空间分析在GIS中的应用研究进展
摘要空间分析是地理学和其他相关学科的重要研究手段与方法，其
重要性日益引起关注。空间分析以处理地理空间有关的信息为特长，以综合
处理空间信息为方向，具有解决复杂问题的强大信息处理能力，根据GIS 处
理对象界定空间分析的功能。
关键词空间分析；GIS；空间模型；研究进展
随着对地观测、社会经济调查、计算机网络和格网信息处理能力的迅速提高，空间数据正在以指数级增加，通用和专用的空间数据结构，应用于具体事物的管理信息系统以及对这些海量空间数据进行深加工以获得高附加值信息产品的GIS空间信息分析技术成为空间信息三大领域。专门的空间信息分析理论和技术正在迅速发展，已在遥感生态环境、地球科学、社会经济等领域得到诸多成功的应用，展现出广阔的应用潜力由于空间分析的应用领域极广，学科新兴，源于不同领域的分析方法内涵和外延不同，分别对应不同的称谓，有空间分析( Spatial Analysis) 空间数据分析( Spatial data Analysis) 空间统计( Spatial Statistics) 地统计学( Geostatistics) 等空间分析的对象来源于真实的地理世界；经过人脑认知形成人脑中的图像，表现为场和对象;具体可以抽象为点线面图；最后需要测量表达为计算机所识别的空间数据矩阵的形式，而空间分析的具体操作对象是空间数据矩阵。
1 空间分析的内容和技术方法
1．1 内容空间分析以处理地理空间有关的信息为特以综合处理空间信息为方向，具有解决复杂问题的强大处理能力，根据GIS 处理对象界定空间分析的功能。
1．2 技术方法空间分析的技术方法主要有：地图的空间分析技术，如GIS 中的缓冲区、叠加分析，以及陈述彭院士提出的地学图谱方法；空间动力学分析，有水文模型、空间价格竞争模型、空间择位模型等；基于地理信息的空间分析，或称空间信息分析，以及结合各专业领域空间分析的模型方法等。
2 GIS 与空间分析方法的结合
2.1 空间分析
空间分析是基于地理对象的位置和形态特征的数据分析技术，是各类综合性
地学分析模型的基立复杂的空间应用模型提供了基本工具，利用空间分析方法不但可以查询数据库系统中的各种信息，而且可通过这些信息去揭示事物间更深刻的内在规律和特征。对于空间分析的定义有很多种，郭仁忠等提出的定义是：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。空间分析是一组其分析结果依赖空间分布的技术，其结果面向最终用分析解决用户特定的问题，以取得巨据采集、建库等过程中的大量投入。空间分析的目的主要是以下四方面：
1)认知通过有效地获取、科学地描述空
间数据，利用数据来再现事物本身；
2)解释理解和解释生成观察地理图案和
数据的背景过程，认识事件的本质；
3)预报了解、掌握事件发生的现状，运
用推测规律对未来的状况作出预测；
4) 调控调控在地理空间上发生的事件。
空间分析是对分析空间数据有关技术的统称，这些技术从宏观上区分，可以归纳为：1) 空间图形数据的分析运算；2) 非空间属性数据的运算；3) 空间和非空间数据的联合运算。地理空间数据库具有完备的数据管理功能，是空间分析赖以进行的基础，其运用的手段包括各种几何的逻辑运算、数理统计分析、代数运算等数学手段，最终的目的是解决人们涉及到地理空间的实际问题，提取和传输地理空间信息，特别是隐含信息，以辅助决策。空间分析包含丰富的功能, 包括几何测量、缓冲区分析、地图分析、地形分析、网络分析以及多边形操作等。
2.2 GIS与空间分析的结合途径
地理信息系统( GIS) 是管理空间数据的计算机系统，其工作对象、工作过程、输出结果都贯穿着空间概念。GIS 的核心功能包括数据管理、数据表达和数据分析。前两项的功能建设基于计算机科学，而GIS 数据分析能力建设则主要基于空间数据分析领域的研究进展。地理信息系统与空间分析的结合途径一般可分为两种：
1) 外挂：在两个相互独立的GIS 软件和空间分析软件之间增加数据交换接口，使得空间分析数据及相关的影响因素和空间分析结果能够在各种简单的或复合的图形中显示出来。这种方法是在短期内且费用较小的情况下向用户提供空间分析和功能的有效途径。
2) 内嵌：在软件包中把空间分析模块作为一个高级应用模块嵌入，使之与空间分析一体化，不仅为空间分析提供了图形显示功能，而且可以将GIS 中的有关信息直接参与空间分析计算。这种方法能为用户提供更方便、全面、有效的使用功能但这种融合需要大量的人力、财力和时间。
针对以上两种方法的利弊，出现了第三种方法，即采用外挂的方式，针对具
体问题建立该领域模型，再利用输入分析数据，输出分析结果图形这样建立的GIS 软件，一方面具有最基本的分析功能。另一方面又可结合具体问题具体分析，折衷地解决了功效与花费间的矛盾，是一种既经济又有效的结合方法。
3 空间分析的应用模型与实现方式
应用模型是在对专业应用领域的具体对象与过程进行大量研究的基础上所采用的空间分析方法和操作步骤，并用于解决同类问题或为解决相似问题提供参考按应用目的，空间应用模型可分为识别仿真预报和运筹模型。目前实现空间分析技术与各种领域专用模型的结合主要有5种途径：GIS 环境内二次开发语言的空间分析建模法:；基于GIS 外部松散耦合式的空间分析建模法；混合型的空间分析建模法；插件技术的空间分析建模法；基于面向目标的图形语言建模法。
GIS以其高效的格式转换和综合能力在其他专业领域广泛应用，促进了空间分析的需求和应用，在应用领域的模型基础上，进一步总结出空间信息的综合分析方法在空间分析中的应用和实现，极大地推动了空间分析技术的发展，甚至会相互渗透结合形成边缘学科的发展。如空间统计分析在区域发展分析中的应用；GIS 空间叠加技术应用于大气环境领域，根据城市社会功能气象特征以及环境现状叠加来定量划分城市大气环境功能区；在GIS 的支持下模拟包括时间空间复杂四维时空的扩散过程；利用GIS 的邻接分析与图论树算法相结合的方法进行农业分区研究；应用GIS 空间分析功能对云南省丽江地区的地势变化坡度坡向以及居民点分布与地形的关系等基本问题进行了定量分析，为丽江地区人居环境的深入研究提供了分析依据；体现景观空间异质性与尺度格局，过程之间相关性的景观空间分析，提出的关于景观结构功能和变化的测度是对现有空间分析内容的重要补充，丰富并发展了一般空间分析的内容。
空间分析技术可以通过多种方式实现利用现有的独立的空间分析软件包与GIS 集成，供科研人员非盈利使用;或者将空间分析理论体系中的实用部分编制成软件包，形成自主知识产权，并与GIS 集成，构成具有较强空间分析能力的商业化GIS软件包。从长远讲，需要根据地球科学研究的需要，潜心研究发展空间分析的理论体系和工具箱，并分步将其编制成为GIS 的空间扩展模块，以大力提高GIS 除空间数据管理和表达之外的分析能力。
随着分布式GIS 的应用及满足GIS 松散耦合的发展趋势，新的空间分析技术要能够满足实现异构空间数据的互操作，实现一次部署多次调用的功能，进行空间分析的网络发布如在矢量图像标准SVG( Scalable Vector Graphics) 的矢量地图中实现空间分析功能，主要包括识认空间对象、识认空间对象的构成。设计对应于空间对象的类，选择或设计算法，实现有关功能。
4 讨论
空间分析是地理信息系统的主要特征，也是评价一个地理信息系统功能的主要指标之一，因此地理信息系统如果向着丰富、全面的空间分析的智能型GIS 的方向发展，就必须具有空间建模功能，提供若干综合性、集成性的地学分析模型，实现空间决策支持，由空间分析向时空分析领域拓展，在GIS 环境下建立时空一体化的时空过程模拟分析引擎和时空决策集成平台。在理论方面，扫描探测局域回归和多空间尺度转换的混合模型。统计与机理结合的空间分析理论是值得重视的研究方向。同时，空间分析技术的应用和推广还依赖于与空间数据处理有关的技术的进展，如研制更加通用的空间分析软件包、数据融合与共享、强有力和紧密地与GIS 连接等。
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