Geographic Information Analysis（地理信息分析）

引用

O'Sullivan, D., & Unwin, D. J. (2010). Geographic Information Analysis (2nd ed.). Wiley.

章节概要

全书共12章，另有一个矩阵附录，约430页。每章以学习目标开篇；据出版社介绍，各章还配有小结、“思考练习”、说明性图示和各章独立的参考文献。第二版新增了关于制图与地理可视化、局部统计的章节。

第1章：地理信息分析与空间数据

开篇一章区分了常被统称为“空间分析”的四件事：GIS内部的数据操作、描述与探索性分析、空间统计分析以及空间建模。随后阐明本书对空间数据的看法：由点、线、面和场构成，属性按名义、顺序、间隔或比率尺度度量；并列出若干复杂情形，如尺度依赖、时间、边界不确定和分形对象。最后介绍GIS的基本数据操作以及不同表示方式之间的转换。

第2章：空间数据的陷阱与潜力

这一章有两面。“坏消息”一节讨论使空间数据有别于普通数据的问题，包括生态学谬误和边缘效应；“好消息”一节转向位置所带来的可能性，例如利用邻接和距离来描述观测值之间的关系。

第3–4章：基础：把地图画出来；基础：作为过程结果的地图

第3章把地图当作分析工具：制图传统、地理可视化、贝尔廷的图形变量，以及点、面、场的制图与探索，最后讨论非空间数据的“空间化”。第4章转换视角，把格局看作过程的结果，涉及随机过程、如何预测某一过程产生的格局，以及线、面、场中的随机过程。

第5–6章：点模式分析；实用点模式分析

第5章描述点模式并对其做统计评估，包括蒙特卡洛检验。第6章处理实际困难：经典推断和独立随机过程之外的替代方案、非均质性、聚焦式方法、用扫描统计量探测聚集，以及邻近多边形。

第7–8章：面对象与空间自相关；局部统计

第7章介绍面对象的类型和几何性质，然后讲空间自相关的度量，并以2001–2006年奥克兰的结核病为例。第8章主张“局部地”度量，依次讨论Getis-Ord统计量、局部统计量的推断以及其他局部指标。

第9–10章：场的描述与分析；认识不可知之物：场的统计

第9章涉及场数据的建模与存储、空间插值、曲面的派生度量和地图代数。第10章进入场的统计：趋势面分析、变异函数和克里金法。

第11章：把地图叠在一起：地图叠加

先讲布尔叠加与筛选制图，再讲其替代方法：指数叠加与加权线性组合、证据权，以及基于回归的模型驱动叠加。

第12章：空间分析的新方法

最后一章考察不断变化的技术与科学环境、地理计算、空间模型以及网格与云计算，并以“新地理信息分析会是什么样子”的追问收尾。

附录A：记号、矩阵与矩阵数学

对记号、矩阵基础与运算、联立方程、矩阵与向量及几何、特征向量与特征值的自足式复习。

核心概念

第1–2章：空间数据

• 点、线、面和场：贯穿全书的四种基本空间对象类型。
• 生态学谬误：由汇总的面数据推断个体情况。
• 边缘效应：研究区边界附近的观测值邻域不完整而产生的偏差。

第3–6章：地图、过程与点

• 图形变量：贝尔廷提出的、用于在地图上编码数据的视觉维度。
• 空间过程与格局：把地图看作背后某一过程的一次实现。
• 完全空间随机性（IRP/CSR）：检验点模式时用作基准的过程。
• 蒙特卡洛检验：通过与模拟生成的随机格局比较来评估格局。

第7–8章：面与局部分析

• 空间自相关：邻近的值倾向于相似。
• 局部统计量：为每个位置分别计算的指标，包括Getis-Ord统计量。

第9–11章：场与叠加

• 插值与克里金：由样本点估计曲面；后者借助空间依赖的统计模型。
• 变异函数：描述数值之差如何随距离增大。
• 加权线性组合与证据权：超越布尔叠加的图层组合方式。

评析

优点

• 重方法而非软件。 本书明言目的是分析地理信息而不是操作GIS，开篇一章清楚地区分了分析与数据操作。
• 先讲陷阱。 早早用整整一章讨论空间数据特有的问题，因此后面的技术都是连同其前提一起呈现的。
• 按数据类型组织一致。 点、面、场和叠加各有专章，读者能看出哪些工具属于哪类数据。
• 学习辅助。 据出版社介绍和样章，每章有学习目标、小结和参考文献，正文中还有思考练习。
• 数学有支撑。 矩阵附录使代数基础有限的读者也能跟上后面的章节。

局限

• 需要一些统计和数学基础。 后半部分（变异函数、克里金、基于回归的叠加）依赖统计模型，书中还附有矩阵附录；对两者都陌生的读者来说，它比一般GIS教材高出一个台阶。
• 出版时间。 本书出版于2010年，此后的发展不在其范围内；其最后一章本身就把网格与云计算、“新地理学”当作新兴事物来介绍。
• 不是软件手册。 需要逐步操作教程的读者要另找资料。

在课程中的定位

本书是本课程中专讲空间分析的一本。《Geographic Information Science and Systems》是一本原理与实践并重的广博教材，从数据表示讲到软件、数据库和分析；《Geographic Information Systems Fundamentals》则是GIS理论与实践的一般入门。两者都适合作为本书之前的先修读物。《Making Maps》《How to Lie with Maps》和《The New Nature of Maps》讨论地图的设计、失真和文化意义，可与本书讨论制图与地理可视化的第3章互补。

如何使用本书

本书适合已经知道GIS能做什么、现在想学习如何有条理地思考空间数据的读者：高年级本科生、硕士生，以及有一定统计基础的从业者。

建议先读第1–2章，确立术语并了解陷阱；第3–4章是后面所有内容的必要背景。然后按数据类型选读：点数据读第5–6章，面数据读第7–8章，连续曲面读第9–10章；需要组合图层时再读第11章。第12章是了解领域走向的选读内容。认真做思考练习和章末小结，并用自己常用的软件在自己的数据上演练各种技术。如果对矩阵记号不熟，读第8章之前先读附录A。