課程名稱：GIS與空間分析
課程英文名稱：GISandspatialanalysis
課程負責人：鄒松兵
教學團隊成員：許寶榮
授課學期：秋季學期
考核方式：考查
學時：32學時
學分：2學分
課程簡介、目標與任務：
《GIS空間分析》課程面向實際情景案例，通過分析具體的地學實際應用問題，清晰表達空間分析應用的思路、方案和措施，準確理解GIS空間分析方法的基本原理和基本方法，恰當運用GIS工具進行獨立，快速和高效處理來完成空間分析任務，并從數據處理結果中提取空間格局、空間關系和空間過程規律，撰寫空間數據分析報告。強化GIS空間分析動手能力的培養，實現地學問題的高效快速建模與分析。
準確理解GIS空間分析的基本原理，基本理論和基本方法；熟練掌握GIS空間分析基本算法。能夠分析具體的地學實際應用問題，清晰表達空間分析應用的思路、方案和措施；能夠合理選擇數據，恰當運用GIS工具進行獨立，快速和高效處理來完成空間分析任務；能夠從數據處理結果中提取空間格局、空間關系和空間過程規律，撰寫空間數據分析報告。
教學方法：
主要教學手段是多媒體教學、教學模型相結合，通過電子圖片、教學模型來講解基本理論，學生通過多媒體和參考資料學習，結合課后作業對所學知識鞏固。
基本要求：
要求學生在課前按照要求查找相關資料進行GIS與空間分析術學習，能夠在課堂上積極進行討論。
課程教材：
劉湘南等，《GIS空間分析(第三版)》, 科學出版社, 2017. 湯國安等，《ArcGIS地理信息系統空間分析試驗教程（第三版）》，科學出版社,2023.03.
課程內容與安排：
第一章緒論（5學時）
理解GIS、空間分析等基本概念，明確空間分析的基本內容、基本步驟，以及空間分析當前的研究進展。結合GIS與空間分析的發展歷程，解析二者之間的相關關系，并在此基礎上掌握GIS常用的空間分析手段與技術。采用ArcGIS等一系列手段進行空間分析成為當今空間決策與科學研究的重要方向與需要。
學習目標：
1 知識目標：充分和準確理解GIS空間分析的基本原理，基本理論和基本方法，能夠對其基本原理進行解釋；
2 能力目標：能夠分析具體的地學實際應用問題，清晰表達空間分析應用的思路、方案和措施；
3 素養目標：培養學生“人地和諧”的認識論——尺度觀，系統觀和可持續發展觀；
【重點掌握】：重點掌握空間分析的基本內容與基本步驟，常用的GIS空間分析手段
【掌握】：地理空間、GIS的三種理解視角、空間分析基本概念的理解
【了解】：常用GIS空間分析常用軟件的基本情況和功能模塊，GIS與空間分析的關系
【一般了解】：空間分析的發展現狀及其社會需求
教學重點：空間分析的基本內容與基本步驟，常用的GIS空間分析手段
教學難點：地理空間；真正執行空間分析時對分析結果的調整與優化
教學方法：課堂講授和混合式教學
第一節 基本概念
第二節 空間分析的研究內容與基本步驟
第三節 空間分析的研究進展
第四節 GIS與空間分析
第二章 空間量測與計算（12學時）
深入理解矢量數據與柵格數據類型的基本幾何參數量測，包括位置量測、方位量測、中心與中心量測、長度量測、距離量測、面積量測與體積量測。同時對線狀地物的曲率、面狀地物或現象的形態概括與空間完整性進行了介紹。基于空間自相關的基本理論進行空間分布量算、熱點與冷點分析。
學習目標：
1 知識目標：熟練掌握量化空間位置、空間形態和空間分布的基本算法。
2 能力目標：能夠清晰和準確表達空間位置；能夠量化空間形態和空間分布模式；能夠從數據處理結果中提取空間格局，撰寫空間數據分析報告；
3 素養目標：強化學生GIS空間位置、空間形態和空間分布的準確性量化表達，培養GIS工匠精神。
【重點掌握】：空間位置量測中的絕對坐標與相對坐標的量測、中心與重心量測、不同幾何類型之間的各種距離量測
【掌握】：長度量測與方位量測、面積量測、空間完整性量測、空間分布計算與分析；基于密度/距離的空間點模式分析方法、
【了解】：體積量測、線狀地物的曲率
【一般了解】：面狀地物或現象的形態概括
教學重點：空間位置量測中的絕對坐標與相對坐標的量測、中心與重心量測、不同幾何類型之間的各種距離量測
教學難點：不同類型距離的量測、空間分布計算與分析
教學方法：課堂講授和混合式教學
第一節 空間量測尺度
第二節 基本幾何參數量測
第三節 地理空間目標形態量測
第四節 空間分布計算與分析
第三章 矢量數據的空間分析方法（12學時）
點狀地物與現狀地物對周邊影響程度與代表性程度分析與算法實現，包括緩沖區分析與泰森多邊形分析；基于空間鄰接、空間關聯、空間包含等位空間位置關系所構建的空間查詢；點狀地物、線狀地物與面狀地物之間位置關系所形成的屬性表的匯總與最短距離的計算；同一坐標系統下的不同數據之間進行疊置分析的算法實現與圖形和屬性表的變化；空間鄰近度分析與疊置分析等的具體應用；地理編碼的實現；網絡分析的基礎圖論，不定向網絡與定向網絡的實現算法與所解決的實際問題等。
學習目標：
1 知識目標：熟練掌握矢量數據空間關系（以距離及其基礎上的鄰接等）量化空間關系的GIS基本算法。
2 能力目標：能夠合理選擇數據，依據數據類型和特點，選擇合理的空間數據分析方法、設計分析過程，恰當運用GIS工具進行獨立，快速和高效處理來完成空間分析任務，并進行合理分析和解釋；能夠從數據處理結果中提取空間關系，撰寫空間數據分析報告；培養和鍛煉學生獲取文獻的能力、研究能力、表達能力以及團隊合作能力，并能進行有效溝通和交流。
3 素養目標：培養學生“人地和諧”的認識論——尺度觀，系統觀；強化學生GIS分析技術工匠精神。
【重點掌握】：緩沖區分析、泰森多邊形分析、疊置分析與不同類型的網絡分析的計算算法，以及執行前后圖形與屬性表內容的變化
【掌握】：基于空間位置的查詢與屬性表鏈接；地理編碼的實現本質
【了解】：不同矢量分析的具體應用實現
【一般了解】：圖論基礎
教學重點：緩沖區分析、泰森多邊形分析、疊置分析與不同類型的網絡分析的計算算法，以及執行前后圖形與屬性表內容的變化
教學難點：不同疊置分析的異同，基于空間位置的查詢與屬性表鏈接
教學方法：混合式教學和翻轉課堂
第一節 鄰近度分析
第二節 基于空間位置的查詢與連接
第三節 疊置分析
第四節 網絡分析
第四章柵格數據的空間分析方法（10學時）
深入理解柵格數據對空間對象或事物的表達要點；柵格數據的focal操作、local操作、zonal操作與Global操作的本質與應用；并以水文分析和數字地形分析為案例進行柵格數據各種操作的解析。
學習目標：
1 知識目標：（1）充分和準確理解GIS空間分析的基本原理，基本理論和基本方法，能夠對其基本原理進行解釋；（2）熟練掌握量化空間關系的GIS基本算法。
2 能力目標：能夠合理選擇數據，依據數據類型和特點，選擇合理的空間數據分析方法、設計分析過程，恰當運用GIS工具進行獨立，快速和高效處理來完成空間分析任務，并進行合理分析和解釋；能夠從數據處理結果中提取空間格局、空間關系，撰寫空間數據分析報告；培養和鍛煉學生獲取文獻的能力、研究能力、表達能力以及團隊合作能力，并能進行有效溝通和交流。
3 素養目標：（1）培養學生“人地和諧”的認識論——尺度觀，系統觀和可持續發展觀；（2）強化學生GIS分析技術工匠精神。
【重點掌握】：柵格數據對空間對象或事物的表達要點；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】：柵格數據的focal操作、local操作、zonal操作與Global操作的本質與應用；填洼、流向定義與累積流的計算，河流的定義與劃分
【了解】：宏觀與微觀數字地形特征的提取；
【一般了解】：
教學重點：格數據對空間對象或事物的表達要點；特征地形要素的提取算法；
教學難點：zonal操作與Global操作的本質；累積流的計算
教學方法：混合式教學與課堂翻轉方法
第一節 柵格數據
第二節 柵格數據操作
第三節 數字地形分析
第四節 水文分析
第五章 地統計學分析（6學時）
本章主要介紹了空間自相關的表達與空間變異函數、地統計插值等。
學習目標
1 知識目標：熟練掌握根據空間關系實現離散型對象數據向連續型場數據的轉換。
2 能力目標：能夠合理選擇數據，依據數據類型和特點，選擇合理的空間數據分析方法、設計分析過程，恰當運用GIS工具進行獨立，快速和高效處理來完成空間分析任務，并進行合理分析和解釋；能夠快速量化離散型數據的空間關系，通過構建屬性與空間位置模型，將有限樣本點數據推演到整個研究區域，并撰寫空間數據分析報告。
3 素養目標：強化學生GIS分析技術工匠精神，激發科技報國的家國情懷與使命擔當。
【重點掌握】：空間自相關的表達、區域化變量的定義與平穩性假設、變異函數的定義與擬合評價、ArcGIS地統計分析工具
【掌握】：常見的各種確定性插值方法的基本原理與適應范圍、不同克里金估計方法
【了解】：ArcGIS地統計分析工具
【一般了解】：
教學重點：空間自相關的表達、區域化變量的定義與平穩性假設、變異函數的定義與擬合評價、ArcGIS地統計分析工具
教學難點：區域化變量的定義、變異函數的構建與評價
教學方法：課堂講授和混合式教學
第一節地統計學的基本原理
第二節空間自相關
第三節地統計學插值
蘭州大學
English
zyhjxy@lzu.edu.cn
