《空间数据分析》总结复习.ppt
武汉大学空间数据库复习资料整理
《空间数据库原理》第一章数据库1、空间数据库：①提供结构用于存储和分析空间数据②空间数据由多维空间的对象组成③在标准数据库中存储空间数据需要大量的空间，从一个标准数据库中检索查询空间数据需要很多时间并且很累赘，通常导致很多错误。
2、DBMS:（数据的操作系统）一种操纵和管理数据库的大型软件，用于建立、使用和维护数据库。
SDBMS：增加了处理空间数据功能的DBMS。
①在它的数据模型中提供空间数据类型和查询语言②至少在执行时支持提供空间数据类型：空间索引；空间链接有效的算法。
在地理信息系统中为什么要研究专门的空间数据库系统？1.空间数据库能提供结构存储和空间数据分析2.空间数据库包含多面空间的对象3.在标准数据库中存储空间数据会需要过多的空间4.标准数据库的查询反馈和空间数据分析会消耗过多时减并且留下大量错误空间5.空间数据库能提供更多有效率的存储和空间数据分析3、哈希（Hash）函数：一种将任意长度的消息压缩到某一固定长度的消息摘要的函数。
质数除余法（直接取余法）：f(x):=x mod maxM ;maxM一般是不太接近2^t的一个质数。
乘法取整法：f(x):=trunc((x/maxX)*maxlongit) mod maxM，主要用于实数。
平方取中法：f(x):=(x*x div 1000 ) mod 1000000);平方后取中间的，每位包含信息比较多。
第二章数据库基本原理1、数据模型Data Model：关于数据基础或对象以及他们之间的关系的抽象描述被表示在一个数据库中。
3、概念数据模型：也称语义模型，关于实体和实体间联系的抽象概念集，用统一的语言描述、综合、集成的用户视图。
2、数据字典：是指对数据库的内容包括数据项和属性码定义，是元数据的重要组成部分。
（是指对数据的数据项、数据结构、数据流、数据存储、处理逻辑、外部实体等进行定义和描述，其目的是对数据流程图中的各个元素做出详细的说明。
）Metadata：是描述数据的数据，主要是描述数据属性的信息，用来支持如指示存储位置、历史数据、资源查找、文件记录等功能。
空间分析复习重点
空间分析的概念空间分析：是基于地理对象的位置和形态特征的空间数据分析技术，其目的在于提取和传输空间信息。
包括空间数据操作、空间数据分析、空间统计分析、空间建模。
空间数据的类型空间点数据、空间线数据、空间面数据、地统计数据属性数据的类型名义量、次序量、间隔量、比率量属性：与空间数据库中一个独立对象（记录）关联的数据项。
属性已成为描述一个位置任何可记录特征或性质的术语。
空间统计分析陷阱1）空间自相关：“地理学第一定律”—任何事物都是空间相关的，距离近的空间相关性大。
空间自相关破坏了经典统计当中的样本独立性假设。
避免空间自相关所用的方法称为空间回归模型。
2）可变面元问题MAUP：随面积单元定义的不同而变化的问题，就是可变面元问题。
其类型分为：①尺度效应：当空间数据经聚合而改变其单元面积的大小、形状和方向时，分析结果也随之变化的现象。
②区划效应：给定尺度下不同的单元组合方式导致分析结果产生变化的现象。
3）边界效应：边界效应指分析中由于实体向一个或多个边界近似时出现的误差。
生态谬误在同一粒度或聚合水平上，由于聚合方式的不同或划区方案的不同导致的分析结果的变化。
（给定尺度下不同的单元组合方式）空间数据的性质空间数据与一般的属性数据相比具有特殊的性质如空间相关性，空间异质性，以及有尺度变化等引起的MAUP效应等。
一阶效应：大尺度的趋势，描述某个参数的总体变化性；二阶效应：局部效应，描述空间上邻近位置上的数值相互趋同的倾向。
空间依赖性：空间上距离相近的地理事物的相似性比距离远的事物的相似性大。
空间异质性：也叫空间非稳定性，意味着功能形式和参数在所研究的区域的不同地方是不一样的，但是在区域的局部，其变化是一致的。
ESDA是在一组数据中寻求重要信息的过程，利用EDA技术，分析人员无须借助于先验理论或假设，直接探索隐藏在数据中的关系、模式和趋势等，获得对问题的理解和相关知识。
常见EDA方法：直方图、茎叶图、箱线图、散点图、平行坐标图主题地图的数据分类问题等间隔分类；分位数分类：自然分割分类。
空间分析复习重点
空间分析得概念 空间分析：就是基于地理对象得位置与形态特征得空间数据分析技术，其目得在于提取与传输空间信息。
包括空间数据操作、空间数据分析、空间统计分析、空间建模。
空间数据得类型 空间点数据、空间线数据、空间面数据、地统计数据属性数据得类型 名义量、次序量、间隔量、比率量属性：与空间数据库中一个独立对象（记录）关联得数据项。
属性已成为描述一个位置任何可记录特征或性质得术语。
空间统计分析陷阱1）空间自相关：“地理学第一定律”—任何事物都就是空间相关得，距离近得空间相关性大。
空间自相关破坏了经典统计当中得样本独立性假设。
避免空间自相关所用得方法称为空间回归模型。
2）可变面元问题MAUP ：随面积单元定义得不同而变化得问题，就就是可变面元问题。
其类型分为：①尺度效应：当空间数据经聚合而改变其单元面积得大小 、形状与方向时，分析结果也随之变化得现象。
②区划效应：给定尺度下不同得单元组合方式导致分析结果产生变化得现象。
3）边界效应：边界效应指分析中由于实体向一个或多个边界近似时出现得误差。
生态谬误 在同一粒度或聚合水平上，由于聚合方式得不同或划区方案得不同导致得分析结果得变化。
（给定尺度下不同得单元组合方式）空间数据得性质 空间数据与一般得属性数据相比具有特殊得性质 如空间相关性，空间异质性，以及有尺度变化等引起得MAUP 效应等。
一阶效应：大尺度得趋势，描述某个参数得总体变化性；二阶效应：局部效应，描述空间上邻近位置上得数值相互趋同得倾向。
空间依赖性：空间上距离相近得地理事物得相似性比距离远得事物得相似性大。
空间异质性：也叫空间非稳定性，意味着功能形式与参数在所研究得区域得不同地方就是不一样得，但就是在区域得局部，其变化就是一致得。
ESDA 就是在一组数据中寻求重要信息得过程，利用EDA 技术，分析人员无须借助于先验理论或假设，直接探索隐藏在数据中得关系、模式与趋势等，获得对问题得理解与相关知识。
常见EDA 方法：直方图、茎叶图、箱线图、散点图、平行坐标图主题地图得数据分类问题 等间隔分类；分位数分类：自然分割分类。
空间分析知识点总结
空间分析知识点总结一、概述空间分析是地理信息系统(GIS)中的一个重要领域，它旨在对数据进行空间分析和空间建模，以揭示地理现象之间的空间关系和模式。
空间分析的核心思想是地理现象具有空间相关性，即地理现象在空间上是有规律可循的。
因此，通过空间分析可以帮助我们更好地理解地理现象的分布、变化和关联，以及预测未来的发展趋势。
本文将就空间分析的相关知识点进行总结和梳理。
二、空间数据1. 空间数据类型空间数据可以分为矢量数据和栅格数据两种类型。
矢量数据是以点、线、面等基本要素来表示地理现象的数据类型，适合表示地理要素的几何形状和拓扑关系；栅格数据则是以二维网格的形式来表示地理现象的数据类型，适合表示地理现象的连续分布。
2. 空间数据结构常见的空间数据结构包括点、线、面和多点、多线、多面等复合结构。
这些数据结构都具有特定的几何表示形式和空间拓扑关系，能够准确地描述地理现象的形状和空间位置。
三、空间分析方法1. 空间关联分析空间关联分析是研究地理现象之间的空间相关性和依存性的方法，主要包括空间自相关分析、地理加权回归分析等。
通过空间关联分析，可以揭示地理现象的空间分布规律和相互影响关系，为我们理解地理现象提供重要参考。
2. 空间插值分析空间插值分析是一种通过已知的点数据来推断未知位置上的数值的方法，主要包括反距离加权插值、克里金插值、样条插值等。
通过空间插值分析，我们可以根据局部观测值推断整个区域的数值变化情况，从而对地理现象的空间分布进行预测和模拟。
3. 空间统计分析空间统计分析是一种基于空间数据进行统计分析的方法，主要包括空间集聚度、空间自回归、空间平滑等。
通过空间统计分析，可以揭示地理现象的空间分布规律和空间关联性，为我们理解地理现象的空间变化提供重要依据。
4. 空间网络分析空间网络分析是一种基于网络结构进行空间分析的方法，主要包括路径分析、服务区分析、网络优化等。
通过空间网络分析，可以解决路径规划、物流配送、交通规划等实际问题，为我们优化空间配置提供重要参考。
空间分析总结
3、 方差与标准差
1） 方差： 是均方差的简称，是以离差平方和除以变量个数求得的，记为σ2； 2） 标准差：标准差是方差的平方根； 4、变差系数： 用来衡量数据在时间和空间上的相对变化的程度，它是无量纲的量。 为标准差除以平均数取百分。
定义 全局 趋势面（思想，定义） 泰森多边形 方法 局部 IDW （思想，定义） 样条函数（思想，定义）
地址分配与资源分配
地址匹配
将路径分析和地理编码结合起来使用，如物流配送， 需要将货物送到多家单位。此时可先通过地理编码进行地 址查询，获得各单位的地理位置，再利用最短路径方法确 定最短送货线路。
资源分配
资源分配模型中的网络主要由中心点（分配中心）组 成，有两种分配方式：一是由分配中心向四周输出资源； 另一种是从四周向分配中心集中资源。资源分配的应用包 括消防站点的分布和求援区划分、学校/工厂选址、停水/ 停电对区域的社会和经济的影响等。
■定义：空间分析是基于地理对象的位置和形态特征的空间数据 分析技术，其目的在于提取和传输空间信息。
GIS应用模式
结合计算机技术的最新发展和GIS技术应用的发展，确 定GIS的应用领域。地理信息系统可用于回答以下问题： 定位(Location)：对象在何处? 条件(Condition)：哪些地方符合......特定的条件? 趋势(Trends)：从何时起发生了哪些变化？ 模式(Patterns)： 对象的分布存在何种空间模式？
质心量算
定义：目标的半径位置或保持均匀的平衡点，一般为多边
形的几何中心或质心。
计算公式：
XG
w x w
i
i i
YG
w y w
i
i i
i为离散目标，w为权重，x，y为目标坐标
GIS空间分析复习总结
第一早空间分析概念：GIS空间分析是从一个或多个空间数据图层获取信息的过程。
空间分析是集空间数据分析和空间模拟于一体的技术，通过地理计算和空间表达挖掘潜在空间信息，以解决实际问题。
空间分析在GIS中的地位与作用：空间分析是GIS的核心，也是核心功能，是GIS领域的理论性和技术性都很强的分支，是提升GIS的理论性十分重要的突破口，空间分析是地理信息系统的主要特征，是评价一个地理信息系统的主要指标之一。
第■早空间分析的基本理论：空间关系理论，空间认知理论，空间推理理论，空间数据模型理论，地理信息机理理论，地理信息不确定性理论空间关系分类：顺序关系：主要指目标间的方向关系，度量关系：主要是指目标间的距离关系，拓扑关系：指拓扑变换下的拓扑不变量（）度量关系对空间数据的约束最强烈；顺序关系次之；拓扑关系最弱。
空间度量关系：分为定量度量（空间指标量算，距离度量）和定性度量定量度量空间关系分析包括空间指标量算（距离、面积、坡度、人口密度等）和距离度量（距离）两大类拓扑空间关系：指拓扑变换下的拓扑不变量，如空间目标的相邻和连通关系，以及表示线段流向的关系。
拓扑变换的条件：在原来图形的点与变换了图形的点之间存在着—对应的关系，并且邻近的点还是邻近的点方向空间关系：源目标相对于参考目标的顺序关系（方位）度量空间关系描述:欧氏距离：直线距离d（A B） = x j -x22■ M - y2）2切比雪夫距离：最大距离d（A B） = max（|X j「x2 I M「y2 I）马氏距离（曼哈顿距离）：垂直距离大地测量距离：即球面上两点间的大圆距离曼哈顿距离：纬度差加上经度差拓扑空间关系描述：4元组模型：该模型将简单空间实体看作是边界点和内部点。
构成的集合，4元组模型为由两个简单空间实体点集的边界与边界的交集、边界与内部的交集、内部与边界的交集、内部与内部的交集构成的2X 2矩阵。
9元组模型：9元组在4元组的基础上，在空间描述框架中引入空间实体的“补”的概念，将空间目标A表示为边界、内部和外部三个部分的集合。
《空间数据分析》课件
分析人口分布、消费水平、交通 状况等数据，评估潜在市场的规 模和需求。
为企业提供选址建议，优化资源 配置和提高市场占有率。
犯罪活动的空间数据分析
详细描述
总结词：通过空间数据分析，揭 示犯罪活动的时空规律和特征， 为预防和打击犯罪提供科学依据 。
利用警务数据和GIS技术，分析犯 罪活动的空间分布和热点区域。
探究犯罪活动与人口分布、社会 经济等因素的关联，揭示犯罪活 动的成因和规律。
为警务部门提供情报支持，制定 针对性的防控措施和巡逻计划。
THANKS
感谢观看
空间数据挖掘的方法
包括空间关联规则挖掘、空间聚类、空间分类、时空数据挖掘等 。
空间数据挖掘的应用
在城市规划、环境保护、灾害预测等领域具有广泛的应用价值。
机器学习在空间数据分析中的应用
监督学习
利用已知结果的数据进行训练，建立预测模型，对新的空间数据进行 预测。
无监督学习
通过对无标签数据进行学习，发现数据的内在结构和规律。
空间聚类分析
总结词
将相似的空间数据点聚集成群组
详细描述
空间聚类分析通过将相似的空间数据点聚集成群组，揭示数 据的内在结构和模式。聚类结果可以根据距离度量、密度等 指标进行评估，并用于分类、识别异常值和进行决策支持。
04
空间数据挖掘与机器学习
空间数据挖掘
空间数据挖掘的定义
空间数据挖掘是指从大量空间数据中提取有用信息的过程，这些 信息可以是隐藏的、未知的或非平凡的。
社交媒体数据的获取方式
社交媒体数据可以通过爬虫等技术获取，但需要遵 守相关法律法规和隐私保护原则。
社交媒体数据的处理和分 析
社交媒体数据处理和分析需要针对其特点进 行，包括文本挖掘、情感分析、用户行为分 析等。
GIS空间分析复习提纲及答案PDF.pdf
b.便于空间分析和地表模拟；
b.投影转换比较复杂。
c.现势性较强。
3、空间分析的内容及其在 GIS 中的地位和作用？
答：(1)空间分析的主要内容：
a.空间位置： 借助于空间坐标系传递空间对象的定位信息，是空间对象表述的研究基础，即投影
与转换理论;
b.空间分布：同类空间对象的群体定位信息，包括分布、趋势、对比等内容 ;
读取曲线数据
获取阈值 e
曲线两端点为基线，储存为保留点。基线数 k=1
否
k>0?
是处理本次循环所有Fra bibliotek线。输出压缩后的保留点
是
所有基线判断完成?
否
存在点到基线距离大于 e?
否
删除该基线。K--
是
找出距离最大点，储存为保留
点。更新基线信息。k++
2、简述 dijkstra 算法原理以及绘制其工作流程图 答：（1）dijkstra 算法的原理
4
书山有路
b.检验从所有已标记的点 k 到其直接连接的未标记的点 j 的距离，并设置
d j = min[ d j , dk + lkj ] 其中， lkj 为从点 k 到 j 的直接连接距离。 c.选取下一个点：从所有未标记的节点中，选取 d j 中最小的一个 i
（4）、流分析 ：就是根据网络元素的性质选择将目标经输送系统由一个地点运送至另一个地点的优 化方案，网络元素的性质决定了优化的规则。
网络流的最优化问题主要涉及两方面内容：网络最大流问题和最小费用流问题。最大流问题指的是在 一个网络中怎样安排网上的流，使从发点到收点的流量达到最大；在实际应用中，不仅要使网络上的流量 达到最大，或达到要求的预定值，而且要使运送流的费用或代价最小，即最小费用流问题。
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常见空间数据探测工具
• 常见数据统计
• 空间分析的特点
– 常使用地图可视化、几何分析方法 – 因空间关系（自相关、尺度等）存在，造成空间统
计非常复杂 – 理论要求高、技术性强、数据需求、缺乏工具
地理信息概念
• 地理信息是关于地球表面某一位置地理实体或地 理现象的信息，是一种特殊的空间信息 (Maguire、 Goodchild、Rhind，1991) 。
• 探索性空间数据分析是一系列数据分析方法的总 称，例如：
– 空间数据常规统计 – 空间数据关联性判断 – 空间变异描述
• 探索性空间数据分析的目的
– 理解地理数据 – 发现研究线索
探பைடு நூலகம்性空间数据分析试图回答以下问题
针对自然现象或人文现象数据，以下问题很常见： ① 这些数据样本的平均值、方差？ ② 这些数据样本满足正态分布吗？ ③ 这些数据在空间分布上有何大趋势？ ④ 这些数据存在空间关联吗？关联程度？ ⑤ 这些数据的空间变异规律如何？ ⑥ 这些数据的采样质量如何？ ⑦ 这些数据能否内插一个趋势面？选择哪个内插方
地图设计原则
• 地图表现方式适当； • 符号选择符合认知习惯； • 颜色选择与搭配具有良好的视觉效果； • 足够的背景信息； • 适当的投影方式； • 数据分类适当：自然、等距、正态、分位、
任意。
常见基本地图类型
• 单要素地图
– 点地图 – 线地图 – 面地图 – 影像地图
• 多要素地图
– 点线面综合
• 离散对象模型与场模型是两种最基本的表 达地理世界的方式。
• 离散对象模型将地理世界理解为由若干地 理实体充满的空间，地理实体边界明确、 可数。
• 场模型将地理世界理解为连续的表面，使 用有限的变量描述表面的每一个位置。
• 每种模型既有很多优点，又有一些缺点。 • 计算机空间数据模型（略）。
地理数据的基本特征
• 地理信息是直接或间接地与地球上某一位置相关 联的地理实体或地理现象的信息（ ISO/TC 211) 。
• 地理信息是地球上某个位置的信息，特别是有关 的自然现象和人文资源，也常常具有一定的时间 特性…地理信息能够表现所有的影响人类活动和 经济活动的实体、位置、活动、事件之间的空间 关系（EU DG XIII/E，1998）。
• 使用空间分析帮助进行空间决策：如选线问题、 选址问题、公共设施空间配置、环境管理、资源 管理。
空间分析与常规数据分析之区别
• 常规数据分析
– 假设数据样本是独立的 – 数据样本数量有限 – 数据样本能够代表母体
• 空间数据分析
– 地理数据具有位置特征 – 地理数据样本常常不是独立的，存在空间相关 – 地理数据样本量庞大
空间分析相关词汇
• 空间分析 spatial analysis • 空间数据分析 spatial data analysis • 空间信息分析 spatial information analysis • 空间统计 spatial statistics • 地统计 geostatistics • 空间模型 spatial model • 空间建模 spatial modeling
空间分析的重要性
• 地理信息系统和科学包括四个部分：基本原理、 技术、空间分析、管理与政策问题（Longley等， 2005）；
• 空间分析是GIS区别于其他信息系统的重要特征 之一，也是GIS中难点和重点；
• 使用空间分析进行科学研究，如描述、探索、解 释地理现象，建立地理模型；
• 使用空间分析探索、发现地理知识：“数据 - 信 息 - 线索 - 知识”；
• 不确定性（所有地图均存在不同程度的误差） • 空间自相关（地理学第一定律） • 尺度问题
– 合成效应 – 边界效应 – 可变空间单元问题
• 距离衰减现象 • 空间依赖现象 • 不服从正态分布 • 多维数据 • 数据量庞大
上述特征往往交织在一起！
地理数据的采集与管理
• 数据收集或采集； • 数据录入与整理； • 数据管理； • 与地图数据集成。
地图可视化分析
• 专题地图制作是地理数据分析（空间分析）的 第一步；
• ‘一幅图胜过一千句话’、‘百闻不如一见’， 地图在空间数据分析中具有不可替代的作用；
• 很多地理现象可以在地图上表现出来； • 广义地理解，地图制图是空间数据分析的主要
方法之一！ • 通常在地图分析的基础上，提出科学问题，再
进一步进行统计、建模等分析，验证时空规律。
认识地理数据
• 数字世界：地理世界是无限复杂，数字世 界是有限的；数字世界是现实世界的一个 （高度）简化模型。
• 地理数据的特征：地理数据与位置、时间 和属性有关（Where、when、what）。
• 地理数据的学术重要性：通过一定的研究 方法，可以从地理数据获得信息和知识 （How、Why）。
离散对象模型与场模型
《空间数据分析》总结复习
孔云峰
河南大学 环境与规划学院 2005年12月29日
课程复习
第一讲：空间数据分析概论 第二讲：地理空间数据特征 第三讲：地理空间数据管理，上机实习 第四讲：空间数据可视化，上机实习 第五讲：空间数据几何分析（地图分析），上机实习 第六讲：空间数据描述与探测，上机实习 第七讲：空间插值与地统计，上机实习 第八讲：空间模型与建模 第九讲：空间分析中的尺度问题 第十讲：复习总结
各种专题地图设计的方法（略）
空间数据几何分析（地图分析）
• 空间数据几何分析：通过基于几何的空间 关系运算，获取新的地理信息。
• 常见空间数据几何分析种类：
– 缓冲区分析； – 叠加分析； – 地形分析； – 网络分析； – 中心点； – 泰森多边形；等。
探索性空间数据分析
• 探索性空间数据分析的英文为Exploring Spatial Data Analysis 简称ESDA；
什么是空间分析?
• 空间分析是对地理空间数据进行处理、分析； • 空间分析是虽然不是一个新概念，但目前还没有
一个明确的、统一的定义； • 空间分析通常包含以下方面：
– 空间数据可视化分析； – 空间数据几何分析（地图分析）； – 空间数据描述与探索分析； – 空间插值与地统计； – 空间模型与建模，等。