一地理空间数据分析与GIS

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▪ GIS空间分析不仅要分析实体的属性数据，更 要分析它们的空间位置、分布特点和空间关 系等与地理空间分析有关的信息，即空间分 析的结果依赖于地理事件的空间分布特征， 而且通过空间分析可以发现隐藏在空间数据 之后的重要信息和一般规律，这是一般统计 方法所不能胜任的。
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空间数据分析是地理学和地理信息科学 领域的重要研究内容，它通过研究地理 空间数据及其相应分析理论、方法和技 术，探索、证明地理要素之间的关系， 揭示地理特征和过程的内在规律和机理， 实现对地理空间信息的认知、解释、预 测和调控。
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数量地理学（Quantitative Geography）
王红
hongwang@hhu.edu.cn 83787891（严恺馆319）；13601588348
河海大学水文院地理信息科学系
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地理信息系统真正的功能在于 它利用空间分析技术对空间数 据的分析
—M. F. Goodchild （美国地理信息与分析国 家中心，GIS的奠基人之一）
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计量革命的直接成果是导致了GIS 革命的到来
—Johnston R J，1995 （英国著名地理学家）
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▪ GIS是客观现实世界抽象化的数字模型 ▪ GIS是地理空间空间数据管理、显示与制
图的集成工具 ▪ GIS是地理空间数据分析模拟与可视化的
技术平台
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核心技术：
智能计算技术中神经网络模型（NN）、模糊
逻辑模型（fuzzy logic），遗传算法（GA）、
元胞自动机（CA）以及分形分析（fractal
analysis）等。
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空间数据挖掘
是从地理空间数据库中挖掘时空系统中潜在的、有 价值的信息、规律和知识的过程，包括空间模式与 特征、空间与非空间数据之间的概要关系等。
有些空间分析问题涉及大量的属性数据，而GIS的每 个数据层又有属性表。某些问题需要对数据层的属 性表进行修改和逻辑运算，以产生新的数据项或中 介结果，来参与进一步的分析操作。
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现有研究内容和体系
由于空间分析的应用领域含盖面极广，学科新 兴，源于不同领域的分析方法内涵和外延不同， 对应不同的称谓，有空间分析（spatial analysis）、空间数据分析（spatial data analysis）、空间统计（spatial statistics）、地 统计（geostatistics）。
图1.2 地理空间数据挖掘体系结构
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空间数据分析与GIS
▪ 空间数据处理与建模发展历史
▪ GIS空间分析定义
▪ 空间分析的主要方法、步骤
▪ 空间分析一般模型
▪ 地理空间问题
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▪ 以地理空间数据库为基础，应用逻辑运算、 一般统计和地统计、图形与形态分析、数据 挖掘等技术，提取隐含在空间数据内部的与 空间信息有关的知识和规律，包括位置、形 态、分布、格局以及过程等内容，以解决涉 及地理空间的各种理论和实际问题。
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计算地理学（Geocomputational Geography）
地理计算本质上是继地理信息科学之后的革 命，是一种高性能计算，用以解决目前不能 解决、甚至未知的空间问题的科学。
—Openshaw 1999 （英地理学家）
应用计算机技术求解地理问题的理论、方法 和过程。
—Ress （英地理学家）
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表1 空间分析不同称谓的内容差别
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王劲峰 2000 《地理学报》
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空间数据分析与GIS
▪ 空间数据处理与建模发展历史
▪ GIS空间分析定义
▪ 空间分析的主要方法、步骤
▪ 空间分析一般模型
▪ 地理空间问题
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GIS空间分析的一般方法
▪ 空间查询和检索 ▪ 空间量算 ▪ 空间插值 ▪ 叠置分析 ▪ 缓冲区分析 ▪ 网络分析 ▪ 数字高程分析
又称计量地理学。试图以定量的精确判 断来弥补定性文字描述的不足；以抽象 的、反映本质的数学模型去刻画具体的、 庞杂的各种地理现象；以对过程的模拟 和预测来代替对现状的分析和说明；以 合理的趋势推导和反馈机制分析来代替 简单的因果关系分析。
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图1.1 数量地理学与传统地理学研究方法比较
这个例子可以涉及缓冲区分析、空间量算、空间查询、
叠置分析等一系列空间分析方法。
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2. 准备空间分析的数据
收集空间数据，将与研究问题相关的属性数据添加 到数据库中，并进行一些适当的调整和修改，如数 据的格式、单位等，删除与研究无关的某些数据项。
3. 执行空间分析操作
4. 准备表格分析数据
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▪ 地理计算模型与方法
地理计算学是数量地理学向深层次的拓展， 强调数学模型与模拟实验并重的理念，凭借 计算机工具对地理学问题进行定量或非定量 分析的抽象概括和综合研究，解决海量、复 杂数据集或数据库分析的复杂空间问题。
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包含的新的理论技术方法:
GIS创建数据库； 人工智能技术（AI）和智 能计算技术（CI）提供计算原理和计算工具； 高性能计算服务系统提供动力
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第一章 空间数据分析 与GIS
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▪ 空间数据处理与建模发展历史 ▪ GIS空间分析定义 ▪ 空间分析的主要方法、步骤 ▪ 空间分析一般模型 ▪ 地理空间问题
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▪ 空间数据处理与建模发展历史 ▪ GIS空间分析定义 ▪ 空间分析的主要方法、步骤 ▪ 空间分析一般模型 ▪ 地理Baidu Nhomakorabea间问题
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空间统计分析
▪ 属性数据的一般统计方法 ▪ 空间统计方法 ▪ 景观格局分析
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步骤
1.明确分析目标和分析要求
规定了如何利用分析功能来解决问题，以及在满足什么 条件的前提下解决问题。
以小学选址为例，要求6个（1）小学与城市主干道的距 离要大于a公里，小于b公里；（2）需远离闹市区、大 型工业设施和工厂；（3）小学的面积要有最小值c平方 公里；（4）小学有操场，故需建立在平整的地区，即 坡度小于d度；（5）小学附近e米范围内不能有网吧、 游戏厅等娱乐场所；（6）交通要相对便利，需要位于 居民小区附近。