Geographic Information Analysis（地理資訊分析）

引用

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

章節概要

全書共12章，另有一個矩陣附錄，約430頁。每章以學習目標開篇；據出版社介紹，各章還配有小結、“思考練習”、說明性圖示和各章獨立的參考文獻。第二版新增了關於製圖與地理視覺化、區域性統計的章節。

第1章：地理資訊分析與空間資料

開篇一章區分了常被統稱為“空間分析”的四件事：GIS內部的資料操作、描述與探索性分析、空間統計分析以及空間建模。隨後闡明本書對空間資料的看法：由點、線、面和場構成，屬性按名義、順序、間隔或比率尺度度量；並列出若干複雜情形，如尺度依賴、時間、邊界不確定和分形物件。最後介紹GIS的基本資料操作以及不同表示方式之間的轉換。

第2章：空間資料的陷阱與潛力

這一章有兩面。“壞訊息”一節討論使空間資料有別於普通資料的問題，包括生態學謬誤和邊緣效應；“好訊息”一節轉向位置所帶來的可能性，例如利用鄰接和距離來描述觀測值之間的關係。

第3–4章：基礎：把地圖畫出來；基礎：作為過程結果的地圖

第3章把地圖當作分析工具：製圖傳統、地理視覺化、貝爾廷的圖形變數，以及點、面、場的製圖與探索，最後討論非空間資料的“空間化”。第4章轉換視角，把格局看作過程的結果，涉及隨機過程、如何預測某一過程產生的格局，以及線、面、場中的隨機過程。

第5–6章：點模式分析；實用點模式分析

第5章描述點模式並對其做統計評估，包括蒙特卡洛檢驗。第6章處理實際困難：經典推斷和獨立隨機過程之外的替代方案、非均質性、聚焦式方法、用掃描統計量探測聚集，以及鄰近多邊形。

第7–8章：面對象與空間自相關；區域性統計

第7章介紹面對象的型別和幾何性質，然後講空間自相關的度量，並以2001–2006年奧克蘭的結核病為例。第8章主張“區域性地”度量，依次討論Getis-Ord統計量、區域性統計量的推斷以及其他區域性指標。

第9–10章：場的描述與分析；認識不可知之物：場的統計

第9章涉及場資料的建模與儲存、空間插值、曲面的派生度量和地圖代數。第10章進入場的統計：趨勢面分析、變異函式和克里金法。

第11章：把地圖疊在一起：地圖疊加

先講布林疊加與篩選製圖，再講其替代方法：指數疊加與加權線性組合、證據權，以及基於迴歸的模型驅動疊加。

第12章：空間分析的新方法

最後一章考察不斷變化的技術與科學環境、地理計算、空間模型以及網格與雲端計算，並以“新地理資訊分析會是什麼樣子”的追問收尾。

附錄A：記號、矩陣與矩陣數學

對記號、矩陣基礎與運算、聯立方程、矩陣與向量及幾何、特徵向量與特徵值的自足式複習。

核心概念

第1–2章：空間資料

• 點、線、面和場：貫穿全書的四種基本空間物件型別。
• 生態學謬誤：由彙總的面數據推斷個體情況。
• 邊緣效應：研究區邊界附近的觀測值鄰域不完整而產生的偏差。

第3–6章：地圖、過程與點

• 圖形變數：貝爾廷提出的、用於在地圖上編碼資料的視覺維度。
• 空間過程與格局：把地圖看作背後某一過程的一次實現。
• 完全空間隨機性（IRP/CSR）：檢驗點模式時用作基準的過程。
• 蒙特卡洛檢驗：通過與模擬生成的隨機格局比較來評估格局。

第7–8章：面與區域性分析

• 空間自相關：鄰近的值傾向於相似。
• 區域性統計量：為每個位置分別計算的指標，包括Getis-Ord統計量。

第9–11章：場與疊加

• 插值與克里金：由樣本點估計曲面；後者藉助空間依賴的統計模型。
• 變異函式：描述數值之差如何隨距離增大。
• 加權線性組合與證據權：超越布林疊加的圖層組合方式。

評析

優點

• 重方法而非軟體。 本書明言目的是分析地理資訊而不是操作GIS，開篇一章清楚地區分了分析與資料操作。
• 先講陷阱。 早早用整整一章討論空間資料特有的問題，因此後面的技術都是連同其前提一起呈現的。
• 按資料型別組織一致。 點、面、場和疊加各有專章，讀者能看出哪些工具屬於哪類資料。
• 學習輔助。 據出版社介紹和樣章，每章有學習目標、小結和參考文獻，正文中還有思考練習。
• 數學有支撐。 矩陣附錄使代數基礎有限的讀者也能跟上後面的章節。

侷限

• 需要一些統計和數學基礎。 後半部分（變異函式、克里金、基於迴歸的疊加）依賴統計模型，書中還附有矩陣附錄；對兩者都陌生的讀者來說，它比一般GIS教材高出一個臺階。
• 出版時間。 本書出版於2010年，此後的發展不在其範圍內；其最後一章本身就把網格與雲端計算、“新地理學”當作新興事物來介紹。
• 不是軟體手冊。 需要逐步操作教程的讀者要另找資料。

在課程中的定位

本書是本課程中專講空間分析的一本。《Geographic Information Science and Systems》是一本原理與實踐並重的廣博教材，從資料表示講到軟體、資料庫和分析；《Geographic Information Systems Fundamentals》則是GIS理論與實踐的一般入門。兩者都適合作為本書之前的先修讀物。《Making Maps》《How to Lie with Maps》和《The New Nature of Maps》討論地圖的設計、失真和文化意義，可與本書討論製圖與地理視覺化的第3章互補。

如何使用本書

本書適合已經知道GIS能做什麼、現在想學習如何有條理地思考空間資料的讀者：高年級本科生、碩士生，以及有一定統計基礎的從業者。

建議先讀第1–2章，確立術語並瞭解陷阱；第3–4章是後面所有內容的必要背景。然後按資料型別選讀：點資料讀第5–6章，面數據讀第7–8章，連續曲面讀第9–10章；需要組合圖層時再讀第11章。第12章是瞭解領域走向的選讀內容。認真做思考練習和章末小結，並用自己常用的軟體在自己的資料上演練各種技術。如果對矩陣記號不熟，讀第8章之前先讀附錄A。