地理空間分析

前言

每一個初涉地理信息系統(tǒng)（GIS）的人，都會被告知地理信息系統(tǒng)與其他管理信息系統(tǒng)或應(yīng)用軟件工具最大的區(qū)別就是GIS具有強大的空間分析功能，空間分析是GIS的優(yōu)勢所在，也是GIS體現(xiàn)其功能、解決實際問題的主要工具。在早期大多數(shù)GIS類教材中，講授空間分析的內(nèi)容往往比較狹窄，主要集中于緩沖區(qū)分析、疊加分析、網(wǎng)絡(luò)分析、地形分析等基本內(nèi)容，同時在一些商業(yè)軟件的功能實現(xiàn)中往往也主要集中于這些基本模塊。近年來，一方面地理信息系統(tǒng)與其他數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析方法不斷結(jié)合，在地理空間數(shù)據(jù)分析與處理方面出現(xiàn)了許多新的方法、技術(shù)和模型；另一方面商業(yè)地理信息系統(tǒng)軟件，如ArcGIS等提供的空間分析工具越來越多，而且一些開源軟件、共享軟件的快速發(fā)展也極大地促進了地理空間分析方法與技術(shù)的多元化開發(fā)與廣泛應(yīng)用。雖然國內(nèi)外已有一些關(guān)于空間分析與建模方面的教材和著作，但與快速發(fā)展的空間分析理論、方法、技術(shù)和軟件相比，仍然缺少一本能夠系統(tǒng)、全面地講授這一領(lǐng)域基礎(chǔ)知識和最新發(fā)展的工具書。譯者從事空間分析與建模、地理空間分析等方面的研究和教學(xué)多年，每次備課、制定研究計劃等都需要查閱大量文獻和資料，工作量大，耗時多，而且在國外文獻檢索方面往往存在一定局限性。2006年11月起，本書第一譯者在國家留學(xué)基金委員會支持下，作為訪問學(xué)者赴英國諾丁漢大學(xué)地球空間科學(xué)研究中心（Centre for Geospatial Science，the University of Nottingham）進行學(xué)術(shù)訪問交流，其間參加了由地理學(xué)院Robert Abrahart副教授（與OpenShaw合著國際上第一本關(guān)于Geocomputation著作的另一位作者）講授的兩門研究生課程：“空間分析”和“空間建?！?，并進行了深入交流。Robert Abrahart副教授推薦了一本剛出版即獲得廣泛認可的工具書型教材，即由Mike deSmith、MikeGoodchild和PaulL~~ongley等共同編寫的“Geospatial Analysis：A Comprehensive Guide to Pfinciples，Techniques and Software Tools”，通過訪問該書的網(wǎng)站www.spatialanalysisonline.com對該書有了一個總體的了解，隨后通過與第一作者Mike de Smith博士聯(lián)系，獲得了該書PDF版本網(wǎng)絡(luò)本的閱讀授權(quán)，在對該書有了較為全面系統(tǒng)的認識的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)該書具有幾個明顯不同于其他教材、著作或工具書的特點，事實上這也是促使作者翻譯和引進該書的主要出發(fā)點。

內(nèi)容概要

本書系統(tǒng)講授了地理空間分析的基本理論方法、應(yīng)用技術(shù)和軟件工具，共分8章。第1章介紹本書的寫作背景和動機，以及全書中使用的基本概念、術(shù)語、公式、符號等知識。第2章是關(guān)于地理空間分析的概念框架，包括地理空間分析的基本單元、空間關(guān)系和空間統(tǒng)計。第3章對地理空間分析的歷史和方法背景進行了總結(jié)。第4章是關(guān)于地理空間分析的基本單元，包括空間數(shù)據(jù)模型、幾何和關(guān)系操作、查詢和計算、距離操作、方向操作、格網(wǎng)操作和地圖代數(shù)。第5章介紹數(shù)據(jù)探測和空間統(tǒng)計學(xué)的基本方法和常用工具。第6章是關(guān)于表面分析和場分析的介紹，包括表面建模、表面幾何、流域分析、內(nèi)插方法等。第7章講授網(wǎng)絡(luò)和位置分析的相關(guān)問題。第8章則對地理計算的方法和建模進行介紹。全書在講授基本理論方法與應(yīng)用技術(shù)的基礎(chǔ)上，介紹了大量的軟件工具，并提供了豐富的應(yīng)用實例。    本書既可以作為“地圖制圖學(xué)與地理信息工程”、“地圖學(xué)與地理信息系統(tǒng)”等學(xué)科研究生或地理信息系統(tǒng)專業(yè)高年級本科生地理空間分析、空間分析與地學(xué)建模、空間數(shù)據(jù)處理與分析等課程的教材，也可作為高等學(xué)校測繪科學(xué)與技術(shù)、地理學(xué)、信號與信息處理、地質(zhì)資源與地質(zhì)工程等相關(guān)學(xué)科專業(yè)學(xué)生、教師和從事空間信息科學(xué)與技術(shù)工作科技人員的工具型參考書。

作者簡介

作者：(英國)德史密斯 (Michael J.de Smith) (美國)Michael F.Goodchild (英國)Paul A.Longley 譯者：杜培軍 張海榮 冷海龍

書籍目錄

第1章　緒論和術(shù)語  1.1　動機和媒介    1.1.1　本書綜述    1.1.2　空間分析、地理信息系統(tǒng)和軟件工具    1.1.3　目標讀者和范圍  1.2　軟件工具和配套材料    1.2.1　GIS和相關(guān)軟件工具    1.2.2　建議閱讀材料  1.3　全書結(jié)構(gòu)  1.4　術(shù)語和縮寫    1.4.1　定義  1.5　常用單位和符號    1.5.1　符號　　1.5.2　統(tǒng)計度量和相關(guān)公式第2章　空間分析的概念框架  2.1　地理空間視角  2.2　基本單元    2.2.1　地點    2.2.2　屬性    2.2.3　對象    2.2.4　地圖    2.2.5　地點的多種屬性    2.2.6　場    2.2.7　網(wǎng)絡(luò)    2.2.8　密度估計    2.2.9　細節(jié)、分辨率和尺度    2.2.10　拓撲  2.3　空間關(guān)系　　2.3.1　共同位置分析    2.3.2　距離和方向    2.3.3　多維尺度變換    2.3.4　空間背景    2.3.5　鄰域　　2.3.6　空間異質(zhì)性    2.3.7　空間依賴性    2.3.8　空間采樣    2.3.9　空間內(nèi)插    2.3.10　平滑和銳化    2.3.11　一階和二階過程  2.4　空間統(tǒng)計學(xué)    2.4.1　空間概率    2.4.2　概率密度    2.4.3　不確定性    2.4.4　統(tǒng)計推斷  2.5　空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施    2.5.1　Geoportals    2.5.2　元數(shù)據(jù)    2.5.3　互操作　2.6　小結(jié)第3章　歷史和方法論背景  3.1　歷史背景  3.2　方法背景    3.2.1　作為過程的空間分析    3.2.2　分析方法    3.2.3　空間分析與PPDAC模型    3.2.4　PPDAC不斷變化的背景第4章　空間分析的基本模塊  4.1　空間數(shù)據(jù)模型和方法  4.2　幾何及相關(guān)操作    4.2.1　矢量數(shù)據(jù)集的長度和面積    4.2.2　柵格數(shù)據(jù)集的長度和面積    4.2.3　表面積    4.2.4　曲線光滑與點的剔除    4.2.5　質(zhì)心和中心    4.2.6　點（對象）在多邊形內(nèi)    4.2.7　多邊形分解    4.2.8　形狀    4.2.9　疊置和組合操作    4.2.10　區(qū)域插值    4.2.11　分區(qū)及重新分區(qū)    4.2.12　分類和聚類    4.2.13　邊界和區(qū)域隸屬度　　……第5章　數(shù)據(jù)探測與空間統(tǒng)計學(xué)第6章　表面和場分析第7章　網(wǎng)絡(luò)和位置分析第8章　地理計算方法和建模附錄　網(wǎng)絡(luò)鏈接參考文獻后記

章節(jié)摘錄

插圖：第4章 空問分析的基本模塊4.1 空間數(shù)據(jù)模型和方法利用空間數(shù)據(jù)集可以建立基于場和對象概念的現(xiàn)實世界操作模型，這在2.2.6節(jié)已經(jīng)討論過。在2.2.3節(jié)，我們還論述了運用坐標幾何表示對象分類，內(nèi)容包括：離散點位置集；有序點集（開集形成復(fù)合線或折線，閉合的不相交集形成簡單多邊形）；對連續(xù)變化現(xiàn)象的表達，也稱為表面或場。后者經(jīng)常表示為連續(xù)的正方形單元格網(wǎng)，每個單元包含一個值，代表這個單元中場的（估計的）平均高度或強度。在大多數(shù)文獻中和軟件包內(nèi)，點／線／面模型稱為矢量數(shù)據(jù)，而格網(wǎng)模型則稱為柵格（或圖像）數(shù)據(jù)。Longley et al.（2005）給出了在GIS和示例應(yīng)用中使用空間數(shù)據(jù)模型的簡要說明（見表4.1）。  但它們之間的區(qū)別并不像看上去那樣明顯。例如，矢量數(shù)據(jù)可以轉(zhuǎn)變（或轉(zhuǎn)換）成柵格數(shù)據(jù)，反之亦然。大多數(shù)情況下，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換會導(dǎo)致信息丟失（比如分辨率和拓撲結(jié)構(gòu)），而且這種轉(zhuǎn)換是不可逆的。例如，假設(shè)有一幅柵格地圖，其中很多特定區(qū)域（鄰近單元的組合）代表土壤類型。要將這幅地圖轉(zhuǎn)換成矢量形式，需要明確最終想要得到的目標矢量形式（在這個例子中是多邊形），然后應(yīng)用轉(zhuǎn)換操作，即首先定位到區(qū)域邊界，然后依照格網(wǎng)的輪廓用復(fù)雜的邊緣不整齊的多邊形來代替這些區(qū)域。這些多邊形進一步自動或選擇性地平滑，以得到簡單的、更容易接受的矢量表達。將這一過程逆轉(zhuǎn)，即使用平滑的矢量圖產(chǎn)生柵格輸出，一般將形成與開始所用的柵格地圖有所不同的輸出文件，其中的原因包括：在矢量化過程中邊界檢測和簡化的程度；矢量化和柵格化過程中邊界檢測和轉(zhuǎn)換算法的精確性；特殊情況的處理方法，如對地圖邊緣、“開放區(qū)”、孤立單元或空值單元的處理等。

后記

本書編寫的一個重要目標是，支持大量的空間認識和地理信息科學(xué)方面的國際創(chuàng)新，包括英國的Spatial Literacy in Teaching項目（SPINT，http:／／www.spatial-literacy.org／）、美國國家科學(xué)院的Beyond Mapping項目（http：／／www.nap.edu／catalog／11687.html）和Learning to think spafiaHy創(chuàng)新研究（http：／／www.nap.edu／catalog.php？record_id=11019），AAG／UCGIS的Geographic Information Science and Technology“Book of Knowledge”（BoK）是目前最為突出的。本書采用的形式使得其可被廣泛范圍的讀者閱讀和修改，以保持內(nèi)容的經(jīng)常性更新。我們將本書的未來發(fā)展作為地理空間界的一項永遠不可能完成的工程，因此，本書一個更為確切的標題應(yīng)該是Geospatial Analysis：Towards a Comprehensive Guide to Principles,Techniques and Software Tools。為此，我們歡迎讀者指正本書當前版本缺失的主題及任何錯誤。建議及其他評論，都可以通過網(wǎng)站www.spatialanalysisonline.com反饋給作者。

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