新版白话空间统计(6):在ArcGIS中实现莫兰指数计算

新版白话空间统计(6):在ArcGIS中实现莫兰指数计算上一篇简单说了一下莫兰指数的计算原理和计算公式,如果是学生或者基础研究者,鼓励好好的学习一下手算或者编程计算,所谓的基础不牢,地动山摇……但是对于工程界…

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上一篇简单说了一下莫兰指数的计算原理和计算公式,如果是学生或者基础研究者,鼓励好好的学习一下手算或者编程计算,所谓的基础不牢,地动山摇……但是对于工程界和应用人士,特别是非基础学,重复造轮子是没有啥意义的,我们直接使用已有工具来做就行。

今天我们介绍一下,在ArcGIS里面怎么进行莫兰指数的计算。

首先介绍一下实现莫兰指数的话,需要什么样的数据

既然叫做“空间自相关”,那么我们需要的数据肯定是要有空间属性,啥叫空间属性呢?通常说来,就是能够表达位置的数据,狭义说起来,就需要有坐标,比如下面的表格:

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拥有经度和纬度,就能在地球上表示一个固定的位置了,就像上面的表格里面,我们可以看见北京的经纬度坐标就是:东经116.3956度,北纬39.92999度。

这种由X\Y两个数值所表达的点模型,这是最基础的空间数据,如果你的数据连这种无法获取,那么空间自相关分析就真没法开展了。

如果你需要更精确的研究,那么计量经济学上或者空间计量学上用的截面数据中,行政区划的空间承载模型,应该用是面要素模型——

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面要素模型,也称为”多边形“要素,通常是由一系列的封闭的点所组成的多边形,形成的空间数据,比如在ArcGIS里面,中国的行政区划所表达的:

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我们看任意一个省,比如山西:

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可以看见,山西省的行政区划,是由若干个点组成的封闭的集合。

当然,点数据的获取相对来说,还是比较容易的,通过百度坐标拾取就能直接弄到,但是面数据就只能通过专业测绘公司或者单位获取了(当然,你要是能手绘,也行)。不过还好的是,我国对于1:400万以上的数据,都是免费可公开的,也就是说,你可以通过互联网渠道,获取到全国县级以上行政区划的数据,而县级以下的,你就只能去找相关地方的国土测绘部门去获得了。

有了空间数据之后,那么就把你需要分析的属性数据与空间数据进行一对一匹配上面去,比如我要分析2016年的全国各省GDP数据,那么就要有空间数据和属性数据,才能进行分析:

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(什么?有问我怎么去做这种数据的?请学习ArcGIS基础数据处理与制图课程……这个不归我管,完全不懂GIS的同学,可以求助旁边会GIS的同学)

新版白话空间统计(6):在ArcGIS中实现莫兰指数计算

数据准备好之后,我们就可以通过工具来进行分析了,这里以ArcGIS为例:

首先打开ArcMap,然后把数据加入进去,找到ArcToolbox——空间统计工具箱——空间模式分析——空间自相关(莫兰指数)工具:

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打开之后,出现了这样一个窗口,而一般来说,默认只需要关注必选项就行(亮绿灯的东西),可选项可以直接不管,就按默认参数来设置(比如第三项,是否输出分析结果报表),也可以去设置,后面我们还会再说每个参数的意义(特别是后面设置空间权重):

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我们要设置的就是输入要素类和输入字段:

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然后点击运行即可,如果不出错的话,会得到下面这样的结果:

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那么这个表示什么意思呢?

首先,前面两个警告

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额……上面那张图片不算,请大家忽略:新版白话空间统计(6):在ArcGIS中实现莫兰指数计算

(不同的ArcGIS版本提示可能不同,一般来说10.4以上的话,提示应该和我一样的)

第一个警告是说你的数据本身采用的地理坐标系,所以用距离来作为空间关系概念进行分析,会不准确。

第二警告是说,默认设置的临近要素是1106公里(为什么用这个值呢,以后在说空间关系的时候,会进行解释——坑.No.1)。

然后下面就是你这次计算的全局莫兰指数了,莫兰指数的解读,需要反着读,先利用P、Z值来解读分析结果是否可信,然后读莫兰指数的值。关于P\Z值的解读,我们在以后的统计显著性说明里面,进行详细解读,这里大家只要记住P值大于0.1的就不可靠就行(什么?你问我为什么不可信?还是那句话,请听后文——坑.No.2)

——现在,请大家叫我挖坑小能手新版白话空间统计(6):在ArcGIS中实现莫兰指数计算新版白话空间统计(6):在ArcGIS中实现莫兰指数计算

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为什么会发生这种所谓的不可靠呢?原因太多了,有可能本身数据就不可靠,当然,也有可能你的分析参数设置不正确……

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我完全都没有设置参数,全部用的默认,你所谓的分析参数设置不正确是什么鬼??

实际上这个锅必须是让空间关系概念来背的,一般来说,在地理空间分析的时候,距离概念一般会给点要素来用,而以行政区划为空间要素承载的分析来看,通常采用触点连接——也就是我们经常所说的“相邻”或者“接壤”,比如在空间位置上,湖北与陕西、河南、安徽、江西、湖南、重庆四个省(直辖市)直接相邻:

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所以,我们可以选择一个比较符合我们思维观念的空间关系方法,比如区域接壤,就算相邻:

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在ArcGIS里面,把这种“接壤”的关系,叫做

CONTIGUITY_EDGES_CORNERS”——

即所谓的共有一个公共点,或者共有一条公共边的两个面要素,被视为相邻要素。

设置完成之后,再来执行一次,结果如下:

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多出了两个警告,分别说是有两个要素,没有找到临近要素,分别是18号和31号——我们来看看:

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18号是海南,31号是台湾,这两个岛屿没有发现与任何省有共点或者共边,被视为无临近要素的独立面,所以这两个数据也不被加入到分析中。(怎么处理这种情况呢?以后再说,继续挖坑——坑.No.3)

然后继续看结果:

Global Moran’s I Summary

Moran’s Index:   0.259547

Expected Index:  -0.032258

Variance:        0.011107

z-score:         2.768836

p-value:         0.005626

p值,小于0.1,嗯,有效,Z得分,与P值对应阅读,大于1.65,有效……(为什么?参考坑.No.2)

方差:0.011,期望指数-0.032,这里方差和期望指数,都是用于对比莫兰指数和评估PZ值的,下篇文章做解释(——坑.No.4)。

最后看最关键的全局莫兰指数:0.259。

回忆一下,莫兰指数的范围:

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0.259代表的是,在给点的样本的情况下,数据呈现了空间正相关的表征:即高值与高值发生聚集,低值与低值聚集,空间上呈现正相关模式,倾向于发生了空间聚类现象。

那么白话来解释,就是:有钱的省,通常旁边也都存在有钱的省,没钱的省,旁边通常也都是没钱的省……。

那么这一样个指数,有多大的意义呢?

答案是:统计分析里面,独立的指数并没有太大的意义,所有的意义都要来自于对比,如何进行对比呢?我们下期继续。

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