空间统计理论与方法教学大纲

《空间统计与分析A》课程教学大纲编写人：郑贵洲 编写日期：2022.08课程组组长签名： 审定人签名：一、课程基本信息课程代码：21134201课程中文名称：空间统计与分析A课程英文名称：SpatialStatisticsandAnalysisA讲课学时/学分：24/1.5课内实验学时/学分：16/1课外实验/科研实践学时：0课外研讨学时：0课外素质拓展学时：0课程类别：专业主干课课程性质：必修课授课语种：中文适用专业：地理信息科学开设学期：第四学期先修课程：地理信息系统原理、概率论与数理统计责任单位：地理与信息工程学院二、课程简介《空间统计与分析》是地理信息科学专业的必修主干课。本课程介绍了空间统计的基本概念、基础理论、方法和技术，并结合具体的应用案例，使学生了解空间数据的基本类型、特性和应用潜力，掌握相关空间统计分析方法，并能应用这些方法解决地理、环境、经济、生态等相关领域的空间问题，锻炼学生基本的分析问题与解决问题的科研能力。三、课程目标通过本课程的学习，应达到的目标及能力如下：目标1：理解空间统计概念，空间数据的特征；了解空间统计的发展历史；了解经典统计学与空间统计学的区别与联系；目标2：掌握空间统计分析的基本原理与方法，包括描述性统计方法、经典统计方法、点线面空间统计方法、克里金插值方法等；目标3：能够利用统计知识来挖掘空间模式，进行空间分布、空间相关、空间自相关、空间趋势、空间变化等规律的探索，增强学生的基本科研能力，学会能够针对具体案例，综合利用多种统计方法和软件来解决具体空间问题。四、课程目标对毕业要求的支撑课程目标对应毕业要求对应毕业要求指标点主要教学内容课程目标11.掌握数学、物理学、地理学与计算机科学的基础理论和基础知识，具有从事地理信息建模、分析、服务及应用的能力。第1章绪论第2章描述性统计方法第3章经典统计分析第4章点模式空间统计第5章线模式空间统计第6章面模式空间统计第7章空间回归分析第8章空间插值方法（自学）第9章空间可达性分析（自学）第10章地统计学理论基础第11章克里金估值方法课程目标22.掌握地理信息科学的基本理论、基本知识和基本技能，以及地理信息系统技术的基本原理和开发方法，了解地理信息科学发展前沿关键技术。具有从事地理信息系统及应用软件的分析、设计、研发及维护的能力。3.掌握空间数据处理、集成、建模、分析、统计及可视化的原理与方法。具有熟练运用GIS、RS、GPS对国土、资源、环境等领域问题进行建模、监测、评价和决策的能力。课程目标32.掌握地理信息科学的基本理论、基本知识和基本技能，以及地理信息系统技术的基本原理和开发方法，了解地理信息科学发展前沿关键技术。具有从事地理信息系统及应用软件的分析、设计、研发及维护的能力。3.掌握空间数据处理、集成、建模、分析、统计及可视化的原理与方法。具有熟练运用GIS、RS、GPS对国土、资源、环境等领域问题进行建模、监测、评价和决策的能力。五、课程教学内容第1章绪论1．主要教学内容：空间统计基本概念、空间统计发展历史、空间统计数据特征、空间统计主要内容，空间分析与空间统计基础2．知识点与能力点要求：知识点：空间统计基本概念、空间统计发展历史、空间统计数据特征、空间统计主要内容。能力点：掌握空间统计数据特征，会选择合适的数据来分析给定问题3．教学的重点与难点：教学重点：空间统计数据特征、空间统计主要内容教学难点：空间统计主要内容第2章描述性统计方法1．主要教学内容：集中趋势统计、离散程度度量、频数分布、形态度量、概率函数、假设检验2．知识点与能力点要求：知识点：集中趋势统、离散程度度量、频数分布、形态度量、概率函数、假设检验能力点：学会用点分布的空间描述指标描述一组点数据的空间分布3．教学的重点与难点：教学重点：加权平均中心、标准距离与标准差椭圆教学难点：标准差椭圆。第3章经典统计分析1．主要教学内容：主成分分析、层次分析(AHP)、因子分析、聚类分析、判别分析、线性规划方法、时间序列分析2．知识点与能力点要求：知识点：主成分分析、层次分析(AHP)、因子分析、聚类分析、判别分析、线性规划方法、时间序列分析能力点：学会用经典统计方法分析数据特征3．教学的重点与难点：教学重点：时间序列分析、聚类分析教学难点：聚类分析第4章点模式空间统计1．主要教学内容：空间点模式、样方分析、核密度分析、最近邻指数、G函数与F函数、K函数与L函数2．知识点与能力点要求：知识点：空间点模式、样方分析、核密度分析、最近邻指数、G函数与F函数、K函数与L函数能力点：学会用点模式空间统计分析方法分析空间点数据的分布特征3．教学的重点与难点：教学重点：核密度分析、最近邻指数、K函数教学难点：K函数、显著性检验第5章线模式空间统计1．主要教学内容：线性体长度统计、线方向统计、线密度或线频度、线性体中心对称度、城市路网特征分析、河网密度分析2．知识点与能力点要求：知识点：线性体长度统计、线方向统计、线密度或线频度、线性体中心对称度、城市路网特征分析、河网密度分析能力点：学会用线模式空间统计方法分析空间线数据的分布特征3．教学的重点与难点：教学重点：线方向统计、线密度或线频度教学难点：线密度或线频度第6章面模式空间统计1．主要教学内容：空间相关分析、可变面元问题、空间权重矩阵、连接数统计量、全局空间自相关、局部空间自相关2．知识点与能力点要求：知识点：空间相关分析、可变面元问题、空间权重矩阵、连接数统计量、全局空间自相关、局部空间自相关能力点：学会用面模式空间统计方法分析空间面数据的分布特征3．教学的重点与难点：教学重点：空间相关分析、空间权重矩阵、连接数统计量、全局空间自相关、局部空间自相关教学难点：全局空间自相关、局部空间自相关第7章空间回归分析1．主要教学内容：一元线性回归分析、多元线性回归分析、非线性回归分析、空间截面数据模型、空间面板数据模型、地理加权回归、空间滞后模型、空间误差模型2．知识点与能力点要求：知识点：一元线性回归分析、多元线性回归分析、非线性回归分析、空间截面数据模型、空间面板数据模型能力点：学会利用空间回归分析模型进行空间数据的回归分析3．教学的重点与难点：教学重点：地理加权回归、空间滞后模型、空间误差模型教学难点：地理加权回归、空间滞后模型、空间误差模型的区别与联系第8章空间插值方法.（本章自学）1．主要教学内容：空间插值方法、整体内插、局部分块内插、逐点内插、插值方法交叉验证2．知识点与能力点要求：知识点：空间插值方法、整体内插、局部分块内插、逐点内插、插值方法交叉验证能力点：学会利用空间插值方法进行空间数据拟合分析3．教学的重点与难点：教学重点：逐点内插教学难点：插值方法交叉验证第9章空间可达性分析（本章自学）1．主要教学内容：可达性概述、可达性度量模型、可达性应用2．知识点与能力点要求：知识点：可达性概述、可达性度量模型、可达性应用能力点：学会利用空间可达性分析方法进行空间可达性分析与应用3．教学的重点与难点：教学重点：可达性度量模型、可达性应用教学难点：可达性度量模型第10章地统计学理论基础1．主要教学内容：区域化变量、协方差函数及变异函数、地统计学理论假设、实验变异函数的计算、变异函数理论模型、理论变异函数拟合、变异函数结构分析2．知识点与能力点要求：知识点：区域化变量、协方差函数及变异函数、地统计学理论假设、实验变异函数的计算、变异函数理论模型、理论变异函数拟合、变异函数结构分析能力点：学会计算实验变异函数，并通过理论模型进行变差函数据拟合和结构分析3．教学的重点与难点：教学重点：实验变异函数的计算、理论变异函数拟合、变异函数结构分析教学难点：变异函数结构分析第11章克里金估值方法1．主要教学内容：普通克里金法、简单克里金法、泛克里金法、指示克里金法、概率克里金法、析取克里金法、协同克里金法、对数正态克里金法2.知识点与能力点要求：知识点：普通克里金法、简单克里金法、泛克里金法、指示克里金法、概率克里金法、析取克里金法、协同克里金法、对数正态克里金法能力点：学会利用克里金估值方法进行空间数据插值3．教学的重点与难点：教学重点：普通克里金法、简单克里金法教学难点：除普通克里金法、简单克里金法外的其他克里金估值方法六、教学进程课程总学时为40学时，共包括11章内容。各章节学时分配如下表：内容学时第1章绪论空间统计基本概念、空间统计发展历史、空间统计数据特征、空间统计主要内容，空间分析与空间统计基础2第2章描述性统计方法集中趋势统计、离散程度度量、频数分布、形态度量、概率函数、假设检验2+2第3章经典统计分析主成分分析、层次分析(AHP)、因子分析、聚类分析、判别分析、线性规划方法、时间序列分析2+2第4章点模式空间统计空间点模式、样方分析、核密度分析、最近邻指数、G函数与F函数、K函数与L函数4+2第5章线模式空间统计线性体长度统计、线方向统计、线密度或线频度、线性体中心对称度、城市路网特征分析、河网密度分析2第6章面模式空间统计空间相关分析、可变面元问题、空间权重矩阵、连接数统计量、全局空间自相关、局部空间自相关6+4第7章空间回归分析一元线性回归分析、多元线性回归分析、非线性回归分析、空间截面数据模型、空间面板数据模型、地理加权回归、空间滞后模型、空间误差模型2+2第8章空间插值方法空间插值方法、整体内插、局部分块内插、逐点内插、插值方法交叉验证自学第9章空间可达性分析可达性概述、可达性度量模型、可达性应用自学第10章地统计学理论基础区域化变量、协方差函数及变异函数、地统计学理论假设、实验变异函数的计算、变异函数理论模型、理论变异函数拟合、变异函数结构分析2+2第11章克里金估值方法普通克里金法、简单克里金法、泛克里金法、指示克里金法、概率克里金法、析取克里金法、协同克里金法、对数正态克里金法2+2七、课程目标达成途径与措施本课程以课堂讲授为主，课后答疑和上机实践为辅。课程目标具体达成途径与措施包括：1）基本原理讲授。通过理论联系实际方式，开展启发式教学，培养学生独立思考的能力。2）理论与实践结合。对重要教学内容安排上机实践，引导学生将所学理论知识用于完成实习任务和作业，以及在实践过程中进一步理解和领会相关知识。3）教学互动。通过定期组织随堂讨论/线上讨论课等形式，就相关重要知识点对学生进行提问，实现精准跟踪考察；强调学生的学习主动性，组织引导线上/线下的积极提问、讨论和答疑。八、课程的考核、目标达成度评价方法与改进措施（一）课程考核课程考核以检验课程目标的达成度为手段，进而评价学生学习成果的达成度。考核的环节包括平时作业（一共三次随堂作业+一次课后编程作业）、期末闭卷考试两部分，总评成绩以百分计，满分100分，各考核环节所占分值比例可根据具体情况进行微调，建议值及考核细则如下。考核依据建议分值/权重考核/评价细则对应的课程目标平时作业(A)20%1.考核学生对课堂讲授知识点的复习、理解和掌握程度。2.检验学生利用空间统计方法解决分析问题的能力。3.每次作业按五级制单独评分，取各次成绩的平均值并乘以权重作为此环节的实际分值。20%课程目标1上机实践(B)30%1.考核学生使用软件工具的熟练程度。2.考核学生利用软件工具对空间数据进行统计与分析的能力。3.按五级制单独评分，取各次成绩的平均值并乘以权重作为此环节的实际分值。40%课程目标150%课程目标250%课程目标3课程论文(C)50%1.考核学生对空间统计分析方法正确选择和灵活运用的能力。2.考核学生撰写文档的能力。3.报告按五级制评分，以报告实际得分为此环节的实际分值。40%课程目标150%课程目标250%课程目标3单次平时作业按五级制单独评分，评分细则如下：优秀良好中等及格不及格按时交作业；分析问题条理清楚、层次清晰；概念解释清晰，分析问题条理清楚，操作过程正确清晰，能够思考多种解决方案；表述合理，书写规范等。按时交作业；分析问题比较清晰；概念解释、分析问题条理较清楚，操作过程基本正确；表述比较合理，书写比较规范等。按时交作业；分析问题基本清晰；操作过程基本正确；表述比较合理，书写基本规范等。短时迟交作业；分析问题基本清晰；操作过程基本正确；表述基本合理，书写基本规范等。不交或严重超时迟交作业；分析问题不清晰；操作过程有错误；表述不合理，书写不规范等。期末考核报告按五级制评分，评分细则如下：优秀良好中等及格不及格按时提交报告；分析问题条理清楚、层次清晰；概念解释清晰，分析问题条理清楚，操作过程正确清晰，能够思考多种解决方案；表述合理，书写规范等。按时提交报告；分析问题比较清晰；概念解释、分析问题条理较清楚，操作过程基本正确；表述比较合理，书写比较规范等。按时提交报告；分析问题基本清晰；操作过程基本正确；表述比较合理，书写基本规范等。短时迟交报告；分析问题基本清晰；操作过程基本正确；表述基本合理，书写基本规范等。不交或严重超时迟交报告；分析问题不清晰；操作过程有错误；表述不合理，书写不规范等。（二）目标达成度评价方法课程目标达成都评价包括课程单目标达成度评价和课程总目标达成度评价，具体计算方法如下：课程目标达成度评价值计算具体说明如下：课程目标考核环节目标分值（*权重）学生平均得分（*权重）达成度计算示例课程目标1期末考试50*20%C*20%课程目标2作业20*50%A*50%上机30*50%B*50%期