GIS空间分析原理与方法

11GIS空间分析原理与方法学院：资源与环境学院专业：地理信息系统班级：2011010班姓名：李松青学号：20110101422GIS空间分析原理与方法地理信息系统是地理空间数据处理、分析的重要手段和平台。在计算机软硬件的支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。地理信息系统的核心是功能是空间分析。空间分析使GIS超越一般空间数据库、信息系统和地图制图系统，不仅能进行海量空间数据中隐藏的模式、关系和趋势，挖掘出对科学决策具有指导意义的信息，从而解决复杂的地学应用问题，进行地学综合研究。以下是对本册内容的总结：第一章地理空间数据源分析与GIS本章简要回顾了20世纪50年代以来地理空间数据处理与建模领域，探讨了GIS环境下空间分析的基本框架。1.地理空间数据处理与建模1.1数量地理学讲述了数量地理学的发展、与传统地理学的比较及其地理分析模拟方法（地理系统分析，随机数学方法，地理系统数学模拟）。1.2地理信息系统主要介绍了GIS的概念与功能1.3地理计算介绍了地理计算的概念与地理计算的模型和方法2.地理空间数据挖掘2.1地理空间数据挖掘概述介绍了数据挖掘的概念、发展及其体系结构2.2地理空间数据立方体介绍了数据立方体的基本思想与数据立方体概念所涉及的维度类型（非空间维度，空间-非空间维度，空间-空间维度），度量值（数值度量，空间度量）和成员属性2.3联机分析处理技术介绍了OLAP概念以及与地理空间数据立方体的关系。2.4地理空间数据挖掘典型方法地理空间数据挖掘主要方法有：地理空间统计方法，地理空间聚类方法，地理空间关联分析，地理空间分类与预测分析，异常值分析3.GIS环境下的空间分析3.1空间分析概念介绍了空间分析的概念与本质特征，空间分析的研究对象与目标333.2空间分析的萌芽与发展介绍了空间分析的发展过程3.3GIS与空间分析介绍了GIS与空间分析的关系以及地理信息系统未能大量引入专业空间分析模块的原因。3.4GIS环境下空间分析框架空间分析方法分为如下六个方面：确定性分析，探索性空间数据分析，时空数据分析，专业模型集成分析，智能化空间分析，可视化空间分析第二章GIS空间分析基础1.空间与地理空间1.1空间的概念主要介绍了空间的概念，欧式空间的相关计算和变换。1.2地理空间地理空间的特性：地理空间是多维的，地理空间具有可分性，地理空间具有尺度特征1.3地理空间的抽象介绍了地理空间的抽象性2.地理空间参考系统2.1地理空间坐标系统地理空间的坐标系统有：天球坐标系，地球坐标系（站心坐标系，地心坐标系，参心坐标系）常用的椭球面上的坐标系统：国家大地坐标系，高斯平面直角坐标系与UTM坐标系,WCS-84大地坐标系，独立坐标系。2.2地图投影介绍了地图投影的基本原理与类型，地图投影的选择原则与我国GIS采用的地图投影2.3地理网格介绍了地理网格的基本含义及构建方法3.地理空间数据特征3.1时空特征地理系统具有时空的统一性，地理信息的时空特征是相对的，在一定条件下可以相互转换。3.2多维结构介绍了地理空间数据多维结构的特征。3.3多尺度性描述了地理空间数据的各种尺度的地理特征3.4不确定性介绍了地理空间数据的不确定性特点3.5海量性特征介绍了地理空间数据海量性特征。4.地理空间问题4.1空间分布与格局介绍了空间分布类型和空间分布分析444.2资源配置与规划定位-配置分析包括自由选址与布局模型。4.3空间关系与影响介绍了空间关系和影响。4.4空间动态与过程空间动态与过程研究的内容主要包括：时空数据的分类、时间量测、基于时间的平滑和综合、变化的统计分析、时空蝶结啊、时间序列分析以及预测分析。空间分析与建模的方法。第三章空间量测与计算1.空间量测尺度1.1空间维和空间量测关系介绍了0维、1维、2维、3维、4维空间目标与空间量测1.2几何数据的量测尺度1.3属性数据的两侧尺度2.基本几何参数量测2.1位置量测包括绝对位置和相对位置，在空间分析中所需要的位置信息是关于点、线、面、体目标物的绝对和相对位置信息2.2中心量测规则的空间目标中心的就是该物体的中点，不规则面状形体的几何中心可以利用公式求得，多空间目标物的空间分布形态中心的确定可以先确定它的分布区域，将其分布中心的确定转换为单一空间目标物中心的确定2.3重心量测线状物体和规则面状物体的重心和中心是等同的，面状物体的重心可以理解为多边形的内部平衡点，面状物体的中心可以通过计算机梯形重心的平均值得到。2.4长度量测距离的量测，包括点到点，点到线，点到面，线到线和面状目标物之间的距离量测2.5面积量测量测目标物的面积2.6体积量测量测目标物的体积3.地理空间目标形态量测包括线状地物，面状地物的形态量测方法和理论4.空间分布计算与分析点模式的空间分布：分布密度、样方分析、最邻近分析，分布中心，分布轴线和离散度线模式的空间分布：线密度，最邻近分析、线状对象的定向，连通度区域模式的空间分布：离散区域分布模式、连续区域分布模式第四章空间表达变换分析1.空间表达地理空间的表达形式：数据结构模型、空间参考系统、时空尺度和比例尺、图55形表达2.空间数据格式转换空间数据格式类型：矢量数据结构，栅格数据结构空间数据格式转换方法：矢量数据向栅格数据的转换、栅格数据向矢量数据的转换3.地理空间坐标转换坐标系统转换方法：仿射变换、相似变换地图投影转换方法：解析变换法、数值变换法、数值-解析变换法4.空间尺度变换尺度变换方法：空间数据自动综合、小波变换、LOD技术5.图形变换图形结构变换：截断变换、概括变换、类别与级别变换、质量形式与数量形式的变换、连续化和离散化、图形分解第五章空间几何关系分析1.邻近度分析包括：缓冲区分析、泰森多边形分析2.叠加分析包括空间要素图形叠加和空间要素属性叠加3.网络分析网络分析功能：路径分析、连通分析、资源分配、流分析、动态分段、地址匹配最短路径算法：Dijkstra算法、弗洛伊德算法、矩阵算法第六章空间统计学分析1.空间统计分析方法的基本原理区域变化量：当一个变量呈空间分布时，称之为区域化，而所谓区域化变量就是指以空间点X的三个直接坐标为自变量的随机场，它常常反映某种空间现象的特征。随机过程协方差函数：Cov｛Z（t1），Z（t2）｝=E【Z（t1）-EZ（t1）】【Z（t2）-EZ（t2）】随机场Z（x）的自协方差函数：Cov｛Z（x），Z（x+h）｝=E【Z（x）Z（x+h）】-E【Z（x）】E【Z（x+h）】变异函数：在一定条件下，当空间点x在一维x轴上变化时，区域变量Z（x）在x和x+h处的值Z（x）与Z（x+h）差的方差的一半定义为区域变量Z（x）在x轴上的变异函数平稳性假设：Z（x）与Z（x+h）之间的相关性不依赖于它们自身特定的空间位置。内蕴假设：随机函数Z（x）的增量只依赖于分隔他们向量h而不依赖于具体位置。2.空间自相关空间自相关是指一些变量在同一个分布区内的观测数据之间潜在的相互依赖性。空间自相关统计量是用于度量地理数据的一个基本性质：某位置上的数据与其他位置上的数据间的相互依赖程度。通常把这种依赖叫做空间依赖。663.空间局部估计介绍了半变异函数的概念及性质，以及影响半变异函数的主要因素（样点间的距离和支撑的大小，样本数量的大小，异常值的影响，比例效应的影响。飘逸的影响），还有半变异模型的合并方法。克里格插值法：克里格方法又称空间局部插值法，是以变异函数理论和结构分析为基础，在有限区域内对区域化变量进行无偏最优估计的一种方法，是地统计学的主要内容之一。克里格方法的适用范围为区域化变量存在空间相关性，即如果变异函数和结构分析的结果表明区域化变量存在空间相关性，则可以利用克里格方法进行内插或外推；否则，是不可行的。其实质是利用区域化变量的原始数据和变异函数的结构特点，对未知样点进行线性无偏、最优估计。无偏是指偏差的数学期望为0，最优是指估计值与实际值之差的平方和最小。也就是说，克里格方法是根据未知样点有限邻域内的若干已知样本点数据，在考虑了样本点的形状、大小和空间方位，与未知样点的相互空间位置关系，以及变异函数提供的结构信息之后，对未知样点进行的一种线性无偏最优估计。4.确定性插值法确定性插值法分为两种：全局性插值法和局部插值法。全局性插值法以整个研究区的样点数据集为基础来计算预测值；局部插值法则使用一个大研究区域中较小的空间区域内的已知点来计算预测值。5.探索性空间数据分析主要介绍了探索性空间数据分析的基本理论和数学方法。第七章空间三维建模与分析1.三维景观建模体模型结构：三维栅格结构，八叉树结构，结构实体几何模型，四面体格网模型面模型数据结构：Gird，TIN，混合模型结构模型;TIN-CSG混合构模，TIN-Octree混合构模，Octree-TEN混合构模2.三维数据的可视化表达创建三维可视化场景的工具：OPenGLvrml创建三维可视化场景的技术：数据预处理，投影变换，光照模型，消隐处理，纹理映射3.数字地形分析数字地形分析是随着数字高程模型的发展而出现的地形分析方法4.真三维GIS显示与分析介绍了地球椭球面DTM的特点，性质及建模方法和三维地层模型。第八章地理网格计算1.网格计算描述介绍了网格计算的特点和网格体系结构（五层沙漏结构，OGSA）2.网络GIS网络GIS的特点，网络GIS的体系结构和面向服务的网络GIS。3.网络GIS关键技术网络GIS的关键技术有：中间件技术WEBservice平台。77第九章智能化空间分析1.空间分析智能化介绍了地理空间数据的不确定性和智能化空间分析技术2.智能计算技术介绍了人工只能的发展和智能计算技术的概念特点以及组成。3.模糊地理空间数据分析模糊集合：模糊集合就是指具有某个模糊概念所描述的属性的对象的全体。模糊逻辑：模糊逻辑，建立在多逻辑基础上，运用模糊集合的方法来研究模糊性思维、语言形式及其规律的科学。4.基于人工神经网络的地理空间问题模拟讲述了复杂地理问题的研究方法，介绍了人工神经网络模型。5.基于遗传算法的地理空间问题分析介绍了遗传算法和一些基于遗传算法的地理空间问题模拟与求解。6.空间决策支持系统空间决策分析：基于面向对象只是表达的空间推理决策，基于Agent的只能化决策支持，基于Web的分布式群体环境决策制定，空间决策的可视化表达。