gis空間分析原理與方法課本

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1、第1章　地理空間數(shù)據(jù)分析與GIS地理信息系統(tǒng)技術(shù)的日益革新為眾多應用領(lǐng)域創(chuàng)造了豐富的地理空間信息財富，使地理空間數(shù)據(jù)的存儲、檢索、制圖和顯示功能越來越完善，但同時越來越多的復雜應用問題也對GIS產(chǎn)生了更多新的要求。各種類型的GIS中存貯了海量的地理空間數(shù)據(jù)，且數(shù)據(jù)還在以指數(shù)級方式不斷增長，迫切需要高效、精確、科學地分析這些數(shù)據(jù)，以找出數(shù)據(jù)所蘊涵的寓意，進而了解事物的性質(zhì)與規(guī)律，為科學決策提供必需的信息。所以，開發(fā)一些工具來進行一般性地理空間數(shù)據(jù)分析和復雜的地理空間對象模擬，以將數(shù)據(jù)“點石成金”是一項艱巨而又緊迫的任務。因此，GIS領(lǐng)域由原來重點關(guān)注數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建和系統(tǒng)開發(fā)建設

2、，逐漸轉(zhuǎn)向重點關(guān)注空間分析和空間建模。事實上，GIS本身就是空間數(shù)據(jù)分析技術(shù)的重要組成部分和有效依賴平臺。GIS的奠基人之一M.F.Goodchild曾指出：“地理信息系統(tǒng)真正的功能在于它利用空間分析技術(shù)，對空間數(shù)據(jù)的分析”?？臻g分析使GIS超越一般空間數(shù)據(jù)庫、信息系統(tǒng)和地圖制圖系統(tǒng)，成為不僅能進行海量空間數(shù)據(jù)管理、信息查詢檢索與量測，更可通過圖形操作與數(shù)學模擬運算分析出地理空間數(shù)據(jù)中隱藏的模式、關(guān)系和趨勢，挖掘出對科學決策具有指導意義的信息，從而解決復雜的地學應用問題，進行地學綜合研究的技術(shù)系統(tǒng)。然而，目前多數(shù)地理信息系統(tǒng)的應用還局限于數(shù)據(jù)庫型GIS層面上，沒有充分利用

3、和開發(fā)GIS的空間分析功能，不能真正滿足全球變化和區(qū)域可持續(xù)發(fā)展研究對空間分析、預測預報、決策支持等多方面的應用要求，GIS空間分析功能偏弱已經(jīng)嚴重地阻礙了其作為空間數(shù)據(jù)分析工具和決策支持系統(tǒng)的使用。因此，建立完善的空間數(shù)據(jù)分析理論和方法體系，集成先進的空間數(shù)據(jù)分析工具，增強GIS的空間分析能力，使數(shù)據(jù)庫型GIS上升為分析型GIS，是GIS技術(shù)與應用的發(fā)展目標和趨勢。本章首先對20世紀50年代以來地理空間數(shù)據(jù)處理與建模領(lǐng)域重要的技術(shù)方法如數(shù)量地理學、地理信息系統(tǒng)和地理計算等進行簡要的回顧，然后論述數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域中迅速發(fā)展的新技術(shù)——數(shù)據(jù)挖掘，在此基礎上，討論GIS環(huán)境下空間

4、分析的基本框架。1.1地理空間數(shù)據(jù)處理與建模地理空間數(shù)據(jù)分析是地理學和地理信息科學領(lǐng)域的重要研究內(nèi)容，它通過研究地理空間數(shù)據(jù)及其相應分析理論、方法和技術(shù)，探索、證明地理要素之間的關(guān)系，揭示地理特征和過程的內(nèi)在規(guī)律和機理，實現(xiàn)對地理空間信息的認知、解釋、預測和調(diào)控。長久以來，人們一直不懈地致力于研究和探索高效的、適合于地理空間數(shù)據(jù)處理與分析的方法，從對地理現(xiàn)象及其空間關(guān)系的文字記載，到利用數(shù)學概念和方法進行解釋性描述；從傳統(tǒng)統(tǒng)計學方法和數(shù)學模型對地理現(xiàn)象和過程的模擬，到基于地理信息系統(tǒng)的多維地理空間數(shù)據(jù)表達、管理、地理過程的動態(tài)模擬、可視化分析和決策支持；從空間數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)

5、到高性能計算技術(shù)支撐下的地理計算方法，隨著人們對信息需求水平的不斷提高和科學技術(shù)的日益進步，地理空間數(shù)據(jù)分析的技術(shù)和方法得到不斷完善和豐富。1.1.1數(shù)量地理學數(shù)量化方法在感知、認識和解釋現(xiàn)實世界的各種自然、人文、社會現(xiàn)象過程中的相互關(guān)系中起著定性方法不能替代的作用。對于決策者而言253，數(shù)量化方法是獲取更為合乎理性、可信、有效決策信息的重要手段。它能夠以多種方式，從多重側(cè)面，詳盡、準確地解釋事物的狀態(tài)特征和演變過程，合理推測未來發(fā)展規(guī)律，提供可供選擇的多重決策。馬克思早就指出：“一種科學只有在成功地運用數(shù)學時，才算達到了真正完善的程度”。數(shù)量地理學（Quantitati

6、veGeography）又稱計量地理學或地理數(shù)量方法，是應用數(shù)學思想方法和計算機技術(shù)進行地理學研究的科學。它試圖以定量的精確判斷來彌補定性文字描述的不足；以抽象的、反映本質(zhì)的數(shù)學模型去刻畫具體的、龐雜的各種地理現(xiàn)象；以對過程的模擬和預測來代替對現(xiàn)狀的分析和說明；以合理的趨勢推導和反饋機制分析來代替簡單的因果關(guān)系分析。數(shù)量地理學提供了理性的復雜方法以傳遞有關(guān)諸如行為、決策的確定性程度、綜合研究精度等有用的信息，與定性研究方法結(jié)合共同構(gòu)筑了地理學研究方法的科學體系。數(shù)量地理學是對地理學傳統(tǒng)研究方法的發(fā)展和變革，反映了地理學向定量化、科學化發(fā)展的趨勢，使地理學由一門對地表事物進

7、行解釋性描述的學科，轉(zhuǎn)變?yōu)橐婚T進行確定性解釋的科學。數(shù)量地理學是地理學領(lǐng)域中最先采用數(shù)學原理方法來探討地理數(shù)據(jù)分析處理與建模的學科。1.數(shù)量地理學的產(chǎn)生與發(fā)展地理學是一門研究地球表層自然要素與人文要素相互作用關(guān)系及其時空規(guī)律的科學。作為一門古老的空間科學，地理學與數(shù)學有著不解之緣。在古代，地理學與數(shù)學之源泉科學——幾何學，幾乎都是研究地表的科學，如運用幾何學原理和方法測算河流長度、山體高度、土地面積等。古希臘學者、西方“地理學之父”艾拉托塞尼（Eratcsthenes）最早運用幾何學原理和方法測算了地球的周長。在近代地理學時期