空间分析原理与方法.doc

1、 空间分析：基于地理对像的位置和形态特征的空间数据分析技术，目的在于提取和传输空间信息。2、 尺度：广义尺度是实体、模式化过程在空间化时间上的基准尺寸，从研究和被研究对象的角度来看，尺度是指研究某一现象或事件时所采用的空间或时间单位，或某一现象或过程在空间和时间上所涉及的范围和发生的频率3、 缓冲区分析：缓冲区分析是对一组或一类地物按缓冲的距离条件，建立缓冲区多边形，然后将这一图层与需要进行缓冲区分析的图层进行叠加分析，得到所需结果的一种空间分析方法4、 网络数据模型：是现实世界网络系统的抽象表示5、 地理空间数据立方体：是一个面向对象的、集成的、以时间为变量的、持续采集空间与非空间数据的多维数据集合，组织和汇总成一个由一组唯度和度量值定义的多维结构，用以支持地理空间数据挖掘技术和决策支持过程6、 地理网格：地理网格系统是一种以平面子集的规则分级刨分为基础的空间数据结构，具有较高的标准化程度，有利于开发面向空间数据库和几何操作的更有效算法7、 尺度变换：信息在不同尺度范围之间的转换称尺度变换，是将某一尺度上所获得的信息和知识扩展到其他尺度上，实现跨越不同尺度的辨识、推断、预测或推绎，包括尺度上推和尺度下推8、 泰森多边形：将所有气象站连成三角形，作三角形各边的垂直平分线，每个气象站周围的若干垂直平分线便围成一个多边形，用这个多边形内所包含的一个气象站的降雨强度来表示这个多边形区域内的降雨强度，该多边形就称为泰森多边形9、 空间统计分析：是以具有地理空间信息特性的事物或现象的空间相互作用及变化规划为研究对象，以具有空间分布特点的区域化变量理论为基础的一门新学科。10、 网格gis：网格gis是gis与网格技术的有机结合，是gis在网格环境下的一种应用，它将具有地理分布和系统异构的各种计算机、空间数据服务器、大型检索存储系统、地理信息系统、虚拟现实系统等资源，通过高速互联网连接并集成起来，形成对用户透明的虚拟的空间信息资源的超级处理环境11、 地理空间分类：是根据已知的分类模型把数据库中的数据映射到给定类别中，进行数据趋势预测分析的方法。坐标转换：是只用一定的数学方法将一种坐标系的坐标转换为另一种坐标系的坐标的过程12、 临近度分析：(proximity)是空间目标距离关系的重要物理量之一，表示地理空间中目标地物距离相近的程度。以距离关系为分析基础的邻近度分析构成为GIS空间几何关系分析的一个中国重要手段。13、 叠加分析：叠加分析是指将同一地区、不同比例尺，同一数学基础、不同信息表达的两组或多组专题要素的图形或数据文件进行叠加，根据各类要素与多边形边界的交点或多边形属性建立具有多重属性组合的新图层，并对那些在结构和属性上既相互叠加，又相互联系的要素进行综合分析和评价14、 空间自相关：空间自相关反映的是一个区域单元上的某种地理现象或某一属性值与邻近区域单元上同一现象或属性值的相关程度，是一种检测与量化从多个标定点中取样值变异的空间依赖性的空间统计方法15、 智能化gis：是指与专家系统、人工神经网络、模糊逻辑、遗传算法等相结合的gis，是人工智能技术在gis中的应用16、 三维栅格分析：三维栅格结构是一种基于体元表示的数据结构，在对连续分布的不规则矿体、矿山、自然实体和建筑物等（如巷道）进行表示时，具有明显的优越性。它将地理实体的三维空间分成细小的体元，以体元的三维行、列、深度号表示地理实体的空间位置，并建立与属性的实时关联。简答：一.地理空间挖掘的数据结构（P11） 按照不同的挖掘任务，地理空间数据挖掘可以分为预测模型发现，聚类，关联规则发现，序列模式发现，依赖关系发现，异常值分析和趋势发现等。由于空间数据库包含了大量的拓扑/距离信息，需要按照复杂的多维空间索引结构组织数据。在访问这些数据时，需要采用空间推理，地理计算和空间知识的表示技术。地理空间数据挖掘系统包括三大支柱模块：地理空间数据立方体，联机分析处理（OLAP）模块和空间数据挖掘模块。地理空间数据挖掘的体系结构有以下四部分组成：1.图形用户界面（交互式挖掘）；2.挖掘模块集合；3.数据库和知识库（空间、非空间数据库和相关概念）4.空间数据库服务器（如ESRI/Oracle SDE，ArcGIS以及其他空间数据库引擎）二常用的椭球坐标系统： 1）国家大地坐标系 2）高斯平面直角坐标系与UTM坐标系 3）WGS-84世界大地坐标系 4）独立坐标系三我国常用的坐标比例尺 我国基本比例尺地形图有1：100万 1:50万 1:25万 1:10万 1:5万 1:2.5万 1:1万 1：5000，除了1:100万外均采用高斯克吕格投影，即大比例尺用高斯克吕格投影 中小比例尺用Lambert投影四地理空间表达： 地理空间(geospatial)，一般包括地理空间定位框架及其所联结的特征实体。地理空间的特征实体包括点(point)、线(line)、面(polygon)、曲面(surface)和体(volume)等多种类型，如何以有效的形式表达它们，并要使计算机能识别和处理它们，必须对这些特征实体进行数据表达。当对特征实体进行数据表达时，关键又看如何表达空间的一个点，因为点是构成地理空间特征实体的基本元素。如果采用一个没有大小的点(坐标)来表达基本点元素时，称为矢量表示法，如果采用一个有固定大小的点(面无)来表达基本点元素时，称为栅格表示法，它们分别对应矢量数据模型和栅格数据模型，代表着从信息世界观点对现实世界空间目标的两种不同的数据表达方法。 五泰森多边形的定义特性 泰森多边形的定义：为了能根据离散分布的气象站降雨量数据来计算某地平均的降雨量，荷兰气候学家Thiessen AH提出了一种新的计算方法，即将所有相邻气象站练成三角形，作三角形各边的垂直平分线，每个气象站周围的若干垂直平分线便围成一个多边形，用这个多边形内所包含的唯一一个气象站的降雨强度来表示这个多边形区域内的降雨强度，该多边形称为泰森多边形。 泰森多边形特性：1）每个泰森多边形内仅含有一个控制点数据；2）泰森多边形内的点到 相应控制点的距离最近；3）位于泰森多边形边上的点到其两边控制点的距离相等；4）在判断一个控制点与其他哪些控制点相邻时，可直接根据泰森多边形得出结论，即泰森多边形是n边行，则与n个离散点相邻。六地理编码存在什么问题 在对非标准的地址数据进行编码时，地理编码软件通常不能很好的执行。如果一个地址表达得模糊并且能和多个街道地址相匹配，用户就无法选定这个地址的具体位置，不得不输出这些模糊的地址，分别进行处理。地址匹配不能被成功应用的主要原因包括：（a）地址数据不完整或者有歧义性；（b）地址数据中包含的某些字符或者是地址数据的格式不能被地理编码软件正常处理；（c）地址数据符合要求，但是作为地理参考的街道地图数据不完整或者没有及时更新。七三维GIS模型分类 1三维栅格结构：三维栅格结构是一种基于体元表示的数据结构，在对连续分布的不规则矿体，矿山，自然实体和建筑物等进行表示时，具有明显的优越性。 2.八叉树结构：八叉树结构是由四叉树结构推广到三维空间形成的一种三维栅格数据结构，其树形结构在空间分解上具有很强的优势，在一定程度上克服了等边长立方体栅格数据量大的缺点。 3.结构实体几何模型 ：结构实体几何模型是将简单的几何形体通过集合运算和刚体几何变换形成一颗有序的二叉树。 4.四面体格网模型：四面体格网模型是用紧密排列但不重叠的不规则四面体格网来表示空间目标，其实质是二维TIN结构的三维扩展。八什么是人工神经网络 人工神经网络又称为人工神经系统等。他是一个并行的分布处理结构，有多个处理单元及其联接的无向讯号通道互联而成。这些处理单元具有局部内存，并可以完成局部操作。每个处理单元有一个单一的输出联接，这个输出可以根据需要被分支成希望个数的许多并行联结，且这些并行联结都输出相同的信号，即相应处理单元的信号大小不因分支的多少而改变。处理单元的输出信号可以是任何需要的数学模型，每个处理单元中进行的操作必须是完全局部的。也就是说，他必须仅仅依赖于经过输入联结到达处理单元的所有输入信号的当前值和存储在处理单元局部内存中的值。 九地理空间统计模型分类及其各自定义P185+195+1991、相关分析：相关分析模型研究变量间的相互关系并进行信度检验。相关分析模型主要通过相关系数、偏相关系数和典型相关分析来建立。研究的结果有助于分析概念模型中变量间的关系，并将其定量化和细化。 2、因子分析：因子粉丝是使用数学方法建立起来的关于变量之间组合关系的方法，该方法利用协方差结构来组合不同的因子，进而分析推断可能存在的地理过程。3、回归分析：是使用统计回归方法，建立解释变量与因变量之间的关系表达式。 十 GIS环境下空间分析法有哪些？P24 1）确定性空间分析：是指分析处理确定性空间数据或解决确定性空间问题的方法，他是高级空间分析的基础。 2）探索性空间数据分析：是利用统计学原理和图形图标相结合对空间数据的性质进行分析，鉴别，用以引导确定性模型的结构和解法的一种技术，本质上是一种“数据驱动”的分析方法。 3）时空数据分析：不仅描述系统在某一时刻，时段的状态，而且描述系统沿时间维变化的过程，预测未来时刻，时段系统将呈现的状态，一次获得系统变化的趋势，或对过去不同时刻，时段的系统状态回放重现，挖掘系统沿时间变化的规律。 4）专业模型集成分析： 解决某一类地理问题时，由于各种应用系统的服务对象，解决问题的类型，复杂程度等方面差异很大，不同的研究对象或专业范畴需要不同的专业模型。 5）智能化空间分析：由于地理对象具有动态性，多重性，复杂性等特点，地理对象的数据表达普遍存在模糊性与不确定性，地理数据的不确定性理论是学术界公认的极为重要也是极为困难的基础理论课题之一。 6）可视化空间分析： 空间数据的可视化以及基于可视化技术的空间分析已发展成为空间数据处理的重要手段和关键技术。十一、无极比例尺数据处理流程是什么P116GIS中的无级比例尺数据处理技术是指以一个大比例尺单精度空间数据库为基础数据源，在一定空间区域内，空间对象的信息量随比例尺变化而自动增减，使GIS空间数据压缩和复现与比例尺自适应的信息处理技术。流程： 建立空间数据库 确定地理范围 计算新图比例尺 确定地物要素选取数量 确定地物要素选取内容 地物要素的图形概括 地物要素的图形修饰。十二 泰森多边形建立的过程1371. 建立Delaunay三角网，对离散点和形成的三角形进行编号，并记录每个三角形是由 哪三个离散点构成的。2. 找出与每个离散点相邻的所有三角形的编号，并记录下来。3. 将与每个离散点相邻的所有三角形按顺时针或逆时针方向进行排序。4. 计算出每个三角形的外接圆圆心，并记录下来；5. 连接相邻三角形的外接圆圆心，即可得到泰森多边形。对于三角网边缘的泰森多边形，可作垂直平分线与图廓相交，与图廓一起构成泰森多边形。十三 影响半变异函数的因素1961. 样点间的距离和支撑的大小 2、样本数量的大小 3、异常值的影响4、 比例效应的影响 5、漂移的影响十四 什么是DEM、 DTM P231数字高程模型（DEM）是数字地面模型（DTM）的一种特例，两者都是描述地面特性空间分布的有序数值阵列，空间分布由XY水平坐标系统或者经纬度来描述。与DTM不同的是，DEM的地面特征是高程值Z，而不是描述土壤类型，植被类型和土地利用情况等其他属性值。DTM数据由在规则网格地形图上采样所得到的高程值构成，可与飞机或卫星上所拍摄的遥感纹理数据相对应，这些纹理在重构地形表面时被映射到相应的部位。DEM是一定区域范围内规则格网点的平面及高程坐标的数据集，他从数学上描述了该区域地貌形态的空间分布。十五 网格计算的特点2601. 网格计算利用控制域内广泛存在的各种资源进行高性能计算，包括高性能计算机，数据服务器，大型检索存储系统和可视化，虚拟现实系统等，这是网格计算区别于小范围局域网的一个特点。2. 网格计算必须通过标准的，公开的，通用的协议来应用和管理计算资源，协议是连接各种资源的重要纽带。在著名的五层沙漏网格体系结构中，一个最重要的思想就是以“协议”为中心。3. 网格计算通过为用户提供各种优质的服务，使其能够利用广大的计算资源，而这些资源将远远超过个人计算中每部分所拥有资源的总和。4. 网格计算实现的是程序间高层次应用层面的连通，而非硬件或应用程序间的低层连通，这区别于计算机网络。十六 地理空间分类与聚类算法的差别（1）地理空间数据聚类是按照某种距离度量准则，在大型、多维数据集中标识出聚类或稠密分布的区域，从而发现数据集的整体空间分布模式。（2）分类是将数据库中的对象根据一定的意义划分为若干个子集。它和聚类算法的差别在于：聚类算法是根据一定要求将对象聚为一个集合，最后得到的分布模式是聚类之前未确知的；分类算法则是根据已知分布模式的属性要求，将数据库对象归入相应的分类中。在机器学习中，数据分类一般称为监督学习，而数据聚类则称为非监督学习。分类目的是通过学习确定一个分类模型（或分类器），该模型能把数据库中的数据项映射到给定类别中。十七 属性数据的量测尺度661 命名量:是空间数据属性量测中的一个重要尺度，描述事物名义上的差别，起到区分不同本质空间目标的作用。 2.次序量:是通过对空间目标进行排列来标识的一种量测尺度，对空间目标的描述不按值的大小，而是按顺序排列。3.间隔量：是指不参照某个固定点，按间隔表示相对位置的数4.比率量：是指那些有真零值而且量测单位间隔相等的数据，他可以明确描述事物间的比率关系。十八 常见图形表达方式1201. 剖面图：是图形表达中常见的方法，可分为简单剖面图，剖面展平图，剖面叠加图，剖面组合图等类型。2. 图解分布图：为了找出现象间的联系，反应现象的发展进程，可对研究对象进行空间变换，重新在平面上将变换结果结合起来，构成图解分布图。其实质是 将离散的面状分布现象经过变换结合成为一个连续的整体以增强图形表达效果。3. 玫瑰图表：把原图形变化为玫瑰型等各种形式的图表，以表现各种现象的分布特征及现象之间的联系和依存关系。玫瑰图便于对某些限于线上的现象如风向、洋流，人口流动等进行分析和表达。4. 块状图：将地图上的二维图像变换为三维图像，即以透视原理显示所研究现象的立体图形称为块状图。十九 什么是最佳路径算法 154 连通分析158 最佳路径分析也称最优路径分析，以最短路径为主，这里“最佳”包含很多含义，不仅指一般地理意义上的距离最短，还可以是成本最少，耗费时间最短，资源流量最大，线路利用率最高等标准。无论判断标准和实际问题中的约束条件如何变化，其核心实现方法都是最短路径算法。包括Dijkstra算法、 弗洛伊德算法、 矩阵算法 连通分析：在地理网络中从某一点出发能够到达的全部节点或边有哪些，如何选择对于用户来说成本最小的线路，这是连通分析所要解决的问题。连通分析的求解过程实质上是对应图生成树的求解过程，之中研究最多的是最小生成树问题。一个连通图的生成树是含有该连通图的全部顶点的一个极小连同子图，包含三个条件：1）他是连通的2）包含原有连通图的全部节点3）不含任何回路。二十 什么事确定性插值法 分哪两种 209确定性插值法是使用数学函数进行插值，以研究区域内部的相似性，或者以平滑度为基础由已知样点来创建预测表面的插值方法。分为全局性插值法和局部性插值法。全局性插值法：以整个研究区的样点数据集为基础来计算预测值；局部性插值法：则使用一个大研究区域中较小的空间区域内的已知样点来计算预测值。根据是否能保证创建的表面经过所有的采样点，确定性插值法又可分为两类：精确性插值方法和非精确性插值方法。精确性插值法预测的样点值与实测的样点值相等，非精确性插值法预测出的样点值与实测值之间一般不相等。使用非精确性插值法可以避免在输出表面上出现明显的波峰或波谷。二十一 智能计算的特点2931、智能性 2、稳健性 3、不确定性 4、强化计算 5、容错性 6、全局优化二十二 遗传算法312遗传算法是一类借鉴生物界的进化规律演化而来的随机化搜索方法。特征：1）遗传算法作用于一个参数集的编码而不是参数本身，二进制和十进制是两种广泛采用的遗传算法编码方式；2）遗传算法是一种多解并行搜索机制，使其能以较大的概率找到整体最优解；3）遗传算法用一个适应度函数来引导搜索，因而能应用到不同的问题中而要求该问题受到某些特殊的约束，如系统的连续性和可微性等；4）遗传算法使用随机转移规则而不是确定性的转移规则。1. 探索性空间数据分析具体操作步骤，基本内容，数学方法 具体步骤分为两大阶段：探索阶段和证实阶段。通常分析者先对数据做探索性数据分析，然后才能有把握的选择结构分量或随机分量的模型，证实型数据分析评估观察到的模式或效应的再现性。探索性数据分析过程有四个主题，耐抗性，残差，数据转换，图示。基本内容：1检查数据是否有错误，过大或过小的样点数据均有可能是异常值、影响点或错误数据。2获得数据的分布特征，很多分析方法对数据有一定要求，如检验很多就需要数据服从正态分布。3对数据规律的初步考察，通过初步观察获得数据的一些内部规律，如两变量间是否现行相关等数学方法：1直方图：可以很方便的描述数据中单变量的特征，并可以得到感兴趣的数据集的频率分布特征以及一些概括性的统计指标。直方图有两个重要的参数：频率分布和概括性的统计指标。 3趋势分析：将感兴趣的属性值通过垂直于平面的z轴来表示，构成的三维视图，进行趋势分析时，将z轴的数据值投影到xz和yz平面作散点图，然后用多项式拟合投影平面上的散点图。 4半变异|协方差函数云图：目的是探索和量化空间相关性 5正交协方差函数云图：可以用来检验连个数据集空间关联性的局部特征，并可查找数据集间关联性的空间变化情况。2. 什么是网格gis，特点，基于技术的网格gis的层次269网格gis：特点：1网格gis的核心是解决广域环境下各种空间信息处理资源的共享和协同工作。2网格gis可以很好的解决异构系统之间的互操作问题。 3网格gis处理的数据是空间数据，这是网格gis与一般gis的根本区别基于技术的网格gis层次P272：1构造层 主要功能是向上提供网格中可供共享的资源，属于物理或逻辑实体 2连接层 定义了网格中处理通信与授权控制的核心协议，构造层提交的各种资源间的数据交换，个资源间的售前认证、安全控制都在这层的控制下实现。 3资源层 应用协议调用连接层协议对本地资源进行访问和控制。 4协作层 将资源层提交的受控资源汇集在一起，供数字地球虚拟组织的应用程序共享、调用。 5应用层 虚拟组织提供的中间件和服务在应用层得到具体应用，如知识库、应用开发环境、gis服务、可视化、图像处理和操作系统模型等3. 空间局部插值是什么，一般步骤？常见克里格插值有哪些，有何区别？ 空间局部估计也称空间局部插值，是利用在地表不同位置采集的样点生成一个连续表面。空间局部插值法不进能获得预测表面，而且能获得误差表面。有助于了解获得的预测表面的精确性。一般步骤：第一步进行样点的空间结构量化分析，即半变异函数分析，为样点数据拟合一个空间独立模型：第二步利用第一步拟合的半变异函数、样点数据的空间分布及样点数据值对某一区域的位置点进行预测。常见的克里格模型为普通克里克、简单克里格、泛克里格、概率克里格、指示克里格、析取克里格及协同克里格。普通克里格模型：用于各级那些看起来有某种趋势的数据，但仅根据数据本身无法肯定观测数据是否真实的具有分析的相关性需要做进一步具体分析。简单克里格模型：可以使用半变异函数或协方差函数进行分析，可以进行变换和剔除趋势，也可进行测量误差分析。泛克里格模型：分析过程中既能使用半变异函数，又能使用协方差函数。泛克里格法可以进行数学变