空间权重矩阵(SWM)

空间权重矩阵(SWM)是空间统计的重要工具,用于量化空间数据之间的关系。本文介绍了SWM的基本原理,创建策略,如二进制和权重策略,并详细阐述了在ArcGIS中生成SWM的工具。以热点分析为例,展示了integrate、collect event、生成SWM的步骤,强调了在进行热点分析时确保feature class拥有唯一id字段的重要性。

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基本原理

如何利用数学(如用面积、距离等)建立空间数据和非空间数据之间的关系?对于空间统计而言,空间权重矩阵是一种有效的表达空间关系的方式。因此,它是用量化的方法表示了数据之间的“空间结构”。

关于如何进行要素间实际交互方式的概念化,ESRI举出的例子:

如果要测量森林中某种特定种类的种子繁殖树种的聚类,使用某种形式的反距离可能最适合。但是,如果要评估某一地区通勤者的地理分布,行程时间和行程成本可能是更好的选择。

空间权重矩阵是N*N的表,N为数据集中的要素数量。因此给定行列组合后,其对应的值即为权重。这种空间关系的权重矩阵在许多空间统计工具里都有用,比如空间自相关、热点分析、聚类和异常值分析等。

创建策略

  1. 二进制策略:某个要素要么是邻域-1,要么不是-0。例如:固定距离、K 最近邻域、Delaunay 三角测量、邻接或空间 - 时间窗口。
  2. 权重策略:邻近要素有不同量级的影响,并通过计算权重来反映该变化。例如:反距离或无差别的区域。

工具使用

arcgis中的SWM使用稀疏矩阵存储,因此只存非零部分。实际情况,每个要素一般只跟其他某几个要素发生关系。

工具名字:Generate Spatial Weights Matrix (Spatial Statistics),工具界面如图:

### 如何在 STATA 中创建或使用空间权重矩阵 #### 创建空间权重矩阵 在 STATA 中,可以通过外部插件 `spmat` 来创建和操作空间权重矩阵。以下是具体方法: 1. **安装 spmat 插件** 首先需要确认已安装 `spmat` 命令。如果未安装,可以运行以下命令来完成安装: ```stata ssc install spmat ``` 2. **通过邻接关系创建空间权重矩阵** 如果数据基于地理区域的邻接关系,则可利用 `spmat contiguity` 命令生成邻接矩阵: ```stata use your_data.dta, clear spmat contiguity idvar using shapefile.shp, normalize(row) ``` 这里 `idvar` 表示唯一的地区标识变量,而 `shapefile.shp` 是包含地理边界的形状文件[^4]。 3. **通过距离定义创建空间权重矩阵** 若需依据地理位置之间的欧几里得距离构建权重矩阵,则可通过如下方式实现: ```stata spmat idistance idvar latitude longitude, band(0,threshold) normalize(row) ``` 上述代码中的 `latitude` 和 `longitude` 分别代表经纬度变量名;`band(0,threshold)` 定义了一个阈值范围,在此范围内两个地点被认为是相邻的[^1]。 #### 导入已有空间权重矩阵至 STATA 当已经拥有 SWM 文件或其他格式的空间权重矩阵时,可以直接导入到 STATA 并用于后续分析: ```stata spmat import swm using "path_to_your_file/myfile.swm", replace ``` 该语句会把指定路径下的 `.swm` 格式的空间权重矩阵加载进来并替换现有对象[^3]。 #### 应用空间权重矩阵于模型估计 一旦成功建立或者载入了适当形式的空间权重矩阵之后,就可以将其应用于各种空间计量经济模型之中。比如执行空间滞后模型(SAR),需要用到下面这样的指令序列: ```stata spregress depvar indepvars, model(sar) wmatrix(name_of_spmat_object) ``` 其中 `depvar` 为目标因变量名称列表,`indepvars` 列出了所有的解释因子集合;最后参数部分指定了之前所创建好的那个特定 SPMAT 对象作为输入源。 ### 注意事项 为了获得更精确的结果,在实际应用过程中应当仔细挑选合适类型的空间权重方案,并充分考虑可能存在的多重共线性和异方差等问题的影响因素[^2]。
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