空間統(tǒng)計學軟件包

1、第第2121章章 空間統(tǒng)計學軟件包空間統(tǒng)計學軟件包匯報人：李慶君 本章概要1、空間統(tǒng)計軟件的必要性、空間統(tǒng)計軟件的必要性2、Meta建模的優(yōu)勢建模的優(yōu)勢3、幾款空間統(tǒng)計軟件介紹、幾款空間統(tǒng)計軟件介紹 1. 空間統(tǒng)計軟件的必要性空間統(tǒng)計軟件的必要性 由于空間信息分析理論較為復雜，對于一般科研人員而言掌握難度大、耗費精力多。為此，世界各地的學者和研究機構及一些軟件開發(fā)商已經(jīng)研制了眾多的空間分析軟件包，這些軟件包有的關注與某一類型的空間數(shù)據(jù)的分析，對空間數(shù)據(jù)分析在特定領域（如犯罪分析、公共衛(wèi)生研究）的應用起到了極大的推動作用；有些則試圖發(fā)展盡可能全面的空間分析功能，對空間分析理論和方法的研究和實踐具

2、有重要的意義。2. 空間分析軟件包的分類空間分析軟件包的分類 空間分析理論來源于地理學和地質學。由于地理學和地質學研究對象不同，所涉及的數(shù)據(jù)特點和分析方法不同，造成兩大流派在軟件功能、結構、風格上的不同。 源于地質學的空間分析軟件包一般均以地統(tǒng)計數(shù)據(jù)為主要研究對象。其空間分析方法以Kriging為代表，相關的軟件也比較成熟，如GISlab等。 地理學者所關注的空間現(xiàn)象主要包括點數(shù)據(jù)和多邊形數(shù)據(jù)。他們研發(fā)的空間信息分析軟件包多以空間相關性和空間異質性為其理論核心。3.3.幾款空間統(tǒng)計軟件應用幾款空間統(tǒng)計軟件應用3.1 GeoDa:空間統(tǒng)計分析軟件 GeoDa是一個設計實現(xiàn)柵格數(shù)據(jù)探求性空間數(shù)據(jù)分

3、析（ESDA）的軟件工具集合體的最新成果。它向用戶提供一個友好的和圖示的界面用以描述空間數(shù)據(jù)分析，比如自相關性統(tǒng)計和異常值指示等。 它基于動態(tài)連接窗口技術，利用多張地圖和統(tǒng)計圖表來實現(xiàn)交互操作。3.1.1 有關GeoDa GeoDa主要支持的數(shù)據(jù)格式是ArcView的shape文件。當將文件導入軟件后，用戶可以利用菜單里9個菜單項進行各種分析。GeoDa軟件菜單欄的每項菜單都具有特定功能，其中最重要的菜單項在工具條內都有相應的圖標與菜單欄。 Space菜單用來進行度量數(shù)據(jù)空間自相關性等探索性空間數(shù)據(jù)分析，包括Moran散點圖及Morans I推斷、二元散點圖及Morans I推斷、發(fā)生率的Mo

4、ran散點圖，局域Morans 顯著性地圖。圖圖 GeoDa 載入亞特蘭大州數(shù)據(jù)截圖載入亞特蘭大州數(shù)據(jù)截圖圖圖 GeoDa 建立權重矩陣建立權重矩陣圖圖 GeoDa 以以FIPSNO為依賴變量進行為依賴變量進行Regression分析分析圖圖 Regression分析結果分析結果3.2 CrimeStat Crimestat軟件由美國Ned Levine博士主持開發(fā)，由美國National Institute of Justice等機構資助。 CrimeStat軟件包括5個部分：數(shù)據(jù)設置、空間描述、空間模型、犯罪旅行需求、和選項設置。CrimeStat軟件輸入項為事件發(fā)生的地點，在數(shù)據(jù)設置中可

5、以指定主要文件、次要文件和參照文件等。 1.空間描述，空間描述，用于描述點的空間分布特征，主要的指標包括平均中心、最近距離中心、標準偏移橢圓、Morans I、Moran相關圖、平均方向等。2.距離統(tǒng)計描述，距離統(tǒng)計描述，用于識別點空間分布是否具有聚集性，如最臨近分析、線性最臨近分析Ripley的K函數(shù)和距離矩陣演算等；3、熱點分析，、熱點分析，用于尋找點集中分布區(qū)域，包括層次鄰近分析、風險修正的層次鄰近分析、STAC、K均值和局域Morans I 統(tǒng)計等統(tǒng)計分析形式。3.2.1 CrimeStat空間分析的類別空間分析的類別3.2.2 CrimeStat空間分析的類別空間分析的類別 4.單變

6、量核密度估計，單變量核密度估計，通常生成密度表面或事件發(fā)生頻率的等值線； 5.雙變量核密度估計，雙變量核密度估計，通常為事件發(fā)生頻率與基準水平的比較 6.時空分析，時空分析，分析點時空分布規(guī)律，包括計算Knox系數(shù)、Mantel系數(shù)，時空移動平均數(shù)和關聯(lián)旅程分析等； 7.犯罪旅程分析，犯罪旅程分析，包括定標、估計和繪制犯罪軌跡圖。CrimeStatCrimeStat案例一案例一 -利用CrimeStat計算計算NNI（最臨近距離統(tǒng)計）（最臨近距離統(tǒng)計）圖圖 CrimeStat中導入數(shù)據(jù)中導入數(shù)據(jù)圖圖 NNI為為0.81523 小于小于1 所以該區(qū)域呈聚集分布所以該區(qū)域呈聚集分布CrimeSta

7、tCrimeStat案例二案例二 -利用CrimeStat進行進行Ripleys K函數(shù)分析函數(shù)分析圖圖 CrimeStat進行進行Spatial description圖圖 Ripleys K函數(shù)分析結果展示函數(shù)分析結果展示3.2.3 犯罪旅行需求犯罪旅行需求 犯罪旅行需求犯罪旅行需求是是CrimeStat軟件獨有的專業(yè)特色功能，其軟件獨有的專業(yè)特色功能，其是旅行需求理論在犯罪分析中的應用。是旅行需求理論在犯罪分析中的應用。1.旅行發(fā)生器，包含獨立的旅行發(fā)生和旅行吸引力模型；2.旅行分布，用于計算觀測的旅行分布、模擬旅行分布、比較觀測的與預報的旅行距離的分布；3.模式劃分，根據(jù)不同的起源-

8、目的地組合，劃分五中不同旅行模式；4.網(wǎng)絡分配，估計可能的旅行線路，包括網(wǎng)絡段的總容量，這個網(wǎng)絡可以使用除距離之外的旅行時間、旅行速度或旅行花費來模擬。3.3 WinBUGS和和GeoBUGS WinBUGS是在BUGS基礎上開發(fā)面向對象交互式的Windows軟件版本，BUGS軟件最初于1989年由位于英國劍橋的生物統(tǒng)計學研究所研制的。 WinBUGS可以方便地對許多常用和復雜模型（如層復雜模型（如層次模型、交叉設計模型、空間和事件次模型、交叉設計模型、空間和事件作為隨機效應的一般線性混合模型、潛變量模型、脆弱模型，因變量的測量誤差，協(xié)變量、截尾數(shù)據(jù)）3.3.1 WinBUGS構建模型構建模型

9、 WinBUGS軟件中，構建模型是進行分析的最關鍵步驟。WinBUGS軟件采用一種混合文檔作為其文件格式。在一個混合文檔中，可以包括文字、表格、公式、圖表、圖形等眾多信息。模型同樣是混合文檔的一個部分，通過model這一關鍵字來區(qū)分。3.3.2 GeoBUGS簡介簡介 GeoBUGS則是WinBUGS中一個特別的模塊，可以產(chǎn)生和管理空間鄰接矩陣、空間條件自回歸模型的計算，并為計算的結果提供圖形輸出功能。圖圖 GeoBUGS 界面界面- 圖片來自百度圖片3.4 SatScan：空間掃描軟件：空間掃描軟件 SatScan軟件是一款用空間、時間或時空掃描統(tǒng)計量分析空間、時間和時空數(shù)據(jù)的免費軟件，其由

10、哈佛大學公共醫(yī)學院Martin Kulldorff博士開發(fā)。3.4.1 SatScan應用應用 SatScan軟件主要應用于以下幾個方面： 1、實施疾病地理檢測，探測疾病在空間、時空分布上的聚類，并檢驗它們是否具有統(tǒng)計顯著性。 2、檢驗某種疾病在時間、空間、時空上是否服從隨機分布； 3、計算某種疾病聚類警報的統(tǒng)計顯著性； 4、為疾病爆發(fā)早起探測重復進行定期疾病檢測等。3.4.2 SatScan數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 在利用SatScan軟件進行空間分析時，通常需要根據(jù)病例數(shù)據(jù)的空間分布概率模型選擇輸入以下格式的數(shù)據(jù)：病例數(shù)據(jù)、對照人群數(shù)據(jù)、人口數(shù)據(jù)、坐標數(shù)據(jù)、格網(wǎng)數(shù)據(jù)。這些文件都可以用記事本打開并編輯。除了

11、需要輸入數(shù)據(jù)以外，還需要設置研究時段、時間精度、坐標類型和協(xié)變量等參數(shù)。 3.4.3 SatScan實例實例利用利用SaTScanSaTScan執(zhí)行泊松模型分析執(zhí)行泊松模型分析圖圖 在在SaTScan中打開泊松模型中打開泊松模型Session圖圖 執(zhí)行結果執(zhí)行結果圖圖 執(zhí)行結果執(zhí)行結果3.4.3 SatScan數(shù)據(jù)分析 SatScan軟件數(shù)據(jù)分析按照研究目的分為前瞻性分析和回顧性分析： 前瞻性分析：前瞻性分析：其結果具有一定預測性，只涉及事件和時空分析，如時空重排掃描統(tǒng)計量； 回顧性分析：回顧性分析：是對已經(jīng)發(fā)生的疾病數(shù)據(jù)進行研究，囊括了時間、空間和時空分析方法。 3.5 SSSI:空間抽樣與統(tǒng)計推斷軟件空間抽樣與統(tǒng)計推斷軟件 SSSI軟件是由中國科學院地理科學與自愿研究所王勁峰主持開發(fā)的，是一種專業(yè)的空間抽樣和統(tǒng)計推斷軟件。該軟件是基于空間抽樣理論和超圖SuperMapViewer類庫開發(fā)的一個桌面軟件，主要面向進行抽樣調查、統(tǒng)計推斷和空間數(shù)據(jù)分析的用戶。3.5.1 SSSI軟件應用軟件應用1、對計劃中的監(jiān)測網(wǎng)絡（農(nóng)業(yè)、人口、經(jīng)濟、環(huán)境）計算最佳檢測或抽樣點分布和密度；2、對已形成的監(jiān)測網(wǎng)絡（氣象站）推薦最佳估值方