空間分析

隨着現代科學技術，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誌之一。 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息，而這些空間目標的基本信息，無非是其空間位置、分佈、形態、距離、方位、拓撲關係等，其中距離、方位、拓撲關係組成了空間目標的空間關係，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。

空間信息量算是空間分析的定量化基礎。

空間實體間存在着多種空間關係，包括拓撲、順序、距離、方位等關係。通過空間關係查詢和定位空間實體是地理信息系統不同於一般數據庫系統的功能之一。

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係(京九線東部),空間距離關係（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。

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。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。

緩衝區分析是針對點、線、面等地理實體，自動在其周圍建立一定寬度範圍的緩衝區多邊形。

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。緩衝區分析是解決鄰近度問題的空間分析工具之一。 所謂緩衝區就是地理空間目標的一種影響範圍或服務範圍。

大部分GIS軟件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係的比較，還包含屬性關係的比較。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。

對地理網絡（如交通網絡）、城市基礎設施網絡（如各種網線、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絡分析功能的主要目的。網絡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、籌劃一項網絡工程如何安排，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。

網絡分析包括：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。

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， 在區域環境質量現狀評價工作中，可將地理信息與大氣、土壤、水、噪聲等環境要素的監測數據結合在一起，利用GIS軟件的空間分析模塊，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佈情況。通過疊加分析，可以提取該區域內大氣污染分佈圖、噪聲分佈圖;通過 ^[2]  緩衝區分析，可顯示污染源影響範圍等。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、 ^[3]  空間自相關分析、迴歸分析、趨勢分析及專家打分模型等。

空間位置： 藉助於空間座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。

空間分佈：同類空間對象的羣體定位信息，包括分佈、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。

空間關係：空間對象的相關關係，包括拓撲、方位、相似、相關等。

由於當前空間分析研究主要有3個主要專業研究：地理學、測繪學和建築學，分別有不同的學術流派。

1、地理學的空間分析以分析地理數據為主，也可稱為地理分析，以遙感圖、地圖和經濟、社會等數據為分析對象，以地理建模、計量地理、地統計學等方法分析問題，主要研究羣體以中科院地理類研究生、師範大學地理系、綜合性大學地理係為代表。代表著作：中科院地理所，王勁峯《空間分析的理論與方法》。

2、測繪學的空間分析以測繪數據、遙感數據、地圖數據（二維、三維）為主，經濟、社會等數據為分析對象研究較少，主要使用計算幾何、 ^[4]  地圖代數等方法分析問題，主要研究羣體以武漢大學測繪學院、礦業大學測量係為代表。代表圖書：武漢大學，郭仁忠《空間分析》。

3、建築學的空間分析以建築空間、城市空間或環境空間為主，依託建築學和城市規劃理論，結合規劃實際需求，從微觀和中觀的角度分析空間分佈情況，主要研究羣體以東南大學、清華大學、同濟大學等建築系為代表。代表著作：東南大學，黃亞平《城市空間理論與空間分析》。

空間分析（地理分析）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。 自從有了地圖，人們就自覺或者不自覺地進行着各種類型的空間分析。空間分析是地理信息系統的主要特徵。空間分析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。 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誌之一。 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。

空間分析源於60年代地理學的計量革命，在開始階段，主要是應用定量（主要是統計）分析手段用於分析點、線、面的空間分佈模式。後來更多的是強調地理空間本身的特徵、空間決策過程和複雜空間系統的時空演化過程分析。實際上自有地圖以來，人們就始終在自覺或不自覺地進行着各種類型的空間分析。如在地圖上量測地理要素之間的距離、方位、面積，乃至利用地圖進行戰術研究和戰略決策等，都是人們利用地圖進行空間分析的實例，而後者實質上已屬較高層次上的空間分析。

在地學領域中，空間分析一般是指“GIS空間分析”，或“地理空間分析”。任何信息，總含有空間、時間、屬性特徵。如水文走向含屬性和時間特徵, 疾病傳播含時間、空間和屬性特徵, 而河道演變則反映了空間形態特徵隨時間變化性質。國內外許多學者都對空間分析進行研究(UnWin,1981；李德仁等，1993；Robert Haining，1994；郭仁忠,1997；王勁峯，2000)，但是對空間分析下定義是比較困難的，目前尚無一個統一的定義，不同的應用領域給出不同的涵義，它們的側重點各不相同，但是都從不同的方面對空間分析的內涵進行了闡釋：或側重於地理學（地學），或側重於測繪學（地圖學）；或側重於幾何圖形分析，或側重於地學統計與建模。綜合這些學者的研究成果。綜述之，GIS空間分析是使用幾何分析、統計分析、數學建模、地理計算等方法，對地理空間中的目標的空間關係進行描述、分析、建模，並進一步為空間決策支持提供服務的技術。

空間分析是對分析空間數據相關方法的統稱，空間分析是GIS系統的先進性的標誌。早期的GIS強調的是簡單的空間查詢，空間分析功能很弱或根本沒有，隨着GIS的發展，用户需要更多更復雜的空間分析的功能，這就促進了GIS空間分析技術的發展，也使得多種空間分析技術出現。根據分析的數據性質不同，可以分為：

①基於空間圖形數據的分析運算；

②基於非空間屬性的數據運算；

③空間和非空間數據的聯合運算。

空間分析賴以進行的基礎是地理空間數據，運用各種幾何邏輯運算、數理統計分析、代數運算等數學手段，最終的目的是解決人們所涉及到的地理空間實際問題。