、梯度、格局等； 空间预报：插值等； 空间调控和决策：优化运筹、策略等。