《空間分析》全冊(cè)配套完整教學(xué)課件2

《空間分析》全冊(cè)配套完整教學(xué)課件22參考教材：秦昆等,GIS空間分析理論與方法(第二版),武漢:武漢大學(xué)出版社,2010.3主要內(nèi)容：一、學(xué)習(xí)目的和意義二、該課程的主要內(nèi)容三、學(xué)習(xí)的方法四、相關(guān)網(wǎng)站4一、學(xué)習(xí)目的和意義5678一、學(xué)習(xí)目的和意義2、“空間分析”是GIS領(lǐng)域理論性、技術(shù)性和應(yīng)用性都很強(qiáng)的分支，是提升GIS的理論性的一個(gè)十分重要的突破口。1、“空間分析”是GIS的核心。9二、主要講課內(nèi)容

（1）空間分析理論:介紹空間分析的一些理論問(wèn)題，如空間關(guān)系理論、空間認(rèn)知理論、空間推理理論，以及其它理論。（2）空間分析方法:介紹空間分析的各種具體方法，如柵格數(shù)據(jù)的空間分析方法、矢量數(shù)據(jù)的空間分析方法、三維數(shù)據(jù)的空間分析方法、空間數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析方法等。（3）空間分析建模:介紹空間分析的過(guò)程建模、應(yīng)用建模。10三、學(xué)習(xí)方法理論學(xué)習(xí)：理論聯(lián)系實(shí)際，理論指導(dǎo)實(shí)踐；算法學(xué)習(xí)：弄懂算法，實(shí)際編程實(shí)現(xiàn)部分算法；軟件操作：ArcGIS,GeoDa,SPSS,SAS等；空間建模的學(xué)習(xí)：掌握綜合利用空間分析方法構(gòu)建空間分析模型，解決實(shí)際問(wèn)題的能力；自主學(xué)習(xí)：廣泛查閱相關(guān)資料，自主學(xué)習(xí)。11四、空間分析研究的網(wǎng)絡(luò)資源Michael

FrankGoodChild/，美國(guó)國(guó)家地理信息與分析中心（美國(guó)加利福尼亞州立大學(xué)圣芭芭拉分校）12Luc

Anselin/,SchoolofGeographicalSciences&UrbanPlanning,ArizonaStateUniversityGeoDa地理分析與計(jì)算研究中心13測(cè)繪遙感信息工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室將于2013年5月23-25日舉行地理計(jì)算國(guó)際會(huì)議（GeoComputation2013）。國(guó)際地理計(jì)算會(huì)議每?jī)赡昱e行一次，與GIScience國(guó)際會(huì)議同為國(guó)際地理信息科學(xué)領(lǐng)域的頂級(jí)國(guó)際會(huì)議。屆時(shí)將邀請(qǐng)美國(guó)LucAnselin院士，王少文教授，英國(guó)PaulLongley教授，微軟亞洲研究院副院長(zhǎng)趙峰博士（暫定）和中國(guó)國(guó)防科技大學(xué)楊學(xué)軍院士等做特邀報(bào)告，并將邀請(qǐng)李德仁院士，英國(guó)MichaelBatty院士，美國(guó)MichaelGoodchild院士等國(guó)際知名學(xué)者進(jìn)行專題討論（paneldiscussion)。

Bob(Robert)Haininghttp://www.geog.cam.ac.uk/people/haining/,DepartmentofGeography,UniversityofCambridge,英國(guó)劍橋大學(xué)地理系1415DanielGriffith/~dag054000/,Schoolofeconomic,politicalandpolicysciences,TheUniversityofTexasatDallas16/，美國(guó)國(guó)家地理信息與分析中心（美國(guó)加利福尼亞州立大學(xué)圣芭芭拉分校）：代表人物：M.F.GoodChild。17，美國(guó)伊利諾伊大學(xué)香檳分校的賽博信息基礎(chǔ)設(shè)施與地理信息實(shí)驗(yàn)室王少文博士牽頭的開創(chuàng)性科研項(xiàng)目CyberGIS獲得美國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金(NSF)的資助。該項(xiàng)目將整合信息化基礎(chǔ)設(shè)施(CyberInfrastrucre,CI)、空間分析、建模以及地理信息科學(xué)等領(lǐng)域的知識(shí)，構(gòu)建一個(gè)協(xié)作式軟件框架，以滿足多種不同應(yīng)用需求。項(xiàng)目資助總經(jīng)費(fèi)達(dá)440萬(wàn)美元，是NSF近4年來(lái)在地理信息科學(xué)基礎(chǔ)研究上投入最多的項(xiàng)目。王少文博士于2009年在InternationalJournalofGeographicalInformationScience(IJGIS)發(fā)表的論文”Atheoreticalapproachtotheuseofcyberinfrastructureingeographicalanalysis”被評(píng)為該期刊創(chuàng)刊25年以來(lái)最經(jīng)典的25篇論文之一。該論文提出了地理空間分析中計(jì)算強(qiáng)度的理論和基于通用框架的表示方法，用于指導(dǎo)信息化基礎(chǔ)設(shè)施環(huán)境下地理空間分析應(yīng)用。18哈佛大學(xué)地理分析中心：/icb/icb.do，CenterforSpatialAnalysisTechnologies,UnitedStatesGeologicalSurvey(USGS)，美國(guó)國(guó)家地質(zhì)局的空間分析技術(shù)中心。ThemissionofCSATisToacceleratethedevelopmentofpriorityspatialdatasetstoassistinsolvingenvironmental,planningandmanagementproblems。Tofostertheresearch,development,andsharingofspatialdatacollection,management,andanalyticaltechniquesTofostereducationandtraininginusageofspatialanalysistechnologiesthatwillbenefitoursociety.20/~sada/index.shtml，美國(guó)田納西州州立大學(xué)空間分析和決策支持主頁(yè)。

/，美國(guó)阿肯色州州立大學(xué)的空間分析實(shí)驗(yàn)室。

21/FREC/spatlab/，美國(guó)特拉華州州立大學(xué)的空間分析實(shí)驗(yàn)室TheSpatialAnalysisLabconductsteachingandresearchprogramsintegratinggeographicinformationsystems,remotesensingandspatialstatisticsfornaturalresourcemanagement.

ThisWebsiteisintendedtosupportthefreedisseminationofspatialdataandpromotebetterunderstandingofnaturalresourcemanagementissuesintheMid-Atlanticregion.23/，美國(guó)喬治亞州大學(xué)的自然資源空間分析實(shí)驗(yàn)室。，美國(guó)密歇根大學(xué)環(huán)境空間分析實(shí)驗(yàn)室。2425/~envnr/sal/，美國(guó)佛蒙特州州立大學(xué)的空間分析實(shí)驗(yàn)室。

：中科院地理所王勁峰研究員的空間分析網(wǎng)站。/G2S/Template/View.aspx?action=view&courseType=0&courseId=27415

武漢大學(xué)空間分析課程網(wǎng)站28…..Internet上還有很多空間分析的參考資料。圖書館也有很多的關(guān)于空間分析的參考資料。自主學(xué)習(xí)積極學(xué)習(xí)研究討論WorkHardOnit!Themoreyoulearn,themoreyou’llget.Learn

studyenjoyitlikeanexpert29“空間分析與應(yīng)用”第一次作業(yè)題目：跟蹤訪問(wèn)空間分析的某一個(gè)研究組的研究工作，對(duì)該研究組的工作進(jìn)行分析和總結(jié)。（研究組的網(wǎng)址請(qǐng)參考本章PPT）(3月31號(hào)前交給學(xué)習(xí)委員(打印稿和電子版),學(xué)習(xí)委員收齊后交給助教)30第一章緒論311.1空間分析的概念空間分析是基于地理對(duì)象的位置和形態(tài)特征的空間數(shù)據(jù)分析技術(shù)，其目的在于提取和傳輸空間信息(郭仁忠,1997)。321.1空間分析的概念空間分析的其它定義：空間分析是對(duì)數(shù)據(jù)的空間信息、屬性信息或者二者共同信息的統(tǒng)計(jì)描述或說(shuō)明(Goodchild,1987)。空間分析是基于地理對(duì)象布局的地理數(shù)據(jù)分析技術(shù)(Hainning,1990)。空間分析是對(duì)于地理空間現(xiàn)象的定量研究，其常規(guī)能力是操縱空間數(shù)據(jù)使之成為不同的形式，并且提取其潛在的信息(Baily,1995;Openshaw,1997)。331.1空間分析的概念GIS空間分析是從一個(gè)或多個(gè)空間數(shù)據(jù)圖層獲取信息的過(guò)程?？臻g分析是集空間數(shù)據(jù)分析和空間模擬于一體的技術(shù)，通過(guò)地理計(jì)算和空間表達(dá)挖掘潛在空間信息，以解決實(shí)際問(wèn)題(劉湘南等,2008)。劉湘南，黃方，王平.GIS空間分析.科學(xué)出版社，(第二版,2008)中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)34空間目標(biāo)的特性：空間目標(biāo)是空間分析的具體研究對(duì)象。空間目標(biāo)具有空間位置、分布、形態(tài)、空間關(guān)系(距離、方位、拓?fù)?、相關(guān)場(chǎng))等基本特征。不同類型的空間目標(biāo)具有不同的形態(tài)結(jié)構(gòu)描述，對(duì)形態(tài)結(jié)構(gòu)的分析稱為形態(tài)分析。例如，可以將地理空間目標(biāo)劃分為點(diǎn)、線、面和體四大類要素，面具有面積、周長(zhǎng)、形狀等形態(tài)結(jié)構(gòu)，線具有長(zhǎng)度、方向等形態(tài)結(jié)構(gòu)?？紤]到空間目標(biāo)兼有幾何數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的描述，因此必須聯(lián)合幾何數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。35不同空間數(shù)據(jù)類型的空間分析方法：不同的空間數(shù)據(jù)類型具有各具特色的空間分析方法，GIS空間數(shù)據(jù)可以劃分為矢量數(shù)據(jù)、柵格數(shù)據(jù)、三維數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)類型，相應(yīng)的有：矢量數(shù)據(jù)的空間分析方法、柵格數(shù)據(jù)的空間分析方法、三維數(shù)據(jù)的空間分析方法、屬性數(shù)據(jù)的空間分析方法。36空間分析的根本目標(biāo)：建立有效的空間數(shù)據(jù)模型來(lái)表達(dá)地理實(shí)體的時(shí)空特性，發(fā)展面向應(yīng)用的時(shí)空分析模擬方法，以數(shù)字方式動(dòng)態(tài)地、全局地描述地理實(shí)體和地理現(xiàn)象的空間分布關(guān)系，從而反映地理實(shí)體的內(nèi)在規(guī)律和變化趨勢(shì)，GIS空間分析是對(duì)GIS空間數(shù)據(jù)的一種增值操作。371.2空間分析的研究?jī)?nèi)容

空間分析是GIS的主要功能，是GIS的核心和靈魂。在GIS的早期發(fā)展階段，多集中于空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及計(jì)算機(jī)制圖方面，空間分析的問(wèn)題尚不尖銳。隨著GIS的發(fā)展，對(duì)GIS空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的研究已相對(duì)成熟，計(jì)算機(jī)制圖也早已達(dá)到了實(shí)用化水平，實(shí)用的GIS軟件以及實(shí)際的GIS系統(tǒng)已有許多成功的實(shí)例，因此系統(tǒng)的空間分析功能就成為人們倍加關(guān)注的焦點(diǎn)，GIS的發(fā)展已經(jīng)從數(shù)據(jù)庫(kù)型GIS進(jìn)入分析型GIS階段(郭仁忠,2001)。38空間分析是GIS領(lǐng)域理論性、技術(shù)性和應(yīng)用性都很強(qiáng)的分支?？臻g分析的研究?jī)?nèi)容應(yīng)該從理論、方法和應(yīng)用三個(gè)方面展開?？臻g分析的研究?jī)?nèi)容包括三大部分：空間分析的理論研究；空間分析的方法研究；空間分析建模與應(yīng)用研究。39空間分析的理論研究：空間分析的理論研究部分主要包括空間關(guān)系理論、空間認(rèn)知理論、空間推理理論、空間數(shù)據(jù)的不確定性分析理論等?？臻g關(guān)系理論研究空間關(guān)系的語(yǔ)義問(wèn)題、空間關(guān)系的描述、空間關(guān)系的表達(dá)、基于空間關(guān)系的分析等。地理空間認(rèn)知是指在在日常生活中，人類如何逐步理解地理空間，進(jìn)行地理分析和決策，包括地理信息的知覺、編碼、存儲(chǔ)、以及和解碼等一系列心理過(guò)程40空間分析的理論研究：空間推理是指利用空間理論和人工智能技術(shù)對(duì)空間對(duì)象進(jìn)行建模、描述和表示，并據(jù)此對(duì)空間對(duì)象間的空間關(guān)系進(jìn)行定性或定量分析和處理的過(guò)程?？臻g分析的不確定性理論：GIS空間分析過(guò)程中涉及到很多不確定性問(wèn)題，需要利用概率理論、模糊理論、粗糙集理論、云模型理論等理論和方法研究和解決GIS空間分析過(guò)程中的不確定性問(wèn)題。41在空間分析的方法部分，考慮到不同的空間數(shù)據(jù)類型具有不同的空間分析模式和方法，分別包括：矢量數(shù)據(jù)的空間分析方法：包含分析、緩沖區(qū)分析、疊置分析、網(wǎng)絡(luò)分析等；柵格數(shù)據(jù)的空間分析方法：柵格數(shù)據(jù)的聚類聚合分析、信息復(fù)合分析、追蹤分析、窗口分析等；三維數(shù)據(jù)的空間分析方法：表面積計(jì)算、體積計(jì)算、坡度計(jì)算、坡向計(jì)算、剖面分析、可視性分析、谷脊特征分析、水文分析等；屬性數(shù)據(jù)的空間統(tǒng)計(jì)方法：空間自相關(guān)分析、空間局部估計(jì)、空間插值、探索性空間分析等。42空間分析建模與應(yīng)用：研究空間分析的建模過(guò)程與方法：研究空間分析的應(yīng)用：衛(wèi)生健康領(lǐng)域、水利領(lǐng)域、城市管理、地質(zhì)災(zāi)害、地震災(zāi)害、交通領(lǐng)域、電力領(lǐng)域、環(huán)保領(lǐng)域、氣候變化領(lǐng)域等。431.3空間分析的研究進(jìn)展

空間分析在地理學(xué)研究中具有悠久的傳統(tǒng)與歷史。從某種意義上說(shuō)，空間分析孕育了地理學(xué)。在古代，人類出于生存和發(fā)展的需要，要學(xué)會(huì)分析周圍地理事物的空間關(guān)系，因而始終在進(jìn)行著各種類型的空間分析(劉湘南等,2008)?；诘貓D的分析：作為地理學(xué)第二語(yǔ)言的地圖出現(xiàn)以后，人們就開始自覺或不自覺地進(jìn)行各種類型的空間分析，如在地圖上量測(cè)地理要素之間的距離、方位、面積，乃至利用地圖進(jìn)行戰(zhàn)術(shù)研究和戰(zhàn)略決策等。地理學(xué)的第一語(yǔ)言？地理學(xué)的第三語(yǔ)言？441854年8月到9月，英國(guó)倫敦霍亂病流行，但是政府始終找不到患者的發(fā)病原因。后來(lái)醫(yī)生瓊.斯諾博士在繪有霍亂流行地區(qū)所有道路、房屋、飲用水機(jī)井等內(nèi)容的1:6500的城區(qū)地圖上，標(biāo)出了每個(gè)霍亂病死者的居住位置，從而得到了霍亂病死者居住位置的分布圖?；诳臻g分析的霍亂病患者發(fā)病原因分析：發(fā)病原因：死者飲用了利用布洛多斯托水泵吸水的井水。空間分析（疊置分析）的魅力！45JohnSnow/epi/snow.html46計(jì)量革命與計(jì)量地理學(xué)：現(xiàn)代“空間分析”概念的提出源于20世紀(jì)60年代地理與區(qū)域科學(xué)的計(jì)量革命，目前仍在發(fā)展的計(jì)量地理學(xué)方法是空間分析的重要內(nèi)容。計(jì)量地理學(xué)從數(shù)理統(tǒng)計(jì)領(lǐng)域移植過(guò)來(lái)的統(tǒng)計(jì)分析方法占主導(dǎo)地位，包括相關(guān)分析、回歸分析、聚類分析、因子分析等多元統(tǒng)計(jì)分析的內(nèi)容。47地理學(xué)第一定律：空間相關(guān)性Tobler于1969年提出了描述地理現(xiàn)象空間相互作用的“地理學(xué)第一定律”：“任何事物都是空間相關(guān)的，距離近的事物空間相關(guān)性大”。Cliff和ord在1973年出版的專著中揭示了空間自相關(guān)的概念，使研究者能夠從統(tǒng)計(jì)上評(píng)估數(shù)據(jù)的空間依賴性程度。Everythingisrelatedtoeverythingelse,butnearthingsaremorerelatedthandistantthings.48集成了多學(xué)科的技術(shù)和方法：進(jìn)入20世紀(jì)90年代以后，空間分析的發(fā)展和GIS的發(fā)展密切結(jié)合在一起。地理信息系統(tǒng)把人們從過(guò)去繁重的手工操作中解脫出來(lái)，集成了多學(xué)科的最新技術(shù)和所能利用的空間分析方法，包括關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理、高效圖形算法、插值、區(qū)劃和網(wǎng)絡(luò)分析等，為解決地理空間問(wèn)題提供了便捷途徑，使空間分析能力發(fā)生了質(zhì)的飛躍。49空間分析關(guān)鍵技術(shù)的變化：在最近十多年的發(fā)展中，空間分析的關(guān)鍵技術(shù)發(fā)生了重要變化：地理信息系統(tǒng)和遙感等新技術(shù)保證了空間數(shù)據(jù)的豐富環(huán)境，新的處理空間問(wèn)題的分析模型和方法不斷提出。由于分析過(guò)程受不斷增長(zhǎng)的大量空間數(shù)據(jù)的驅(qū)動(dòng)，從數(shù)據(jù)出發(fā)的探索性空間分析技術(shù)、可視化技術(shù)、空間數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、基于人工智能的空間分析技術(shù)等面向海量的空間數(shù)據(jù)分析方法受到重視，并且在最近幾年得到了深入發(fā)展。這些方法和技術(shù)對(duì)于大規(guī)?？臻g分析問(wèn)題中的不精確性和不確定性有著較高的容許能力。50新一代空間分析的主要目的是從現(xiàn)有數(shù)據(jù)的空間關(guān)系中挖掘新的信息。探測(cè)性空間分析方法不僅可以揭示空間數(shù)據(jù)庫(kù)中許多非直觀的內(nèi)容，如空間異常點(diǎn)、層次關(guān)系、時(shí)域變化及空間交互模型，還可以揭示用傳統(tǒng)地圖不能辨明的數(shù)據(jù)模式和趨勢(shì)。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)格技術(shù)、云計(jì)算等正在對(duì)空間分析產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響?？梢詫?shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息和各種資源的高度共享，為空間分析提供了在統(tǒng)一環(huán)境下工作的可能，使一個(gè)系統(tǒng)的知識(shí)可以容易地轉(zhuǎn)移到另一個(gè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與知識(shí)的共享，系統(tǒng)之間硬件資源的互操作也變得非常方便。51計(jì)算密集性/數(shù)據(jù)密集型空間分析：隨著空間數(shù)據(jù)獲取技術(shù)的提高，海量的地理空間數(shù)據(jù)不斷產(chǎn)生，這使得空間分析技術(shù)應(yīng)具備高效處理大容量地理空間數(shù)據(jù)的能力，解決所謂的“數(shù)據(jù)豐富而知識(shí)貧乏”問(wèn)題。GIS高性能空間分析方法并行空間分析方法521.4空間分析與地理信息系統(tǒng)空間分析是地理信息系統(tǒng)的核心和靈魂?？臻g分析是地理信息系統(tǒng)的主要特征，是評(píng)價(jià)一個(gè)地理信息系統(tǒng)的主要指標(biāo)之一。一個(gè)地理信息系統(tǒng)如果不提供空間數(shù)據(jù)的分析處理功能，實(shí)際上它就退化為一個(gè)地理數(shù)據(jù)庫(kù)。相反，一個(gè)地理數(shù)據(jù)庫(kù)，如果加強(qiáng)了空間數(shù)據(jù)的分析處理功能，它就升格為一個(gè)地理信息系統(tǒng)。地理信息系統(tǒng)必將向著能夠提供豐富、全面的空間分析功能的智能GIS方向發(fā)展。53空間分析是GIS的核心在過(guò)去的幾十年里，國(guó)內(nèi)外GIS的發(fā)展主要是靠“應(yīng)用驅(qū)動(dòng)”和“技術(shù)導(dǎo)引”的。隨著GIS的理論、方法和應(yīng)用的發(fā)展，研究者們開始重視GIS中的理論問(wèn)題的分析和研究，地理信息系統(tǒng)(GISystem)已經(jīng)從注重技術(shù)發(fā)展成理論與技術(shù)并重的地理信息科學(xué)(GIScience)，并逐步向地理信息服務(wù)(GIService)發(fā)展(李德仁,邵振峰,2008)。空間分析在GIS的發(fā)展歷程中具有重要地位，空間分析是地理信息系統(tǒng)領(lǐng)域的理論性和技術(shù)性都很強(qiáng)的分支，是提升GIS的理論性的一個(gè)十分重要的突破口。54地理信息系統(tǒng)(GIS)是一種特定而又十分重要的空間信息系統(tǒng)，它是以采集、存儲(chǔ)、管理、分析和描述整個(gè)或部分地球表面(包括大氣層在內(nèi))與空間和地理分布有關(guān)的數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)空間信息系統(tǒng)。五個(gè)動(dòng)詞反映了GIS的基本功能，空間分析是GIS的核心?？臻g數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)和管理是為空間分析提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，空間數(shù)據(jù)的描述是空間分析結(jié)果的表達(dá)。55空間分析是GIS的核心功能GIS的基本功能包括：空間數(shù)據(jù)采集與編輯、空間數(shù)據(jù)處理與變換、空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理、空間數(shù)據(jù)分析、空間數(shù)據(jù)輸出與顯示、GIS二次開發(fā)。56在GIS的六大基本功能中，空間分析是GIS的核心功能。空間數(shù)據(jù)的采集和編輯、空間數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與管理，以及空間數(shù)據(jù)的處理與變換都是為空間分析提供數(shù)據(jù)準(zhǔn)備，是為了更好地實(shí)現(xiàn)空間分析而服務(wù)的。空間分析則是對(duì)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)預(yù)處理的空間數(shù)據(jù)的深層次分析和處理?？臻g數(shù)據(jù)的輸出與顯示是空間分析結(jié)果的表達(dá)。GIS二次開發(fā)是根據(jù)用戶的需求對(duì)空間分析功能進(jìn)行擴(kuò)展。57空間分析的理論性和技術(shù)性隨著GIS的發(fā)展，大家逐步開始重視GIS的理論基礎(chǔ)的研究，提升GIS作為一門獨(dú)立學(xué)科的理論基礎(chǔ)?？臻g分析是地理信息系統(tǒng)領(lǐng)域的理論性和技術(shù)性都很強(qiáng)的分支。一個(gè)比喻：理論性和技術(shù)性就相當(dāng)于一個(gè)人的兩條腿，二者必須平衡，否則就成為跛腿，難以正常行走。GIS的正常發(fā)展需要既發(fā)展技術(shù)，也發(fā)展理論，而空間分析是一個(gè)重要的突破口。581.5空間分析與應(yīng)用模型

兩種觀點(diǎn)：（1）應(yīng)用模型是GIS的重要組成部分。GIS可以輸入、存儲(chǔ)、操作、管理空間數(shù)據(jù)，并以圖形等直觀形式表達(dá)輸出結(jié)果，但它本身缺少?gòu)?qiáng)大的空間分析能力?？臻g模型對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行精確地模型運(yùn)算，但其結(jié)果常常需要通過(guò)GIS來(lái)表達(dá)。GIS和空間分析模型在功能上的互補(bǔ)是GIS與空間模型結(jié)合的主要?jiǎng)恿Α?9觀點(diǎn)（2）：空間分析與空間應(yīng)用模型應(yīng)區(qū)別開來(lái)地學(xué)研究中往往涉及很復(fù)雜的分析過(guò)程，這些過(guò)程尚不能完全用數(shù)學(xué)和算法來(lái)描述。GIS應(yīng)用模型具有復(fù)雜性，GIS所需要處理的問(wèn)題可能是相當(dāng)復(fù)雜的，且往往存在人為因素的干預(yù)與影響，很難用數(shù)學(xué)方法全面、準(zhǔn)確、定量地加以描述，所以GIS應(yīng)用模型時(shí)常采用定量和定性相結(jié)合的形式。在地理學(xué)、環(huán)境科學(xué)、農(nóng)林、規(guī)劃、石油、地質(zhì)等涉及空間數(shù)據(jù)處理的學(xué)科領(lǐng)域都需要進(jìn)行空間分析，這些分析都是基于共同的原理和方法。但是，各個(gè)學(xué)科使用這些共同的方法去解決自己獨(dú)特的問(wèn)題，建立或輔助建立自己的專門化的空間應(yīng)用模型。對(duì)于專業(yè)模型來(lái)說(shuō)，由于GIS應(yīng)用領(lǐng)域的不同，不可能建立通用的、包羅一切的專業(yè)模型，專業(yè)模型只能通過(guò)用戶自己創(chuàng)建。60觀點(diǎn)（2）：空間分析與空間應(yīng)用模型應(yīng)區(qū)別開來(lái)空間分析是基本的、解決一般問(wèn)題的理論和方法，空間模型是復(fù)雜(合)的、解決專門問(wèn)題的理論和方法設(shè)施選址問(wèn)題：一個(gè)工廠的選址與一個(gè)水庫(kù)的選址遵循的是完全不同的原則，需要的支持信息也大相徑庭，但是在這兩個(gè)不同的應(yīng)用模型中，可能需要采用一些相同的空間分析工具去處理不同的數(shù)據(jù)。61思考題

1.簡(jiǎn)述空間分析與GIS的關(guān)系？簡(jiǎn)述空間分析在

GIS中的地位和作用？2.簡(jiǎn)述空間分析的概念？3.簡(jiǎn)述空間分析的研究進(jìn)展？4.簡(jiǎn)述空間分析的主要研究?jī)?nèi)容？5.簡(jiǎn)述空間分析與應(yīng)用模型的關(guān)系？62Thanks!Questions?第二章空間分析理論秦昆qinkun163@163.com武漢大學(xué)遙感信息工程學(xué)院遙感科學(xué)與技術(shù)本科生教案(2013年)642.1空間分析的理論基礎(chǔ)過(guò)去幾十年，GIS的發(fā)展主要是“應(yīng)用驅(qū)動(dòng)”和“技術(shù)導(dǎo)引”。如何從學(xué)科角度提升GIS的理論性?空間分析中的理論：空間關(guān)系理論、空間認(rèn)知理論、空間推理理論空間數(shù)據(jù)模型理論、地理信息機(jī)理理論、空間分析不確定性理論……2.2空間關(guān)系理論空間關(guān)系是GIS的重要理論問(wèn)題之一，在空間數(shù)據(jù)建模、空間查詢、空間分析、空間推理、制圖綜合、地圖理解等過(guò)程中都起著重要作用?？臻g關(guān)系可以由空間現(xiàn)象的幾何特性引起，如距離、方位、連通性、相似性等，可以由空間現(xiàn)象的幾何特性和非幾何特性共同引起，如空間分布現(xiàn)象的統(tǒng)計(jì)相關(guān)、空間自相關(guān)、空間相互作用、空間依賴等，可以完全由空間現(xiàn)象的非幾何屬性導(dǎo)出空間關(guān)系。652.2.1空間關(guān)系的類型分為順序關(guān)系、度量關(guān)系和拓?fù)潢P(guān)系。順序關(guān)系描述目標(biāo)在空間中的某種排序，如前后左右、東西南北等。度量關(guān)系是用某種度量空間中的度量來(lái)描述的目標(biāo)間的關(guān)系，如距離關(guān)系。拓?fù)淇臻g關(guān)系是指拓?fù)渥儞Q下的拓?fù)洳蛔兞?，如空間目標(biāo)的相鄰和連通關(guān)系。66空間關(guān)系表達(dá)了空間數(shù)據(jù)之間的一種約束。度量關(guān)系對(duì)空間數(shù)據(jù)的約束最強(qiáng)烈；順序關(guān)系次之；拓?fù)潢P(guān)系最弱?？臻g關(guān)系之間的約束強(qiáng)度：67（1）順序關(guān)系：方向空間關(guān)系

方向關(guān)系是最基本的順序關(guān)系，又稱為方位關(guān)系、延伸關(guān)系，是指源目標(biāo)相對(duì)于參考目標(biāo)的順序關(guān)系。如：河南省在湖北省北部68（2）度量空間關(guān)系

度量空間關(guān)系包括定量化描述和定性化描述兩種。定量化描述：利用距離公式量測(cè)兩個(gè)空間目標(biāo)間的度量關(guān)系。定性度量量測(cè)：

近、遠(yuǎn)兩種定性距離描述方式；進(jìn)一步用近、中、遠(yuǎn)、很遠(yuǎn)等定性指標(biāo)來(lái)描述距離。69定量度量空間關(guān)系分析包括空間指標(biāo)量算和距離度量?jī)纱箢??？臻g指標(biāo)量算是用區(qū)域空間指標(biāo)量測(cè)空間目標(biāo)間的空間關(guān)系。區(qū)域空間指標(biāo)：幾何指標(biāo)：位置、長(zhǎng)度/距離、面積、體積、形狀、方位等自然地理參數(shù)：坡度、坡向、地表輻照度、地形起伏度、河網(wǎng)密度、切割程度、通達(dá)性等人文地理指標(biāo)：集中指標(biāo)、差異指數(shù)、地理關(guān)聯(lián)系數(shù)、吸引范圍、交通便利程度、人口密度等70地理空間的距離度量：利用距離量算目標(biāo)間的空間關(guān)系?？臻g中兩點(diǎn)間距離的計(jì)算有不同的方法，可以沿著實(shí)際的地球表面進(jìn)行，也可以沿著地球橢球體的距離量算，相應(yīng)的距離計(jì)算公式也不同。71（3）拓?fù)淇臻g關(guān)系

拓?fù)淇臻g關(guān)系是指拓?fù)渥儞Q下的拓?fù)洳蛔兞浚缈臻g目標(biāo)的相鄰和連通關(guān)系。拓?fù)渥儞Q：拓?fù)溲芯康氖菐缀螆D形的一些性質(zhì)，它們?cè)趫D形被彎曲、拉大、縮小或任意變形下保持不變。在變形過(guò)程中不使原來(lái)不同的點(diǎn)重合為同一個(gè)點(diǎn)，又不產(chǎn)生新點(diǎn)。拓?fù)渥儞Q的條件：原來(lái)圖形的點(diǎn)與變換后圖形的點(diǎn)之間存在著一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，并且鄰近的點(diǎn)還是鄰近的點(diǎn)。這樣的變換叫做拓?fù)渥儞Q。72拓?fù)淇梢孕蜗蟮乇扔鳛橄鹌缀螌W(xué)。假設(shè)圖形是用橡皮做的，橡皮圖形的彈性變化可以看成拓?fù)渥儞Q。一個(gè)橡皮圈變形成一個(gè)圓圈或一個(gè)方圈，其拓?fù)潢P(guān)系不會(huì)變化。但是一個(gè)橡皮圈變成一個(gè)阿拉伯?dāng)?shù)字8就不屬于拓?fù)渥儞Q。在變成“8”的過(guò)程中，圈上的兩個(gè)點(diǎn)重合在一起，不再是單純的彈性變換。拓?fù)渥儞Q與橡皮幾何學(xué)：7374橡皮表面有一個(gè)多邊形，多邊形內(nèi)部有一個(gè)點(diǎn)。無(wú)論對(duì)橡皮進(jìn)行壓縮或拉伸，點(diǎn)依然存在于多邊形內(nèi)部，點(diǎn)和多邊形之間的空間位置關(guān)系不改變，而多邊形的面積則會(huì)發(fā)生變化。前者則是空間的拓?fù)鋵傩?，后者則不是拓?fù)鋵傩浴Ｍ負(fù)鋵傩砸粋€(gè)點(diǎn)在一個(gè)弧段的端點(diǎn)；一個(gè)弧段是一個(gè)簡(jiǎn)單弧段(弧段自身不相交)；一個(gè)點(diǎn)在一個(gè)區(qū)域的邊界上；一個(gè)點(diǎn)在一個(gè)區(qū)域的內(nèi)部；一個(gè)點(diǎn)在一個(gè)區(qū)域的外部；一個(gè)點(diǎn)在一個(gè)環(huán)的內(nèi)部；一個(gè)面是一個(gè)簡(jiǎn)單面(面上沒有“島”)；一個(gè)面的連續(xù)性(給定面上任意兩點(diǎn)，從一點(diǎn)可以完全在面的內(nèi)部沿任意路徑走向另一點(diǎn))。非拓?fù)鋵傩詢牲c(diǎn)之間的距離；一個(gè)點(diǎn)指向另一個(gè)點(diǎn)的方向；弧段的長(zhǎng)度；一個(gè)區(qū)域的周長(zhǎng)；一個(gè)區(qū)域的面積。對(duì)象的拓?fù)浜头峭負(fù)鋵傩?52.2.2空間關(guān)系描述基本任務(wù)：以數(shù)學(xué)或邏輯的方法區(qū)分不同的空間關(guān)系，給出形式化的描述。意義：澄清不同用戶關(guān)于空間關(guān)系的語(yǔ)義，為構(gòu)造空間查詢語(yǔ)言和空間分析提供形式化工具。76（1）度量空間關(guān)系描述：度量空間關(guān)系：空間指標(biāo)量算、距離度量空間指標(biāo)量算：主要包括長(zhǎng)度、周長(zhǎng)、面積等指標(biāo)，通常采用數(shù)學(xué)公式，形式簡(jiǎn)單、較為統(tǒng)一。77度量空間關(guān)系描述：距離度量描述：以兩個(gè)點(diǎn)目標(biāo)間的距離為基本距離?；揪嚯x的計(jì)算有不同的方式。最常用的是平面中兩個(gè)點(diǎn)之間的距離計(jì)算，又包括歐氏距離、廣義距離、契比雪夫距離等。為了適應(yīng)地球球面距離的量算，還有大地測(cè)量距離、曼哈頓距離等球面距離的定義方式。不同學(xué)科對(duì)距離的理解及應(yīng)用目的不同，所用到的距離定義及描述方法也不同。例如統(tǒng)計(jì)學(xué)中的斜交距離和馬氏距離等，旅游業(yè)中的旅游時(shí)間距離等。78平面中兩點(diǎn)之間的距離計(jì)算方法：設(shè)A(a1,a2,…,an)、B(b1,b2,…,bn)為兩個(gè)對(duì)象，其中ai和bi分別為其相應(yīng)的屬性。歐氏距離：A(x1,y1)、B(x2,y2)兩點(diǎn)之間的歐氏距離：79契比雪夫距離(切氏距離Chebyshev):A(x1,y1)、B(x2,y2)兩點(diǎn)之間的切氏距離：馬氏距離(絕對(duì)值距離、街坊距離、曼哈坦(Manhattan)距離：A(x1,y1)、B(x2,y2)兩點(diǎn)之間的馬氏距離：80明氏距離(Minkowski距離)：A(x1,y1)、B(x2,y2)兩點(diǎn)之間的明氏距離：81考慮地球球面特性定義的距離計(jì)算方法：由于GIS中的空間數(shù)據(jù)大多數(shù)是投影到平面上的，具有投影的兩點(diǎn)間距離不能用平面距離公式計(jì)算，要考慮球面上兩點(diǎn)間的距離，即大圓距離，如大地測(cè)量距離、曼哈頓距離。大地測(cè)量距離：球面上兩點(diǎn)間的大圓距離。大圓：地球表面二點(diǎn)與球心構(gòu)成的平面構(gòu)成的大圓圈。82曼哈頓距離：緯度差加上經(jīng)度差。83具有行業(yè)特色的距離定義：旅游業(yè)中的旅游時(shí)間距離：兩個(gè)點(diǎn)(如兩個(gè)城市)之間的旅游時(shí)間距離為從一個(gè)點(diǎn)(城市)到另一個(gè)點(diǎn)(城市)的最短時(shí)間?？梢杂萌〉眠@一最短時(shí)間的一系列指定的航線來(lái)表示這個(gè)距離(假設(shè)每個(gè)城市至少有一個(gè)飛機(jī)場(chǎng))。84詞典編纂距離：在一個(gè)固定的地名冊(cè)里兩個(gè)點(diǎn)(城市)間的編纂距離：兩個(gè)城市的詞典位置之間的絕對(duì)差值。85非點(diǎn)狀目標(biāo)之間的距離：對(duì)于非點(diǎn)狀目標(biāo)，由于目標(biāo)的模糊性，不同類型實(shí)體間(如面狀與線狀)的距離往往有多種定義。圖中對(duì)象A、B之間的距離如何計(jì)算？86（2）拓?fù)淇臻g關(guān)系描述：拓?fù)潢P(guān)系描述方式的研究一直是空間關(guān)系理論研究的熱門話題。拓?fù)潢P(guān)系形式化描述模型包括：4元組模型9元組模型V9I模型……871）4元組模型4元組模型是一種基于點(diǎn)集拓?fù)鋵W(xué)的二值拓?fù)潢P(guān)系模型。將簡(jiǎn)單空間實(shí)體看作是邊界點(diǎn)和內(nèi)部點(diǎn)構(gòu)成的集合，4元組模型為由兩個(gè)簡(jiǎn)單空間實(shí)體點(diǎn)集的邊界與邊界的交集、邊界與內(nèi)部的交集、內(nèi)部與邊界的交集、內(nèi)部與內(nèi)部的交集構(gòu)成的4元組(2×2矩陣)。88元素取值只有空和非空兩種情況(分別用0和1表示)，總共有16種組合情況。排除不具有現(xiàn)實(shí)意義的取值組合，該模型可表達(dá)：8種面/面拓?fù)潢P(guān)系、16種線/線拓?fù)潢P(guān)系、13種線/面拓?fù)潢P(guān)系、3種點(diǎn)/線拓?fù)潢P(guān)系、3種點(diǎn)/面拓?fù)潢P(guān)系、2種點(diǎn)/點(diǎn)拓?fù)潢P(guān)系。89八種面面關(guān)系：90三種點(diǎn)線拓?fù)潢P(guān)系：兩種點(diǎn)點(diǎn)拓?fù)潢P(guān)系：三種點(diǎn)面拓?fù)潢P(guān)系：912）9元組模型9元組在4元組的基礎(chǔ)上，在空間描述框架中引入空間實(shí)體的“補(bǔ)(外部)”的概念，將空間目標(biāo)A表示為邊界、內(nèi)部和外部三個(gè)部分的集合。通過(guò)比較目標(biāo)A與B的邊界、內(nèi)部、外部之交集(空或非空)，分析確定A、B間的空間拓?fù)潢P(guān)系。929元組模型由于引入了“補(bǔ)”的概念，矩陣模型可區(qū)分512(29)種關(guān)系，但具有實(shí)際意義的只有一小部分。9元組能表示：2種點(diǎn)點(diǎn)間關(guān)系、3種點(diǎn)線間關(guān)系、3種點(diǎn)面間關(guān)系、33種線線間關(guān)系、19種線面間關(guān)系、8種面面間關(guān)系。939元組模型是目前應(yīng)用最廣的一種模型，被很多流行的商業(yè)化GIS軟件所應(yīng)用。如ESRI公司以Macro宏語(yǔ)言的方式將9元組模型用于查詢命令中。Oracle將9元組和SQL相結(jié)合，拓展傳統(tǒng)的SQL查詢謂詞，使之支持空間域查詢。94（3）基于Voronoi的V9I模型針對(duì)9元組模型中“補(bǔ)”的概念存在重疊太大、空間實(shí)體定義方面的不足、不能描述空間鄰近關(guān)系等缺陷，陳軍等用Voronoi多邊形取代9元組中的“補(bǔ)”重新定義9元組模型，并將其定義為V9I模型。9596空間目標(biāo)的Voronoi區(qū)域:空間目標(biāo)的Voronoi區(qū)域：設(shè)二維空間R2中有一空間目標(biāo)集合S={o1,o2,…,on}(n≥1)，oi可以是點(diǎn)目標(biāo)、線目標(biāo)或面狀目標(biāo)，則目標(biāo)oi的Voronoi區(qū)域(簡(jiǎn)記為ov)為:

ov={p|distance(p,oi)≤distance(p,oj),j≠i}。由到目標(biāo)oi的距離比到所有其它目標(biāo)的距離都近的點(diǎn)所構(gòu)成的區(qū)域。

實(shí)線為Delaunay三角形，虛線為Voronoi圖。Voronoi圖：又叫泰森多邊形或Dirichelet圖，由一組連接兩鄰點(diǎn)連線的垂直平分線組成的連續(xù)多邊形組成。N個(gè)在平面上有區(qū)別的點(diǎn)，按照最鄰近原則劃分平面；每個(gè)點(diǎn)與它的最近鄰區(qū)域相關(guān)聯(lián)。Delaunay三角形：由與相鄰Voronoi多邊形共享一條邊的相關(guān)點(diǎn)連接而成的三角形。97基于Voronoi圖的空間關(guān)系的表達(dá)方法用空間目標(biāo)的Voronoi區(qū)域(Voronoiregion)作為其外部，對(duì)原9元組模型進(jìn)行改進(jìn)，建立了一種基于Voronoi的新9元組模型，簡(jiǎn)稱為V9I模型。陳軍的V9I模型98V9I模型與9元組模型的比較陳軍的V9I模型Egenhofer的9元組模型V9I模型既考慮了空間實(shí)體的內(nèi)部和邊界，又將Voronoi區(qū)域看作一個(gè)整體，能夠克服原9元組模型的一些缺點(diǎn)，包括無(wú)法區(qū)分相離關(guān)系、難以計(jì)算目標(biāo)的補(bǔ)等。99（3）順序關(guān)系描述：方向空間關(guān)系

定性方向關(guān)系定義的參考體系包括相對(duì)方向參考體系(前后左右、三維空間中的上下)和絕對(duì)方向參考體系(如東南西北)。一般方向關(guān)系的形式化描述：使用絕對(duì)方向關(guān)系參考100兩點(diǎn)之間的方向關(guān)系：最簡(jiǎn)單的方向關(guān)系類型，也是其它類型目標(biāo)方向關(guān)系定義的基礎(chǔ)和參照。為了給出兩點(diǎn)之間的方向定義，首先給出二維空間中的方向關(guān)系定位參考，即相互垂直的X、Y坐標(biāo)軸。設(shè)P和Q是二維平面中的兩個(gè)目標(biāo)，其中P為待定方向的源目標(biāo)，Q為參考目標(biāo)。101（1）正東關(guān)系形式化定義：九類常用方向關(guān)系基于點(diǎn)集拓?fù)鋵W(xué)的定義102（2）正南關(guān)系：形式化定義：103（3）正西關(guān)系形式化定義：104（4）正北關(guān)系形式化定義：105（5）西北關(guān)系形式化定義：106（6）東北關(guān)系形式化定義：107（7）西南關(guān)系形式化定義：108（8）東南關(guān)系形式化定義：109（9）同一位置關(guān)系形式化定義：110方向關(guān)系的完備性：以上9種關(guān)系通過(guò)點(diǎn)的投影可以精確判斷。對(duì)于任意兩點(diǎn)，上述9種關(guān)系必有一種滿足，方向關(guān)系具有完備性。方向關(guān)系的傳遞性：方向關(guān)系具有傳遞性，根據(jù)已知方向關(guān)系可相互轉(zhuǎn)換，如已知north_east(pi,qj)可得到south_west(qj,pi)111方向關(guān)系的合成：如果取東南西北作為主方向，可將前8種方向關(guān)系合并為4種方向關(guān)系。east(pi,qj)=north_east(pi,qj)orrestricted_east(pi,qj)orsouth_east(pi,qj)south(pi,qj)=south_west(pi,qj)orrestricted_south(pi,qj)orsouth_east(pi,qj)west(pi,qj)=north_west(pi,qj)orrestricted_west(pi,qj)orsouth_west(pi,qj)north(pi,qj)=north_west(pi,qj)orrestricted_north(pi,qj)ornorth_east(pi,qj)112方向關(guān)系的定量描述：使用方位角或象限角對(duì)目標(biāo)間的方向關(guān)系值進(jìn)行精確的定義。點(diǎn)狀目標(biāo)間的角度最為簡(jiǎn)單，但其它類型目標(biāo)的方位角計(jì)算則復(fù)雜得多。113日常生活中應(yīng)用最廣的是方向關(guān)系的定性描述。方向關(guān)系的定性描述模型主要包括：方向關(guān)系的定性描述錐形模型最小約束矩形模型(MBR)二維字符串模型(2-DString)方向關(guān)系矩陣模型基于Voronoi圖的方向關(guān)系模型114（1）錐形模型基本思想：在從某個(gè)空間目標(biāo)出發(fā)指向另一個(gè)目標(biāo)的錐形區(qū)域中確定兩個(gè)空間目標(biāo)間的空間方向關(guān)系。步驟：首先選擇兩個(gè)目標(biāo)中較小的一個(gè)作為源目標(biāo)，較大的一個(gè)作為參考目標(biāo)；然后從參考目標(biāo)的質(zhì)心出發(fā)作兩條相互垂直的直線，將所在的平面劃分為4個(gè)無(wú)限錐形區(qū)域，每個(gè)錐形頂點(diǎn)的角平分線指向方向?yàn)橐粋€(gè)主方向(東南西北)；源目標(biāo)方向：源目標(biāo)位于的主方向所在的錐形區(qū)域的方向。115如果兩個(gè)空間目標(biāo)間的距離小于或接近空間目標(biāo)的尺寸、兩目標(biāo)相交或纏繞、空間目標(biāo)為馬蹄形時(shí)，可能得出錯(cuò)誤結(jié)論。錐形模型適用于兩個(gè)空間目標(biāo)間的距離與空間目標(biāo)的尺寸相比較大的情況。馬蹄形建筑與小亭的方向關(guān)系為了克服這一缺陷，可以在原有的錐形模型中加入多邊性的大小、形狀、走向、最小投影矩形等因子，使原有模型可以處理復(fù)雜空間目標(biāo)間的方向關(guān)系。116（2）最小約束矩形模型(MBR)最小約束矩形模型：利用兩個(gè)目標(biāo)間的MBR間的關(guān)系定義方向關(guān)系，利用空間對(duì)象的幾何近似關(guān)系取代實(shí)際空間對(duì)象的關(guān)系?；舅枷耄赫页隹臻g目標(biāo)在X和Y軸上的投影最大和最小值，構(gòu)成該空間目標(biāo)的MBR(最小約束矩形)，兩個(gè)空間目標(biāo)間的方向關(guān)系的確定轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的兩個(gè)目標(biāo)MBR的方向關(guān)系的判斷。117（3）二維字符串模型（2-DString）基本思想：用某一固定大小的格網(wǎng)覆蓋目標(biāo)所在的整個(gè)區(qū)域，并使用一個(gè)二維字符串來(lái)記錄每個(gè)格網(wǎng)中的空間物體。u:AB|ABC|BC|BCD|D|D|E|Ev:ABDE|ABDE|BCD|CD|Du表示物體在x軸方向的投影，v表示物體在y軸方向的投影118（4）方向關(guān)系矩陣模型基本思想：將平面空間劃分為9個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)方向片，每個(gè)方向片對(duì)應(yīng)一個(gè)主方向，參考目標(biāo)所在的方向片稱為同方向。對(duì)于物體A，方向集為{NA,NEA,EA,SEA,SA,SWA,WA,NWA,OA}。將B與A的九個(gè)方向片分別求交，得到方向關(guān)系矩陣。根據(jù)該矩陣中非空元素判斷B和A間的方向關(guān)系。119該3*3矩陣可以有512(29)種取值組合，Goyal取了218種有意義的取值，建立了標(biāo)像描述矩陣表示源目標(biāo)對(duì)于參考目標(biāo)的空間位置。120為了避免該模型存在的矩形模型缺陷，Goyal(2000)用源目標(biāo)在某一方向片區(qū)的面積比例代替交集121（5）基于Voronoi圖的方向關(guān)系模型基本思想：通過(guò)空間目標(biāo)的Voronoi圖與空間目標(biāo)的關(guān)系來(lái)描述和定義空間目標(biāo)間的方向關(guān)系。在MBR的基礎(chǔ)上建立Voronoi區(qū)域，通過(guò)MBR與Voronoi區(qū)域邊界線之間的關(guān)系描述空間目標(biāo)間的方向關(guān)系。A和B之間的方向關(guān)系可以利用其MBR和Voronoi多邊形的邊界線構(gòu)成的5×5矩陣形式化描述。122空間關(guān)系描述模型的評(píng)價(jià)：一般從完備性、嚴(yán)密性、唯一性、通用性準(zhǔn)則等方面進(jìn)行評(píng)估。完備性是指空間關(guān)系描述結(jié)果能包含目標(biāo)間所有可能的定性關(guān)系；嚴(yán)密性是要求所推出的一組關(guān)系是實(shí)際存在的或正確的；唯一性要求所有關(guān)系是互斥的；通用性指描述方法應(yīng)能處理各種形狀的目標(biāo)和各類關(guān)系。123空間關(guān)系表達(dá)模型表達(dá)能力的衡量標(biāo)準(zhǔn)包括：空間關(guān)系表達(dá)是否是形式化的、無(wú)歧義的；表達(dá)的完備性：根據(jù)該模型對(duì)空間關(guān)系進(jìn)行劃分，表達(dá)結(jié)果能否包含目標(biāo)間實(shí)際存在的所有空間關(guān)系；表達(dá)的可靠性：根據(jù)該模型對(duì)空間關(guān)系進(jìn)行劃分，其結(jié)果必須與目標(biāo)間實(shí)際存在的空間關(guān)系相符；表達(dá)的唯一性：根據(jù)該模型對(duì)空間關(guān)系進(jìn)行劃分，其結(jié)果必須是互斥的；表達(dá)的可推理性：通過(guò)該模型進(jìn)行的空間關(guān)系劃分結(jié)果能否用于空間推理。1241252.2.3時(shí)空空間關(guān)系地理實(shí)體之間的空間關(guān)系往往隨著時(shí)間而變化，時(shí)間關(guān)系交織在一起就形成了多種時(shí)空關(guān)系。當(dāng)點(diǎn)、線、面目標(biāo)之間的空間相鄰、空間連通、空間包含等關(guān)系隨時(shí)間發(fā)生變化時(shí)，往往與目標(biāo)間的時(shí)間拓?fù)潢P(guān)系交織在一起，形成了一種新的時(shí)空拓?fù)潢P(guān)系(spatio-temporaltopology)。126Allen的時(shí)間區(qū)間邏輯中，時(shí)間區(qū)間為基元，兩個(gè)時(shí)間區(qū)間之間的定性關(guān)系有13種類型：時(shí)間相等TR_equal、時(shí)間前TR_before、時(shí)間后TR_after、時(shí)間相遇TR_meet、時(shí)間被遇見TR_met、時(shí)間交疊TR_overlap、時(shí)間被交疊TR_overlapped、時(shí)間包含TR_contain、時(shí)間被包含TR_during、時(shí)間開始TR_start、時(shí)間被開始TR_started、時(shí)間終止TR_finish、時(shí)間被終止TR_finished。二十世紀(jì)八十年代初，Allen提出了一種時(shí)態(tài)關(guān)系描述邏輯，即時(shí)間區(qū)間邏輯。時(shí)空關(guān)系模型是時(shí)間區(qū)間關(guān)系和空間區(qū)域關(guān)系的正交組合1271282.2.4空間關(guān)系理論的應(yīng)用GIS空間數(shù)據(jù)建模與空間數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)時(shí)，既要表達(dá)空間實(shí)體，也要表達(dá)空間實(shí)體間的空間關(guān)系。Arc/Info采用關(guān)系表法表達(dá)端點(diǎn)與弧段、弧段與面塊之間的拓?fù)潢P(guān)聯(lián)等空間關(guān)系，使重疊的端點(diǎn)與面塊的坐標(biāo)只需存貯一次，不僅節(jié)省了存貯空間，而且便于進(jìn)行拓?fù)湟恢滦詸z驗(yàn)和查詢分析。1292.2.4空間關(guān)系理論的應(yīng)用基于Voronoi圖的空間關(guān)系方法可以用于動(dòng)態(tài)建立拓?fù)潢P(guān)系來(lái)擴(kuò)展MapInfo的功能。130空間數(shù)據(jù)庫(kù)的查詢往往是依賴于空間目標(biāo)間的關(guān)系目前的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的查詢語(yǔ)言因?yàn)橹惶峁┝藢?duì)簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)類型(如整數(shù)或字符)的相等或排序等操作，不能有效地支持空間查詢。為了構(gòu)造空間查詢，Arc/Info通過(guò)Macro語(yǔ)言方式，把9元組模型的描述結(jié)果加入到查詢命令中；Oracle中把9元組模型與SQL相結(jié)合，使查詢功能擴(kuò)展到空間域；9元組描述模型還被用于構(gòu)造基于圖標(biāo)的或基于自然語(yǔ)言的空間關(guān)系查詢界面，有助于使用戶從繁瑣枯燥的SQL語(yǔ)法中解脫出來(lái)。131空間分析在某種程度上是在處理空間實(shí)體之間的相互關(guān)系點(diǎn)模式識(shí)別是處理點(diǎn)狀目標(biāo)之間的鄰近關(guān)系與分布；疊置分析處理多個(gè)空間目標(biāo)之間的相交、重疊等拓?fù)潢P(guān)系；網(wǎng)絡(luò)分析處理空間實(shí)體之間的拓?fù)溧徑优c關(guān)聯(lián)；鄰域分析是在相互鄰近的空間實(shí)體之間進(jìn)行的。利用9元組進(jìn)行空間推理是空間關(guān)系理論成果的另一重要應(yīng)用例如，人們用9元組模型組建空間關(guān)系的組合表，建立檢測(cè)拓?fù)潢P(guān)系一致性的推理機(jī)制；通過(guò)9元組建立空間關(guān)系之間的概念鄰接模型，推導(dǎo)空間關(guān)系的漸變過(guò)程，用于反映空間實(shí)體的變形過(guò)程。1321332.3地理空間認(rèn)知2.3.1地理空間認(rèn)知的概念認(rèn)知心理學(xué)中的空間認(rèn)知是指人們對(duì)物理空間或心理空間三維物體的大小、形狀、方位和距離的信息加工過(guò)程。認(rèn)知心理學(xué)是二十世紀(jì)50年代中期在西方興起的一種心理學(xué)思潮，二十世紀(jì)70年代開始成為西方心理學(xué)的一個(gè)主要研究方向。它研究人的高級(jí)心理過(guò)程，主要是認(rèn)知過(guò)程，如注意、知覺、表象、記憶、思維和語(yǔ)言等。1342.3地理空間認(rèn)知2.3.1地理空間認(rèn)知的概念地理空間認(rèn)知(geospatialcognition)：日常生活中，人類如何逐步理解地理空間，進(jìn)行地理分析和決策。包括：地理信息的知覺、編碼、存儲(chǔ)、以及和解碼等一系列心理過(guò)程。135地理空間認(rèn)知作為地理信息科學(xué)的一個(gè)重要研究領(lǐng)域得到了廣泛重視。1995年美國(guó)國(guó)家地理信息與分析中心(NCGIA)發(fā)表了“AdvancingGeographicInformationScience”的報(bào)告，提出地理信息科學(xué)的三大戰(zhàn)略領(lǐng)域：（1）地理空間認(rèn)知模型（2）地理概念計(jì)算方法（3）地理信息與社會(huì)研究1996年美國(guó)地理信息科學(xué)大學(xué)研究會(huì)(UCGIS)發(fā)布的10個(gè)優(yōu)先研究主題中就有對(duì)地理信息認(rèn)知的研究。1362001年中國(guó)自然科學(xué)基金委在地球空間信息科學(xué)的戰(zhàn)略研究報(bào)告中，把地理空間認(rèn)知研究作為基礎(chǔ)理論之一列入優(yōu)先資助范圍。地理空間認(rèn)知研究作為地理信息科學(xué)的核心問(wèn)題之一，已經(jīng)得到普遍的認(rèn)同。1372.3.2地理空間認(rèn)知的研究?jī)?nèi)容地理空間認(rèn)知作為認(rèn)知科學(xué)與地理科學(xué)的交叉學(xué)科，需對(duì)認(rèn)知科學(xué)研究成果進(jìn)行基于地理空間相關(guān)問(wèn)題的特化研究。主要研究?jī)?nèi)容：地理知覺、地理表象、地理概念化、地理知識(shí)的心理表征、地理空間推理，涉及地理知識(shí)的獲取、存儲(chǔ)與使用等。138（1）地理知覺地理知覺是指將地理事物從地理空間中區(qū)分出來(lái)，獲取其位置并對(duì)其進(jìn)行識(shí)別。主要涉及以下幾個(gè)方面：1）格式塔心理學(xué)(GestaltPsychology)。格式塔心理學(xué)又稱“完形心理學(xué)”，是一種研究經(jīng)驗(yàn)現(xiàn)象中的形式與關(guān)系的心理學(xué)。格式塔心理學(xué)側(cè)重研究知覺和中高級(jí)心理過(guò)程，強(qiáng)調(diào)整體結(jié)構(gòu)感知和自頂向下的加工。1391）格式塔心理學(xué)(GestaltPsychology)面對(duì)一幅陌生而復(fù)雜的圖像，人們可以迅速、準(zhǔn)確地標(biāo)出目標(biāo)輪廓，找出顯著而有意義的區(qū)域。標(biāo)注圖像對(duì)于人來(lái)說(shuō)是相當(dāng)簡(jiǎn)單的事情，而對(duì)計(jì)算機(jī)卻很難。1401）格式塔心理學(xué)(GestaltPsychology)怎樣找到這些顯著結(jié)構(gòu)并把它們組織成為有明確景象意義的目標(biāo)？這就是知覺組織(perceptualorganization)要解決的主要問(wèn)題。知覺組織的定義是分辨哪些信息屬于一個(gè)整體，并將這些信息組織成為有明確景象意義的目標(biāo)，可以將點(diǎn)或邊緣組織成輪廓，也可以將點(diǎn)或區(qū)域塊聚類成前景和背景，并進(jìn)一步將前景分割成不同的目標(biāo)。知覺組織可用于解決計(jì)算機(jī)視覺的多種問(wèn)題，如輪廓提取、圖像分割、目標(biāo)檢測(cè)等。141格式塔知覺組織原則格式塔學(xué)派強(qiáng)調(diào)整體分析的思想。人類能夠快速地完成物體識(shí)別、目標(biāo)搜索等復(fù)雜的視覺任務(wù)，先決條件是人類存在視知覺能力。知覺組織被認(rèn)為是最基本的知覺過(guò)程之一。在這一過(guò)程中，人類能分辨哪些信息屬于一個(gè)整體進(jìn)而把這些信息組織成一個(gè)有明確景象意義的目標(biāo)。142視覺完形視覺完形是指系統(tǒng)自動(dòng)地將部分被遮擋的物體感知為完整的物體，包括對(duì)形狀、紋理和顏色的自動(dòng)完成。解釋視覺完形的三種理論：形象熟悉性理論生態(tài)約束理論形象簡(jiǎn)單性理論視覺完形形象熟悉性理論假設(shè)人們將被局部遮擋的物體感知為完整的物體時(shí)，根據(jù)與當(dāng)前的可視信息相容的，并且最頻繁遇到的形狀來(lái)執(zhí)行完形操作。143144視覺完形形象簡(jiǎn)單性理論指具有最簡(jiǎn)單、最規(guī)整和最穩(wěn)定特征的結(jié)構(gòu)最有可能被知覺為一個(gè)目標(biāo)。145視覺完形生態(tài)約束理論四個(gè)條件：（1）存在不連續(xù)的邊緣；（2）不連續(xù)的邊緣之間是可關(guān)聯(lián)的；（3）將不連續(xù)的邊緣連接起來(lái)形成封閉的區(qū)域后，將會(huì)產(chǎn)生新的視覺單元；（4）不連續(xù)的視覺單元構(gòu)成深度感知。視覺完形判斷不連續(xù)的邊緣之間是否可關(guān)聯(lián)，是依據(jù)格式塔原則之一——良好的連續(xù)性。146格式塔心理學(xué)：似動(dòng)圖片147圖形與背景的關(guān)系是相對(duì)的1481492）知覺的透鏡模型和供給模型透鏡模型強(qiáng)調(diào)知覺者的內(nèi)在世界的不確定性，承認(rèn)知覺包含信息加工過(guò)程。供給模型則強(qiáng)調(diào)地理環(huán)境提供了足夠的信息，感覺器官能直接從外界獲得所需信息，根本不存在信息加工過(guò)程。地理知覺的研究?jī)?nèi)容：1503）對(duì)象系統(tǒng)和位置系統(tǒng)的分離地理信息加工的基本原則是對(duì)象系統(tǒng)和位置系統(tǒng)的分離。位置系統(tǒng)處理空間信息，判斷物體在空間中的位置、大小和方向，并對(duì)各物體間的空間關(guān)系進(jìn)行編碼。對(duì)象系統(tǒng)處理用于空間物體辨識(shí)的各種信息，包括形狀、顏色、紋理等。地理知覺的研究?jī)?nèi)容：1514）Marr的草圖模型及相關(guān)研究Marr的草圖模型是關(guān)于地理知覺過(guò)程和步驟影響最大的理論，對(duì)知覺過(guò)程和步驟的進(jìn)一步研究大都在Marr的基礎(chǔ)上進(jìn)行。Marr認(rèn)為：視覺信息處理是依靠3級(jí)結(jié)構(gòu)“要素圖-2.5維圖-三維模型表象”來(lái)加以處理的。表達(dá)外部信息的基本要素是點(diǎn)、邊緣、面等局部幾何特征。地理知覺的研究?jī)?nèi)容：1525）地理空間基于知覺方式的尺度劃分尺度問(wèn)題是地理信息科學(xué)有關(guān)認(rèn)知最優(yōu)先的研究之一知覺方式的不同是空間尺度劃分的主要依據(jù)。心理學(xué)根據(jù)不同尺度空間知覺方式的不同，將空間劃分為：圖形、街景、環(huán)境和地理空間。地理知覺的研究?jī)?nèi)容：1536）地理空間知覺方法差異性研究地理空間知覺方法存在差異，環(huán)境空間的知覺主要靠導(dǎo)航經(jīng)驗(yàn)，地理空間的知覺主要靠讀圖?；诘貓D的地理空間認(rèn)知，就是通過(guò)閱讀地圖來(lái)實(shí)現(xiàn)人對(duì)地理空間的認(rèn)知，基于地圖的地理空間知覺過(guò)程是基于地圖的地理空間認(rèn)知基本過(guò)程中的首要步驟。知覺方法對(duì)地理知識(shí)的獲取、存儲(chǔ)和使用都具有重要影響。讀圖方式和導(dǎo)航方式存在著較大差異。地理知覺的研究?jī)?nèi)容：（2）地理表象表象作為認(rèn)知科學(xué)中一個(gè)重要概念，是人類意識(shí)對(duì)物質(zhì)世界主動(dòng)和積極的形象化反映。地理表象用來(lái)表示在地理意向性理論指導(dǎo)下的地理形象思維所產(chǎn)生的各種“象”，它既是地理思維活動(dòng)的產(chǎn)物，又是地理思維得以進(jìn)行的載體，與地理知識(shí)的使用和地理空間的推理密切相關(guān)。154研究表象的重要方法心理旋轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)是研究表象的重要方法。心理旋轉(zhuǎn)作為一種空間認(rèn)知能力，屬于個(gè)體認(rèn)知發(fā)展過(guò)程中的一種相對(duì)高水平的能力。給出兩個(gè)幾何體，要求被試者以最快的速度判斷其是否是同一物體。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)被試者在心理旋轉(zhuǎn)這些物體時(shí)，角度越大，需要時(shí)間越長(zhǎng)，且旋轉(zhuǎn)速率相對(duì)穩(wěn)定。155156類命題理論和準(zhǔn)圖片理論類命題理論認(rèn)為表象作為服務(wù)于思維的抽象概念結(jié)構(gòu)，對(duì)場(chǎng)景的描述不是類似圖片，而是類似于命題的符號(hào)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。記憶中存儲(chǔ)的是對(duì)事物的說(shuō)明、解釋，而不是具體的表象。按照準(zhǔn)圖片理論，表象內(nèi)部結(jié)構(gòu)和產(chǎn)生機(jī)制與視知覺類似，具有大小、方位和位置等空間特性，是類圖片形式的二維表面矩陣。矩陣的每一成分由表示局部視野的基元組成，基元總與一些其它基元相鄰，可以形成方向、紋理、位置和景物。地理表象的研究?jī)?nèi)容：157地理表象的基本形式地理表象分為4種基本類型：地理區(qū)域、綜合體、地理景觀和區(qū)域地理系統(tǒng)。地理區(qū)域是為研究地理環(huán)境所產(chǎn)生的“一個(gè)知識(shí)概念，供思考的實(shí)體”，具有相對(duì)均質(zhì)性綜合體是指由若干個(gè)相互作用的成分組成的地理實(shí)體。地理景觀指在某個(gè)發(fā)生上一致的區(qū)域，若干地理現(xiàn)象的某種組合關(guān)系的節(jié)律性典型重復(fù)，可以包含若干個(gè)最小空間功能單元體。區(qū)域地理系統(tǒng)是對(duì)地理區(qū)域進(jìn)行系統(tǒng)研究所建立的系統(tǒng)，以地理景觀為結(jié)構(gòu)組件，按照地理事件發(fā)生的過(guò)程來(lái)構(gòu)造系統(tǒng)模型。158（3）地理概念化概念化是把具有共同特征的事物歸為一類，而把不同特征的事物放在不同類中。地理實(shí)體通過(guò)概念化得到辨識(shí)，地理知識(shí)通過(guò)概念化得以概括和精簡(jiǎn)。通過(guò)概念化分類可以將大量知識(shí)簡(jiǎn)化到可以處理的比例。地理概念化是地理世界已知地理實(shí)體、實(shí)體屬性和實(shí)體間關(guān)系的知識(shí)庫(kù)，依據(jù)概念化知識(shí)記憶和理解地理世界。1591）地理概念化方法主要有基于經(jīng)典集合論的方法和原型分類方法集合論方法的概念化在GIS語(yǔ)義表達(dá)和共享中廣泛采用，主要內(nèi)容包括：分類是任意的；類型具有定義屬性或關(guān)鍵屬性；集合的內(nèi)涵決定其外延。1）地理概念化方法原型是關(guān)于某一類事物的典型特征模式，當(dāng)物體特征與原型認(rèn)知范疇越接近，就越有可能被劃歸到某一原型范疇中。原型分類法更符合日常生活中人的認(rèn)知分類。分類不是任意的，受多種知覺和認(rèn)知因素的影響；基礎(chǔ)層次類型各個(gè)成員享有更多相似的知覺和功能特征；類型具有一種內(nèi)在的漸變結(jié)構(gòu)，基于核心成員-原型而構(gòu)建，類型不具有關(guān)鍵屬性，事物類型的歸屬通過(guò)其與原型的相似程度來(lái)判定；在原型分類下，類型集合的邊界是模糊的，為模糊集。1601612）地理概念化理論。主要包括圖式理論和初級(jí)和次級(jí)理論。圖式理論是有關(guān)地理概念存儲(chǔ)方式的理論。圖式是圍繞某一主題組織起來(lái)的知識(shí)表征和存儲(chǔ)方式，是人們用以逐步理解世界的基礎(chǔ)概念化組織。地理類型的圖式是存儲(chǔ)和編碼環(huán)境中“日?！钡乩韺?duì)象相關(guān)類型的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，可用于發(fā)現(xiàn)環(huán)境中特定地理類型的新實(shí)例。1622）地理概念化理論初級(jí)理論是在人類文化和人類發(fā)展階段都能找到的地理常識(shí)，由基本的心理學(xué)和物理學(xué)知識(shí)組成，主要與一些能直接感知和交互的中等尺度地理現(xiàn)象的知識(shí)相關(guān)。次級(jí)理論由具有不同經(jīng)濟(jì)和社會(huì)特性的民間信念、知識(shí)組成，主要與一些大尺度地理現(xiàn)象的知識(shí)相關(guān)。1633）地理實(shí)體本體本體是對(duì)世界本質(zhì)的研究。地理實(shí)體本體主要處理地理實(shí)體類型的本質(zhì)和內(nèi)涵。地理信息科學(xué)中的本體兼具哲學(xué)本體和信息本體的雙重含義。地理本體是面向地理領(lǐng)域的概念模型，它包含領(lǐng)域內(nèi)通用的、普遍的概念，并且規(guī)定了領(lǐng)域級(jí)別上的約束，這些約束可以被用來(lái)進(jìn)行知識(shí)級(jí)別上的推理。地理本體表達(dá)的是更高級(jí)別的信息需求。164（4）地理知識(shí)心理表征心理表征指長(zhǎng)時(shí)記憶中知識(shí)的存儲(chǔ)，可區(qū)分不同的類型或系統(tǒng)。地理知識(shí)心理表征的研究需要區(qū)分不同的編碼系統(tǒng)和類型。165概念命題理論認(rèn)為所有視覺信息和語(yǔ)言信息都以概念命題的形式進(jìn)行存儲(chǔ)，其強(qiáng)調(diào)視覺信息被輸入后，必須處理為概念命題的形式才能進(jìn)行存儲(chǔ)。雙重編碼理論認(rèn)為表象和命題形式的編碼共存，其相互分離，并行運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)又互相聯(lián)系。1）地理知識(shí)編碼地理知識(shí)的編碼方法主要包括：表象理論、概念命題理論和雙重編碼理論。表象理論的核心內(nèi)容是圖片的隱喻，環(huán)境的視覺信息經(jīng)過(guò)大腦加工，以圖解的形式進(jìn)行簡(jiǎn)化和有序編碼與存儲(chǔ)，并存在一定的扭曲。1662）地理知識(shí)類型。地理知識(shí)類型主要存在兩種不同的劃分方法。一種方法：將地理知識(shí)類型劃分為地標(biāo)知識(shí)、路線知識(shí)和測(cè)量知識(shí)。地標(biāo)知識(shí)是地理空間中顯著的、容易從多個(gè)方向辨別和記憶的要素，用來(lái)定位附近的地理對(duì)象。路線知識(shí)是按特定行進(jìn)路徑對(duì)已知地標(biāo)次序信息和其相配套的行為要求，將路線的行為去除后就是路徑測(cè)量知識(shí)是地理空間詳細(xì)和全面的概覽知識(shí)。1672）地理知識(shí)類型另一種方法：劃分為過(guò)程性知識(shí)和陳述性知識(shí)。過(guò)程性知識(shí)表示在地理空間中如何行動(dòng)，路線知識(shí)就是典型的過(guò)程性知識(shí)。陳述性知識(shí)表達(dá)地理空間的布局，測(cè)量知識(shí)和地標(biāo)知識(shí)屬于陳述性知識(shí)。1682.4地理空間推理2.4.1地理空間推理的概念空間推理是指利用空間理論和人工智能技術(shù)對(duì)空間對(duì)象進(jìn)行建模、描述和表示，并據(jù)此對(duì)空間對(duì)象間的空間關(guān)系進(jìn)行定性或定量分析和處理?？臻g推理被廣泛應(yīng)用于地理信息系統(tǒng)、機(jī)器人導(dǎo)航、高級(jí)視覺、自然語(yǔ)言理解、工程設(shè)計(jì)和物理位置的常識(shí)推理等方面，并且正在不斷向其他領(lǐng)域滲透，其內(nèi)涵非常廣泛?？臻g推理的研究在人工智能中占有很重要的地位，是人工智能領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)，也是GIS領(lǐng)域的一個(gè)重要研究熱點(diǎn)。169空間推理的研究起源于20世紀(jì)70年代初。在國(guó)外，成立了許多專門從事空間推理方面研究的協(xié)會(huì)和聯(lián)盟。NCGIA(NationalCenterforGeographicandAnalysis)，美國(guó)國(guó)家地理信息分析中心；USGS(U.S.GeologicalSurvey)，美國(guó)地質(zhì)勘探局歐洲定性空間推理網(wǎng)SPACENET；匹茲堡大學(xué)的空間信息研究組；慕尼黑大學(xué)空間推理研究組等。170近幾年來(lái),空間推理方面的學(xué)術(shù)會(huì)議也越來(lái)越多。1993年以來(lái)，一些重要的國(guó)際AI學(xué)術(shù)會(huì)議(如IJCAI:InternationalJointConferenceonArtificialIntelligence，AAAI:AssociationfortheAdvancementofArtificialIntelligence，ECAI:EuropeanConferenceonArtificialIntelligence等)都把時(shí)態(tài)推理和空間推理作為重要的專題。

空間推理已成為人工智能的一個(gè)熱點(diǎn)領(lǐng)域。1712.4.2地理空間推理的特點(diǎn)空間推理是以空間和存在于空間中的空間對(duì)象為研究對(duì)象。在空間推理過(guò)程中運(yùn)用人工智能技術(shù)和方法。空間推理處理的是一個(gè)或幾個(gè)推理的問(wèn)題?？臻g推理是基于空間和存在于空間中的空間對(duì)象已經(jīng)被建模的前提下，不能在沒有模型的情況下討論空間推理?？臻g推理必須能夠給出關(guān)于空間和存在于空間中的空間對(duì)象的定性或定量的推理結(jié)果。空間推理必須能夠描述空間行為?？臻g推理模型把問(wèn)題分解為幾個(gè)組成部分時(shí)，必須能夠描述這些組成部分的相互作用。1722.4.2地理空間推理的特點(diǎn)在空間推理過(guò)程中，可能用到空間謂詞，空間中確定的點(diǎn)使某些空間謂詞為真，而使另一些空間謂詞為假?？臻g推理應(yīng)該能夠處理帶有模糊性和不確定性的空間信息?？臻g推理中應(yīng)該能夠添加和處理時(shí)間因素，即成為時(shí)空推理?？臻g推理應(yīng)該具有空間自然語(yǔ)言理解能力。1732.4.3地理空間推理的研究?jī)?nèi)容（1）根據(jù)空間目標(biāo)的位置，基于給定的空間關(guān)系形式化表示模型，推斷空間目標(biāo)之間的空間關(guān)系。例如，基于4交模型或9交模型，把空間目標(biāo)看成點(diǎn)集，根據(jù)兩個(gè)空間目標(biāo)點(diǎn)集的邊界、內(nèi)部和補(bǔ)集之間的交集是否為空來(lái)推斷空間拓?fù)潢P(guān)系。1742.4.3地理空間推理的研究?jī)?nèi)容（2）根據(jù)空間目標(biāo)之間的已知基本空間關(guān)系，推斷空間目標(biāo)之間未知的空間關(guān)系。（3）利用空間推理，從空間數(shù)據(jù)庫(kù)中挖掘空間知識(shí)，也可以利用事件推理的方法進(jìn)行空間目標(biāo)的模糊查詢。1752.4.3地理空間推理的研究?jī)?nèi)容（4）基于常識(shí)的空間推理研究常識(shí)是相對(duì)于專業(yè)知識(shí)而言的，常識(shí)推理就是用到常識(shí)的推理。常識(shí)推理是一種非單調(diào)推理，即基于不完全的信息推出某些結(jié)論，當(dāng)?shù)玫礁耆男畔⒑?，可以改變甚至收回原?lái)的結(jié)論；常識(shí)推理也是一種可能出錯(cuò)的不精確的推理模式，是在允許有錯(cuò)誤知識(shí)的情況下進(jìn)行的推理，即容錯(cuò)推理。人的常識(shí)推理包含多個(gè)方面，在不完全知識(shí)下的推理是其中的一個(gè)方面。1762.4.3地理空間推理的研究?jī)?nèi)容（5）時(shí)空推理影響空間推理結(jié)果的因素包括空間因素和時(shí)間因素。時(shí)空推理是指在空間推理過(guò)程中添加時(shí)間因素，時(shí)空推理是更一般的空間推理，是時(shí)空推理的特例。目前，時(shí)空推理的研究還處于起步階段。1772.4.3地理空間推理的研究?jī)?nèi)容（6）定性空間推理當(dāng)描述一個(gè)空間配置或?qū)@樣的配置進(jìn)行推理時(shí)，獲得精確、定量的數(shù)據(jù)通常是不可能的或不必要的。在這種情況下，可能要用到關(guān)于空間配置的定性推理定性空間表示包括許多不同方面，不僅要判定什么樣的空間實(shí)體是可以接受的，還要考慮描述這些空間實(shí)體之間關(guān)系的不同方法。178空間推理方法不確定性推理概率推理

貝葉斯推理與空間推理

可信度推理與空間推理證據(jù)推理與空間推理模糊推理與空間推理案例推理與空間推理空間關(guān)系推理時(shí)空推理179貝葉斯推理貝葉斯方法用于不精確推理的一個(gè)原始條件是：已知前提E的概率P(E)和H的先驗(yàn)概率P(H)，并已知H成立時(shí)E出現(xiàn)的條件概率P(E|H)。從H的先驗(yàn)概率P(H)推得H的后驗(yàn)概率180(1)如果一個(gè)證據(jù)E支持多個(gè)假設(shè)H1,H2,...,Hn

IFETHENHi(i=1,2,…,n)則可以得到如下貝葉斯公式：(i=1,2,…,n)利用貝葉斯公式進(jìn)行推斷的過(guò)程則稱之為貝葉斯推理181某地區(qū)居民的肝癌發(fā)病率為0.0004，現(xiàn)用甲胎蛋白法進(jìn)行普查。醫(yī)學(xué)研究表明，化驗(yàn)結(jié)果可能存在錯(cuò)誤。已知患有肝癌的人其化驗(yàn)結(jié)果99%呈陽(yáng)性(有病)，而沒患肝癌的人其化驗(yàn)結(jié)果99.9%呈陰性(無(wú)病)。試問(wèn)：在化驗(yàn)結(jié)果呈陽(yáng)性的人中可能有多少人患有肝癌?182如果我們用E表示樣本的觀察證據(jù)“化驗(yàn)結(jié)果呈陽(yáng)性”，用H1表示假說(shuō)命題“被檢查者患有肝癌”，用H2表示假說(shuō)命題“被檢查者沒有患肝癌”，那么由上面可知：

P(H1)(即某地區(qū)居民的肝癌發(fā)病率)=0.0004

P(H2)(即某地區(qū)居民沒患肝癌的比率)=1-0.0004=0.9996

P(E/H1)(即患有肝癌者其化驗(yàn)結(jié)果呈陽(yáng)性的比率)=0.99

P(E/H2)(即沒患肝癌者其化驗(yàn)結(jié)果呈陽(yáng)性的比率)=1-0.999=0.001

現(xiàn)在需要我們推斷的是P(H1/E)，即在化驗(yàn)結(jié)果呈陽(yáng)性的條件下，假說(shuō)“被檢查者患有肝癌”的比率。P(H1/E)=P(H1)×P(E/H1)/(P(H1)×P(E/H1)+P(H2)×P(E/H2))=0.0004×0.99/((0.0004×0.99)+(0.9996×0.001))=0.284這表明，在化驗(yàn)結(jié)果呈陽(yáng)性的人中，真患肝癌的人不到30%。1832.5空間數(shù)據(jù)不確定性分析

2.5.1不確定性早期的不確定性概念是誤差的近義詞，兩者在大多數(shù)情況下可以相互通用，測(cè)量界采用誤差這一概念。誤差指統(tǒng)計(jì)意義下的偏差或錯(cuò)誤，主要包括系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差和粗差。“不確定性(uncertainty)”是一個(gè)比“誤差”更廣義、更抽象的概念。不確定性是指被測(cè)量對(duì)象知識(shí)缺乏的程度，通常表現(xiàn)為隨機(jī)性和模糊性。184（1）隨機(jī)性在自然界與人類社會(huì)中，經(jīng)常會(huì)遇到這樣一種現(xiàn)象：在完全相同的條件下，一個(gè)試驗(yàn)或觀察出現(xiàn)的結(jié)果可能是不同的。在完全相同的條件下擲骰子，結(jié)果有6種可能，這種現(xiàn)象稱為隨機(jī)現(xiàn)象。特點(diǎn)：可重復(fù)觀察，在觀察之前知道所有可能的結(jié)果，但不知道到底哪一種結(jié)果會(huì)出現(xiàn)。這種現(xiàn)象是一種由客觀條件決定的不確定現(xiàn)象。因?yàn)槭录l(fā)生的條件不充分，使得條件和結(jié)果之間沒有必然的因果關(guān)系，在事件的出現(xiàn)與否上表現(xiàn)出不確定性。185隨機(jī)性使得人類對(duì)宇宙的探索更為艱巨，科學(xué)家們認(rèn)識(shí)世界時(shí)需要更復(fù)雜的理論。隨機(jī)性也使得這個(gè)世界豐富多彩，魅力無(wú)窮。無(wú)論在客觀世界還是主觀世界，隨機(jī)性都無(wú)處不在。現(xiàn)實(shí)生活中，你有祖父那樣的鼻子，你的姐姐有叔父那樣的眼睛，你們看著雖然相似，但又不相同，這是生命遺傳中的變異社會(huì)、歷史，乃至每個(gè)人的生活也都充滿了隨機(jī)性。人與人、人與事的相互作用，相互影響都是隨機(jī)的。任何人的出生都是一系列的巧合的結(jié)果，在成長(zhǎng)的過(guò)程中，遇到什么樣的同學(xué)、朋友、同事、愛人，人生道路上會(huì)遇到什么樣的意外，在人生的十字路口上會(huì)做出什么樣的選擇，會(huì)成長(zhǎng)為什么樣的人，最終會(huì)以什么樣的方式離開這個(gè)偶然來(lái)到的世界，都是隨機(jī)的。正是這種隨機(jī)性，使我們有了追求與奮斗的源動(dòng)力。186（2）模糊性不確定性的早期研究?jī)?nèi)容僅僅是針對(duì)隨機(jī)性，概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)已經(jīng)有了近一百年的歷史。隨著研究的深入，人們發(fā)現(xiàn)有一類不確定現(xiàn)象無(wú)法用隨機(jī)性來(lái)描述，這就是模糊性。美國(guó)的系統(tǒng)科學(xué)家扎德(L.A.Zadeh)于1965年發(fā)表了“FuzzySets”，創(chuàng)立了模糊集理論。187（2）模糊性模糊集自提出以來(lái)，受到了廣泛重視，迄今已形成一個(gè)較為完善的數(shù)學(xué)分支，并且在很多領(lǐng)域獲得了