基于GIS的空间分析及其发展研究

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朱欣娟$，$

石美红!薛惠锋$彭文祥$

（西北工业大学自动控制系，西安7$""7!）!（西安工程科技学院，西安7$""5%）

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摘要空间分析是基于地理对象空间布局的地理数据分析技术，12&的空间分析功能偏弱已经严重地阻碍了其作为

空间数据分析和研究工具的使用。新兴的智能计算技术为空间分析提供了新的机遇和发展契机，神经网络、进化计算和研究发现基于12&空间分析的发展将向时空分析领域拓展，人工生命在基于12&的空间分析建模应用上具有巨大潜力。

同时急待建立基于智能计算技术的时空分析的有效模型和统一框架，形成12&与时空分析模型高度融合的时空决策平台。关键词

12&空间分析智能计算发展研究

文献标识码-中图分类号EF!"%

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$空间分析的概念

空间分析也称空间数据分析（简称&’()*(+,()(-.(+/0*0，

理空间上发生的事件，如合理分配资源等。可见，随着&,-技术应用的深度和广度的不断拓展，12&也将由一般的空间事务处理向分析型的空间决策支持方向迈进。

是基于地理对象空间布局的地理数据分析技术，它与传&,-）

统统计分析的根本差异是&,-的结果依赖于事件的空间分布。通过&,-可以发现隐藏在空间数据之后的重要信息或一般规律，因此，&,-也可以看作是一个空间知识发现和挖掘的过程。对空间信息的提取和传输，已使12&成为区别于一般信息系统的主要功能特征，也是评价12&功能强弱的重要指标之一3$4。

（认知，对空间数据&,-功能的实现分为以下5个层次：$）进行有效获取和科学的组织描述，利用空间数据来再现事物本解释，理解并解身。例如由管线的平面图绘制纵、横剖面图；（!）释空间数据的背景过程，认识事件的本质规律，例如住房价格预报，了解、掌握事件发生的规律后，运中的地理邻居效应；（6）用预测模型对未来的状况做出合理推测。例如预测传染病的爆宏观决策和调控，根据&,-结果做出合理决策，调控地发；（5）

基金项目：西安市科委攻关项目（编号：11!""$$6）

!基于12&空间分析的现状

12&空间分析技术方法包括以下两大类：

（空间基本分析，也即基于图的分析。该分析功能与12&$）

其他功能模块有紧密联系，技术发展也比较成熟。主要有空间信息量算、缓冲区分析、空间拓扑叠置分析、网络分析、复合分析、邻近分析及空间联结、空间统计分析等。

空间模拟分析，也称为专业型空间分析。该技术解决应（!）

用领域对空间数据处理与输出的特殊要求，空间实体和关系通过专业模型得到简化和抽象，而系统则通过模型进行分析操尚未形成一个统一的作。目前12&在该领域的研究相对落后，结构体系。

作者简介：朱欣娟，女，西北工业大学博士生，西安工程科技学院副教授，主要研究方向为数据库、系统工程理论与应用。石美红，西$WDW年生，12&、

D!!""!#$%计算机工程与应用

可见，现有&’(的空间分析仍旧停留在应用层次分析的第一个层次上，即已经能够以数字化方式较好地描述地理实体和地理现象的空间分布关系，但这种描述是静态的，局部的，不能反映地理实体的内在规律和变化趋势，具体表现在&’(目前支持地理区域或现象的快照型查询，但是缺乏对用户感兴趣的时空变化的模拟仿真功能的支持。目前&’(的空间分析功能偏弱已成为业界的共识，这一弱点也严重地阻碍了&’(作为空间数据分析和研究工具的使用)!*。如何建立有效的空间数据模型来表达地理实体的时空特性以及如何发展面向应用的时空分析模拟方法是目前&’(及其相关领域研究的热点，同时也是&’(向决策应用领域深入发展以及实施“数字地球”战略必须解决的问题。

什么样的模型和方法能够满足&’(空间分析的需要呢？

具有无需建模和进行复杂运算、不受限制条件（如函数的连续性、导数存在、单极值等）的约束、而且具有鲁棒性、灵活性和普适性等显著特点。进化算法适用于空间分析的各种优化，例如地址、路径的优选、区域设计规划等领域。

神经网络模仿人类大脑的功能，通过实例进行学习和训练，因而被认为是“智能”的。神经网络用于(EF表明其具有以（善于处理非线性噪声数据，与线性方法相比具有下优点)D*：$）更大的伸缩性和灵活性；（具有内在的适合处理空间数据的!）特点；（强的鲁棒性和容错性使其可以处理噪声、丢失和模糊3）具有处理大量空间数据集的能力，能够通过实时分析信息；（;）和提高数据分辨力寻求更好的结果；（内在的通过调整权重C）普适性（不依赖于实验例子），减小由于而自我学习的能力；（D）传统方法的特例假设和简化所带来的缺点，使结果更精确。

神经网络模型特别是两层前向网与多种学习技术相结合，提供了一个数据驱动的(EF理论研究工具，它可以看作是传统空间统计模型如自回归模型、空间相互作用模型、线性判别函数和模式识别技术的一个扩展。适用于两个领域：（空间回$）归分析、空间相互作用分析、空间选择分析及时空数据分析等；（智能模式识别和分类，使用户通过数据变换而减少纬数，探!）

索数据丰富环境的格局模式。

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