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空间分析

课程编码：070503M04003H

英文名称：Spatial analysis

课时：60，学分：4.00

课程属性：专业核心课

主讲教师：裴韬等

教学目的要求

本课程为资源与环境领域专业研究生的核心课。课程主要讲授地理信息系统空间分析方法基本原理以及应用；通过教学要求学生掌握本课程中所涉及的空间分析方法基本原理以及应用技能；了解目前国内外有关空间分析方法研究现状。

预修课程

地理信息系统基础、概率统计、统计语言

教材

无

主要内容

第一讲 地理信息系统与空间分析的基本概念

主讲教师：裴韬 讲授内容：复习地理信息系统的一些核心概念和方法；介绍空间分析的起源和思路；讨论空间分析在地理学中的位置和重要性，提出基于本体论观点的统一时空分析方法。

参考文献： (1) 周成虎，裴韬等，2012. 地理信息系统空间分析原理. 北京：科学出版社.

第二讲 空间分析的统计基础（1）

主讲教师：马廷 授课内容：空间坐标与量测、统计推断与假设检验、空间检验的原理。

参考文献： (1) 陈家鼎 等. 1988.《概率统计讲义》（第三版），北京：高教出版社.

第三讲 空间分析的统计基础（2）

主讲教师：马廷 授课内容：线性相关、秩相关、典型相关、简单回归、逐步回归、Ridge回归的原理和应用。

参考文献： (1) 陈家鼎 等. 1988.《概率统计讲义》（第三版），北京：高教出版社. (2) Plotnick et al., 1996. Lacunarity analysis: A general technique for the analysis of spatial patterns. Physical Review E, 53(5): 5461-5468.

第四讲 空间分析的统计基础（3）

主讲教师：马廷 授课内容：Logistic回归、Quantile回归、地理加权回归、趋势分析的原理和应用。

参考文献： （1）Fotheringham A.S. et al., 1998. Geographically weighted regression: a natural evolution of the expansion method for spatial data analysis. Environment and Planning A, 30: 1905-1927.

第五讲 定量描述与空间统计规律

主讲教师：马廷 授课内容：距离与相似性、信息熵、可达性、地理的统计规律、科研论文的统计应用。

参考文献： (1) Stevens P. H., Jenkins D. G., 2000. Analyzing species distributions among temporary ponds with a permutation test approach to the join-count statistic. Aquatic Ecology, 34: 91-99. (2) Plotnick et al., 1996. Lacunarity analysis: A general technique for the analysis of spatial patterns. Physical Review E, 53(5): 5461-5468.

[实习一] 基础统计的R语言实践

实习内容：R语言基本操作、R语言论文制图 主讲教师：马廷 实习助教：宋辞

第六讲 矢量空间数据分析和基于TIN的三维空间分析

主讲教师：宋现锋 讲授内容：介绍矢量数据和TIN的定义；矢量数据和TIN在GIS中的组织和结构；GIS中矢量数据分析的主要思路和操作方法；矢量数据和其它类型数据之间的转换；与TIN有关的基本概念；矢量数据分析和TIN三维分析的应用实例。

参考文献： (1) (美)Kang-tsung Chang著，陈建飞 连莲译，2014. 地理信息系统导论（第7版），电子工业出版社.

第七讲 栅格数据分析

主讲教师：宋现锋 讲授内容：矢量分析与栅格分析的联系与区别；栅格分析的基本原理与基本分析方法；地图代数基础；当前GIS的栅格分析体系。

参考文献： (1) 周成虎，裴韬等，2012. 地理信息系统空间分析原理. 北京：科学出版社. (2) (美)Kang-tsung Chang著，陈建飞, 连莲译，2014. 地理信息系统导论（第7版），电子工业出版社.

[实习二] 基于ArcGIS的矢量和栅格分析

实习内容：ArcGIS的矢量分析和栅格分析的操作和应用实例。 主讲教师：宋现锋

第八讲 空间相关性

主讲教师：裴韬 讲授内容：准确理解空间随机变量、平稳假设以及变差函数各参数的含义；变差函数的概念和应用。

参考文献 (1)王仁铎，胡光道. 1984. 线性地质统计学. 武汉：中国地质大学出版社. (2) Journel A G, Huijbregts C. 1978. Mining Geostatistics, London: Academic Press.

第九讲 线性平稳克立格

主讲教师：裴韬 讲授内容：介绍估计误差和估计方差的概念；估计方差和变差函数之间的关系；估计方差的应用；克立格插值的基本理论；简单克立格和普通克立格原理和应用。

参考文献： (1) 王仁铎，胡光道. 1984. 线性地质统计学. 武汉：中国地质大学出版社. (2) Journel A G, Huijbregts C. 1978. Mining Geostatistics, London: Academic Press.

第十讲 线性非平稳克立格

主讲教师：裴韬 讲授内容：非平稳随机场，泛克立格和回归克立格的原理和应用。

参考文献： (1) 王仁铎，胡光道. 1984. 线性地质统计学. 武汉：中国地质大学出版社. (2) Journel A G, Huijbregts C. 1978. Mining Geostatistics, London: Academic Press.

第十一讲 多元协同克立格

主讲教师：裴韬 讲授内容：协变差函数，协同克立格，共位置协同克立格的原理和应用。

参考文献： (1) Goovaert P. 1997. Applied geostatistics for natural resources evaluation, New York: Oxford University Press.

[实习三] 基于ArcGIS的地统计计算

实习内容：应用ArcGIS进行空间变量的插值和计算. 主讲教师：裴韬 实习助教：宋辞

第十二讲 地理案例时空推理

主讲教师：杜云艳 讲授内容：案例推理基本概念，地理案例推理表达模型，相似性计算模型，地理案例时空推理模型，基于案例推理的土地利用变化，基于案例推理的海洋涡旋应用实例研究。

参考文献： (1) Du Y., Liang F., Sun Y., 2012. Integrating spatial relations into case-based reasoning to solve geographic problems，Knowledge Based Systems, 22(4), 1-20. (2) Du Y.，Fan X., et al., 2011. Extraction of spatial-temporal rules from mesoscale eddies in the South China Sea based on rough set theory, Ocean Sci., 7, 835–849. (3) 刘鹏，杜云艳*．2012. 基于遥感案例推理的海岸带养殖信息提取．遥感技术与应用，27(6): 857-864. (4) 杨新忠, 杜云艳, 苏奋振等，2009. 地理过程的案例表达与组织-以南海区海洋涡旋为例，地球信息科学学报，11(6), 845-863. (5) 杜云艳, 温伟 曹峰，2009. 空间数据挖掘的地理案例推理方法及试验，地理研究，28(5)，1285-1296. (6) 杜云艳, 王丽敬, 季民, 曹峰, 2009. 土地利用变化预测的案例推理方法，地理学报，64(2)，1421-1429.

第十三讲 空间聚类

主讲教师：裴韬 讲授内容：空间随机性判别及K函数；聚类分析的主要分类；K－Means聚类、基于密度的聚类方法的原理和应用。 参考文献： (1) 周成虎，裴韬等，2012. 地理信息系统空间分析原理. 北京：科学出版社.

第十四讲 空间场对象的轨迹表达与分析

主讲教师：杜云艳 讲授内容：时空连续场的轨迹抽取与表达，时空轨迹的相似性计算，时空聚类算法与周期性模式挖掘。

参考文献： (1) Zheng, Y. 2015. Trajectory Data Mining: An Overview. ACM Transactions on Intelligent Systems and Technology, vol. 6, issue 3. (2) Zheng Y, Zhou, XF. 2011. Computing with Spatial Trajectories. Springer, ISBN:978-1-4614-1628-9

第十五讲 复杂网络分析

主讲教师：裴韬 讲授内容：网络的概念、复杂网络的类型、网络的社区分割的原理和应用。

参考文献： (1) 周成虎，裴韬等，2012. 地理信息系统空间分析原理. 北京：科学出版社.

[实习四] 基于M语言的空间随机性判别和聚类

实习内容：应用Matlab进行空间聚类的计算和可视化 主讲教师：裴韬 实习助教：宋辞

第十六讲 开卷考试

参考文献

1. Du Y., Liang F., Sun Y., 2012. Integrating spatial relations into case-based reasoning to solve geographic problems，Knowledge Based Systems, 22(4), 1-20.
2. Du Y.，Fan X., et al., 2011. Extraction of spatial-temporal rules from mesoscale eddies in the South China Sea based on rough set theory, Ocean Sci., 7, 835–849.
3. Fotheringham A.S. et al., 1998. Geographically weighted regression: a natural evolution of the expansion method for spatial data analysis. Environment and Planning A, 30: 1905-1927.
4. Goovaert P. 1997. Applied geostatistics for natural resources evaluation, New York: Oxford University Press.
5. Journel A G, Huijbregts C. 1978. Mining Geostatistics, London: Academic Press.
6. Kang-tsung Chang著，陈建飞, 连莲译，2014. 地理信息系统导论（第7版），电子工业出版社.
7. Plotnick et al., 1996. Lacunarity analysis: A general technique for the analysis of spatial patterns. Physical Review E, 53(5): 5461-5468.
8. Stevens P. H., Jenkins D. G., 2000. Analyzing species distributions among temporary ponds with a permutation test approach to the join-count statistic. Aquatic Ecology, 34: 91-99.
9. Zheng Y, Zhou, XF. 2011. Computing with Spatial Trajectories. Springer, ISBN:978-1-4614-1628-9
10. Zheng, Y. 2015. Trajectory Data Mining: An Overview. ACM Transactions on Intelligent Systems and Technology, vol. 6, issue 3.
11. 陈家鼎 等. 1988.《概率统计讲义》（第三版），北京：高教出版社.
12. 杜云艳, 王丽敬, 季民, 曹峰, 2009. 土地利用变化预测的案例推理方法，地理学报，64(2)，1421-1429.
13. 杜云艳, 温伟 曹峰，2009. 空间数据挖掘的地理案例推理方法及试验，地理研究，28(5)，1285-1296.
14. 刘鹏，杜云艳*．2012. 基于遥感案例推理的海岸带养殖信息提取．遥感技术与应用，27(6): 857-864.
15. 王仁铎，胡光道. 1984. 线性地质统计学. 武汉：中国地质大学出版社.
16. 杨新忠, 杜云艳, 苏奋振等，2009. 地理过程的案例表达与组织-以南海区海洋涡旋为例，地球信息科学学报，11(6), 845-863.
17. 周成虎，裴韬等，2012. 地理信息系统空间分析原理. 北京：科学出版社.

课程教师信息

裴韬：中国科学院地理科学与资源研究所研究员，博士生导师，长期从事空间大数据挖掘、地统计学、城市感知与城市动力学以及文本大数据挖掘研究。

马廷：中国科学院地理科学与资源研究所研究员，博士生导师。长期从事地理信息建模和空间分析方法研究。

杜云艳：中国科学院地理科学与资源研究所研究员，博士生导师，长期从事地理信息科学与数据挖掘研究；

宋现锋：男，博士，中国科学院大学教授，博士生导师。长期从事空间数据挖掘与空间信息系统技术、环境遥感与GIS应用研究；