地理探测器_原理与展望_王劲峰.pdf

第72 卷第1期 地 理 学 报 Vol.72, No.1 2017 年1月 ACTA GEOGRAPHICA SINICA January, 2017 地理探测器：原理与展望 1, 2 1 王劲峰 ，徐成东 （1. 中国科学院地理科学与资源研究所资源与环境信息系统国家重点实验室，北京 100101； 2. 中国科学院大学，北京 100049） 摘要：空间分异是自然和社会经济过程的空间表现，也是自亚里士多德以来人类认识自然的 重要途径。地理探测器是探测空间分异性，以及揭示其背后驱动因子的一种新的统计学方法， 此方法无线性假设，具有优雅的形式和明确的物理含义。基本思想是：假设研究区分为若干子 区域，如果子区域的方差之和小于区域总方差，则存在空间分异性；如果两变量的空间分布趋 于一致，则两者存在统计关联性。地理探测器q 统计量，可用以度量空间分异性、探测解释因 子、分析变量之间交互关系，已经在自然和社会科学多领域应用。本文阐述地理探测器的原 理，并对其特点及应用进行了归纳总结，以利于读者方便灵活地使用地理探测器来认识、挖掘 和利用空间分异性。 关键词：空间分异性；地理探测器；q 统计；类型量 DOI: 10.11821/dlxb201701010 1 引言 空间统计学于20 世纪60 年代兴起，其理论基础为空间自相关，突破了经典统计学的 独立同分布假设前提[1] 。基于空间自相关，一系列方法工具被研制出来，主要包括空间自 相关检验Morans I[2] [3] [4] [5] [6] [7] 、半变异函数 、Ripley K ；热点探测Gi 、LISA 、SatScan ；空 间插值方法Kriging[3] 、贝叶斯最大熵BME[8] ；空间回归SAR/MAR/CAR[9- 11] 、GWR[12] 、空 间贝叶斯层次模型BHM[13]等。这些方法工具大大促进了人们对于具有空间自相关性数据 的分析和利用。 随着定位及观测技术的发展和普及，无论是更精细或者更大范围的研究，还是空间 大数据，空间分层异质性 （spatial stratified heterogeneity）问题凸显。空间分层异质性， 简称空间分异性或区异性，是指层内方差小于层间方差的地理现象，例如地理分区、气 候带、土地利用图、地貌图、生物区系、区际经济差异、城乡差异以及主体功能区等 等[14- 19] ，是空间数据的另一大特性。“层 （strata）”是统计学概念，大体对应地理上的类 （classes ）或子区域 （sub regions）。 虽然已有上百种分类算法K-means 、SOM 等可用于分类或分区，但是针对空间分异 收稿日期：2016-10-15; 修订日期：2011-01-05 基金项目：国家自然科学基金项目; 科技部科技基础性工作专项(2014FY 121100); 公 益性行业科研专项(GYH; LREIS 自主创新项目(088RA200YA) [Foundation: National Natural Science Foundation of China, No No No Ministry of Science and Technology of China, No.2014FY 121100, Special Scientific Research Fund of Public Welfare Profession of China, No. GYH Science and Technology Innovation Project o