GIS空间分析理与方法.doc

第1章　地理空间数据分析与GIS 地理信息系统技术的日益革新为众多应用领域创造了丰富的地理空间信息财富，使地理空间数据的存储、检索、制图和显示功能越来越完善，但同时越来越多的复杂应用问题也对GIS产生了更多新的要求。各种类型的GIS中存贮了海量的地理空间数据，且数据还在以指数级方式不断增长，迫切需要高效、精确、科学地分析这些数据，以找出数据所蕴涵的寓意，进而了解事物的性质与规律，为科学决策提供必需的信息。所以，开发一些工具来进行一般性地理空间数据分析和复杂的地理空间对象模拟，以将数据“点石成金”是一项艰巨而又紧迫的任务。因此，GIS领域由原来重点关注数据库创建和系统开发建设，逐渐转向重点关注空间分析和空间建模。事实上，GIS本身就是空间数据分析技术的重要组成部分和有效依赖平台。GIS的奠基人之一MF.Goodchild曾：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。目前地理信息系统的应用局限于数据库型GIS层面上，没有充分利用GIS的空间分析功能，不能满足区域可持续发展空间分析、预测预报、决策支持等方面的要求，。空间分析理论和方法体系数据库型上升分析型GISGIS技术与应用的发展目标——数据挖掘，在此基础上，讨论GIS环境下空间分析的基本框架。 1.1 地理空间数据处理与建模地理计算1.1.1 数量地理早就程度数量地理学Quantitative Geography）又称计量地理学应用数学和计算机技术进行地理学研究的试图以定量的精确判断来定性文字描述的不足。数量地理学使地理学由一门对地表事物进行解释性描述的学科，转变为一门确定性解释的科学。1. 数量地理学的产生与发展 空间科学地理学与数学有着不解之缘。在古代地理学与数学之源泉科学——几何学，几乎都是研究地表的运用几何学原理和方法测算河流长度山体高度土地面积。古希腊学者、西方地理学之父艾拉托塞尼（Eratcsthenes）运用几何学原理和方法测算地球周。在近代地理学时期，经济学中的区位论被移植到地理学，开辟了地理学运用分析数学之先河。世纪2030年代，地理学研究中统计方法开始萌芽，是一般的数理统计。苏联地理学家马尔科夫指出：更多的地理学家应当使主要的研究方向现代化，应当偏重于以基础科学、首先是精确性科学为基础的道路 现代地理学中的数量方法与理论模式的产生与形成，可以追溯到世纪50年代末期开始的计量运动。计量运动主要由美国地理学家发起，早期集中在几所大学。所持观点不同研究方向，形成了学派从世界看计量运动的兴起首先要归功于加里森William L.Garrison）及其领导的华盛顿小组。是第一个把地理学的理论和方法建立在定量基础上的倡导者和实践者，是第一本《计量地理学》教材的作者。50年代末，数量地理学经历了发展（如）。2. 传统地理学与数量地理学 数学方法是人们进行数字运算和求解的工具，能以严密的逻辑和简洁的形式描述复杂的问题，表达极为丰富的实质性思想。对于现代地理学，数学方法不仅是应用地理学研究中预测、决策、规划及优化设计的工具，也是理论地理学研究中进行逻辑推理和理论演绎的手段。世界上的任何事物都可以用数值来度量地理要素如区域、市位置、道路长短、气温高低、雨量多少、山高水深、人口增减、物产丰欠等可用数量来。各种地理要素的分布及其相互关系，亦可以用数学方法进行定量分析与研究。有着（如图2）。 传统地理学方法所采用的推理方式以归纳为主，观察，，这一方法难以特殊情况或解释者的好恶而数量地理学以理论演绎为主，把感知到的地理事物通过假设予以条理化，继而经过模式化得出数据检验，在成功的情况下建立法则和理论，否则反馈回去重新制假设。过程经历了提出假设、建立模式、检验假设和建立理论四个步骤，符合感性理性实践这一认识的过程。 3. 数量地理学中地理数据分析模拟方法 数量地理学本质上是一门关于地理数据分析处理与建模的科学，其主要研究地理要素的描述统计和数量分析技术地理系统的分析方法数学模型的构和应用数学模拟仿真技术地理预测和决策的方法、程序模型地理学理论表述的数学形式。①从实际的地理系统或其要素出发，对空间状态、空间成分、空间相互作用进行分析，建立地理系统或要素的数学模型；②经验检查，若与实际情况不符，则要重新分析，修改模型；若大致相符，则选择计算方法，进行程序设计、程序调试和上机运算，从而输出模型解；③分析模型解，若模型解出错，则修改模型；若模型解正确，则对成果进行地理解释，提出切实可行的方案。可见，地理系统数学模拟过程是反复修改数学模型、调试和修改程序的过程。 1.1.2 地理信息系统 R.J. Johnston在1995 年曾指出“计量革命的直接成果是导致了GIS革命的到来”。GIS起源于20世纪60年代，是对地理数据进行采集、存储、更