统计地理信息应用中若干关键问题研究

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基于SuperMap软件平台建立的北京市统计地理信息系统为北京市统计部门提供了一种空间化操作的分析统计数据的工具。在优化统计业务工作流程的同时,整合了一套基于建筑物空间参考的人口、经济统计数据。这套数据为北京市城市、人口、经济等领域的研究提供了一套有效的数据保障,也为地理信息系统领域研究多边形数据的空间分析提供了实验数据。  空间化的统计数据是以多边形为地理参考的统计地理信息,其数据采集、存储、集成、分析和表达均受到可塑面积单元问题(MAUP)的影响。MAUP的存在限制了空间对统计数据的表达能力和分析能力。如何以统计地理信息的角度去理解、解决和利用可塑面积单元问题的影响是统计地理信息应用急需面对的问题。  本文以北京市统计地理信息系统的数据为研究基础,基于MAUP的尺度效应(ScaleProblem)和分区效应(AggregationProblem)对统计数据的集成、分析、可视化的影响做了相关研究,创新性的利用MAUP特征去揭示统计地理信息的空间特征和内涵信息。理论上,本研究以统计地理信息的空间多尺度和多区划特征为出发点,揭示现行统计地理信息系统在数据集成、分析和可视化中的不足,探讨MAUP的可利用价值。通过研究多尺度、多区划统计数据的集成、分析和可视化解决方案,达到完善北京市统计地理信息系统数据集成方案,探索统计地理信息系统的多尺度综合应用模式。技术上,本文的研究重点从统计地理信息系统应用需求出发,主要集中在统计地理信息系统的数据集成模块、分析模块和显示模块的功能拓展上。具体完成了如下研究点的研究。  1)根据统计数据的可塑面积单元问题(MAUP)特征,研究了可塑面积单元问题对统计地理信息及对基于统计地理信息的空间分析结果的影响模式。  2)设计了统计地理信息的多尺度格网集成方案。并根据分析应用的需求,设计了多尺度格网的数据结构及相应的格网统计数据生成方法和算法,并根据格网数据多尺度空间特征,设计了一套多尺度格网的索引编码体系,保障了格网统计数据多尺度空间分析时,数据的高效访问。  3)利用北京市基于建筑物参考的人口统计数据建立的多尺度的人口格网数据集,为后续开展多尺度数据分析、可视化的研究奠定了基础。  4)针对MAUP的尺度效应和分区效应,系统的探讨和研究了尺度效应和分区效应在揭示统计地理信息内涵信息方面的价值,证实MAUP不完全是多边形数据的一个问题而是统计地理信息分析的一个有用工具。  5)根据等级理论和格网统计数据的多尺度特征,提出了尺度效应指数(IndexofScaleEffect),区分了格网统计数据尺度间的尺度限制作用和表征作用,从而对多尺度格网数据的最优尺度选择、多尺度垂直分析及空间集聚分析提供了一种新的研究方法。同时,利用尺度效应指数修正了多尺度数据拟合的评价手段,提出的SRMSE可以有效的减弱RMSE评价的尺度依赖性。  6)根据统计数据多边形的分区特征,设计了统计数据空间特征度量的区划选择框架。揭示了不同的分区对统计地理信息内涵信息的提取作用。同时,利用空间分区变量控制的方法,实现统计地理信息不同信息特征的提取。  7)为了解决MAUP对多边形统计数据地图表达的空间与内涵逻辑一致性的影响,本文采用了示意地图(Cartogram)的表达手段。通过采用尺度修正方法,解决了现有算法由于属性密度差别大而无法制图的问题,有效的将面域示意地图的表达手段应用在格网统计数据上,为展示北京城市内部要素的空间分布特性提供了一种可借鉴的表达手段。  本文从格网统计数据的多尺度“集成”、“描述”、“分析”、“表达”四个方面入手,完善并拓展多尺度统计地理信息系统的应用模式,并从理论和实践技术上给出具体阐述。对统计地理信息系统以后的应用具有一定理论和实践指导意义。由于研究时间的限制,本文在制定格网统计数据多尺度、多区划集成、分析和可视化的总体研究方案的基础上,仅仅对相关问题重要部分进行了算法实践和应用。然而这部分应用只是对北京市统计地理信息应用的冰山一角,如何针对具体的研究问题构建尺度效应指数,基于MAUP设计多尺度多区划一体的分析方案是后续研究的重点问题。
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