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一种局部多项式时空地理加权回归方法

测绘学报 2018年第5期47卷 663-671页

作者：赵阳阳张小璐张福浩仇阿根杨毅石丽红刘晓东中国测绘科学研究院政府地理信息系统研究中心北京海淀100830 淮海工学院测绘与海洋信息学院江苏连云港222000

基于加权最小二乘估计的时空地理加权回归方法,在随机项方差相同且最小的假设条件下估计回归参数和拟合值,由于没有考虑时空分析中异方差影响而导致估计结果存在一定偏差。局部多项式估计是一种消除异方差影响的非参数估计方法。本文在... 详细信息

基于加权最小二乘估计的时空地理加权回归方法,在随机项方差相同且最小的假设条件下估计回归参数和拟合值,由于没有考虑时空分析中异方差影响而导致估计结果存在一定偏差。局部多项式估计是一种消除异方差影响的非参数估计方法。本文在局部多项式估计原理基础上,提出了局部多项式时空地理加权回归方法。它是采用三元一阶泰勒级数展开式重构时空回归系数和自变量矩阵,进而建立满足高斯-马尔可夫独立同分布假定要求的新模型,利用新模型回归系数估计值、拟合值以及新模型与原模型的关系,可得到原模型回归系数估计值和拟合值。本文采用模拟数据和真实数据进行试验,以GTWR与局部线性地理加权回归作为对比方法,从方法适用性、整体估计效果、回归系数估计偏差和拟合优度、整体估计偏差等方面分析了LPGTWR方法性能,有效证明了LPGTWR方法能消除异方差影响提升估计精度。

关键词：时空地理加权回归加权最小二乘估计局部多项式泰勒级数

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时空地理加权回归模型的统计诊断

时空地理加权回归模型的统计诊断

作者：刘美玲西安建筑科技大学

学位级别：硕士

时空地理加权回归模型是地理加权回归模型的推广，是最近几年提出的一种新的空间分析方法，在回归模型中将观测数据的时间和空间特性纳入到模型里，以此来探测时间非平稳性和空间非平稳性。由于该方法不但简单易行，而且得到的参数估计... 详细信息

时空地理加权回归模型是地理加权回归模型的推广，是最近几年提出的一种新的空间分析方法，在回归模型中将观测数据的时间和空间特性纳入到模型里，以此来探测时间非平稳性和空间非平稳性。由于该方法不但简单易行，而且得到的参数估计还能进行统计检验，因此随着统计应用范围的扩大，该模型作为一类简单有效的解决数据时空特性问题的数据方法已经得到越来越多的研究和应用。本文从模型的拟合方法、统计诊断等方面做了研究。首先，文章系统的阐述了时空地理加权回归模型的基本原理，基于局部加权最小二乘法原理给出了时空地理加权回归模型的拟合方法，并给出了残差平方和以及方差的无偏估计的表达式。详细讨论了空间权函数选取原则及带宽参数确定等问题。其次，在统计领域中，良好的稳定性是所得到的回归模型应具备的，但是，当用给定的数据集对模型进行参数估计时，若数据集中的某些数据点对参数估计有异常大的影响或偏离数据集主体时，一定程度上会影响模型的拟合效果。鉴于此，本文着重研究了时空地理加权回归模型的统计诊断问题，给出了相应的诊断异常点或强影响点的一些诊断统计量，如Cook距离、W-K统计量及杠杆值等;基于数据删除模型，探讨了各组观测数据对模型拟合效果的影响程度;基于均值漂移模型讨论了如何检验数据集中异常点或强影响点的问题，并证明了数据删除模型与均值漂移模型的等价性;基于方差加权模型，研究了各组观测数据的方差规律。最后，利用R软件，通过实例分析，基于Cook距离和W-K统计量这两个统计量，验证了上述检验和诊断方法的有效性和可行性。

关键词：时空地理加权回归统计诊断数据删除模型均值漂移模型方差加

基于时空地理加权回归模型的中国肺结核发病情况及影响因素研究

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中国全科医学 2023年第5期26卷 583-590页

作者：赵明扬周乾宇王荣荣王宗熹何雯倩张文森张恒榛田卓旸吴柯王碧瑶孙长青郑州大学公共卫生学院社会医学与卫生事业管理学教研室河南省郑州市450001 郑州大学护理与健康学院社区护理教研室河南省郑州市450001

背景现有针对肺结核发病影响因素的研究大多是独立的时间或空间回归分析,研究结果存在局限性。目的探索中国肺结核分布的时间和空间异质性,并分析肺结核发病情况与气象和空气质量因素在时间和空间上的相关关系,为制订相应结核病防控措... 详细信息

背景现有针对肺结核发病影响因素的研究大多是独立的时间或空间回归分析,研究结果存在局限性。目的探索中国肺结核分布的时间和空间异质性,并分析肺结核发病情况与气象和空气质量因素在时间和空间上的相关关系,为制订相应结核病防控措施提供科学参考。方法使用2016—2018年全国分地区肺结核分月统计数据,将肺结核发病率作为因变量,将气象和空气质量因素作为自变量,在预先进行多重共线性和空间自相关检验后,分别构建普通最小二乘(OLS)模型、地理加权回归(GWR)模型、时空地理加权回归(GTWR)模型,评估并比较模型优度,选取最优模型以描述肺结核发病情况。分别绘制各变量拟合系数的核密度分布图和时空分布图,以描述拟合系数的时空特异性。结果我国肺结核总发病率在逐年下降,且空间分布较为集中。GTWR模型的R2值均比OLS和GWR模型要高,同时GTWR模型的修正后的赤池信息量(AICc)值均比OLS和GWR模型要小,表明GTWR模型能更好地解释自变量对肺结核发病情况的影响。各变量核密度图结果显示,风速的增加对大多数城市的肺结核发病呈现显著的保护作用;湿度及空气污染物浓度的增加将显著增加肺结核发病率,且在不同城市的影响程度不同。结论气象和空气质量因素对肺结核发病情况具有显著影响,且该影响存在时空特异性,对于不同地区的不同影响因素,应制订针对性的疾病预防措施。

关键词：结核,肺发病时空地理加权回归气象因素气象学,医学空气污染物影响因素分析

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一种协同时空地理加权回归PM2.5浓度估算方法

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测绘科学 2016年第12期41卷 172-178页

作者：赵阳阳刘纪平杨毅石丽红王梅辽宁工程技术大学辽宁阜新123000 中国测绘科学研究院北京100830 山东省诸城市国土资源局山东潍坊262200

针对PM2.5浓度估算中时空特征考虑不足和样本量较少的问题,该文将协同训练和时空地理加权回归相结合,提出了协同时空地理加权回归。采用两个不同参数的时空地理加权回归模型作为回归器,利用一个回归器训练另一个回归器的未标注样本,选... 详细信息

针对PM2.5浓度估算中时空特征考虑不足和样本量较少的问题,该文将协同训练和时空地理加权回归相结合,提出了协同时空地理加权回归。采用两个不同参数的时空地理加权回归模型作为回归器,利用一个回归器训练另一个回归器的未标注样本,选择最优结果作为标注样本加入标注样本,通过不断学习扩大标注样本量提升模型的回归性能。以京津冀地区2015年3-7月的PM2.5浓度数据为实验数据,利用气溶胶光学厚度产品、温度、风速和相对湿度进行建模,采用不同核函数的时空地理加权回归作为对比方法进行实验。结果显示,协同时空地理加权回归性能比基于Gauss核函数时空地理加权回归提升了10%,比基于bi-square核函数时空地理加权回归提升了6.25%,证明该文方法能够提升时空样本数量不足时的PM2.5浓度估算精度。

关键词：协同时空地理加权回归协同训练时空地理加权回归 PM2.5浓度

基于时空地理加权回归模型探索肺癌发病的环境影响因素

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山东大学学报（医学版） 2023年第4期61卷 95-102页

作者：程传龙韩闯房启迪刘盈杨淑霞崔峰刘靖靖李秀君山东大学齐鲁医学院公共卫生学院生物统计学系山东济南250012 淄博市疾病预防控制中心山东淄博255026

目的分析淄博市肺癌发病的时空分布,并基于时空统计模型探究肺癌发病的环境影响因素。方法收集2015至2019年淄博市肺癌发病报告数据,描述其时空流行病学特征;采用时空地理加权回归(GTWR)模型探索肺癌发病与环境影响因素之间的关系,并与... 详细信息

目的分析淄博市肺癌发病的时空分布,并基于时空统计模型探究肺癌发病的环境影响因素。方法收集2015至2019年淄博市肺癌发病报告数据,描述其时空流行病学特征;采用时空地理加权回归(GTWR)模型探索肺癌发病与环境影响因素之间的关系,并与传统模型比较拟合效果。结果淄博市2015至2019年肺癌发病率呈上升趋势,5年平均年发病率为67.43/10万。肺癌发病率空间分布存在聚集性,中部地区发病率较低,其周围及南部地区发病率较高。GTWR模型结果显示,不同位置的环境因素对肺癌发病的影响不同。经济发展水平可能影响空气污染物与肺癌发病之间的关系,经济发展水平低的地区,空气污染对肺癌发病影响更大。与传统模型相比,GTWR模型拥有更好的拟合效果。结论淄博市肺癌发病率与环境影响因素之间存在时空相关性,当地应合理分配医疗资源,在关注空气污染较重地区的同时,还应着重针对经济发展水平较低的地区开展肺癌防治工作,提高当地医疗服务水平。

关键词：肺癌环境影响因素时空地理加权回归

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混合时空地理加权回归及参数的两步估计

计算机科学 2017年第3期44卷 274-277,312页

作者：赵阳阳刘纪平杨毅张福浩仇阿根辽宁工程技术大学阜新123000 中国测绘科学研究院北京100830

针对全局平稳特征和时空非平稳特征同时存在的现象,提出了混合时空地理加权回归方法(Mixed Geographically and Temporally Weighted Regression,MGTWR),给出了MGTWR的数学定义和回归参数的两步估计。同时,介绍了调整型带宽选择机制下... 详细信息

针对全局平稳特征和时空非平稳特征同时存在的现象,提出了混合时空地理加权回归方法(Mixed Geographically and Temporally Weighted Regression,MGTWR),给出了MGTWR的数学定义和回归参数的两步估计。同时,介绍了调整型带宽选择机制下的权重计算方法和基于Akaike信息准则(Akaike Information Criterion,AIC)的参数优化方法。采用复杂程度不同的模拟数据来测试方法的性能。结果表明,MGTWR和GTWR的R2大于0.8,能模拟全局平稳特征和时空非平稳特征的现象,但MGTWR显著优于GTWR。MGWR因无法探测时间平稳特征,模拟效果最差。此外,数据复杂程度影响MGTWR,GTWR和MGWR的性能,数据越简单模拟效果越好。

关键词：混合时空地理加权回归时空地理加权回归两步估计

基于时空地理加权回归模型的北京市房价影响因素研究

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基于时空地理加权回归模型的北京市房价影响因素研究

作者：王梦晗山东农业大学

学位级别：硕士

作为人们生活中的必需品,住房问题与其价格近年来一直广受关注,房地产行业的热度也逐渐升温,因此,越来越多的对于房价问题的研究也开始受到重视,尤其是对于影响房价的因素的研究,探究这些因素在时间与空间上的变化规律,微观上能够帮助... 详细信息

作为人们生活中的必需品,住房问题与其价格近年来一直广受关注,房地产行业的热度也逐渐升温,因此,越来越多的对于房价问题的研究也开始受到重视,尤其是对于影响房价的因素的研究,探究这些因素在时间与空间上的变化规律,微观上能够帮助揭示影响房价变化的分布规律、内在特征以及形成机制,宏观上也能够为相关部门和机构制定政策、加强管理提供科学的决策指导依据。本文以北京市作为研究区域,北京市1980-2015年的二手房数据为研究对象,选取属性、空间、时间三方面变量作为解释变量,构建时空地理加权回归模型,同时,在原有的模型基础上,引入路网距离度量,得到了一种路网距离约束的时空地理加权回归模型,对改进后的模型与原有的时空地理加权回归方法估算结果进行对比,并分析其时空分异特征及其变化规律。本文的主要内容和结论如下:(1)对常用的房价研究模型进行介绍与对比,阐述相关的理论基础,选择时空地理加权回归方法作为基本模型,在此基础上引入路网距离,构建路网距离约束的时空地理加权回归模型。(2)根据北京市二手房房价数据,从属性、空间、时间三个方面选取变量作为影响房价的因素,通过对两种模型的估算结果进行对比分析,进而验证了改进后的模型提高了时空地理加权回归的拟合精度。(3)基于路网距离约束的时空地理加权回归模型,结合北京市房产信息对北京市房价影响因素进行非平稳性检验,验证了北京市房价数据具有时空非平稳性,并结合各影响因素回归系数,对其时空变化规律进行分析和解释。

关键词：房价时空地理加权回归路网距离时空非平稳性

基于时空地理加权回归模型估算近地面NO2浓度

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基于时空地理加权回归模型估算近地面NO2浓度

作者：饶兰兰中国矿业大学

学位级别：硕士

我国空气污染形势日益严峻,严重影响到人体健康,NO是大气中重要的污染物,关系到光化学烟雾,酸沉降以及大气臭氧变化,我国环境保护部已经在全国建立了1497个站点来监测城市污染物浓度,NO已经作为空气质量监测的日常项目之一。近地面NO浓... 详细信息

我国空气污染形势日益严峻,严重影响到人体健康,NO是大气中重要的污染物,关系到光化学烟雾,酸沉降以及大气臭氧变化,我国环境保护部已经在全国建立了1497个站点来监测城市污染物浓度,NO已经作为空气质量监测的日常项目之一。近地面NO浓度与人体健康息息相关,站点观测数据代表性有限,不适于进行大尺度的研究,目前卫星观测NO已经有了科学的理论基础和成熟的算法,借助卫星观测数据研究不同尺度的NO变化是一个有效方法。本文利用2013年5月-2014年4月OMI NO L2级对流层垂直柱浓度数据,WRF气象数据和近地面NO浓度观测数据,分析了我国东部NO对流层柱浓度、气象因素与近地面NO浓度之间的关系,运用时空地理加权回归(GTWR)模型,采用自适应带宽,估算了近地面NO浓度,并与普通线性回归(OLR)模型、地理加权回归(GWR)模型、时间加权(TWR)回归模型的估算结果进行对比,基于GTWR模型计算了各省份的人口加权NO浓度年均值,发现:1)GTWR模型估算的近地面NO浓度与地面观测值的相关性最好(R2=0.6),误差最小;2)TWR模型估算精度较GWR估算精度较好,说明NO柱浓度与近地面浓度之间关系的时间异质性大于空间异质性;3)GTWR模型精度有明显的季节差异和空间差异,冬季估算结果与观测结果相关性最好,夏季最差,秋季用柱浓度与地面浓度之间的相关性最好;4)与NO算术年均值相比,人口加权NO浓度年均值更能表现NO污染对人口的影响,京津冀地区、陕西、河南、山东人口加权NO浓度年均值较大,中国东部大部分省份都不同程度受NO污染影响。本文介绍了另外三种估算近地面浓度的方法:插值方法、神经网络方法、大气化学模式WRF-Chem模拟。1)插值方法比较简单,能够获得近地面NO的空间分布,但在缺少观测点的空白区域,估算结果准确度较小;2)神经网络方法的估算结果比OLR模型好,但比GTWR模型差;3)WRF-Chem能够模拟出近地面NO浓度和NO垂直分布,通过计算可以得到对流层NO柱浓度,NO的垂直分布存在明显的季节差异和空间差异,WRF-Chem模拟出的近地面NO浓度和NO柱浓度与站点观测的近地面NO浓度有一定的相关性(R2分别为0.23,0.17),但相关性较小。

关键词：近地面NO2浓度时空地理加权回归 OMI 中国东部

基于时空地理加权回归模型的滨江空间活力影响因素探究 ——以上海黄浦江滨江空间为例

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基于时空地理加权回归模型的滨江空间活力影响因素探究 ——以上...

作者：罗梦麟东南大学

学位级别：硕士

滨江空间作为城市的重点发展片区,也作为承载众多活动的开放空间,是城市中兼具自然特征与人工特征的区域。城市滨江空间的建设发展对自然环境的恢复、城市功能发展、社会公共效益等方面有都有着重要的作用。因此,城市滨江地区的研究已... 详细信息

滨江空间作为城市的重点发展片区,也作为承载众多活动的开放空间,是城市中兼具自然特征与人工特征的区域。城市滨江空间的建设发展对自然环境的恢复、城市功能发展、社会公共效益等方面有都有着重要的作用。因此,城市滨江地区的研究已成为学界的一大研究热点。然而,在过去快速的城市化中,由于对空间品质的忽视,在长期生产性功能占据的情况下,滨江空间缺乏合理的规划与设计,导致其利用效率和活力不足;同时由于传统的调查研究方法对于范围广大的滨江空间而言,无法深入量化分析,多是基于经验总结和观察归纳,难以科学地提出影响其活力强度的相关因素和机制,因此缺少对于提升滨江活力的具体方法和策略依据。近年来,大数据在互联网逐步普及发展下,获得了快速的发展,并与社会生活紧密联系,有关学者认为大数据研究为解决城市问题提供了新的切入点。在城市滨江空间方面,也有学者将滨江活力及选取的影响要素通过收集上来的大数据进行量化转译,并通过相关性回归分析对两者的相关性进行探究,但结论集中于对调研范围全局进行研究,未考虑时空异质性,缺乏对于不同区段、不同地理位置以及不同时间段的内在影响作用规律的研究。因此,本文尝试从时间和空间两个维度更深入地探究活力及其影响因素的作用机制和强度变化。并基于两者之间内在的特点与联系,探索提升滨江空间活力和使用效果的规划设计策略。本文以上海市黄浦江滨江区域为研究样本,基于百度热力图数据、城市兴趣点数据、城市路网数据等新兴的多源大数据,结合传统大量的实地调研,研究了黄浦江主要区段整体及局部区段两岸空间的活力模式特征,并利用时空地理加权回归模型从两个层面分别探究了滨江空间外部空间环境要素与内部空间结构对活力的影响。主要研究如下:在整体层面,使用数据挖掘方法,对于获取的百度热力度数据进行纠偏与清洗,以其在计算单元内的等级作为黄浦江滨水空间的活力强度表征,并可视化分析整体范围活力在时间和空间维度的模式特征与变化规律;再者基于以往研究和可获取各类大数据的基础上,提出了一个可行的包括建设密度、功能多样性、可达性以及生态性等因素的滨江空间活力影响因素指标体系,并对滨江空间活力时空分布特征与影响要素进行时空地理加权回归相关分析,量化评价了各要素对滨水空间活力的影响程度大小和时空差异;在局部层面,通过实际走访航拍和问卷调研,将更小精度的时空数据与传统数据结合起来,同时也将主观和客观结合起来,统计分析了具有代表性的局部滨江空间的活力特征,从微观角度具体研究了滨江区域的活力类型及分布情况等,同样也探究了微观层面内部结构要素对于活力的影响机制。研究主要得出以下结论:从滨江空间活力本身上看,变化情况具有明显的时空规律性。时间上,工作日清晨和傍晚的活动类型更加丰富,且活力值从早上逐步提升,到工作时间后维持在一定的水平,而在周末,整体活动强度提升较工作日延后,中午过后活力值有显著地增加,且平均峰值较工作日更大;空间上,城市中心区域和一些开发较为成熟的区域活力值普遍较大,同时一些有特色的滨江段区域也有较高的活力。从影响滨江空间活力的影响因素上看,建筑密度、功能多样性以及可达性对于活力总体上起到较为积极的作用,而生态性指标起到的作用呈现出二元化的趋势,说明滨江区域的公共服务和建设完成度对于人流的集聚是有促进作用的,应加强滨江区域功能混合多样且适度地开发,同时应注重步行和公共交通可达性的建设,单纯注重绿色生态而忽视必要的人工环境塑造反不利于实际的使用以及活力的塑造。对于其他大部分指标而言,在重点区段也即城市中心区域相关因子对活力的驱动作用最大,这种影响从外部到中心逐渐减少。同样的,在活动的高峰时段,比如周末以及工作日的正午到傍晚时分,影响力的大小都会显著大于其他时间段,这意味着与建筑环境特征和城市活力相关的变量在整个研究区域内呈现出显著的时空变化,证明了这些变量与城市滨水区城市活力之间的时空非平稳关系。本文基于时空异质性的视角提出一种解析不同区域、不同时段城市滨江空间活力影响要素作用的量化研究方法,并试图探讨出背后的内在逻辑。根据典型滨江空间的研究结果,以期从多个维度寻求改善提升滨江活力直接有效的解决途径,并结合整体与重点局部区段两个层面为未来滨江空间规划设计与管理提出相关措施与参考建议。

关键词：滨江空间城市活力多源数据时空异质性时空地理加权回归