浅谈空间分析技术的应用领域及前景

浅谈空间分析技术的应用领域及前景

引言

随着对地观测和计算机技术的发展．空间信急及其处理能力己极富和加强了人们渴望

利用这些空间信息来认识和把握地球和社空间运动规律，进行虚拟、科学预测和调控，迫切需要建立分析的理论和方法体系。

1.空间分析技术概况

空间分析是指用于分析地理事件的一系列技术．其分析结果依赖件的空间分布翻面向

最终用户。其目的是：①有效地获取、科学地和认知空间数据，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④调控在地理空间上发生的事件，如合理分配资源。分析的内容空间分析从数据

模型上可划分为拓扑分析、属性分析、拓扑与属联合分析。拓扑分析包括空间图形数

据的拓扑运算．即旋转变换、尺变换、二维及三维显示和几何元素计算等：属性分析

包括数据、逻辑与数学运算、重分类和统计分析等；拓扑与属性的联合分析与拓扑相

关的数据检索、叠置处理、区域分析、邻域分析、网络分析

2.空间分析方法的应用领域

2.1空间分析在土地利用／土地覆被变化机制研究中的应用

2.1.1 Lucc研究中对地图的空间分析技术。

主要使用GIs中的叠置分析、缓冲区分析及地学图谱方法。空间叠置分析是将

同～地区不同时段的土地利用矢量图件在GIs软件支持下进行空间信息对比。建立土

地利用／覆被变化转移矩阵．统计计算各类土地利用变化的数量，揭示土地利用／覆

梭变化的原因。它是Lucc研究中最普遍、应用频次最高的一种。国外对土地利用变化的研究思路是在GIs软件的支持下，对不同时期遥感影像或土地利用图进行空间叠加

运算，计算出各时期土地利用类型的转移矩阵．再进一步分析土地利用变化过程，其

实质就是对空间数据图层的叠加分析。GIs中的缓冲区分析是对空问数据库中的点、线、面地理实体或规划目标建立其周围一定宽度范围多边形内地物受原地物的影响度分析，是对空间特征进行度量的一种重要方法。它是对一组或一类地物按缓冲的距离分析，

得到所需要的结果。地学图谱是在陈述彭院士的倡导下，借助于时空融合的图谱方法，为研究带有时空属性地学研究对象的多维与多元属性特征提供了理论和方法依据。

2.1.2空间统计分析在Lucc研究中的应用

空间统计分析主要用于空间数据的分类与综合评价，它涉及到空间和非空间数据

的处理和统计计算。Lucc研究中应用类型有主成分分析、典型相关分析、系统聚类分

类等。主成分分析是通过数理统计分析，求得各要素间线形关系的实质上有意义的表

达式，将众多要素的信息压缩表达为若干具有代表性的合成变量．然后选择信息最丰

富的少数因子进行各种聚类分析，构造应用模型。王良健等、“利用主成分分析法对

梧州市土地利用的驱动力进行了定量析，结果表明人类活动(人口、经济等)是梧州市

耕地面积变化的主要因素。

2.1.3空间建模在LUCC研究中的应用

对动态变化机制的研究，向来以建立模型为手段。长期以来，在许多研究领域，

人们从不同的角度出发，构建了大量的模型，对土地利用／土地覆被变化的研究起到

了积极的作用。土地利用／土地覆被变化机制研究的角度。目前开发的模型大致可分

为两种基本类型：经验性诊断模型和概念性机理模型。前者基于大量的土地利用变化

数据和社会经济统计数据，将土地利用变化与引起变化的原因建立起联系；后者则基

于一定理论对土地利用变化因果关系进行分析，通常建立在对土地利主体的个人行为

和社会群体行为的基础上。

2.2空间分析在应急减灾中的应用

2.2.1案例推理和模拟

GIS 在防灾应急系统中发挥着重要作用。现在发展的应急 GIS 系统已经可以实现

人口、经济等统计分析，救援路线与伤员分散分析、受灾区域土地利用情况统计、平

坦地区避难场所提取等一系列功能，但是在决策支持方面，尤其是在解决半结构化和

非结构化空间问题的时候，GIS 处理的效果一般。一些模糊的、不确定的因素很难在

系统中表述，也没有固定的规律或通用的模型去描述它，决策者的主观行为对各阶段

的决策效果有相当大的影响，而案例推理方法为人们提供了一种解决问题的新思路。

案例推理（Case-based Reasoning，CBR）是一种模仿人类思路来解决问题的方法。它作为一种经验式的问题处理系统不需要知道原理，可以直接将历史案例的解决方案

作为当前应急事件的解决方案。无需预存先验知识，这样降低了知识获取的难度，尤

其适用于环境复杂多变，领域知识难以结构化表示的决策环境中，所以将 CBR 应用到决策系统中，不仅使决策策略更具有说服力，而且具有简化知识获取、提高问题求解

效率等优点。因此将 CBR 方法引入到应急决策中的研究已经越来越多，但是在案例推理的过程中很少考虑灾害的空间信息，并很少利用空间分析等技术来完善案例推理的

过程。

2.2.2基于网络分析的疏散路径分析

随着城市化进程加快和国民经济的飞速发展，城市常住人口增加，人流车流迅速

膨胀，各种突发交通拥堵问题已普遍存在，特别是在大城市，中国很多大城市现已处

于突发事件易发期。城市暴雨内涝的发生，首要问题是尽快解决内涝区的交通疏散问题，以免加重交通堵塞，甚至导致次生灾害。因此需要最快速的疏散内涝区车辆，以确保生命和财产安全，促进城市的全面协调可持续发展。

交通疏散问题从一个角度可转化为网络分析中的最优路径问题，最终将归结为最短路径的选择问题。网络分析是GIS最主要的功能之一，在信息查询、辅助决策等多个领域中发挥着重要的作用。以最短路径选择为主的最优路径问题最早由著名的数学家列昂纳德欧拉(Euler)于1736年的“konigsberg bridge”问题提出，其实质是个地理学问题，并～直作为一个多学科的交叉研究热点存在，包括地图学与地理信息系统、交通工程学以及计算机和运筹学。在解决最短路径问题的主要的十几种算法中，经相关学者测验得出TQQ和两个基于Dijkstra的算法的DKA以及DKD效果较好，一些学者对Dijkstra算法进行优化，而且被广泛应用于交通导航、军事物资、抗洪救灾等多个领域

2.3空间分析在景观分析中的应用

从空间分析手段看，统计分析倾向于从个体入手，依据大样本的综合得出空间规律；空间认知分析则立研究空间实体区别于其他对象的典型特征；以栅格空间分析为代表的计算机定量算和空间分析操作，心什么是空间均质性，能否通过均质性指数对地理空间进行分解和重构，以便得到可分解的地形单元，定的空间单元进行定量分析．因此，用定量分析的手段来认识空问特征，必然存在地理空间分类与聚究，研究范围是有效空间、有效实体；而空问现象本身存在一定的无明确边界特征，存在不可截然区分的地带．这二者之间的矛盾使得空间分析必然存在空间认识及表达的不确定性，并产生边界效应．

2.3.2地理要素的空间自相关分析

地理学第一定律强调“相近者相似”，其实质是地理空间相关性，包括正相关和负相关．空间相关分析容包括确定相关性是否存在；相关程度到底如何，用什么手段定量描述；自相关的原因是什么．地理空遍存在空间自相关，空间分析中，必须明确研究的空间实体或空间实体对象的属性是否存在空间自相关在何种范围内存在自相关性．空间自相关需要研究在顾及空间自相关与不考虑空间自相关两种情形下分析结果呈现何种差异，并对出合理解释．

空间尺度