该书阐述了最常用的、人们在每天的工作中都需要涉及的地理分析任务，包括地理要素的空间位置制图分析；最大值和最小值制图分析；密度制图分析；查找区域内部要素；查找邻近要素；变化制图分析。主要介绍了GIS空间分析，以及它可以做些什么工作；阐述了比较重要的地图制图概念，主要是揭示事物空间分析格局的地理数据表达方法；阐述了探究地理关系的地图查询和基于地图的分析任务。

一、GIS空间分析简介

GIS空间分析是揭示数据中蕴含的地理空间格局以及要素之间空间关系的过程。

1、定义问题

空间分析的首要步骤是明确所需要的信息，通常采用提问的方式来完成。准备回答的问题越具体越好，这将有助于确定如何进行分析，使用何种方法，以及如何表达结果。影响空间分析的其他因素主要有它如何使用，以及谁来使用它。

2、理解数据

所用数据的类型和特征有助于确定使用何种方法。反之，如果要使用特定方法来获取所需的某层次信息，就可能需要获取额外的数据作为支持。因此，必须知道已有的数据（要素类型和属性），以及还需要获取或创建哪些数据。

3、选择方法

获取所需信息一般有两到三种方法。经常是一种方法可快速实施，但信息粗略；另一种方法需更详细的数据、更多的处理时间和工作量，但可提供更精确的结果。因此，根据原始问题和分析结果的用途来决定使用何种方法。

4、处理数据

5、分析结果

空间分析的结果可以通过地图、表格数值或者图表的形式来显示。因此，需要确定在地图上表示什么样的信息，以及如何组合这些数值来更好地表达信息。同时也需要确定图表是否能帮助读者更好地理解地图所表达的信息。空间分析结果有助于了解信息是否是有效或有用的，或者是否应该使用不同参数甚至不同方法重新进行分析。

二、地理要素

通常情况下，需要了解地理要素的不同类型，他们不同的表达方式，以及有关地图投影和坐标系统的知识。

1、要素的类型

地理要素包括离散要素、连续现象以及通过区域汇总得到的要素。

离散要素

对于离散的点位置和线要素来说，可以确定其准确位置。其中，根据土地价值进行彩色编码得到的宗地地块是离散区域的范例。

连续现象

诸如降水量或温度之类的连续现象，可在任意地点存在和测量。这些现象覆盖了整个制图区域，并可以在任意位置确定其数值。连续数据通常以一系列样点表示，分为规则间距或不规则间距。GIS使用这些点来为位于样点之间的区域赋值，该过程称为插值。在给定区域，一些非连续数据可以作为连续现象对待，旨在通过地图显示整个地区的数量变化情况。例如，通过对城市内所有地块的中心点进行插值，可以创建一幅土地价值地图。连续数据也可以表示为由边界包围的区域，条件是边界内部的地物类型相同，例如土壤类型和植被类型等。因为数据在不同景观之间是连续变化的，所以边界所反映的是相似程度更大的地物，具有渐变过渡性质。

区域汇总要素

汇总数据表示在区域边界范围内的单个要素的数目或密度。区域汇总要素的例子有，在每个邮政编码区内的企业数目，每个流域内的河流总长度，以及每个县的家庭数量。该数值应用于整个区域。许多数据都来源于区域汇总，例如人口数包括总数（总人口数、总户数等）、或者是某一类别所占的百分比。有些企业数据也是按照此类区域边界，或者邮政编码、区域代码，或者其他边界进行汇总而得到的。也可以通过区域汇总得到其他类型的数据。如果要素没有被赋予汇总区域的代码，可以使用GIS将该区域和要素叠加，来确定每个区域内都分布哪些要素，然后给它们赋予相对应的区域代码。

2、表达地理要素的两种途径

在GIS中，地理要素的表达通常使用现实世界的两种模型：矢量和栅格。

在矢量模型中，每个要素是数据表中的一行，数据的形态特征由x，y的空间位置所确定（GIS通过点的连接来绘制线和轮廓）。要素可以是离散点位置或事件、线条或者区域。位置信息（如客户地址、犯罪现场等）可以使用具有地理坐标对的点来表达。诸如河流、道路或者管线之类的线状要素一般通过一系列的坐标对来表达。区域要素由边界定义，通过封闭多边形来表达。它们可以被赋予法律意义，可以是诸如国界线之类的行政界线，或者是自然现象的边界。当分析矢量数据的时候，多会涉及图层数据表中属性的使用（汇总）。

在栅格模型中，要素通常使用连续空间中的单元矩阵来表达。每个图层代表一种属性（也可以附加其他属性），然后通过图层间的联合来生成具有新单元值的新图层，以此为基础展开空间分析工作。通常，栅格图层的单元尺寸会影响分析的结果以及地图要素的清晰程度。单元尺寸应该以原始的地图比例尺和最小制图单元为基准。单元尺寸太大会导致部分信息的丢失。而使用太小的单元尺寸则会带来存储空间过大、处理时间过长等问题，并且没有因此而提高地图的制图精度。任意要素类型都可以通过以上两种模型来表达，其中离散要素以及由区域汇总得到的数据通常使用矢量模型表示，连续类型要素使用矢量或栅格表示均可，连续型数值通常使用栅格模型表示。离散要素在模型中如果需要与其他图层进行叠加，也可以使用栅格来表示，因为栅格模型尤其适宜于这类分析。

3、地图投影与坐标系统

所有参与空间分析的数据层都应该具有相同的地图投影和坐标系统，否则就无法将这些图层进行叠加显示，并从中发现彼此之间的空间关系。

地图投影将地球表面（通常为球面）的空间位置信息转化到地图的平直表面。所有的地图投影都会改变所显示的要素形态，以及面积、距离和方向的测量值。通常情况下，对于诸如镇或县之类的相对较小的制图区域，其变形可以忽略不计。而对于州、国家乃至整个世界这样的大范围制图区域，变形问题就显得较为突出，因为地球曲率对空间信息转换的影响作用开始增强。

坐标系统规定了在二维空间对地理要素进行定位的度量单位以及这些度量单位的原点。

如果使用已建成的GIS数据库，其数据可能已经具有相同的坐标系统和投影。但是如果收集的数据来源不一致，则需要检查坐标与投影信息。与选择地图投影和坐标系统相关的主题主要包括制图区域位于球面的什么位置，范围有多大，以及对于面积和距离的精度要求等。

三、地理属性

每个地理要素都具备一种或多种属性，旨在确定该要素的性质，描述该要素，或者表达与该要素相关联的某些量值。空间分析所使用的属性类型在一定程度上决定了该分析的类型。

1、属性值的类型

属性值包括类别、等级、计数、总量、比率。

类别：是相似事物的集合。类别帮助我们组织并理解数据。所有具有相同的某个类别值的地理要素在某种程度上都是相似的，并且区别于具有其他类别值的要素。例如，道路可以划分为高速公路、一般公路和地方道路等。类别值可以使用数值代码或文字来表示。文字型的类别值常采用缩写形式，以节省数据表的存储空间。

等级：指地理要素按照从高到低的顺序进行排列。在直接测量比较困难，或者数值代表多种因素组合的时候，通常采用等级类别。例如，给河流的景观值进行量化是很困难的，但是我们可以认定流经高山峡谷的河段比奶牛场附近的河段具有更高的景观值。由于等级是相对而言的，因此需要知道某个地理要素归于哪个级别，而无需了解某个值比其他值高多少或低多少。等级也可以根据其他的属性值进行划分，通常是某一类型或级别。例如，给某一特定类型的所有土壤要素都赋予相同的种植某特定农作物的适宜程度值。

计数与总量：这显示了总的数目。计数是地图上的要素的确切数目。总量是与某一要素相关联的任意可测的数量。使用计数或总量可以表达每个要素的确切数值，以及与其他要素相比较的量级。

比率：显示了两个数量之间的关系，对于每个要素而言，可以通过一个数量除以另一个数量而得到。例如每个地块的人口数量除以家庭数量就可以得到每户家庭的平均人口数。使用比率可以缩减大范围区域和小范围区域之间的差异，或者具有较多要素的区域和具有较少要素的区域之间的差异。因此地图可以更加精确地揭示要素的分布格局。比例和密度是两种特殊的比率。比例是指每个数值占总数的分量，通常采用百分比的形式表示（比例值乘以100）。密度显示了每一单元区域的要素或数值的分布格局。

连续和非连续型数值：

类别和等级不是连续型数值。他们在数据层中以数值集合的形式存在，并且一个数值可以对应多个地理要素。通常任意的给定数值至少对应一个要素。

计数、总量和比率是连续型数值。每个要素在最高值和最低值之间的范围内，只能具有一个唯一数值。对于数值在最高值和最低值之间如何分布的理解非常重要，因为可以以此为依据来决定采用何种分组形式，以便更好地表达地理要素。

二、使用数据表

使用包含属性值和汇总统计的数据表是GIS空间分析的重要内容。执行要素和数据表操作的三个常用功能是选择、计算和汇总。

1、选择

在使用子数据集或给子集中的要素赋予新的属性值的时候，都需要进行要素的选择。例如，给多个不同类别赋予一个特定等级。为此，需要选择数据层中与待选要素相关联的属性表数值行。使用查询（query）功能选择要素，通常采用Select attribute=value逻辑表达形式。

除了“等于”（=），其他常用的逻辑运算符包括大于（>）、小于（<）和非等（<>）等。

如果需要选择满足多个数值或标准中的至少一个，可以使用“or”。

2、计算

在数据表中，可以通过计算来为要素赋予新的属性值。首先需要在数据表中添加一个新字段，然后为要素的该字段属性赋值。可以直接赋值，如赋予等级值，或者基于现有的字段赋值，如赋予比率值。例如，可以选择某个类型的所有土壤要素，根据它们种植某种农作物的适宜程度赋予相应的等级值，然后对于区域中的其他土壤类型重复同样的赋值操作：Select Soil=28B，然后，Calculate Rank=2。

3、汇总

使用数据表的另一种途径是对特定的属性数值进行汇总，得到统计结果。在一些分析案例中，可以是单一数值，例如总数或平均数；在其他案例中，也可以创建一个新的数据表，列出每个类型（类别）的一些统计值，并加上要素计数。它包括每种类型的要素数量，也可以选择性地添加一些统计值，例如总数或某个数值。