『壹』 什麼是空間分析
空間分析是基於地理對象的位置和形態的空間數據的分析技術，其目的在於提取和傳輸空間信息。空間分析是地理信息系統的主要特徵。空間分析能力（特別是對空間隱含信息的提取和傳輸能力）是地理信息系統區別與一般信息系統的主要方面，也是評價一個地理信息系統成功與否的一個主要指標。自從有了地圖，人們就自覺或者不自覺地進行著各種類型的空間分析。比如，在地圖上測量地理要素之間的距離、面積，以及利用地圖進行戰術研究和戰略決策等。隨著現代科學技術，尤其是計算機技術引入地圖學和地理學，地理信息系統開始孕育、發展。以數字形式存在於計算機中的地圖，向人們展示了更為廣闊的應用領域。利用計算機分析地圖、獲取信息，支持空間決策，成為地理信息系統的重要研究內容，「空間分析」 這個詞彙也就成為了這一領域的一個專門術語。 空間分析是GIS的核心和靈魂，是GIS區別於一般的信息系統、CAD或者電子地圖系統的主要標志之一。 空間分析，配合空間數據的屬性信息，能提供強大、豐富的空間數據查詢功能。 因此，空間分析在GIS中的地位不言而喻。 空間分析是為了解決地理空間問題而進行的數據分析與數據挖掘，是從GIS目標之間的空間關系中獲取派生的信息和新的知識，是從一個或多個空間數據圖層中獲取信息的過程。空間分析通過地理計算和空間表達挖掘潛在的空間信息，其本質包括探測空間數據中的模式；研究數據間的關系並建立空間數據模型；使得空間數據更為直觀表達出其潛在含義；改進地理空間事件的預測和控制能力。 空間分析主要通過空間數據和空間模型的聯合分析來挖掘空間目標的潛在信 空間分析 息，而這些空間目標的基本信息，無非是其空間位置、分布、形態、距離、方位、拓撲關系等，其中距離、方位、拓撲關系組成了空間目標的空間關系，它是地理實體之間的空間特性，可以作為數據組織、查詢、分析和推理的基礎。通過將地理空間目標劃分為點、線、面不同的類型，可以獲得這些不同類型目標的形態結構。將空間目標的空間數據和屬性數據結合起來，可以進行許多特定任務的空間計算與分析。 不少空間分析方法已經在GIS軟體中實現，ArcGISToolsBox中就集成了大量的空間分析工具，例如空間信息分類、疊加、網路分析、領域分析、地統計分析等等，另外，還有一系列適應地理空間數據的高性能計算模型和方法，例如人工神經網路、模擬退火演算法、遺傳演算法等等。但總的來說，在GIS軟體中實現的專業空間分析模塊還比較少，由於空間分析理論自身的不完善，也使得還沒有比較全面、權威的軟體包集成於GIS軟體中。GIS軟體與空間分析軟體相結合的方式有兩種，一種是高度耦合，一種是鬆散耦合。 高度耦合結構即把空間分析模塊嵌入到GIS軟體包中，供用戶直接從圖形界面中選擇各種功能，GIS中相關的數據直接可以參與到空間分析計算中，這種方式方便了用戶，但代價是開發費用較高，實現周期長。也只有少數的大型GIS公司才會深入的涉足到高耦合結構GIS軟體的設計與開發中，例如美國ESRI公司。 松耦合結構則是在相對獨立的GIS軟體和空間分析軟體之間使用一個數據交換介面，GIS軟體中的數據通過介面為空間分析軟體提供基本的分析數據源，經空間分析軟體計算出的結果通過介面以圖形的方式顯示在GIS軟體中，實現這種架構方式相對容易，費用也相對較低，一般可以使用開源的GIS軟體即可實現這種結構。 [編輯本段]空間分析的基本方法 1.空間信息量算 空間信息量算是空間分析的定量化 空間分析 基礎。 空間實體間存在著多種空間關系，包括拓撲、順序、距離、方位等關系。通過空間關系查詢和定位空間實體是地理信息系統不同於一般資料庫系統的功能之一。如查詢滿足下列條件的城市：在京九線的東部， 距離京九線不超過200公里， 城市人口大於100萬並且居民人均年收入超過1萬。整個查詢計算涉及了空間順序方位關系(京九線東部),空間距離關系（距離京九線不超過200公里），甚至還有屬性信息查詢(城市人口大於100萬並且居民人均年收入超過1萬）。 空間信息量算包括：質心量算、幾何量算、形狀量算。 2.空間信息分類 這是GIS功能的重要組成部分。 對於線狀地物求長度、曲率、方向，對於面狀地物求面積、周長、形狀、曲率等；求幾何體的質心；空間實體間的距離等。 空間分析 常用的空間信息分類的數學方法有：主成分分析法、層次分析法、系統聚類分析、判別分析等； 3. 緩沖區分析 緩沖區分析是針對點、線、面等地理實體，自動在其周圍建立一定寬度范圍的緩沖區多邊形。 鄰近度描述了地理空間中兩個地物距離相近的程度，其確定是空間分析的一個重要手段。交通沿線或河流沿線的地物有其獨特的重要性，公共設施的服務半徑，大型水庫建設引起的搬遷，鐵路、公路以及航運河道對其所穿過區域經濟發展的重要性等，均是一個鄰近度問題。緩沖區分析是解決鄰近度問題的空間分析工具之一。 所謂緩沖區就是地理空間目標的一種影響范圍或服務范圍。 4.疊加分析 大部分GIS軟體是以分層的方式組織地理景觀，將地理景觀按主題分層提取，同一地區的整個數據層集表達了該地區地理景觀的內容。地理信息系統的疊加分析是將有關主題層組成的數據層面，進行疊加產生一個新數據層面的操作，其結果綜合了原來兩層或多層要素所具有的屬性。疊加分析不僅包含空間關系的比較，還包含屬性關系的比較。疊加分析可以分為以下幾類：視覺信息疊加、點與多邊形疊加、線與多邊形疊加、多邊形疊加、柵格圖層疊加。 5.網路分析 對地理網路（如交通網路）、城市基礎設施網路（如各種網 空間分析 線、電力線、電話線、供排水管線等）進行地理分析和模型化，是地理信息系統中網路分析功能的主要目的。網路分析是運籌學模型中的一個基本模型，它的根本目的是研究、籌劃一項網路工程如何安排，並使其運行效果最好，如一定資源的最佳分配，從一地到另一地的運輸費用最低等。 網路分析包括：路徑分析（尋求最佳路徑）、地址匹配（實質是對地理位置的查詢）以及資源分配。 6.空間統計分析 GIS得以廣泛應用的重要技術支撐之一就是空間統計與分析。例如， 在區 空間分析 域環境質量現狀評價工作中，可將地理信息與大氣、土壤、水、雜訊等環境要素的監測數據結合在一起，利用GIS軟體的空間分析模塊，對整個區域的環境質量現狀進行客觀、全面的評價，以反映出區域中受污染的程度以及空間分布情況。通過疊加分析，可以提取該區域內大氣污染布圖、雜訊分布圖;通過緩沖區分析，可顯示污染源影響范圍等。可以預見，在構建和諧社會的過程中，GIS和空間分析技術必將發揮越來越廣泛和深刻的作用。 常用的空間統計分析方法有：常規統計分析、空間自相關分析、回歸分析、趨勢分析及專家打分模型等。 空間分析主要內容 空間位置： 藉助於空間坐標系傳遞空間對象的定位信息，是空間對象表述的研究基礎，即投影與轉換理論。 空間分布：同類空間對象的群體定位信息，包括分布、趨勢、對比等內容。 空間形態：空間對象的幾何形態 空間距離：空間物體的接近程度 空間關系：空間對象的相關關系，包括拓撲、方位、相似、相關等。