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1、第四章第四章 GIS空间分析的一般方法空间分析的一般方法授课人授课人:吴彩燕吴彩燕20082008年年10 10月月13 13日日第第06讲讲栅格数据分析栅格数据分析提取分析提取分析信息复合分析信息复合分析追踪分析追踪分析窗口分析窗口分析1.1.聚类分析聚类分析根据设定的聚类条件对原有数据系统进行根据设定的聚类条件对原有数据系统进行有选择的信息提取而建立新的栅格数据系统有选择的信息提取而建立新的栅格数据系统的方法。的方法。在四种类型要素中提取其中要素在四种类型要素中提取其中要素2的聚类的聚类2.2.聚合分析聚合分析根据空间分辨率和根据空间分辨率和分类表，进行数据类分类表，进行数据类型的合并或转
2、换以实型的合并或转换以实现空间地域的兼并。现空间地域的兼并。1、2类合类合并为并为b，3、4类合类合并为并为a 2、3类合类合并为并为c，1、4类合类合并为并为d 1)视觉信息复合分析视觉信息复合分析将不同侧面的信息内容叠加显示在结果图件或屏将不同侧面的信息内容叠加显示在结果图件或屏幕上，以便研究者判断其相互空间关系，获得更为幕上，以便研究者判断其相互空间关系，获得更为丰富的空间信息。视觉信息叠加包括以下几类：丰富的空间信息。视觉信息叠加包括以下几类：点状图，线状图和面状图之间的叠加显示。点状图，线状图和面状图之间的叠加显示。面状图区域边界之间或一个面状图与其他专题区域面状图区域边界之间或一个
3、面状图与其他专题区域边界之间的叠加。边界之间的叠加。遥感影像与专题地图的叠加（融合）。遥感影像与专题地图的叠加（融合）。专题地图与数字高程模型（专题地图与数字高程模型（DEM）叠加显示立体专）叠加显示立体专题图。题图。遥感影像与遥感影像与DEM复合生成三维地物景观。复合生成三维地物景观。3.3.信息复合分析信息复合分析面状图、线状图和点状图之间的复合面状图、线状图和点状图之间的复合面状图与专题区域边界之间的复合面状图与专题区域边界之间的复合遥感影像与专题地图的复合遥感影像与专题地图的复合专题地图与数字高程模型复合专题地图与数字高程模型复合遥感影像与遥感影像与DTMDTM复合复合2)叠加分类叠加
4、分类根据参加复合的数据平面各类别的空间关系根据参加复合的数据平面各类别的空间关系重新划分空间区域，使每个空间区域内各空间点重新划分空间区域，使每个空间区域内各空间点的属性组合一致。叠加结果生成新的数据平面，的属性组合一致。叠加结果生成新的数据平面，新生成的数据可以是原数据之间的代数（模型）新生成的数据可以是原数据之间的代数（模型）运算运算地图代数。地图代数。4.4.追踪分析追踪分析 对于特定的栅格数据对于特定的栅格数据系统，由某一个或多个系统，由某一个或多个起点，按照一定的追踪起点，按照一定的追踪线索进行追踪目标或者线索进行追踪目标或者追踪轨迹信息提取的空追踪轨迹信息提取的空间分析方法。间分析
5、方法。6371025201916312152125342215113243230272112142539322514720293233921123202628252091342023231812994171817128923对栅格数据开辟一个有固定分析半径的分析窗口，对栅格数据开辟一个有固定分析半径的分析窗口，并在该窗口内进行诸如极值、均值等一系列统计并在该窗口内进行诸如极值、均值等一系列统计计算，或与其它层面的信息进行必要的复合分析。计算，或与其它层面的信息进行必要的复合分析。窗口类型如下：窗口类型如下：矩形窗口矩形窗口圆形窗口圆形窗口环形窗口环形窗口扇形窗口扇形窗口5.5.窗口分析窗口分析
6、4.5 探索性空间数据分析探索性空间数据分析 （ESDA）ESDA简介简介；ESDA的内容及作用的内容及作用；ESDA的方法的方法；ESDA的主要应用的主要应用；应用实例应用实例。探索性数据分析探索性数据分析 （EDA）(Exploratory Data Analysis)：是是2020世纪后半期在西方统计界兴起的一世纪后半期在西方统计界兴起的一种统计分析方法，其基本思想是种统计分析方法，其基本思想是“让数据说让数据说话话”，即先分析数据再建立模型。，即先分析数据再建立模型。是一系列收集和总结是一系列收集和总结数据特性数据特性的技术，的技术，以便实现挖掘数据中的隐含信息、检查数据以便实现挖掘数
7、据中的隐含信息、检查数据错误等目的错误等目的。探索性空间数据分析探索性空间数据分析(ESDA)(Exploratory Spatial Data Analysis)：EDA+GIS 是描述和显示空间分布、识别非常规的空是描述和显示空间分布、识别非常规的空间位置、发现隐含空间关系等的一系列技术的间位置、发现隐含空间关系等的一系列技术的集合。集合。它与它与EDA的主要区别就在于它考虑了数据的主要区别就在于它考虑了数据的的空间特性空间特性。ESDAESDA与数据挖掘与数据挖掘(DM)前者是基于统计方法对数据结构和关系的描前者是基于统计方法对数据结构和关系的描述，后者是生成基于数据结构和数据模型的述，
8、后者是生成基于数据结构和数据模型的规则和条件；规则和条件；前者主要用描述和统计技术，后者主要用描前者主要用描述和统计技术，后者主要用描述和推理方法；述和推理方法；前者是在分析应用众多统计变量计算而成的前者是在分析应用众多统计变量计算而成的图形来对数据集进行描述和概括，后者是发图形来对数据集进行描述和概括，后者是发现和描述数据的内在关系和隐含特征。现和描述数据的内在关系和隐含特征。ESDA的内容的内容检查数据是否有错误：检查数据是否有错误：找出样点数据中的离找出样点数据中的离群值（异常值）或错误值，对其分析原因进群值（异常值）或错误值，对其分析原因进行修正或删除；行修正或删除；获得数据的分布特征
9、：获得数据的分布特征：很多分析方法对数据很多分析方法对数据分布有一定的要求，如很多检验就需要数据分布有一定的要求，如很多检验就需要数据服从正态分布；服从正态分布；对数据规律的初步考察：对数据规律的初步考察：通过初步观察获得通过初步观察获得数据的一些内部规律。数据的一些内部规律。ESDA的作用的作用 是是GIS空间分析和地统计分析的空间分析和地统计分析的基基础础，是进行，是进行GIS高级分析操作中一个很高级分析操作中一个很重要的重要的步骤步骤。通过探索性空间数据分析，可以完通过探索性空间数据分析，可以完成诸如观察成诸如观察数据分布数据分布、寻找、寻找离群值离群值（异（异常值）、进行常值）、进行全
10、局趋势分析全局趋势分析及检测及检测空间空间的自相关的自相关和和方向变异方向变异等一系列任务。等一系列任务。ESDA的方法的方法ESDA的的图图形方法形方法ESDA的数学方法的数学方法直方图直方图 是一种适用于对大量样本点进行整是一种适用于对大量样本点进行整理加工，找出其理加工，找出其数据分布的规律和形态数据分布的规律和形态，以便对其总体分布特征进行推断的方法。以便对其总体分布特征进行推断的方法。它包括两个重要参数：它包括两个重要参数：频率分布频率分布和和概括性的统计指标概括性的统计指标。频率分布频率分布统计指标统计指标Voronoi图图 是由在样点周围形成的一系列是由在样点周围形成的一系列多边
11、形多边形组成组成的。某点所在的多边形内任何位置到该点的距的。某点所在的多边形内任何位置到该点的距离都比该多边形到其他样点的距离要离都比该多边形到其他样点的距离要近近。可以了解每个可以了解每个采样点控制的区域范围采样点控制的区域范围，从，从而体现出每个采样点对区域内插的重要性。通而体现出每个采样点对区域内插的重要性。通过该图可以识别出样点中的过该图可以识别出样点中的局部离群值局部离群值。Q-Q概率概率图图 也是一种度量数据正态分布的方法，如也是一种度量数据正态分布的方法，如果数据越果数据越接近一条直线接近一条直线，越接近正态分布。，越接近正态分布。趋势分析趋势分析 样点的位置可以在样点的位置可以
12、在X、Y平面上来表平面上来表示，属性值则可通过垂直方向上的示，属性值则可通过垂直方向上的Z轴轴来表示，构成来表示，构成三维视图三维视图。可以用来识别和量化可以用来识别和量化全局趋势全局趋势，从，从而对数据作更深入的了解，以便做出更而对数据作更深入的了解，以便做出更好的决策。好的决策。半变异半变异/协方差函数云图协方差函数云图 表示的是数据集中所有样点对的理表示的是数据集中所有样点对的理论论半变异值和协方差半变异值和协方差，把它们用两点间，把它们用两点间的的距离函数距离函数来表示并作图，即得半变异来表示并作图，即得半变异/协方差函数云图。协方差函数云图。其目的是为了探索和量化数据的其目的是为了探
13、索和量化数据的空空间相关性间相关性，也叫，也叫空间自相关空间自相关。除此以外，还可以用除此以外，还可以用盒状图盒状图和和茎叶茎叶图图来评价数据分布的对称性。同时还可来评价数据分布的对称性。同时还可以进行多变量之间的相关性分析和概率以进行多变量之间的相关性分析和概率分布分析等。分布分析等。探索性空间分析软件探索性空间分析软件GeoDa下载：下载：http:/www.csiss.org/clearinghouse/GeoDa/ESDA的数学方法的数学方法对一元空间数据分析的常用指标：对一元空间数据分析的常用指标：位置指标：位置指标：平面坐标、空间坐标；分布指标：分布指标：方差、标准差等；异质性指标
14、：异质性指标：熵值熵值:Gini指数指数:对多元空间数据分析的常用指标：对多元空间数据分析的常用指标：概括指标：概括指标：协方差；主成分分析法：主成分分析法：通过主成分分析，可以达到降维、简化数据的目的。ESDA的主要应用的主要应用检验数据分布：检验数据分布：用直方图或用直方图或Q-Q概率图可以直概率图可以直观地检验数据分布的形状，并确定分布中心；观地检验数据分布的形状，并确定分布中心；寻找离群值：寻找离群值：用直方图、用直方图、Voronoi图和半变异图和半变异函数云图都可以方便地找出离群值的样点；函数云图都可以方便地找出离群值的样点；全局趋势分析：全局趋势分析：通过用趋势分析工具可以直通过用趋势分析工具可以直观地得到是否存在全局趋势。观地得到是否存在全局趋势。应用实例应用实例对某地区的一系列高程采样点进行探索性分析，以便生成高程曲面！小结小结 了解了解ESDA与与EDA的区别和联系；的区别和联系；掌握掌握ESDA的内容和作用；的内容和作用；掌握掌握ESDA的两种方法；的两种方法；掌握掌握ESDA的主要应用。的主要应用。思考题思考题 什么是什么是ESDA？它与？它与EDA有什么区别有什么区别 和联系？和联系？ESDA的主要内容有哪些？的主要内容有哪些？ESDA包括哪些图形方法和数学方法包括哪些图形方法和数学方法？