Assessing Quality of Spatial Models Using the Structural Similarity Index and Posterior Predictive Checks

Model assessment is one of the most important aspects of statistical analysis. In geographical analysis, models represent spatial processes, where variability in mapped output results from uncertainty in parameter estimates. Slight spatial misalignments can cause inflated error scores when comparing maps of observed and predicted variables using traditional error metrics at the level of individual spatial units. We conceptualize spatial model assessment as a continuous value map comparison problem and employ methods from image analysis to score model outputs. The structural similarity index, a measure that attempts to replicate the human visual system using a local region approach, is used as an exploratory map comparison statistic. The measure is implemented within a Bayesian spatial modeling framework as a discrepancy measure in a posterior predictive check of model fit. Results are reported for simulation studies representing a variety of spatial processes in a spatial and space–time context. A case study of rainfall mapping in Sri Lanka demonstrates the proposed methodology applied to assessment of Bayesian kriging interpolations. Both simulation studies as well as the case study demonstrate that the approach reveals hidden spatial structure not uncovered by traditional methods. The spatially sensitive assessment methodology provides a diagnostic tool to support spatial modeling and analysis. La evaluación de modelos es uno de los aspectos más importantes de análisis estadístico. En el análisis geográfico, los modelos representan procesos espaciales en los que la variabilidad en los outputs es el resultado de la incertidumbre en los parámetros estimados. Leves desajustes espaciales pueden inflar los valores de error en la comparación entre los mapas de las observaciones y los mapas de las predicciones de las variables si es que se usan medidas tradicionales de medición de error al nivel de unidades espaciales individuales. Los autores conceptualizan la evaluación de modelos espaciales como un problema de comparación mapas de valor continuo y emplea métodos de análisis de imágenes para cuantificar los resultados del modelo. Se utiliza el índice de similitud estructural (SSIM), una medida que intenta replicar el sistema visual humano utilizando un enfoque de región local, como técnica de exploratoria comparación estadística de mapas. El índice es implementado dentro de un marco de modelización espacial bayesiano como medida de discrepancia en la comprobación posterior de predicción del desempeño del modelo. Los resultados se presentan para varios casos de simulación que representan una serie de procesos espaciales en un contexto espacio‐temporal y espacial. Un estudio de caso de mapeo de lluvias en Sri Lanka sirve como demostración de la metodología propuesta y su aplicación a la evaluación de las interpolaciones tipo krigeage (kriging) bayesianas. Tanto los estudios de simulación, así como el estudio de caso demuestran que el enfoque propuesto revela la estructura espacial oculta no evidenciada por métodos tradicionales. La metodología de evaluación espacialmente sensible que se presenta en este artículo proporciona una herramienta de diagnóstico para apoyar la elaboración de modelos y análisis espacial. 模型评估是统计分析中最为重要的内容之一。在地理分析中用模型表达空间过程,参数估计的不确定性会导致地图输出结果的可变性。当采用传统误差指标度量,在个体空间单位水平上进行观测和预测变量的地图比较时,微小的空间错位就可能导致误差的倍增。为此,本文通过将空间模型评估指标概念化为一个连续值图比较问题,并利用图像分析方法来评定模型输出。一种尝试以局域方法仿制人类视觉系统的度量指标——结构相似指数(SSIM),被用作为探索性地图的比较统计量。在贝叶斯空间模型框架下实现其量算,并将其作为一个偏差度量应用于模型拟合的后预测校验。仿真研究的结果显示出空间及时空环境下多类空间过程。以斯里兰卡降雨过程图为案例,展示了上述方法对贝叶斯克里格插值的准确性评估。仿真研究与实证结果均证明本文提出的方法可揭示以往传统方法掩盖的空间结构特征,空间敏感性评价为本研究的空间建模和分析提供了一个诊断工具。     

A Spatiotemporal Analysis of Groundwater Level Changes in Relation to Urban Growth and Groundwater Recharge Potential for Waukesha County,Wisconsin

The main objective of this study was to analyze spatially and temporally groundwater level changes using geographic information systems and spatial analysis with respect to urban development, groundwater withdrawal, and groundwater recharge potential. The study focused on Waukesha County in southeastern Wisconsin, where urban development has been accelerating while groundwater has been declining over the last several decades. We analyzed data about groundwater withdrawal, groundwater level, land use/land cover, and precipitation utilizing correlation analysis, geographically weighted regression, land use change analysis, and map overlay. Our findings include the following: the extent of urban areas expanded faster in regions with high recharge potential than in those with low or moderate recharge potential; the correlation of urban growth with groundwater level is highly variable over time and space; and changes in groundwater level are strongly related to the spatial distribution of groundwater withdrawal. The study pinpointed the need to consider the spatial unevenness of groundwater withdrawal in understanding the changes in groundwater level and groundwater recharge potential for better management of groundwater resources. Un análisis espacio‐temporal de los cambios de nivel de aguas subterráneas en relación con el crecimiento urbano y de las aguas subterráneas de recarga para el Condado de Waukesha, Wisconsin El objetivo principal de este estudio es analizar espacial y temporalmente los cambios del nivel de aguas subterráneas utilizando sistemas de información geográfica (SIG) y análisis espacial con respecto al desarrollo urbano, la extracción de agua subterránea, y el potencial de recarga. El área de estudio es el condado de Waukesha, en el sureste de Wisconsin, donde el desarrollo urbano se ha acelerado mientras que las aguas subterráneas han disminuido en las últimas décadas. Se analizaron los datos sobre la extracción y nivel de aguas subterráneas, la cobertura vegetal/uso del suelo, y la precipitación utilizando un análisis de correlación, una regresión ponderada geográficamente (geographically weigted regression ‐GWR), un análisis de cambio de uso del suelo, y la superposición de mapas (map overlay). Los resultados muestran que: (1) la extensión de las zonas urbanas se incrementó más rápidamente en regiones con alto potencial de recarga que en áreas con potencial de recarga de bajo o moderado; (2) la correlación entre el crecimiento urbano y el nivel de aguas subterráneas es muy variable tanto temporal como espacialmente; y, (3) los cambios en el nivel de aguas subterráneas están fuertemente relacionados con la distribución espacial de las actividades de extracción del recurso. El estudio identificó la necesidad de considerar la irregularidad del patrón espacial de la extracción de aguas subterráneas con el fin de mejorar la comprensión de los cambios en el nivel y el potencial de recarga y así promover una mejor gestión de los recursos hídricos subterráneos. 本研究主要目的在于通过地理信息系统(GISs)和空间分析的时空视角,对城市发展的地下水水位变化,地下水开采和地下水潜在补给进行分析。本文研究区为威斯康星州东南部的沃基肖县,该区在过去近几十年里城市快速增长而地下水急剧减少。通过地下水开采、地下水水位、LUCC（土地利用/土地覆盖LULC）和降水的数据分析,采用方法包括相关分析、地理加权回归模型（GWR）、土地利用变化分析和地图叠加分析。研究结果包括：（1）高地下水补给的城市地域范围的扩大幅度快于中等或低补给地区;（2）城市增长与地下水水位的相关性在时间和空间上是高度变化的;（3）地下水开采的空间分布与地下水位的变化呈强相关。研究精确地指出,为更好管理地下水资源,在理解地下水位变化和地下水潜在补给时需考虑地下水开采的空间不均匀。     

Nonparametric Estimation of the Spatial Connectivity Matrix Using Spatial Panel Data

We use moments from the covariance matrix for spatial panel data to estimate the parameters of the spatial autoregression model, including the spatial connectivity matrix W. In the unrestricted spatial autoregression model, the parameters are underidentified by one when W is symmetric. We show that a special case exists in which W is asymmetric and its parameters are exactly identified. If the panel data are stationary and ergodic, spatially and temporally, the estimates of W and the spatial autoregression coefficients are consistent. Spatial panel data for house prices in Israel are used to illustrate this methodology. Los autores usan momentos de una matriz de covarianza para datos panel espaciales para estimar los parámetros del modelo de autoregresión espacial (spatial autoregressive model), incluyendo la matriz de conectividad (o de ponderación) espacial W. En el modelo de autoregresión espacial sin restricciones, los parámetros están sub‐identificados por un valor de uno en los casos que la matriz W es simétrica. Los autores demuestran que existe un caso especial en el cual la matriz W es asimétrica y sus parámetros tienen cálculo exacto. Si los datos panel son estacionarios y ergódicos, espacial y temporalmente, los estimados de W y el coeficiente de autoregresión espacial son consistentes. Para ilustrar la metodología propuesta, los autores usan datos‐panel espaciales de precios de vivienda en Israel. 本文通过采用空间面板数据的协方差矩阵对包含空间相关矩阵W的空间自回归模型进行参数的矩估计。在无约束空间自回归模型中,W是对称矩阵时,参数可由其估计得到。本文展示了一种W是对称矩阵且其参数能够被精确估计的特殊情况。如果面板数据在时间与空间特征上具有平稳性和遍历性,那么W和空间自回归参数的估计是一致的。最后,针对以色列住房价格的空间面板数据采用此方法进行实证研究。     

Do Spatial Interdependencies Matter in Italian Regional Specialization?

This article summarizes and evaluates the effects of spatial interdependencies in Italian regional specialization over the period 1995–2006. First, we perform an exploratory spatial data analysis (ESDA), and then we estimate a spatial panel data model built according to the new economic geography theory. ESDA reveals positive spatial interdependence overall and detects hot spots in the north and cold spots in the south for all sectors, but agriculture shows the reverse. Similarly, an econometric investigation furnishes evidence of the presence of spillover effects, implying that the determinants of the specialization of a region influence its neighbors' specialization. Este artículo resume y evalúa los efectos de las interdependencias espaciales en la especialización regional italiana durante el período 1995–2006. En primer lugar, se realiza un análisis exploratorio de datos espaciales (Exploratory Spatial Data Analysis‐ESDA), y luego se estima un modelo de datos de panel espacial construido de acuerdo a la teoría de la nueva geografía económica (New Economic Geography‐NEG). ESDA revela la interdependencia espacial positiva global en los datos y detecta zonas de concentración de incidencia alta (hot spots) en los el norte y zonas concentración de incidencia baja o nula (cold spots) en el sur para todos los sectores económicos excepto el caso de la agricultura. Del mismo modo el estudio realiza un análisis econométrico que demuestra la presencia de efectos de desbordamiento espacial (spillovers), lo cual implica que los factores determinantes de la especialización de una región influyen en la especialización de sus vecinos. 本文对1995‐2006年间意大利区域专业化的空间依赖性效果进行了总结和评价。首先进行了探索性空间数据分析（ESDA）,然后对根据新经济地理理论构建的一种空间面板数据模型进行了评价。ESDA揭示了全局的正向空间相互依赖性及北部热点区和南部冷点区的分布特征,但农业的分布特征却相反。同样地,一项计量经济调查提供了溢出效应存在的证据,同时表明了区域专业化的决定因素影响其邻近区域的专业化。     

Evaluating Polygon Overlay to Support Spatial Optimization Coverage Modeling

Minimizing costs and maximizing coverage are important goals in many planning contexts. These goals often necessitate an abstraction of a continuous demand region, resulting in potential errors when applying traditional coverage models. To reduce coverage errors caused by spatial abstraction, a number of spatial representation schemes have been proposed and applied. A new representation scheme using polygon overlay recently received much attention because potentially it can eliminate representation errors in coverage modeling. However, this overlay‐based approach is computationally challenging in terms of both the generation of demand units and the complexity of the resulting coverage model. This article investigates the operational and computational challenges of polygon overlay for delineating continuous demand in coverage models, an issue that has yet to be fully explored. We present a theoretical evaluation of the computational complexity associated with representation using polygon overlay in coverage modeling. Evaluations of two study regions provide empirical support for the computational complexity analysis. The analysis results provide insight regarding expected problem size and computational requirements if polygon overlay is relied upon to delineate demand unit boundaries in coverage modeling. La minimización de costos y la maximización de la cobertura espacial son objetivos importantes en muchos contextos de planificación. Estas metas a menudo requieren una abstracción de una región continua de demanda , dando lugar a posibles errores en la aplicación de modelos de cobertura tradicionales. Para reducir los errores de cobertura provocadas por la abstracción, la comunidad académica ha propuesto y aplicado una serie de esquemas de representación espacial. Recientemente un nuevo esquema de representación que utiliza la superposición de polígonos ha recibido mucha atención porque potencialmente puede eliminar los errores de representación en el modelado de la cobertura. Sin embargo, este enfoque es computacionalmente difícil, tanto en términos de la generación de unidades de demanda, como en la complejidad del modelo de cobertura resultante. Este artículo investiga los retos operacionales y de cómputo de la superposición de polígonos para delinear la región continua de demanda en los modelos de cobertura, un problema que aún no se ha explorado a fondo. Se presenta una evaluación teórica de la complejidad computacional asociada a la representación mediante superposición de polígonos en el modelado de cobertura espacial. Se presentan evaluaciones de dos regiones de estudio como apoyo empírico para el análisis de la complejidad computacional. Los resultados del análisis proporcionan información sobre el tamaño del problema esperado y los requerimientos computacionales en los casos en que el método de superposición de polígonos es usado para delinear límites de la región de demanda para el modelado de cobertura espacial 最小成本和最大区域覆盖是许多规划情境研究中的重要目标。实现这些目标通常需要对连续需求区域进行抽象,而这又会导致在应用传统覆盖模型时出现潜在误差。为减小由空间抽象引起的覆盖误差,已提出了一系列空间表达方案并得到应用。一种新型的利用多边形覆盖的表达方案,因其或可消除覆盖建模过程的表达误差,近来得到较多的关注。然而,这种基于覆盖的方法在需求单元生成与覆盖模型结果复杂性等方面面临着计算挑战。本文提出了一种在覆盖建模中采用多边形叠加表征的计算复杂度的理论评估方法。两个研究区域的评估为计算复杂度分析提供了经验支撑,如果在覆盖建模中多边形叠加依赖于描述需求单元边界时,该分析结果有助于深入考察预期问题规模大小及计算需求。     

Spatial and Scale‐Dependent Controls on North American Pan‐Arctic Minimum River Discharge

Spatial patterns of minimum monthly river discharge in the North American Pan‐Arctic and its potential controls are explored with geographically weighted regression (GWR). Minimum discharge is indicative of soil water conditions; therefore, understanding spatial variability of its controls may provide insights into patterns of hydrologic change. Here, GWR models are applied to determine a suitable combination of independent variables selected from a set of eight variables. A model specification with annual mean river discharge, temperature at time of minimum discharge, and biome describes well the spatial patterns in minimum discharge. However, minimum discharge in larger watersheds is influenced more by temperature and biome distributions than it is in small basins, suggesting that scale is critical for understanding minimum river discharge. This study is the first to apply GWR to explore spatial variation in Pan‐Arctic hydrology. Factores de control espaciales y dependientes de escala en las descargas fluviales mínimas de ríos Pan‐Articos en Norteamérica. El artículo explora los patrones espaciales de caudales fluviales mínimos mensuales la región pan‐ártica de Norteamérica y sus posibles factores de control haciendo uso de una regresión ponderada geográficamente (geographically weigted regression‐GWR). Los caudales mínimos son indicadores de las condiciones del agua en el suelo, y por lo tanto el entendimiento de la variabilidad espacial de los factores que los controlan puede ayudar a comprender los patrones de cambio hidrológico. En el presente estudio, varios modelos de tipo GWR son aplicados para determinar una combinación adecuada de variables independientes seleccionadas a partir de un conjunto de ocho variables. El modelo que utiliza la media anual media de descarga fluvial, la temperatura en el momento de caudal mínimo, y el bioma, proporciona una buena descripción de los patrones espaciales en la descarga mínima. Sin embargo, en las cuencas hidrográficas grandes, la descarga mínima está más influenciada por la temperatura y la distribución de los biomas que en el caso de cuencas más pequeñas, lo que sugiere que la escala es fundamental para entender la descarga mínima fluvial. Este estudio es el primero en aplicar GWR para comprender la variación espacial en la hidrología de la región pan‐ártica. 基于GWR（地理加权回归模型）对北美泛北极地区月份最小河流流量的空间模式和潜在控制进行研究。最小流量暗示水土条件;因此,理解空间分异及控制可深刻理解水文变化的模式。GWR可从8个变量中提取一组独立变量的适当组合。通过年均河流流量、最小流量时的温度和生物群落,来描述最小下泄流量的空间格局。在大范围流域中,最小流量受到温度和生物群落分布的影响大于在小规模的流域,揭示出在河流最小流量分析中尺度是非常重要的。本文首次将GWR应用于泛北极水文空间异质性分析。     

Exploratory Analysis of Polygons Distributed with Overlap

Spatial analysis often treats a set of polygons distributed with overlap in a region. Daily variation of the market area of a supermarket is represented by a set of overlapping polygons in geographic information systems and analyzed to grasp consumers' purchase behavior. The distribution of ethnic groups is also represented as a set of polygons, and relations among these polygons are discussed in cultural geography. To assist the exploratory analysis of polygons, this article proposes a new method of analyzing the relations among polygons. The method permits us to understand the entire structure of the relations among polygons and to detect local spatial patterns in these relations. The Hasse diagram and its extension are introduced to describe the topological structure of polygons. These tools are effective especially for describing hierarchical relations among polygons. The extension of the Hasse diagram also provides a means of classifying polygons, which is useful for discussing similarities and differences among them. The method is employed to analyze the results of an experiment in environmental psychology. Discussion focuses on technical soundness of and empirical findings obtained with the method. En análisis espacial, es común representar y analizar conjuntos de polígonos con traslapes en una región. La variación diaria de la zona de mercado de un supermercado, por ejemplo, es representada por medio de un conjunto de polígonos traslapados en un Sistema de Información Geográfico (GIS), el cual es analizado para comprender el comportamiento de compra de consumidores. La distribución de los grupos étnicos también es representada como un conjunto de polígonos, mientras que las relaciones entre dichos polígonos es abordado con conceptos de geografía cultural. Para apoyar al análisis exploratorio de los polígonos como éstos, los autores proponen un nuevo método de análisis de las relaciones entre polígonos. El método permite comprender toda la estructura de las relaciones entre polígonos y detectar patrones espaciales locales en estas relaciones. Los autores utilizan el diagrama de Hasse y proponen ciertas ampliaciones al método para describir la estructura topológica de polígonos. Estas herramientas son efectivas especialmente para la descripción de las relaciones jerárquicas entre los polígonos. La ampliación del diagrama de Hasse también proporciona un método para clasificar polígonos que es útil para tratar de similitudes y diferencias entre ellos. El método propuesto es empleado para analizar los resultados de un experimento en psicología ambiental. La discusión se centra en la solidez técnica y en los resultados empíricos obtenidos con el método. 空间分析通常将同个区域的一组多边形分布的图层进行叠加。在GIS系统中对一组超市市场区日常变化的多边形进行叠加分析可掌握消费者的购买行为。种族分布同样可由一组多边形表征,并可在文化地理学框架下进行这些多边形要素间的相关性分析。为支持多边形的探索性分析,本文提出了一种用于分析多边形间关系的新方法。该方法有助于理解多边形间关系的整体结构,并可探测局部空间格局。Hasse图及其扩展用于描述多边形的拓扑结构,对描述图层的层次关系尤为有效。Hasse图的扩展也提供了多边形分类的手段,这对于讨论它们之间的异同性是十分有效。最后,将该方法用于环境心理学试验结果的分析,讨论主要侧重于技术的合理性分析及从该方法得到的经验认识。     

A Spatial Autoregressive Poisson Gravity Model

In this article, a Poisson gravity model is introduced that incorporates spatial dependence of the explained variable without relying on restrictive distributional assumptions of the underlying data‐generating process. The model comprises a spatially filtered component—including the origin‐, destination‐, and origin‐destination‐specific variables—and a spatial residual variable that captures origin‐ and destination‐based spatial autocorrelation. We derive a two‐stage nonlinear least‐squares (NLS) estimator (2NLS) that is hetero‐scedasticity‐robust and, thus, controls for the problem of over‐ or underdispersion that often is present in the empirical analysis of discrete data or, in the case of overdispersion, if spatial autocorrelation is present. This estimator can be shown to have desirable properties for different distributional assumptions, like the observed flows or (spatially) filtered component being either Poisson or negative binomial. In our spatial autoregressive (SAR) model specification, the resulting parameter estimates can be interpreted as the implied total impact effects defined as the sum of direct and indirect spatial feedback effects. Monte Carlo results indicate marginal finite sample biases in the mean and standard deviation of the parameter estimates and convergence to the true parameter values as the sample size increases. In addition, this article illustrates the model by analyzing patent citation flows data across European regions. En el presente artículo, se introduce un modelo de gravedad Poisson, que incorpora la dependencia espacial de la variable explicada, sin apoyarse en presunciones de distribución restrictivas del proceso subyacente de generación de datos. El modelo comprende de un componente espacialmente filtrado, que incluye las variables de origen, destino y origen‐destino específico; y una variable espacial residual que captura la auto‐correlación espacial basada en el origen y destino. Se deriva del calculador (2NLS) de dos etapas no lineales de mínimos cuadrados (NLS), el cual es robusto en heterocedasticidad, y por ello controla el problema de sobre‐dispersión o baja‐dispersión (over and under dispersion), que a menudo se presenta en el análisis empírico de datos discretos; o, en el caso de de sobre‐dispersión, cuando se presenta la auto correlación espacial. Este calculador puede demostrar tener propiedades deseables para diferentes supuestos distribucionales, como los flujos observados un componente (espacialmente) filtrado, ya sea Poisson o binomial negativo. En nuestra especificación de modelo espacial auto regresivo (SAR), las estimaciones de los parámetros resultantes se pueden interpretar como los efectos de impacto total implícitos, definidos como la suma de efectos espaciales, directos o indirectos, de retroalimentación (feedback). Los resultados Monte Carlo indican sesgos marginales de muestras finitas en la media y la desviación estándar de los parámetros estimados, y la convergencia de los valores de los parámetros reales, a medida que aumenta el tamaño de muestra. Este artículo ilustra el modelo mediante el análisis de flujos de datos de citas de patentes, a través de las regiones europeas. 本文提出了一种蕴含空间依赖的泊松引力模型,该模型中解释变量无需依赖潜在数据生成过程的限制性分布假设。该模型由包含起点、终点、起点‐终点特定变量的空间滤波组分和空间残差变量组成,能捕捉到基于起点和终点的空间自相关。我们推导出一个二阶非线性最小二乘（NLS）估计（2NLS）,它对异方差具有鲁棒性,从而可控制对于离散或过离散数据经验性分析中经常出现的过离散和低离散问题。如果空间自相关存在,过离散数据分析就是一个例子。对于不同的分布假设,如或泊松分布或是负二项式分布的观测流或（空间）滤波组分,该估计量显示出令人满意的性能。在本文的空间自回归（SAR）模型设定中,参数估计结果可解释为隐含的全局影响效应,并可被定义为直接和间接的空间反馈效应之和。蒙特卡罗结果给出了参数估计中均值、标准差的临界有限样本偏差,且随样本量增大收敛于真正参数值。此外,本文基于欧洲地区专利引用的流数据进行了模型验证。     

Incorporating Spatial Dynamics and Temporal Dependency in Land Use Change Models

This article formulates an empirical discrete land use model within a spatially explicit economic structural framework for land use change decisions. The underlying framework goes beyond mechanistically fitting models for the spatial process of land use change to more closely link landowner decision behavior to land use patterns. At the same time, the article explicitly considers spatial spillover effects in the decisions of landowners of proximately located parcels. These spillover or peer influences may be due to strategic or collaborative partnerships between landowners, and can be associated with variables observable to the analyst (such as accessibility to city centers and market places) and variables unobservable to the analyst (such as perhaps soil quality and neighborhood attitudes/politics). In addition to spatial spillover effects, heterogeneity is also likely to exist in the decision‐making process of different landowners because of differential responsiveness to various signals relevant to decision making. This leads to correlation in land uses across time that is stationary for the same spatial unit. The article accommodates these technical considerations by formulating a random coefficients spatial lag discrete choice model using a fine resolution for the spatial unit of analysis. Time‐varying random effects are also considered to capture the effects of time‐varying unobserved factors (for instance, unobserved landowner attitudes regarding specific land uses may shift over time). The model is estimated using Bhat's maximum approximate composite marginal likelihood inference approach. The analysis is undertaken using the City of Austin parcel‐level land use database for multiple years (1995, 2000, 2003, and 2006). The estimation results indicate that proximity to highways and other roadways, distance from floodplains, parcel location in the context of existing development, and distance from schools are important determinants of land use. As importantly, the results provide very strong evidence of temporal dependency and spatial dynamics in land use decisions. There is also a suggestion that major highways may not only physically partition regions, but may also act as social barriers for didactic interactions among individuals. Este artículo presenta un modelo empírico discreto de uso de tierra dentro de un marco económico estructural espacialmente explícito para la toma de decisiones de cambio de uso de suelo. El marco utilizado por los autores va más allá del ajuste mecánico de modelos al proceso espacial de cambio de uso de suelo pues vincula más estrechamente el comportamiento y decisión del terrateniente a los patrones de uso observados. Al mismo tiempo, el estudio considera explícitamente los efectos espaciales de difusión en las decisiones de los propietarios de las parcelas cercanas. Esta difusión (spillover) o influencia de los pares puede deberse a alianzas estratégicas o de colaboración entre los terratenientes. También pueden estar asociadodos a variables observables (como la accesibilidad a los centros de las ciudades y plazas de mercado), así como a las variables no observables (por ejemplo, la calidad del suelo y las actitudes o tendencias políticas de los residentes). Además de los efectos de spillover, también es probable que exista heterogeneidad en el proceso de toma de decisiones de los diversos terratenientes, debido a su diferente capacidad de respuesta a las distintas señales que influencian la toma de decisiones. Esto conduce a que exista correlación en los usos del suelo a través del tiempo que es estacionaria para la misma unidad espacial. En el estudio todas las consideraciones técnicas mencionadas son tomadas en cuenta mediante la formulación de un modelo de elección discreta con rezago espacial con coeficientes aleatorios (random coefficients spatial lag discrete choice model) usando unidades espaciales de alta resolución. Para capturar los efectos de los factores no observados que varían temporalmente los autores utilizan efectos aleatorios (random effects) (por ejemplo, las actitudes de los terratenientes con respecto a usos específicos de tierras pueden cambiar con el tiempo). El modelo propuesto es estimado utilizando el enfoque inferencial de similitudes marginales de aproximaciones máximas compuestas de Bhat (2011) (maximum approximate composite marginal likelihood ‐MACML). El análisis se lleva a cabo usando una base de datos de a nivel de parcela base de uso de la tierra de la ciudad de Austin, Texas para varios años (1995, 2000, 2003 y 2006). Los resultados de la estimación indican que la proximidad a las autopistas y otras carreteras, la distancia de las llanuras de inundación, la ubicación de parcela en el contexto del desarrollo urbano existente, y la distancia a las escuelas, son factores importantes para el uso de suelo. Adicionalmente, los resultados proporcionan evidencia muy clara de la dependencia temporal y la dinámica espacial en las decisiones de uso de suelo. El estudio también sugiere que las carreteras principales dividen las regiones no sólo físicamente, sino que también pueden actuar como barreras sociales para las interacciones entre los individuos. 本文提出了土地利用变化决策下空间经济结构框架的一种经验离散土地利用模型。土地利用变化的空间过程与土地所有者决策行为更为紧密连接的土地利用模式,使得潜在的框架超出已有拟合模型。同时,本文明确认为毗邻地块区位在地主决策中具有空间溢出效应。这种溢出或对等效应可能源于与地主有战略上或合作伙伴的关系,并且这种效应分为分析中可测的变量关联（如城市中心和市场区的可达性）和不可测的变量关联（如可能为土地质量和邻居态度/政策）两种。除空间溢出效应,异质性也可能存在于不同地主决策制定的过程中,因为多种信号的不同响应与决策制定相关。这种异质性导致了土地利用在相同空间单元时间演化过程中的相关性是平稳的。本文在理解这些含义的基础上对此采纳的技术考虑是,通过利用随机高分辨率的空间滞后离散选择模型来分析空间单元。随时间变化的随机效应也被考虑用来捕获不可测的时变因子效应（如不可测的关于特殊土地利用的地主态度可能随时间改变）。本文的模型通过Bhat’s（2011）提出的近似最大联合边缘似然推断方法（MACML）进行估计。分析数据来源于奥斯汀市土地利用关于地块尺度多年的数据库（1995,2000,2003,2006）。估计结果表明,与高速公路和其它道路的近邻性,与洪泛平原的距离,现状开发条件下的地块区位,以及跟学校的距离对于土地利用模式的确定是非常重要的决定因素。同样重要的是,该结果为空间动力学与时间依赖性的土地利用决策提供了非常强的证据。本结果也显示主要高速公路不仅是区域分割的物质表征,而且在个体之间的交流中扮演着社会障碍的角色。     

Evaluation of a Spatial Relationship by the Concept of Intrinsic Spatial Distance

We propose the concept of intrinsic spatial distance (ISD) for the study of a spatial relationship between any two points in space. ISD is a distance measure that takes into account the separation of two points with respect to their physical and attribute closeness. We construct an algorithm to implement this concept as an ISD measurement. Based on the ISD concept, two points in space are related through a transitional path linking one to the other. As an ISD measurement decreases, the spatial relationship between two points becomes increasingly stronger. We argue theoretically and demonstrate empirically that the ISD concept is not predisposed in favor of the first law of geography, but directly considers variance of nearness in physical distance and attribute distance to derive the extent to which two points are spatially associated. Specifically, in single attribute cases, the information uncovered by an ISD measurement is more elaborate than that revealed by Moran's I, local Moran's I, and a semivariogram, giving a meticulous account of relatedness in both local and global contexts. The ISD concept is also sufficiently general to be used to study multiple attributes of relationships. Proponemos el concepto de distancia espacial intrínseca (intrinsic spatial distance ‐ISD) para el estudio de la relación espacial entre dos puntos en el espacio. La ISD es una medición de distancia que tiene en cuenta la separación de dos puntos con respecto a su cercanía física y de atributo. Construimos un algoritmo para aplicar este concepto y crear una medición ISD. De acuerdo con en el concepto ISD, dos puntos en el espacio están relacionadas a través de un camino de transición que los vincula uno al otro. A medida que la medición ISD disminuye, la relación espacial entre dos puntos se refuerza. Argumentamos teóricamente y demostramos empíricamente que el concepto ISD no está predispuesto a favor de la primera ley de la geografía (de Tobler), pero considera directamente la varianza de la cercanía de la distancia física y la distancia del valor del atributo para derivar una medición que cuantifica el grado en el que dos puntos están asociados espacialmente. En concreto, en los casos de atributos individuales, la información revelada por una medición ISD es más sofisticada que la que proporcionada por el índice de Moran, el índice de Moran local, y el semivariograma, pues da cuanta minuciosa de la relación espacial y de atributo en contextos locales y globales. El concepto de ISD también es lo suficientemente general para ser usado en el estudio de relaciones entre múltiples atributos. 本文提出了内蕴空间距离(ISD)来研究空间中任意两点之间的空间关系。ISD是考虑空间上分离的两点各自物理和属性接近度的一种距离度量。通过构造一个算法将该概念转变为ISD可度量方式。基于ISD概念,空间上的两点通过连接两者迁移路径相关联。当ISD度量减小时,两点之间空间关系变得越来越强。理论论证和实例演示表明ISD概念并不倾向于符合地理学第一定律,但直接考虑两点间物理距离和属性距离临近性的变化可以推导两点在空间上的联系程度。特别是在单一属性案例中,相比于Moran’s I,局部Moran’s I和半方差图,ISD度量揭示了全局与局部环境中详尽的空间相关信息。同时,ISD概念在研究多属性的空间关系中也是足够通用的。     

Exposing Unobserved Spatial Similarity: Evidence from German School Choice Data

In a spatial context, flexible substitution patterns play an important role when modeling individual choice behavior. Issues of correlation may arise if two or more alternatives of a selected choice set share characteristics that cannot be observed by a modeler. Multivariate extreme value (MEV) models provide the possibility to relax the property of constant substitution imposed by the multinomial logit (MNL) model through its independence of irrelevant alternatives (IIA) property. Existing approaches in school network planning often do not account for substitution patterns, nor do they take free school choice into consideration. In this article, we briefly operationalize a closed‐form discrete choice model (generalized nested logit [GNL] model) from utility maximization to account for spatial correlation. Moreover, we show that very simple and restrictive models are usually not adequate in a spatial choice context. In contrast, the GNL is still computationally convenient and obtains a very flexible structure of substitution patterns among choice alternatives. Roughly speaking, this flexibility is achieved by allocating alternatives that are located close to each other into nests. A given alternative may belong to several nests. Therefore, we specify a more general discrete choice model. Furthermore, the data and the model specification for the school choice problem are presented. The analysis of free school choice in the city of Dresden, Germany, confirms the influence of most of the exogenous variables reported in the literature. The estimation results generally indicate the applicability of MEV models in a spatial context and the importance of spatial correlation in school choice modeling. Therefore, we suggest the use of more flexible and complex models than standard logit models in particular. En un contexto espacial, los patrones sustitución flexible juegan un papel importante en el modelamiento del comportamiento de las decisiones individuales. Varios problemas de correlación pueden presentarse si dos o más alternativas de elección comparten características no observables por el modelador. Los modelos de valor extremo (multivariate extreme value‐MEV) ofrecen la posibilidad de relajar la propiedad de sustitución constante (constant substitution) presente en los modelos logit multinomiales (multinomial logit‐MNL), a través de su propiedad de independencia de alternativas irrelevantes (Independence of irrelevant alternatives property ‐IIA). A menudo, los enfoques existentes en la planificación de redes escolares no toman en consideración los patrones de sustitución y de libre elección de escuela. En este artículo, los autores presentan brevemente el funcionamiento de un modelo de elección discreta (discrete choice model) para la maximización de utilidad o modelo logit anidado generalizado (generalized nested logit model‐GNL) para dar cuenta de la autocorrelación espacial. Los autores sostienen que modelos demasiado simples y restrictivos no suelen ser adecuados en un contexto de elección espacial. En contraste el modelo GNL es conveniente en términos de su computación y obtiene una estructura muy flexible de los patrones de sustitución entre las alternativas de elección. En términos generales, esta flexibilidad se logra mediante la asignación (o anidación) de las alternativas cercanas en el espacio (una alternativa puede pertenecer a varios nidos). Por lo tanto, los autores presentan un modelo de elección discreta más general. El estudio presenta además datos y la especificación del modelo para un caso de elección de escuela concreto: el análisis de libre elección de escuela en la ciudad de Dresden, Alemania. El análisis confirma la influencia de la mayoría de las variables exógenas presentes en la literatura. Los resultados de la estimación demuestran en términos generales la aplicabilidad de los modelos MEV en un contexto espacial y la importancia de la autocorrelación espacial en el modelado de elección de escuela. Los autores concluyen sugiriendo el uso de modelos más flexibles y complejos que los modelos utilizados habitualmente, en particular los modelos logit estándar. 从空间视角看,灵活的替代模式在个人行为选择建模中发挥着重要作用。当存在两个或两个以上备选方案集具有共性且无法被建模者观察到时,就可能出现相关性问题。多元极值模型（MEV）通过不相关的替代属性（IIA）实现了对多元logit模型（MNL）中常数限制的松弛替代。现有校园网络规划方法通常无法解释替代模式,而且没有考虑到自由择校因素。本文简要地建立一个封闭离散选择模型（广义嵌套（GNL）模型）,从效用最大化角度来解释空间相关性。此外分析还表明,非常简单的约束模型通常不具有足够的空间选择情境。相比之下,GNL模型计算便捷,且可以在各选择方案中获得非常灵活的替代模式。大致而言,这种灵活性大体是通过与住处位置距离上彼此靠近的替代选择分配而获得,一个给定的选择可能属于不同的住处。因此,我们给出了一个更一般的离散选择模型。此外,还给出了针对择校问题的数据和模型设定。基于德国德累斯顿市自由择校分析,证实了已有研究中多数外生变量的影响。估计结果证实了MEV模型在空间分析中的适用性以及择校模型中空间相关的重要性,并建议使用更加灵活和复杂的模型而不是标准的logit模型。     

Using Simulated Data to Examine the Determinants of Acute Hospital Demand at the Small Area Level

The aim of this article is to establish whether spatial variation exists in acute hospital utilization in Ireland and, if it does, to identify the microlevel factors influencing this variation. First, an alignment process is used to calibrate the acute inpatient attendance and nights spent in hospital variables produced by a spatial microsimulation model at both the national and the subnational levels. Comparing the results of the national and subnational alignment allows us to examine whether spatial variation exists. Second, after establishing that hospital utilization displays a significant spatial pattern, we use a nationally representative survey to determine which individual‐level factors significantly affect inpatient attendance and the number of nights spent in hospitals. Using the calibrated data from the aforementioned spatial microsimulation model, we examine whether the spatial patterns of those variables found to influence hospital utilization match the spatial pattern of actual hospital utilization rates at the small area, electoral division level. That is, are the individuals/areas with the highest demand for acute hospital services utilizing acute hospital services? Finally, the results of this research are discussed in relation to both the national and international literature. El objetivo de este artículo es determinar si existe variación espacial en la utilización aguda y urgente (acute) de hospitales en Irlanda, y de ser así, identificar los factores microeconómicos que influyen en esta variación. En primer lugar, se utiliza un proceso de alineación para calibrar las variables de concurrencia (asistencia) de pacientes hospitalizados con casos agudos y de noches de estancia en el hospital, producidas por un modelo microsimulación espacial, tanto para niveles nacionales como subnacionales. Comparar los resultados de alineación de los niveles nacionales y subnacionales nos permite examinar si existe variación espacial. En segundo lugar, después de establecer que la utilización de hospitales muestra un patrón espacial significativo, empleamos una encuesta (un censo) nacional representativa para determinar qué factores a nivel individual afectan significativamente la concurrencia de pacientes hospitalizados y el número de noches de estancia en los hospitales. Al usar los datos calibrados del ya mencionado modelo de microsimulación espacial, analizamos si los patrones espaciales de esas variables que influyen en la utilización de hospitales concuerdan con el patrón espacial de las tasas reales (existentes) de utilización hospitalaria al nivel de las áreas pequeñas de división electoral (DE). En otras palabras, ¿Son las/los individuos/áreas con la mayor demanda de casos agudos de servicios de hospitalización las/los que están utilizados los servicios de hospitalización aguda? Finalmente, los resultados de esta investigación se analizan (discuten) en relación a la literatura especializada nacional e internacional. 本文的研究目的在于通过建立模型以检验爱尔兰急症医院的利用是否存在空间分异。如果存在空间分异,则识别影响其空间分异的微观尺度的驱动因子。首先,在国家和地方两个尺度,通过空间微观模型对所要构建模型的求诊人数及他们花费的夜间数进行校正和调整,并通过对比国家与地方两个尺度的校准结果,来检验其是否存在空间分异。其次,通过建立的模型检验出急诊医院的利用具有显著的空间模式,利用一份具有全国代表性的调查以确定哪些个体层面因素显著影响着求诊人数与在医院花费的夜间数。利用上述空间微观模拟模型检测影响医院利用的那些变量的空间模式,与实际的医院利用率的空间模式在被划分的小区域尺度上是否匹配。也就是说,这些对急症医院服务具有最大需求的个体或区域是否真正实际在使用着这些服务。最后,将本文结果与国内和国际文献进行了相关探讨。.     

Geographically Weighted Quantile Regression (GWQR): An Application to U.S. Mortality Data

In recent years, techniques have been developed to explore spatial nonstationarity and to model the entire distribution of a regressand. The former is mainly addressed by geographically weighted regression (GWR), and the latter by quantile regression (QR). However, little attention has been paid to combining these analytical techniques. The goal of this article is to fill this gap by introducing geographically weighted quantile regression (GWQR). This study briefly reviews GWR and QR, respectively, and then outlines their synergy and a new approach, GWQR. The estimations of GWQR parameters and their standard errors, the cross‐validation bandwidth selection criterion, and the nonstationarity test are discussed. We apply GWQR to U.S. county data as an example, with mortality as the dependent variable and five social determinants as explanatory covariates. Maps summarize analytic results at the 5, 25, 50, 75, and 95 percentiles. We found that the associations between mortality and determinants vary not only spatially, but also simultaneously across the distribution of mortality. These new findings provide insights into the mortality literature, and are relevant to public policy and health promotion. Our GWQR approach bridges two important statistical approaches, and facilitates spatial quantile‐based statistical analyses. En los últimos años se han desarrollado diversas técnicas para explorar tanto la heterocedasticidad (o no estacionariedad) espacial, así como para modelar toda la distribución de una variable dependiente. El primer tema ha sido abordado principalmente por la regresión ponderada geográficamente (Geographically Weighted Regression ‐GWR), y el segundo por la regresión por cuantiles (Quantile Regression‐QR). La combinación de ambas técnicas analíticas, sin embargo, ha recibido mucho menos atención. El objetivo de este artículo es llenar dicho vacío mediante la propuesta de una regresión geográficamente ponderada por cuantiles (Geographically Weighted Quantile Regression‐ GWQR). Los autores resumen brevemente las técnicas GWR y QR respectivamente, y luego esbozan sus propiedades sinérgicas. Luego presentan la nueva técnica propuesta: GWQR. Los autores abordan los temas de las estimaciones de los parámetros GWQR y sus errores estándar, el criterio de selección del ancho de banda de la validación cruzada (cross‐validation bandwidth), y la prueba heterocedasticidad espacial. Como ejemplo se aplica GWQR a datos de la tasa de mortalidad como variable dependiente y cinco determinantes sociales como variables independientes para los condados de los Estados Unidos. Los patrones espaciales se presentan en mapas con los resultados del análisis para los percentiles 5, 25, 50, 75, y 95. Los resultados muestran que las asociaciones entre la mortalidad y sus factores determinantes no sólo varían espacialmente, sino también de forma simultánea a través de la distribución de la tasa de mortalidad. Estos nuevos hallazgos coinciden con la literatura de los estudios de mortalidad, y son relevantes para aplicaciones de política pública y promoción de la salud. El enfoque GWQR representa un puente conceptual y metodológico entre dos enfoques estadísticos importantes a la vez que hace más factible el análisis estadístico espacial por cuantiles. 近年来,可用于探讨空间非平稳性和模拟回归变数分布的技术得到发展。前者主要用地理加权回归方法（GWR）处理,后者采用分位数回归（QR）处理。然而对这些分析技术的结合使用却很少关注。本文试图通过提出地理加权分位数回归（GWQR）来填补这一空白。在分别简要回顾了GWR和QR方法的基础上,基于两个方法的协同应用提出了GWQR新方法,进而讨论了GWQR的参数估计、标准误差、带宽选择标准的交叉验证和非平稳性检验。本文将死亡率作为因变量及五个社会因子作为解释变量,进行了美国县域单元的案例研究,绘制了0.05、0.25、0.5、0.75和0.95不同百分位点的分析结果图。研究发现,死亡人数不仅与解释变量的空间分布相关,同时也与其地理分布相关。这些新发现不仅可促进对死亡率相关成果的深入分析,同时也与公共政策和健康促进有关。GWQR方法架构了QR和GWR两种重要统计方法之间的纽带,也促进了基于分位数的空间统计分析方法的发展。     

Geoadditive Models for Regional Count Data: An Application to Industrial Location

We propose a geoadditive negative binomial model (Geo‐NB‐GAM) for regional count data that allows us to address simultaneously some important methodological issues, such as spatial clustering, nonlinearities, and overdispersion. This model is applied to the study of location determinants of inward greenfield investments that occurred during 2003–2007 in 249 European regions. After presenting the data set and showing the presence of overdispersion and spatial clustering, we review the theoretical framework that motivates the choice of the location determinants included in the empirical model, and we highlight some reasons why the relationship between some of the covariates and the dependent variable might be nonlinear. The subsequent section first describes the solutions proposed by previous literature to tackle spatial clustering, nonlinearities, and overdispersion, and then presents the Geo‐NB‐GAM. The empirical analysis shows the good performance of Geo‐NB‐GAM. Notably, the inclusion of a geoadditive component (a smooth spatial trend surface) permits us to control for spatial unobserved heterogeneity that induces spatial clustering. Allowing for nonlinearities reveals, in keeping with theoretical predictions, that the positive effect of agglomeration economies fades as the density of economic activities reaches some threshold value. However, no matter how dense the economic activity becomes, our results suggest that congestion costs never overcome positive agglomeration externalities. Nuestra propuesta se basa en un modelo geoaditivo binomial (Geo‐NB‐GAM) para datos de recuento regionales (regional count data) que nos permitan abordar simultáneamente distintos temas metodológicos importantes como la concentración espacial (clustering), no linealidades y sobre‐dispersión. Este modelo es aplicado al estudio de determinantes de localización de nuevas inversiones de tipo greenfield internas (inward greenfield investments) que se dieron entre 2003 y 2007, en 249 regiones europeas. Luego de presentar el conjunto de datos y de mostrar la presencia de sobre‐dispersión y agrupación (concentración) espacial, examinamos el marco teórico que motiva los determinantes de localización incluidos en el modelo empírico, y resaltamos algunas de las razones por las que las relaciones entre ciertas co‐variables y la variable dependiente podrían ser no lineales. La sección subsiguiente comienza con descripción de las soluciones propuestas por la literatura anterior para abordar la concentración espacial, no linealidades, y sobre‐dispersión, para luego presentar el Geo‐NB‐GAM. El análisis empírico muestra el buen desempeño del Geo‐NB‐GAM. Particularmente, la inclusión del componente geo‐aditivo (una superficie de tendencia espacial suavizada) nos permite controlar heterogeneidades espaciales no observadas que inducen a la concentración espacial. Al permitir no linealidades se revela ‐continuando con las predicciones teóricas‐ que el efecto positivo de las economías de aglomeración se desvanece a medida que la densidad de las actividades económicas alcanza un umbral de valor. Sin embargo, sin importar cuán densa llegue a ser la actividad económica, nuestros resultados sugieren que los costes de congestión nunca superan las externalidades de aglomeración positivas. 本文提出了一种应用于区域统计数据的负二项式地理加性模型,它能够同时处理包括空间聚类、非线性和过度离散等多种重要的方法论问题。将该模型应用于2003‐2007年的249个欧洲案例区,探讨其内部绿地投资的区位因子。在揭示了数据集样本分布具有过度离散与空间聚类特征后,我们对所构建的关于区位驱动因子的实证模型进行了核查,以确定是否遗漏重要变量,并高亮显示为何有些变量与因变量的关系可能是非线性的。本文后续部分首先描述了已有文献在解决空间聚类、非线性与过度离散等情景下的解决方案,并简要介绍了本文的Geo‐NB‐GAM模型。实证分析表明,该模型具有良好的模拟效果,尤其是地理加性成分（一种平滑的空间趋势面）在处理包括空间聚类在内的未被关注的空间异质性。非线性模型揭示出集聚经济的正向效应,随着经济活动密度阈值呈衰减趋势,这一点和理论预测是一致的。然而,本文结果显示无论经济活动的密度呈现何种变化,正向集聚的外部效应仍大于拥挤成本。.     

Analyzing Space–Time Crime Incidents Using Eigenvector Spatial Filtering: An Application to Vehicle Burglary

Poisson models generally are utilized in analyzing spatial patterns of crime count data. When spatial autocorrelation is present, these models are extended to account for it. Among various methods, eigenvector spatial filtering (ESF) furnishes an efficient means of analysis. However, because space–time crime data have temporal components as well as spatial components, Poisson models need to be further adjusted to reflect the two types of components simultaneously. This article discusses how the ESF method can be utilized to model space–time crime data, extending the generalized linear mixed model specification for it. This approach is illustrated with an application to space–time vehicle burglary incidents in the city of Plano, Texas, during 2004–2009. Los modelos de Poisson generalmente se utilizan en el análisis de los patrones espaciales de los datos de recuento de crimen. Cuando hay autocorrelación espacial, estos modelos son modificados para dar cuenta de ello. Entre los diversos métodos existentes, el método Eigenvector (autovector, vector propio) de filtrado espacial (Eigenvector Spatial Filtering‐ESF) proporciona un medio eficaz para dicho análisis. Sin embargo, dado que los datos de criminalidad espacio‐temporales tienen tanto componentes temporales como espaciales, los modelos tipo Poisson requieren de un ajuste adicional para reflejar ambos tipos de componentes de manera simultánea. El artículo presente expone cómo el método ESF puede ser utilizado para modelar datos espacio‐temporales sobre delitos mediante la modificación del modelo mixto lineal generalizado (Generalized Linear Mixed Model‐GLMM). El procedimiento propuesto se ilustra con el caso de incidentes espacio‐temporales de robos de vehículos en la ciudad de Plano, Texas, durante 2004–2009. 泊松模型一般用于犯罪计数数据的空间模式分析中,当空间自相关关系呈现时,这类模型可扩展以解释潜在的分布特征。在各种模型中,特征向量空间滤波（ESF）提供了一种有效的分析方法。然而,由于时空犯罪数据包含时间和空间组分,因此泊松模型需要进一步调整以同时反映这两种不同类型的数据。本文讨论了如何利用特征向量空间滤波(ESF)模型对时空犯罪数据进行建模,并采用扩展广义线性混合模型(GLMM)进行规范。最后,以德克萨斯州普莱诺市2004‐2009年的车辆盗窃案数据进行了实证验证。     

Cognitive Value and Numerical Accuracy in Geocomputation: Choosing a Method to Compute the Log‐Jacobian Term

This article addresses the importance of cognitive value, numerical accuracy, and technical feasibility for geospatial models and methods. Researchers pursue large spatial data in an analysis to improve the statistical efficiency of parameter estimates and the cognitive value of the results. The critical requirement for this strategy is the availability of numerically accurate computational methods, without which parameter estimates lose their cognitive value. This article illustrates the relationship between cognitive value and numerical accuracy by establishing properties of popular polynomial schemes for approximating the log‐Jacobian term in spatial autoregressive models. It shows that numerical inaccuracies might be more misleading than is commonly assumed. En este artículo se aborda la importancia del valor cognitivo, la precisión numérica, y la viabilidad técnica de los modelos y métodos geoespaciales. Los investigadores interesados en análisis espacial tienden a preferir el uso de bases de datos de gran tamaño con el fin de mejorar la eficiencia estadística de sus estimaciones de parámetros y el valor cognitivo de los resultados. El requisito crítico para esta estrategia es la disponibilidad de métodos computacionales numéricamente precisos, sin los cuales las estimaciones de parámetros pierden su valor cognitivo. En este artículo se ilustra la relación entre el valor cognitivo y precisión numérica mediante la determinante jacobiano tipo log en modelos espaciales autorregresivos (spatial autorregresive models‐SAR). El estudio demuestra que las imprecisiones numéricas pueden ser más engañosas de lo que se asume comúnmente. 本文描述了地理空间模型和方法中认知价值、数值精度、技术可行性的重要性。研究者一般倾向于通过追求大规模空间数据,来提升参数估计的统计有效性和结果的认知价值。这一策略的关键是有实用的精确数值计算方法,否则参数估计将失去其认知价值。本文通过建立普遍使用的多项式方案来逼近空间自回归（SAR）模型中的Log‐Jacobian,从而说明认知价值和数值精度间的关系。结果表明数值不确定性可能比通常假设的误导性更大。     

Correlating Vegetation,Water Use,and Surface Temperature in a Semiarid City: A Multiscale Analysis of the Impacts of Irrigation by Single‐Family Residences

Urban heat islands (UHIs) and the vegetation that mitigates them vary across space and time, but little research has investigated this coupled natural–human system using both spatial and temporal analyses. Focusing on semiarid, water‐scarce Tucson, Arizona, we examined whether outdoor water use by residents of single‐family homes (a practice that uses close to half of residential water supplies) contributes to urban “greenness” and the mitigation of UHI effects. Specifically, we investigated how different types of residential development mediate vegetation–water use–temperature interactions. Our data sets include Landsat‐derived normalized difference vegetation index (NDVI) and surface temperatures, parcel‐level zoning and assessor data, and residential water use records at the quarter section level (0.63 km²). We analyzed these data at multiple spatial and temporal scales. Spatial analysis results demonstrate that cooling from vegetative evapotranspiration is mediated by development factors as well as by topography and wind patterns. Findings also suggest that outdoor water use aside from irrigation, particularly the use of swimming pools, promotes cooling without elevating the NDVI. Temporal analysis reveal that most residential areas maintained or increased greenness despite declining 1995–2008 water use due most likely to long‐term regional climate cycles. Only high‐density developments with little undeveloped ground cover and few natural drainage channels exhibit a strong relationship between household water use and NDVI trends. These results suggest that the preservation of natural drainage channels and limitation of impervious surfaces, as well as the siting of development in naturally cooled microclimates, may be sustainable strategies for UHI mitigation in water‐scarce regions. Análisis multi‐escalar de los impactos de riego en residencias unifamiliares: la correlación entre la vegetación, el uso del agua y la temperatura superficial en un área urbana semiárida Las islas de calor urbano (urban heat islands‐UHIs) y las áreas con vegetación que ayudan a mitigarlas varían en su distribución especial y temporal. Sin embargo, existe relativamente poca investigación dedicada al análisis espacio‐temporal de este sistema acoplado humano‐ambiental urbano. El artículo examina la medida en la cual el uso de agua al aire libre por parte de residentes de viviendas unifamiliares (practica que consume mas de la mitad de los recursos hídricos) contribuye al “verdor” de áreas urbanas y a la mitigación de los efectos de las UHs. El área de estudio es Tucson, Arizona, una ciudad ubicada en un ambiente semiárido que sufre de escasez hídrica. En términos más concretos, los autores investigan cómo los diferentes tipos de desarrollos urbanos residenciales sirven de mediadores en las interacciones entre la vegetación, la temperatura y el uso del agua. Como datos se utilizaron índices de vegetación (Normalized difference vegetation index‐NDVI) y temperaturas superficiales derivados de imágenes Landsat. Así mismo se usaron datos catastrales a nivel de parcela de zonificación, y registros de uso residencial de agua a nivel de cuarto de sección (quarter‐section) (0,63 km2). Los datos fueron analizados a múltiples escalas espaciales y temporales. Los resultados de análisis espacial demuestran que el enfriamiento de la evapotranspiración vegetal está influenciado por los factores de desarrollo urbano residencial así como por los patrones topográficos y climáticos (viento). Los resultados también sugieren que los usos de agua al aire libre, aparte de riego, en particular el uso de las piscinas (o albercas), promueven el enfriamiento sin elevar el valor del NDVI. El análisis temporal revela que la mayoría de zonas residenciales mantuvieron o aumentaron el ‘verdor’ a pesar de la disminución del uso del agua entre 1995 y 2008, debido probablemente a los ciclos climáticos regionales de largo plazo. Únicamente las zonas urbanas de alta densidad con escasas áreas verdes y pocos canales naturales de drenaje muestran una fuerte relación entre el uso del agua residencial y las tendencias del NDVI. Estos resultados sugieren que la preservación de los canales de drenaje natural y la reducción de superficies impermeables, así como el emplazamiento del desarrollo urbano en áreas con microclimas naturalmente más fríos, pueden ser estrategias sostenibles para la mitigación de UHIs en regiones con escasez de agua. 城市热岛与可缓解其效应的植被均随时间和空间变化,但鲜有研究从时空分析视角关注这一自然‐人文耦合系统。本文聚焦于半干旱、缺水的亚利桑那州图森市,主要调查独户家庭户外用水（其用水量大约是住宅供应水量的一半）是否对城市“绿化”和缓解城市热岛效应作出贡献。特别地,我们调查不同类型住宅开发是如何调节植物‐用水‐温度间的相互作用。数据集包括从美国陆地资源卫星获得的归一化植被指数（NDVI）和地表温度,地块区划和评估数据, 约160英亩（0.63 km²）用地面积的住户用水记录。我们从时空多尺度视角对这些数据进行了分析。 空间分析结果表明,植被蒸散作用导致的降温不仅受开发因素也受地形和风模式的调节。同时也发现：包括灌溉的户外用水,尤其是泳池用水,在促进地表降温时并未促使归一化植被指数（NDVI）提高。时间分析揭示,大多数居住区即使在1995–2008用水减少的情况下仍保持和增加“绿化”,最可能归因于长期的区域气候循环。只是在植被覆盖和自然排水系统均很少的高密度开发地区,家庭用水与NDVI趋势上显示出强相关性。这些结果昭示保留自然排水系统和限制不透水地表,以及在具有自然降温作用的微气候上选址发展区,或许是缺水地区缓解热岛效应的可持续策略。     

Hierarchical Bayesian Spatiotemporal Analysis of Childhood Cancer Trends

In this article, generalized additive mixed models are constructed for the analysis of geographical and temporal variability of cancer ratios. In this class of models, spatially correlated random effects and temporal components are adopted. Spatio‐temporal models that use intrinsic conditionally autoregressive smoothing across the spatial dimension and B‐spline smoothing over the temporal dimension are considered. We study the patterns of incidence ratios over time and identify areas with consistently high ratio estimates as areas for further investigation. A hierarchical Bayesian approach using Markov chain Monte Carlo techniques is employed for the analysis of the childhood cancer diagnoses in the province of Alberta, Canada during 1995–2004. We also evaluate the sensitivity of such analyses to prior assumptions in the Poisson context. En este artículo los autores construyen modelos aditivos generalizados mixtos (generalized additive mixed models) con el fin de analizar la variabilidad geográfica y temporal en las tasas de incidencia de cáncer. Este tipo de modelos emplean efectos aleatorios correlacionados espacialmente y componentes temporales. Los modelos espacio‐temporales emplean un suavizado condicional intrínseco autorregresivo (conditionally autoregressive smoothing) a través de la dimensión espacial y un suavizado de tipo B‐spline sobre la dimensión temporal. Los autores examinan los patrones de las tasas de incidencia a través del tiempo e identifican las áreas con valores consistentemente altos con el fin de sugerir áreas de investigación para el futuro. El estudio utiliza un enfoque jerárquico bayesiano (hierarchical bayesian) que usa una cadena de Markov Monte Carlo para evaluar los diagnósticos de cáncer infantil en la provincia de Alberta, Canadá durante el periodo 1995–2004. Asimismo, también se evalúa la sensibilidad de este tipo de análisis con respecto a los supuestos a‐priori, en el contexto de los modelos tipo Poisson. 本文提出了广义可加和混合模型进行癌症比率的地理和时间变化分析。在这类模型中引入了空间相关的随机效应和时间组分。时空模型在空间维度上采用本征自回归条件平滑,而在时间维度上则使用了B样条平滑。本文研究了疾病发生率模式,并识别出一直具有高比率估计的地区作为进一步调查区。在1995–2004年加拿大亚伯达省儿童癌症的诊断中,采用了基于马尔科夫链‐蒙特卡罗模型的分层贝叶斯方法,并且在泊松先验假设条件下评估了该类分析的敏感性。     

A New Method of Adaptive Zoning for Spatial Interaction Models

Spatial interaction models commonly use discrete zones to represent locations. The computational requirements of the models normally arise with the square of the number of zones or worse. For computationally intensive models, such as land use–transport interaction models and activity‐based models for city regions, this dependency of zone size is a long‐standing problem that has not disappeared even with increasing computation speed in PCs—it still forces modelers to compromise on the spatial resolution and extent of model coverage as well as on the rigor and depth of model‐based analysis. This article introduces a new type of discrete zone system, with the objective of reducing the time for estimating and applying spatial interaction models while maintaining their accuracy. The premise of the new system is that the appropriate size of destination zones depends on the distance to their origin zone: at short distances, spatial accuracy is important and destination zones must be small; at longer distances, knowing the precise location becomes less important and zones can be larger. The new method defines a specific zone map for every origin zone; each origin zone becomes the focus of its own map, surrounded by small zones nearby and large zones farther away. We present the theoretical formulation of the new method and test it with a model of commuting in England. The results of the new method are equivalent to those of the conventional model, despite reducing the number of zone pairs by 96% and the computation time by 70%. Los modelos de interacción espacial suelen utilizar zonas discretas para representar áreas o puntos de interés. Los requisitos computacionales de estos modelos normalmente aumentan a razón del número de zonas elevadas al cuadrado o más. Para modelos computacionalmente intensivos como los modelos de interacción entre uso de suelo y transporte y los modelos basados en actividades para ciudades‐región, el impacto del tamaño de la zona es un problema persistente no superado aun. Esta limitación persiste a pesar de los grandes avances en la velocidad de procesamiento en computadoras, pues obliga a los modeladores a hacer concesiones entre la resolución espacial y la extensión que abarca el modelo, así como en el rigor y profundidad del análisis. En este artículo se presenta un nuevo tipo de sistema de zonas discretas que: a) tienen como objetivo reducir el tiempo de estimación de la aplicación de modelos de interacción espacial; y b) al mismo tiempo mantienen su nivel de precisión. La premisa que gobierna este nuevo sistema es que el tamaño apropiado de las zonas de destino depende de la distancia a su zona de origen: a distancias cortas, la precisión espacial es importante y las zonas de destino deben ser pequeño; a distancias mas largas, conocer la ubicación precisa es progresivamente menos importante y las zonas pueden ser mayores. El nuevo método define un mapa específico de zonas para cada zona de origen; cada zona de origen se convierte en el foco de su propio mapa, rodeada de zonas cercanas pequeñas y zonas grandes a mayor distancia. El estudio presenta la formulación teórica del nuevo método y su demostración vía un modelo de desplazamientos residencia‐trabajo en Inglaterra. Los resultados del nuevo método son equivalentes a las del modelo convencional, a pesar de reducir del número de pares de zonas en un 96% y el tiempo de cálculo en un 70%. 空间相互作用模型通常采用离散区域代表区位。模型的计算量往往与区域数量呈平方甚至更高阶增长。对于可计算的精细模型,如土地利用‐交通相互作用模型和基于行为的城市区域模型,区域尺度的依赖性是长期存在的问题,即使计算机的计算速度增加,该问题仍无法消除。因此,建模者需在模型空间分辨率和覆盖范围以及模型分析的严谨性和深度上做出权衡。本文介绍了一种新型的离散分区系统,目的在于减少空间相互作用模型估算和计算时间,同时维持其精度。新系统的前提是目标区域的适当尺度取决于与初始区域的距离：在短距离范围内,空间精确性是重要的,且目标区域必须是小的;在更远距离上,位置精度的重要性降低,目标区域可以变大。该方法为每个初始区域制定了具体的尺度地图。每个初始区域成为其自身地图的中心,被近邻的小区域和更远距离的大区域所包围。本文给出了新方法的理论公式,并以英格兰地区的通勤模型进行检验。结果显示,尽管区域对的数量减少了96%,计算时间缩短了70%,但新方法的计算结果等效于常规模型。     

Spatial Patterns of March and September Streamflow Trends in Pacific Northwest Streams, 1958–2008

Summer streamflow is a vital water resource for municipal and domestic water supplies, irrigation, salmonid habitat, recreation, and water‐related ecosystem services in the Pacific Northwest (PNW) in the United States. This study detects significant negative trends in September absolute streamflow in a majority of 68 stream‐gauging stations located on unregulated streams in the PNW from 1958 to 2008. The proportion of March streamflow to annual streamflow increases in most stations over 1,000 m elevation, with a baseflow index of less than 50, while absolute March streamflow does not increase in most stations. The declining trends of September absolute streamflow are strongly associated with seven‐day low flow, January–March maximum temperature trends, and the size of the basin (19–7,260 km²), while the increasing trends of the fraction of March streamflow are associated with elevation, April 1 snow water equivalent, March precipitation, center timing of streamflow, and October–December minimum temperature trends. Compared with ordinary least squares (OLS) estimated regression models, spatial error regression and geographically weighted regression (GWR) models effectively remove spatial autocorrelation in residuals. The GWR model results show spatial gradients of local R ² values with consistently higher local R ² values in the northern Cascades. This finding illustrates that different hydrologic landscape factors, such as geology and seasonal distribution of precipitation, also influence streamflow trends in the PNW. In addition, our spatial analysis model results show that considering various geographic factors help clarify the dynamics of streamflow trends over a large geographical area, supporting a spatial analysis approach over aspatial OLS‐estimated regression models for predicting streamflow trends. Results indicate that transitional rain–snow surface water‐dominated basins are likely to have reduced summer streamflow under warming scenarios. Consequently, a better understanding of the relationships among summer streamflow, precipitation, snowmelt, elevation, and geology can help water managers predict the response of regional summer streamflow to global warming. Patrones espaciales de las tendencias de los caudales de marzo y septiembre en el Pacífico Noroccidental. Los caudales (streamflows) de verano son recursos hídricos vitales para el abastecimiento de agua municipal y domestico así como para el riego agrícola, el hábitat de los salmónidos, la recreación, y para varios servicios de los ecosistemas en el Pacífico Noroccidental (Pacific Nortwest‐PNW) de los Estados Unidos. Este estudio identifica tendencias negativas considerables en los caudales absolutos de septiembre en la mayoría de las 68 estaciones de medición situadas en ríos y arroyos no regulares del PNW entre 1958 y 2008. La proporción del caudal de marzo con respecto al caudal anual aumenta en la mayoría de las estaciones situadas a más de 1000 metros de altitud, que tienen un índice de caudal base (base flow index‐BFI) de menos de 50, pero se mantiene estable en el resto (la mayoría) de las estaciones. Las tendencias decrecientes de los caudales absolutos de septiembre están fuertemente asociadas con el caudal mínimo para siete días (seven‐day low), con las tendencias de temperatura máxima entre enero y marzo, y con el tamaño de la cuenca (19‐7,260 km2). Las tendencias crecientes de la proporción del caudal total correspondiente a marzo están asociadas con la elevación, con un equivalente a agua de la nieve de abril (one April snow wáter equivalent ‐SWE), con la precipitación de marzo, el center timing (TC) de los caudales, y con las tendencias de temperatura mínima entre octubre y diciembre. En comparación con los estimados de modelos de regresión de tipo mínimos cuadrados ordinarios (ordinary least squares‐OLS), los modelos de regresión de error espacial (spatial error regression‐SER) y de regresión ponderada geográficamente (geographically weighted regression‐GWR) eliminan eficazmente la autocorrelación espacial en los residuos. Los resultados del modelo GWR producen mapas con gradientes espaciales donde los valores de los R² locales son consistentemente más altos en las cascadas del norte. Este resultado pone de manifiesto que diferentes factores hidrológicos del paisaje, tales como la geología y la distribución estacional de la precipitación, también influyen en las tendencias de los caudales en el PNW. Adicionalmente, los resultados del modelo de análisis espacial muestran que la inclusión de diversos factores geográficos ayuda a aclarar la dinámica de las tendencias de los caudales en un área geográfica grande, corroborando la mayor utilidad de modelos con enfoque de espacial sobre modelos. Los resultados indican también que en cuencas transicionales (entre lluvia y nieve) donde predominan las aguas superficiales existe una probabilidad más alta de reducccion de caudal de verano en el contexto de escenarios de calentamiento. En consecuencia, una mejor comprensión de las relaciones entre caudal de verano, la precipitación, el derretimiento de nieve, la elevación y la geología puede ayudar a los gestores del agua a predecir la respuesta de los caudales de verano en un escenario de calentamiento global. 夏季径流是美国太平洋西北部地区(PNW)市政与居民水供应、灌溉、鱼类栖息、娱乐及水相关生态系统服务的重要来源。本研究通过1958–2008年PNW地区68个地理位置上未调节的径流测量站分析揭示出九月绝对径流量与该地区水来源呈显著的负相关趋势。三月径流占年际径流量的比例在大多数海拔超过1000米的地区是增加的,然而大多数地区基本径流指数（BFI）少于50,表明三月绝对径流量在多数地区并没有增加。九月绝对径流量的下滑趋势与年均为期7天的低流量,1月–3月最大温度趋势及流域面积（19–7,260 km²）呈强相关性,而三月绝对径流量微量增加的趋势则与海拔高度,四月一日的雪水当量（SWE）,三月降水,径流中心时序（CT）和十月至十二月最小温度趋势相关。与OLS(普通最小二乘法估计)回归模型相比,空间滞后回归（SER）和地理加权回归模型（GWR）能有效剔除空间自相关的残差而更有效。GWR结果显示局部R²值在空间上渐变梯度,并且在北美洲喀斯喀特山脉（Cascade）：北部地区高于其他地区。该发现表明不同水文景观因子,如地质、降水的季节分布,也会对PNW的径流趋势产生影响。另外,我们的空间分析模型结果显示,考虑多种地理因素可解析大面积的地理区域中径流量空间分布趋势的动力机制, 为预测径流趋势提供一种优于OLS空间估计回归模型的空间分析方法。结果表明气候变暖背景下,季节性降水、地表水主导的流域极可能减少夏季径流量。因此,更好地理解夏季径流量与降水、融雪水、海拔和地质的关系,可帮助水资源管理者预测区域夏季径流对全球变暖的响应。