课程名称：GIS与空间分析

课程英文名称：GISandspatialanalysis

课程负责人：邹松兵

教学团队成员：许宝荣

授课学期：秋季学期

考核方式：考查

学时：32学时

学分：2学分

课程简介、目标与任务：

《GIS空间分析》课程面向实际情景案例，通过分析具体的地学实际应用问题，清晰表达空间分析应用的思路、方案和措施，准确理解GIS空间分析方法的基本原理和基本方法，恰当运用GIS工具进行独立，快速和高效处理来完成空间分析任务，并从数据处理结果中提取空间格局、空间关系和空间过程规律，撰写空间数据分析报告。强化GIS空间分析动手能力的培养，实现地学问题的高效快速建模与分析。

准确理解GIS空间分析的基本原理，基本理论和基本方法；熟练掌握GIS空间分析基本算法。能够分析具体的地学实际应用问题，清晰表达空间分析应用的思路、方案和措施；能够合理选择数据，恰当运用GIS工具进行独立，快速和高效处理来完成空间分析任务；能够从数据处理结果中提取空间格局、空间关系和空间过程规律，撰写空间数据分析报告。

教学方法：

主要教学手段是多媒体教学、教学模型相结合，通过电子图片、教学模型来讲解基本理论，学生通过多媒体和参考资料学习，结合课后作业对所学知识巩固。

基本要求：

要求学生在课前按照要求查找相关资料进行GIS与空间分析术学习，能够在课堂上积极进行讨论。

课程教材：

刘湘南等，《GIS空间分析(第三版)》, 科学出版社, 2017. 汤国安等，《ArcGIS地理信息系统空间分析试验教程（第三版）》，科学出版社,2023.03.

课程内容与安排：

第一章绪论（5学时）

理解GIS、空间分析等基本概念，明确空间分析的基本内容、基本步骤，以及空间分析当前的研究进展。结合GIS与空间分析的发展历程，解析二者之间的相关关系，并在此基础上掌握GIS常用的空间分析手段与技术。采用ArcGIS等一系列手段进行空间分析成为当今空间决策与科学研究的重要方向与需要。

学习目标：

1 知识目标：充分和准确理解GIS空间分析的基本原理，基本理论和基本方法，能够对其基本原理进行解释；

2 能力目标：能够分析具体的地学实际应用问题，清晰表达空间分析应用的思路、方案和措施；

3 素养目标：培养学生“人地和谐”的认识论——尺度观，系统观和可持续发展观；

【重点掌握】：重点掌握空间分析的基本内容与基本步骤，常用的GIS空间分析手段

【掌握】：地理空间、GIS的三种理解视角、空间分析基本概念的理解

【了解】：常用GIS空间分析常用软件的基本情况和功能模块，GIS与空间分析的关系

【一般了解】：空间分析的发展现状及其社会需求

教学重点：空间分析的基本内容与基本步骤，常用的GIS空间分析手段

教学难点：地理空间；真正执行空间分析时对分析结果的调整与优化

教学方法：课堂讲授和混合式教学

第一节 基本概念

第二节 空间分析的研究内容与基本步骤

第三节 空间分析的研究进展

第四节 GIS与空间分析

第二章 空间量测与计算（12学时）

深入理解矢量数据与栅格数据类型的基本几何参数量测，包括位置量测、方位量测、中心与中心量测、长度量测、距离量测、面积量测与体积量测。同时对线状地物的曲率、面状地物或现象的形态概括与空间完整性进行了介绍。基于空间自相关的基本理论进行空间分布量算、热点与冷点分析。

学习目标：

1 知识目标：熟练掌握量化空间位置、空间形态和空间分布的基本算法。

2 能力目标：能够清晰和准确表达空间位置；能够量化空间形态和空间分布模式；能够从数据处理结果中提取空间格局，撰写空间数据分析报告；

3 素养目标：强化学生GIS空间位置、空间形态和空间分布的准确性量化表达，培养GIS工匠精神。

【重点掌握】：空间位置量测中的绝对坐标与相对坐标的量测、中心与重心量测、不同几何类型之间的各种距离量测

【掌握】：长度量测与方位量测、面积量测、空间完整性量测、空间分布计算与分析；基于密度/距离的空间点模式分析方法、

【了解】：体积量测、线状地物的曲率

【一般了解】：面状地物或现象的形态概括

教学重点：空间位置量测中的绝对坐标与相对坐标的量测、中心与重心量测、不同几何类型之间的各种距离量测

教学难点：不同类型距离的量测、空间分布计算与分析

教学方法：课堂讲授和混合式教学

第一节 空间量测尺度

第二节 基本几何参数量测

第三节 地理空间目标形态量测

第四节 空间分布计算与分析

第三章 矢量数据的空间分析方法（12学时）

点状地物与现状地物对周边影响程度与代表性程度分析与算法实现，包括缓冲区分析与泰森多边形分析；基于空间邻接、空间关联、空间包含等位空间位置关系所构建的空间查询；点状地物、线状地物与面状地物之间位置关系所形成的属性表的汇总与最短距离的计算；同一坐标系统下的不同数据之间进行叠置分析的算法实现与图形和属性表的变化；空间邻近度分析与叠置分析等的具体应用；地理编码的实现；网络分析的基础图论，不定向网络与定向网络的实现算法与所解决的实际问题等。

学习目标：

1 知识目标：熟练掌握矢量数据空间关系（以距离及其基础上的邻接等）量化空间关系的GIS基本算法。

2 能力目标：能够合理选择数据，依据数据类型和特点，选择合理的空间数据分析方法、设计分析过程，恰当运用GIS工具进行独立，快速和高效处理来完成空间分析任务，并进行合理分析和解释；能够从数据处理结果中提取空间关系，撰写空间数据分析报告；培养和锻炼学生获取文献的能力、研究能力、表达能力以及团队合作能力，并能进行有效沟通和交流。

3 素养目标：培养学生“人地和谐”的认识论——尺度观，系统观；强化学生GIS分析技术工匠精神。

【重点掌握】：缓冲区分析、泰森多边形分析、叠置分析与不同类型的网络分析的计算算法，以及执行前后图形与属性表内容的变化

【掌握】：基于空间位置的查询与属性表链接；地理编码的实现本质

【了解】：不同矢量分析的具体应用实现

【一般了解】：图论基础

教学重点：缓冲区分析、泰森多边形分析、叠置分析与不同类型的网络分析的计算算法，以及执行前后图形与属性表内容的变化

教学难点：不同叠置分析的异同，基于空间位置的查询与属性表链接

教学方法：混合式教学和翻转课堂

第一节 邻近度分析

第二节 基于空间位置的查询与连接

第三节 叠置分析

第四节 网络分析

第四章栅格数据的空间分析方法（10学时）

深入理解栅格数据对空间对象或事物的表达要点；栅格数据的focal操作、local操作、zonal操作与Global操作的本质与应用；并以水文分析和数字地形分析为案例进行栅格数据各种操作的解析。

学习目标：

1 知识目标：（1）充分和准确理解GIS空间分析的基本原理，基本理论和基本方法，能够对其基本原理进行解释；（2）熟练掌握量化空间关系的GIS基本算法。

2 能力目标：能够合理选择数据，依据数据类型和特点，选择合理的空间数据分析方法、设计分析过程，恰当运用GIS工具进行独立，快速和高效处理来完成空间分析任务，并进行合理分析和解释；能够从数据处理结果中提取空间格局、空间关系，撰写空间数据分析报告；培养和锻炼学生获取文献的能力、研究能力、表达能力以及团队合作能力，并能进行有效沟通和交流。

3 素养目标：（1）培养学生“人地和谐”的认识论——尺度观，系统观和可持续发展观；（2）强化学生GIS分析技术工匠精神。

【重点掌握】：栅格数据对空间对象或事物的表达要点；特征地形要素的提取算法和水文因子提取算法的原理；

【掌握】：栅格数据的focal操作、local操作、zonal操作与Global操作的本质与应用；填洼、流向定义与累积流的计算，河流的定义与划分

【了解】：宏观与微观数字地形特征的提取；

【一般了解】：

教学重点：格数据对空间对象或事物的表达要点；特征地形要素的提取算法；

教学难点：zonal操作与Global操作的本质；累积流的计算

教学方法：混合式教学与课堂翻转方法

第一节 栅格数据

第二节 栅格数据操作

第三节 数字地形分析

第四节 水文分析

第五章 地统计学分析（6学时）

本章主要介绍了空间自相关的表达与空间变异函数、地统计插值等。

学习目标

1 知识目标：熟练掌握根据空间关系实现离散型对象数据向连续型场数据的转换。

2 能力目标：能够合理选择数据，依据数据类型和特点，选择合理的空间数据分析方法、设计分析过程，恰当运用GIS工具进行独立，快速和高效处理来完成空间分析任务，并进行合理分析和解释；能够快速量化离散型数据的空间关系，通过构建属性与空间位置模型，将有限样本点数据推演到整个研究区域，并撰写空间数据分析报告。

3 素养目标：强化学生GIS分析技术工匠精神，激发科技报国的家国情怀与使命担当。

【重点掌握】：空间自相关的表达、区域化变量的定义与平稳性假设、变异函数的定义与拟合评价、ArcGIS地统计分析工具

【掌握】：常见的各种确定性插值方法的基本原理与适应范围、不同克里金估计方法

【了解】：ArcGIS地统计分析工具

【一般了解】：

教学重点：空间自相关的表达、区域化变量的定义与平稳性假设、变异函数的定义与拟合评价、ArcGIS地统计分析工具

教学难点：区域化变量的定义、变异函数的构建与评价

教学方法：课堂讲授和混合式教学

第一节地统计学的基本原理

第二节空间自相关

第三节地统计学插值