地理空间数据分析与GIS

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1、第一章地理空间数据分析与GIS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意义，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。GIS的奠基人之一M.F.Goodchild曾指出：“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”。空间分析使GIS超越一般空间

2、数据库、信息系统和地图制图系统，成为不仅能进行海量空间数据管理、信息查询检索与量测，更可通过图形操作与数学模拟运算分析出地理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，进行地学综合研究的技术系统。目前多数地理信息系统的应用还局限于数据库型GIS层面上，没有充分利用和开发GIS的空间分析功能。因此，建立完善的空间数据分析理论和方法体系，集成先进的空间数据分析工具，增强GIS的空间分析能力，使数据库型GIS上升为分析型GIS，是GIS技术与应用的发展目标和趋势。1.1地理空间数据处理与建模1.2地理空间数据挖掘1.3GIS环

3、境下的空间分析第1章地理空间数据分析与GIS1.1地理空间数据处理与建模地理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。1.1.1数量地理学数量地理学（QuantitativeGeography）又称计量地理学或地理数量方法，是应用数学思想方法和计算机技术进行地理学研究的科学。它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

4、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。数量地理学提供了理性的复杂方法以传递有关诸如行为、决策的确定性程度、综合研究精度等有用的信息，与定性研究方法结合共同构筑了地理学研究方法的科学体系。数量地理学是对地理学传统研究方法的发展和变革，反映了地理学向定量化、科学化发展的趋势，使地理学由一门对地表事物进行解释性描述的学科，转变为一门进行确定性解释的科学。数量地理学的产生与发展地理学是一门研究地球表层自然要素与人文要素相互作用关系及其时空规律的科学。作为一门古老的空间科学，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

5、，几乎都是研究地表的科学，如运用几何学原理和方法测算河流长度、山体高度、土地面积等。在近代地理学时期，经济学中的区位论被移植到地理学中，开辟了地理学运用分析数学之先河。20世纪20-30年代，地理学研究中统计方法开始萌芽，主要是一般的数理统计，进行地理要素的统计概括和相关关系探讨。数量地理学的发展阶段数量地理学发展初期阶段数量地理学发展中期阶段数量地理学日趋成熟阶段20世纪50年代末至60年代末20世纪60年代末至70年代20世纪70年代末至今把统计学方法引入地理学研究在地理学研究中应用多元统计方法和计算机技术地理学与运筹学、模糊数学、系统科学、GIS技术等结合现代地理学中

6、的数量方法与理论模式的产生与形成，可以追溯到20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，早期集中在衣阿华、威斯康星、普林斯顿和华盛顿等几所大学。不同学者所持观点不同，研究方向各异，由此形成了所谓的经济、统计、社会等学派。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。对于现代地理学而言，数学方法不仅是应用地理学研究中进行预测、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描述和度量，地理要素如区域范围、城市位

7、置、道路长短、气温高低、雨量多少、山高水深、人口增减、物产丰欠等都可用数量来表示。传统地理学分析方法所采用的推理方式以经验归纳型综合为主，以观察材料和事实为基础，由直接的类推得出现实世界的结论，这一方法难以回避特殊情况或解释者的主观好恶问题。而数量地理学以理论演绎为主，整个研究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规律。与地理学传统的思维模式相比，地理数量方法有着明显的优势（见下页）。数量地理学与传统地理学研究方法比较传统地理学方法数量地理学方法实地考察收集资料