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绰恢郗
6 years ago
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1 在空间分析中的应用初探 R and Spatial Analysis 王化儒 huaru.wang@gmail.com

2 为什么要做空间分析经济学地理学环境科学生物学与生态学流行病学某人于暑假在地球上的轨迹来源 :

3 H1N1 疫情中国分布图 H1N1 疫情世界分布图来源网络 :

4 来源网络

5 引自魏太云 cos.name

6 什么是空间分析什么是空间分析 what is spatial analysis? 分析空间数据分析空间数据 using spatial data 描述空间格局描述空间格局 depicting spatial pattern 推断空间过程推断空间过程 inferring spatial process 现象 ( 数据 ) 过程 ( 模型 ) 预测 ( 应用 ) 空间化或区域化

7 用进行空间分析把空间数据装进 R( 注意格式 ) 看看数据啥样子 (EDA) 拟合空间模型模拟空间预测多达 70 个 packages 的支持 ( 不完全统计 )

8 空间数据空间数据 spatial data Coal Ash Percentages 矢量 Vector: 点 point 线 line 多边形 polygon 栅格 Raster Lattice or GRID 属性数据 y Y x y X volcano C o n to u r P lo t o f C o a l A s h % ' s 8 column y x row G r e y s c a le o r S y m b o l M a p x

9 ARCGIS 导出的 GRID 格式的 DEM dem=read.table( dem.txt,skip=6)# 读入 DEM 数据 dem=as.matrix(dem) dem[dem==-9999]=na #DEM 数据预处理

10 空间数据的表达空间数据的表达 Spatial EDA attribute data Histgram,scatterplot,boxplot, stem-leaf plot, QQ plot, etc. Means and Medians Across Rows and Colum ns Rows 5 15 o o ox oxx x o x ox o o o o o x x xxx o x o x x o x x o ox o x o o xo x x x o Coal Ash % y Coal Ash % Row Summaries Coal Ash % o x o x ox ox o x ox ox o x o x o x o x o x x o x x o o ox o = Median Coal Ash % x = Mean Coal Ash % Coal Ash % Columns

11 空间数据的表达空间数据的表达 Spatial EDA coordinates Monitoring Well East-North Coordinates at the RWMC H e a v y m e ta ls (to p s o il), p p m c a d m iu m c o p p e r Note: Vapor Extraction Well is at (0,0) le a d zi n c [0.2,0.5 ] (0.5,1 ] (1,2 ] (2,5 ] (5,1 0 ] (1 0,2 0 ] (2 0,5 0 ] (5 0,1 0 0 ] (1 0 0,2 0 0 ] (2 0 0,5 0 0 ] (5 0 0, ] ( , ] Northing (feet) SDA TSA RWMC Easting (feet) m lo g (z in c ); u n iv e r s a l k r ig in g s ta n d a r d e r r o r s

12 空间分析的方法空间分析的方法 methods for spatial analysis 点格局分析 point pattern analysis* 趋势面分析 trend surface analysis* 空间自相关分析 spatial autocorrelation* 地统计学与空间插值 geostatistics and kriging* 自回归分析 autoregression 斑块识别与边界描绘 patch identification and boundary lineation PCA,CA,PCoA,RDA,PCNM,AEM,etc. 时空交互分析 spatial temporal interaction 分维谱和小波分析 fractal, spectral, wavelet analysis 图论与网络分析 graph and network analysis 动物移动分析 animal movement analysis

13 空间点格局 A A

14 点格局分析点格局分析 point pattern analysis 最近临体分析 Nearest Neighborhood Analysis, 计算 distance CSR(Complete Spatial Randomness) 计算 distance MCMC 计算函数 (G,F,L,K 函数, 并进行比较判断空间格局的特征 ( 随机, 均匀 or 聚集 ) 估计空间密度函数

15 实例实例 case study pointwise envelopes K(r) r

16 趋势面分析趋势面分析 trend surface analysis Oder1 Oder2 趋势面分析是以各个位置的属性值为因变量, 以空间位置 (x, y) 为自变量, 拟合一个多项式回归模型 AIC 判别标准 Order 不宜超过 2 y y x Oder y y x Oder x x

17 空间自相关空间自相关 spatial autocorrelation Moran s I I( h) = n W w ij ( z i ( z z)( z i z) 2 j z) Geary s c c( h) = ( n 1) w ij ( z 2W ( z i i z) z 2 j ) 2 R 中空间自相关的显著性检验 :moran.test() ; geary.test ()

18 地统计学地统计学 geostatistics γ(h) sill = 1.0 nugget = 0.2 range h = h

19 半方差模型半方差模型 Variogram models Linear model power model α > 1 γ(h) α <1 γ(h) Exponential model h h γ(h) Gaussian model γ(h) Logistic model γ(h) Spherical model h h h

20 Kriging 类比 IDW 来思考 : Y y X x

21 Kriging 步骤 EDA exploration, removing trend, checking for stationarity and isotropy Computing the empirical variogram Fitting and selecting a theoretical variogram model to the empirical variogram Computing the weight w using the fitted theoretical variogram, i.e., kriging. Predicting the values at the locations of interest Validation Plotting kriging surfaces

22 Mutivariate methods Ordination: PCA, CA, PCoA, NMDS Regression Canonical Analysis:RDA, CCA

25 推荐读物推荐读物 Suggested futher reading Applied Spatial Data Analysis with R (Use R) by Roger S. Bivand, Edzer J. Pebesma, and Virgilio Gómez-Rubio Spatial Analysis: A Guide for Ecologists by Marie-Josée Fortin and Mark R. T. Dale Interactive Spatial Data Analysis by Trevor Bailey, Tony Gatrell 地统计学及在生态学中的应用王政权著

26 谢谢!

第一章　緒論

第一章　緒論中華大學碩士論文題目 : 類神經網路與一般克利金法在空間內插之比較 Comparison of Artificial Neural Networks and Ordinary Kriging Method in Spatial Interpolation 系所別 : 土木工程學系碩士班學號姓名 :M0904044 薛