В эпидемиологии, криминалистике, демографии, планировании работы экстренных служб, транспортном анализе, археологии, биологии, розничной торговле и многих других областях, использующих ГИС, постоянно возрастает потребность в усовершенствованных инструментах пространственного анализа. Пространственная статистика помогает решать этот круг задач.
Пространственная статистика позволяет вам
- Суммировать ключевые характеристики распределения
- Идентифицировать статистически значимые пространственные кластеры (горячие точки, холодные точки) и пространственные выбросы
- Оценить общую картину кластеризации или дисперсии
- Разделить объекты на группы по схожести
- Выявить объекты со схожими характеристиками
- Моделировать пространственные отношения
Делать заключение о ключевых характеристиках
| Вопросы | Инструменты | Примеры |
|---|---|---|
| Где находится центр? | Где находится центр размещения населения и как он меняется с течением времени? | |
| Какой объект наиболее доступен? | Где следует расположить новый центр поддержки? | |
| Какое направление или ориентация являются доминирующими? | Каково основное направление ветра зимой? Как ориентированы линии разломов в этом регионе? | |
| Насколько разбросаны, компактно расположены или интегрированы пространственные объекты? | Стандартное расстояние или Направленное распределение (эллипс стандартного отклонения) | Какие банды контролируют наиболее обширную территорию? Какой болезнетворный штамм имеет самое широкое распространение? В какой экстент интегрированы виды животных, на основе мест их обитания? |
| Имеются ли тренды направления? | Какова ориентация полей наносной породы? Где сконцентрирована наносная порода? |
Определение статистически значимых кластеров
| Вопросы | Инструменты | Примеры |
|---|---|---|
| Где находятся "горячие точки"? Где находятся "холодные точки"? Какова интенсивность кластеризации? | Анализ горячих точек (Getis-Ord Gi*) или Анализ кластеров и выбросов (Anselin локальный индекс Морана I) | Где проходят наиболее четкие границы между богатыми и бедными областями? В каких областях присутствуют самое высокое биологическое разнообразие и качество среды обитания? |
| Где находятся выбросы? | Анализ кластеров и выбросов (Anselin локальный индекс Морана I) | Где в Лос-Анджелесе встречаются аномалии в структуре затрат? |
| Как распределить ресурсы наиболее эффективным способом? | Где можно встретить неожиданно высокий уровень заболевания диабетом? Где пожары на кухне составляют высокую долю среди прочих бытовых пожаров? Имеют ли преступления, совершенные днем, такую же пространственную структуру, что и те же преступления, совершенные ночью? | |
| Какие места наиболее удалены от проблемных центров? | Где следует расположить центры эвакуации? | |
| Какие объекты наиболее похожи? Как выглядит пространственный набор данных участков? | Какие преступления в базе данных больше всего похоже на совершенное преступление? Существуют ли наглядные пространственные режимы для отображения результатов тестов? Какие регионы связаны с высокими результатов тестов, а какие – с низкими? Какие проявления заболеваний входят в одну вспышку на основе пространственных и временных характеристик, а также симптомов? | |
| Какие из объектов являются наиболее схожими между собой или наиболее отличающимися? | Какие из местоположений имеют схожие характеристики с теми местоположениями, которые я чаще всего посещаю? Как соотносятся зарплаты моих работников с зарплатами за аналогичную работу в других похожих городах? Какие из преступлений в базе данных больше всего похожи на данное конкретное преступление? |
Оценка общих пространственных структурных закономерностей
| Вопросы | Инструменты | Примеры |
|---|---|---|
| Различаются ли пространственные характеристики? | Пространственная автокорреляция (Глобальный индекс Морана I) | Какие типы преступлений наиболее сконцентрированы в пространстве? Какие виды растений имеют набольший разброс в изучаемой области? |
| Меняется ли пространственная закономерность во времени? | Пространственная автокорреляция (Глобальный индекс Морана I) | Происходит ли пространственная сегрегация богатых и бедных? Имеются ли неожиданные всплески в приобретении лекарств? Является ли заболевание географически изолированным, или оно распространяется на близлежащие территории? Эффективны ли меры по сдерживанию распространения? |
| Имеют ли пространственные процессы схожие черты? | Многовариантный пространственный кластерный анализ (Функция Ripley's K) | Отражает ли пространственное распределение заболеваемости пространственную локализацию людей, подверженных риску? Отличается ли структурная закономерность ограбления магазинов от закономерности, наблюдающейся при постройке новых? |
| Пространственные данные коррелированны? | Пространственная автокорреляция (Глобальный индекс Морана I) | Испытывают ли невязки регрессионного анализа статистически значимую пространственную автокорреляцию? |
| На каком расстоянии пространственная кластеризация наиболее очевидна? | Какое расстояние лучше всего отражает соответствующий масштаб для анализа? |
Моделирование отношений
| Вопросы | Инструменты | Примеры |
|---|---|---|
| Имеется ли корреляция? Насколько сильна взаимосвязь? Какие переменные являются наиболее важны для построения прогноза? Являются ли отношения постоянными в пределах изучаемой области? | Метод наименьших квадратов (МНК) , Исследовательская регрессия и Географически взвешенная регрессия (ГВР) | Имеется ли связь между уровнем образования и доходом? Является ли взаимосвязь постоянной в пределах изучаемой области? Имеется ли положительная взаимосвязь между вандализмом и взломами? Какие комбинации потенциальных независимых переменных дают правильные модели регрессии? Возрастает ли заболеваемость при приближении к водным объектам? |
| Какие факторы могут оказать влияние на конкретный результат? Где еще может быть схожий отклик на воздействие? | Метод наименьших квадратов (МНК) , Исследовательская регрессия, Географически взвешенная регрессия (ГВР) и Классификация на основе леса и регрессия | Какие ключевые переменные объясняют высокую частоту лесных пожаров? Какие демографические характеристики влияют на высокую степень использования общественного транспорта? Какие местообитания следует защитить, чтобы провести реинтродукцию исчезающих видов животных? |
| Где меры смягчения воздействия будут наиболее эффективны? | Метод наименьших квадратов (МНК) , Географически взвешенная регрессия (ГВР) и Классификация на основе леса и регрессия | Где дети постоянно показывают высокие результаты тестов? Какие особенности могут быть с этим связаны? Где каждая из характеристик имеет наибольшее значение? Какие факторы связаны с превышением обычного уровня числа дорожных происшествий? Какие факторы являются наиболее четкими прогностическими параметрами для каждого местоположения с высокой степенью дорожных происшествий? |
| Как может измениться закономерность? Что необходимо сделать для подготовки? | Где находятся "горячие точки" экстренных вызовов? Какие переменные эффективно предсказывают количество звонков? С учетом тенденции, какие ресурсы необходимы для реагирования на экстренные вызовы? | |
| Почему данное местоположение является "горячей точкой"? Почему данное местоположение является "холодной точкой"? | Анализ горячих точек (Getis-Ord Gi*) , | Почему в некоторых районах наблюдается повышенная заболеваемость раком? Почему в некоторых районах уровень грамотности ниже? Есть ли в США места, где постоянно наблюдается высокая смертность среди молодежи? Почему? |
ГИС предлагает большое количество разнообразных подходов к анализу пространственных данных. Иногда достаточно использовать визуальный анализ: создайте соответствующую карту и увидите все необходимое для принятия решения. Однако бывает затруднительно принять решение только на основании карты. Картографы при создании карты могут выбирать, какие объекты включаются в карту, какие символы им присваиваются, какая используется схема классификации, как выглядят надписи и т. д. Все эти картографические элементы помогают понять содержание карты и определить границы анализируемой проблемы, но они также могут изменить характеристики информации и повлиять на ее восприятие и интерпретацию. Пространственная статистика позволяет уменьшить субъективизм и получить более точное представление о пространственных закономерностях, трендах, процессах и отношениях. Если анализ очень сложен, или, если принятое в результате анализа решение имеет критическое значение, важно исследовать данные и суть проблемы с различных точек зрения. Пространственная статистика предлагает большое количество инструментов, которые эффективно дополняют визуальные, картографические и традиционные (непространственные) статистические подходы к анализу пространственных данных.
Дополнительные ресурсы
- Mitchell, Andy. The ESRI Guide to GIS Analysis, Volume 2. Esri Press, 2005.
- Веб-страница https://www.esriurl.com/spatialstats содержит актуальный список всех доступных ресурсов по использованию инструментов Пространственной статистики.