gis空间分析原理与方法课本

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1、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

2、，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。然而，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

3、和开发GIS的空间分析功能，不能真正满足全球变化和区域可持续发展研究对空间分析、预测预报、决策支持等多方面的应用要求，GIS空间分析功能偏弱已经严重地阻碍了其作为空间数据分析工具和决策支持系统的使用。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。本章首先对20世纪50年代以来地理空间数据处理与建模领域重要的技术方法如数量地理学、地理信息系统和地理计算等进行简要的回顾，然后论述数据分析领域中迅速发展的新技术——数据挖掘，在此基础上，讨论GIS环境下空间

4、分析的基本框架。1.1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。长久以来，人们一直不懈地致力于研究和探索高效的、适合于地理空间数据处理与分析的方法，从对地理现象及其空间关系的文字记载，到利用数学概念和方法进行解释性描述；从传统统计学方法和数学模型对地理现象和过程的模拟，到基于地理信息系统的多维地理空间数据表达、管理、地理过程的动态模拟、可视化分析和决策支持；从空间数据挖掘技术

5、到高性能计算技术支撑下的地理计算方法，随着人们对信息需求水平的不断提高和科学技术的日益进步，地理空间数据分析的技术和方法得到不断完善和丰富。1.1.1数量地理学数量化方法在感知、认识和解释现实世界的各种自然、人文、社会现象过程中的相互关系中起着定性方法不能替代的作用。对于决策者而言253，数量化方法是获取更为合乎理性、可信、有效决策信息的重要手段。它能够以多种方式，从多重侧面，详尽、准确地解释事物的状态特征和演变过程，合理推测未来发展规律，提供可供选择的多重决策。马克思早就指出：“一种科学只有在成功地运用数学时，才算达到了真正完善的程度”。数量地理学（Quantitati

6、veGeography）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

7、行解释性描述的学科，转变为一门进行确定性解释的科学。数量地理学是地理学领域中最先采用数学原理方法来探讨地理数据分析处理与建模的学科。1.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，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。古希腊学者、西方“地理学之父”艾拉托塞尼（Eratcsthenes）最早运用几何学原理和方法测算了地球的周长。在近代地理学时期