空间统计分析方法简介及Geoda使用说明
空间统计分析方法与应用
空间统计分析方法与应用引言空间统计分析是一种将空间数据和统计学原理结合起来的分析方法，用于探索和理解地理现象在空间上的分布规律和相互作用关系。
随着GPS技术、遥感技术和地理信息系统的发展，空间数据的获取和处理能力得到了大幅提升，空间统计分析成为了地理学、城市规划、环境科学等领域的重要工具。
本文将介绍一些常用的空间统计分析方法和它们在实际应用中的作用。
空间统计分析方法空间自相关分析空间自相关分析是用来描述和测量空间数据的空间相关性的方法。
它通过计算各个地点的属性值与周围地点的属性值之间的相关性来判断空间数据的分布是否呈现出聚集、随机或分散的趋势。
其中，常用的指标包括Moran’s I和Geary’s C等。
空间自相关分析可以帮助我们了解地理现象的空间集聚性和空间异质性，并且能够为规划和决策提供依据。
空间插值分析空间插值分析是指根据已知的有限点数据，通过插值方法推测出未知位置的属性值。
常用的插值方法包括克里金插值、反距离加权插值和样条插值等。
空间插值分析可以帮助我们填补空间数据的缺失和提供空间数据的连续性表达，从而更好地理解地理现象的分布和变化。
空间聚类分析空间聚类分析是指通过将地理现象的空间数据划分为若干组或簇，来发现空间数据的集聚规律和地理特征。
常见的空间聚类方法有基于密度的聚类、基于网格的聚类和基于层次聚类的方法等。
空间聚类分析可以帮助我们发现空间数据中的热点区域和冷点区域，从而更好地理解地理现象的空间分布规律。
空间回归分析空间回归分析是一种结合了统计回归分析和空间自相关分析的方法。
它通过考虑空间相关性，分析影响地理现象的空间因素和非空间因素之间的关系。
空间回归分析可以帮助我们识别和量化空间变量对地理现象的影响程度，并且提供空间因素对地理现象预测和模拟的能力。
空间统计分析的应用城市规划空间统计分析在城市规划中有着广泛的应用。
通过空间自相关分析，我们可以了解城市不同区域的发展状况和经济社会差异。
geodas使用手册
geodas使用手册geodas是一个基于Python的开源软件，用于处理和可视化地理空间数据。
本使用手册旨在提供关于如何使用geodas的详细指南，包括安装、配置、数据导入、分析和可视化等方面的内容。
一、安装首先，您需要安装Python和必要的库。
确保您的Python版本为3.x，并安装以下库：1. GDAL/OGR2. PyProj3. NumPy4. Pandas5. Matplotlib您可以使用pip命令安装这些库。
例如，在终端中输入以下命令：```shellpip install GDALpip install PyProjpip install numpypip install pandaspip install matplotlib```二、配置在安装完geodas后，您需要配置一些参数。
在终端中输入以下命令：```pythonfrom geodas import configureconfigure.init()```这将初始化一些必要的参数，例如投影和坐标系。
三、数据导入geodas支持多种格式的地理空间数据，包括GeoTIFF、Shapefile、GeoJSON等。
您可以使用以下命令将数据导入到geodas中：```pythonfrom geodas import read_filedata = read_file('path/to/your/data')```这将读取指定路径下的数据，并将其存储在变量data中。
您可以进一步使用这个变量进行分析和可视化。
四、分析geodas提供了丰富的地理空间分析功能，包括空间统计、地形分析、距离计算等。
以下是一个简单的示例，演示如何计算两点之间的距离：```pythonfrom geodas import distance_between_pointsdistance = distance_between_points([(1, 2), (3, 4)], unit='km')print(distance)```这将计算两个点之间的距离，并将其输出到控制台。
实验三空间统计分析
实验三空间统计分析引言：空间统计分析是地理信息科学中的一项重要技术，以空间数据为基础，通过空间统计模型和方法，研究地理现象在空间上的分布、关联、聚集和异质性等特征。
本实验将通过实例介绍空间统计分析的具体方法和步骤。
一、空间统计分析的数据准备1.空间数据的获取：空间统计分析的第一步是获取相关的空间数据，可以通过地理信息系统（GIS）软件或其他渠道获取。
2.数据准备：对于获取的空间数据，需要进行数据准备，包括数据清洗、数据格式转换等。
二、空间统计分析的基础1.空间数据的可视化：通过GIS软件将获取的空间数据进行可视化，以便更好地理解其分布特点。
2.空间数据的描述统计分析：对于空间数据的描述统计分析，可以计算其平均值、方差、标准差等统计指标，以及构建直方图、箱线图等统计图表以展现数据的分布特征。
三、空间结构分析1.空间自相关分析：空间自相关分析用于检验地理现象是否具有空间相关性。
常用的空间自相关分析方法包括莫兰指数、凝聚统计量等。
2.空间插值分析：空间插值分析用于通过已有的空间数据，推断未来或未知地点的空间属性。
常用的空间插值方法包括反距离加权插值法、克里金插值法等。
四、空间聚集分析1.点模式分析：点模式分析用于研究地理现象在空间上的聚集性，主要包括随机模式、聚集模式和离散模式等。
2.空间卷积分析：空间卷积分析用于确定地理现象的空间关联程度，并计算其空间关联程度指标。
五、空间异质性分析1.空间变差函数分析：空间变差函数分析用于研究地理现象在空间上的异质性。
常用的空间变差函数包括半方差函数、泰森多边形等。
2.空间回归分析：空间回归分析用于研究空间数据之间的关系，常用的方法包括普通最小二乘法、地理加权回归等。
六、实例分析：空气质量的空间分布分析本实例以城市不同监测点的空气质量数据为例，利用空间统计分析方法研究空气质量的空间分布特征。
1.数据获取和准备：从相关机构获取该城市不同监测点的空气质量数据，并进行数据清洗和格式转换。
空间统计软件Geoda简介
空间统计软件Geoda简介
GeoDa是一个设计实现栅格数据探求性空间数据分析（ESDA）的软件工具集合体的最新成果。
它向用户提供一个友好的和图示的界面用以描述空间数据分析，比如自相关性统计和异常值指示等。
Geoda完整版中文操作手册和Geoda软件，请见下面的分享链接
/OckRTfc6VJ8Ftt 访问密码 0274
GeoDa的设计包含一个由地图和统计图表相联合的相互作用的环境，使用强大的连接窗口技术。
GeoDa 能在任何风格的微软公司的操作系统下运行（Win95，98，2000，NT，Me，andXp）。
Geoda软件适用于区域经济学、法学、政治学等社会学科，以及医学、地理学、植物学、土壤学、地质学、水文学和气候学等领域。
简短操作步骤学习：
1.打开地图文件
2.打开数据窗口，选择edit-select variable
3.制图
点击Map---
选择相应的变量
设置分成的级别数目
4.制作空间权重矩阵点击菜单中的权重图标
选择输入和输出文件
选择权重的确定方式
5.制作散点图，计算莫兰指数
做出散点图，右键可以保存。
6.局部莫兰指数，制作空间集聚图，选择相应的图形
7.做出空间地图
点击右键，选择保存结果
8.拟合曲线
9.回归分析
10.空间滞后模型
11.空间误差模型。
ArcGISGeoda空间相关研究分析操作说明
启动ArcMap点击+号加载shp文件，或在file下加载shp文件：载入地shp文件CHNPRO31.shp右键点击选open Attribute Table打开地属性数据：点选opention点击Add field如果选择做是长整数如果选包含小数字段选text准备编辑数据，在excel上按地名编码procode等排好再复制作以上这个动作之前须启动编辑器Editor（四个黑点地笔）:点start Editing之后开始粘贴数据粘贴数据后退出编辑：再右击shp文件输出数据：输出文件重新起名后点击ok用以下OpenGeoda画图：以下作分位数图：4分位-9分位用以下Geoda095i软件做空间权重矩阵和空间统计分析(参看geoda中文版手册)输出文件要起文件名字：选4个邻居（这个随便，也有选8个），还有距离远近门槛值，具体参见geoda使用说明选择地权重文件地ID变量，这里是PROCODE,还可考虑什么ID？点regress后作空间回归，加载空间权重，才可作空间滞后和空间误差模型因变量GDP，自变量出口、投资、消费补充：ArcMap裁减地图数据：在启动编辑器，启动编辑才可裁减！数据中西藏没了：版权申明本文部分内容，包括文字、图片、以及设计等在网上搜集整理.版权为个人所有This article includes some parts, including text, pictures,and design. Copyright is personal ownership.b5E2R。
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geoda例子及其关键操作技巧
如何制作shp格式文件，并利用Geoda软件进行空间面板数据分析——有详细的步骤以最新空间计量软件OpenGoeda为例，其实，对于空间面板数据发分析与地图的显示是两会儿事，空间分析可以简单的分为两块：第一是：空间统计分析，即空间数据的探索性分析，一般用到地图，主要是为了直观显示其属性值的空间分布情况，另外就是全局空间自相关分析（全局Morans'I系数）和局部空间自相关分析（LISA）及Morans散点图（HH，HL，LH，LL）；第二是：空间计量分析，主要包括：空间滞后模型（SLM）和空间误差模型（SEM），使用的前提是，自变量和因变量都存在空间自相关性，因此导致经典的计量模型估计有偏或失效，因此自然而然将空间因素考虑到模型中进行分析，空间因素的引进涉及最核心的表达空间的权重矩阵。
这是空间计量模型和软件解决的基本问题。
在此基础上说一下，如何利用OpenGoeda分有相应的shape格式地图和没有的情况下如何进行空间面板数据的回归分析。
首先、是有相应地图的shape格式文件，如何进分析，涉及研究区域的地图的制作；地图和属性数据的链接等。
具体如下：首先可以借助Mapinfo和Arcgis 软件制作shape格式的地图文件，并设置ID唯一代码，接着制作属性值文件，其格式为dbf，然后，将上述制作完成的shape格式文件和dbf格式属性值通过OpenGoda软件的Table菜单下的Merge TableDate进行合并，形成一个完整的包含分析需要的所有属性值的shape格式文件。
这样我们所有准备工作完成了，接下来就可以进行各种各样的分析了。
其次、无法获取地图的shape文件，或者你主要进行的空间回归分析，那么此时你完全不用费心思去制作地图，这时候仅需要你生成一个空间权重矩阵，具体做法是：1、生成一个OpenGoeda能识别的shape格式文件（直接用txt做就ok 了，还可以通过dbf格式做，也比较容易）步骤，tools/shape/Point from ASCII(txt)，2、建立dbf格式的属性数文件，3、利用软件里的Merge TableDate将1步建的shape文件数据表和2步建的dbf格式数据进行合并，并保存，保存后的文件我们命名为“sample”，3，则可以用sample.shp格式文件进行空间面板数据分析了。
空间数据分析软件Geoda
空间数据分析软件GeodaGeoDa是⼀个免费、开源的空间数据分析软件。
通过探索和建模空间模式，GeoDa向⽤户提供了全新的空间数据分析视⾓。
GeoDa是由博⼠和其开发的. 该程序提供了友好的⽤户界⾯以及丰富的⽤于探索性空间数据分析(ESDA)的⽅法，⽐如空间⾃相关统计(spatial autocorrelation statistics)和基本的空间回归分析(spatial regression analysis)。
从2003年2⽉GeoDa发布第⼀个版本以来， GeoDa的⽤户数量成倍的增长。
截⽌2017年6⽉，GeoDa的⽤户数量已经超过了20万。
GeoDa最新发布的版本是1.14。
新版本包含了很多新的功能，⽐如：单变量和多变量的局部Geary聚类分析，集成了经典的（⾮空间）聚类分析⽅法（PCA，K-Means,Hierarchical聚类--详细请参考Hoon et al's 2013 ""）。
同时GeoDa也⽀持更多的空间数据格式，⽀持时空（space-time)数据，⽀持包括Nokia和Carto提供的底图(Basemap)显⽰，均值⽐较图表(averages charts)，散点图矩阵(scatter plot matrices)，⾮参数的空间⾃相关图(nonparametric spatial autocorrelation--correlogram)，以及灵活的数据分类⽅法(flexible data categorization)。
下载地址：这⾥以克利夫兰房价数据为例进⾏展⽰打开属性表绘制等间隔地图绘制散点矩阵图创建空间权重矩阵绘制Moran散点图运⽤空间误差模型（SEM）分析经纬度与房价的关系：总体感觉⽤户界⾯很友好，有很多能进⾏空间分析的功能。
geoda双变量莫兰指数
geoda双变量莫兰指数
Geoda双变量莫兰指数是一种用于衡量地理空间数据的空间自相关性的指标。
它基于莫兰指数的原理，采用双变量来
反映两个变量之间的关系。
在地理学和城乡规划等领域中，Geoda双变量莫兰指数常常用于检验两个空间变量之间的相互关联性。
Geoda双变量莫兰指数的计算方法相对复杂，需要分为以下几个步骤：
1.数据准备：需要准备两个空间变量的数据。
2.建立权重：权重是空间关系的一个表示，不指定任何变量。
本文使用的是点数据，建立变量不选择任何一个已有变
量，并且要选择“基于距离空间权重”，所有项都选择默认即
可。
3.计算莫兰指数：单变量莫兰指数和双变量莫兰指数。
选择合适的space-method即可。
第一个是单变量莫兰指数，
第二个是双变量莫兰指数，可运行多次求解均值、方差一类
的统计值。
4.运行多次：计算局部双变量莫兰指数，可以看出high-high分布、high-low分布、low-high分布、low-low 分布、不显著5类。
最后的红框是运行多次的统计数据。
此外，Geoda还可以直接进行回归等操作，具体可在子菜单
中尝试。
以上内容仅供参考，如需更多信息，建议查阅Geoda双变量莫兰指数相关的文献或咨询该领域的专家。
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Ii nI
i 1
+ Local Moran′s I 统计量它是 Global Moran′s I 的分解形式。
+ 局部莫兰指数高 值表明有相似变 量值的面积单元 在空间集聚（高 值或低值），低 值表明不相似变 量值的面积单元 在空间集聚。
1
2011/4/11
确定散点图的数据
散点图的含义
j 1
wij )2
s2d
VAR(I )
n2w1 nw2 3w02 w02 (n2 1)
E2(I)
w2 (wi . w.. j )2
局部莫兰指数计算公式
I
i
i
n2 wij
j
( xi
x)
j
(x
wij j
(xj
2
x)
x)
j
全局Moran′s I和Local Moran′s I指数之间存在一下关系：
+ 全局莫兰指数（Moran’s I）
+ 该指标可以指出区域属性值的分布是否是聚集， 离散或者随机分布模式。
+ 莫兰指数的值域为[-1，1]，取值为-1表示完全负相 关，取值为1表明完全正相关，而取值为0表示不 相关。
I
n
w i j i, j (xi x)(x j x)
w i
LH 区 域 自 身 福 利 水 平 较 低，周边地区较高，二 者的空间差异程度较大， 较强的空间负相关，即 异质性突出。
HH区域自身和周边地区 的福利水平均较高，二 者的空间差异程度 较小， 存在较强的空间正 相关， 即为热点区。
LL 区 域自 身和周 边地 区 的福利水平均较低，二 者的空间差异程度较小， 存在较强的空间正相关， 即为盲点区。
2011/4/11
空间统计分析方法 简介
空间自相关的含义
+ 空间自相关（spatial auto correlation） + 是测试空间某点的观测值是否与其相邻点的值存在相关性
的一种分析方法。
+ 如果某一位置变量值高，其附近位置上该变量值也高，则 为正空间自相关，反之，则为负空间自相关。
全局莫兰指数计算公式
局部莫兰指数 制作空间集聚图
2011/4/11
空间 集聚 图
点击右键选择保存结果
计算 结果
拟合曲线（GDP与消费总额）
回归分析 选择回归分析方式
普通最小二乘法
5
空间滞后模型
空间误差模型
2011/4/11
谢谢！
6
HL区域自身福利水平较 高，周边地区较低，二 者的空间差异程度 较大， 较强的空间负相关，即 异质性突出。
Moran散点图空间涵义解释
2
打开地图文件
打开地图文件
2011/4/11
需要具备的地图文件
打开数据窗口 在菜单栏中选择edit——slecte variable
数据录入
点击右键——新建或删除变量 输入数据
权重矩阵：
1 当区域i和j相邻接
wij 0
其他
1 当区域i和j的距离小于验
，
， + Z值检验
Z Moran'sI E(I ) VAR(I )
nn
w0
wij
i1 j1
E(I) 1 n 1
w1
1 2
n i1
n
(wij
j
i, j
( i
xi
x)2
空间权重矩阵
+ 通常用一个二元对称空 间权重矩阵W来表达n 个位置的区域的邻近关 系，其中，wij为区域i 与j的邻近关系。
w11 w12 w1n
W
w21
w22
w2n
wn1
wn2
wn
n
• 简单的二进制邻接矩阵：
• 基于距离的二进制空间
点击map
制图
选择变量
确定分几个等级
3
等级图
空 间 权 重 矩 阵 的 确 定 方 式
制 作 散 点 图 计 算 莫 兰 指 数
2011/4/11
Tools_weights
制 作 空 间 权 重 矩 阵
空 间 权 重 矩 阵 的 确 定 方 式
莫兰指数 点击右键可以保存结果
4
选择变量 选择需要的图形