空間的自己相関分析(Spatial Autocorrelation(Global Moran's I)) (空間統計解析)
サマリ
Global Moran's I 統計を使用してフィーチャの位置と属性値に基づいて、空間的自己相関を計測します。
[結果] ウィンドウからツールのこのツールの結果(オプションのレポート ファイルを含む)にアクセスできます。バックグラウンド処理を無効にすると、結果は [進行状況] ダイアログ ボックスにも書き込まれます。
[空間的自己相関分析(Spatial Autocorrelation(Global Moran's I))] ツールの詳細
図
使用法
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[空間的自己相関分析(Spatial Autocorrelation(Global Moran's I))] ツールは値を 5 つ返します。Moran I インデックス、期待されるインデックス、分散、Z スコア、p 値です。これらの値は、[結果] ウィンドウからアクセス可能であり、モデルまたはスクリプトでの潜在的な用途のために、出力値としても渡されます。オプションとして、このツールは結果の概要図を持つ HTML ファイルを作成します。[結果] ウィンドウで HTML ファイルをダブルクリックすると、デフォルトのインターネット ブラウザに HTML ファイルが開きます。結果ウィンドウでメッセージ エントリを右クリックして [表示] を選択すると、[メッセージ] ダイアログ ボックスに結果が表示されます。このツールをフォアグラウンドで実行すると、出力値が進捗ダイアログ ボックスにも表示されます。
注意:- このツールがカスタム モデル ツールの一部である場合、このツールを実行する前に HTML リンクをモデル パラメータとして設定すると、HTML リンクは [結果] ウィンドウのみに表示されるようになります。
- HTML グラフィックスを最適に表示するには、モニタを 96 DPI に設定します。
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このツールは、フィーチャの集合と関連付けられた属性に対して、明示的なパターンがクラスタ化するか、分散するか、不規則かを評価します。Z スコアまたは p 値が統計的に有意であると、正の Moran's I インデックス値はクラスタ化傾向を示し、負の Moran's I インデックスは分散傾向を示します。
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このツールは、帰無仮説を否定できるかどうかを示す Z スコアと p 値を計算します。この場合、帰無仮説は、フィーチャ値が分析範囲にランダムに分布しているというものです。
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Z スコアは、無作為化帰無仮説計算に基づいています。Z スコアの詳細については、「Z スコアと p 値」をご参照ください。
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入力フィールドにはさまざまな値を含めなくてはなりません。この統計計算では、分析する変数に変異が存在する必要があります。たとえば、入力値がすべて 1 の場合、解は存在しません。このツールを使用してインシデント データの空間パターンを分析する場合は、インシデント データの集約を検討してください。[最適化ホット スポット分析(Optimized Hot Spot Analysis)] を使用して、インシデント データの空間パターンを分析することもできます。
注意:インシデント データは、イベント(犯罪、交通事故など)またはオブジェクト(樹木、店舗など)を表すポイントです。これらのポイントでは、各ポイントに関連付けられて測定される属性ではなく、インシデント データの有無に焦点が当てられます。
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[入力フィーチャクラス] が投影されていない場合(つまり、座標が、度、分、および秒で与えられた場合)、または出力座標系が地理座標系に設定された場合、弦の測定値を使用して距離が計算されます。少なくとも互いに約 30°の範囲内のポイントに対して、すばやく計算することができ、真の測地距離の非常に優れた推定値が得られるため、弦距離の測定値が使用されます。弦距離は、地球の真の扁平楕円体形状ではなく、球体に基づいて計算されます。地球の表面上の 2 点が与えられた場合、2 点間の弦の距離は、3 次元の地球内部を通過して 2 点を接続するラインの長さになります。弦距離は、メートル単位でレポートされます。
注意:分析範囲が 30°を越えて広がる場合、必ずデータを投影変換してください。30°を超える場合、弦距離は測地距離の良好な推定値にはなりません。
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弦距離を解析で使用するときに、[距離バンドまたは距離の閾値] パラメータを指定する場合、メートル単位で指定する必要があります。
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ArcGIS 10.2.1 より前は、選択したパラメータおよび環境設定によって、地理座標(度、分、秒)を使用して計算が実行される場合、警告メッセージが表示されていました。この警告は、距離の計算を正確に行うために、投影座標系にデータを投影変換することを薦めるメッセージでした。このツールは、10.2.1 以降、地理座標計算が必要なときに、必ず弦距離を計算するようになりました。
注意:この変更のため、モデルが ArcGIS 10.2.1 よりも前に作成された場合、およびモデルにハードコードされた地理座標系パラメータ値が含まれている場合、このツールを組み込んだモデルの変更が必要になる可能性が、わずかにあります。たとえば、距離パラメータが 0.0025°のように設定されている場合、その固定値を度からメートルに変換し、モデルを再保存する必要があります。
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このツールでは、必要に応じて結果を要約している HTML ファイルを作成することもできます。HTML ファイルは、カタログ ウィンドウに自動的に表示されません。HTML ファイルをカタログに表示するには、ArcCatalog アプリケーションを開き、[カスタマイズ] メニュー オプションを選択し、[ArcCatalog オプション] をクリックし、[ファイル タイプ] タブを選択します。[新規タイプ] ボタンをクリックし、[ファイル拡張子] に [HTM] を指定します。
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ライン フィーチャとポリゴン フィーチャの場合は、距離の計算にフィーチャの重心が使用されます。マルチポイント、ポリライン、または複数のパートを持つポリゴンの場合は、すべてのフィーチャ パートの加重平均中心を使用して重心が計算されます。加重は、ポイント フィーチャの場合は 1、ライン フィーチャの場合は長さ、ポリゴン フィーチャの場合は面積です。
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[空間リレーションシップのコンセプト] パラメータの選択には、解析対象のフィーチャ間の固有のリレーションシップが反映されている必要があります。フィーチャの空間相互作用をより現実的にモデリングできればできるほど、結果はより正確になります。推奨事項については「空間リレーションシップのコンセプトの選択: ベスト プラクティス」で説明しています。次に、別のヒントをいくつか紹介します。
- FIXED_DISTANCE_BAND
デフォルトの [距離バンドまたは距離の閾値] は各フィーチャが少なくとも 1 つ近傍フィーチャを持つことを保証します。これは重要なことです。多くの場合このデフォルトは解析に使用する最も適切な距離ではありません。分析で適切な尺度(距離バンド)を選択する詳細については、「固定距離バンドの値の選択」で説明しています。
- INVERSE_DISTANCE または INVERSE_DISTANCE_SQUARED
[距離バンドまたは距離の閾値] パラメータにゼロを入力すると、すべてのフィーチャが他のすべてのフィーチャの近隣フィーチャと見なされます。このパラメータを空白のままにしておくと、デフォルトの距離が適用されます。
距離のウェイトが 1 未満の場合は、反転したときに不安定になります。そのため、距離の 1 単位未満に分割されたフィーチャのウェイトは、1 に設定されます。
逆距離オプション(INVERSE_DISTANCE、INVERSE_DISTANCE_SQUARED、または ZONE_OF_INDIFFERENCE)では、ゼロ除算を回避するために、一致する 2 つのポイントにウェイト 1 が与えられます。これによりフィーチャが分析から除外されないことが保証されます。
- FIXED_DISTANCE_BAND
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時空間リレーションシップなど、[空間リレーションシップのコンセプト] パラメータの追加オプションは、[空間ウェイト マトリックスの生成(Generate Spatial Weights Matrix)] または [ネットワーク空間ウェイトの生成(Generate Network Spatial Weights)] ツールを使用したときに利用できます。これらの追加オプションを利用するには、これらのいずれかのツールを使用して、解析の前に空間ウェイト マトリックス ファイルを生成します。[空間リレーションシップのコンセプト] パラメータの場合は、GET_SPATIAL_WEIGHTS_FROM_FILE を選択し、[ウェイト マトリックス ファイル] パラメータの場合は、作成した空間ウェイト ファイルへのパスを指定します。
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マップ レイヤを使用して、入力フィーチャクラスを指定できます。解析対象として指定したレイヤの中で何らかのフィーチャが選択されている場合、選択されているフィーチャだけが解析の対象となります。
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ウェイト マトリックス ファイルに「SWM」拡張子を付けると、このツールは [空間ウェイト マトリックスの生成(Generate Spatial Weights Matrix)] または [ネットワーク空間ウェイトの生成(Generate Network Spatial Weights)] ツールを使用して生成された空間ウェイト マトリックス ファイルを想定します。それ以外の場合、ツールは ASCII 形式の空間ウェイト マトリックス ファイルを想定します。場合によっては、使用する空間ウェイト マトリックス ファイルのタイプに応じて振舞いが変わります。
- ASCII 形式の空間ウェイト マトリックス ファイル:
- ウェイトはそのまま使用されます。フィーチャ対フィーチャのリレーションシップがない場合は、ゼロとして扱われます。
- ウェイトについて行の標準化を行うと、選択セットの解析で正しい結果は得られません。選択セットで解析を実行する必要があるときは、ASCII データをテーブルに読み込み、[空間ウェイト マトリックスの生成(Generate Spatial Weights Matrix)] ツールで CONVERT_TABLE オプションを使用して、ASCII 空間ウェイト ファイルを SWM ファイルに変換します。
- SWM 形式の空間ウェイト マトリックス ファイル:
- ウェイトについて行の標準化を行うと、ウェイトは選択セットに対して再標準化されます。そうでない場合、ウェイトは、そのまま使用されます。
- ASCII 形式の空間ウェイト マトリックス ファイル:
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ASCII 形式の空間ウェイト マトリックス ファイルで解析を実行すると、多くのメモリが消費されます。5,000 を超えるフィーチャの解析で、ASCII 形式の空間ウェイト マトリックス ファイルを SWM 形式ファイルに変換する場合を考えます。まず、ASCII ウェイトを Excel などに読み込んで表形式にします。次に、[空間ウェイト マトリックスの生成(Generate Spatial Weights Matrix)] ツールを、[空間リレーションシップのコンセプト] パラメータに CONVERT_TABLE を使用して、実行します。出力は、SWM 形式の空間ウェイト マトリックス ファイルになります。
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ポリゴン フィーチャの場合は、ほぼ常に[行を標準化] パラメータに [行] を選択することができます。[行の標準化] を行うと、解析対象の変数の実際の空間分布を反映するのではなく、各フィーチャの近傍の数が集約方式またはサンプリング プロセスの関数になるときに、偏りが緩和されます。
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このツールのパラメータの詳細については、「空間関係のモデリング」のヘルプ トピックをご参照ください。
ArcGIS 10 では、オプションのグラフィカルな出力は自動的に表示されません。その代わりに、結果を要約した HTML ファイルが作成されます。結果を表示するには、[結果] ウィンドウで HTML ファイルをダブルクリックします。ArcGIS 10 より前に作成された、このツールを使用するカスタム スクリプトまたはモデル ツールは、再構築することが必要になる場合があります。カスタム ツールを再構築するには、カスタム ツールを開いて、[出力結果をグラフィックスで表示] パラメータを削除し、再び保存します。
このツールを実行すると、メモリ不足が発生する可能性があります。これは一般に、[空間リレーションシップのコンセプト] と [距離バンドまたは距離の閾値] を選択したときに、フィーチャが非常に大量の近傍フィーチャを持つ結果となって発生します。一般に、すべてのフィーチャが数千個の近傍を持つような空間リレーションシップを定義しようとは思いません。すべてのフィーチャが少なくとも 1 つ近傍を持ち、ほぼすべてのフィーチャが少なくとも 8 つの近傍を持つことが理想です。
シェープファイルを使用するときは、NULL 値を格納できないため、注意が必要です。シェープファイル以外の入力からシェープファイルを作成するツールまたはその他の方法では、NULL 値がゼロとして格納または解釈される場合があります。場合によっては、NULL 値はシェープファイルに非常に大きな負の値として格納されます。この場合、予期せぬ結果に至ることがあります。詳細については、「ジオプロセシングでのシェープファイル出力の注意事項」をご参照ください。
構文
パラメータ | 説明 | データ タイプ |
Input_Feature_Class |
空間的自己相関が計算されるフィーチャクラスです。 | Feature Layer |
Input_Field |
空間的自己相関の評価時に使用される数値フィールドです。 | Field |
Generate_Report (オプション) |
| Boolean |
Conceptualization_of_Spatial_Relationships |
フィーチャ間の空間リレーションシップをどのようにコンセプト化するかを指定します。
| String |
Distance_Method |
各フィーチャから隣接フィーチャまでの距離の計算方法を指定します。
| String |
Standardization |
行の標準化が推奨されるのは、サンプリングの設計や指定された集約方式によってフィーチャの分布が偏る可能性があるときです。
| String |
Distance_Band_or_Threshold_Distance (オプション) |
[INVERSE_DISTANCE] オプションおよび [FIXED_DISTANCE_BAND] オプションの場合、ここで閾値を指定します。ターゲット フィーチャに対して指定したカットオフの外側のフィーチャは、そのフィーチャの解析では除外されます。[ZONE_OF_INDIFFERENCE] オプションの場合、ここで指定した閾値内にあるフィーチャの影響は等しく考慮され、閾値外にあるフィーチャの影響は距離に伴って減少します。入力する距離値は、出力座標系の値に一致している必要があります。 空間リレーションシップの逆距離のコンセプトの場合、値 0 は閾値の距離が適用されないことを示します。このパラメータを空白のままにすると、デフォルトの閾値が計算され、適用されます。このデフォルト値はユークリッド距離であり、すべてのフィーチャに 1 つ以上の隣接フィーチャがあることが保証されます。 空間コンセプトとして [POLYGON_CONTIGUITY] または [GET_SPATIAL_WEIGHTS_FROM_FILE] を選択した場合、このパラメータは効力を持ちません。 | Double |
Weights_Matrix_File (オプション) |
フィーチャ間の空間リレーションシップ、および潜在的に時系列のリレーションシップを定義するウェイトが含まれたファイルへのパス。 | File |
コードのサンプル
次の Python ウィンドウ スクリプトは SpatialAutocorrelation(空間的自己相関分析)ツールを使用する方法を示しています。
import arcpy
arcpy.env.workspace = r"c:\data"
arcpy.SpatialAutocorrelation_stats("olsResults.shp", "Residual","NO_REPORT",
"GET_SPATIAL_WEIGHTS_FROM_FILE","EUCLIDEAN DISTANCE",
"NONE", "#","euclidean6Neighs.swm")
次のスタンドアロン Python スクリプトは SpatialAutocorrelation(空間的自己相関分析)ツールを使用する方法を示しています。
# Analyze the growth of regional per capita incomes in US
# Counties from 1969 -- 2002 using Ordinary Least Squares Regression
# Import system modules
import arcpy
# Set the geoprocessor object property to overwrite existing outputs
arcpy.gp.overwriteOutput = True
# Local variables...
workspace = r"C:\Data"
try:
# Set the current workspace (to avoid having to specify the full path to the feature classes each time)
arcpy.workspace = workspace
# Growth as a function of {log of starting income, dummy for South
# counties, interaction term for South counties, population density}
# Process: Ordinary Least Squares...
ols = arcpy.OrdinaryLeastSquares_stats("USCounties.shp", "MYID",
"olsResults.shp", "GROWTH",
"LOGPCR69;SOUTH;LPCR_SOUTH;PopDen69",
"olsCoefTab.dbf",
"olsDiagTab.dbf")
# Create Spatial Weights Matrix (Can be based off input or output FC)
# Process: Generate Spatial Weights Matrix...
swm = arcpy.GenerateSpatialWeightsMatrix_stats("USCounties.shp", "MYID",
"euclidean6Neighs.swm",
"K_NEAREST_NEIGHBORS",
"#", "#", "#", 6)
# Calculate Moran's I Index of Spatial Autocorrelation for
# OLS Residuals using a SWM File.
# Process: Spatial Autocorrelation (Morans I)...
moransI = arcpy.SpatialAutocorrelation_stats("olsResults.shp", "Residual",
"NO_REPORT", "GET_SPATIAL_WEIGHTS_FROM_FILE",
"EUCLIDEAN_DISTANCE", "NONE", "#",
"euclidean6Neighs.swm")
except:
# If an error occurred when running the tool, print out the error message.
print arcpy.GetMessages()
環境
- 出力データの座標系
フィーチャ ジオメトリは分析に先立って出力座標系に投影されます。すべての数学的演算は、出力座標系の空間参照に基づいて実行されます。[出力データの座標系] が度、分、および秒に基づく場合、測地距離は弦距離を使用して推定されます。